마르텐자이트 변태 과정을 그래프로 설명하는 능력을 통해 재료공학 전공 심화 지식 보유 수준을 평가한다.
이 질문 뒤에 면접관이 확인하려는 것은 따로 있습니다.
마르텐자이트는 오스테나이트 상태의 강을 임계 냉각속도 이상으로 급랭시킬 때 생성됩니다. TTT 다이어그램(시간-온도-변태 곡선)에서 보면 코를 피해 급냉하면 마르텐자이트 변태선(Ms~Mf)에 도달합니다. 이 구간에서 탄소가 확산할 시간 없이 격자 내에 과포화된 채로 상이 변하면서 경도가 높아집니다. 재료 수업에서 이 그래프를 처음 그렸을 때, 냉각 경로가 최종 조직을 결정한다는 점이 직관적으로 와닿았습니다. 마르텐자이트가 단단하지만 취성이 있어서 뜨임 처리로 인성을 회복시키는 과정도 함께 배웠습니다. 이 변태 원리가 열처리 공정 설계의 핵심 기반임을 이해하게 됐습니다.
마르텐자이트는 강도가 높지만 취성이 있어 뜨임 처리로 인성을 보완해야 하는데, 열처리 공정 설계는 이 두 단계의 균형을 찾는 작업임을 배웠습니다.
마르텐자이트가 실제로 가장 많이 쓰이는 분야 중 하나는 자동차 부품 열처리입니다. 기어, 캠샤프트, 베어링처럼 표면 경도와 내마모성이 요구되는 부품에 마르텐자이트 조직을 의도적으로 형성시킵니다. 급랭 후 마르텐자이트를 얻고, 뜨임으로 취성을 낮추는 2단계 공정이 일반적입니다. 재료 수업에서 이 공정을 공부할 때 같은 강종에서도 냉각 속도를 어떻게 설계하느냐에 따라 표면과 내부의 조직이 달라지는 것이 흥미로웠습니다. 표면만 경화하고 내부는 인성을 유지하는 것이 고강도 부품에서 요구되는데, 이것이 마르텐자이트를 활용한 표면 열처리 설계의 핵심입니다.
재료의 성능을 열처리로 조절할 수 있다는 것이 금속 공학의 실용적 강점이고, 마르텐자이트 변태는 그 중심 개념 중 하나입니다.
마르텐자이트 생성에 영향을 주는 주요 변수 중 하나는 합금 원소의 종류와 함량입니다. 탄소 외에 크롬, 몰리브덴, 니켈 같은 합금 원소가 추가되면 TTT 다이어그램에서 코 위치가 오른쪽으로 이동합니다. 이것은 같은 마르텐자이트를 얻기 위한 임계 냉각 속도가 낮아진다는 의미이고, 더 느리게 냉각해도 마르텐자이트가 생성될 수 있는 경화능이 높아지는 것입니다. 수업에서 단순 탄소강과 합금강의 TTT 다이어그램을 비교했을 때 곡선 위치가 크게 달라지는 것이 직관적으로 이해됐습니다.
경화능이 높은 합금강이 두꺼운 단면의 부품에 쓰이는 이유는 두꺼운 단면 내부까지 마르텐자이트가 형성될 수 있어야 하기 때문입니다. 합금 원소 선택이 열처리 공정 설계와 직결된다는 것을 이 비교에서 배웠습니다.
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