1. 뜨임 (tempering, 燒戾（소려），燒もどし）
빨갛게 가열한 강（鋼）을 냉각할 때 공기 속에서 천천히 냉각하는 것이 자연스러운 현상일 것 입니다.
담금질할 때처럼 차거운 물 속에 넣어서 급속히 냉각하는 것은 너무 무리하게 강제로 냉각하는 것입니다.
그러므로 이 때 생긴 마르텐사이트 조직도 비정상적이고 불안정한 상태라고 볼 수 있습니다. 이 마르텐사이트 조직은 딱딱하기만 할뿐 깨지기 쉬워서 그대로 사용할 수 없습니다.
이런 마르텐사이트 조직을 사용자의 목적에 알맞게 다시 만드는 방법을 뜨임(tempering)'이라고 합니다.
밥을 할 때 쌀과 물을 가열하여 익힌 후, 곧 꺼내서먹으면 맛이 없습니다. 적당한 시간 동안 “뜸' 을 들여야 밥다운 맛이 우리들을 즐겁게 합니다. '뜨임(tempering)' 이란 밥할 때 “뜸" 들이는 것과 같습니다. 뜸이 잘 들어야 밥맛이 나듯이, 뜨임을 잘 해야 우리들에게 유용한 쇠가 되는 것입니다.
1-1. 마르텐사이트 조직을 가열
마르텐사이트 조직은 고온의 오스테나이트를 강제로 급히 냉각하여 변태시킨 불안정한 조직입니다. 그 속에 있던 탄소 원자들과 철 원자들도 정상적인 위치에 있지 못하고, 내부 응력(stress)도 상당히 많이 존재하게 됩니다.
이렇게 불안정한 마르텐사이트 조직에 열（熱），즉 에너지를 가하면 어떻게 될까요?
불안하고 불편한 자리에 억지로 존재하던 원자들이 이 에너지를 받아서 좀 더 편안하고 안정한 위치로 이동할 수 있게 됩니다. 열을 많이 받을수록, 또 열을 받는 시간이 길수록 많은 원자들은 안정한 자리를 찾아서 더 멀리 이동하게 됩니다.
마르텐사이트 조직을 가열하면서 조직 내부에서 일어나는 현상을 조사하여 보겠습니다.
탄소강이나 저합금강의 마르텐사이트 조직을 매우 천천히 가열하면서 길이의 변화를 측정해 보면, 온도에 따라 수축하는 부분도 있고 팽창하는 구역도 있습니다.
이런 현상이 왜 일어날까요?
마르텐사이트 조직의 가열에 따른 변화 현상
(1) 제1 과정(50℃~200℃)
담금질한 상태, 즉 마르텐사이트 조직을 가열하면, 처음에는 온도가 올라감에 따라 체적이 팽창하게 됩니다. 그러나 100℃ 부근에서는 늘어나지 않고 오히려 수축하는 현상이 일어나게 됩니다.
마르텐사이트 조직 속에 있는 탄소 원자들은 원래 비정상적인 불안한 자리에 있습니다. 이러한 상태의 마르텐사이트 즉 담금질한 상태의 마르텐사이트를 'a 마르텐사이트' 라고 합니다. 이 a 마르텐사이트를 가열하면 탄소원자들이 좀 더 안정한 상태로 이동하여 ε(epsilon)탄화물'(Fe2-3C의탄화물, FesC가 아니다)을 만들게 됩니다.
이러한 탄화물의 모양은 매우 얇고 미세한 판상(板狀)의 모양을 띄게 됩니다.
이와 같이 50℃~200℃사이에서는 a마르텐사이트조직의 C 축에 있던 일부의 탄소 원자들이 이동하여 :(epsilon)탄화물을 생성하게 됩니다. 그러므로 이 마르텐사이트 속에 존재하는 탄소는 감소하여 약 0.2%~0.3% 정도 남아 있으며, 이 상태의 마르텐사이트를 'β 마르텐사이트' 라고 합니다.
결국 제 1 과정( 50℃~200℃)에서는 a 마르텐사이트가β마르텐사이트+ε(epsilon)탄화물로 변한다.
100℃ 부근(제 1 과정)에서 길이가 수축하는 이유를 생각해 보겠습니다. a 마르텐사이트의 C 축에 강제로 고용되어있던 일부의 탄소 원자들이 빠져 나감에 따라 C 축의 탄소량이 감소하였습니다(예 0.8% C→0.3% C).
그러므로 C 축의 길이가 그만큼 짧아져서 수축하는 현상이 일어나게 됩니다.
(2)제 2 과정(200℃~250℃)
마르텐사이트 조직 속에 잔류 오스테나이트가 있을 때만 일어나는 변화입니다. 이 잔류 오스테나이트가 하부 베이나이트로 변하면서 전체적으로 약간 증가하는 현상입니다.
잔류오스테나이트가없으면 제 2 과정은 일어나지 않습니다.
(3) 제 3 과정(250℃~350℃)
제 3 과정중에서 300℃ 부근에서 길이가 수축하게 됩니다.
제 1 과정에서 변한 β 마르텐사이트 + ε 탄화물이 이 온도 구역에서 한번 더 변하게 됩니다. 즉 β 마르텐사이트의 C 축에 남아 있던 탄소(약 0.2%~0.3%)들이 거의 빠져 나가게 됩니다.
이와 같이 C 축에 있던 탄소들이 없어지므로 C 축의 길이가 더욱 짧아지게 됩니다. 그 결과 길이가 감소하게 됩니다.
이와 같이 β 마르텐사이트의 c축에 있던 탄소들이 거의 제거됨에 따라 β 마르텐사이트의 c 축의 길이가 점점 짧아져서 a축, b축, c축의 길이가 같게 되었습니다. 그러므로 이 과정에서 β 마르텐사이트는 a축=b축=c축인 페라이트(입방체)로 변하게 됩니다.
그리고 이 탄소 원자들은 서로 모여서 ε 탄화물이 FesC(시멘타이트)로 변하게 됩니다.
그러므로 제 3 과정에서는 β 마르텐사이트+ε 탄화물 → 폐라이트(a 고용체)+FesC(시멘타이트)로 변하게 된다고 할 수 있습니다
β 마르텐사이트+ε 탄화물 → 폐라이트(a 고용체)+FesC(시멘타이트)
(4) 제 4 과정(350℃ 이상)
350℃보다 높은 온도로 가열(뜨임)하여 보도록 하겠습니다.
제 3 과정에서 페라이트 속에 석출한 FesC(시멘타이트를 검은 점（點）이라고 생각해 보겠습니다. FeC는 그림으로 나타낸다면 무수히 많은 작은 점으로 표시되어 있습니다.
가열하는 온도가 높아짐에 따라 Fe:C(시멘타이트)들은 서로 응집（凝集）하면서 성장하기 시작합니다. 다시 말하면 저온에서 극히 미세하게 분산된 수 많은 FeC(시멘타이트)들이 온도가 높아짐에 따라 탄소 원자의 이동(확산)이 쉬위져서 보다 안정한 큰 탄화물(FeC)로 성장하게 되는 것 입니다. 즉 온도가 높아짐에 따라 작은 탄화물들이 모여서 점점 큰 탄화물로 성장합니다.
그러므로 뜨임 온도를 높힐수록 탄화물이 커지며, 탄화물이 커질수록 탄화물의 수는 감소한다.
이와 같이 탄화물이 성장함에 따라 탄화물(FeaC) 사이의 거리가 점점 멀어지게 됩니다. 즉 뜨임 온도가 높을수록 재료는 점점 강도가 감소하면서 연해지는 것 입니다