고상선-액상선 (Solidus and Liquidus Line)
한 줄 정의: 상평형도에서 액상선은 냉각 시 응고가 시작되는 온도를, 고상선은 응고가 완전히 끝나는 온도를 조성에 따라 나타낸 경계선입니다.
쉽게 풀면
합금은 순수 금속과 달리 하나의 정해진 녹는점이 아니라 일정한 온도 범위 안에서 서서히 녹거나 굳습니다. 이 범위의 위쪽 경계, 즉 식히기 시작할 때 첫 고체 결정이 생기는 온도를 이은 선이 액상선이고, 아래쪽 경계인 완전히 다 굳는 온도를 이은 선이 고상선입니다. 상평형도에서 이 두 선 사이의 구간은 액체와 고체가 함께 존재하는 반응고 상태를 뜻합니다. 두 선의 간격이 넓을수록 합금이 굳는 데 걸리는 온도 구간이 넓다는 의미입니다.
왜 중요한가
고상선과 액상선 사이의 온도 구간은 주조 결함, 편석, 균열 발생과 밀접하게 관련되어 있어 주조 공정 설계에서 핵심적으로 고려됩니다. 또한 이 구간의 폭은 합금의 유동성과 응고 수축 거동에도 영향을 주기 때문에 합금 설계 시 중요한 참고 지표가 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"본 합금계의 solidus와 liquidus 온도를 시차주사열량법으로 측정하여 응고 구간을 결정하였다."
실험적으로 고상선과 액상선 온도를 측정해 응고가 일어나는 온도 범위를 확인했다는 뜻입니다.
"넓은 solidus-liquidus 구간을 갖는 합금에서 열간균열 감수성이 증가하는 경향이 확인되었다."
고상선-액상선 구간이 넓을수록 균열이 잘 생긴다는 경향을 언급하고 있습니다.
조금 더 깊게 보면
상평형도에서 고상선과 액상선의 형태는 합금계마다 다르며, 두 선이 만나는 지점이 바로 공정점이나 포정점이 됩니다. 이 구간 폭은 지렛대 법칙을 이용해 특정 온도에서의 고상과 액상 분율을 계산하는 데 기초 자료로 쓰입니다. 실제 측정에는 시차주사열량법(DSC)이나 열분석법이 흔히 활용됩니다.
주의할 점
평형 상태도에서 얻은 고상선과 액상선은 매우 느린 냉각을 가정한 것으로, 실제 산업 공정처럼 빠르게 냉각되는 경우에는 실제 응고 거동이 이 선들과 다르게 나타날 수 있습니다.