개요
앞서 미세조직의 상의 분포를 변화시키지 않고 재료를 강화하는 여러 방법에 관해 언급하였다. 그러나 미세조직은 재료의 물성에 영향을 미치는 핵심 인자이다. 중요한 것은 단지 존재하는 상보다는 도리어 상들의 분포다.
구상화강
구상화강은 페라이트 기지 내에 구형 세멘타이트의 미세조직을 가지고 있다. 미세조직 내의 세멘타이트의 분율은 그 강의 조성에 의해서 결정되고 구상화 온도에서 지렛대법칙을 사용함으로써 구할 수도 있다. 세멘타이트의 분율은 구립의 크기와 분포에 대해서는 아무것도 반영하는 바가 없으나, 이 두 개의 변수가 강의 강도에 중요한 영향을 끼친다. 구립의 크기와 구립간의 간격, 즉 페라이트의 평균 자유경로가 열처리에 의존한다. 구상화 온도에서 유지되는 시간이 길어질수록 세멘타이트 구립은 더 많아진다. 페라이트-세멘타이트 계면의 양을 줄이기 위해서 세멘타이트 입자들은 크게 성장하고, 그 수는 줄어든다.
분산 경화 기구
구상화강의 미세조직을 생각해 보자. 전단응력을 적용함에 따라, 소성변형이 시작되고(만약 전단응력이 항복응력보다 크다면) 전위선이 세멘타이트 입자들에 의해 저항력을 받는다. 전단응력을 계속 주면, 전위선은 입자들 사이에서 굽어진다. 휘어짐이 증가함에 따라, 휘어진 전위선의 일부분들이 접하게 된다. 이 부분들은 합쳐져서 각 세멘타이트 입자를 둘러싸고 물결모양의 전위선은 그것의 에너지를 줄이기 위하여 곧게 펴진다. 이 기구는 Orowan에 의해 제안되었고 그것은 항복응력과 평균 자유경로의 역수 사이의 직선 관계를 예측할 수 있다. 이런 직선적인 의존성은 실험적으로 발견된다. 좀 더 복잡한 이론들이 평균 자유경로에 대한 항복응력의 실제 의존성에 대해 더 정확한 근사치를 증명해 왔다. 이들 이론 중 일부는 분산된 입자를 주위의 전위고리 형성으로 말미암은 입자 간 거리의 감소와 그 결과로 인한 휨응력의 증가를 계산해 넣었다.
그러나, 이들 이론은 단지 이 경우에만 적합하다. 페라이트 평균 자유경로는 세멘타이트 입자크기에 직접적으로 비례하기 때문에, 입자크기가 감소할수록 분산된 제 이상에 의한 경화 효과는 증가한다는 것을 예측한다. 다시 말해, 제 이상 입자가 미세할수록, 그것들은 공간적으로 더 가까이 있게 되고 분산 경화에 의한 강화는 더 커지게 된다.
펄라이트강
페라이트 기지 내의 미세한 구상 세멘타이트를 분산시킴으로써 분산 경화를 유도하듯이, 펄라이트 구조가 존재해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 고온에서의 변태나 느린 냉각 속도에서 형성된 조대한 펄라이트는 상대적으로 두꺼운 페리이트와 세멘타이트 판상을 갖고 있다. 그런 조직은 낮은 온도나 빠른 냉각 속도에서 형성된 미세한 펄라이트에 비해 연하다. 펄라이트 내의 미세한 페라이트와 세멘타이트 판상은 전위의 경로를 제한해서 경도와 항복강도를 증가시키는 효과를 유발한다. 펄라이트의 경도는 펄라이트 간격의 함수로 나타날 수 있다. 경도는 층상 간격이 증가함에 따라 급격히 감소한다.
인위적으로 분산된 상
분산 경화는 제 이상을 기지 내에 인위적으로 끌어들임으로써 성취될 수 있다. 이들 경한 제 이상 입자들은 종종 산화물이다. 이 경화 방법은 SAP(sin-treed aluminum powder : 소결된 알루미늄 분말)와 TD (thoria dispersed) 니켈을 생산하기 위해 사용된다. 앞의 재료는 산화된 알루미늄 분말을 소결함으로써 도입되어 분산된 알루미늄 산화물에 의해, 후자는 토리움산화물 입자를 니켈 기지에 도입함으로써 경화된다. 알루미늄 산화물은 결정립계 피막을 형성함으로써 경화된다. 알루미늄-분말 입자들은 매우 작아서 산화물층 사이의 알루미늄 평균 자유경로가 작다. TD 니켈에서, 토륨 산화물은 매우 작고 미세하게 분산되어 기구에 의해 강화 매체로서 작용한다.
섬유유리는 인위적으로 분산 강화된 재료의 또 다른 한 예이다. 유리섬유가 합성수지 기지에 박혀서 강도를 제공한다. 그러한 섬유 강화의 예 중에 대형인 경우가 강화된 얼음이다. 얼음판은 매우 취약하지만, 만약 유리섬유가 응고 전에 얼음에 삽입되면 최종 조직은 매우 강하다.