비철금속 재료 및 구리와 그 합금

 

 

기계재료 핵심요약 - 비철금속 재료 및 구리와 그 합금

 

 

비철금속재료

 

 

알루미늄과 그 합금

 

알루미늄과 그 합금

- 비중은 2.7이다. - 용융점은 660℃이다. - 면심입방격자이다. - 비강도가 우수하다. - 주조성이 우수하다. - 열과 전기 전도성이 좋다. - 가볍고 전연성이 우수하다. - 내식성 및 가공성이 양호하다. - 담금질 효과는 시효경화로 얻는다. - 염산이나 황산 등의 무기산에 잘 부식된다.

※ 시효경화란?

열처리 후 시간이 지남에 따라 강도와 경도가 증가하는 현상이다.

 

 

 

알루미늄 합금의 종류 및 특징

분 류	종 류	구성 및 특징
주조용 (내열용)	실루민	- Al+Si(10~14%함유), 알팍스로도 불린다. - 해수에 잘 침식되지 않는다.
	라우탈	- Al+Cu 4%+Si 5% - 열처리에 의하여 기계적 성질을 개량할 수 있다.
	Y합금	- Al+Cu+Mg+Ni - 내연기관용 피스톤, 실린더 헤드의 재료로 사용된다.
	로엑스 합금	- Al+Si 12%+Mg 1%+Cu 1%+Ni - 열팽창 계수가 작아서 엔진, 피스톤용 재료로 사용된다.
	코비탈륨	- Al+Cu+Ni에 Ti, Cu 0.2%첨가 - 내연기관의 피스톤용 재료로 사용된다.
가공용	두랄루민	- Al+Cu+Mg+Mn - 고강도로서 항공기나 자동차용 재료로 사용된다.
	알클래드	- 고강도 Al합금에 다시 Al을 피복한 것
내식성	알민	- Al+Mn, 내식성, 용접성 우수
	알드레이	- Al+Mg+Si 강인성이 없고 가공변형에 잘 견딘다.
	하이드로날륨	- Al+Mg, 내식성, 용접성 우수

 

 

 

개량처리	Al에 Si가 고용될 수 있는 한계는 공정 온도인 577℃에서 약 1.6%이고, 공정점은 12.6%이다. 이 부근의 주조 조직은 육각판의 모양으로, 크고 거칠며 취성이 있어서 실용성이 없다. 이 합금에 나트륨이나 수산화나트륨, 플루오르화 알칼리, 알칼리 염류 등을 용탕 안에 넣고 10~50분 후에 주입하면 조직이 미세화되며, 공정점과 온도가 14%, 556℃로 이동하는데 이 처리를 개량처리라고 한다. 실용합금으로는 10~13%의 Si가 함유된 실루민이 유명하다. 개량처리에 주로 사용되는 원소는 Na(나트륨)이다.

 

 

 

개량처리한 재료의 특징

- 열간에서 취성이 없다. - 용융점이 낮고 유동성이 좋다. - 용탕과 모래형 수분과의 반응으로 수소를 흡수하여 기포가 생기는 결점이 있다. - 다이캐스팅에는 용탕이 급랭되므로 개량처리하지 않아도 미세한 조직이 된다. - Si의 함유량이 증가할 수록 팽창 계수와 비중은 낮아지며 주조성, 가공성도 나빠서 실용화가 어려워진다.

 

 

 

 

핵심문제

 

01. 다음 중 내식용 알루미늄 합금이 아닌 것은? [2012년 2회 - 기출]

① 알민

② 알드레이

③ 하이드로날륨

④ 라우탈

 

 

정답 : ④

 

 

01 - 해설.

라우탈은 주조용 알루미늄 합금이다.

 

 

 

 

02. Al-Cu-Mg-Mn의 합금으로 시효경과 처리한 대표적인 알루미늄 합금은? [2013년 5회 - 기출]

① 두랄루민

② Y합금

③ 코비탈륨

④ 로엑스 합금

 

 

정답 : ①

 

 

02 - 해설.

시효경화란 열처리 후 시간이 지남에 따라 강도와 경도가 증가하는 현상으로 시험에 자주 등장하는 Al합금으로는 Y합금과 두랄루민이 있다.

 

 

 

 

 

 

구리와 그 합금

 

 

구리의 성질

- 비중은 8.96이다. - 비자성체이다. - 내식성이 좋다. - 용융점은 1,083℃이다. - 끓는점은 2,560℃이다. - 전기전도율이 우수하다. - 전기와 열의 양도체이다 - 전연성과 가공성이 우수하다. - 건조한 공기 중에서 산화하지 않는다. - 황산, 염산에 용해되며 습기, 탄소가스, 해수에 녹이 생긴다.

 

 

 

구리 합금의 대표적인 종류

청 동	Cu+Sn, 구리 + 주석
황 동	Cu+Zn, 구리 + 아연

 

 

 

청동의 종류

켈밋 합금	- Cu 70%+Pb 30~40%의 합금, 열전도, 압축 강도가 크고 마찰계수가 적다. - 고속, 고하중용 베어링에 사용된다.
베릴륨 청동	- Cu에 1~3%의 베릴륨을 첨가한 청동합금으로 담금질한 후 시효경화시키면 기계적 성질이 합금강에 뒤떨어지지 않고 내식성도 우수하여 기어, 판스프링, 베어링용 재료로 쓰이는데 가공하기 어렵다는 단점이 있다.
연 청동	- 납 청동이라고도 하며 베어링용이나 패킹 재료로로 사용된다.
알루미늄 청동	- Cu에 Al 2~15%를 첨가한 합금으로 강도가 극히 높고 내식성이 우수하다. - 기어나 캠, 레버, 베어링용 재료로 사용된다.

 

 

 

황동의 종류

톰백	- 구리에 아연을 8~20% 합금한 것으로 색깔이 아름다워 장식용 재료로 사용한다.
문쯔메탈	- 60%의 구리와 40%의 아연이 합금된 것으로 인장강도가 최대이며, 강도가 필요한 단조제품이다. 볼트, 리벳 등의 재료로 사용한다.
알브락	- 구리75%+아연20%+소량의 Al, Si, As(비소)등의 합금이다. - 해수에 강하며 내식성과 내침수성이 커서 복수기관과 냉각기관에 사용한다.
애드미럴티 황동	- 7:3황동에 주석 1%를 합금한 것으로 콘덴서 튜브에 사용한다.
델타메탈	- 6:4황동에 철 1~2%를 합금한 것으로 부식에 강해서 기계나 선박용 재료로 사용한다.
쾌삭황동	- 황동에 Pb을 0.5~3% 합금한 것으로 피절삭성 향상을 위해 사용한다.

 

 

황동의 자연균열

정의	- 냉간가공한 황동재질의 파이프나 봉재제품이 보관 중에 자연적으로 균열이 생기는 현상
황동의 자연균열의 원인	- 암모니아나 암모늄에 의한 내부응력이 발생하기 때문이다.
황동의 자연균열의 방지법	- 수분에 노출되지 않도록 한다. - 200~300℃로 응력제거 풀림을 한다. - 표면에 도색이나 도금으로 표면처리를 한다.

 

황동의 특징

황동의 특징

- 황동은 구리와 아연의 2원 합금으로 놋쇠라고도 한다. - 구리에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 좋은 재료이다. - 호아동의 기계적 성질은 아연의 함유량에 따라 달라지는데 인장강도는 40% 부근에서 최대가 되며, 연신율은 30% 부근에서 최대가 된다.

 

 

 

Cu와 Ni의 합금

콘스탄탄	- 구리에 니켈을 40~45% 함금한 재료로 온도 변화에 영향을 많이 받으며 전기 저항성이 커서 저항선이나 전열선, 열전쌍의 재료로 사용된다.
니크롬	- 니켈과 크롬의 이원합금으로 고온에 잘 견디며 높은 저항성이 있어서 저항선이나 전열선으로 쓰인다.
모넬메탈	- Cu에 Ni이 60~70% 합금된 재료로 내식성과 고온강도가 높아서 화학 기계나 열기관의 재료로 사용된다.
큐프로니켈	- Cu에 Ni을 15~25% 합금한 재료로 백동이라고도 한다. - 내식성이 좋고 비교적 고온에서도 잘 견디어 열교환기의 재료로 사용된다.
베네딕트 메탈	- Cu 85%,에 Ni14.5정도 합금된 재료로 복수기관 건축공구, 화학기계 부품 등에 씅는 내식성 백색합금이다.
니켈 실버	- 구리합금의 일종으로 양은이라고도 한다. - 은 백색의 합금으로 기계적 성질과 내식성, 내열성이 우수하여 스프링 재료로 사용된다. - 전기 저항이 작아서 온도 조절용 바이메탈 재료로도 사용된다. - 기계 재료로 사용될 때는 양백, 식기나 장식용으로 사용 시에는 양은으로 불리는 경우가 많다.

 

 

 

 

 

03. 다음 중 청동의 주성분 구성은? [2012년 2회 - 기출]

① Cu+Zn합금

② Cu+Pb합금

③ Cu+Sn합금

④ Cu+Ni합금

 

 

정답 : ③

 

 

03 - 해설.

청동은 구리와 주석의 합금이다.

 

 

 

 

 

04. 황동의 연신율이 가장 클 때 아연(Zn)의 함유량은 몇% 정도인가? [2014년 1회 - 기출]

① 30

② 40

③ 50

④ 60

 

 

정답 : ①

 

 

04 - 해설.

황동은 구리와 아연의 2원 합금으로 놋쇠라고도 한다.  그리에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 좋은 재료이다.  황동의 기계적 성질은 아연의 함유량에 따라 달라지는데, 인장강도는 40% 부근에서 최대가 되며, 연신율은 30% 부근에서 최대가 된다.

 

 

이번 포스팅은 여기까지로 마무리 하겠습니다.

더 하면 머리 아프실까바서...ㅠㅠ

 

다음 포스팅에서는 나머지 합금재료와 합성 수지에 대해 포스팅 하도록 하겠습니다.

다음 포스팅에서 뵙겠습니다~^^