황동이란? – 속성, 유형 및 용도

황동이란?

황동은 주로 구리와 아연으로 만들어진 비철 적색 금속입니다. 다른 양의 구리와 아연은 다양한 기계적 및 전기적 품질을 만들 수 있습니다. 또한, 구리와 아연의 양을 조절하여 다양한 황동을 생산합니다.

지금의 황동은 구리 67%와 아연 33%로 구성되어 있습니다. 구리 농도는 중량 기준으로 55%에서 95% 사이이며 아연 농도는 5%에서 45% 사이입니다.

황동은 동일한 결정 구조 내에서 서로를 대체할 수 있는 두 가지 주요 요소의 원자로 구성되어 있기 때문에 대체 합금입니다. 납은 종종 대략 2%로 황동에 첨가되며. 황동에 납을 첨가하면 가공성이 향상되지만 전체 납 함량이 비교적 낮은 황동에서도 상당한 납 침출이 자주 발생합니다.

악기, 무기 카트리지 케이스, 라디에이터, 건축용 장식, 파이프 및 튜브, 나사 및 장식 품목은 모두 황동으로 만들어집니다.

 

황동의 역사

황동은 기원전 5세기경 중국에서 처음 사용되었습니다. 발견된 황동 인공물은 아연 함량이 5~15%에 불과하며 이는 "천연 합금"으로 제조되었으며 실수로 만들어졌을 수 있음을 나타냅니다.

이 금속은 아연 함량이 높은 구리 광석에서 제련되어 우연히 황동과 같은 금속이 생성되었을 가능성이 큽니다. 그러나 일부 유물은 황동과 관련된 황금색으로 만들어진 것으로 알려져 있습니다.

기원전 3세기에 추가 구리-아연 합금이 중동과 아시아에 나타났습니다. 아랍에미리트, 서인도, 우즈베키스탄, 이란, 시리아, 이라크는 모두 이 시기에 황동을 발견했다. 황동은 중동과의 무역 덕분에 영국과 스페인에서 인도에 이르기까지 전 세계적으로 사용되었습니다.

기원전 1세기에 고고학자들은 그리스와 로마가 황동 합금을 생산했다는 증거를 발굴했습니다. 로마인들은 구리와 아연이 풍부한 광물인 칼라민을 가열하여 구리와 결합하여 황동 합금을 생산함으로써 칼라민 황동을 만들기 위해 시멘트를 사용했습니다. 로마인들은 놋쇠를 사용하여 동전과 기타 품목을 만들었습니다.

터키는 곧 로마의 금속 제조를 따라 주화를 생산하기 시작했습니다. 황동은 로마 제국 전역과 북유럽으로 확장되기 시작했습니다. 놋쇠는 은과 금이 북미와 남미에서 사용되기 전에 귀금속으로 간주되었으며 교회와 무덤에서 미적 목적으로 사용되었습니다.

기원전 1세기에 놋쇠가 인도에 도착하기 시작했습니다. 로마 칼라민 황동과 달리 인디언 황동은 합착이 아닌 스펠터링을 사용하여 만들어졌습니다. 스펠터링을 통해 황동 생산자는 황동의 아연 농도와 황동의 특성을 변경할 수 있습니다.

산업 혁명 이후 황동의 용도가 증가했습니다. 군복의 황동 단추는 미국에서 점점 더 유행이 되었고 황동 램프와 시계 장치에 대한 수요가 증가했습니다.

 

황동의 제조 공정

1. 용융
이 첫 번째 공정에서는 구리 합금을 1,050°C의 전기로에서 녹입니다. 구리를 녹인 후 구리 합금에 필요한 비율의 아연이 제공됩니다. 용융 공정 중 아연 증발을 보상하기 위해 소량의 추가 아연이 구리 합금에 때때로 추가됩니다. 그런 다음 용융 금속을 직육면체 프레임워크에 넣고 냉각 후 석판으로 만듭니다.

2. 열간 압연
그런 다음 이 케이크를 용광로에 넣고 원하는 온도에 도달할 때까지 가열합니다. 그런 다음 반대쪽 강철 롤러 위에서 이러한 핫케이크를 우회하여 황동 두께를 줄입니다. 이 작업 중에 황동의 너비도 향상됩니다.

그런 다음 황동은 스캘퍼로 알려진 밀링 머신을 통해 공급되기 전에 냉각됩니다. 이 기계는 또한 금속이 공기에 노출될 때 형성되는 산화물로 구성된 황동의 매우 얇은 외부 코팅을 제거합니다.

3. 어닐링 및 냉간 압연
열간 압연되면 황동으로 작업하기가 점점 더 어려워집니다. 또한 유연성이나 스트레칭 능력을 잃습니다. 황동은 경도를 완화하고 더 굴리기 전에 더 가단하게 만들기 위해 먼저 가열해야 합니다. 어닐링은 이 프로세스의 용어입니다. 황동 구성과 요구되는 품질에 따라 어닐링 온도와 시간 프레임이 달라집니다.

더 큰 열간 압연 황동 조각은 밀봉된 용광로에서 일괄적으로 함께 어닐링할 수 있습니다. 더 작은 품목은 금속 벨트 컨베이어를 사용하여 양쪽 끝에 밀폐된 씰이 있는 용광로를 통해 연속적으로 공급할 수 있습니다.

용광로는 황동이 산소와 반응하여 표면에 바람직하지 않은 산화물을 형성하는 것을 방지하기 위해 두 절차 모두에서 질소와 같은 중성 가스로 채워집니다.

열처리된 황동 조각을 다른 롤러를 통해 밀어 두께를 약 2.5mm(0.1인치)로 줄입니다. 황동의 온도는 열간 압연보다 현저히 낮기 때문에 이 방법을 냉간 압연이라고 합니다. 냉간 압연은 황동의 내부 구조나 결정립을 변형시켜 강도와 경도를 증가시킵니다.

두께가 줄어들면 재료가 더 강해지고 단단해집니다. 균일한 두께의 황동 시트의 경우 냉간 압연기는 롤러 너비에 걸쳐 변형을 최소화하도록 설계되었습니다. 특정 공장에서는 황동 조각을 하나의 길고 연속적인 시트로 함께 용접하여 수직 지그재그 패턴의 어닐링 용광로와 압연기를 통과시킵니다.

4. 롤링 완료
시트는 공차를 강화하고 황동에 완벽한 표면 마감을 제공하는 최종 냉간 압연 공정을 거칩니다. 이 시트는 이후 필요에 따라 필요한 크기로 절단됩니다.

 

 

황동의 종류

다양한 종류의 황동의 결정 구조가 가장 중요한 차이점입니다. 세 가지 다른 유형의 황동은 다음과 같습니다.

1. 알파 황동
알파 황동은 37% 미만의 아연이 구리에 융합될 때 형성되는 균질한(알파) 결정 구조의 이름을 따서 명명되었습니다. 아연이 구리로 용해되면서 알파 결정 구조가 형성되어 균일한 조성의 고용체가 생성됩니다. 이 황동은 동급보다 더 부드럽고 가단성이 높기 때문에 냉간 가공, 용접, 압연, 당기거나 굽히거나 납땜할 수 있습니다.

가장 널리 사용되는 알파 황동은 아연 30%와 구리 70%로 구성됩니다. 종종 70/30 황동 또는 '카트리지 황동'으로 알려진 이 황동 합금은 냉간 드로잉에 최적의 강도와 유연성을 가지고 있습니다. 또한 아연 함량이 더 높은 황동보다 내식성이 높습니다. 전기 소켓의 나무 나사 및 스프링 접점과 같은 패스너는 알파 합금으로 만들어집니다.


2. 알파 베타 황동
'듀플렉스 황동' 또는 '열간 가공 황동'으로도 알려진 알파-베타 황동은 아연 함량이 37-45%이며 알파 및 베타 입자 구조로 구성됩니다. 베타 단계의 황동은 순수한 아연과 원자적으로 더 비슷합니다.

아연 함량은 알파 위상과 베타 위상 황동의 비율을 결정합니다. 그러나 알루미늄, 실리콘 또는 주석과 같은 합금 구성 요소는 합금의 베타 상 황동의 양을 향상시킬 수도 있습니다.

알파-베타 황동은 알파 황동보다 더 일반적이지만 더 단단하고 강하며 냉간 연성이 적습니다. 증가된 아연 함량으로 인해 알파-베타 황동은 저렴하지만 탈아연 부식이 발생하기 쉽습니다.

알파-베타 황동은 알파 황동보다 주변 온도에서 덜 작동하지만 고온에서는 훨씬 더 작동 가능합니다. 이 황동은 가공성을 높이기 위해 납이 있는 경우에도 균열에 강합니다. 결과적으로 압출, 스탬핑 및 다이캐스팅이 가장 일반적인 열간 가공 알파-베타 황동 방법입니다.

3. 베타 황동
베타 황동은 아연이 45% 이상 함유된 세 번째 유형의 황동 합금입니다. 그들은 알파 또는 알파 베타 황동보다 훨씬 덜 일반적입니다. 이 황동은 베타 결정 구조를 가지고 있으며 알파 및 알파-베타 황동보다 더 단단하고 강합니다.

결과적으로 열간 가공되거나 주조될 수 있습니다. 결정 구조 분류와 달리 특성으로 황동 합금을 식별하면 합금 금속이 황동에 미치는 영향을 분석할 수 있습니다.

일반적인 베타 황동은 쾌삭 황동, 고장력 황동, 해군 황동, 탈아연성 ​​황동, 냉간 가공용 황동 및 주조 황동입니다. 적색 황동은 건메탈이라고도 하는 주석(Cu-Zn-Sn)을 포함하는 고동(85%) 합금과 함께 제공되며, 황동은 아연 함량이 더 높은 황동 합금(33% 아연)으로 제공됩니다.

 

황동의 속성

황동의 구리와 아연의 양은 그 특성을 결정합니다. 주석, 알루미늄, 납 및 니켈과 같은 기타 금속은 황동의 품질을 향상시키기 위해 자주 첨가됩니다. 다음은 황동의 일부 속성입니다.

▷ 황동은 일반적으로 밝은 금색이지만 붉은 금색 또는 은백색 일 수도 있습니다. 더 많은 구리는 합금에 로즈 톤을 제공하고 더 많은 아연은 은빛 외관을 제공합니다.
▷ 황동은 9000 0C에서 9400 0C 사이의 낮은 녹는점을 가지고 있습니다.
▷ 황동은 비자성 금속이며 비자성으로 인해 전기 및 전자 장비에 바람직한 금속입니다. 스크랩에서 분리하는 것은 간단합니다.
▷ 황동은 천연 항균성 금속이며 병원체(박테리아 또는 기타 미생물)를 지원하지 않습니다. 결과적으로 수도꼭지 및 문 손잡이에 대해 제안됩니다.
▷ 황동은 가단성입니다. 작은 와이어로 당기거나 늘어나도 끊어지지 않습니다. 금속이 와이어로 당겨지면 인장력이 발생하며 구리와 아연보다 높은 탄성을 가지고 있습니다.
▷ 황동은 부식을 방지하며 구리 함량이 높으면 금속을 둘러싸는 보호층을 형성하여 부식으로부터 보호합니다.
▷ 황동은 악기에 이상적인 음향 특성을 가지고 있습니다.
▷ 황동 금속의 표면은 마모에 강합니다. 마찰에 대한 저항도 강합니다.
▷ 황동은 열과 전기의 좋은 전도체이며 열과 전기의 통과를 허용합니다. 전기 케이블에는 전기를 전도하는 황동 가닥이 있습니다.

 

황동의 용도

▷ 황동은 고유한 내구성과 내식성으로 인해 바람직한 건축용 합금입니다. 건축 근막 장식과 울타리가 자주 사용됩니다. 특정 황동 합금은 또한 전 세계적으로 역사적인 건축물의 복원 또는 보수를 돕기 위해 사용되었습니다.
▷ 황동은 금속 대 금속 접촉이 필요한 설정에서 마찰이 적기 때문에 기계 부품에 자주 사용됩니다. 기계는 황동 기어, 기관차 차축 상자, 선박 엔진 등에서 흔히 볼 수 있습니다. 황동 수공구(망치, 납작칼 등)는 수명이 매우 길기 때문에 탐나는 물건입니다.
▷ 황동은 가정에서 가장 일반적인 두 가지 배관 및 전기 시스템의 구성 요소로 자주 사용됩니다. 전기 소켓 및 스위치의 다양한 구성 요소는 황동 합금으로 만들어집니다. 황동은 밸브 및 엘보우, 플러그 및 커플 링과 같은 파이프 피팅과 같은 배관 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다.
▷ 황동은 전통적으로 다양한 악기를 만드는 데 사용되었습니다. 황동은 전 세계적으로 트럼펫, 프렌치 호른, 트롬본 및 튜바를 생산하는 데 사용됩니다. 황동 부품은 일렉트릭 기타 및 일렉트릭 바이올린과 같은 일렉트릭 악기의 내부에 사용됩니다.