Transcript 기계재료(비철금속재료).

제4장 비철금속재료
산업설비자동화
제1절 동과 동합금
1. 동(Cu) 재료의 개요
◈ 순동의 성질
► 전기 및 열의 전도성이 우수
► 전연성이 풍부하여 가공성이 우수
► 화학적 저항력이 커서 내식성이 강함(초산 및 알카리용액에 부식)
► 아름다운 광택과 귀금속적 성질
► Zn, Sn, Ni, Ag 등과 합금이 용이하다.
◈ 순동의 특징
► 원자번호 29, 원자량 63.55
► 비중이 8.96으로 Fe보다 약간 무겁다
► 융점이 1083℃, 비등점 2595 ℃
► 결정구조는 면심입방격자
산업설비자동화
제1절 동과 동합금
3. 동(Cu)-아연(Zn)계 합금
◈ 구리에 아연을 첨가 – 단동(red brass), 또는 황동(brass)
- 용도 : 공업적으로 중요한 재료로 판, 관, 주물품으로 이용
◈ 뇌관용 황동
► Zn을 1~2% 함유한 것으로 우수한 가공성(디입드로우잉)
► 내식성이 우수하고, 탄피용으로 주로 사용
◈ 단동계 황동
► 구리에 Zn을 5~20% 첨가한 것
► 건축용, 장식용, 화장품케이스 등의 재료로 주로 사용
► 화려한 색상과 전연성, 가공성, 내식성 등으 우수
산업설비자동화
4. 황동계 합금
◈ 황동계 합금의 종류와 특징
► 황동1종 : 구리(70%)+아연(30%), 연신율과 강도가 높음
- 70-30황동 또는 7-3황동으로 대표적인 α황동
- 아름다운 광택, 신율, 냉간가공 및 전연성 우수
- 드로잉성이 우수 : 탄피, 성형용품, 장식용품 등 재료
► 황동2종 : 구리(65%)+아연(35%)계의 α황동
- 성질은 7:3황동에 가깝고 가공성과 도금성 우수
- 레디에이터, 배선기구, 전기부품 등에 사용
► 황동3종 : 구리(60%)+아연(40%)의 (α+β)황동
- 60-40황동 또는 6-4황동
- 7-3황동보다 강도가 높고, 냉간가공저하, 열간가공우수
- 전기배선기구, 시계부품, 기어 등의 정밀부품용(문쯔메탈)
* 톰백(tombac) : 80Cu+20Zn로 5~20Zn 합금의 총칭으로
전연성이 좋고 색이 금에가까워 모조금으로 주로 사용
산업설비자동화
◈ 특수황동 : 보통황동에 Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb등을 첨가하여
색상, 내마모성, 내식성 및 기계적성질을 개선
► 쾌삭황동 : 6:4황동에 Pb를 0.6~4%첨가, 피삭성개선
- 판, 봉, 선재로 주로 사용되고, 소형 기계부품용으로 사용
► 주석(Sn)계 황동(함석황동) : 황동계 합금에 주석을 첨가
- 주석황동 : 구리에 10Zn을 첨가하고, 2%Sn을 첨가
- 에드미럴티황동 : 7-3황동에 1%Sn, 내식•내해수성 양호
- 네이벌황동 : 6-4황동에 1%Sn, 내해수성 우수(선박부품)
- 알루미늄황동(알부랙) : 구리-Zn20%황동에 2%정도의Al
- 고력황동 : 6-4황동에 소량의 Mn, Al, Fe, Ni, Sn 첨가하
여 강도와 내식성을 향상 시킨 망간청동
산업설비자동화
5. 동(CU)-납(Pb)계합금
◈ 청동(bronze) : 황동이외의 구리합금을 의미
- 전연성이 좋고 단단하며 내식성도 우수하나 고가임
- 화폐, 상패, 미술품 공예품 등으로 사용
◈ 특수청동
► 인청동 : 납청동에 P(0.03~0.5%)을 첨가
• Sn과 P의 증가에 따라 강도와 탄성 및 경도가 향상
• 용도 : 스프링재료, 스위치, 전기전자부품, 기계요소부품
► 알루미늄청동 : Cu + Al(6~11%)첨가
• 내열, 내부식, 내마모성 우수
• 용도 : 화학공업용품, 선박용부품, 베어링재료 등
► 규소청동 : Cu + Si(3%) + Sn(1%)의 합금
• 내산화성 및 인장강도가 우수
• 용도 : 화학공업용 재료
산업설비자동화
6. 동(CU)-니켈(Ni)계합금
◈ 백동 : 큐프로니켈(Cupronickel)이라고도 하며 백색광택
- 구리에 니켈을 첨가하면 Ni량에 따라 적색에서 백색
- 소성가공성과 열간단조성이 우수
- 용도 : 화폐 및 화학공업용재료 등으로 이용
◈ 니켈황동(양백 또는 양은)
- 구리(54~75%)-니켈(8.5~19.5%)계 합금에 Zn을 첨가
- 전연성과 내식성이 우수
- 용도 : 식기, 장식품,전기부품, 건축자재 등으로 사용
◈ 콘스탄탄(Constantan) : 온도에 따른 변화가 매우 적음
- Cu(55%) + Ni(45%)을 첨가하여 전기저항률을 향상
- 용도 : 열전대 등으로 사용
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제2절 알루미늄과 그 합금
1. 경금속과 알루미늄
◈ 경금속의 정의
- 비중이 5이하를 경금속, 5이상을 중금속이라 함
- Al, Mg, Ti 이 대표적인 경금속
- 구조용 경금속 : 구조용으로 가장 가변운게 Al 합금
◈ 알루미늄계재료의 특징
- 기계적 특성이 양호
- 내식성이 우수하고 열과 전기의 전도성이 우수
- 가공성, 접합성, 성형성이 양호
- 빛이나 열의 반사율이 높다.
◈ 순 알루미늄의 특징
- 비중이 2.7로 Mg(1.74), Be(1.85)다음으로 가볍다.
- 용점이 660℃ 정도로 낮다.
- 면심입방(FCC) 구조로 은백색을 띤다.
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2. 알루미늄의 종류
►가공용 알루미늄 합금, 고력 알루미늄 합금
◈ 듀랄루민(duralmin)
- Cu(4%)와 약간의 Mg(0.5%), Mn(0.5%), Si를 첨가
- 상온 시효경화 시키면 기계적성질, 성형성이 개선
- 중량이 가벼워 항공기 제작에 주로 이용
◈ 슈퍼듀랄루민(Super duralmin)
- Cu(4.5%) + Mg(1.5%), + Mn(0.5%의 합금
- 인장강도 50kg/mm2 이상
- 용도 : 엔진, 프로펠러, 항공기 부품, 실린더 헤드 등
◈ 실루민(Silumin)
- Al – Si계 합금으로 독일에서는 실루민, 미국에서는 알펙스
- 가볍고 강도가 우수하여 항공기 및 자동차 부품에 사용
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◈ 하이드로날늄(Hydronalium)
- Al – Mg(2~10%)계 합금으로 내식 및 내해수성이 우수
- 주조용 및 가공용으로 사용
- 용도 : 화학용기, 건축장식, 사무기기 및 선박용 부품
◈ Y합금
- Al + Cu(4%) + Ni(2%) + Mg(1.5%)을 첨가한 합금
- 내열용 Al합금으로 팽창계수 및 마찰계수가 작다
- 용도 : 내연기관의실린더, 피스톤 및 실린더 헤드
◈ 다이캐스팅용 알루미늄 합금
- 라우탈, 실루민, Y합금 등이 대표적인 다이캐스팅 재료
- 다이캐스팅재료의 요구 성질
• 유동성이 좋고 열간취성이 적을 것
• 응고수축에 대한 용탕보급성이 좋을 것
• 금형에 점착하지 않을 것
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제3절 기타 비철금속 재료
◈ 마그네슘(Magnesium : Mg)과 그 합금
- Mg는 비중 1.74, 용점 650℃로 실용금속 중 가장 가볍다
- Mg + Mn 또는 Th 계 합금은 가공용, Mg + Al 주조용
- 용도 : 항고기나 자동차 및 전기부품 등으로 사용
- 주조용 Mg합금의 대표적인 것으로 엘렉트론이 있다
◈ 티타늄(Titanium : Ti)과 그 합금
- Ti + Mn 또는 Al
- 가볍고 강하며 열에 잘 견디고 내식성이 우수하다
- 용도 : 항공기, 로켓재료, 화학공업용 기기 등으로 사용
◈ 니켈(nickel : Ni)과 그 합금
- 비중이 8.9, 용점이 1450℃, 면심입방격자로 전연성이 우수
- 강자성체이고 전기저항이 크며, 내식, 내열성이 우수
- 용도 : 자성재료, 전기재료, 내식내열재료 등으로 사용
- 대표적인 제품이 인코넬(Ni – Cr – Fe)로 미국 Inco제품
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제5장 비금속재료
제1절 비금속재료
- 금속 이외의 재료를 말한다
- 세라믹재료 및 복합재료가 이에 속한다.
- 무기재료, 고분자재료, 복합재료, 자성재료 기타 비금속재료
- 합성수지, 고무, 섬유, 세라믹, 단열재, 목재, 유리 등
►무기재료 : 흙, 돌과 같이 자연에서 존재하는 재료
►유기재료 : 목재, 천연섬유, 종이 등과 같이 생물체에서 비롯
◈ 세라믹 재료
- 세라믹이란 그리스어로 흙으로, 불에 태워서 만든 것에 유래
- 시멘트, 유리, 벽돌, 도자기 등이 전통 세라믹에 속한다.
- 전통세라믹, 전자기용세라믹, 파인세라믹, 엔지니어링세라믹
►전통세라믹 : 천연의 점토로 만든 세라믹(시멘트, 유리, 벽돌)
►전자기용세라믹 : 초전성, 전자기적 기능을 부여한 세라믹
►파인세라믹 : 합성원료에 의한 인공재료를 이용한 세라믹
►엔지니어링세라믹 : 기계부품재에 사용되는 고성능세라믹
산업설비자동화
◈ 세라믹 재료의 특징
- 낮은 인성과 연성을 가지며, 대단히 경하고 취성아 강함
- 전도전자가 없어 전기와 열의 절연체(절연성, 내열성, 내식성)
- 높은 융점과 화학적 안정성을 가짐
- 고온에서 분말을 소결하여 입자를 결합시켜 제조
►
◈ 신소재
►금속이나 무기 또는 유기재료를 원료로 하여 만든 재료
►금속재신소재 : 형상기억합금, 초내열합금, 초경량합금 등
►세라믹계신소재 : 바이오세라믹, 기계구조용세라믹 등
►고분자신소재 : 엔지니어링프라스틱
►복합재신소재 :
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2. 주철의 종류
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2. 주철의 종류
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