가스텅스텐아크용접기능사 금속의 특성과 결정 구조 — 격자별 원자수·배위수와 대표 금속

금속의 공통 특성은 상온에서 결정체인 고체라는 점(수은은 액체라 예외), 열과 전기의 양도체라는 점, 비중이 크고 금속 광택이 있다는 점, 소성변형이 가능해 전성·연성이 좋다는 점이다. 소성변형이 있기 때문에 단조·압연·인발 같은 가공이 쉽다. '소성변형이 없어 가공하기 쉽다'는 설명은 앞뒤가 뒤집힌 것이다. 비중도 비금속보다 큰 것이 일반적이므로 '비중이 작다'는 공통 특성으로 말할 수 없다.

결정구조의 단위격자에 든 원자 수는 격자마다 다르다. 체심입방격자(BCC)는 꼭짓점 원자 8개가 이웃한 8개 격자에 나뉘어 하나당 1/8씩 계산되므로 8×1/8=1개에 체심 1개를 더해 모두 2개다. 면심입방격자(FCC)는 4개, 조밀육방격자(HCP)는 2개다. 배위수는 한 원자에 가장 가까이 붙은 이웃 원자의 수로, 조밀하게 쌓인 HCP와 FCC는 12이고 헐겁게 쌓인 BCC는 8이다.

조밀육방격자는 영어 이름 Hexagonal Close-Packed의 머리글자를 딴 HCP다. 마그네슘, 아연, 티타늄, 코발트가 대표적이다. 면심입방격자에는 알루미늄, 구리, 니켈, 금, 은, 납, γ철이 속하고, 체심입방격자에는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐, α철이 속한다. FCC 금속은 연성과 전기 전도성이 좋다.

순철은 온도에 따라 결정구조가 바뀐다. 상온에서 912℃까지는 체심입방격자인 α철이고, 912℃(A3)에서 1394℃(A4)까지는 면심입방격자인 γ철(오스테나이트)이며, 1394℃부터 융점까지는 다시 체심입방격자인 δ철이다. 따라서 A3와 A4 사이는 면심입방격자다. 체심정방격자는 담금질 때 생기는 마르텐사이트의 구조이고, 조밀육방격자는 아연·마그네슘 같은 금속의 구조라 철의 상이 아니다.

비중은 같은 부피일 때의 무게 비율이다. 이리듐은 약 22.5로 텅스텐의 약 19.3보다 크고, 리튬은 약 0.53으로 물보다 가볍다. 용융점이 높은 금속은 원자 결합력이 강해 비중도 큰 경향이 있다.

Fe-C 상태도에서 탄소량이 약 0.8%인 오스테나이트(γ고용체)가 냉각되면서 페라이트(α고용체)와 시멘타이트(Fe3C)로 동시에 갈라져 펄라이트를 만드는 반응점이 공석점이다. 액체가 두 고체로 동시에 굳는 공정점(주철의 탄소 4.3% 부근)과 다르고, 액체와 고체가 만나 새로운 고체를 만드는 포정점과도 다르다.

자기변태는 결정격자의 배열은 그대로 두고 강자성만 사라지는 변태다. 철의 자기변태점(퀴리점)은 약 768℃(A2)이고, 910℃는 체심입방격자인 α철이 면심입방격자인 γ철로 바뀌는 A3 동소변태점이다. 두 온도를 바꾸어 놓은 설명이 틀린 것이다.