가스텅스텐아크용접기능사 금속재료의 시험과 검사 — 열전도율·자성과 허용응력

열전도율은 열이 금속 속을 얼마나 잘 전달하는지를 나타내는 값이다. 이 세트의 비교 순서는 구리 > 연강 > 납 > 스테인리스강이고, 수치로 보면 구리 약 390, 연강 약 50, 납 약 35, 스테인리스강 약 16이다. 용접 입열이 일정하면 열전도율이 큰 금속일수록 열을 빨리 빼앗겨 냉각속도가 빠르므로 구리가 가장 빨리 식고 스테인리스강이 가장 늦게 식는다. 구리·알루미늄·연강·스테인리스강을 비교하는 문항에서도 열전도율이 가장 큰 구리가 냉각이 가장 빠르다.

금속의 일반 성질에는 예외가 있다. 수은은 상온에서 액체로 존재하는 유일한 금속이므로 '모든 금속은 상온에서 고체'라는 설명은 성립하지 않는다. 텅스텐은 금속 가운데 용융점이 가장 높아 약 3410℃이고 전구 필라멘트에 쓰이며, 이리듐은 비중이 약 22.5로 가장 무거운 금속 축에 든다. 금속이 열과 전기를 잘 통하는 까닭은 자유전자 때문이다.

순금속의 열전도율 순위는 은 > 구리 > 금 > 알루미늄이다. 은은 전기전도율에서도 으뜸이지만 값이 비싸 실제로는 2위인 구리를 전선과 열교환기에 많이 쓴다. 주석은 납땜에 쓰는 저융점 금속으로 이 순위에 들지 못한다.

금속 침투법은 금속 표면에 다른 금속을 확산시켜 경화층을 만드는 처리로, 침투시키는 원소에 따라 이름이 달라진다. 아연 분말 속에서 약 300~420℃로 가열해 아연을 침투시키면 세라다이징이고, 표면에 경화층이 생겨 내식성이 좋아진다. 크로마이징은 크롬, 칼로라이징은 알루미늄, 실리코나이징은 규소를 침투시킨다.

다이캐스팅은 녹인 금속을 금형에 높은 압력으로 밀어 넣어 제품을 만드는 주조법이다. 합금에는 틀 구석까지 잘 흘러 들어가는 유동성, 뜨거울 때 잘 부스러지지 않는 성질, 굳을 때 수축하는 만큼 용탕이 보충되는 성질이 필요하다. 반면 금형에 들러붙는 점착성은 적어야 탈형이 쉽고 금형 수명이 길어지므로, '점착성이 좋아야 한다'는 요구조건에 해당하지 않는다.

자성체는 자기장에 대한 반응으로 나뉜다. 철·니켈·코발트는 자기장에 강하게 끌리는 강자성체이고, 알루미늄은 아주 약하게 끌리는 상자성체이며, 반자성체는 오히려 밀려난다. 비스무스·주석·금·구리는 자석에 붙지 않고, 망간과 백금도 상온에서 강자성체가 아니다.

경금속과 중금속은 비중으로 나눈다. 비중 약 5, 또는 4.5를 기준으로 그보다 작으면 경금속, 크면 중금속이다. 베릴륨 약 1.85, 마그네슘 약 1.74, 알루미늄 약 2.7, 티타늄 약 4.5는 경금속이고, 구리와 니켈은 약 8.9, 주석은 약 7.3으로 중금속이다.

허용응력은 재료가 견딜 수 있는 강도를 안전하게 줄여 설계에 쓰는 값이다. 허용응력 = 인장강도 ÷ 안전율이므로 인장강도 55와 안전율 6을 대입하면 55 ÷ 6 ≈ 9.17, 약 9.2가 된다. 안전율이 클수록 결과값이 작아져 더 여유 있는 설계가 되고, 허용응력은 인장강도보다 반드시 작아야 하므로 안전율을 곱해 숫자를 키우면 틀린다.