개념 한 쪽
구리와 그 합금은 구성 원소에 따라 명칭과 용도, 내식성·절삭성 등의 성질이 달라진다. 주요 합금의 명명과 성분을 연결하여 용도에 맞는 재료를 고르는 능력이 중요하다.
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출제기준 단원 「구리와 그 합금」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 선철의 주요 성분 식별 | 1 | 선철에 불가피하게 함유되는 5대 원소를 묻는 능력 평가 |
| 납 첨가 황동 명칭·용도 판단 | 1 | 납을 첨가한 황동의 명칭과 정밀가공용도 연결 능력 |
| 상수 탄성 합금 식별 | 1 | 온도 변화에 따른 탄성률 불변 합금을 구별하는 능력 |
황동은 구리와 아연의 합금이며, 조성에 따라 성질과 용도가 달라진다. 납(Pb)을 첨가하면 절삭성이 좋아져 정밀한 기계 가공 부품에 적합해지며, 이러한 납 첨가 황동을 리드 브라스(Lead Brass)라 부른다. 문츠 메탈(Muntz metal)은 약 Cu 60%와 Zn 40%의 6-4 황동으로 강도가 높지만 탈아연 부식에 취약한 특징을 가진다.
알루미늄계 합금으로는 실루민이 있으며, 알루미늄(Al)에 규소(Si)를 약 10~13% 함유한 합금은 주조성이 좋아 기계 부품의 주조재로 널리 사용된다. 고강도 알루미늄 합금 계열에서는 초초두랄루민과 같은 명칭이 고강도를 나타내며, 명칭에서 물성 수준을 유추할 수 있다.
특수합금으로는 Y 합금과 엘린바 등이 있다. Y 합금은 Al-Cu-Ni-Mg계로 고온 강도가 우수하여 내연기관의 피스톤이나 실린더 헤드에 쓰인다. 엘린바(Elinvar)는 36% Ni와 약 12% Cr을 포함한 Fe 합금으로 온도 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없어 정밀 시계 부품이나 지진계 부품에 사용된다.
비정질 합금은 기체 급랭법 같은 특수 제조법으로 결정 구조가 없는 무정형 상태를 만들 때 얻어지는 재료이며, 진공 종착법이나 스퍼터링법이 대표적인 제조법으로 분류된다.
선철 관련 기본 지식도 이 단원에서 중요하다. 선철에는 불가피하게 섞여 들어가는 5대 원소가 있으며, 이들은 탄소, 황, 망간, 인, 규소로 정리된다.
문제에서 '알루미늄에 규소 10~13%를 함유한 합금'을 물으면 실루민을 선택해야 한다. '황동에 납을 넣어 절삭성을 좋게 한 합금'을 물으면 리드 브라스를 선택해야 한다. '36% Ni, 약 12% Cr을 포함하여 온도에 따른 탄성률 변화가 거의 없는 합금'을 물으면 엘린바를 선택해야 한다. 반대로 문츠 메탈을 선택할 때는 그 성분이 Cu 60%·Zn 40%의 6-4 황동이며 탈아연 부식에 취약하다는 점을 확인해야 한다.
일반적으로 선철에서 철 이외의 5대 원소는?
정답 ③ · 문제는 선철(주조로 얻은 철)에 흔히 포함되는 주요 5개 원소를 묻고 있다. 선철에는 탄소가 주성분으로 존재하고 공정상 불가피하게 황, 망간, 인, 규소가 함께 함유되는 것이 일반적이다.
선철의 5대 원소는 탄소, 황, 망간, 인, 규소이며, 이는 제철 공정에서 불가피하게 함유된다.
황동에 납(Pb)을 첨가하여 절삭서을 좋게 한 황동으로 스크류, 시계용 기어 등의 정밀가공에 사용되는 합금은?
정답 ① · 문항은 납을 첨가해 절삭성을 개선한 황동의 명칭을 묻고 있다. 납이 첨가된 황동을 리드 브라스(lead brass)라 하며 납은 절삭 시 칩 분리를 용이하게 해 정밀가공에 유리하다.
황동에 납(Pb)을 첨가하여 절삭성을 향상시킨 합금을 리드 브라스(Lead Brass)라 한다.
36%Ni, 약 12%Cr 이 함유된 Fe 합금으로 온도의 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없으며 지진계의 부품, 고급 시계 재료로 사용되는 합금은?
정답 ③ · 엘린바(elinvar)는 36%Ni, 약 12%Cr이 함유된 Fe 합금으로, 온도 변화에 따른 탄성률의 변화가 거의 없는 상수 탄성 합금입니다. 이러한 특성 덕분에 지진계 부품이나 고급 시계의 헤어스프링과 같이 정밀한 탄성이 요구되는 부품 재료로 사용됩니다.
온도 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없는 상수 탄성 합금은 엘린바(Elinvar)이다.
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