개념 한 쪽
본 개념은 다양한 금속 합금의 명칭과 주요 성질을 대응하여 이해하도록 한다. 실루민, 리드 브라스, 문쯔 메탈, Y 합금, 초초두랄루민 등 대표 합금의 구성 원소와 용도를 구분하는 능력을 기르도록 한다. 금의 순도 표시인 캐럿 계산, 티타늄과 같은 고용융점 금속의 기본 특성, 가공 조건 기준인 재결정 온도, 그리고 합금 보강 개념인 휘스커 섬유 강화의 의미를 숙지하도록 한다.
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출제기준 단원 「니켈, 코발트, 고용융점 금속과 그 합금」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 합금명칭 대조 | 1 | 합금의 주요 성분과 명칭을 연결하여 고르는 능력 평가 |
| 섬유강화 복합재 판별 | 1 | 휘스커 배열에 따른 재료 종류를 판별하는 능력 평가 |
| 금 순도 계산 | 1 | 캐럿 단위를 이용한 순금 비율 계산 능력 평가 |
실루민은 알루미늄(Al)에 규소(Si)를 약 10~13% 함유한 알루미늄-규소 합금으로 주조성이 좋아 기계 부품 등에 널리 사용된다고 설명한다. 리드 브라스는 황동에 소량의 납(Pb)을 혼합하여 절삭 시 칩이 잘 분리되도록 성질을 개선한 합금으로 정밀 가공용 부품에 쓰인다고 설명한다. 문쯔 메탈은 구리 약 60%와 아연 약 40%의 6-4 황동으로 탈아연 부식에 취약한 특성을 가진다고 정리한다.
Y 합금은 알루미늄-구리-니켈-마그네슘계 합금으로 고온에서 강도가 잘 유지되어 내연기관 피스톤이나 실린더 헤드에 사용된다고 설명한다. 초초두랄루민 계열은 고강도 알루미늄 합금으로 강도가 매우 높다는 점을 핵심으로 기억하도록 한다.
티타늄(Ti)은 고용융점 금속으로서 열전도율이 낮고 상온에서는 육방최조격자 구조를 가지며 표면 산화피막으로 인해 내식성이 우수하다고 정리한다. 금의 순도는 캐럿(K)으로 나타내며 24분율 기준임을 기억하고 18K는 18/24=75%가 됨을 계산 원리로 설명한다.
재결정 온도를 기준으로 냉간 가공과 열간 가공을 구분하며 재결정 온도 이상이면 열간 가공으로 본다는 사실을 정리한다. 휘스커 섬유를 금속 기지에 균일하게 배열한 섬유강화 금속 복합재료는 보강재의 형상으로 인해 이론 강도에 근접할 수 있음을 설명한다. 철강에서는 탄소 함량 변화가 기계적 성질에 가장 큰 영향을 준다는 기본 원리를 강조한다.
18K 금의 순도를 묻는 문제는 캐럿의 분모가 24임을 알고 비율을 계산하면 해결된다. 예를 들어 18K의 순금 비율 계산은 18÷24=0.75로 75%가 된다고 설명한다.
합금 명칭 대응 문제는 주성분과 용도를 기준으로 배제법을 사용하면 풀기 쉽다. 예컨대 황동에 일부 납을 포함시켜 가공성이 좋아진 합금이 무엇인지 묻는다면 납을 포함한 브라스, 즉 리드 브라스를 정답으로 고르면 된다고 제시한다.
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.
전위 등의 결함이 없는 재료를 만들기 위하여 휘스커 섬유에 AI, Ti, Mg등의 연성과 인성이 높은 금속을 합금 중에 균일하게 배열시킨 재료는 무엇인가?
정답 ④ · 섬유강화 금속 복합재료는 전위 등의 결함이 없어 이론 강도에 가까운 강도를 가지는 휘스커(Whisker) 섬유를 금속 기지 내에 균일하게 배열시켜 기계적 성질을 극대화한 재료입니다. 알루미늄, 티타늄 등의 금속에 실용화되며 고강도와 고인성을 동시에 확보할 수 있어 항공우주 등 첨단 산업에 사용됩니다.
휘스커 섬유의 균일 배열은 전위 결함을 제거해 이론 강도에 도달하게 하므로 섬유강화 금속 복합재료가 정답이다.
귀금속에 속하는 금의 순도는 주로 캐럿(carat, K)으로 나타낸다. 18K에 함유된 순금의 순도는 얼마인가?
정답 ③ · 문제는 금의 순도를 캐럿 단위로 표시할 때 18K의 순도를 묻고 있다. 캐럿(K)은 금 순도를 24분율로 나타내므로 18K는 18/24로 계산한다.
캐럿(K)은 금의 순도를 24분율로 표시하므로 18K는 18/24로 계산하여 75%가 된다.
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