개념 한 쪽
비철 금속과 그 합금은 조성에 따라 명칭과 물성이 달라진다. 주요 합금의 표시명과 대표적인 용도, 일부 성질(예: 내식성, 절삭성, 고온강도)을 구분하여 기억하면 실무형 문제를 해결하기 쉽다.
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출제기준 단원 「아연, 납, 주석, 저용융점 금속과 그 합금」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 합금명과 주성분 대응 | 1 | 제시된 조성으로 합금 명칭을 골라내기 |
| 결정구조 배위수 판별 | 1 | 격자 종류에 따른 배위수 값을 묻기 |
| 금 순도 계산 | 1 | 캐럿 기준으로 금의 순도를 백분율로 계산하기 |
합금의 명칭은 주성분으로부터 유래하는 경우가 많으므로 주요 원소와 이름을 짝지어 외운다. 예를 들어 알루미늄(Al)에 규소(Si) 약 10~13%를 첨가한 합금은 실루민이라 부르며 주조성이 좋아 기계부품 등에 사용된다는 설명이 제시된다.
특정 목적을 위한 첨가 원소와 그 효과를 기억한다. 예컨대 황동(구리-아연)에 납(Pb)을 소량 첨가하면 절삭성이 좋아져 정밀가공 부품에 적합한 리드 브라스가 된다는 설명이 제공된다. 반면 문쯔 메탈은 Cu 60%와 Zn 40%의 6-4 황동으로 탈아연 부식에 취약하다는 점이 강조된다.
고강도 알루미늄 합금 계열은 명칭과 물성의 관계를 파악한다. 초초두랄루민은 고강도 계열에 속하며 균열 억제를 위해 크롬 또는 망간을 첨가하는 등의 처리가 필요하다는 설명이 있다. 또한 Al-Cu-Ni-Mg계의 Y 합금은 고온에서도 강도가 유지되어 내연기관 피스톤이나 실린더 헤드에 사용된다는 용도 정보가 제시된다.
금속의 구조와 기본 수치는 결정 구조 문제와 금속 고유 특성을 묻는 문항에서 활용한다. 예컨대 체심입방격자(BCC) 배위수는 8이고 조밀육방격자(HCP) 배위수는 12라는 정보가 제공된다. 금의 순도 표시인 캐럿(K)은 24분율 기준이라는 정의도 기본으로 익힌다.
진동을 줄이는 제진 합금은 내부 마찰 메커니즘에 의해 진동 에너지를 소산하는 물질군으로 설명된다. 제진 기구를 마텐자이트 변태로 잘못 연결하면 오답이 되므로 제진과 형성 기구를 구분하여 기억해야 한다.
예 1) 합금 명칭 식별 문제에서는 성분과 명칭을 연결하여 판단한다. Al+Si(10~13%)이면 실루민, 황동에 Pb 첨가이면 리드 브라스, Cu60%-Zn40%이면 문쯔 메탈로 구분한다.
예 2) 금 순도 계산 예시: 캐럿은 24분율 기준이므로 18K의 순금 함량은 18/24=0.75, 즉 75%로 계산한다.
주철용탕에 최초로 칼슘-실리테이트를 접종하여 만든 강인한 회주철은?
정답 ④ · 미해나이트 주철(Meehanite cast iron)은 용융된 주철 용탕에 칼슘-실리사이드(Ca-Si) 등의 접종제(inoculant)를 첨가하여 석탄의 핵 생성을 촉진하고 조직을 미세화하여 기계적 성질을 대폭 향상시킨 강인한 회주철을 말합니다. 이는 일반적인 회주철보다 인장 강도와 강성이 우수합니다.
주철 용탕에 칼슘-실리사이드를 접종해 조직을 미세화하고 강인함을 높인 회주철을 미해나이트 주철이라고 한다.
체심입방격자와 조밀육방격자의 배위수는 각각 얼마인가?
정답 ③ · 문항은 체심입방격자(BCC)와 조밀육방격자(HCP)의 배위수를 묻고 있다. BCC 구조에서는 중심 원자를 둘러싼 이웃 원자 수가 8개로 배위수가 8이고, HCP는 최조밀 구조로 배위수가 12이다.
체심입방격자(BCC)의 배위수는 8, 조밀육방격자(HCP)의 배위수는 12이다.
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.
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