개념 한 쪽
구리와 그 합금은 성분 조합에 따라 물성 및 용도가 크게 달라진다. 합금의 명칭과 주요 첨가원소, 그리고 그로 인해 나타나는 특성을 연결하여 기억하면 실무형 선택 문제를 빠르게 해결할 수 있다.
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출제기준 단원 「구리와 그 합금」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열전대용 합금 식별 | 1 | 니켈-구리계 합금의 조성과 용도를 묻기 |
| 가공용 황동 판별 | 1 | 황동 조성과 가공성·용도 매칭 |
| 고강도 스프링 합금 확인 | 1 | Cu-Ni-Si-Al계 합금의 성분·특성·용도 |
구리 합금은 주로 주성분인 구리(Cu)에 주석(Sn), 아연(Zn), 니켈(Ni), 규소(Si), 베릴륨(Be) 등 다양한 원소를 첨가하여 성능을 개선한 재료군이다. 합금의 명칭은 주성분과 주요 첨가원소를 기반으로 형성되므로 명칭과 조성을 매칭하는 것이 핵심이다.
포금(Gun metal)은 주로 주석(Sn) 8~12%와 아연(Zn) 1~2%를 포함하는 청동계 합금으로 내해수성 및 내마모성이 우수하여 선박용 프로펠러나 밸브 등에 사용된다는 점을 기억한다. 반면 인청동(Phosphor Bronze)은 인(P)을 첨가하여 주조성을 개선하고 별도의 특성을 보이므로 포금과 혼동하지 않아야 한다.
콘스탄탄(Constantan)은 니켈(Ni)에 구리(Cu) 약 50~60%를 포함한 합금으로 전기저항의 온도 계수가 매우 작아 열전대용 재료나 정밀 저항 소자로 쓰인다는 점을 기억한다. 코슨합금(Cu-Ni-Si-Al계)은 Ni, Si, Al의 첨가로 시효 경화를 통해 고강도와 우수한 탄성을 얻어 스프링이나 전극 재료 등에 사용된다는 점을 연결하여 암기한다.
황동(Brass)과 청동(Bronze)의 기본 구분은 아연(Zn)이 첨가된 것이 황동, 주석(Sn)이 첨가된 것이 청동이라는 사실이다. 7:3 황동(구리 70%·아연 30%)은 가공성이 좋아 판·막대·관·선 등으로 널리 사용되는 대표적인 가공용 황동이라는 점을 숙지한다.
문제 유형은 대체로 합금명과 주성분의 매칭, 특정 합금의 특징·용도 판별, 그리고 첨가원소에 따른 물성 변화를 묻는다. 예를 들어 니켈에 구리 50~60%를 포함한 합금이 어떤 용도에 쓰이는지를 묻는다면 콘스탄탄을 떠올려 열전대용 재료라는 답을 도출한다. 7:3 황동의 조성비를 제시하면 이것이 가공용 황동임을 판단한다. 코슨합금은 Ni·Si·Al 첨가와 시효 경화로 고강도·고탄성을 얻어 스프링 재료에 적합하다는 점을 근거로 정답을 선택한다.
Ni에 Cu를 약 50~60% 정도 함유한 합금으로 열전대용 재료로 사용되는 것은?
정답 ④ · 콘스탄탄(Constantan)은 니켈(Ni)에 구리(Cu)를 약 50~60% 함유시킨 Cu-Ni계 합금입니다. 고온에서의 산화에 강하고 전기저항이 온도에 따라 거의 변하지 않는 특성을 가지고 있어, 열전대의 극성 재료나 저항 소자로 널리 사용됩니다.
니켈에 구리 50~60% 함유한 합금으로 전기저항이 온도에 거의 변하지 않는 콘스탄탄이 열전대 재료로 쓰입니다.
가공용 황동의 대표적인 것으로 연신율이 비교적크고, 인장 강도가 매우 높아 판, 막대, 관, 선 등으로 널리 사용되는 것은?
정답 ② · 7:3 황동은 구리(Cu) 70%와 아연(Zn) 30%를 합금한 것으로, 가공용 황동의 대표적인 품종입니다. 탄성한계가 높고 인장 강도가 매우 우수하며 연신율이 커서 냉간 가공성이 좋습니다.
구리 70%와 아연 30%로 구성된 7:3 황동은 가공성이 우수해 다양한 형상에 쓰인다.
3~5%Ni, 1%Si을 첨가한 Cu 합금에 3~6%Al을 첨가한 합금으로 CA 합금이라 하며 스프링재료로 사용되는 것은?
정답 ② · 코슨합금(Cu-Ni-Si-Al계)은 구리에 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al) 등을 첨가한 구리 합금으로, 시효 경화에 의해 높은 강도와 우수한 내피로성, 탄성을 가지게 됩니다. 이러한 특성 때문에 전기 접점 소재나 고강도 스프링, 연결 단자 등의 정밀 기기 부품으로 널리 활용되고 있습니다.
Cu-Ni-Si-Al계 합금인 코슨합금은 시효 경화로 높은 강도와 탄성을 가져 스프링 재료로 쓰인다.
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