개념 한 쪽
구리계 합금과 비철금속은 주성분과 소량 첨가 원소에 따라 명칭과 용도가 달라진다. 합금명이 주성분을 암시하므로 명칭과 주요 성분을 짝지어 외우면 문제 해결이 쉬워진다. 또한 소량 첨가 원소는 주조성, 기계적 성질, 내식성 등에 뚜렷한 영향을 미치므로 그 효과를 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「귀금속, 희토류 금속과 그 밖의 금속」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 합금명과 주성분 연결 | 1 | 합금의 명칭을 주요 성분과 짝지어 판단하기 |
| 첨가원소의 효과 판정 | 1 | 소량 첨가 원소가 주조성·기계적 성질에 미치는 영향 구별하기 |
| 재료 성질의 변화 판단 | 1 | 불순물·가스 첨가가 금속 성질에 미치는 영향 설명하기 |
청동은 구리(Cu)에 주석(Sn)을 주성분으로 하는 합금이며, 황동은 구리와 아연(Zn)의 합금이라는 기본 구분을 기억한다. 이 구분만으로도 많은 선지를 빠르게 소거할 수 있다. 예를 들어 톰백은 아연 함량이 낮은 황동의 일종으로 금색을 띠며 전연성이 좋아 장식용이나 악기 제작에 사용된다고 알려진다.
포금(Gun metal)은 주석이 8~12% 포함되고 아연이 1~2% 첨가된 청동의 일종으로 내해수성과 내마모성이 좋아 선박용 프로펠러나 밸브 등에 사용된다는 점을 기억한다. 반대로 인청동(Phosphor Bronze)은 인(P)을 첨가하여 주조성과 탈산 성질을 개선한 합금이라는 점을 구분한다.
코슨합금(Cu-Ni-Si-Al계)은 니켈과 규소를 소량 첨가하고 알루미늄을 더한 계열로 시효 경화에 의해 고강도와 우수한 탄성을 얻어 스프링이나 전극, 용접봉 등에 쓰인다는 점을 기억한다. 콘스탄탄(Constant)은 니켈-구리계 합금으로 구리에 구리를 다량 포함하여 전기저항의 온도 계수가 매우 낮아 열전대 재료로 사용된다는 점을 연결하여 외운다.
베릴륨 동은 석출 경화를 통해 동 합금 중 가장 높은 강도와 경도를 얻는 합금으로 베어링, 스프링, 전극재료 등 고강도가 요구되는 용도에 쓰인다는 점을 기억한다. 합금에 소량 첨가되는 원소는 주조성, 유동성, 수축 보상, 고용체 강화 등 구체적 물성 변화를 일으키므로 각 원소의 대표 효과를 암기한다.
주석청동에 아연을 1.5~1.7% 소량 첨가하면 용해 중 가스 흡수를 줄이고 액상에서의 유동성이 좋아지며 응고 시 수축을 보상해 주조 수축율이 감소하는 효과가 나타난다. 시험에서는 '아연 첨가의 목적'을 묻는 선지가 나오면 유동성 향상과 수축 보상이라는 핵심을 근거로 정답을 선택한다.
티타늄에 산소(O2)나 질소(N2)가 증가하면 고용체 강화로 강도와 경도가 증가하고 전연성은 감소하여 취성화가 일어난다는 설명이 자주 출제된다. Ti 관련 선지는 가스 첨가가 '단단해지지만 깨지기 쉬워짐'이라는 요지를 기억해 판단한다.
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.
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.
다음 중 Ti 및 Ti 합금에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 티타늄(Ti)은 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2) 등과 친화력이 큰 원소입니다. 이들 가스가 티타늄 내부에 증가하면 고용체 강화가 일어나 강도와 경도는 증가하고, 전연성이나 인성은 감소하여 재질이 취성화됩니다.
Ti에 O2, N2가 증가하면 고용체 강화로 강도·경도는 증가하고 전연성은 감소하므로 ④가 틀렸다.
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