개념 한 쪽
마그네슘계 합금은 가볍고 비강도가 커서 항공기나 자동차 부품 등 경량화가 필요한 분야에서 사용된다고 정리한다. 합금의 조성 변경으로 기계적 성질이나 주조성, 내열성 등을 개선한 여러 상용 합금명이 존재한다고 이해한다.
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출제기준 단원 「성질과 용도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 합금명 매칭(기본 조성) | 1 | 제시된 첨가원소로 합금의 상용명을 고르기 |
| 경금속 식별(비중·비강도) | 1 | 비중과 비강도 설명으로 금속 종류를 가리기 |
| 결정립 미세화 원소 판별 | 1 | 마그네슘합금의 결정립 미세화에 효과적인 원소를 찾기 |
마그네슘(Mg)은 비중이 작고 비강도가 커서 항공우주용 재료로 쓰인다고 설명한다. 알루미늄에 비해 비중이 약 2/3 수준이라는 비교를 통해 경금속으로서의 위치를 파악한다.
Mg-Al 계 합금에 아연과 망간을 조금 더해 만든 합금은 일반적으로 '엘렉트론(Elektron)'으로 불리며, 경합금으로 항공기 부품 등 경량화가 요구되는 곳에 쓰인다고 정리한다.
마그네슘합금의 결정립을 미세화하여 기계적 성질을 향상시키는 주요 합금 원소로 지르코늄(Zr)이 있으며, Zr 첨가로 결정립이 고르게 작아져 강도와 인성이 좋아진다고 설명한다.
알루미늄 합금 관련 예시로, 실루민의 내열성과 치수안정성을 높이기 위해 구리, 니켈, 마그네슘 등을 더하여 성능을 개선한 합금이 '로우엑스(Lo-Ex)'라고 불리며, 주로 피스톤 같은 고온 부품에 적합하다고 정리한다.
합금명과 주요 첨가원소 및 그로 인한 특성(예: 주조성 향상, 피삭성 향상, 저열팽창 등)을 서로 연결하여 기억하는 것이 유리하다고 강조한다.
문항 유형은 합금의 명칭과 첨가 원소 또는 용도를 매칭하는 문제가 자주 출제된다고 본다. 예를 들어 "Mg-Al 계에 아연과 망간을 소량 섞은 합금"이라는 설명이 나오면 '엘렉트론'을 선택하고, "결정립 미세화"가 키워드로 주어지면 'Zr'을 떠올리면 정답을 찾기 쉽다고 안내한다. 또한 "피스톤, 내열성, 열팽창 적음" 등의 키워드가 나오면 '로우엑스(Lo-Ex)'를 연상해야 한다고 제시한다.
오답 소거법으로는 제시된 합금의 주성분과 첨가원소 또는 특성이 문제 지문과 일치하는지를 확인하는 절차를 권장한다.
Mg-Al 계 합금으로서 소량의 Zn과 Mn을 첨가한 합금은?
정답 ③ · 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하고 소량의 알루미늄(Al), 아연(Zn), 망간(Mn) 등을 첨가하여 만든 경합금을 '엘렉트론(Elektron)'이라고 부릅니다. 이 합금은 비강도가 우수하여 항공기 등의 부품으로 널리 활용됩니다.
Mg-Al 계 합금에 소량의 Zn과 Mn을 첨가한 경합금은 '엘렉트론'이라고 불리며, 항공기 부품 등 경량화가 필요한 곳에 사용된다.
비강도가 크며, 항공우주용 재료에 사용되며, 비중이 A1의 약 2/3 정도 되는 금속은?
정답 ③ · 문항은 비강도가 크고 항공우주용으로 쓰이며 알루미늄 대비 비중이 약 2/3인 금속을 묻고 있다. 알루미늄의 비중이 약 2.7일 때 그 약 2/3인 가벼운 금속은 마그네슘으로, 높은 비강도와 매우 낮은 비중 때문에 항공우주 분야의 경량 재료로 사용된다.
비강도가 크고 비중이 알루미늄의 약 2/3인 항공우주용 경금속은 마그네슘(Mg)이다.
마그네슘합금에 첨가되어 결정립 미세화 효과를 잘 나타내는 합금 원소는?
정답 ④ · 문제는 마그네슘합금의 결정립 미세화에 효과적인 합금 원소를 묻고 있다. 마그네슘 합금에서 지르코늄(Zr)은 결정립을 미세화시켜 기계적 성질을 향상시키는 대표적 원소라는 금속학적 근거가 있다.
마그네슘합금의 결정립을 미세화하여 기계적 성질을 향상시키는 주요 합금 원소는 지르코늄(Zr)이다.
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