비철금속재료  


1. 구리와 구리 합금


(1) 구리 (, Copper, Cu)

*구리의 성질

1) 물리적 성질

전기전도율이 우수하다. (103.06%)

(전도율의순서 = Ag Cu Au Al Mg)

비자성체이다

열전도율은 보통금속 중에서 가장 높다.

용융온도 : 1083

비중 8.94

아름다운 광택과 귀금속적 성질이 우수하다(고유의 암적색이다)

2) 화학적성질

화학적 저항력이 커서 부식되지 않는다.

녹색의 염기성 탄산구리는 인체에 유독하다.

부식률이 낮아 수도관, 물탱크, 열교환기, 선박, 등에 널리사용됨.

 

3) 기계적 성질

항복강도가 낮아 상온가공이 쉽다.

가공도가 클수록 인장강도와 경도가 증가하고

연신율 및 단면 수축률이 감소한다.

 

(2) 황동(黃銅, Brass)

*황동 : Cu - Zn(成分)

*황동의 특징 :

황동은 구리에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 좋다.

청동에 비하여 가격이 싸고 색깔이 아름답다.

1)물리적성질

황동의 비중은 아연의 함유량에 따라 증가에 따라 작아진다.

전기 및 열의 전도율은 아연함량이 34%가진 낮아지다가, 50%에서 최대값이 된다.

7/3황동은 1200에서, 6/4황동은 1100를 넘으면 비등하므로 용해시 주의가 필요하다.

2)화학적 성질

탈아연부식 : 황동은 물순한 물 또는 부식성 물질이 용해되어 있을때에는 수용액의 작용에 의해 황동에 함유되어있는 아연이 빠져나가는 현상을 말한다.(탈아연된부분은 다공질이 되어 강도가 현저히 감소됨)

자연균열 : , 봉 등의 가공재에 잔류 변형등이 존재시 아연이40% 합금에서 암모니아, 습기, 아산화탄소, 등의 분위기에 접촉하면 자연히 균열의 발생하는 현상을 말한다.

고온 탈아연 : 고온증발에 의해 황동표면으로부터 아연이 없어지는현상을 말함. 고온일수로 표면이 깨끗할수록 심하다.

3)기계적 성질

황동의 기계적 성질은 가공도, 온도 및 아연함유량에 따라 변한다.

아연이 약40%에서 최대의 인장강도를 나타낸다.

따라서 7.3황동 및 6.4황동은 아연의 함유량의 변화에 따라 기계적 성질의 특징을 이용한 실용합금이다.

7.3황동은 냉간가공이 쉽고

6.4황동은 강도가 켜서 열간가공용으로 사용된다.

 

*황동의 종류

(1)실용 황동

1)톰백(tombac) : 5~20% Zn의 황동을 말하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고 색깔이 금색에 가까워 모조금이나 판 및 선등에 사용된다.

길딩메탈 gilding metal (95Cu-5Zn) : 순 구리와 같이 연하다, 화폐, 메달, 토콘 등에 사용.

커머셜 브론즈 commercial bronze (90Cu-10Zn) : 색깔이 청동과 비슷하여 청동 대용품으로 사용되며 ,가구용, 건축용, 등 사용

레드브라스 red brass (85Cu-15Zn) : 연하고 내식성이 좋아 건축용, 금속잡화 ,소켓체결용, 콘덴서, 열교환기, 튜브 등에 사용

로우브라스 low brass (80Cu-20Zn) : 전연성이 좋고 색깔이 아름다워 장식용, 금속잡화, 악기 등에 상용됨

 

2)카트리지브라스(7/3황동) : 가공용 황동의 대표적인 것으로 전연성이 크고 사온가공이 쉬워 판, , , , 에 사용되며 자동차 방열기부품, 타이프 , 전기소켓, 탄피 등 가공됨

 

3)문쯔메탈 (6/4황동) : 전연성이 낮고 인장강도가 크고 강력하여 기계부품에 많이 사용됨

 

(2)특수 황동 ;

황동에 Pb, Sn, Si, Fe, Mn, Al 등을 첨가하여 계적 성질을 향상 시킨 것 .

주석황동 : 황동에 Sn을 첨가하여 인장강도, 경도가 증가되며, 연신율은 감소한다.

(애드미럴티 황동 - 7/3황동에 Sn 1%첨가 , 네이벌 황동 - 6/4황동에Sn 1%첨가 )

납 황동 : 황동에 Pb을 첨가하여 절삭성을 좋게 한 것으로 정밀기계부품(시계용 기어, 스크루)에 사용

철 황동 : 6/4황동에 2%Fe을 첨가한 것으로 델타메탈 이라고 함며 광산기계, 선박용 기계, 화학 기계 등에 사용.

망간황동 : 6/4황동에 Mn을 첨가한 것으로 내식성이 우수하여 광산기계, 선박 부품 등에 사용함.

니켈황동 : 황동에 20%Ni을 첨가한 것으로 양은 또는 양백이라고 한다. 은의 대용품으로 사용되기도 하며, 전기저항체 재료, 탄성재료 화학기계재료에 사용됨.

 

 

 

(3)청 동(靑銅, Bronze)

*청동 : Cu - Sn(성분 . 조성)

*청동의 특징 :

황동보다 주조성이 좋고 내식성과 내마멸성이 좋아 옛 부터 화폐. , 미술공예품, 동상, 병기, 기계부품에 사용됨 .

주석10%을 함유한 청동은 내해수성이 좋아 선박부품에 사용된다. 마멸성이 크므로 대부분 주물품으로 사용됨.

1)물리적 성질

주석을 20% 함유한 청도의 비중 및 선팽창률은 순구리와 비슷하다.주석 3~10%을 함유한 청동의 열전도율은 순 구리에 비하여1/8정도이다.

 

2)화학적 성질

주석함유량이 증가할수록 내해수성이 좋아 선박용 부품에 널리사용된다.

청동은 고온에서 한화하기 쉬우며 납 함유량이 증가할수록 내식성 나빠진다.

또 산이나 알칼리 수용액 중에서는 부식율이 높아진다.

 

3)기계적 성질

기계적 성질은 주석 함유량, 주조시 냉각속도, 열처리 조건에 따라 변화한다.

인장강도 및 경도는 주석함유량이 증가하면 상승하고

연신율은 7~10%주석일 때 최대가 된다.

내마멸성이 크므로 대부분 주조 품으로 사용한다.

 

*청동의 종류

1)실용청동

포금 (Gun metal) : 8-12% Sn1-2% Zn이 합유된 구리합금으로

강력하며, 내식성이우수하여 밸브, , 기어, 베어링부시, 선박 등에 사용 됨.

미술용 청동 : 동상이나 실내장식, 미술품, 건축물 등에 사용된다.

화페용 청동 : 성형성이 좋고 각인하기 쉬워 화페, 메달등에 사용됨

 

2)특수청동 :

구리 - 주석계 합금에 다른 원소를 첨가하여 특성을 개선한 것이다

인청동 ; 청동에 1% P()을 합금한 것이다.

통신기기 , 계기류 등의 고급스프링의 재료에사용됨.

납청동 : Pb 4-22%, Sn 6-11%을 함유한 연성은 저하되지만 경도, 내마멸성이 크므로 베어링부분에 널리 사용된다.

알루미늄청동 : 내식성, 내열성, 내마멸성, 등이 우수하여 화학기계공업, 선박, 항공기, 차량부품 등에 사용.

규소청동 : 고온, 저온에서 내식성이 좋고 용접성이 우수하여 화학공업재료에 이용됨

베릴륨청동 : 구리합금 중에서 가장 높은 강도와 경도를 가진다.

베어링, 기어, 고급스프링, 공업용 전극 등에 쓰인다,

 

3)그밖에 구리합금

규소 청동 : 규소(Si) 4%이하 함유한 구리합금 으로 고온 저온에서 내식성 및 용접성이 우수하고 화학고업용 재료로 이용되며 응력부식균열의 저항이크다

베릴륨 청동 : 구리합금중에서 가장 높은 강도와 경도를 자진다.

베어링, 기어, 고급스프링, 공업용 전극에 사용

망간 청동 :5~15% Mn이합유된 구리합금, 고온강도가높아 증기기관의 증기벨브, 터빈의 프로펠러

크롬청동 : 0.5~0.8% Cr을 함유한 구리합금, 전도성 및 내열성이 좋아 용접용, 전극재료 등에 사용

티탄청동 : 구리에 5.8%의티탄을 함유한 합금으로 진공로에서 885로 가열후 물에 담금질하여 시효 처리한 것이다.

 

 

 

2. 알루미늄과 그 합금

 

(1)알루미늄(aluminum)

1)알루미늄의 성질

)물리적 성질

가볍고 내식성이 좋다.

전기전도율은 구리의 60%이상이다.(Ag Cu Au Al Mg )

결정구조는 면심입방격자로 전연성이 우수하다.

 

)화학적성질

대기중에서 쉽게산화된다.

보호피막(Al2O3)처리에 의해 내식성이 우수하다.<알루미늄의 방식처리, 알루미늄은 황산, 묽은 질산, 인산에도 침식되며,

염산에는 매우빨리 침식된다. 그러나 진한질산(80%이상)에는 잘 견딘다.

부식률은 전원지대(0.001mm/), 공업지대(0.08mm/), 해변지(0.71mm/)

 

)기계적성질

알루미늄은 순도가 높을수록 연성이 크다.

알루미늄은 냉간 또는 열간가공성이 다른금속보다 뛰어나서 쉽게 관, 원판, 리벳, , 선 등의 압연 및 압출가공이 잘된다.

상온에서 판,선으로 가공하면 경도와 인장강도가 증가하고 연신율이 감소한다.

수축율이 크며 순수 알루미늄은 주조성이 좋지 않다.

 

2)알루미늄 합금

1)알루미늄합금의 종류

A)주물용 알루미늄합금

*알루미늄 합금 주물은 철강 주물보다 가벼워 자동차 부품을 비롯하여 산업기계, 전기 기구, 통신기구, 위생용기 등에 널리 사용됨.

알루미늄 - 구리계 합금

*현재는 4.5%Cu합금이 주조성이 좋고 열처리에 의해서 강도가 현저히 증가 한다고 알려져 있다.

*용도 : 자동차 하우징, 버스 및 항공기 바퀴, 스프링 행어, 스프링, 크랭크 케이스

알루미늄 - 구리계 합금

*이 합금은 10-14%의 규소가 함유된 실루민(silumin)이 대표적이다.

*특징: 기계적성질이 우수하고 수축 여유가 비교적 적으며

비중이 작고 열팽창계수는 알루미늄합금 중에서 가장 작다.

*Υ실루민 : 실루민에소량의 마그네슘을 첨가한 시효성을 부여한실루민

*구리 실루민 : 구리를 넣어서 시효성을 부여한 것

*Lo-Ex 합금 : 피스톤용 합금으로 대표적인조성은 Al12%-Si1% - Cu1% - Mg1.8% Ni이다. 이합금은 열팽창 계수 및 비중이 작고, 내마멸성 및 고온 강도가 큰 특징.

알루미늄 - 마그네슘계 합금

*알루미늄에 약10%까지의 마그네슘을 첨가한 합금을 하드로날륨

(Hydronalium)이라한다

*특징 주물용 알루미늄 합금에 비하여 내식성, 강도, 연신율이 우수.

절삭성이 매우좋다

4-6%마그네슘을 합유한 알루미늄 합금은 내식성이 우수하다.

*용도 : 승용차의 커버

휠 디스크

선박용 부품, 조리용 기구, 화학용 부품

 

다이 캐스팅용 알루미늄 합금

*특징

금형주조법이라고하며 제작된 경고한 금형에 용융상태의 합금을 가압 주입하여 주조하는 주조법이다.

다이캐스팅용 알루미늄합금은 라우탈, 실루미늄, 히드로날륨 등이 있다.

*용도 : 자동차 부품, 철도 차량, 통신 기기 부품, 가정용기구 등에 사용함.

Y합금

*특징

Cu4% - Ni2% - Mg1.5%합금이다

모래형이나 금형주물로 사용함,

*용도 : 용도는 단조품, 피스톤, 실린더블록, 크랭크 케이스, 실린더헤드 등 내연기관에 사용됨.

 

B)가공용 알루미늄합금

*가공용 알루미늄 합금은 단조, 압연, 인발, 압출, 등의 가공으로 판, , , 등 만들 수 있는 합금을 말한다.

1)고강도 알루미늄 합금

두랄루민(duralumin) : 표준조성(Cu4.0% - Mg0.5% - Mn0.5% -Al잔량%)

특징 : 500에서 용체화처리 후 물에 담금하여 상온시효처리하면 기계적 성질이 향상됨.

초두랄루민(super duralumin) ; 표준조성(Cu4.5% - Mg1.5% - Mn0.6% -Al잔량%) 특징 : 두랄루민을 개량한 것으로, 항공기 주요 구조 재료나 리벳 등에 사용함.

초강두랄루민(extra super duralumin) : 표준조성(Cu1.6% - Zn5.6% - Mg2.5% -Mn0.2% - Cr0.3% -Al 잔량)

특징 : 주로항공기에 사용되며, 연신율을 약간 낮지만 인장강도가 높다.

2)내식성 알루미늄합금

*이합금은 알루미늄에 다른원소를 첨가했을때 내식성에는 다른영향을 끼치지않고, 강도를 개선한 원소(Mn, Mg, Si)을 소량첨가하여 만든합금이다. - Al-Mn, Al-Mg, Al-Mg-Si계 등이 있다.

 

3)그 밖의 가공용 알루미늄 합금

알클래드 알루미늄 분말 소결체

알루미늄 -리튬 합금 리벳합금

 

 

3. 그 밖의 비철 금속 재료


1.마그네슘과 그 합금


1)마그네슘(magnesum)

(1)Mg의 특성 및 용도

비중

용융점

전기전도율%

인장강도Mpa

브리넬경도HB

연신율%

1.74

650

38.6

82

30

9

실용금속 중에서 가장비중이 낮다.

전기전도율이 우수하다 (Ag - Cu - Au - Al - Mg)

선팽창계수가 철의 2배 이상 크다

내식성이 나빠서 공기. ,화학약품과 접촉하면 부식되다

절삭성이 우수하여 고속절삭성이 우수하다.

고온에서 휘발하기 쉬우므로 분말 및 박으로 만들어 사진용 플래시용으로 사용함,

2)마그네슘 합금

마그네슘 합금은 비당도(인장강도/비중)가 커서 경합금 재료로 적합

절삭성이 좋아 가공비의 절감에 효과가 크다.

항공기, 자동차. 등의 부품 재료에 사용됨

주물용 및 가공용 합금으로 분류한다.

 

2. 니켈과 그 합금


1)니켈(nickel)

(1)Ni의 특성 및 용도

비중

용융점

전기전도율%

인장강도Mpa

브리넬경도HB

연신율%

8.9

1,453

25.2

340-540

90-120

30

상온에서 강자체이지만 358에서 자기변태점을 갖는다.

전연성이 크고 상온에서도 소성가공성이 쉽다,

내식성이 우수하여 화학, 식품공업, 화폐, 도금 등에 널리사용된다.

스테인리스강, 구조용합금강, 내열강 등의 합금원소로 사용,

가격이 비싸다.

2)니켈 합금

이합금은 내열성, 내식성이 뛰어난 것이 특징이다.

큐프로니켈 - 내식성과 전연성이 좋아 열교환기 콘덴서 등의 재료에 사용.

콘스탄탄 - 전기저항이 크고 온도계수가 낮아 통신기기. 저항선, 전열선, 등에 사용됨

모넬메탈 - 내열 내식성이 우수하여 터빈날개, 펌프 임펠러 등의 재료에 사용.

열팽창계수가 극히 것이 특징인 인바, 엘린바, 슈퍼인바, 등이 있다

전기저항 및 내열성이 크므로 니크롬선, 고온 측정용 열전쌍, 진공관의 필라멘트 등에사용

 

3. 티탄과 그 합금 

 

1)티탄(titanium)

(1)Ti의 특성 및 용도

비중

용융점

인장강도 (Mpa)

연신율(%)

경도(HB)

 

4.51

1670

296

40

105

 

강도는 Al이나 Mg보다 크다

산화성환경에서 내식성이 우수하여 해수용의 열교환기나 염수화 장치용 재료에적합

가스터빈, 항공기 구조용, 화학공업용 내식재료, 원자로 구조용 재료로 사용됨

2)티탄 합금

티탄 합금은 인장강도가 크고

고온에서 크리프한계가 높아

고온재료, 내식성과 내마멸성지료로 사용됨

고온강도가 크기 때문에 제트엔진의 축류, 회전자 등에사용

 

4. 아연과 그 합금


1)아연( Zn)

(1)Zn의 특성 및 용도

비중

용융점

인장강도 (Mpa)

연신율(%)

 

 

7.1

420

127-167

40이하

 

 

철강재료 의 부식방식(도금)용으로 가장많이 사용됨

주조성이 우수하여 다이캐스팅용 합금으로 널리 사용됨.

아연판으로는 건전지 재료나 인쇄용 등에 사용됨

2)아연 합금

아연합금은 주조성이 우수하여 다이캐스팅용이나 금형 주조형 합금으로 쓰인다.

아연합금은 용융점이 낮고 기계적 성질이 우수하다,

자동차용피스톤, 전기기기, 광학기기, 건축자재, 가정용품

 

5. 납과 그 합금


1)(Pb)

(1)Pb의 특성 및 용도

비중

용융점

인장강도 (Mpa)

연신율(%)

 

 

11.36

327

12-13

30이하

 

 

비중이 높은 편이며 용융점은 낮아 가공하기 쉽다.

불용해성 피복이 표면에 형성되어 내식성이 우수하다.

열팽창계수가 높으며, 방사선투과도가 낮다

용도로는 축전지의 전극, 케이블 피복, 활자합금, 베어링 합금, 땜납, X선 라듐(Ra) 등의 방사선물질 보호재로 사용됨.

 

2)납 합금

-안티몬계 - 케이블피복, 축전지용 전극, 황산용밸브, 방사선차폐 판등에사용

활자 합금 - -안티몬-주석의 주성분으로 활자금속으로 사용된다.

 

6. 주석과 그 합금


1)주석(Sn)

(1)Sn의 특성 및 용도

비중

용융점

전기전도율%

 

 

 

7.3

231

15.6

 

 

 

변태점(13.2) 변태점이 있다,

상온에서 연성이 풍부하여 소성가공이 쉽다.

산에대해 내식성이 우수하다

독성이없어 강판의 도금용(의약품, 식품등의 포장용 튜브, 장식품) 으로사용됨

주석주조품의 인장강도는 30Mpa정도다

 

2)주석합금

땜 납 (soft solders) : Sn-Pb합금으로 구리, 황동, 청동, , 아연, 등의 금속제품의 접합용의로 사용됨, 용융점은 300이하이다.

땜납용으로는 주석합량이 높은 것은 식기, 은기, 놋쇳 등의 땜납에 사용됨.

납이 많은 것은 전기부품에 사용됨

 

6. 귀금속과 그 합금


1)금과 그합금

*(Gold ) :

1)Au의 특성 및 용도

비중

용융점

전기전도율%

 

 

 

19.3

1063

73.4

 

 

 

아름다운광택을 가졌으며 전연성이 풍부하다.

내식성이 우수하며 왕수 외에는 침식되지 않는다.

금의 순도는 캐럿(carat, K)이란 단위를 사용함.

24K100%순금에 해당된다.

2)금의합금

-구리계 : 반지나 장신구에 사용되며 보통 9-12K범위다.

--구리계 ; 치과용으로 금침은 15%Ag - 13%Cu정도사용된다.

-니켈-구리-아연계 : 치과용과 장식품에 사용되며 White gold 라 부르며 24K, 18K, 14K, 10K인 것이 제조된다.

*금의합금(화이트골드White gold)

합 금

합금 조성(%)

Au

Ni

Cu

Zn

24K

100

 

 

 

18K

75

17.30

2.23

5.47

14K

58.33

15.17

18.04

8.46

10K

46.67

21.24

25.25

11.84

 

2)은과 그합금

*(Silver ) :

1)Ag의 특성 및 용도

비중

용융점

전기전도율%

경도(HV)

 

 

10.49

960

108.4

25-27

 

 

전기 및 열의 전도률이 금속중에서 가장우수한 양도체이다.

치과용, 금납땜용, 장식 합금, , 가루로 사용된다.

금 다음으로 전연성( 0.0015mm, 1g길이1800m)이 우수하다.

황화수소에서는 흑색으로 변화며, 진한질산, 황산, 질산에 침식된다.

2)Ag합금

Ag-Cu합금 : 화폐용(은화, 스털링실버, 코인실버)

Ag-Cd합금 : 기구장치재료, 전기접촉재료용으로 쓰임.

Ag-Ni합금 : 전기접점재료, 전기재료

Ag-Hg-Cu-Sn합금 : 치과용 아말감(amalgam)재료로 사용.

*아말감의재료 ( Ag33%-Hg52%-Cu12.5%-Sn2%-Zn5%)

 

3)백금과 그합금

*백금(Platinum 白金)

1)Pt의 특성 및 용도

비중

용융점

인장강도(Mpa)

경도(HV)

 

 

21.45

1772

205-240

90-95

 

 

백금은 순도에 따라 99.99%A, 99.9%B, 99.5%C(백금도가니), 99.0%D(치과용의치, 시판용)4종으로 구분한다.

용해도가니로, 교반기, 전기가열기구, 열전쌍 보호관

*백금의 합금

백금-로듐계 : 10~ 13%Rh 합금으로 열전쌍고온계로 사용

백금-파라듐계 : 10~75%Pd 합금으로 장식품(보석용)에 사용

백금-이드듐 : 5~30%Ir 합금으로 치과 의치용으로 사용 만년필촉

 

*: 2009. 10. 15 현재

1= 3.75g 1온스 = 20.83g(5.63)

가격 1돈에 220.000190


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