【기계기사】 기계재료 1강. 기계재료의 개요

1강. 기계재료의 개요

 

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1. 개요 [본문]

2. 응고와 결정격자 [본문]

3. 합금의 조직 [본문]

4. 소성변형 [본문]

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1. 개요 [목차]

⑴ 금속의 특징

① 고체 : 수은은 제외

② 소성 변형성이 있음

③ 광택이 있음

④ 열전도도와 전기전도도가 높음 : 자유전자와 관련

⑤ 비중과 경도가 높음

⑥ 용융점이 높음

⑵ 합금의 특징 : 순금속과 비교하여

① 연성과 전성이 낮음

② 열전도도와 전기전도도가 낮음

③ 용융점이 낮음 : (주석) 어는점 내림과 유사함

④ 강도와 경도가 높음

⑤ 내열성, 내산성, 주조성이 높음

⑥ 담금질 효과가 우수함

⑦ 선팽창계수가 낮음

⑶ 금속재료의 물리적 성질

① 비중

○ 경금속 : S가 4.5 미만인 경우. Al ＞ Mg ＞ Li

○ 중금속 : S가 4.5 이상인 경우. Ir ＞ Au ＞ Pb ＞ Ag ＞ Cu ＞ Ni ＞ Fe ＞ Sn ＞ Zn

② 용융점 : W가 최고. Hg가 최저

○ Sn : 232 ℃

○ Al : 660 ℃

○ Zn : 419 ℃

③ 열팽창 계수 : Zn, Pb, Mg ＞W, Mo ＞ V

④ 전기전도율 : Ag ＞ Cu ＞ Au ＞ Al ＞ Mg ＞ Zn ＞ Ni ＞ Fe ＞ Pb ＞ Sb

⑤ 자성

○ 호이슬러 합금(Heusler's alloy) : 강자성 성분을 함유하지 않은, 망간, 아연, 동, 알루미늄 등의 합금. 강자성을 나타냄

⑷ 금속재료의 기계적 성질

① 연성, 전성, 강도, 경도, 인성, 취성

② 피로, 크리프, 연신율, 항복점

○ 크리프 : 고온. 오랜 시간의 변형

③ 회복 : 금속 재결정온도 이하 특정 범위

④ 결정입도가 낮을수록 축적에너지가 큼

 

 

2. 응고와 결정격자 [목차]

⑴ 밀러지수

① 결정면 정의 방법

② x 절편의 역수, y 절편의 역수, z 절편의 역수의 최소 정수비

⑵ 결정구조

① 체심입방격자 (BCC) : 단위 세포당 원자수는 2개

② 면심입방격자 (FCC) : 강도, 경도가 낮음. 연성, 전성이 높음. 가공성이 우수함. 단위세포 당 원자수는 4개

③ 조밀육방격자 (HCP) : 연성, 전성이 낮음. 취성이 높음. 단위세포 당 원자수는 2개

⑶ 금속의 변태

① 동소변태 : 원자배열 변화가 있음. A₃ 변태, A₄ 변태 등

○ Fe : A₃는 912 ℃. A₄는 1400 ℃

○ Co : 480 ℃

○ Ti : 883 ℃

○ Sn : 18 ℃

② 자기변태, 큐리점(Curie point) : 온도 증가에 따라 강자성에서 상자성으로 급격히 변화하는 것

○ Co : 1120 ℃

○ Fe : 768 ℃

○ Ni : 360 ℃

○ (참고) Cu는 자기변태를 일으키지 않음

③ 변태점 측정법 : 열분석법, 시차열분석법, 비열법, 전기저항법, 열팽창법, 자기분석법, X선 분석법

 

 

3. 합금의 조직 [목차]

⑴ 고용체 : 고체 A + 고체 B ↔ 고체 C. 기계적 방법으로 구분할 수 없음

① 침입형 고용체 : Fe-C

② 치환형 고용체 : Ag-Cu, Cu-Zn

③ 규칙격자형 고용체 : Ni₃-Fe, Cu₃-Au, Fe₃-Al

⑵ 합금되는 금속의 반응

① 공석반응 : 고체 → 고체 + 고체

② 공정반응 : 액체 → 고체 + 고체

③ 편정반응 : 액체 → 고체 + 액체

④ 포정반응 : 고체 + 액체 → 고체

 

 

4. 소성변형 [목차]

⑴ 원리 : 슬립, 쌍정, 전위

⑵ 재결정(recrystallization)

① 정의 : 가공경화된 재료가 가열시 결정핵이 성장하여 전체가 새로운 결정으로 변화하는 것

○ 가공도가 클수록 재결정 온도가 낮음

○ 결정입자가 미세할수록 재결정 온도가 낮음

○ 재결정 과정과 동시에 약간의 성분 변화가 일어남

② 재결정 온도 : 고온가공과 상온가공이 구분되는 온도

○ 순도 높음 = 가공도 높음 = 가공시간이 긺 = 결정입자가 미세함 = 재결정 온도가 낮음

○ W : 1200 ℃

○ Ni : 600 ℃

○ Pt : 450 ℃

○ Fe : 350 ~ 450 ℃

○ Cu : 200 ~ 300 ℃

○ Au, Ag : 200 ℃

○ Pb, Zn, Sn은 재결정온도가 낮음

⑶ 냉간가공 : 치수가 정밀함. 가공면이 좋음. 가공 경화

⑷ 열간가공 : 재질이 균일함. 대량생산에 자주 이용. 연신율, 단면수축율, 충격값이 높음

⑸ 상률(phase rule) : 물질이 여러 가지 상으로 돼 있을 때 이 상들 사이의 열적인 평형관계를 표시하는 법칙

① 일반계 : F = C - P + 2 (Gibbs' rule)

○ F : 자유도

○ C : 성분수

○ P : 상의 수

② 금속 재료 : F = C - P + 1

 

입력: 2020.07.31 23:09