스크랩 기계공작법 요점정리

[한찬희]

 

기계제작법 요약정리

제1장 목형 및 주조법

1. 목형재료의 구비조건

① 변형 적고 재질이 균일할 것.

② 가공이 쉽고 내구성이 클 것.

③ 염가이고 구입이 쉬울 것..

  * 수축방지조건 : 양 선택, 장년기 수목 동기에 벌채, 건조재 선택, 적당한 도장, 많은 목편을 조합.

2. 목재의 방부법 : 도포법, 자비법, 침투법, 충전법 등이다.

3. 목형의 종류

① 현형 : 실제 제품과 같은 형태로 만든 모형.

   * 종류 : 단체형, 분할형, 조립형(아주복잡주물;상수도관용 밸브제작시)

② 회전목형 : 벨트풀리나 단차 제작시(소량주물 생산에 사용)

③ 긁기형(고르개형) : 단면이 일정하면서 가늘고 긴 굽은 파이프 제작시

④ 부분형 : 대형인 주물이 대칭 또는 일부분이 연속적일 때 (톱니바퀴, 기어 및 프로펠라 제작)

⑤ 골격형 : 주조갯수가 적고 구조가 간단한 대형주물.(골격만 목재, 큰곡관 제작시)

⑥ 코어형 : 속이 빈 중공주물 제작시.(수도꼭지나 파이프)

⑦ 매치플레이트(Match plate) : 소형주물제품을 대량 생산.(여러개의 주형을 동시에 제작)

  * 수축여유: 수축에 대한 보정량으로 주로 주물자를 사용.

    (주물자: 주철 1008㎜, 황동․청동 1015㎜, 주강 1020㎜, Al 1020㎜)

  * 현도(現圖) : 주물자를 이용하여 그리는 그림

4. 주물의 중량계산식                    

    여기서, W_m, S_m : 주물의 중량 및 비중

            W_p, S_p : 목형의 중량 및 비중  

5. 주물사의 구비조건

① 성형성, 통기성, 내화성이 좋을 것             ② 화학반응 없고 열전도성이 불량할 것.

③ 적당한 강도 및 보온성이 있을 것        ④ 아름답고 매끈한 주물표면을 얻을 수 있을 것.

⑤ 구입 용이하고 가격이 저렴할 것.       

  * 주강용 주물사(고급주물): 규사(SiO₂)+점토를 배합(건조사), 내열성, 통기성, 수축성 우수

  * 입도 : 모래입자의 크기를 메시로 표시한다.

  *메시(mesh) : 길이 1인치내에 있는 체의 눈수

  * 통기도 (K)

    Q : 시험편을 통과하는 공기량(2000cc)

    h : 시험편의 높이(cm),   p : 공기압력(수주의 높이;cm)

    A : 시험편의 단면적(㎠),  t : 통과시간(min)

  * 압상력(押上力) : 주형에 쇳물을 주입하면 쇳물의 부력으로 윗주형틀이 들리게 되는 힘

    P = γ․A․h (정압의 경우)

  * 주입시간:

   * 응고시간 : t

6. 각종 노의 크기

① 용광로 : 철광석을 용해하여 1일동안 생산된 선철의 무게.(ton/day)

② 큐우폴라(용선로) : 매시간당 용해량(ton/hr), 주철 용해

③ 전로, 평로, 전기로(제강,특수강), 반사로 :1회의 최대용해량 (ton/rev)

   * 평로나 전로의 염기성법(토머스법) : 마그네시아 내화물을 사용한다.

④ 도가니로 : 1회에 용해할 수 있는 구리의 중량을 번호로 표시.

  * 탕구계 : 쇳물을 주입하기 위한 통로(쇳물받이 → 탕구 → 탕류 → 탕도 → 주입구)

  * 덧쇳물(feeder;압탕) : 주형내 쇳물압력 부과, 수축공 없는 치밀한 주물, 쇳물 부족분 보급.

                          주형내의 불순물 및 용제를 밖으로 배출.

7. 주물의 결함

① 수축공 : 응고시 쇳물 부족으로 공간이 생기는 것

            방지법: 쇳물아궁이를 크게, feeder 설치, 냉각쇠 사용

② 기공 : 가스배출의 불충분이 가장 큰 원인

         방지법: 통기성 좋게, 쇳물아궁이 크게, riser설치, 수분 제거, 쇳물의 주입온도 알맞게

③ 편석 : 용융금속에 불순물이 있을 때 발생

           특정성분 집중 석출, 重․輕 분리, 결정들의 각부 배합이 달라질 때

④ 균열 : 수축 불균일로 응력이 발생하여 주물에 금이 생기는 현상.

         방지법: 온도차를 적게 하고 급랭 방지, 두께차 줄일 것, 각진 부분 라운딩

8. 특수 주조법

① 칠드주조법 : 사형(砂型)과 금속형(金屬型)을 사용하며, 내마모성이 큰 주물을 제작할 때

                 표면은 백주철(시멘타이트)이 되고 내부는 회주철이 된다.

② 원심주조법 : 주형을 300~3000rpm으로 고속회전시켜 원심력에 의해 코어없이 중공주물 제작

                 (피스톤링, 실린더 라이너 등의 제작)

③ 다이캐스팅 : 금형에 고압으로 주입시켜 소형 및 정밀한 주물제작(단시간에 대량생산, 표면 깨끗)

                사용 재료: 아연,알루미늄,구리 등의 합금

④ 셀 몰드법 : 규소모래와 열경화성 수지 이용.

⑤ 인베스트먼트법 : 모형을 왁스나 파라핀을 이용.

⑥ 진공주조법 : 고급재질이 요구되는 강의 주조에 사용.(베어링강, 공구강, 스테인레스강)

⑦ 이산화탄소법 : 규사+규산나트륨 혼합, 복잡한 형상의 코어제작에 적합

제2장 소성가공

1. 가공경화 및 재결정

① 가공경화 : 재료에 외력을 가하여 변형시키면 굳어지는 현상

          (예: 철사를 반복하여 구부릴수록 더욱더 구부리기 어려워지는 현상.)

② 재결정 온도 : 열간(고온)가공과 냉간(상온)가공이 구분되는 온도.

    Fe : 400℃, W : 1200℃, Ni : 600℃, Pt : 450℃, Au, Ag, Cu : 200℃

③ 냉간가공의 장․단점

  - 장점 : 제품의 치수 정확, 가공면이 아름답다. 기계적 성질 개선, 강도,경도증가 및 연신율 감소

  - 단점 : 가공방향으로 섬유조직이 되어 방향에 따라 강도가 다르다.

2.소성가공의 종류

① 단조(forging) : 일반적으로 가열상태에서 단조 기계나 해머로 두들겨 성형하는 방법

② 압연(rolling) : 두개의 롤러를 통과시키면서 소정의 제품을 가공하는 방법

③ 압출(extruding) : 컨테이너 속에 넣고 압력을 가해 압축시켜 가공하는 방법

④ 인발(drawing) : 일감을 길이방향으로 잡아당겨 늘리는 가공방법

⑤ 전조(roll forming) : 수나사, 볼, 세레이션, 기어가공에 주로 사용.

⑥ 판금 가공(sheet metal working) : 디프 드로오잉, 프레스 가공, 전단 가공, 굽힘가공 등을 이용함.

3. 단조의 종류

(1) 자유단조(free forging) : 금형을 사용하지 않고 대형물에 사용.

  ① 눌러붙이기(up setting) : 재료를 축방향으로 압축하여 단면적 크게 길이를 짧게 하는 작업

  ② 늘리기(drawing) ③ 단짓기(setting down) ④ 절단(cutting off)   ⑤ 굽히기(bending)

  ⑥ 구멍뚫기(punching) : 얇은 재료에 사용.

(2) 형단조(die forging)

   : 금형 사용하여 소형제품 대량생산, 정밀도 높고 가격저렴(주철은 단조가 되지 않는다.)

    * 강의 최고단조온도 : 1200℃, 강의 단조완료온도 : 800℃

4. 단조프레스 용량 (Q) 및  단조해머의 효율 : η, 단조에너지 : E

      ,     ,     

   A : 유효단조면적(㎟)       k_f : 변형저항(㎏㎟)     η : 기계효율(0.7~0.8)

5. 압연가공

① 압연가공에서의 압하율(A)

② 자력압연조건 : μ ≥ tan θ (접촉각θ가 작거나 마찰계수μ가 커지면 스스로 압연이 가능하다)

③ 압연 롤러의 구성요소 : 몸체(body), 네크(neck), 웨블러(webbler)

④ 압연의 종류

  - 분괴압연(blooming) : ingot(강괴)에서 제품의 중간재(鋼片)를 만드는 압연

     : bloom(블룸), slab(슬래브), sheet bar(시트바), billet(빌릿) 등이 있다.

  - 판재압연 : 열간압연에서 잉곳을 슬래브, 시이트 바아로 압연후 이것을 판재(후판,박판)로 압연.

  - 형재압연 : 봉재, 평재, 형재, 레일 등을 제조하는 압연

⑤ 압연 Roller의 절손원인

    ; Roller의 neck의 절손, neck과 동체경계의 절손, 동체절손, Roller의 표면거칠기

6. 인발가공

⑴ 인발가공에서의 단면감소율(ψ) 및 가공도(S)

⑵ 인발가공의 인자 : 인발력, 다이각도, 단면감소율, 윤활법, 역장력

7. 압출가공

① 종류 : 직접압출(전방), 간접압출(후방,역식), 충격압출(튜브, 건전지 케이스 등의 제작)

② 압출재료 : Zn, Pb, Sn, Al, Cu등의 연질 금속

③ 압출비 = 빌렛의 초기 단면적 / 압출후의 단면적

  *. 제관법에서 이음매 없는 강관(seamless pipe) 제작에는 천공법(穿孔法)이 대표적이며,

   종류로는 만네스맨법, 압출법, 에르하르트법, stifel법 등이 있다.

8. 프레스 가공의 분류

① 전단가공 : 블랭킹, 펀칭, 전단(shearing), 트리밍, 셰이빙, 노칭, 분단(parting)

② 성형가공 : 굽힘, 비딩, 인장, 디프 드로잉, 벌징(밑부분 볼록), 스피닝(선반이용하여 가공), 시밍

               네킹, 교정, 컬링(끝말기), 마포옴법(고무사용), 하이드로포옴법(고무대신 액체사용)

③ 압축가공 : 압인(coining:주화,메달), 엠보싱(두께 변화가 없는 요철가공), 스웨이징, 충격압출

9. 전단가공

① 전단에 요하는 힘(P) 및 소요동력 (H or H')

② 유압프레스 용량 : Q

10. 스프링 백(spring back) : 굽힘가공을 할 때 굽힘 힘을 제거하면 판의 탄성 때문에 탄성변형

        부분이 원상태로 돌아가 굽힘각도나 굽힘 반지름이 커지는 현상.

    * 스프링백이 커지는 경우

      - 탄성한계, 경도, 구부림 반지름이 클수록, 두께가 얇을수록, 구부림 각도가 작을수록

   * 굽힘에 요하는 재료의 길이 :  L = A+B+2π× θ/360°(R +0.5t)

제 3장 용접(welding)

1. 용접법의 종류

(1) 융접

A) 가스용접 : 산소-아세틸렌용접(3430℃), 산소-프로판용접(2820℃), 산소-메탄용접(2700℃)

                  산소-수소용접(2900℃) 등이 있다.

B) 아크용접

  ① 피복아크 용접: 직류정극성(모재:+,전극:-)   ② 탄소아크 용접

  ③ 불활성가스 아크용접: MIG(금속 비피복봉 전극,소모식;직류역극성), TIG(텅스텐봉 전극,비소모식)

             - 불활성가스 : Ar, He, Ne 등이 있다.

  ④ CO₂ 아크용접 : 연강용접에 사용

  ⑤ 원자수소 아크용접:열원으로 원자수소가스의 반응열을 이용한 용접.

  ⑥ 서브머지드 아크용접 : 송급된 분말용제속에 용접심선을 공급해 심선과 모재사이에서 아크를

     발생시켜 용접(열손실 가장적다) 상품명으로 잠호용접, 유니언 멜트용접, 링컨용접 등이 있다.

  ⑦ 스터드 용접 : 볼트나 환봉등의 선단과 모재사이에 아크를 발생시켜 가압하여 접합하는 용접

  ⑧ 프라즈마 아크용접: 기체를 수천도의 높은 온도로 가열하면, 그속의 가스원자가 원자핵과 전자로

       유리되어 양음의 이온상태로 된다. 핀치효과가 크며 용입크고 나비좁고, 용접속도가 빠르다.

C) 특수용접

  ① 테르밋 : 산화철(Fe₃O₄)과 알루미늄분말을 반응열을 발생시켜 접합. 두꺼운판과 레일접합

  ② 일렉트로 슬래그 용접 : 와이어와 용융 슬래그 사이에 통전된 전류의 저항열을 이용하여 용접

  ③ 전자빔 용접 : 높은 진공중에서 고속의 전자빔을 형성시켜 그 전류가 가지고 있는 에너지를

     용접열원으로 한 용접

(2) 압접

A) 전기저항용접

  ① 겹치기 이음 : 점(spot)용접 또는 프로젝션 용접 : 판금 공작물 접합에 사용.

                  심 용접 : 얇은 용접관을 연속적으로 제작.

                - 심용접의 종류 : 메시․포일․맞대기 시임 용접

  ② 맞대기(butt)이음 : 업셋맞대기 용접, 플래시 버트용접, 방전충격(퍼커션)용접

B) 특수압접

  ① 가스 압접

  ② 단접 : 용접물을 가열하여 해머등으로 타격을 가하여 압접하는 방법.

  ③ 마찰용접 : 선반과 유사한 구조의 용접기로 접합면에 압력을 가한 상태로 회전시켜 마찰열로 접합

  ④ 초음파 용접,  ⑤ 폭발 압접,  ⑥ 유도가열 용접

(3) 납땜

  ① 연납(soft solder) : Sn +Pb의 합금.  ② 경납(hard solder)

2. 용접이음의 장점 및 단점

① 장점                                  ② 단점

  - 기밀,수밀성 및 효율 향상              - 용접부의 결함검사 곤란

  - 공수절감 및 작업속도가 빠르다         - 응력집중 발생

  - 제품의 성능과 수명 향상               - 용접의 기술 및 용접 모재의 재질에 따라 용접성 좌우

  - 자재 절약, 작업의 자동화가 가능

3. 가스용접법

(1) 불꽃의 종류(산소-아세틸렌 용접)

  ① 표준불꽃(중성불꽃) : 연강,주철,구리,알루미늄의 용접 (C₂H₂ +O₂ = 2CO +H₂)

  ② 탄화불꽃(아세틸렌과잉불꽃) : 경강,스테인레스강판,스텔라이트,모넬메탈

  ③ 산화불꽃(산소과잉불꽃) : 황동용접

    - 불꽃심에서 2~3mm 떨어져 용접

  (2) 가스절단이 가장 잘 되는 재료는 연강 및 주강이다.

  (3)  팁의 능력

   ① 프랑스식: 1시간동안 표준불꽃으로 용접하는 경우 아세틸렌의 소비량(ℓ)으로 표시

              (예: 100번,200번,300번 : 100ℓ,200ℓ,300ℓ인 것을 의미한다.)

4. 피복제의 역할

① 대기중의 산소 및 질소의 침입을 방지하고 용융금속을 보호

② 용착 금속의 기계적 성질 개선 및 탈탄,정련작용

③ 아크 안정, 용착 효율을 높인다.

④ 슬래그 제거, 비드를 깨끗이 한다.

⑤ 용융금속의 응고와 냉각속도를 지연시켜 준다.

  * 용제(flux) : 용접중 고온에서 공기와 접촉하기 때문에 산화가 일어나는데 산화물을 제거시 사용.

  * 슬래그(slag): 비드 표면을 덮어서  용착금속의 산화와 질화를 방지하고, 용접 금속을 보호한다. 

6. 용접의 구조상 결함

① 언더컷 : 전류가 너무 높고, 아크 길이가 너무 길 때, 운봉속도가 너무 빠를 때 발생.

② 오버랩 : 전류가 너무 낮고, 아크 길이가 너무 짧을 때, 운봉속도가 너무 느릴 때 발생.

③ 슬래그 섞임 : 녹은 피복제가 융착금속 표면에 떠 있거나 용착금속 속에 남아 있는 것.

④ 기공 : 용착금속 속에 남아 있는 가스(H₂,O₂,CO)로 인한 구멍으로  습기가 많고 기름,녹,페인트등이

          부착, 용접부 급랭, 과대 전류 사용시에 발생.

⑤ 용입불량   ⑥ 균열  ⑦ 선상조직, 은점  ⑧ 잔류응력의 과대

제 4장 열처리

1. 일반열처리

① 담금질(quenching) : 급랭으로 재질경화

    담금질액의 냉각능력 : NaOH(2.06), NaCl(1.96), 보통물(1,열처리효과 가장큼), 기름.

    열처리 조직변화순서 : A → M → T → S → P (강도,경도 크기 : M>T>S>P>A)

   * 질량효과 : 담금질시 재료의 크기에 따라 냉각속도변화로 내․외부의 경도차가 생기는 것.

   * 심랭(sub-zero)처리: 잔류 오스테나이트를 마아텐자이트화 하기 위하여 0℃이하로 처리하는 것.

                          (주로 게이지강에 사용)

② 뜨임(tempering) : 내부응력 제거 및 인성 부여

③ 풀림(annealing) : 내부응력 제거 및 재질을 연하고 균일하게 함.

④ 불림(normalizing) : 내부응력 제거 및 재질의 조직을 균일화(표준화)

2. 항온열처리

    강을 가열하여 염욕중에서 냉각 도중 특정온도에서 정지후 변태시켜 담금질 변형 및 균열을 방지할

   수 있는 열처리. 항온변태곡선(S선, C선, TTT곡선)를 이용한다.(담금질과 뜨임을 동시에 시행)

① 오스템퍼 :  B  ② 마아템퍼 : M+B   ③ 마아퀜칭 : M

3. 표면경화 열처리

(1) 화학적인 방법

① 침탄법 : 탄소 침투.

   * 종류 : 고체침탄법(목탄,코우크스), 가스침탄법(CO, CH₄, C₂H₆, C₃H₈)

② 질화법 : NH_3.   용도는 자동차의 크랭크축, 캠, 동력전달용 체인 등이 있다.

③ 시안화법(청화법) : NaCN(시안화나트륨), KCN

(2) 물리적인 방법

① 화염경화법 : 갯수가 적은 복잡한 형상 및 대형가공물. 선반의 주축, 베드 등에 사용.

② 고주파경화법 : 짧은 시간(수초)에 열처리가 가능하며 대량생산의 동일제품에 적용

(3) 시멘테이션에 의한 경화법(금속침투법)

  Al (칼로라이징) : 고온산화성이 크다.  Zn(세라다이징): 내마모성이 크다.

  Si (실리코나이징) ,  Cr(크로마이징) : 줄의 표면경화에 사용.  B (보론나이징)

* 패턴팅 : 탄소강선의 냉간 인발에 있어서 가공경화가 나타나서 계속 작업이 어려울 때 조직을

       소르바이트화 시키는데 이용되는 방법으로 연욕로 중에서 항온변태를 일으키게 하는 열처리

제5장 수기가공(손다듬질) 및 정밀측정

1. 손다듬질 작업순서

① 금긋기 작업   * 바이스의 크기 : 물릴수 있는 조오의 최대폭

② 펀칭 및 드릴링 : 펀치의 끝각은 90°이다.

③ 쇠톱질 : 쇠톱은 밀때 절단되며, 톱날의 크기는 양단 구멍중심에서 중심까지의 길이로 표시

④ 정작업 : 정의 날끝각은 연강(45~55°),주철(55~60°),경강(60~70°)

⑤ 줄작업 : 탄소공구강(STC)으로 만든다.

    ⅰ) 종류: 직진법(일반적, 정삭), 사진법(거친절삭, 모따기), 횡진법(병진법:좁은 면)이 있다.

    ⅱ) 줄눈의 형상 : 홑줄날(연철 및 얇은판의 가장자리절삭), 겹줄날(상목:절삭, 하목:칩배출)

                     라스프줄(목재, 가죽 등의 비금속재료), 곡선줄(칩배출이 용이) 등이 있다.

    ⅲ) 줄눈의 크기는 1인치에 대한 눈금 수.

⑥ 스크레이퍼 작업 : 줄질 작업 후 더욱 정밀한 평면 또는 곡면으로 다듬질할 때

                    작업시 정반, 광명단, 스크레이퍼를 사용.

2. 리이머 작업 및 태핑

① 리이머 작업 : 드릴로 뚫은 구멍을 더욱 정밀하게 다듬는 공구이며, 떨림(채터링)을 방지하기 위해

                 날의 간격을 다르게 한다.

        * 리이머는 드릴보다 절삭속도는 느리게 이송은 빠르게 한다 (3~4배)

② 태핑 : 암나사를 만드는 공구이며, 핸드탭은 3개가 1조로 되어 있다.

          가공률 => 1번탭: 55%, 2번탭: 25%, 3번탭: 20%

          * 탭 구멍의 지름 : d = D - p

3. 직접측정기

① 버어니어 캘리퍼스 : 길이(외경), 폭(내경), 깊이를 측정. 종류: M형, CB형, CM형 등이 있다.

② 마이크로미터 : 보통 삼각나사의 피치가 0.5㎜에 딤블의 원주를 50등분하여 최소 측정값이 0.01㎜

                 이며, 크기는 0~25㎜, 25~50㎜, 50~75㎜, 75~100㎜ 등이 있다.

③ 하이트 게이지 : 높이 측정 및 금긋기 작업에 사용.

          종류는 HT형(0점 조정이 가능), HB형, HM형 등이 있다.

④ 측장기 : 안지름, 작은구멍, 암나사, 테이퍼 측정이 가능. 정밀게이지, 공구검사에 사용.

   * 아베의 원리: "표준자와 피측정물은 같은 축선상에 있어야 한다."

        적용: 외측 마이크로미터, 위배: 버어니어 캘리퍼스

4. 비교측정기

① 다이얼게이지 : 비교측정기의 대표적이며, 평면도, 진원도, 축의 흔들림, 직각도 등의 측정에 사용.

   * 진원도 측정방법에는 직경법, 반경법, 삼점법 등이 있다. (기어를 이용한 확대지시장치)

② 공기 마이크로미터: 공기의 흐름을 확대기구로 하여 길이를 측정하는 방법

③ 전기 마이크로미터: 측정자의 기계적 변위를 전기량으로 변환하여 지시계의 지침을 측미기로 측정.

④ 옵티미터 : 광학적으로 미소범위를 확대하여 측정

⑤ 미니미터 : 레버 확대기구를 이용하여 수백, 수천배 확대시켜서 측정

5. 블록게이지 : 게이지중 가장 정밀도가 높으며, 건식래핑에서 얻어진다. (조합밀착하여 사용가능)

   * 분류 : 연구소용,참조용(AA급), 표준용(A급), 검사용(B급), 일감용,공작용(C급)

6. 한계 게이지 : 다량의 동일제품의 치수를 측정할 때 사용하는 게이지로 한쪽은 통과 다른 한쪽은

                정지측으로 되어 있다.

① 구멍용 한계게이지 : 플러그 게이지, 평 게이지, 봉 게이지 등이 있다.

② 축용 한계게이지 : 스냅 게이지, 링 게이지 등이 있다.

③ 테일러의 원리 : "통과측에는 모든 치수 또는 결정량이 동시에 검사되고 정지측에는 각 치수를

                    개개로 검사하지 않으면 안 된다."

7. 각종 게이지(표준 게이지)

① 센터 게이지 : 선반작업의 나사 절삭시 바이트 위치나 바이트의 각도를 검사하는데 사용.

② 틈새 게이지(thickness gauge) : 미세한 간격이나 틈새를 측정하는데 사용.

③ 피치 게이지 : 나사산의 피치를 측정.

④ 와이어 게이지 : 철사의 지름 및 판의 두께 측정.

⑤ 반지름 게이지(radius gauge)

⑥ 드릴 게이지(drill gauge)

8. 사인 바(sine bar) : 45°이하의 각도측정에 사용.

9. 광선정반(optical flat) : 평면도 검사, 간섭 무늬수 2개(250㎜미만), 4개(250㎜이상)

   평행광선정반(optical parallel) : 평행도 검사 및 마이크로미터의 정도 검사.

   * 이두께 측정법 : 현 이두께법, 걸치기 이두께법, 오우버핀법등이 있다.

   * 기어의 측정에는 치형의 정확도, 이두께, 피치, 편심오차 등을 측정하고 검사한다.

10. 나사의 유효지름 측정

① 나사 마이크로미터

② 삼선법(삼침법) : 가장 정밀 (미터나사: d_e=M-3d+0.86603p)

③ 공구현미경 또는 투영기 : 나사산의 각, 높이, 피치 및 d, d_e, d₁을 측정할 수 있다.

제 7장 절삭 이론

1. 공작기계의 기본운동

① 절삭운동 => 공구 : 밀링, 드릴링, 보오링, 세이퍼, 슬로터, 브로우칭 M/C, 평면연삭기

                일감 : 선반, 플레이너

                일감+공구 : 호빙 머신, 래핑, 원통연삭기

② 이송운동       ③ 조정운동(위치조정운동)

2. 칩의 종류

① 유동형 : 인성이 있는 연한 재질, 연속적인 칩, 가공면이 아름답다.

        * 조건 : 절삭속도 빠를 때, 경사각이 클 때, 절삭깊이가 작을 때

② 전단형 : 칩이 일정간격을 유지, 절삭각이 크고 절삭깊이가 클 때

③ 열단형(경작형) : 점성이 큰 재료, 가공면이 거칠다.

④ 균열형 : 메진 주철을 저속으로 절삭할 때

   * 칩 브레이크 : 연속적인 칩을 짧게 끊어주는 장치이며, 안전장치의 역할을 한다.

3. 구성인선(built-up edge) : 절삭재료가 고온고압에 의하여 공구 인선에 공작물이 응착하여

    실제 절삭날의 역할을 하는 현상.(발생 → 성장 → 분열 → 탈락을 반복 : 1/10 ~1/200초정도)

  * 방지책 : 절삭속도 빠를 때, 경사각이 클 때, 절삭깊이가 작을 때, 윤활성이 있는 절삭제를 사용.

4. 절삭속도(V ) 및 절삭시간(T) , 동력(H or H')

5. 절삭저항 3분력 크기순서 : 주분력 > 배분력(정밀도에 영향) > 이송분력(횡분력)

6. 공구의 수명 및 마멸

① 테일러의 공구 수명식 : VTⁿ = C

② 공구의 수명은 절삭속도, 이송, 절삭깊이의 순으로 영향을 받는다.

③ 공구의 마멸 : 크레이터 마멸(공구의 윗면이 칩에 의해 움푹 파여지는 현상)

                 플랭크 마모, 치핑(결손)

7. 공구재료의 종류

① 탄소 공구강(STC) : 0.6~1.5%C, 300℃이상에서 사용하지 못함.

          용도 : 줄, 정, 쇠톱날, 펀치...

② 합금 공구강(STS) : 0.6~1.5%C의 탄소강에 W, Cr, Ni, V등을 1종 또는 2종을 첨가한 강.

③ 고속도강(SKH) : 0.8%C + W(18%)-Cr(4%)-V(1%);표준형

④ 주조경질합금 : 일명"스텔라이트"라고도 하고  주성분은 W-Cr-Co-C-Fe 등이다

⑤ 초경합금 : 금속탄화물(WC, TiC, TaC)+Co분말을 가압, 성형후 800~900℃에서 예비 소결한 후

        수소기류 중에서 1400~1500℃에서 소결시켜 만든 합금

      * 상품명: widia, carboloy, tungaloy, dialoy, midia 등

⑥ 세라믹 : Al₂O₃를 주성분으로 소결시켜 만들며, 충격에 약하고 절삭유를 사용치 않는다.

            고온 경도가 높고 내마멸성이 우수(980℃)

8. 절삭제 

① 절삭유의 3작용 : 냉각작용, 윤활작용, 세척작용

  * 극압유(윤활목적),   주철은 절삭유를 사용하지 않는다.

9. 공구각

① 경사각 : 절삭력에 영향을 주며 경사각이 클 때 절삭저항은 감소하지만 날끝이 약해진다.

② 여유각 : 공구와 일감의 접촉(마찰)방지

제 8장 선반가공

* 선반의 크기 : 깎을 수 있는 공작물의 최대지름(베드상의 스윙), 양센터 사이의 최대거리

                왕복대상의 스윙

1. 선반의 종류

① 터릿 선반 : 여러개의 공구를 방사형으로 설치, 콜릿척을 주로 사용하며 대량생산에 사용.

              * 콜릿척 : 가는 지름 또는 각재를 연속 가공할 때 편리.

② 모방 선반 : 형판이나 모형을 이용하여 형판과 같은 윤곽절삭

③ 수직 선반 : 공구의 길이방향 이송 및 주축이 수직으로 설치되어 있으며, 중량물 절삭에 사용.

④ 정면 선반 : 길이 짧고 지름이 큰 일감. 큰 면판을 구비

⑤ 차축 선반 : 철도차량용 차축을 주로 가공

    이외 탁상 선반, 보통 선반, 다인 선반, 공구선반, 크랭크축 선반, 캠축 선반,...

2. 선반작업의 종류

   외경, 내경, 단면, 절단, 홈, 테이퍼, 드릴링, 보오링, 암․수나사, 정면, 곡면, 총형, 널링(깔쭈기)

   구면가공, 육면체가공, 곡면절삭 등

3. 주축대는 중공으로 되어 있어 긴 일감을 가공할 수 있으며, 재질은 Ni-Cr강이다.

   앞쪽에 모오스 테이퍼(T=1/20)가 있으며, 회전센터(live center)를 삽입할 수 있다.(재질:연강)

4. 왕복대의 구성은 새들과 에이프런(자동이송장치가 장착), 복식공구대로 이루어져 있다

   복식공구대는 새들 위에 있으며 공구를 설치하고 주로 짧은 길이의 테이퍼 절삭에 사용.

5. 선반의 부속장치

  * 센터의 선단각 : 보통일감 60°, 대형일감 75°,90°

① 하프센터 : 끝면 깎기에 사용

② 베어링 센터 : 중량물 가공 및 고속회전 절삭에 사용

③ 단동척 : 조오4개(개별적), 불규칙한 일감고정, 편심가공가능 (4단3연)

④ 연동척(스크롤척) : 조오3개(동시에), 균일한 일감(원형, 삼각형, 육각형등)

⑤ 마그네틱척(자기척) : 두께가 얇은 일감을 고정

⑥ 심봉(mendrel) : 내면을 다듬질한 중공의 일감 외경을 가공(기어나 풀리의 소재가공)

⑦ 방진구 : 가늘고 긴 일감의 가공시 자중으로 휘거나 절삭력에 의한 변형 방지.(이왕새고베)

⑧ 양센터 작업에 필요한 부속장치 : 주축센터, 심압센터, 돌림판, 돌리개 등이 필요하다.

          중공 제품을 가공시에는 심봉(mandrel)이 필요하다.

6. 테이퍼 절삭

① 공구대를 선회 시키는 방법(tanθ) : 테이퍼가 크고 길이가 짧을 때

② 심압대를 편위시키는 방법(편위량:χ) : 테이퍼가 작고 길이가 긴 경우

③ 테이퍼 절삭장치(어테치먼트)에 의한 방법 : 릴리이빙 선반 또는 공구선반

         

7. 나사절삭

        일감의 피치(mm)            A      C

    리드 스크류우의 피치(mm)       B      D

8. 절삭속도(V ) 및 절삭시간(T) , 동력(H)

제 9장 밀링가공

1. 밀링 머신의 작업종류

   : 평면(플레인 커터: 수평밀링, 정면커터: 수직밀링), 홈(엔드밀), 측면, 절단(메탈소오), 각도절삭

     총형절삭(기어, 나선홈등)

2. 밀링 머신의 크기 : 번호로 표시(No. 0 ~ N0. 5 : 번호가 클수록 큼)

① 테이블면의 크기

② 테이블의 최대 이동거리(좌우×전후×상하)

③ 주축의 중심선에서 테이블면까지의 최대거리(수평),주축단에서 테이블면까지의 최대거리(수직)

④ 주축대의 최대 이동거리(수직)

3. 상향절삭 ≠ 하향절삭

  * 상향절삭 : 커터의 회전방향과 일감의 이송방향이 서로 반대

① 커터의 수명 짧고 동력소비 많다. 

② 가공면이 거칠다.

③ 일감 고정을 견고하게

④ 절삭시 칩 방해가 없다.

⑤ 백래시 발생이 없다(백래시 제거장치가 필요없다.

4. 절삭속도(V) 및 1분간의 테이블 이송속도(f)

5. 분할작업

① 직접분할법 : 24구멍을 이용하여 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24등분만 가능.

② 단식분할법 : 브라운 샤프형과 신시내티형

                크랭크축 1회전시 스핀들은 1/40(9°)회전한다.

③ 차동(만능)분할법 : 변환기어 12개, 1008등분까지 가능.

6. 헬리컬 기어가공

제 10장 연삭가공

1. 원통연삭기의 종류

① 테이블 왕복형 ② 숫돌대 왕복형 ③ 플런지컷 형(가공물의 전체 길이를 동시에 가공)

④ 만능연삭기: 숫돌대 및 테이블이 선회: 테이퍼 연삭, 내면연삭

⑤ 센터리스 연삭기: 센터나 척을 이용하지 않고 가늘고 긴 일감의 원통연삭.

    * 조정숫돌바퀴의 역할 : 일감의 회전 및 이송

2. 연삭숫돌바퀴의 3요소 : 숫돌입자, 결합제, 기공

3. 연삭숫돌의 5대 구성요소

    WA  46  L  M  V

① 숫돌입자 : Al₂O₃ (A숫돌: 일반강재, WA숫돌: 열처리강, 백색)

               SiC  (C숫돌: 주철,비철금속, GC숫돌: 초경합금,유리, 녹색)

② 입도 : 숫돌입자의 크기를 번호로 표시

③ 결합도 : 숫돌의 단단한 정도(LMNO: 중간, HIJK: 연하다, PQRS: 경하다)

④ 조직 : 숫돌의 밀도(C;0,1,2,3 : 치밀, M;4,5,6 : 중간, W;7,8,9,10,11,12 : 거친)

⑤ 결합제 : V : 비트리파이드(점토와 장석),  S : 실리케이트(규산나트륨), R : 고무,

       B : 레지노이드(베이클라이트),  E : 셸락,  PVA : 비닐결합제,  M : 금속결합제

            피연삭재의 연삭된 부피

4. 연삭비 = ---------------------

            숫돌바퀴의 소모된 부피

5. 연삭숫돌의 작용

① 글레이징(무딤) : 마모된 숫돌입자가 탈락하지 않아 표면이 매끄러워지는 현상.(연삭불량)

② 로우딩(눈메움) : 칩이나 숫돌입자가 기공에 차서 메워지는 현상.(연삭불량)

③ 드레싱 : 눈메움 또는 무딤 발생시 숫돌표면을 드레서를 이용하여 숫돌 날을 생성시키는 작업

④ 트루잉(모양고치기) : 숫돌의 연삭면을 숫돌과 축에 대하여 평행 또는 일정한 형태로 성형시키는

    방법

⑤ 자생작용 : 연삭시 숫돌의 마모된 입자가 탈락되고 새로운 입자가 나타나는 현상.

   * 연삭균열 방지법 : 연한숫돌 사용, 이송 크게, 절삭깊이 적게, 충분한 연삭액을 주어 발열방지.

6. 컵형숫돌에 의한 연삭

     여기서, d:커터의 지름,  γ: 여유각

제 11장 기타 범용공작기계

1. 드릴링 머신에 의한 가공

① 드릴링: 드릴로 구멍뚫기

② 리이밍: 드릴로 뚫은 구멍을 더욱 정밀하게 가공

③ 태핑: 암나사 가공

④ 보오링: 전가공상태에서 얻어진 면을 더욱 크고 정밀하게 가공

⑤ 스폿페이싱 : 볼트나 너트등이 닿는 부분을 평평하게 자리를 만드는 작업

⑥ 카운터 보오링 : 작은나사, 볼트의 머리부를 일감에 묻히게 하기 위한 단을 만드는 작업

⑦ 카운터 싱킹 : 접시머리나사의 머리부를 묻히게 하기 위해 원뿔자리를 만드는 작업

2. 드릴 머신의 종류

① 레이디얼 드릴링 머신 : 칼럼을 중심으로 360°회전. 주축은 아암을 따라 이동. 대형일감 가공

② 심공 드릴링 머신 : 깊은 구멍 가공(총열)

③ 다두 드릴링 머신 : 스핀들이 여러 개 있으며, 특정제품의 대량 생산에 사용

④ 다축 드릴링 머신 : 다수의 구멍을 동시에 가공할 때 사용

⑤ 탁상 드릴링 머신

⑥ 직립 드릴링 머신

3. 절삭공구

① 트위스트 드릴 : 가장 널리 사용

② 표준 드릴의 날끝각 : 118°, 여유각 : 12~15°, 비틀림각 : 20~32°

③ 드릴 자루부는 지름 13㎜이하는 곧은 자루이고 지름13㎜이상은 모오스 테이퍼로 되어 있다.

④ 시이닝(thinning) : 웨이브의 두께를 적게하여 절삭력을 향상시키는 것.(절삭저항 감소)

4. 드릴의 절삭속도(V) 및 절삭 시간(T)

5. 보오링 머신 : 주조할 때 뚫린 구멍이나 드릴로 뚫은 구멍을 깎아서 크게 하거나 정밀하게

                 가공하는 작업. (외경, 내경, 암나사, 수나사, 드릴링, 리이밍 작업 등)

   * 종류  ① 수평보링머신 : 일반적인 가장 널리 사용.(테이블형, 플로어형, 플레이너형)

           ② 정밀보링머신 : 정밀한 보링.(진원도, 진직도)

           ③ 지그보링머신 : 정밀 측정장치가 부착된 기계

                            (주로 공구나 지그 가공을 목적으로 2~10μ의 정밀한 구멍을 가공)

   * 보링머신에서 주로 사용하는 공구는 보링 바이트이다.

6. 플레이너, 세이퍼, 슬로터

기계명	절 삭 운 동	크  기	가 공 물	급속귀환장치
세이퍼	램의 직선왕복운동	램의 최대행정	좁은면의 평면,홈,측면	크랭크 기어와 아암
슬로터	램의 수직왕복운동	램의 최대행정 회전테이블의 직경	구멍의 내면,키홈,스플라인,세레이션홈,내접기어등	크랭크 기어와 아암
플레이너	테이블의 직선운동	테이블의 최대행정	큰일감 평면(주철제 정반)	벨트와 유압

7. 세이퍼의 절삭속도(V) 및 플레이너의 속도비(i)

8. 기어 절삭법

① 형판에 의한 법(모방절삭법)

② 총형공구에 의한 절삭법

③ 창성법 : 인벌류우트 곡선을 그리는 원리를 응용한 이의 절삭 방법이며, 가장 널리 사용된다.

    * 종류 : 래크 커터에 의한 방법 : 마그식 기어 세이퍼

            피니언 커터에 의한 방법 : 펠로우즈식 기어 세이퍼

            호브에 의한 방법 : 호빙 머신

9. 브로우칭 머신 : 브로우치라는 공구를 사용하여 일감의 표면 또는 내면을 필요한 모양으로

    절삭가공하는 가공법으로 1회 통과시켜 제품을 완성한다.

    주로 대량생산에 적합하며, 키홈, 스플라인 구멍, 다각형 구멍, 세그먼트 기어의 치형에 사용.

제 12장 정밀입자 가공 및 특수가공

1. 정밀입자가공

`

종  류	운동상태	가공 정밀도	가공분야	특  징
호  닝	호운의 회전 및 직선왕복운동	3~10μ	보링, 연삭에서 가공된 구멍의 내면,외면 다듬질	왕복운동속도는 원주속도의 1/2~1/5 호닝유:등유나 경유에 라드유를 혼합 거친호닝입도:80~120번,보통:220~280 연삭입자:WA(강,주강), GC(주철,비금속)
슈퍼 피니싱	숫돌의 진동 및 직선왕복운동	0.1 ~0.3μ	변질층 표면깎기,원통외면,내면, 평면다듬질	표면의 변질층 제거 짧은 시간(30초~2분)에 가공완료 방향성이 없는 다듬질
래  핑	랩과 랩제의 미끄럼 운동	0.0125~0.025	광학렌즈 건식법:블록게이지	가공면이 곱고, 정밀도↑, 대량생산 가능, 비용이 저렴, 내식성, 내마멸성이 우수 랩재료는 주철이 많이 쓰인다. 랩핑유:경화강에는 석유와 기계유를 혼합        유리,수정에는 물을 사용한다.

2. 방전가공

① 높은 경도를 갖는 재질(보석류, 경화강, 내열강)의 절단, 천공 등에 쓰이며 직류 축전기법이

    대표적이다.

② 가공액으로는 변압기유, 스핀들유, 석유, 물 등이 사용된다.

③ 전극재료 : 흑연, 텅스텐, 구리합금등 (공작물: +, 공구: -)

  * 방전의 진행과정 : 암류 → 코로나 → 불꽃 → 글로 → 아크

  * 와이어컷 방전가공 : 블랭킹 다이의 구멍가공에 적용

(1) 방전가공에서 전극재료의 조건

  ① 방전이 안전하고 가공속도가 클 것.

  ② 가공 정밀도가 높고 기계가공이 쉬울 것.

  ③ 가공전극의 소모가 적으며, 구입이 쉽고 가격이 저렴할 것.

(2) 방전가공기의 전원장치 회로방식

  ① RC회로(콘덴서 방전회로) : 가장 기본적인 회로(축전기법)

  ② TR회로(트랜지스터 방전회로) : 일반 방전기에서 많이 사용

  ③ TR을 부착한 RC회로 : 현재 가장 많이 사용.

3. 초음파 가공 : 물이나 경유등에 연삭 입자를 혼합한 가공액을 공구의 진동면과 일감 사이에

        주입시켜 가면서 16~30KHz/sec의 초음파에 의한 상하 진동으로 표면을 다듬는 가공방법

   ① 굳고 취약한 재료에 사용(초경합금,세라믹,유리)되며 구멍뚫기,절단,평면가공,표면가공 등을 한다.

   ② 공구(혼)의 재료 : 황동, 연강, 공구강, 모넬메탈, 피아노선재등

   ③ 연삭입자의 재질 : 알루미나, 탄화규소, 탄화붕소 등이 있다.

4. 전해연마 : 전기 화학적인 방법으로 표면을 다듬질하는 방법

  ① 주로 치수정밀도보다는 표면에 광택이 있는 거울면이 중요시 될 때

  ② 드릴의 홈, 주사침, 반사경등이 있는 거울면을 얻을 수 있다.

5. 버니싱 가공 : 원통의 내면 가공시 안지름보다 큰 공구를 압입하여 정밀도가 높은 면을 얻는 가공법

6. 텀블링(배럴연마) : 금속과 비금속 등의 고형물에 대해 시행하며 대량의 일감을 1개의 배럴에 넣고

    가공하므로 노력이 절감되고 모든 일감이 균일하게 다듬어지며, 많은 양을 한번에 다듬질하는 방법        

7. 버핑 : 버프를 회전시키며 공작물 표면의 녹을 제거하거나 광택내기에 사용하는 방법이다.

          치수정밀도와는 무관하며 광택내기가 주목적이다.

12. 쇼트 피닝 : 강구를 분사시켜 금속 표면의 강도와 경도를 증가시켜 주는 방법.

               주로 스프링재의 수명을 연장시키기 위해 피로강도, 탄성한도를 높인다.

         단점 : 부적당한 쇼트 피이닝은 연성을 감소시키므로 균열의 원인이 된다.

              * 쇼트 피닝의 가공조건 : 분사면적, 분사각도, 분사속도

제 13장 NC공작기계

1. NC공작기계의 3가지 기본동작

  ① 위치정하기 ② 직선절삭 ③ 원호절삭

2. NC공작기계발전 4단계

① 제1단계 : NC(numerical control) 수치제어

② 제2단계 : CNC(computer numerical control) 컴퓨터 수치제어

③ 제3단계 : DNC(direct numerical control) 군관리 시스템

④ 제4단계 : FMS(flecxible manufacturing system) 컴퓨터를 이용한 공장전체를 자동화한 시스템

              (유연생산 시스템), 다품종 소량생산

3. 서보기구의 종류

① 개방회로방식(open loop system) : feed back無, 정밀도가 낮아 NC에서 사용치 않음.

② 폐쇄회로방식(closed loop system) : 위치 검출하여 feed back함, 높은 정밀도를 요구하는 공작

    기계나 대형의 기계에 사용.

③ 반폐쇄회로방식(semi-closed loop system) : 위치 및 속도의 검출을 서보모터의 축이나 볼나사의

    회전 각도로 검출, NC공작기계에서 가장 많이 사용.

④ 하이브리드 서보방식(hybrid servo system) : 반폐쇄+폐쇄 높은 정밀도가 요구되는곳 및 기계의

    강성을 높이기 어려운 경우에 사용.

4. NC에 사용되는 Address의 구성

   N___   G___    X___  Y___  Z___    F___     S___     T___      M___      ;

전개번호  준비기능    좌표어(X,Y,Z)   이송기능  주축기능  공구기능  보조기능   EOB

* 좌표어 : 절대좌표(X,Y,Z), 증분방식(U,V,W)

5. CNC 선반의 준비기능 Code

  G00 : 위치결정(급속이송), 전원이 ON되면 기본값으로 정해짐.

  G01 : 직선가공(절삭이송)

  G02 : 원호가공(CW: 시계방향)

  G03 : 원호가공(CCW: 반시계방향)

  G04 : 일시정지(휴지:dwell)

  G50 : 공작물 좌표계 설정(주축 최고회전수 설정)

  G96 : 원주속도 일정제어(m/min)

  G97 : 원주속도 일정제어취소(회전수 일정제어) rpm

  * 보조기능 : M03: 주축속도 정회전, M04: 주축속도 역회전, M05: 주축정지

               M08: 절삭유 주유, M09: 절삭유 공급정지

예제)① G96 S150 M03; 의 이미는?  v=150 m/min

     ② G97 S150 M03; 의 의미는?  n=150 rpm

     ③ G50 S2000;  G96 S130에서 d=60mm일때 주축회전수는?  n=690 rpm

기계재료 이론 요약

제1장  기계재료 총론

1. 금속의 공통적 성질

① 실온에서 고체이며, 결정체(Hg제외)이다.

② 가공이 용이하고, 연․전성이 크다.

③ 고유의 색상이 있으며, 빛을 반사한다.

④ 열 및 전기의 양도체이다.

⑤ 비중이 크고, 경도 및 용융점이 높다.

1) 금속의 분류 : 비중 4.5를 기준

    ① 경금속: Al(2.7),Mg(1.74),Na_0.97),Si(2.33),Li(0.53)

    ② 중금속: Fe(7.87),Cu(8.96),Ni(8.85),Au(19.32),Ag(10.5),Sn(7.3),Pb(11.34),Ir(22.5)

2. 금속재료의 성질

1) 물리적 성질

① 비중  ② 용융점  ③ 비열 ④ 선팽창 계수

⑤ 열전도율 및 전기전도율 : Ag-Cu-Au(Pt)-Al-Mg-Zn-Ni-Fe-Pb-Sb

⑥ 금속의 탈색 ⑦ 자성 ⑧ 성분, 조직, 전기저항

2) 기계적 성질

① 연성, 전성, 인성, 취성(메짐)   ② 강도 및 경도

③ 피로한계, Creep, 연신율, 단면수축률, 충격값

3) 화학적 성질(한양공과학원 02-815-8155  www.khanyang.com)

① 내열성(내화성)  ② 내식성

4) 제작상 성질

① 주조성(가주성)  ② 소성 가공성(가단성)  ③ 용접성  ④ 절삭성

3. 재료 시험

(1) 인장 시험(tensile test)

  ① 인장강도(σ_t)        ② 연신율(ε)          ③ 단면수축률(ψ)

  (2) 경도 시험(hardness test)

① 압입자 하중에 의한 경도시험

     ㉠ 브리넬 경도(H_B): 고탄소강 강구   H_B =P/A = P/πDt  (kg/㎟)

     ㉡ 비커어즈 경도(Hv): 대면각 136。  H_V = 1.8544P/d (kg/㎟)

     ㉢ 로크웰 경도(HR)

         B 스케일: 1/16"강구 => H_RB = 130-500h

         C 스케일: 120°원추 => H_RC = 100-500h

② 반발 높이에 의한 방법(탄성 변형에 대한 저항으로 강도를 표시)

      -쇼어경도 : H_S = 10000/65 × h/h₀

  (3) 충격 시험(Impact test): 인성과 메짐을 알아보는 시험

    ① 방법 : 샤르피식(단순보), 아이조드식(내다지보)

    ② 충격값 : U (kg․m/㎠)

  * 피로파괴 : 재료의 인장강도 및 항복점으로부터 계산한 안전하중 상태에서도 작은힘이 계속적

                 으로 반복하면 재료가 파괴를 일으키는 경우.

(4) 크리이프(creep)

     ; 재료에 인장 크리이프 스트레인의 크기를 측정하는 것으로 시료의 온도 및 시험시간을 규정.

      주로 Pb, Cu 등의 순금속 또는 연한 경금속의 시험에 사용.

4. 비파괴 검사와 조직 시험

(1) 비파괴 검사 : 시간 단축, 재료 절약 및 완성 제품의 검사

① 타진법  ② 자분 탐상법  ③ 침투 탐상법, 형광검사법

④ 초음파 탐상법(주파수 1~25MHz) ⑤ 방사선 탐상법(X-선, γ-선)

(2) 조직 검사

① 매크로 시험(육안검사)

  종류) 파단면법

        매크로 부식법

        설퍼 프린트법: 황에 묽은 산을 혼합해 표면에 묻히고 이것을 인화지에 묻혀서 조직 검사

② 현미경 조직 시험

   시료 채취 → 연마(가공) → 부식 → 세척 → 검사

   -부식제 : 철강류: 피크린산 알코올 용액, 질산 알콜 용액, 피크린산 가성소다 용액

             구리 및 구리합금: 염화 제2철 용액

             알루미늄합금: 불화(플루오르화)수소 용액, 수산화나트륨 용액

5. 금속의 결정

1) 금속 원자 결정

① 체심 입방 격자 (BCC): Cr, W, Mo, V, Li, Na, Ta, K, α-Fe, δ-Fe

② 면심 입방 격자(FCC): Al, Ag, Au, Cu, Ni, Pb, Ca, Co, γ-Fe

③ 조밀 육방 격자(HCP): Mg, Zn, Cd, Ti, Be, Zr, Ce

2) 금속의 변태

  ＊변태(Transformation): 고체→액체(액체→고체)로 결정격자의 변화가 생기는 것.

    - 변태점 측정법 : 열분석법, 시차열분석법, 비열법, 전기저항법, 열팽창법, 자기분석법, X선분석법

     ＊동소체(Allotropy): α, γ, δ고용체

① 동소변태: 고체 내에서 원자 배열이 변화함으로써 변화.

                Fe(A₃:912℃,A₄:1400℃), Co(480℃), Ti(883℃), Sn(18℃)

    ex) 순철의 변태

        α-Fe    ⇔    γ-Fe   ⇔    δ-Fe  ⇔   융체

         (BCC)   A₃    (FCC)   A₄    (BCC)       

             (912℃)         (1400℃)

② 자기변태(curie point): 자기의 세기가 768℃(A₂점) 부근에서 급격히 변화

          자기변태를 일으키는 금속으로 Fe: 768℃, Ni: 360℃, Co: 1120℃ 등이 있다.   

6. 금속 가공

1) 소성 변형: 금속에 외력을 가하면 변형이 되는데 외력을 제거해도 변형된 상태로 있는 성질

2) 소성 변형 원리

   ①슬립 (slip)   ②쌍정 (twin)  ③전위 (dislocation)

3) 가공경화

    ; 재료에 외력을 가하여 변형시키면 굳어지는 현상.(결정결함수의 증가)

4) 냉간 가공시 기계적 성질

  : 제품의 치수 정확, 가공면이 아름답다.  기계적 성질 개선, 강도 및 경도 증가, 연신율 감소

     - 재결정 온도 : 열간(고온)가공과 냉간(상온)가공이 구분되는 온도(구결정 → 신결정)

           Fe: 400℃, W: 1200℃, Ni: 600℃, Pt: 450℃, Au,Ag,Cu: 200℃

     - 가공도 大, 재결정 온도↓

제 2 장  철 강 재 료

1. 철강재료의 개요

1) 철강의 분류

              순철: 0.03%C↓(전기재료, 용접 好)

              강(steel): 탄소강: 0.03～2.0%C (기계재료)

                        .합금강: 탄소강 + 다른 금속

              주철: 2.0～6.68%C (주물재료: 보통 2.0～4.5%C 사용)

2) 철강재료의 5대 원소)

    C(강에 가장 큰 영향), S<0.05%, P<0.04%, Si<0.1～0.4%, Mn<0.2～0.8%

3) 강괴(steel ingot)

   ① 림드강(rimmed steel): Fe-Mn으로 약하게 탈산시킨 것.(기공 및 내부에 편석 발생)

   ② 킬드강(killed steel): Fe-Si, Al로 충분히 탈산시킨 것.(상부에 수축관 생김)

   ③ 세미킬드강(semi-killed steel): 약탈산강, 용접 구조물에 사용.

2. 순철(Pure iron)

1) 순철의 성질

   ① 비중: 7.87, 용융점: 1538℃

   ② 항자력이 낮고 투자율이 높아 전기재료(변압기, 발전기용 박판)로 사용

   ③ 단접성, 용접성 양호하며 유동성 및 열처리성 불량

   ④ 상온에서 전연성 풍부. 항복점, 인장강도 낮고 연신율, 단면 수축률, 충격값, 인성은 높다.

   ⑤ 순철의 종류로는 아암코철, 전해철, 카아보닐철 등이 있다.

   ⑥ 인장강도: 18～25 ㎏/㎟ , H_B: 60～70 ㎏/㎟

2) 순철의 변태

         α-Fe           γ-Fe              δ-Fe

      -------+---------------+----------ㅓ

       BCC   A3      FCC       A4   BCC    용융점

            (912℃)            (1400℃)        (1538℃)

   ① 동소변태 : A₃ (912℃), A₄ (1400℃)

   ② 자기변태 : A₂ (768℃)

3. 탄소강(carbon steel)

1) Fe-C계 평형 상태도 (교재 참고)

    ① 변태점

       A₀ (210℃) : 시멘타이트의 자기 변태점

       A₁ (723℃) : 순철에는 없고, 강에서만 일어나는 특유한 변태

       A₂ (768℃) : 자기변태(Fe, Ni, Co)

       A₃ (912℃) : 동소변태,   A₄ (1400℃): 동소변태

    ② 강의 표준조직(normal structure)

       α고용체 : Ferrite (강자성체로 극히 연하고 전성과 연성이 크다. H_B=90)

       γ고용체 : Austenite (A₁점에서 안정된 조직, 상자성체이고 인성이 크다. H_B=155)

          Fe₃C  : Cemetite (경도가 높고 취성이 크며, 백색으로 상온에서 강자성체. H_B=820)

      α+ Fe₃C : Pearlite (오스테나이트가 페라이트와 시멘타이트의 층상으로 된 조직.

      γ+ Fe₃C : Ledeburite(상온에서 불안정하고  Fe₃C는 흑연과 지철(地鐵)로 분해한다.)

    ③ 탄소함량에 따른 분류

       공석강 : 0.77%C (펄라이트)

        아공석강 : 0.025~ 0.77%C (페라이트+펄라이트)

    과공석강 : 0.77～2.0%C (펄라이트+시멘타이트)

    공정주철 : 4.3%C (레데뷰라이트)

  아공정주철 : 2.0～4.3%C (오스테나이트+레데뷰라이트)

  과공정주철 : 4.3～6.67%C (레데뷰라이트+시멘타이트)

2) 탄소강에 함유된 성분

    ⓐ Si(0.1~0.35%) : 강도, 경도, 탄성한계 증가, 연신율, 충격값 낮고, 단접성 불량, 유동성 우수

    ⓑ Mn(0.2~0.8%) : 고온 가공이 용이, 강도, 경도, 인성이 크며, 담금질 효과가 크다.

                        황과 화합하여 적열취성방지(MnS)

    ⓒ P(0.06%이하)  : 강도, 경도 증가, 연신율감소, 상온 취성(편석 및 균열)원인(Fe₃P)

    ⓓ S(0.08~0.35%) : 강도, 연신율, 충격치 저하,  용접성 및 유동성을 해친다.  적열 메짐 원인

                          MnS강: 절삭성 향상

    ⓔ Cu : 내식성 증가, 압연시 균열 원인

3) 탄소강의 기계적 성질

    ① 탄소량이 증가할 때(아공석강 일때)

      -기계적 성질 : 인장강도 및 경도 증가, 열처리성 양호, 연성 및 인성 감소, 용접성 불량

      -물리적 성질 : 결정입자 조밀, 비중, 용융점 및 열전도율, 전기전도도 감소, 전기저항 증가

        * 공석점 부근에서 인장강도와 경도가 최대.

4) 탄소강의 용도

    ① 극연강( 0.03~0.12%) : 강판, 강선, 못, 파이프, 와이어

    ② 연강 (0.13~0.20%) : 관, 교량, 강철봉, 철골, 철교, 볼트, 리벳 (SM15C)

    ③ 반연강(0.20~0.30%) : 기어, 레버, 강철판, 볼트, 너트, 파이프

    ④ 반경강(0.30~0.40%) : 철골, 강철판, 차축

    ⑤ 경강(0.40~0.50%) : 차축, 크랭크축, 기어, 캠, 레일 (SM45C)

    ⑥ 최경강(0.50~0.70%) : 공구강, 핀, 차바퀴, 레일, 스프링

     * 0.60~1.5%C : 탄소공구강

5) 취성(메짐)의 종류

    ① 적열취성 : 900℃이상에서의 S에 의한 강의 메짐

    ② 상온취성 : P이 많은 강에서 발생

    ③ 청열취성 : 200~300℃의 강에서 강도는 크지만, 연신율이 대단히 작아져 취성이 발생

    ④ H₂ : Hair crack 또는 백점(白點)의 원인 (철을 여리게 하고 산이나 알칼리에 약함)

6) 주강(cast steel)

   : 형상이 복잡하여 단조로서는 만들기가 곤란하고 또 주철로서는 강도가 부족할 경우에 사용.

7)강재의 KS 기호

   ① SM30C : 기계구조용 탄소강재 (0.25~0.35%탄소량)

   ② SS41(SS400): 일반구조용 압연강재(최저인장강도: 41kgf/mm²=400MPa)

   ③ SC49(SC480) : 탄소강 주조품(최저인장강도: 49kgf/mm²=480MPa)

   ④ SF360 : 탄소강 단조품(최저인장강도: 360MPa)

   ⑤ SWS500 : 용접구조용 압연강재(최저인장강도: 500MPa)

   ⑥ STC1 : 탄소공구강(1종)

   ⑦ STS1 : 합금공구강(절삭용) , STD :합금공구강(다이스용)

   ⑧ SKH2 : 고속도강

4. 특수강(Special steel)

◉ 첨가 원소의 영향

① Ni: 강인성, 내식성, 내산성, 내마멸성 증가

② Si: 내열성 증가, 전자기적 특성

③ Mn: Ni과 비슷, 내마멸성 증가, 황(S)의 메짐 방지

④ Cr: 탄화물 생성(경화능력 향상), 내식성, 내마멸성, 강도, 경도 증가

⑤ W: Cr과 비슷, 고온 강도, 경도 증가

⑥ Mo: W효과의 2배, 뜨임 메짐 방지, 담금질 깊이 증가

⑦ V: Mo과 비슷, 경화성 증가, 단독으로 사용하지 않음.

(1) 구조용 특수강

㈎ 강인강: 탄소강에 강하고 질긴 성질을 가지게 하기 위해 Cr, Ni, Mo, Mn 등의 원소를 첨가한 강.

   ① Ni강: 질량효과가 적고 자경성 있다. 인장강도,항복점,경도,충격값 증가

            페라이트의 안정화, 흑연화 촉진제 등.

   ② Cr강: 자경성이 있어 경도를 크게 한다. 내마모성, 내식성, 내열성 우수

③ Ni-Cr강(SNC): 가장 널리 쓰이는 구조용강.

           850~880℃에서 담금질하고 600℃에서 뜨임하여 소르바이트 조직 얻음.

           550~580℃에서 뜨임메짐 발생 (방지제: Mo첨가)     

④ Ni-Cr-Mo강: 가장 우수한 구조용강. 뜨임메짐 방지하고 내열성, 열처리 효과가 크다.

⑤ Cr-Mo강: SNC의 대용품, 열간가공이 쉽고, 다듬질 표면이 깨끗하고, 용접성 우수, 고온강도 큼

⑥ 저Mn강(1～2%): 펄라이트 Mn강, 듀콜강, 고력강도강, 구조용으로 사용.

   고Mn강(10～14%): 오오스테나이트 Mn강, Hard field강, 수인강.

          용도로는 각종 광산기계, 기차 레일의 교차점 등의 내마멸성이 요구되는 곳에 사용.

㈏ 표면 경화강

① 침탄용강: Ni, Cr, Mo 함유강. (SM09CK, SCr415, SCM415, SNC415, SNCM21)

② 질화용강: Al, Cr, Mo 함유강.(Al: 질화층의 경도 증가, Cr: 질화층의 깊이 증가)

㈐ 스프링강: 탄성한계, 항복점, 충격치, 피로한도↑

    ① Si-Mn강, Mn-Cr강(겹판․코일․비틀림 막대 스프링용: SPS 2,3,5,5A)

    ② Cr-V강(코일․비틀림 막대 스프링용: SPS 6)

㈑ 쾌삭강: 강의 피삭성을 증가시켜 절삭가공을 쉽게 하기 위하여 S, Pb 등을 첨가한 강

     ⅰ)황쾌삭강 : MnS, 정밀나사.   ⅱ)납쾌삭강 : Pb(0.1~0.3%)함유로 절삭성을 향상시킨 강.

(2) 공구강 및 공구 재료

㈎ 공구강의 구비 조건

   ㉠ 상온 및 고온에서 경도를 유지할 것

   ㉡ 내마멸성 및 강인성이 클 것

   ㉢ 열처리가 쉬울 것

   ㉣ 제조와 취급이 쉽고, 가격이 저렴할 것

㈏ 공구강의 종류

   ① 탄소공구강: 0.6~1.5%C, 300℃이상에서 사용할 수 없음.

                 주로 줄, 정, 펀치, 쇠톱날, 끌 등의 재료에 사용.

   ② 합금공구강: 0.6~1.5%C +Cr, W, Mn, Ni, V 등을 첨가하여 성질을 개선

      종류로는 절삭용(절삭공구), 내충격용(정,펀치,끌), 열간 금형용(단조용 공구,다이스)

   ③ 고속도강(일명"하이스"): Taylor가 발명

     -W계 고속도강 : 0.8%C,  W(18)-Cr(4)-V(1%) : 표준형, 600℃까지 경도저하 안됨.   

          예열:800～900℃, 담금질: 1250～1300℃, 뜨임: 550～580℃(목적:경도 증가)

   ④ 주조경질합금(stellite)

       W-Cr-Co-C,  절삭속도 SKH의 2배.  열처리를 하지 않고 주조한 후 연삭하여 사용.

       내구력이 작고 경도, 내마모성, 고온저항이 크다.

   ⑤ 초경합금: 금속탄화물( WC, TiC, TaC)에 Co분말과 함께 금형에 넣어 압축성형하여

                800~900℃로 예비소결하고, 1400～1500℃의 H₂기류 중에서 소결한 합금.

   ⑥ 시래믹(ceramic): Al₂O₃을 1600℃ 이상에서 소결 성형. 고온경도가 가장 크며 내열성이 크다.

       인성이 적어 충격에 약하며 고온절삭시 절삭제를 사용하지 않는다.

      * 고온 경도 : 세라믹 > 초경합금 > 주조경질합금 > 고속도강 > 합금공구강 > 탄소공구강

(3) 특수 목적용 특수강

㈎ 스테인리스강(STS: stainless steel)

   : 강에 Cr, Ni 등을 첨가하여 내식성을 갖게 한 강으로 대기중, 수중, 산 등에 강하다.

   ① 13Cr : 페라이트계 스테인리스강으로 열처리하면 마아텐자이트계 스테인레스강이 된다.

   ② 18Cr-8Ni : 오스테나이트계(18-8형:표준형), 담금질 안 됨, 용접성이 우수, 비자성체,

                  내식성 및 내충격성이 크다. 600~800℃에서 입계부식 발생(방지제: Ti).

㈏ 규소강 : 자기감응도가 크고 잔류 자기 및 항자력이 작다.

            주로 변압기 철심이나 교류 기계의 철심 등에 사용

   -규소량에 따른 용도로

       Si 0.5~1.5% : 연속적으로 운전하지 않는 발전기 및 전동기 철심

       Si 3.5~4.5% : 변압기 철심 및 전화기용에 사용

㈐ 불변강(고 Ni강)

    비자성강: Ni 26%에서 오스테나이트 조직을 갖는다.

① 인바(invar): Fe-Ni 36%, 길이 불변이며, 미터기준봉, 표준자, 지진계, 바이메탈,

               정밀 기계부품으로 사용.

② 초인바(super invar): Fe-Ni 29～40%, Co 5% 이하

③ 엘린바(elinvar): Fe-Ni 36%-Cr 12%, 탄성 불변이며, 저울의 스프링, 시계 부품,

                   정밀계측기 부품으로 사용.

④ 코엘린바: 엘린바에 Co첨가

⑤ 퍼멀로이(permalloy):  Ni 75～80%,  해저전선의 장하코일용

⑥ 플래티나이트(platinite): Fe-Ni 42～46%, 전구나 진공관의 도입선(봉입선)

                          열팽창계수가 유리나 백금과 같다.

4. 강의 열처리

1) 일반 열처리

① 담금질(Quenching or Hardening)

    ⅰ)目的: 강의 강도 및 경도 증대(단단하게 하기 위함)

    ⅱ)담금질액(냉각제)

      : 기름, 비눗물, 보통물(담금질 효과↑), 소금물(NaCl: 1.96, 냉각효과 큼)

       -냉각 효과 가장 큰 냉각제는 NaOH(2.06)이다.

    ⅲ)담금질 조직(냉각 속도에 따라서)

      ⓐ수중 냉각: 마아텐자이트(M)

      ⓑ기름 냉각: 트루우스타이트(T)

      ⓒ공기중 냉각: 소르바이트(S)

      ⓓ노중 냉각: 퍼얼라이트(P)

      ※ 마텐자이트가 큰 경도를 갖는 원인

      ; 내부응력의 증가, 초격자, 무확산 변태에 의한 체적 변화  

   ◉ 심랭(sub-zero)처리

     : 담금질 직후 잔류 오오스테나이트를 마텐자이트화 하기 위하여 0℃ 이하로 처리하는 것.

    ⅴ)각 조직의 경도 순서

     C(H_B 800) > M(600) > T(400) > S(230) > P(200) > A(150) > F(100)

② 뜨임(Tempering;소려)

    ⅰ)目的: 내부 응력 제거, 인성 개선

    ⅱ)종류 :  저온 뜨임: 400℃, 경도 (M → T),  고온 뜨임: 600℃  강인성 (T → S)

    ⅲ)가열 온도는 뜨임 색으로 판정

    ⅳ) 열처리 조직변화순서 : A → M → T → S → P

                           A → M (Ar"변태),  A → T (Ar'변태)

③ 풀림(Annealing;소둔)

    ⅰ)目的: 내부 응력 제거, 재질 연화, 노냉

    ⅱ)종류

      완전 풀림: A₃～A₁점 보다 30～50℃ 높은 온도에서 실시

      저온 풀림: A₁점 이하(500～650℃), 내부응력 제거, 재질 연화 목적

④ 불림(Normalizing;소준)

    : A₃, A_cm점보다 30~50℃ 높게 가열후 공기중에서 냉각하면 미세하고 균일한 조직을 얻는 방법

     가공재료의 내부응력을 제거하고 결정조직을 미세화(균일화)시킬 목적으로 실시.

2) 항온 열처리

  항온 변태 곡선(TTT곡선, S곡선, C곡선)을 이용하여 열처리하는 것.

* 균열 방지 및 변형 감소의 효과(담금질+뜨임을 동시에)

   ① 오오스템퍼(Austemper): 하부 베이나이트(B), 뜨임할 필요가 없고 강인성이 크며,

                              담금질 변형 및 균열방지.

   ② 마아템퍼(Martemper): 베이나이트(B)와 마텐자이트(M)의 혼합조직.

   ③ 마아퀜칭(Marquenching): 마텐자이트(M), 복잡한 물건의 담금질.(고속도강,베어링,게이지)

                 퀜칭후 뜨임하여 사용한다.

* TTT곡선(time temperature transformation diagram): 온도, 시간, 변태곡선

3) 표면 경화법

   ① 화학적 표면 경화법

    ⅰ)침탄법: 고체(목탄, 코우크스), 가스(CO,CO₂,메탄,에탄,프로판), 침탄깊이 0.5~2mm

    ⅱ)시안화법: KCN, NaCN (청화법)

    ⅲ)질화법: NH₃, 50～100 Hr, 자동차의 크랭크축, 캠, 펌프축 등에 사용. 질화층 0.4~0.8mm

      * 특징: 경화층이 얕고 경화는 침탄한 것보다 크다. 마모 및 부식에 대한 저항이 크다.

              질화강은 질화처리 후 담금질 할 필요가 없고 변형이 적다.

              600℃ 이하에서는 경도가 감소되지 않고 산화도 잘 안 된다.

   ② 물리적 표면 경화법

    ⅰ)화염 경화법: 대형 가공물에 사용(선반의 베드, 공작기계의 스핀들)

    ⅱ)고주파 경화법: 경화시간이 짧다(수초에...)

4) 금속 침투법(시멘테이션에 의한 방법)

   ① Cr: 크로마이징, 내식성, 내산성, 내마멸성 증가(공구재료에 사용)

   ② Al: 칼로라이징, 내스케일성 증가 및 고온산화에 견딘다.

   ③ Si: 실리코나이징, 내식성, 내산성 증가

   ④ B: 보오론나이징, 내마모성 증가   ⑤ Zn: 세라다이징, 고온산화에 강하다

5. 주 철(Cast iron)

※주철의 장점

   ㉠ 용융점(1110~1250℃) 및 비중(7.1～7.3)이 낮고, 유동성(주조성)이 우수하다.

   ㉡ 단위 무게당 값이 싸고 복잡한 형상도 쉽게 제작할 수 있다.

   ㉢ 녹이 잘 생기지 않으며 전․연성이 작고 가공이 안 된다.

   ㉣ 마찰 저항 및 절삭성이 우수하다.

   ㉤ 인장 강도, 휨 강도 및 충격값이 작으나 압축 강도는 크다.

   ㉥ 열처리의 경우 담금질, 뜨임이 안되나 주조응력 제거의 목적으로 풀림 처리를 한다.

    (500～600℃, 6～10시간)

㉦ 자연시효(시즈닝): 주조후 장시간(1년이상)외기에 방치하여 주조응력을 없어지는 현상.

(1) 주철의 종류

   주철을 함유한 탄소의 상태와 파면에 따라 분류하면

     회주철(grey cast iron): 탄소가 흑연 상태로 존재(Si多)

     백주철(white cast iron): 탄소가 시멘타이트로 존재(Si小)

     반주철(mottled cast iron): 회주철과 백주철의 중간

     이 외에 고급 주철, 합금 주철, 구상 흑연 주철, 가단 주철, 칠드 주철이 있다.

   * 전탄소(total carbon) : 유리탄소+화합탄소

(2) 마우러 조직도 : 탄소와 규소 및 냉각속도에 따른 주철의 조직도

 

구 역	조 직	명 칭
Ⅰ	P + C	백주철(극경주철)
Ⅱa	P + C +흑연	반주철(경질주철)
Ⅱ	P + 흑연	회주철(강력주철)
Ⅱa	P + F + 흑연	회주철(보통주철)
Ⅲ	F + 흑연	회주철(극연주철)

(2) 보통 주철(회주철: GC 1～3종) → GC100 ~ GC200

   ① 인장강도: 10～20㎏/㎟

   ② 조직: 페라이트+흑연(편상)

   ③ 용도: 주물 및 일반기계부품, 농기구, 공작기계의 베드, 프레임 및 기계구조물의 몸체

           (기계 가공성이 좋고 값이 싸다)

(4) 고급 주철(회주철: GC 4～6종) → GC250 ~ GC350

     내마멸성이 요구되는 주철로 펄라이트 주철이라고 한다

① 인장강도: 25㎏/㎟ 이상

② 조직: 펄라이트+흑연

③ 용도: 강도를 요하는 기계 부품

  * 미하나이트 주철(Meehanite cast iron): 흑연의 형상을 미세, 균일하게 하기 위하여 Fe-Si,

           Ca-Si 로 접종 처리하여 흑연을 미세화하여 강도를 높인 주철.

① 인장강도: 35～45㎏/㎟

② 조직; 펄라이트+흑연(미세)

③ 용도: 고강도, 내마멸, 내열, 내식성 주철로 공작기계의 안내면, 내연기관 실린더, 피스톤 링 등에

         쓰임

(5) 특수 합금 주철

   ① 합금 주철

     ; 보통주철보다 기계적 성질을 향상시키거나 내식성, 내열성, 내마멸성, 내충격성 등의 특성을

      가지도록 한 주철.

     ㉮ 내열 주철 : 고크롬 주철(Cr 34～40%); 내산화성(1000℃)

        오오스테나이트 주철: 니크로실랄(Ni-Cr-Si 주철); 강도가 높고 열충격이 높다.(950℃)

                             니-레지스트(Ni-Cr-Cu 주철); 500~600℃

     ㉯ 내산 주철 - 고규소 주철(Si 14～18%)이라고도 하며, 절삭가공이 곤란하여 그라인더로 가공.

                   화학성분에 따라 듀리런, 코로실론

   ② 특수 용도 주철

   가) 구상 흑연 주철(GCD) : 일명 노듈러 주철, 덕타일 주철이라고도 한다.

     용융상태에서 Mg, Ce, Ca 등을 첨가 처리하여 흑연을 구상화로 석출시킨 것.

     내마멸성, 내열성, 내식성 등이 우수하며, 소형 자동차의 크랭크축, 캠축, 브레이크 드럼 등의

     자동차 주물, 잉곳 상자 및 특수 기계부품용 재료로 사용.

    ㉮ 기계적 성질

     ㉠ 주조상태: 인장강도 50～70㎏/㎟     ㉡ 풀림상태: 인장강도 45～55㎏/㎟

    ㉯ 조직: 시멘타이트형(Mg 다량), 페라이트형(bull's eye 조직), 펄라이트형

    ㉰ 특성: 풀림 열처리 가능, 내마멸성, 내열성이 우수

   나) 칠드(냉경) 주철

      주조시 Si가 적은 용선에 Mn을 첨가하고, 용융상태에서 금형에 주입하여 접촉면을

      백주철(Fe₃C)로 만든 것

     칠의 깊이는 10～25㎜이며 용도로는 각종 용도의 롤러, 기차바퀴 등에 사용

   다) 가단주철

    : 백주철을 장시간 열처리하여 탄소의 상태를 분해 또는 소실시켜 인성 또는 연성을 증가시킨 주철.

     주조성과 피삭성이 좋고, 대량생산에 적합하므로 자동차 부품, 관이음쇠 등의 대량 생산에 많이

     이용되는 주철이다.

    ㉮ 백심가단주철(WMC): 탈탄(40~100시간)이 주목적

    ㉯ 흑심가단주철(BMC): Fe₃C의 흑연화가 목적

      제1단계 흑연화 과정 : 유리 시멘타이트를 850~950℃에서 30~40시간 유지

      제2단계 흑연화 과정 : A₁이하에서 30~40시간 유지하여 펄라이트 중의 시멘타이트를 흑연화.

    ㉰ 고력(펄라이트)가단주철(PMC) : 인성은 약간 떨어지나 강력하고 내마멸성이 좋다.

제 3 장  비철 금속 재료

1. 구리와 그 합금

1) 구리의 성질

    ㉮ 비중은 8.96, 용융점 1083℃이며, 변태점이 없다.

    ㉯ 비자성체이며, 전기 및 열의 양도체이다.

       (전기전도율을 해치는 원소: Al, Mn, P, Ti, Fe, Si, As)

    ㉰ 전연성이 풍부하며, 가공 경화로 경도↑(600~700℃에서 30분간 풀림하여 연화)

    ㉱ 황산, 질산, 염산에 용해, 습기, 탄산가스, 해수에 녹 발생. 공기중에서 산화피막 형성.

    ㉲ 수소병: H₂가 동중에 확산 침투하여 균열(hair crack)이 발생

2) 황 동(Cu-Zn)

   ① 황동의 성질: 가공성, 주조성, 내식성, 기계적 성질, 광택이 우수, 압연과 단조가 가능하다.

    - Cu +Zn30%: 7․3황동( α 고용체)은 연신율 최대, 가공성을 목적

    - Cu +Zn40%: 6․4황동(α+β고용체)은 인장강도 최대, 강도 목적(일명 문쯔메탈)

   ② 종류

    ⅰ)톰백(tom bac): 8～20% Zn 함유, 색상이 황금빛이며, 연성이 크다

                       금대용품, 장식품(불상, 악기, 금박)에 사용

    ⅱ)연황동(lead brass: 쾌삭 황동) : 6․4황동에 Pb 1.5～3.0%를 첨가

    ⅲ)주석 황동: 내식성 및 내해수성 개량(Zn의 산화, 탈아연 방지)

      ⓐ 애드미럴티 황동(admiralty brass): 7․3황동+Sn 1%

      ⓑ 네이벌 황동(naval brass): 6․4황동+Sn 1%

    ⅳ)델타메탈(delta metal: 철 황동): 6․4황동에 Fe 1～2% 첨가

    ⅴ)강력 황동: 6․4황동에 Mn, Al, Fe, Ni, Sn

    ⅵ)알루미늄 황동: 7․3황동에 Al첨가 (알부락)

    ⅶ)양은(nikel silver): 7․3황동에 Ni 15～20% 첨가

               전기 저항선, 스프링 재료, 바이메탈용에 사용

3) 청 동(Cu-Sn)

   ① 청동의 성질

    ㉮ 주조성, 강도, 내마멸성이 좋다.  

    ㉯ Cu + Sn 4% : 연신율 최대

      Cu + Sn 15~17(20)% : 강도, 경도 급격히 증가

   ② 인청동 : Cu+Sn 9%+P 0.35%(탈산제), 스프링제(경년변화가 없다), 베어링, 밸브시트 등에 사용.

   ③ 베어링용 청동 : Cu+Sn 13～15%

   ④ 납 청동 : Cu+Sn 10%+Pb 4～16%

   ⑤ 켈밋(kelmet) : Cu+Pb 30～40%, 고속 고하중용 베어링에 사용

   ⑥ 콜슨 합금(탄소 합금): Cu+Ni 4%+Si 1%, 인장강도 105Kg/mm²

   ⑦ 오일레스 베어링: Cu+Sn+흑연분말을 소결시킨 것. 기름 급유가 곤란한 곳의 베어링용으로 사용.

          주로 큰하중 및 고속회전부에는 부적당하고, 가전제품, 식품기계, 인쇄기 등에 사용.

   ⑧ 베릴륨 청동(Be-bronze): Cu+Be 2～3%, 베어링, 고급스프링 등에 이용

2. 알루미늄과 그 합금

1) 알루미늄의 성질

  ① 비중 2.7, 용융점 660℃, 변태점 없다.

  ② FCC, 열 및 전기의 양도체, 전연성 풍부, 열간가공온도: 400~500℃

  ③ 염산, 황산 및 무기산 염류에 침식, 대기 중에서 표면 산화막 형성

  ④ 용도로는 송전선, 전기재료, 자동차, 항공기, 도료, 폭약 제조에 사용

2) 알루미늄 합금

   ① 특징:  Cu, Si, Mg 등과 고용체를 형성하며 열처리로 석출 경화, 시효 경화시켜 성질 개선

       시효 경화: 시효 현상으로 강도와 경도가 증가

       석출 경화: Al의 열처리법. 급냉으로 얻은 과포화 고용체에서 과포화된 용해물을 석출

   ② 주조용 Al 합금 : 모래형, 금형주조와 다이캐스트용 재료로 사용

    ⅰ) 실루민: Al-Si계, 개량처리(Na; 가장널리사용 , NaOH, F)

    ⅱ) 라우탈: Al-Cu-Si계, 피스톤, 기계부품, 시효경화성이 있다.

    ⅲ) Y합금(내열합금): Al-Cu 4%-Ni 2%-Mg 1.5%, 내연기관의 실린더, 피스톤 *알구니마*

    ⅳ) 로우엑스: Al-Si-Mg계, 열팽창 계수가 적고 내열성, 내마멸성이 우수

    ⅴ) 하이드로날륨: Al-Mg계, 내식성이 가장 우수하다.

   ③단련용(가공용) Al합금

    ⅰ)두랄루민: Al-Cu-Mg-Mn계, 항공기 재료, 시효경화합금 *알구마망*

   ④내식용 Al 합금

    ⅰ) 하이드로날륨(hydronalium): Al-Mg계, 내식성이 가장 우수

    ⅱ) 알민(Almin): Al-Mn계      ⅲ) 알드레(Aldrey): Al-Mg-Si계

    ⅳ) 알클래드(Alclad): 내식 알루미늄 조각을 피복한 것.

   * 알루미늄 분말소결체(SAP:Sintered aluminum powder)

     : 고도로 산화된 Al분말을 만들고, 이것을 가압, 성형, 소결한 후 압출한 소결체.

3. 마그네슘과 그 합금

(1) Mg의 성질

   ① 실용 금속 중 비중이 가장 작다(비중 1.74, 용융점 650℃)

   ② 조밀육방격자이며, 고온에서 발화하기 쉽다.

   ③ 대기중에서 내식성이 양호하나 산 및 바닷물에 침식되기 쉽다.

   ④ 알칼리성에 거의 부식되지 않는다.

   ⑤ Al합금용(비행기, 자동차 부품), 구상흑연 주철재료, Ti제련용, 사진용 플래시 등

(2) Mg 합금의 종류

   ① Mg-Al계 합금(Al 4～6% 첨가)

      도우메탈(Dow metal)이 대표적이다. Al 6%(인장강도 최대), Al 4%(연신율 최대)

   ② Mg-Al-Zn계 합금(Mg, Al 3~7%, Zn 2~4%)

      엘렉트론(Electron)이 대표, 주로 주물용 재료

4. 니켈 및 그 외의 금속 및 합금

(1) 니켈의 성질

   ① 비중 8.9, 용융점 1455℃이며, 전기 저항이 크다

   ② 상온에서 강자성체(360℃에서 자성 잃음: 자기변태)

   ③ 연성이 크고 냉간 및 열간 가공이 쉽다.

   ④ 풀림 상태의 인장강도 40～50㎏/㎟

   ⑤ 내식성과 내열성이 우수하며, 질산, 염산에 약하고 알카리성에 우수, 황산에 잘 부식되지 않는다.

   ⑥ 용도로는 화학 및 식품공업, 진공관, 화폐, 도금용에 사용된다.

(2) 니켈 합금

   ① Ni-Cu계 합금

    ㉮ 콘스탄탄(constantan): Cu - Ni 40~45%, 열전대용 재료

    ㉯ 어드밴스(advance): Cu - Ni 44%, Mn 1%

    ㉰ 모넬메탈(monel metal): Cu - Ni 65～70%, Cu, Fe 1～3% (화학공업용)

            종류로는 KR모넬, K모넬, R모넬, H모넬, S모넬 등이 있다.

(3)티탄(Ti)

   ①성질: 비중 4.5, 인장강도 50㎏/㎟, 강도↑, 고온강도, 내식성, 내열성 우수, 절삭성↑

   ②용도: 초음속 항공기외판, 송풍기의 프로펠라

(4) 베어링용 합금

   ① 화이트 메탈(white metal): Sn+Cu+Sb+Zn의 합금, 저속기관의 베어링

   - 주석계 화이트 메탈: 배빗 메탈(babbit metal : Sn-Sb-Cu계)이라고 하며, 우수한 베어링 합금

   - 납계 화이트 메탈: Pb-Sn-Sb계

   - 아연계 합금: Zn-Cu-Sn계

(5) 저용융점 합금

   ① 3원합금 : Bi-Pb-Sn계, 종류로는 로즈합금, 비스므드 합금, 뉴톤 합금 등이 있다.

   ② 4원합금 : Bi-Pb-Sn-Cd계, 종류로는 우드메탈, 리포위즈, 디아세트 등이 있다.

(6)전자기용 금속(반도체)  : Si, Ge, Se

[마이크로]

감사합니다

[성용형]

이거 다 알려고 하면 안되겠죠?