1. 기계재료 - 재료의 성질

1. 금속 재료의 특성

1. 금속재료의 공통된 성질

① 금속 고유의 광택을 가지고 있다

② 고체 상태에서 결정구조를 갖는다

③ 상온에서 고체이다(예외 : Hg 수은)

④ 전기와 열의 양도체이다

⑤ 연성 및 전성이 좋다

⑥ 소성변형하여 가공할 수 있다

 

2. 금속재료의 기계적 특성

① 강도(strength) : 재료가 외력, 바깥힘에 견디는 정도

② 경도(hardness) : 재료의 단단한 정도

③ 인성(toughness) : 재료의 질긴 정도

④ 취성(brittleness) : 재료의 깨지는 성질

⑤ 피로(fatigue) : 재료에 반복응력을 가하면 파괴되는 상태

⑥ 크리프(creep) : 재료에 외력이 적용할 때, 시간에 따라 변형이 서서히 증가하는 현상

⑦ 전연성 : 재료가 늘어나거나 펴지는 성질

* 응력 : 저항력

* 전성 : 얇게 퍼지는 성질

* 연성 : 늘어나는 성질

* 용융점 : 녹는점(고체에서 액체로 변화하는 온도)

 

3. 금속재료의 물리적 특성

① 비중(물을 기준으로 물 : 1)

② 비열

③ 용융점 : 금속이 녹아서 액체가 되는 온도

* 비중 4.5를 기준으로 4.5이하의 것을 경금속, 그 이상의 것을 중금속이라 함

 

4. 금속재료의 화학적 특성

① 내식성 : 부식에 견디는 성질

② 내열성 : 높은 온도에 저항하는 성질

 

2. 금속 결정구조와 변형

1. 금속의 결정구조

① 체심입방격자(BCC) : 강도, 용융점이 높음 , 전연성 떨어짐

* W(텅스텐), V(바나듐), Cr(크롬), Mo(몰리브덴)

② 면심입방격자(FCC) : 강도 낮음, 전연성이 좋음

* Cu(구리), Au(금), Ag(은), Al(알루미늄)

③ 조밀육방격자(HCP) : 강도 높음, 전연성 떨어짐, 취성이 큼

* Mg(마그네슘), Zn(아연), Zr(지르코늄), Ti(티타늄)

2. 금속의 변형

① 탄성

② 소성 : 변형이 원상태로 돌아가지 않는 성질

③ 재결정 온도 : 금속을 적당한 온도로 가열했을 때, 결정 속에 새로운 결정이 생겨나기 시작하는 온도

* Fe(철) : 450˚C

* W(텅스텐) : 1200˚C

* Al(알루미늄) : 150˚C

* Au(금) : 200˚C

④ 가공 경화 : 금속재료를 소성 변형 시키면 단단해지고 연신율이 감소하는 현상

 

3. 재료 시험의 종류

1. 인장(길이방향으로 잡아 늘림)시험

① 인장강도

② 연신율 

③ 단면수축률

2. 경도시험

① 브리넬 경도 : 강구 압입자이용

② 비커스 경도 : 피라미드형 압입자

③ 로크웰 경도 : 다이아몬드 원뿔
④ 쇼어 경도 : 다이아몬드를 붙인 해머

3. 충격 시험 : 충격에 대해 재료가 저항하는 성질(인성)을 측정

4. 피로 시험 : 반복하중을 가하여 파괴될 때까지의 반복 횟수를 측정

4. 공구 재료

1. 공구재료의 구비조건

• 내마멸성이 커야한다
• 경도가 크고 높은 온도에서도 경도를 유지하여야 한다
• 가공이 용이하고 가격이 싸야한다
• 강인성이 커야한다
• 열처리가 쉬워야 한다

2. 공구재료의 종류

① 탄소 공구강(STC) : 경절삭용에 사용됨 고온경도가 낮고 담금질성이 나빠 고속절삭 및 강력 절삭에 부적합하다(철)

② 합금 공구강(STS) : 특수한 합금원소(Cr, W, Mo, V, M, Si 및 Ni 등)를 한가지 이상 첨가한 강

바이트, 다이스, 탭, 띠톱 등에 사용됨. 450˚C 정도까지 사용할 수 있다

③ 고속도강(SKH) : 500~600˚C 에서도 경도가 저하되지 않고 고속절삭이 가능한 공구강(드릴 날)

④ 주조경질합금 : 열처리하지 않아도 경도가 높고, 인성이 낮고 충격에 약하다

⑤ 소결초경합금 : 탄화텅스텐(WC), 탄화티타늄(TiC), 탄화탄탈럼(TaC) 등의 금속 분말을 코발트(Co)로 소결한 합금. 경도가 높고 내마모성이 우수하여 공구커터로 사용됨

⑥ 세라믹 공구

• 알루미나가 주성분
• 열을 흡수하지 않음
• 구성인선이 발생하지 않음

⑦ 서멧

• 세라믹스(ceramics)와 금속(metal)의 합성어
• 알루미나분말과 TiC, TiN 분말을 소결하여 만든 공구

⑧ 다이아몬드 공구

• 공업용 다이아몬드를 연마
• 정밀절삭 및 유리절삭 등에 사용
• 취성이 높아 충격에 약함