수 업 계 획 서

교 과 목 명

기계재료

학 년 도

2012 - 2

학 수 번 호

01442

학수 구분

전    선

학 점

   3

시 간

   3

수 강 대 상

기계공학과  2학년

담 당 교 수

이    름

 강   석   춘

소    속

공대 기계공학과

연  구  실

공대본관 206호


1. 강좌개설의 의의 및 목적

  기계에 사용되는 재료의 성질에 관한 지식을 제공하고, 기계설계시에 최적의 재료선택에 관련된 지식과  정보를 얻는 것을 강좌의 학습 목적으로 함.

2. 교재 및 참고 문헌

    교재 : 강 석 춘 역,   K. G. Budinski 저, 청문각 출판,  구내서점에 비치함.

    참고문헌 : 염영하 저, 금속재료, 동명사 판 등.

3. 수업운영 방법

   강의, 시청각 교재의 이용(VTR 시청).

4. 학습평가 방법

중    간    고     사

   40 % 

학 기 말 고 사

  40 %

과제물, 출석 및 기타

     과제물 (숙제): 5%, 출석 및 기타 : 15%

5. 수업진도  계획

주    별

강   의   내   용

교과서 및 관련

참고문헌 페이지

수 업 형 태

제 1 주

물질의 구조

1장

강의

제 2 주

재료의 성질과 선정

2장

“

제 3 주

폴리머 재료의 특징

3장

“

제 4 주

폴리머 화학

4장

“

제 5 주

폴리머 화학

4장

“

제 6 주

폴리머 복합재료

5장

“

제 7 주

엔지니어링 플라스틱과 접착제

6장

“

제 8 주

중 간 시 험

 

강의

제 9 주

세라믹의 공업적 활용

7장

“

제 10주

강 제품

8장

시청각 & 강의

제 11주

강의 열처리

9장

강의

제 12주

표면경화와 선택경화

10장

“

제 13주

탄소강, 합금강, 공구강

11장, 12장

“

제 14주

스테인리스강, 주철과 분말야금

13, 14장

“

제 15주

동합금, 알루미늄과 그의 합금, 니켈 등

15, 16, 17장

“

제 16주

기 말 시 험

 

 

6. 강의 내용

 ( 주별 강의 내용을 상세하게 부연설명 )

  

  제 1 주: 기계재료의 기초, 주기율표, 금속의 성질, 세라믹의 성질, 고분자 화합물의

             성질, 복합재의 성질

  제 2 주: 재료의 성질, 화학적 성질, 물리적 성질, 기계적 성질, 사용수명


  제 3 주: 폴리머 재료의 특징, 중합반응, 강화기구


  제 4 주: 범용 열경화성 플라스틱, 열가소성 엔지니어링 플라스틱


  제 5 주: 열경화성 폴리머, 탄성체


  제 6 주: 보강재의 형태, 기지의 재료, 보강재, 폴리머 복합재의 성형기술 및 활용


  제 7 주: 플라스틱의 선정, 구조용 플라스틱, 마찰,모용플라스틱, 접착제의 종류와 선정


  제 8 주: 중 간 시 험


  제 9 주: 세라믹의 분류와 구조, 세라믹형상의 제조, 세라믹의 성질, 유리, 탄소제품,

           탄화물, 구조용 세라믹


  제 10주: 철의 제조, 강의 제조, 강의 가공, 강의 용어, 강의 명세법


  제 11주: 평형상태도, 강의 조직, 열처리의 필요성,열처리사이클


  제 12주: 표면경화 메커니즘, 선택경화 메커니즘, 경화방법


  제 13주: 합금의 규격, 탄소강, 합금강, 완전경화, 고강도 박강판, 고강도 저합금강,

          특수강, 공구강의 야금학, 공구강의 화학적 조성, 공구강의 성질, 공구강의 선정

  제 14주: 스테인리스강의 야금학, 합금의 표기, 물리적 성질, 기계적 성질, 제작성,

           부식특성, 합금의 선정

  제 15주: 주철, 가단주철, 구상흑연주철, 백주철, 주강, 주물,

           동과 동합금, 알루미늄과 그의 합금, 기타금속

           재료의 선정과 절차

  

  제 16주: 기 말 시 험


기계재료교재의 문제에 대한 해답전체

기계재료교재의 문제에 대한 해답전체와 기계재료 13-14장요약(끝부분에 있음)(2007-9-7)

1장 물질의 구조

 1. 원소의 전자배열이 주기율표에 제시되어 있다(그림 1-2). 알루미늄의 전자배열은 3, 8, 2   이고, 유황의 전자배열은 6, 8, 2이다. 개략적인 그림이 전자에 대해 적절한 숫자로 그림 1-3 과 비슷하게 형성된다.

 2. 화합물은 하나나 혹은 그 이상의 원소로 구성되어 있다. 그것은 화합물을 구성하는 원소로  나누어 질 수 있다. 하나의 원소는 보통의 화학적인 방법으로 더 이상 나누어지지 않는다. 그것은 고유한 성질을 가진 물질 중에 가장 작은 단위이다.

 3. 그림 1-2의 주기율표에 의하면 가장 무거운 원소가 밀도를 22.5 g/cc인 오스미움 (Osmium)이고 가장 가벼운 원소는 밀도가 0.0899 g/cc인 수소로 기록되어 있다. 따라서 그  들의 비율은 250배의 차이가 난다. 오스미움(Os)은 금속의 성형에 거의 사용되지 않고 특수한  목적을 위해 도금용으로 사용될 뿐이다. 수소의 사용 목적은 잘 알려져 있다. 열처리를 위한 연료로 사용되고 화학반응 등에 사용된다.

 4. 2Zn + 2HCl → 2ZnCl + H2( 오른쪽의 숫자와 왼쪽의 숫자는 같아야 함)

 5. 불활성 가스는 최외각에 8개의 가전자를 갖는다. 이렇게 가전자 밴드를 채운 경우 다른 원  자와 결합의 가능성을 곤란하게 하므로 불활성가스로 취급된다.

 6. 전자의 수는 양자의 수와 같고 이 숫자는 주기율표에서 보여주는 원자번호이다. 중성자의 수 는 양자의 수와 거의 같고 알루미늄의 경우는 14이다.

 7. 금속: Al, Cu, Fe, Ni, Cr, Zn, Zr, W 등  비금속은 가스(기체)와 같이 금속과 다른 거동을 갖는 원소로 정의한다. 그러나 일부 원소는 금속과 비금속처럼 거동하는데(양쪽의 성질) 이러한 것들로는 탄소, 실리콘, 게르마늄(Ge) 등이 있다.

 8. 비결정질 조직에는 물질의 원자나 분자사이에 넓은 범위의 질서가 없다. 결정질은 결정속에 원자의 기하학적 형상을 정의할 수 있고 전체의 재료는 한 개 혹은 여러 개의 결정으로 구성되어 있다.

 9. 금속의 화학적 정의는 가전자를 1,2,혹은 3을 가진 원소를 말한다. 금속의 실질적인 정의  는 "전자운,  전자기지 (electron matrix)“ 로 원자가 함께 결합되어 있는 것을 말한다. 즉 원자간에 작용하는 인력(attraction force)과 반력(repulsion force)의 균형위치에 원자가 배치되어 있다. 전자는 재료내에서 자유롭게 움직일 수 있고 이것을 전자 밴드(띠)라고 부른다.

10. 모든 금속은 냉간 가공에 의하여 경화될 수 있다(전위 밀도의 증가에 의하여). 어떤 금속은 동소변태를 일으키는 담금질(오스테나이트가 마르텐사이트로)에 의한 경화나 어떤 금속은 고용체로부터 원소의 석출에 의하여 시효 경화될 수도 있다.

11. 공업용(엔지니어링, new, fine))세라믹은 원자사이의 강한 이온이나 공유결합에 의하여 형성된 고체재료이다. 그들은 항상 금속과 비금속의 결합에 의하여 형성된 화합물이다. 일반적으로 세라믹은 산화물, 질화물, 황화물, 탄화물들이다. 진흙(도기)이나 고령토(자기)로 만들어진 것도 세라믹의 범주에 포함 된다. 이들 역시 금속과 비금속으로 만들어 졌지만 공업용세라믹과 같이 강한 결합을 하지 않는다. 이들은 약한 반델발스힘에 의하여 결합되어 있다.

12. 폴리머는 많은 반복단위체를 가진 분자에 의하여 형성된 재료이다. 분자들은 대부분 배  경으로 탄소-탄소원자 결합을 갖는다. 탄소-탄소결합은 강한 공유결합이지만 분자체인사  이의 결합은 약한 반델발스 결합으로 되어 있다(선형 폴리머에서). 어떤 폴리머는 반복단위체가 상호 교차식으로 되어 거대 분자를 형성하기도 한다.

13. 복합재(료)는 서로 다른 두 개 이상의 재료로 형성되어 재료의 본래의 성질과 다른 보다 우수한 성질을 갖는 재료이다.


2장 재료의 성질과 선정

 1. 물리적 성질은 재료를 파괴시키지 않고 측정될 수 있는 것들이다. 기계적 성질의 측정은   응력을 가한 후 시험재료의 반응을 측정해야 할 필요가 있고 이때 필연적으로 파괴된다.  5개의 물리적 성질에는 열전도성, 밀도, 전기저항성, 열팽창계수 외 포아송의 비가 있다. 5 개의 기계적 성질에는 경도, 인장강도, 항복강도, 충격강도 와 피로강도가 있다.

 2. 공구강의 조성은 어느 특정한 합금에 중요한 화학적 원소를 %로 나타낸다. 예로 3%Cr,   2% C, 0.5% Mn, 1% Si등이다. 플리스틱은 머르(mer)의 화학적 이름으로 분류한다. 예로   PVC, PTFE, POM 등이고 이러한 방법은 약간의 분량이 필요하든지 또는 특별한 첨가제나  충전재가 요구되지 않으면 적합한 설명이 된다. 만약 많은 부품이 요구되면 공급자의 이름이나 공급자의 등급으로 적절한 플라스틱을 분류해야 한다(Dow 123,  또는 Mobay 345 등으로). 세라믹의 분류는 제조화사의 표시가 필요하다 (예로 실리콘 카바이트, 카보렌덤 등급 654, 혹은 Nilcra xyz  등).

 3. 비중은 물의 질량에 비교한 재료의 질량이다(같은 온도나 압력 등에서). 물은 1의 비중을  갖고, 또 물의 밀도는 1 g/cc이다. 비중이 7.8인 강철은 물보다 7.8배 더 무겁다. 이러한 관계로부터 철의 밀도는 7.8 g/cc가 되는 것이다.

 4. 포아송의 비는 한 개의 고체에 축의 단일방향으로 응력이 가해졌을 때 길이방향의 변형에 대한 세로방향의 변형의 비를 말한다. 이 상수를 얻기 위하여 측정하는 데에 재료가 파괴되지 않으므로 보통 물리적인 성질로 분류한다.

 5. 인장시험자료는 부품의 강도가 중요한 재료의 선정요인이 될 때 응용하기 적합한 것이다. 인장강도는 부품이 파괴되는 응력을 결정한다. 반면에 항복강도는 부품에 영구변형을 주는데 요구되는 응력이다. 인장시험의 정보는 제조시에 성형되어질 부품의 선정에도 고려된다. 만약 부품이 굽힘, 인발, 확관 등에 의하여 제조되어진다면 인장시험에서 측정된 연성이 성형되어질 수 있는 재료의 능력의 척도가 된다. 인장시험에서 2%의 신연을 보인다면 90도로   강철판의 굽힘이 요구되는 부품용으로는 적합한 재료가 아니다. 왜냐 하면 이러한 경우 30%이상의 신연이 생기기 때문이다.

 6. 피로 강도는 인장강도의 40-50%가 되므로 280 MPa나 350 MPa가 될 것이다.

 7. 크리프 강도는 부품이 고온에서 연속적으로 하중을 받게 됨으로써 사용 중에 소성변형에   의하여 그들의 성능을 잃게 되는 경우에 중요한 선정요인으로 사용될 수 있다.

 8. 응력 = 하중/면적, 하중 = 2000 lb, 면적 = 0.785(.25)=0.1962  파괴응력 = 2000/0.1962 = 10,193 psi

 9. 만약 한 물체가 탄성변형을 하게 된다면 그것은 하중이 제거 된 후에 원래의 형상으로 되돌아 갈 것이다. 그러나 소성변형을 받은 재료는 작용하중에 이하여 연구 변형을 하게 되고 하중이 제거된 후에도 원래의 형태로 되돌아가지 않는다. 자동차 스프링은 힘을 받을 때에 대해 탄성변형을 하게 되고, 겉모양에서 쭈그러진 형상은 소성변형의 예가 된다.

10. 경도는 인성의 측정이 아니다. 백랍(주석과 납 구리의 합금)같은 매우 연한 금속은 매우 여리다(매우 낮은 인성을 가짐). 다른 한편으로  HRC 30가량의 경도를 가진 어떤 재료는 매우 높은 인성을 갖는다(AISI 4140 강으로 경화 후에 HRC 30로 템퍼링 함). 그러나 일반적으로 HRC 50이상의 경도를 갖는 재료는 인성이 낮다. 이것이 인성과 경도사이에서 기억해야 할만한 가치를 갖는 내용이다.

11. 성형성에 관련을 갖는 기계적 성질은 %신연(늘어날 수 있는 능력), 항복강도(굽히는데 얼마나 많은 힘이 요구되는지) 와 복원능력(spring back, 굽혔을 때 나타나는 현상) 그리고 단면감소율(연성의 또 다른 측정치)


3장 폴리머 재료의 특징


 1.    Cl   H   Cl   H    Cl    H    Cl    H    Cl    H

  --- C   C   C    C    C     C    C     C    C    C  ---

      H   H   H    H    H    H    H    H     H   H

 2. 공중합체는 골격으로 두 개의 서로 다른 머르(mers)를 포함한다. 즉 aaaaabbbbbbaaaa     등 3원 공중합체는 세 개의 서로 다른 머르(mers)를 갖고 다음과 같은 모양을 한다. 즉  aaaabbbbcccc 등 이고 예로는 SAN은 공중합체이고 ABS는 3원 공중합체이다.

 3. 혼합은 2-3개의 서로 다른 머르(mers)에 대한 물리적인 섞음 상태를 말하며 서로 다른   머르 사이에는 결합이 없다. 단일 폴리머는 동일한 머르(mers)만을 갖는다.

 4. 공유에 의한 탄소-탄소의 결합

 5. 열경화성 수지에 대한 열가소성 수지의 장점은 사출성형이 가능한 것과 재용해성이다.  열경화성의 성형은 그들을 자동 사출성형을 할 수 없으므로 매우 많은 노동 집약적이다.  열가소성에 대한 열경화성의 장점은 열가소성보다 더 높은 열저항성을 갖는다는 것이다.

 6. a) 유리는 강도와 강성을 증가시킨다.

   b) MoS2(이황화 몰리브데늄)는 플라스틱에 자기윤활성을 갖도록 해준다.

   c) PTFE는 MoS2 와 같은 목적으로 첨가되지만  MoS2가 몇 %만 첨가가 가능한데 비하    여  PTFE는 15%까지 가능하다.

   d) 탄소섬유는 유리처럼 강도와 강성을 증가시키지만 이들보다 더 높은 강성을 갖게 해주며 높은 강성 복합재료를 만드는데 사용된다.

 7. 폴리머 성질에서 결정성의 효과는 문제의 폴리머에 따라 각각 다르지만 일반적으로 결정성에 비하여 비결정성은 강도와 화학적 저항성을 증가시키고 연성이나 인성을 낮게 해 준다. 결정성은 유동성질(용융점, 유동특성 등)을 바꾸어 주므로 제조에 영향을 줄 수 있다.

 8. 가소제는 플라스틱을 연하게 해준다(낮은 항복 및 인장강도). 그러나 그것은 연성과 인성을 증가시킨다. 즉 덜 여리게 만들어준다.

 9. 좋아지는 성질은 더 높은 강도, 강성, 안정성, 열 저항성 등이다. 나빠지는 성질은 플라스틱을 성형하는데 더 어렵게 만들고 주형을 마모시키며 가공할 때에 공구의 마모를 일으킨다. 마찰상대면으로 사용할 때에 재료를 더 연삭시킨다. 표면은 충전하지 않은 것에 비하여 더 쉽게 상한다.

10. 액정폴리머는 용융상태나 약체상태에서 어떤 분명한 결정상을 포함하는 것이다. Kevlar이 그 중에 하나이다.

11. 폴리머를 혼합할 때 머르(mers)가 혼화성을 갖는다면 분리된 상을 형성하지 않을 것이다. 즉 머르는 용해된 단계에서 서로 서로 녹을 것이다.

12. 사출성형의 단점으로는 공구의 가격이 매우 비싸다는 것과 주형기계의 값이 비싸다는 것 그리고 주형을 제작하는데 시간이 많이 걸린다는 것이다.

13. 전사성형, 반응사출성형(RIM), 압축성형, 주조 등






4장 폴리머 화학


 1. 염소       H   Cl

           -  C - C -

               H   H


 2. PVC, PTFE, PE, PP, PMMA, PS, PVF, PVDC, CAB, CAP etc

 3. 분자량이 증가하면 기계적 성질이 좋아지는 경향이 있으나 가공성은 떨어진다.

 4. 입체특이성은 3차원공간에서 폴리머 체인의 방향성이다. 폴리프로필렌에서 치환물  CH3 는 모두 폴리머 체인의 한편에 존재한다(isotactic).

 5. 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)

 6. 유연한 비닐은 가소제를 포함하고 있고, 반면에 단단한 비닐은 어떠한 가소제도 포함하고 있지 않다.

 7. FEP, PTFCE, PFA, PVF, PVDF etc

 8. 머르(mer)의 골격으로 탄소-대-탄소의 밴드를 가짐

 9. 최소한 8개의 서로 다른 나일론이 있다. 즉 6, 6/6, 6/9, 6/12, Type 11, Type 12, 12/12 etc.

10. 셀룰로스의 원료는 셀룰로즈 조직으로 되어있는 어떤 종류의 식물도 원료가 될 수 있다. 셀룰로스는 대개 소나무로 만들지만 그러나 더 일반적인 원료는 목화이다.

11. 엔지니어링 플라스틱은 기계의 기능성 부품으로 사용되기에 적합한 성질을 가진 플라스틱을 말한다. 범용플라스틱은 가끔 구조용으로 사용되기는 하지만 엔지니어링 플라스틱으로 고려되지는않는다. 3개의 엔지니어링 플라스틱으로는 나일론 (nylon), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아미드 이미드(polyamide imide) 등이 있다.

12. 폴리머 화학에서 폴리에스터의 의미는 유기산과 알콜의 반응생성물을 설명하는데 사용되어진다. 이것은 유기화학에서 산과 염기의 반응에 의해 생성되는 염과 유사하다.

13. 열경화성 플라스틱은 열에 의해 다시 녹거나 유동이 가능하도록 연해지지 않는다.

14. 고무의 정의는 인장시험에서 최소한 200%이상 늘어나야 하고 응력이 제거되면 원래의 모양으로 되돌아 와야 한다. 이것이 탄성성질이고 가장 좋은 것은 천연고무이다.



5장 폴리머 복합재료

 1. 폴리에스터가 구조물 용도의 폴리머복합재로 가장 많이 사용됨.

 2. 비결정 매트릭스에서 결정폴리머의 구역.

 3. 1☓106/1.37g/cc(0.494 lb/in3)=2.02☓106 in

 4. 무게와 구조물의 물성이 설계의 기준이 될 때 비강도와 비강성이 비교에서 가장 중요한  성질이 된다. 강과 알루미늄의 비강성은 같기 때문에 강성과 무게가 고려될 경우에는 차이가 없다. 만약 강도와 가벼운 무게가 중요하다면 비강도(강도/무게)는 재료가 실제로  다른지를 보여준다. 다시 말하면 강은 고강도를 갖도록 열처리를 하지 않을 경우에 대략 알루미늄과 같은 비강도를 갖는다. 이러한 이유로 항공기의 골격에서 중요한  요소는 알루미늄보다 더 좋은 비강도를 가질 수 있는 열처리된 강으로 만든다. 이 경우에 알루미늄으로 만드는 것보다 강으로 만드는 것이 더 가볍다. 기계적 성질을 밀도로 나누는 값은 설계자가 가장 가벼운 무게를 갖도록 선정하게 해주는 비를 제공한다.

 5. 섬유는 녹은 폴리머 통이나 폴리머를 솔벤트로 녹인 통속에 섬유를 통과시키므로 써 피복시킬 수 있다. 이때 폴리머의 솔밴트가 기화함으로써 피복이 되는 것이다.

 6. 하나의 장점은 용융되었거나 액체로부터 고체로 바뀌는 경화시간이 매우 짧다는 것이다. 사출성형 열경화성 플라스틱은 10초정도의 짧은 경화주기를 가질 수 있다. 폴리에스터의 경우에는 경화시간이 24시간이 되기도 한다.

 7. PPS, PEI, PAI, PES, PEEK 등

 8. 연속섬유(필라멘트)는 압출과정에서 열가소성 폴리머와 함께 동시에 압출시킬 수 있다. 또 이것은 필라멘트를 감거나 폴리머 피복된 섬유를 섬유 함께 소결하여서도 만들 수 있다. 이것은 형상으로 만들 경우에 성형이 필요하다.

 9. 압축 성형

10. 한 가지 장점은 대부분의 열경화성 플라스틱이 대부분의 열가소성 플라스틱보다 더 우수한 열저항을 갖는다는 것이다.

11. 블레이크 라이닝과 다른 비슷한 부품은 가끔 매트릭스재료로 페놀릭수지가 사용되고 보강재로는 유리입자나 마찰 향상제를 포함한 석면 그리고 불활성 충전재가 사용된다.

12. 에폭시는 보통 경화 중에 수축이 무시할 만하다.

13. B-단계 수지는 부분적으로 중합된 열경화성 재료이다. 가끔 그들은 성형시키기 위하여    용해시켜서 성형될 수 있다(단 한번뿐임).

14. 고온저항성이 요구될 때

15. 금속은 유리 같은 더 낮은 가격의 보강재보다 더 비쌀 때; 또한 그들은 유리가 갖는 주형면에 따른 형상 성형성을 갖지 않음.

16. 그래파이트는 유리보다 더 높은 강성을 가짐.

17. 낮은 가격, 우수한 획득성, 우수한 강도, 우수한 부식저항성, 넓은 범위의 성형성 등이 가능함

18. 필라멘트 감기는 경화 후에 제거될 수 있는 맨드릴 주위에 수지가 뭍은 섬유를 감아서    회전 형태를 만든다.

19. 비닐 에스터(vinyl ester)


6장 엔지니어링 플라스틱과 접착제

  

 1. 플라스틱의 계수 값이 표 6-3에 있음: 알루미늄의 계수는10X106psi이고 강철의 경우에는 30이다. 요점은 일반적인 구조용 금속과 비교될 수 있는 플라스틱은 없다는 것임.

 2. 크리프 강도, 열 뒤틀림 온도, 응력 파단강도, 최대사용온도 등.

 3. 표 6-4로부터 POM의 탄성계수는 500,000psi이다. 표 6-3에서 보면 비중은 1.4이다.  비강도는 500000psi/0.05lb/in3(1.4g/cc) = 10☓106 in. 참고문헌으로부터 알루미늄의 탄성계수는 10,000,000psi. 밀도는 0.1in3 : 10☓106/0.1 = 100☓106 in.

4. Polycarbonate(PC)는 우수한 충격저항을 갖는 것으로 알려져 있다. :표 6-3으로부터 polyetherimide(PEI)가 나쁘다.

5. 표6-4으로부터 PTFE, phenolic, polyimide 등.

6. 아크릴, polycarbonates, cellulose acetate 등

7. PTFE, FEP, 등.

8. 강한 PVC는 용제접합(tetrahydrafuran), 강한 PVC를 나무에 붙일 때는 일반 접착제(낮은 강도의 접합), 鋼(강)과 鋼의 경우에는 에폭시(epoxy), PTFE(테프론)를 鋼에 접합시에도 에폭시


7장 세라믹의 공업적 활용


 1. 대부분이 염의 형태임, sodium chloride, potassium chloride etc

 2. 대부분의 플라스틱, 대부분의 세라믹 즉 산화알루미늄, 마그네슘, 산화물 등.

 3. 세라믹은 강한 공유결합이나 이온결합에 의해서 결합된 원자를 가진 재료이다. 대부분의 세라믹은 금속과 비금속으로 결합된 화합물이다.

 4.  1) 분말입자들이 서로 달라붙도록 결합제와 함께 산화알루미늄 분말을 섞는다.

   2) 분말을 소시지 주머니 같은 곳에 넣고 정수압으로 압력을 가한다.

   3) 가열하면 20-30%정도 수축할 것을 고려하고 압축시킨 재료를 부싱의 형태로 가공한

     다.

   4) 단단한 세라믹의 형태로 만들기 위하여 부품을 소결시킨다.

   5) 최종적으로 부품의 크기가 되도록 부싱을 연마 마무리 가공한다.

 5. hipping은 hot isostatic pressing(열간 등압 압축)의 약성어인 HIP로부터 유래한 것이다.  세라믹 분말이 밀봉된 금속 용기에 놓는다. 용기는 특수한 로에 넣고 알곤이나 비슷한 가스분위기에서 고온으로 가열하고 압력을 20.000psi 로 가압하여 분말을 밀착시킨다. 작업 후 용기를 제거하면 세라믹은 완전한 밀도가 된다. 때로는 소결시킨 세라믹의 밀도를   더 높이기 위하여 hipping 하는 경우가 있다.

 6. 세라믹은 서로 다른 온도, 다른 조성, 다른 순도의 정도에 따라서 서로 다른 결정구조를    가질 수 있고 결정구조에 따라서 성질이 달라진다.

 7. 1개임. 미세조직에는 굵은(coalesced) 입자가 존재할는지 모른다.

 8. 표 7-6을 참조하여라. 알루미나(Al2O3)는 1.75, 실리콘 카바이드(=탄화규소,SiC)는 3, 실리콘 나이트라이드(=질화규소,Si3N4)는 1.87에서 5로써 모두 매우 여리다.

 9. 유리의 성징에 대한 도표에 의하면 경도는 400-600kg.mm2, 가장 단단한 금속은 크롬을 전기 도금한 경우에 경도가 900kg.mm2이 된다. HRC 60 의 鋼(강)에 대한 경도는 절대 경도 척도에 의하면 약 750kg.mm2 에 준한다.

10. 평면베어링, 모터 브러시, 면 밀봉재(face seals), 슬립 링(slip rings) 등

11. 표 5-3으로부터 탄소의 밀도는 2g/cc이고 강철의 밀도는 7.8g/cc이다. 보통 강(鋼)의 1입방  인치 정육면체는 0.28lb, 1 입방인치의 탄소흑연 입방체는 0.28lb☓2/7.8 = 0.071이다(鋼 무게의 1/3)

12. 1991년도에는 아직 없음. 탄화물은 심한 용도의 다이재료로 선정되는 재료이지만 너무 여리어서 모서리가 유지되지 못한다.  그러나 앞으로 나아질 것임.

13. 프라이팬 손잡이의 용도는 아마 가장 중요한 선정요소가 열전도성이다. 가장 싼 세라믹인 산화알루미늄은 열전도성으로 10(BTU ft/hr ft2F)이고 가장 보편적인 플라스틱냄비의 손잡이는 페놀릭으로써 0.2 정도가 된다. 따라서 이 자료에 따르면 세라믹이 냄비손잡이의 재료로 적당한 재료가 아니다. 그러나 세라믹은 과열에 의해서 플라스틱과 같이 타지 않는다는 이점이 있다. 따라서 가격이나 성능면에서 세라믹은 플라스틱만 못하고 열경화성 플라스틱이 가장 좋은 선택이 될 것이다.

14. 만약 재료가 연마물질보다 더 큰 경도를 갖는다면 낮은 긁힘 연마가 일어나지 않는다는  이론이 있다. 절대경도는 자주 연마되는 물질이 대부분의 鋼보다 더 단단한 경우에 중요하고 그래서 로크웰 경도계는 연마나 모재의 경도를 비교하는데 적절하지 않다. 절대경도는 연마성과 공업재료의  경도에서 같은 척도에 대한 비교를 하여야 한다.

15. 세라믹은 그들이 기능을 해야 하는 온도가 플라스틱의 최대사용온도보다 초과될 경우에

  플라스틱보다 더 좋은 절연체이다(엔지니어링 플라스틱은 최대 사용온도가 260oC).

16. 경자성재료가 더 좋다. 이것이 자장을 더 잘 보존한다.

17. 인장방향으로 하중을 가하지 말 것. 응력집중을 피할 것, 충격하중을 받지 않도록 할 것.



8장 강 제품

 

 1. 대부분의 철은 지구에 떨어진 유성(별똥별)으로부터 얻었다.

 2. 코크스의 불완전 연소로부터 얻어지는 일산화탄소(CO)를 사용함.

 3. 鋼의 탄소함유량은 0.06%에서 2%정도이고 선철(pig iron)의 경우에는 탄소함유량이 훨씬 높아서 3%에서 6%정도가 된다.

 4. 순 산소전로(basic oxygen furnace: BOF)

 5. 鋼속에 들어있는 불순물은 광석이나 고로의 벽면으로부터 온 산소, 황 과 실리카 등이 있다. 그들은 반드시 재료의 내부 균열을 일으키기 때문에 바람직하지 않다. 또 어느 경우에는 기계의 손상을 유발하는 응력집중의 원인이 될 수 있다.

 6. 진공용해, 전기적으로 슬래그의 용해, 전자빔용해, 진공아크에 의한 재용해함.

 7. 실제로는 그렇지 않다. 그것은 기술적으로는 가능하지만 공장에서 단일 구입자를 위하여 새로운 장치를 설치해야 하므로 상업적으로 적합하지 않다. 가격 역시 대부분의 이용을 억제하게 한다. 만약 청결한 탄소강이 요구된다면 특수평면이나 파이프를 제조하는 곳에서 알아보는 것이 더 좋다. 일부는 전기적으로 슬래그를 용해시킨 재료로 얻을 수 있다.

 8. 단지 냉간 가공된 강철만이 템퍼링을 할 수 있다. 그들은 가공에서 다양한 정도로 냉간가공(두께의 감소)을 할 수 있다.

 9. 앵글(angle), 채널(channel), I-빔(I-beam), 넓은 플랜지를 가진 빔(wide flange beams), 티(tee) 등.

10. 입자는 3차원 결정이다. 각 결정의 원자는 같은 방위(orientation)를 갖는다.  입자나 결정  이 다른 입자와 만날 때 결정입계가 생긴다. 이것이 다른 결정의 기점사이에 원자가 적응 하는 구역이다.

11. 냉간 가공한 재료가 높은 온도로 가열될 때 입자는 재결정을 하게 된다. 그들은 동일한 크기의 축을 가진 크기로 성장하게 된다. 금속이 열간 가공될 때 가공의 온도는 재결정의 온도보다 더 높다. 이것은 결정이 소성변형을 할 때 같은 크기의 등축크기로 즉시 성장함을 의미한다. 이것을 동적 재결정이라고 한다.

12. 압연에 의한 두께의 감소, 인발다이를 통한 인발, 냉간 단조, 구부림(swaging).

13. 열간 가공한 鋼은 반드시 어닐링된 구조를 갖는다. 그것은 잔류응력이 없고 강도가 낮다. 냉간 가공한 鋼은 압연 등에 의하여 잔류응력을 포함하고 있고 열간 압연된 것보다 강도 가 더 크다. 잔류응력의 정도와 냉간 가공된 것의 강도는 鋼에 해주는 냉간 가공의 정도에 대한 함수이다. 열간 가공된 鋼은 냉간 가공된 鋼보다 기계에서 더 안정적이다.

14. 상은 물질의 상태이다. 한 개의 강철에서 그것은 鋼의 동일한 성분이다.  강철은 어떤 경우에 여러 상을 가질 수 있다.

15. 판재(sheet)는 압연하였을 경우에 보통 48인치보다 더 넓다. 강대(strip,스트립)는 보통 폭이 40인치보다 작다. 특수한 금속은 보통 강대(strip)로 압연되어진다. 상업용 금속은 판재(sheet)로 가공한다.

16. 300톤의 뜨거운 강철은 인곳(ingot) 주조강으로 만들기 위하여 30톤 정도의 주형에 붓는다. 또는 같은 300톤의 뜨거운 강철은 20ft 의 길이로 자르거나 연속과정을 이루도록 연속 주조판으로 만들기 위하여 수냉된 턴디시에 붓는다. 사용자의 측면에서 이 강들은 약간 다르다. 연속 주조된(연주된) 鋼은 산세되어 있고 가장 연하게 템퍼링 상태인 인곳 주조된 강보다 강도가 떨어진다.

17. 템퍼 압연(temper-rolled)이란 어닐링된 鋼에 어닐링 작업으로 생긴 주름이나 뭉친것을 제거하고 표면을 보기 좋게 하기 위하여 약간만(1%이내) 압연으로 단면을 감소시킨 것을 의미한다. 입자가 작아질 정도나 강도가 증가할 정도의 압연이 아니다.

18. 소성변형에 의하여 형상을 만들기 위한 가공으로 압연이나 가공을 해준 상태임. 대부분의 금속은 형상을 단조나 주조로 만든다.

19. 조성, 필요하면 기계적 성질, 전반적인 크기에 요구되는 공차, 등 같은 鋼제품의  이름과 표면조도(거칠기) 또는 코팅이나 포장방법 등.

20. 자동차의 외장용 강판으로 열간 가공한 강철은 사용하지 않는다. 열간 가공된 것을 표면이 깨끗하지 않고 스케일이 형성되어 있으며 이들은 페인트작업을 곤란하게 해준다.


9장 강의 열처리


 1. 0.77%

 2. 그것은 계에 따라 다르다. 3개의 주요 합금원소가 있으나 여러 개의 상이 다양한 온도 에서 형성될 수 있다.

 3. 페라이트와 시멘타이트(시멘타이트는 퍼얼라이트의 형태로 존재할 것임).

 4. 이론적으로는 담금질 경화가 될 수 있다. 그러나 실제적인 측면에서 그것은 경화가 되지   못할 것이다. 일반적인 담금질 매질은 포일 같은 얇은 두께에서조차 경화조직을 만들지 못한다. 그러나 휘저으면서 식히면 아마도 마르텐사이트 조직을 만들 수도 있을 것이다. 평탄소강에서 담금질경화의 실질적인 한계는 탄소가 0.4%이다. 

 5. 체심입방조직(BCC)은 입면체의 길이 모두가 똑같고 2.48(옹스트롱) 정도이다. 체심정방 조직은 입방체의 한 축이 늘어나 있고(c 격자상수) 격자의 늘어난 정도는 격자 내에 잡혀져  있는 탄소의 양의 함수이다. 2%의 탄소를 함유한 경우에 c 격자상수는 2.9까지 길어질 수 있다.

 6. 굴음베어링의 적당한 재료는 AISI 52100합금강이다. 제조의 단계는 다음과 같다.

   1) 모든 크기를 원래 베어링 크기보다 1.5mm 정도 더 크게 만든다.

   2) 잔류응력을 제거시킨다.

   3) 모든 표면이 0.010정도의 허용치를 남기고 표면가공을 한다.

   4) 60 내지 62 HRC 정도로 경화시키고 템퍼링을 해준다.

   5) 표면을 연마한다.

 7. 그림9-12로부터 1350-1375oF (732-746oC).

 8. 1200oF (648oC). 이온도는 대부분의 탄소강, 합금 및 공구강에 적용한다.

 9. 노멀라이징(불림)으로 되고 탄소강의 경우에 미세한 퍼얼라이트가 된다.

10. 오스템퍼링은 덜 급격한 담금질이므로 뒤틀림이 적게 생긴다(1400oF에서 50oF로 냉각시키기 보다는 700oF로 냉각시키는 것이 바람직함).

11. 심냉은 마르텐사이트로 완전히 변태시키기 위해서 해준다. 많은 재료들은 실온보다 낮은  Mf(마르텐사이트 종결온도)를 갖는다.

12. 광택 경화( bright hardening: 열처리 후에도 표면이 반짝 반짝 빛나는 상태임)는 산화나 스케일 생성에 의한 크기의 변화를 일으키지 않는다. 그러나 연한조직이 단단한 조직으로 변태할 경우에 일어나는 크기의 변화를 제거시키지는 않는다. 그것은 목적을 달성하는 가장 좋은 방법이지만 경화에서 크기의 변화가 예측되어도 사용에 지장이 없는 경우에  광택경화를 추천하고 있다.

13. 재료 : AISI1040원형강봉, 냉간으로 성형, 다듬질, 적절한 모양으로 단면 모서리의 연마.    경도를 HRC 45-47가 되도록 경화와 템퍼링, 크롬의 도금, 수소취성을 감소시키기 위하여 로에서 굽는다.


10장 표면경화와 선택경화


 1. 0.6%가 보통 최소인 것으로 고려되고 있다.

 2. 0.4%의 탄소를 함유한 강철은 침탄이 1%정도까지 표면의 탄소함유량을 높일 수 있으므로 침탄이 될 수 있지만 이정도의 탄소함유량을 가진 경우에 직접 경화가 가능하기 때문에 보통은 침탄 처리를 하지 않는다.

 3. 탄소와 질소가 鋼에서 가장 중요한 침입형 원소이다.

 4. 1/32 inch(0.79375mm).

 5. 불꽃경화는 온도를 오스테나이트의 온도까지 올려 주어야 한다.  그림 9-12로부터 오스테나이트로 변하는 온도는 약 898oC(1650oF)정도이다.

 6. 주파수가 높으면 높을수록 표면으로부터 더 얇게 가열시킬 수 있다. 10mil(1/1000inch : 0.025mm)의 경화를 위해서는 주파수가 매우 높아야 하고 60사이클의 경우는 단조를 위한 인곳에 열을 깊이 침투시키는데 사용된다.

 7. 유도경화는 0.01inch까지 얇게 경화처리를 할 수 있다(매우 높은 주파수 단위로). 얼마나 얇게 경화할 수 있느냐는 기술적으로 한계가 없으나 보통 사용자들은 2-3mils보다 더 얇게 경화하지는 않는다. 일부의 청산염에 의한 경화깊이는 1mils의  십분의 얼마까지 가능하다.

 8. 활성탄으로부터 나오는 일산화탄소

 9. 효과적으로 경화층의 깊이를 결정하는 가장 좋은 방법은 표면을 미세경도측정계로 측정 하는 것이다(단면부분에서). 경화층의 깊이는 재료가 HRC 50가 넘는 경도를 갖는 위치가 표면으로부터 떨어진 거리이다.

10. 500-570oC(900-1050oF) 

11. 질화처리는 늧은 과정이다. 20mils의 경화 깊이는 질화처리하는데 60여 시간이 걸린다.   이러한 이유로 대부분의 사용자들은 0.02/0.30inch보다 더 깊이 경화처리하는 경우가 거의 없다.

12. 이온질화에서 작업물은 보통 진공에서 가공의 온도까지 가열된다. 유입된 질소가스를 플라즈마화시키기 시작한다. 이 가스는 플라즈마 상태에서 이온화되고 이 질소이온가스가 작업물에 침입하여 질화경화를 일으킨다.

13. 철계의 질화 침탄은 보통 570-677oC(1060-1250oF)의 온도 범위에서 행하여진다. 확산원소는 탄소와 질소이다.

14. 질화처리가 만족하게 이루어지는 세 개의 강으로는 AISI 4140, 4340과 질화용 합금 135M 이 있다. 


11장 탄소강과 합금강                       

 1. 탄소의 함유량은 같으나 합금의 조성이 다르다.  AISI 4340 은 더 많은 합금을 함유하고    있고 4140보다 경화능이 더 좋다. 그것은 4140 보다 더 큰 부픔으로 열처리 하는데 적합하다.

 2. AISI 1131

 3. 1 %

 4. AISI 1060, 1080, 1090 등

 5. 그림 9-10에서 %감소율은 10-7/10=30%: 시작조건이 어닐링된 것으로 가정한다면 인장강도는 40에서 68ksi로 될 것이다.

 6. 1010강에서 가능한 가장 높은 경도는 B척도로 90가량이 된다. 표11-4로부터 완전경도는 최소 HRB 85임

 7. r = t 인 경우에 90도

 8. 전위(dislocation)의 존재, 약간의 두 번째 상, 고용체에서 합금원소 등

 9. 대부분 노멀라이징(불림)상태로 봄

10. 등가탄소량을 식에 따라 계산하면 0.152가 되고 0.3%보다 적은 경우에 크랙이 없이 즉시 용접될 수 있다. 따라서 용접상 문제가 없다.

11. 높은 경화능을 가진 것으로 말 할 수 있다. 그림 11-11 참조

12. 160ksi(☓6.89 MPa)

13. 높은 인장강도는 18%니켈을 함유한 강의 경우 극고강도 鋼으로 얻을 수 있다. 이와 같은 鋼은 인장강도가 350ksi머라이징 강으로 부르는 鋼의 등급이 있다.

14. HRC 30에서 HRC 45 정도

15. HSLA 강은 원하는 인장강도와 항복강도를 얻기 위하여 화학조성을 조정하여 강도를 높여 사용하는 鋼이다. 그러나 탄소강은 부수적으로 첨가하는 합금은 없고 기계적 성질도 HSLA강과 같이 보증하지 않는다.

16. 이 경우에 탄소강을 사용하기에는 직경의 크기가 너무 크다. 그 경우에는 탄소강의 낮은 경화성 때문에 경화되지 않는다. 적절한 합금으로는 4615나 8620같은 합금강이 되면 충분하다.


12장 공구강

 1. 문자는 사용그룹을 나타낸다. S= 충격저항, H=열간가공용 강 등

 2. 일부 P계열강은 0.1 (P6) 만큼 적거나 2.35(D7)만큼 많을 수 있다.

 3. 각 공구강그룹은 서로 다른 경화특성을 갖는다. 즉 H계열은 25인치(63cm)까지 두꺼운 단면을 완전 경화시킬 수 있다. W계열 강은 너무 얇은 경화성 때문에 담금질의 경우 1 피트(12인치)의 입방체에서 1/4인치만 경화될 수 있다. 합금강은 높은 합금의 공구강에 경화성을 따를 수 없다. 따라서 합금강은 대부분의 용도에서 공구강을 따를 수 없다. 

 4. 그림 (10-2)에서 예시된 것처럼 A7샘플은 미시조직에서 0.31%의 카바이드를 갖는다.

 5. 2차 경화는 많은 공구강의 합금에서 일어나고 제한된 템퍼링 구역에서 경도가 템퍼링의 온도 증가에 따라 증가함을 의미한다. 예를 들면 D2강은 150oC의 온도에서 HRC 60를 가지나 315oC에서 HRC 57로 낮아진다. 그러나 425oC 의 템퍼링에서 다시 HRC 60로 될 것이다.

 6.  1형은 M2, T2 등, 2형은 D7, A7 등(높은 탄소, 높은 합금)

 7. 공구강은 세라믹 형의 카바이드물질인 제 2상을 포함한 금속이고 서멧은 인위적으로 금속과 세라믹 상을 혼합하도록 만든 복합물이다. 시멘티드 카바이드는 서멧의 좋은 예이다. 탄소입자들이 코발트수지로 결합되어 있다.

 8. T계열 공구강에서 텅스텐이 주요 합금의 원소이다. 몰리브덴과 텅스텐은 고속도 공구강의 M계열에서 중요한 원소이다.

 9. 그림 12-10에서 425oC의 경우에 w1의 경도는 HRC 30 보다 작고 M3의 경도는 약간 감소하여 원래의 경도와 거의 같게 된다. 만약 HRC 60에서 시작한다면 HRC 58 정도가 될 것이다.

10. 鋼에서 불순물위에 문지르거나 鋼의 표면에 더러운 오일이 있는 경우에 지배하는 마모의 모드(형)는 연삭마모 이다.

11. 탈탄은 열처리에서 균열을 일으킨다. 왜냐하면 표면의 조성이 핵심부와 다르기 때문에 담금질시에 상변화의 시간이 다르게 된다. 이때 크기의 서로 다른 변화로 기계적 응력이 발생하고 균열을 일으킨다. 이 현상이 일어나지 않길 바라는 두 번째 원인은 연해지고 연마와 변형의 저항이 감소한 표면을 만들기 때문이다.

12.   M2                           O1

    강 = $3/lb                 강 = $1.5/lb

   절단 = 2시간              절단  = 0.25시간

   밀링 = 3.5시간             밀링 = 1시간

   열처리 = 4시간            열처리 = 1시간

    총 9시간 + $3/lb          총 4.75시간, $1.5/lb

13. 연마저항

14. D2강은 균열의 위험이 매우 많기 때문에 결코 용접을 하지 말아야 한다. 어느 경화된 鋼에서 일반적인 예열온도는 원래의 템퍼링 온도가 된다.








13장  스테인리스강(STS)

 1. 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트와 이들의 이중조직, PH 스테인리스강

 2. 크롬은 鋼에서 산화저항을 증가시킨다. 그리고 충분한 크롬이 鋼에 첨가되면 표면에         passive(부동태)피막을 생성하고 이것이 스테인이 생기지 않게 해 준다.

 3. 그림 14-2에서 시그마상이 실온에서 존재하게 될 것이다.

 4. D2강은 스테인리스강이 아니다. 왜냐하면 스테인리스강의 요구조건인 불활성표면을 형성하지 않기 때문이다. 탄소의 함유량이 비활동성 피막을 형성하기에는 너무 많이 들어 있다.

 5. 페라이트계=430형=17%Cr, 오스테나이트계=302형=18%Cr, 8%Ni, 마르텐사이트계=410형=12%Cr,   PH=S17400=17%Cr, 4%Ni

 6. 재료=S17400스테인리스강, 거친가공, H 1050(HRC 38)조건으로 경화, 마무리가공

 7. 표13-3으로부터 CF8(미국에서)

 8. d=pl3/3EI=1.1mm이고 여기에서 p=10kgX9.8N/kg=98N, l=3m, l^3=27m3, E=200X106    kN/M2,  I=4X10-3mm^4임. 鋼의 경우에는 E=206으로 1.07mm로써 큰 차이가 없다.

 9. 그림 14-7로부터 1020강의 항복강도는 37ksi, 304의 항복강도는 42ksi이며17-4의 항복강도는 125ksi이다.

10. 확실한 것으로 4개의 합금이 있다 : 420, 440A, 440B, 440C

11. 303은 쾌삭용 오스테나이트계로 주로 사용되고 416은 원래 쾌삭용 마르텐사이트계이며 148oC는 원래 쾌삭용 페라이트계이다. 다른 S나 Se접미어를 가진 것이 있는데 S는 쾌삭을 의미하고 Se는 칩이 쉽게 끊어지도록 황 같은 것을 첨가한 것이다.

12. 303형, 416, 440의 모든 것, F나 Se의 접미어를 가진 등급

13. 염화수소산, 황산과 불화수소산

14. 스테인리스강에서 가장 강한 경도를 가질 수 있는 것은  440C형


14장 주철 과 분말야금(P/M)

 1. 2-4%의 탄소와 최소한 1%의 실리콘, 그리고 나머지는 철임

 2. 회주철의 경우 TS(인장강도)=YS(항복강도)=30ksi, % 신연=0, E(탄성계수)=12~20X106psi; 강(鋼)의 경우 YS=30ksi,  TS=60ksi, %신연=30, E=30x106psi

 3. 피로강도는 대략 인장강도의 0.4배이므로 60등급의 회주철의 경우에 0.4x60 = 24ksi임

 4. 회주철 45등급은 적당한 불꽃경화나 작은 단면의 경우 재래방법에 의한 담듬질로 HRC 60에 도달할 수 있음.

 5. 가단처리에 의해서 탄소는 시멘타이트로부터 확산되 나가고 연한 탄소를 형성하기 위해서 서로 뭉친다. 최고로 연화시키도록 가단처리하면 매트릭스(기지)는 저탄소 페라이트로 되고 나머지의 탄소는 연하게 되는 구상흑연상태로 남게 된다.

 6. 회주철의 E는 12-20X106psi이고 가단주철은 25X106psi이며 탄소강의 E는 30X106psi이 된다.

 7. 구상흑연주철과 가단주철 모두 탄소가 鋼의 매트릭스내에 구상형태로 존재한다. 그러나 구상흑연은 붓기   전에 국자에 의해서 구상흑연주철을 만들지만 가단주철의 연한 탄소는 오랜 시간 동안의 열처리에 의해 만들고 있다. 가단주철이 만들기는 더 힘들지만 구상 흑연주철보다 절삭성이  우수하고 더 큰 강성을 갖는다.

 8. 미국에서의 일반적인 표기체계는 ASTM A 536에 있는 분류등급을 사용한다. 등급은 세 개의 숫자들로 구분하는데 이들은 인장강도, 항복강도와 %신연이다. 인장강도와 항복강도의 단위는 ksi이고 60-45-10의 구상흑연주철은 인장강도 60ksi, 항복강도 45ksi그리고 신연은 10% 가 된다.

 9. 압연기, 강 압연기, 석탄분쇄기, 고체펌프 등의 연마되기 쉬운 기계의 회전부분

10.  ASTM A 536에 있는 분류등급에 의하여 60-30등급(표15-8)

11. 35-40등급의 회주철이 적절한 선택이 된다. 약한 회주철은 사용에 너무 많은 기공을  가질는지 모른다. 구상흑연주철이나 가단주철 같은 다른 주철은 값이 더 비싸기 때문에 적합하지 않다.

12. 아마도 만들 수 없다. 왜냐하면 일반적으로 P/M 성형은 압분상태를 만들기 위하여 30ksi정도의 압축압력이 필요하다. 이 부품의 크기는 압축하여야 할 면적이 50in2이 되므로 압축압력은 1.5백만 파운드(750톤)가 필요하게 된다. 이와 같은 용량을 갖는 압축기는 드물다.

13. 만약 부품이 널리 사용되는 P/M재료(철, STS, 구리나 알루미늄합금)중 하나로 만들 수 있다면  P/M이 가장 경제적인 방법이 될 것이다. 만약 아연이 원하는 금속이라면 P/M가공은 다이캐스팅과 비슷할 것이다.


15장 동과 동합금

 1. 황동은 구리와 아연의 합금이고 청동은 여러 구리의 합금을 일컫는데 원래 청동은 구리와 주석의 합금을 의미한다.

 2. CDA번호와  UNS는 같은 것이다. 전에 만든 CDA번호의 앞에 C가 있고 뒤에 00이 붙여서UNS번호를 만든다. 즉 CDA 122는 UNS C 12200이 된다.

 3. 전에 사용하던 CDA번호의 800에서 999까지가 주조용 합금을 나타낸 것이다. 이 숫자는 아직도 UNS번호에 반영되어 있다 (C80000 에서 C99900). 

 4. 최소한 450oC

 5. 강화는 용해된 원자가 석출하여 응집될 때 결정조직이 변형을 줌으로써 원인이 된다.

 6. FCC

 7. 구리니켈합금은 그들이 단지 구리와 니켈만 함유된 경우에 석출경화가 되지 않는다. 구리이외에 니켈은 모든 조성범위에서 완전히 용해된다. 석출경화되는 금속은 높은 온도에서 높은 용해성을 갖고 낮은 온도에서 낮은 용해성을 갖는 원소를 함유한 경우에 가능하다.

 8. 그렇다. 鋼은 비중이 약 7.8정도이다.

 9. 알루미늄의 E는 10x106psi이고 鋼은 30x106psi이며 대부분의 구리는 18x106psi이나 구리니켈합금은 22x106psi까지 클 수가 있다.

10. 베릴륨구리는 HRC 43까지의 경도를 가질 수 있다. 이것이 구리합금 중 가장 크고 이 경도는 석출경화로 가능하다.

11. 어떠한 구리의 합금도 연강에 비교될 만큼의 연삭저항을 갖지 않는다. 따라서 특별한 연삭저항이 요구되는 경우에 구리의 합금을 사용하지 말아야 한다.

12. 분말야금한 부품의 기공성을 측정하는 규칙은 없다. 설계자들은 밀도(기공성)를 선정하여야 한다. 전형적인 분말야금 부품은 10-30%범위의 기공성을 갖는다.

13. 가능하면 언제나 청동평면베어링의 상대 재료는 최소한 HRC 60 가 되어야 한다. 청동은 연한 상대면을 긁을 수 있는 단단한 두 번째(2)의 상을 갖는다.

14. 그림 16-7로부터 납을 넣은 노란 황동은 높은 마모율을 나타내고 붉은 마모율이 상당히 낮다. 두 경우 모두 같은 상대면 마모를 일으킨다.

15. 청동, 구리니켈합금, 실리콘 청동과 다른 높은 농도의 구리합금이 바닷물이 있는 곳에서 사용하기 적합하다. 특정한 합금의 부식에  관한 자료는 잘 알아보아야 한다.

16. 적동(붉은 동:15%아연을 함유)이나 실리콘 청동이 용접된 구조물로 적합하다.


16장 알루미늄과 그의 합금

 1. 전해물(녹아서 전해액이 되는 물질)

 2. 완전히 단단하게 템퍼링 하도록  변형경화(냉간가공)시킴

 3. 시효경화와 전성작업(늘이는 작업: stretching)에 의해 잔류응력을 제거함(시효경화 후 곧게 작업해 줌).

 4. 주조용

 5. 다이캐스팅은 금속의 주조작업에서 어떤 작업보다 빠르게 가공할 수 있는 가공방법이다. 이 사실은 알루미늄이 고성능 주조성형에서 가장 비용상에서 효과적이라는 것을 의미한다.

 6. 알루미늄 구리혼합물(그림 16-4참조)

 7. 면심입방구조(FCC)

 8. 알루미늄은 합금의 첨가에 의하여 고용강화로 강화시킬 수 있다. 그들은 석출경화에 의해 강화되고 여러 경화상태로 냉간가공에 이해 강화가 가능하다.  이 3가지 기술 모두 필요하지만 그러나 합금과 석출경화가 순수한 알루미늄에 비하여 강도의 증가가 가장 크게 될 수 있다.

 9. 용융처리는 용해된 상태에서 합금원소를 넣는 것으로써 그들은 석출경화를 시키기 위하여 담금질 하고 후에 석출 경화시킬 수 있다.

10. 그들의 구조는 미시조직에서 다른 특성에서와 같이 원하지 않는 불순물이 함유되어 있는 단일상으로 된 알루미늄의 입자이다.  11. 용융처리와 T6상태로 시효경화  12. 전기화학적으로 변환시켜 표면이 산화되도록 함

13. 양극코팅과 경화코팅은 근본적으로 같은 것이다. 그러나 양극코팅은 1밀(mil)보다 두꺼워서는 안 된다. 만약 그보다 더 두꺼워진다면 그것은 벗겨질 것이다. 경화코팅은 코팅을 더 두껍게(몇 mil) 하기위하여 차가운 용기에서 만들어 준다.

14. 경화 코팅과정에서 일어나는 표면의 성장은 코팅전의 부품의 크기를 고려하여 결정하여야 한다.

15. 20년 동안 5mils가량의 부식율이 허용되기에 충분한 크기로 만들면 지붕으로 적합할 것이다. 코팅하지 않은 표면은 정상적인 외부 환경에서 매우 낮은 비율로 부식이 계속되는 녹청(patina)을 형성할 것이다.

16. 무거운 금속이 있는 경우나 바닷물에서 알루미늄은 핏을 생성시킨다. 또 다른 금속에 대하여 양극을 띤다. 이러한 이유로 계속해서 물속에 잠겨 있어야 하는 탱크나 구조물로는 보통 추천되지 않는다.

17. 마그네슘과 아연이 대부분 물이 있는 환경에서 알루미늄에 대하여 양극을 띤다. 

18. 절대적으로 해서는 안된다. 알루미늄은 pH가 8이상인 용액에서 공격을 받는다. 그리고 대부분의 세정제는 가끔 10 이상의 pH값을 갖는다.

19. 鋼의 E는 30x106psi, 밀도는 0.28lb/in3이고 알루미늄의 경우는 E가 10x106psi, 밀도는 0.1 lb/in3이므로 비강성은 같음.

20. 그렇다. 어떤 알루미늄의 함금은 75ksi이상의 인장강도를 갖고 보통 탄소강은 60 ksi의 인장 강도를 갖는다. 


17장 니켈, 아연, 티타늄, 마그네슘과 내화재료


 1. 순수한 니켈은 경화될 수 없다. 그러나 몇몇의 니켈합금은 석출경화될 수 있다. Monel, Inconel과 Incoloy는 경화될 수 있다. 니켈/크롬/붕소의 주조용합금은 경도가 HRC 60까지    주조상태에서 가능하다. 이들 합금은 단단한 표면을 갖는 소비재로 사용된다.

 2. Monel

 3. 니켈-알루미늄산화물은 금속간 화합물이다. NiAl과 Ni3Al같은 여러 니켈 알루미늄산화 물이 있지만 대부분은 금속재료와 같은 Zn의 E =3X106psi, Al의 E = 106psi, Cu의 E=18x106psi,    Mg의 E=6.5x106psi 이다.

 5. 아연은 다이캐스팅 금속중에서 가장 낮은 용융점을 갖는다. Zn=420oC, Al=660oC,  Cu=851oC, Mg=651oC

 6. 아연은 구리나 鋼에 대하여 양극이다. 다른 금속과의 차이에 따라 녹을 수 있다.

 7. 티타늄=150ksi/0.161lb/in3= 971: 알루미늄 = 80/0/1=800 ; 마그네슘=39/0.06=650; 철 =300/0.28=1071. 이들은 최대값; 이 비는 더 낮은 강도의 합금이 사용된다면 더 낮아질 수 있다.

 8. 티타늄은 보통기술에 의하여 자체를 용접할 수 있다.이것은 대부분의 금속에 대하여 여린 금속간 화합물을 형성한다.

 9. 티타늄은 고온에서 용융처리하고 다음에 수냉 담금질 하며 적당한 온도에서 시효처리를 해준다. (6Al14V의 경우에 1000F에서 4시간동안)

10. 순수한 등급이 가장 우수한 성형성을 갖는다. 순수한 합금중 가장 낮은 강도등급은 가장 우수한 성형성을 가질는지 모른다.

11. 31은 알루미늄과 아연같은 중요한 합금원소의 함유량 백분율을 나타낸다.  AZ31B는 보통 알루미늄이 3%이고 1%의 아연을 함유하고 있다.

12. 마그네슘은 면심입방조직(FCC)을 가진 많은 금속재료보다 가능한 슬립면이 더 적은 조밀육방구조를 갖고 있기 때문이다.

13. 마그네슘이 가장 많이 사용된 것은 폭스바겐 비틀차의 엔진이었고 마그네슘 주물에 의하여 변속기 케이스나 바퀴케이스를 만드는데 사용된다. 산업에서 널리 사용되는 몰리브덴은 순수한 몰리브덴이거나 약간의 티타늄과 질코늄을 함유한 TZM 합금이다.

14. 몰리브덴이나 鋼의 탄성계수와 밀도의 비는 대략 다음과 같다. Mo=46/10.2 ;Fe = 30/7.9 = 3.79이므로 몰리브덴이 더 큰 비강성을 갖는다.

15. 내화용 금속은 용접될 수 있으나 전자빔 같은 높은 에너지를 필요로 한다. 또 그들은 자체간의 용접이 적합하지 않다. 그들은 자체 간에 용접될 수 있으나 다른 금속에 대해서 는 상태도에 의해서 용해성을 검토하여야 한다.



  

   


기계재료의 13

기계재료의 13~14장 요약

제 13장

1. STS(스테인리스강)의 정의

2. STS의 조건

3. STS의 특징

4. STS에서 자장을 갖지 않는 것과 갖는 것의 종류는?

5. STS의 예민화(sensitizaion)는 무엇?

6. STS의 예민화의 예방법은?


제 14장

1. 주철의 특징

2. 주철의 종류는?

3. 주철의 용도는?