동과 동합금의 종류와 성질

목차

순동純銅
1. 물리적 성질
2. 화학적 성질
3. 기계적 성질
4. 종류
1) 강인동(强靭銅, tough pitch copper)
2) 탈산동(脫酸銅, deoxidized copper)
3) 무산소동(無酸素銅, oxygen free copper, OFC)
동합금
1) 황동(黃銅, brass)
황동의 기계적 성질
황동의 종류
2) 청동(黃銅, brass)
청동의 기계적 성질
청동의 화학적 성질
청동의 용해와 주조
청동의 종류와 용도
3) 특수 청동의 종류와 용도
참고자료

본문내용

이 보통이다. 그 성분은 대략 Cu 80~90%, Sn 2~8%, Pb 1~3% 정도이다. 종을 주조하는 재료에는 Sn 20~25%의 강하고 경도가 높은 재료를 사용한다.
④ 베어링용 청동(bearing bronze)
Sn 10~14%를 함유하는 것은 연성이 감소되나 경도가 높고 내마모성이 특히 좋다. 따라서 베어링 차축 등과 같이 마모가 많은 부분에 사용된다. 특히 Pb 5~15%를 가한 것은 기름의 윤활성에 우수한 성질이 있으므로 철도차량 공작기계 압연기계 등의 고압용 베어링에 적당하다. 성분은 보통 Cu 85%, Sn 10%, Pb 5% 이다.
3) 특수 청동의 종류와 용도
Cu-Sn합금의 Sn의 일부, 혹은 전부를 Al, Mn, Ni, Si, P, Be 등으로 치환하여 기계적 특성을 갖도록 한 것을 특수 청동이라 한다.
① 인청동(phosphor bronze)
청동의 용해 주조 시에 탈산제로서 인동 또는 인석 등을 첨가하는데 이 때 이들 탈산제의 첨가량을 다소 많게 하여 합금 중에 0.05~0.5% 정도의 P를 남게 하면 용탕의유동성이 좋아지고, 합금의 강도 경도가 증가하여 내마모성 및 탄성이 개선된다. 이러한 합금이 인청동이다.
인청동은 고탄성을 필요로 하는 판 선등의 가공재료로서 내식성 내마모성을 필요로 하는 펌프 부품 기어 선박용 부품 화학기계용 부품 등의 주물로 사용된다. 스프링용 인청동은 보통 7~8%Sn, 0.05~0.5%P 정도의 것이 실용되며 적당한 냉간가공을 하면 탄성 한도 및 피로 한도가 높은 것이 얻어진다. 또한 내식성 용접성도 좋고 철강과 같은 자성이 없으므로 통신기 계기 등의 고급 스프링제로 사용된다.
② 연청동(lead bronze)
청동 중에 Pb를 3.0~26% 함유하는 것으로, 그 조직 중에 Pb가 거의고용하지 않고 결정립 사이에 점재하여 윤활성이 좋으므로 베어링 부싱 패킹 등에 널리 이용된다. 연청동 주물로 사용되는 것의 조성범위는 3.0~11.0%Sn, 3.0~26%Pb, 1%Ni 이하이며, Pb의 함량에 따라 각 종 베어링용으로 널리 쓰인다.
③ 알루미늄 청동(aluminum bronze)
약 11% 이하의 Al을 함유하는 동 합금이다. 알루미늄 청동은 황동 또는 보통의 청동에 비하면 비교적 새로운 합금으로서 각 종 기계적 성질 및 내열성 내식성이 좋으므로 화학공업용 기기 선박 항공기 차량 등의 부품으로 적당한 재료이다. 용해 주조 기술 및 자기 풀림(self annealing)에 의해 취약해지는 등의 문제로 그 사용량은 많지 못하다. 알루미늄 청동은 주물과 단련용으로 사용된다. 내해수 내산 합금으로서는 모조금(模造金) 선박용 프로펠러 축 펌프의 부품 및 기타의 화학공업용 재료에 적합하고, 내열합금으로서는 자동차 엔진의 밸브 밸브 시트 내마모성을 요하는 기어나 베어링 메탈 등에 쓰인다. 일반적으로 Ni, Fe, Mn 기타의 원소를 첨가하여 특수 알루미늄 청동으로 사용한다. 성분은 8~12%Al, 0.5~2%Fe, 0.5~2%Mn, 나머지는 Cu이다.
④ 규소 청동(silicon bronze)
고온 및 저온에서 내식성이 좋고 강도도 연강과 비슷하며 용접성도 좋으므로 열수, 휘발유, 액체 산소 등의 저장조 나사류 못 리벳 너트 샤프트 부싱 피스톤링 화학공업용 기구 등에 사용된다.
⑤ 니켈 청동
니켈 청동은 주조상태 또는 열처리하여 각 종 구조용 주물로서 이용된다.
⑥ 베릴륨 동(beryllium copper)
베릴륨 동(Be-Cu) 합금은 2.5% 이하의 베릴륨이 함유된 석출 경화(析出 硬化)형 합금이다. Cu에 0.4%의 Be과 0.2~0.6%의 Co를 첨가한 동합금으로 Co를 첨가하는 이유는 용체화 처리할 때 결정립의 성장을 억제하고, 뜨임할 때 연(軟)하게 되는 것을 방지하기 위함이다.
베릴륨이 2% 함유된 베릴륨 동을 800℃ 정도로 가열하면 α고용체가 된다. 이 α고용체를 천천히 냉각하면 ⓑ점에서 β가 석출하고 ⓒ점에 도달하면 γ가 석출하여 α+γ고용체가 된다. 더욱 냉각됨에 따라 γ고용체의 양이 증가하며 0℃에서는 ⓔ-ⓓ의 γ고용체가 α고용체 속에 석출된다. 다음에는 ⓐ상태(약 800℃)로 가열한 다음 물 속에 넣어 급랭(急冷)하게 되면 ⓐ상태의 α고용체가 아무 변화도 일어나지 않고 그대로 상온(0℃)까지 내려온다. 이 α고용체는 강제로 만들어진 불안한 상태이므로 가열하면 α고용체 속에서 γ고용체가 석출하기 시작한다. 가열(풀림)하는 온도가 높을수록 또 시간이 길수록 석출량은 많아지며, 최대 ⓔ-ⓓ만큼의 γ고용체가 석출한다. 상온에서의 조직은 α+γ이며, 경도와 강도가 증가한다.
베릴륨 동은 도전율(導電率)이 높고 내피로성, 내마모성, 내식성이 우수하다. 그러므로 고급의 스프링 재료, 정밀한 기계부품, 용접용 전극으로 사용되고 있다. 내열성도 양호하며, 600℃ 정도에서 사용하여도 연화(軟化)되지 않는다. 또 서로 부딪칠 때 불꽃이 생기지 않기 때문에 정유소, 광산 등에서 안정한 공구 재료, 특히 사출용 금형 재료로도 많이 사용된다.
⑦ 망간 청동(manganese bronze)
합금 원소로 5~15%Mn을 넣은 Cu-Mn 합금을 말한다. 고온에서는 Mn은 Cu에 용해되어 전율 고용체로 되나, 상온에서는 약 20% 내외 밖에는 고용되지 않는다. Mn양의 증가와 함께 강도는 증가되고 약 10% Mn까지는 전연성이 좋으므로 냉각 가공이 용이하나 고용한 이상으로 함유되면 급속히 취약해진다. Mn 3~5%의 것은 내열성이 우수하여 보일러의 화실, 연소실 재료 및 터빈 날개에 사용된다.
⑧ 동-니켈-규소합금(Cu-Ni-Si alloy)
코르슨 합금(Corson alloy) 또는 C합금이라고 부르기도 하며 45%Ni, 1%Si 정도의 합금이다. 이 합금은 Ni5Si2의 석출에 의하여 경화하는 성질을 갖는다. 보통 열처리 하여 사용하며, 강도와 전기 전도도가 좋으므로 주로 군용 전화선, 장거리 전화선 및 기타 통신선이나 송전선 등으로 쓰인다.
참고자료 : 이교성 (1992) <금속재료학; 기계금형>, 동화기술
이승평 (2000) <그림으로 설명하는 금속재료>, 청호

키워드

동,   청동,   황동,   합금