비철 금속 재료
알루미늄 합금의 계열과 질별, GP 대와 과시효, 클래드판, Al-Li 합금, 터프 피치동과 스프링용 구리 합금, 마그네슘 합금의 기호와 내식성, 티타늄 합금의 조직, Ni기 718 합금을 3지선다 문제로 확인합니다.
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비철 금속 재료 핵심 정리
비철 금속 재료의 중심은 알루미늄 합금으로, 전신재는 4자리 번호의 천의 자리로 주된 첨가 원소를, O·H·T 등의 질별 기호로 가공과 열처리의 상태를 나타냅니다. 2000계·6000계·7000계는 용체화 처리와 시효에 의해, GP 대에서 중간상을 거쳐 평형상으로 진행하는 석출로 강화되며, 과시효의 질별은 강도와 내식성의 균형을 바꾸기 위해 사용됩니다. 가벼움을 살리려면 비강도나 비강성, 부재의 형태에 맞는 지표로 비교하는 것이 중요합니다.
구리는 전기 전도도가 높으며, 산소를 함유한 터프 피치동과 무산소동을 용도에 따라 구분하여 사용하고, 스프링에는 고용 강화와 가공 경화에 의한 인청동이나 석출 경화형인 베릴륨동을 사용합니다. 가장 가벼운 구조용 금속인 마그네슘 합금은 불순물이 만드는 국부 전지에 의한 부식에 주의가 필요합니다. 티타늄 합금은 가공과 냉각의 조건으로 조직을 구분하여 만들며, Ni기 합금은 γ'나 γ''의 석출로 높은 온도까지 강도를 유지합니다.
비철 금속 재료 문제 목록(15문제)
- 알루미늄 전신재의 합금 번호(4자리)의 천의 자리와 주된 첨가 원소의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 마그네슘 합금의 기호(ASTM 방식)에서 다이캐스팅에 널리 쓰이는 'AZ91'이 나타내는 것으로 옳은 것은 무엇인가?
- 알루미늄 합금의 질별 기호 가운데 5052 합금 등에 사용되는 'H34'가 나타내는 것으로 옳은 것은 무엇인가?
- 가공 송전선에 알루미늄이 사용되는 이유를, 같은 길이에서 같은 전기 저항을 가진 도체의 질량으로 비교하여 생각한다. 전기 전도도를 알루미늄 61% IACS, 구리 100% IACS, 밀도를 알루미늄 2.70 g/cm³, 구리 8.96 g/cm³라고 하면, 알루미늄 도체의 질량은 구리 도체의 약 몇 배인가?
- 항공기 외판에 사용하는 2024 합금 등의 판에서는, 양면에 순알루미늄이나 Al-Zn 합금의 얇은 층을 압연으로 접합한 클래드판(알클래드)이 사용된다. 이 층의 주된 역할로 옳은 것은 무엇인가?
- Al-Cu 합금을 용체화 처리하여 급랭한 뒤 시효하면, 석출물은 대략 GP 대 → θ'' → θ' → θ(Al₂Cu)의 순서로 바뀐다. GP 대에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 7075 합금의 후판이나 단조품에서는 최고 강도가 얻어지는 T6보다 시효를 더 진행시킨 T73(과시효)이 선택되기도 한다. 그 주된 이유로 옳은 것은 무엇인가?
- 알루미늄에 리튬을 첨가하면 1 mass%당 밀도가 약 3% 내려가고 영률이 약 6% 올라간다고 하자. Li를 2.0 mass% 함유한 Al-Li 합금의 비강성(영률/밀도)은 순알루미늄의 약 몇 배인가? 변화는 첨가량에 비례한다고 한다.
- 터프 피치동(산소를 0.02~0.05% 정도 함유하고, 그 대부분이 Cu₂O로 분산된 구리)을 수소를 포함한 환원성 분위기에서 가열하거나 가스 용접이나 경납땜을 하면 취약해지는 경우가 있다. 그 원인과 대책으로 옳은 것은 무엇인가?
- 스프링이나 커넥터에 사용하는 구리 합금 가운데 인청동과 베릴륨동의 강화 기구의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 마그네슘 합금의 내식성은 불순물인 Fe, Ni, Cu의 양에 크게 좌우되며, 고순도의 AZ91D 등에서는 Fe나 Ni의 상한이 0.005% 정도 이하로 매우 낮게 정해져 있다. 그 이유로 옳은 것은 무엇인가?
- 굽힘 강성이 같아지도록 두께를 바꾸어 설계하는 평판을 알루미늄 합금(영률 70 GPa, 밀도 2.70 g/cm³)에서 마그네슘 합금(영률 45 GPa, 밀도 1.74 g/cm³)으로 바꾼다. 판의 면적은 같고, 굽힘 강성은 E×(두께)³에 비례한다고 하면, 마그네슘 합금 판의 질량은 알루미늄 합금 판의 약 몇 배인가?
- Ti-6Al-4V 등의 α+β형 티타늄 합금에서는, β 변태점 위에서 냉각하면 판상의 α가 다발을 이룬 층상 조직이 되고, β 변태점 아래에서 가공하여 풀림하면 등축 α를 포함한 조직이 된다. 이 두 조직의 성질 차이로 옳은 것은 무엇인가?
- α형이나 α+β형 티타늄 합금의 설계에서는, α상을 안정하게 하는 원소의 효과를 알루미늄 당량 [Al]eq = [Al] + [Sn]/3 + [Zr]/6 + 10[O](mass%)로 정리하여 약 9를 넘지 않게 하는 기준이 있다. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 합금에서 산소를 0.10 mass% 함유할 때, [Al]eq에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- Ni기 합금인 718 합금(Ni-Cr-Fe계로 Nb를 약 5% 함유)은 제트 엔진의 디스크 등에 널리 사용된다. 이 합금의 강화와 특징에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?