[기계안전기술사] 문제풀이 2021년 124-1-13 금속의 기계적 성질

문제) 2021년 제124회 124-1-13
13. 금속의 기계적 성질 5가지에 대하여 설명하시오.

답
금속의 기계적 성질

(1) 강도(strength)
재료가 외부의 하중에 견디는 정도
재료에 외력을 작용시키면 변형되거나 파괴되는데
이 외력에 대해 재료단면에 작용하는 최대 저항력을 말하며
인장강도(tensile strength), 굴곡강도(bending strength), 전단강도(shearing strength), 압축강도(compression strength), 비틀림 강도(torsion strength) 등이 있다.
반복되는 하중에 견디는 피로 강도, 고온에서 장시간 견디는 크리프 강도 등이 있다.

(2) 경도(hardness)
- 재료의 단단한 정도를 나타내는 것
한 물체에 대한 경도는 이것을 다른 물체로 눌렀을 때에
그 물체의 변형에 대한 저항력의 크기로 측정한다.

경도 시험기로 측정하며, 일반적으로 인장 강도에 비례한다.
경도가 큰 재료는 일반적으로 내마모성도 크며, 주로 공구 재료로 사용된다.
어느 정도까지는 경도가 커지면 강도도 증가되나 경도가 너무 커지면 오히려 취성이 증가된다.

(3) 인 성(toughness)
  굽힘이나 비틀림 등의 하중을 가할 때 견디는 성질, 재료의 질긴 정도
충격에 대한 재료의 저항, 즉 굽힘이나 비틀림 작용을 반복하여 가할 때 이 외력에 저항하는 성질이며 끈기가 있고 질긴 성질을 말한다.
일반적으로 인성이 큰 재료는 가공하기 좋으며 유리와 같이 취성이 큰 재료는 가공하기 어렵다.

(4) 연성(Ductility) / 전성(Malleability)
금속 재료에 누르는 타격을 가할 때 넓게 펴지는 성질(전성),
잡아당겼을 때 가늘게 늘어나는 성질(연성)
전,연성은 금속 재료의 단면 수축률 및 연신율과 관련 있으며,
일반적으로 전,연성이 좋은 재료는 소성가공에 적합하다.

연성이란 재료에 장력을 가해 소성변형을 일으키게 하여 선상으로 늘릴 수 있는 성질을 말한다.
철사는 이와 같은 성질을 이용해서 만든다.
연성은 통상 인장시험에 있어서 시장 또는 교축의 대소에 의해서 비교된다. 그 순서는 다음과 같다.
    금(Au) > 은(Ag) > 알루미늄(Al) > 구리(Cu) > 백금(Pt) > 아연(Zn) > 니켈(Ni)

전성이란 해머링 또는 압연에 의하여 재료에 금이 생기지 않고 얇은 판으로 넓게 펼 수 있는 성질로 그 순서는 다음과 같다.
Au → Ag → Pt → Al → Fe → Ni → Cu → Zn

(5) 연신율(Elongation percentage)
원래의 길이에 대해 늘어난 길이의 비
재료에 하중을 가하면 늘어났다가 어느 점에서 파괴된다. 이때 원래의 길이와 늘어난 길이의 비를 연신율이라 한다.

기타 금속재료의 주요 기계적 성질

(6) 메짐성(shortness)
인성에 반대되는 성질, 즉 잘 부서지고 혹은 잘 깨지는 성질을 말한다.

(7) 피 로(fatigue)
정적인 하중으로 파괴를 일으키는 응력보다 휠씬 작은 응력이라도 오랜 시간에 걸쳐 연속적으로 되풀이하여 작용시키면 재료가 결국 파괴되는데 이와 같은 현상을 피로라 하며 그 파괴현상을 피로파괴라 한다.

(8) 크리프(creep)
금속 재료를 고온에서 오랜 시간 외력을 걸어 놓으면 시간의 경과에 따라서 서서히 그 변형이 증가하는 현상을 일으키는데 이 현상을 크리프라 하며 이 변형이 증대될 때의 한계 응력을 크리프 한도(creep limit)라 한다.

(9) 가단성(Forgeability)
재료의 단련하기 쉬운 성질, 즉 단조, 압연, 인발 등에 의하여 변형시킬 수 있는 성질을 말한다.

(10) 주조성(castability)
금속 주조의 난이성을 나타내는 성능이다. 유동성, 점성, 수축성 등이 포함된다.

(11) 항복점(yielding point)
탄성한계 이상의 하중을 가하면 하중과 연신율은 비례하지 않으며 하중을 증가시키지 않아도 시험편이 늘어나는 현상을 항복현상이라 하고 항복현상이 일어나는 점을 항복점이라 한다.

(12) 소성 가공성
재료를 소성 가공하는데 용이한 성질로써 단조성, 압연성, 성형성 등이 있다.

(13) 접합성
재료의 용융성을 이용하여 두 부분을 반영구적으로 접하게 하는 난이도의 성질로서 용접, 단접, 납땜 등이 있다.

(14) 절삭성
절삭 공구에 의해 재료가 절삭되는 성질을 말한다.


1. 물리적 성질
(1) 색 - 순금속 재료는 흰색 계통이 많고 금은 노란색, 구리는 갈색, 황동은 황색, 합금의 색은 그 성분 금속 재료의 어느 한쪽과 유사하든지 그 중간색을 띠는 것이 보통

(2) 비중과 밀도
   밀도 ≥ 5g/cm3 을 중금속 밀도 〈 5g/cm3 을 경금속이라 한다.

(3) 용융점 - 금속을 가열하면 녹아서 액체가 되는 온도

(4) 전기 전도율(도전율)
    은(Ag) 〉 구리(Cu) 〉 금(Au) 〉 알루미늄(Al) 〉 마그네슘(Mg) 〉 아연(Zn) 〉 니켈(Ni)

(5) 선팽창 계수(열팽창 계수) - 온도가 1℃ 변화할 때 재료의 길이 변화

(6) 자성 - 유도 작용에 의해 자기를 띠어 자석을 자화되는 성질