전산응용기계제도기능사 재료의 성질 — 기계적 성질과 물리적 성질의 구분

금속 재료의 성질은 크게 기계적 성질과 물리적 성질로 나뉜다. 기계적 성질은 외력이 가해졌을 때 재료가 어떻게 반응하는지를 나타낸다. 인장강도는 당겼을 때 끊어지는 힘, 연신율은 늘어난 길이의 비율, 경도는 표면의 단단함이므로 모두 하중에 대한 반응이다. 반면 비중은 단위 부피당 무게로, 하중과 무관하게 재료가 지닌 고유한 물리량이므로 물리적 성질에 속한다. 성질을 분류할 때는 외력이 작용했을 때의 반응인지를 기준으로 삼으면 된다.

기계 재료에는 기계적 성질과 화학적 성질 외에도 만들기 쉬운 성질이 필요하다. 주조성은 녹여 부어 모양을 만드는 성질, 소성은 눌러서 변형시키는 성질, 절삭성은 깎아내는 성질이다. 여기에 값싸고 쉽게 구할 수 있는 경제성까지 갖춰야 대량 생산이 가능하다. 열처리성도 중요한 요건이다. 열처리는 가열과 냉각으로 경도와 강도를 조절하는 공정이므로, 열처리성이 떨어진다는 설명은 기계 재료의 성질로 맞지 않다.

합금 원소를 넣으면 여러 성질이 함께 개선된다. 탄소강에 니켈, 크롬, 텅스텐, 규소, 망간 같은 원소를 합금하면 기계적 성질과 내식성, 고온에서의 기계적 성질이 좋아진다. 합금 원소는 결정립을 미세하게 만들어 강도를 높이는 쪽으로 작용하므로, 결정입자의 성장은 성질 개선에 해당하지 않는다. 결정립이 커지면 오히려 취성이 늘어난다.

구리는 전연성과 전기·열 전도성, 내식성이 뛰어나다. 가공이 쉽고 전선이나 열교환기 재료로 널리 쓰인다. 다만 비중이 약 8.9로 무거워 경금속에는 들지 않는다. 경금속은 비중이 5 이하인 금속을 말하며, 알루미늄이 약 2.7, 마그네슘이 약 1.7이다. 구리가 경금속에 속한다는 설명이 틀리는 까닭이 여기에 있다.

알루미늄은 비중이 약 2.7인 은백색 금속이다. 가볍고 내식성과 가공성이 좋으며, 전기와 열의 전도도가 높아 전기전도율이 구리의 60% 이상에 이른다. 주조가 쉽고 다른 금속과 잘 합금되며, 대기 중에서 표면에 산화막을 만들어 부식에 강하다. 이 같은 성질 덕분에 송전선 재료로도 쓰인다. 비중 2.7, 가벼움, 전도성, 송전선이라는 단서가 겹치면 알루미늄을 먼저 떠올리면 된다.

구리 합금도 성질과 용도로 구분한다. 청동에 인을 1% 이하로 첨가하면 기계적 성질과 내식성이 좋아지는데, 이를 인청동이라 하며 기어와 베어링, 밸브 시트 같은 기계 부품에 쓰인다. 구리에 니켈을 60에서 70% 넣은 니켈-구리계 합금은 모넬메탈로, 내식성이 좋아 화학 공업용 재료로 많이 쓰인다.