기계 재료의 분류와 철강 재료

이번 시간에는 NCS교재 요소부품재질선정 부분을 정리하도록 하겠습니다.

 

기계 재료

1) 기계 재료 분류

출처 : 교육부(2019)

 

2) 철강 재료

2-1) 철강 재료의 특징

     가) 철강은 광석이나 제조 과정에서 적은 양의 C, Mn, Si, P, S 등이 함유되어 있으며, 이들 철강의 5원소 중에서 탄소의 양에 따라 철강의 성질이 가장 크게 좌우된다.

 

    나) 철강 재료는 강도, 경도, 인성 등의 기계적 성질이 우수하고, 열처리를 통해서 재료의 성질을 개선시킬 수 있다.

          ※ 강도 : 재료에 압축이나 인장 하중을 가했을 때 생기는 파괴에 대한 물체의 저항값

          ※ 경도 : 물체의 굳은 정도로 다이아몬드 추로 시험 물체를 압입했을 때 생기는 저항값
          ※ 인성 : 물체가 잘 늘어나고 퍼지는 성질

 

    다) 철강을 탄소의 함량에 따라 철, 강(탄소강), 주철로 분류하며, 또한 탄소강에 합금 원소를 첨가하여 기계적 성질을 개선한 합금강이 있다.

 

    라) 탄소를 거의 함유하지 않는 순철은 너무 물러 기계 재료로는 사용하지 않고 있으며, 탄소를 많이 함유한 주철은 구부러지거나 늘어나지 않고 쉽게 깨지는 성질이 있어 소성가공은 어렵고, 고온에서 녹인 다음 주형에 부어 굳혀서 주물품을 만들어 사용한다.

          ※ 소성 : 고체는 일정한 힘에 의해 변형되면 원래대로 돌아가지 않는 성질

          ※ 소성가공 : 일반적으로 프레스 가공이라 불리며 가공물에 형을 대고 눌러서 원하는 형상을 만드는 기술

 

    마) 탄소강 및 합금강은 기계적 성질이 우수하고 가공성이 좋아 압연, 단조 등의 소성가공 또는 절삭가공을 하여 사용한다.

          ※ 절삭가공 : 회전하는 공작물에 팁이 달린 공구를 갖다대고 이송시켜 원하는 형상이나 치수로 가공하는 선삭가공, 가공물을 고정하고 공구를 회전시켜 가공하는 밀링가공, 드릴이나 리머, 탭과 같은 공구를 회전시켜 소재에 구멍을 뚫거나 나사를 내는 구멍 뚫기 가공이 있다.

출처 NCS교재 : 요소부품 재질 선정

 

2-2) 탄소강

    가) 일반 구조용 압연 강재(SS재) - 특별한 기계적 성질이 필요하지 않은 구조물에 사용

 

    나) 기계 구조용 탄소강(SM재) - 0.1~0.58%C의  탄소 함유량에 따라 SM10C~SM58C가 있고, 탄소 함유량이 증가함에 따라 항복강도와 인장강도, 경도가 증가하고, 담금질성이 좋아지며, 연신율은 감소

          ※ 항복강도 : 물체를 일정 크기의 힘 이상으로 당긴 후 힘을 놓으면 원래 상태로 돌아가지 못하고 더 길어지는데 원래 상태로 돌아갈 수 있을 때의 최대 힘을 항복강도라고 한다.

          ※ 인장강도 : 항복응력을 넘어 더 많은 힘을 가하면 물체가 늘어나면서 마지막에는 물체가 절단되는데 절단되기 전까지 가해진 힘 중 가장 큰 힘을 인장강도라고 한다.

 

    다) 탄소공구강 : 0.6~1.5% C의 고탄소강으로 탄소 함유량에 따라 STC 60 ~ STC 140이 있으며 탄소량이 적은 공구강들은 인성이 필요한 공구에, 탄소량이 많은 공구강들은 절삭 능력, 경도, 내마모성이 요구되는 절삭공구, 게이지, 수공구, 칭고구, 금형 등에 사용

 

    라) 단강(SF재) : 탄소강 단조 제품을 만들기 위한 재료를 단강(forged steel)이라고 하고, 인장강도에 따라 SF340A ~ SF590A가 있으며, 불림, 풀림 또는 담금질-뜨임 처리를 해서 사용한다.
SF440A 이하는 기계 구조용 부품, 핀, 레버, 핸들 등에 사용하며, SF 490A, SF540A는 축, 볼트, 너트, 키, 클램프 등에 사용된다.

 

    마) 주강(SC재) : 주철로는 강도가 부족할 때 탄소강 주조 제품을 만들기 위한 재료를 주강(cast steel)이라고 하고, 인장강도에 따라 SC360~SC480이 있으며, 강도를 요구하는 주물품에 SC450, SC480를 많이 사용한다.

 

2-3) 합금강

    가) 구조용 합금강 : 탄소강에 소량의 합금 원소를 첨가하여 인장강도와 인성을 크게 한 강으로 Cr강, Ni-Cr강, Ni-Cr-Mo강, Cr-Mo강, Mn강 등이 있다.

 

    나) 공구용 합금강 : 각종 공구 재료로 이용되는 합금강은 고온에서 경도가 크고, 인성 및 마멸 저항이 크고, 열처리 및 가공이 용이하고 열처리 변형이 적은 특성을 갖추어야 한다.
또한 탄소 공구강보다 강도, 인성, 내마모성이 우수해야 한다. 그러므로 공구용 합금강은 고탄소강에 Cr(크롬), W(텅스텐), V(바나듐), Mn(망간), Co(코발트), Mo(몰리브덴) 등이 하나 이상 첨가된다.

 

    다) 특수 용도용 합금강 : 스프링강, 스테인리스강, 내열강, 고탄소 크로뮴 베어링강 등이 있다.

 

2-4) 주철

    주철은 철과 탄소 그리고 Si(규소, 영어로는 실리콘)가 비교적 많이 함유된 합금으로 강에 비해 융점이 낮고, 유동성이 우수하여 복잡한 형상이라도 주조가 용이하다. 또한 압축 강도가 매우 크며(인장강도의 3~4배), 조직 중에 흑연이 점재하기 때문에 절삭성이 좋고 진동 흡수능이 크다.　(강의 5~10배) 실용 주철은 탄소 함유량이 2.5~4.5% 정도이다.