금속> 철 과 비철금속

<< 철 금속 >>   *** 금속의 종류 - 선철, 순철, 탄소강, 주철, 합금강   1. 선철 제철소에서 철광석을 석회석, 코크스와 함께 용광로 속에 넣고 높은 온도로 가열하여 녹여서 만든다. 선철에는 탄소(C) 이외에 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등이 포함되어 있으며, 탄소의 함유량에 따라 철의 성질이 크게 달라진다.   2. 순철 철 이외의 탄소나 다른 원소의 불순물이 거의 없는 순수한 철로, 철에 0.02% 이하의 탄소가 함유되어 있다. 재질이 연하여 실험용, 전동기, 발전기, 변압기의 철심용 재료로 사용된다.   3. 탄소강 철에 약간의 탄소가 함유된 금속으로, 탄소의 함유량에 따라 다음과 같이 구분한다.     4. 주철 탄소강보다 탄소의 함유량이 훨씬 많은 철로, 다음과 같은 특징을 지닌다.   가. 휘거나 늘어나는 성질이 거의 없어 압연으로 제품을 만들 수 없다. 나. 충격에 약해 깨지기 쉬워 두들겨서(단조) 제품을 만들 수 없다. 다. 녹는점이 낮아 주조 작업으로 제품을 만들기 쉽다. 라. 표면이 굳고 녹이 잘 슬지 않아 기계의 몸체, 수도관 등에 사용된다. 마. 내마모성, 진동 흡수성이 우수하여 실린더, 기어, 자동차 부품, 농기구 등에 사용된다. 바. 압축 강도는 크나 인장 강도는 약하다. 사. 연성과 전성이 아주 작아 잘 쪼개진다.   5. 합금강 탄소강의 성질을 보완하기 위하여 탄소강에 니켈, 크롬, 망간, 몰디브덴 등의 특수 원소를 첨가하여 용도에 알맞은 성질을 가지도록 한 것이다. 가. 구조용 합금강 : 탄소강보다 강도와 경도 및 인성을 높인 강으로 교량, 선박용, 차축 스프링, 자동차 및 비행기 부품 등에 사용된다. 나. 공구용 합금강 : 경도가 크고 내마멸성이 좋으며, 고온에서 경도가 유지되는 강으로 고속도강 및 드릴, 탭, 톱날 등의 절삭 공구 재료로 사용된다. 다. 특수용 합금강 1) 스테인리스 강 : 철에 크롬 또는 크롬과 니켈을 첨가하여 쉽게 녹슬지 않도록 한 것으로, 식기류, 의료 기구, 화학 공업용 장비 등에 사용된다. 2) 내열강 : 고온에서도 산화 또는 가스의 침식에 잘 견디며, 기계적 성질의 변화가 적다. 3) 스프링 강 : 탄성 한계가 커서 스프링에 쓰인다. 4) 기타 자석강, 불변강, 베어링 강 등이 있다.   5. 철강의 제조 공정 철강의 공정은 크게 제선, 제강, 압연의 3단계로 구분하며, 이 3단계의 공정이 하나의 장소에서 이루어지는 것을 일괄 제철 공정이라 한다. 포항 종합 제철이 이 공정에 의해 생산하고 있다.   가. 제선 공정 원료인 철광석과 소결 공정을 거친 석회석, 코크스 공정으로부터 코크스를 이동시켜 고로(용광로)에 넣은 후 가열, 철광석을 녹여 용선을 추출하는 공정을 말한다. 나. 제강 공정 제선 공정을 거쳐 나온 선철(용선)은 탄소 함유량이 많고 상당량의 규소, 망간, 인, 황과 같은 불순물이 함유되어 있어 경도가 높고 취약한 성질이 있다. 이러한 선철을 잘 늘어나면서 강인한 강으로 만들려면 다시 정련하여 탄소의 량을 줄이고 불순물을 제거하는 공정을 거쳐야 한다. 이러한 공정을 제강이라 한다. 다. 압연 공정 강의 성질인 연성과 전성을 이용하여 사용 용도에 따라 가공, 변형을 주는데, 강괴(철 덩어리)를 롤 사이에 끼워 간격을 좁히면서 늘리거나 얇게 성형하는 공정이다.     << 비철 금속 >> 철 금속 이외의 금속을 비철 금속이라고 한다.   1. 비철 금속의 제조 자연 상태의 비철 금속 광석으로부터 비철 금속을 채취하는 것을 제련이라고 한다. 제련에 의해서 얻은 비철 금속은 일반적으로 불순물이 포함되어 있으므로, 선광 처리 과정을 거쳐 예비 처리한 후 제련과 정련 공정을 거쳐 필요로 하는 순도의 금속을 얻는다.   비철 금속의 제련에는 다음과 같은 방법이 있다.   가. 건식 제련법 : 광석을 녹여서 필요로 하는 금속을 불순물과 분리하여 제련하는 방법으로 구리, 니켈, 코발트 등의 제련에 이용된다. 나. 습식 제련법 : 비철 금속을 수용액 중에서 분리하여 제련하는 방법으로, 금, 은, 구리, 중석, 우라늄 등의 제련에 이용된다.   << 구리와 그 합금 >> 1. 구리 대부분 원료 광석인 황동광을 제련하여 얻는 구리는 대표적인 비철 금속 재료로서 비중이 8.90이고, 녹는점은 1083℃이다. 광택은 붉은색을 띠며, 다음과 같은 성질을 지닌다.   가. 특성 1) 전기 및 열의 전도도가 우수하다. 2) 전성과 연성이 좋아 가공하기 쉽다. 3) 화학적 저항력이 커서 내식성이 좋다. 나. 성질 색깔이 아름답고 아연, 주석, 니켈 등과 합금하여 더욱 우수한 성질을 가진다. 다. 용도 : 전기 부품, 컴퓨터 부품, 전자 기기 부품, 반도체 칩의 단자 등   2. 구리 합금 가. 황동 1) 구리(CU)와 아연(Zn)의 합금이다. 2) 성질 가) 순수한 구리에 비하여 기계적 성질이 우수하다. 나) 연성, 전성이 풍부하여 가열하지 않고도 가공이 가능함. 다) 가공성과 주조성 및 내식성이 좋다. 라) 청동에 비하여 값이 싸고 아름답다. 3) 용도 : 판, 선, 관, 막대 등의 형태로 가공하여 전기 부품, 기계 부품, 일용품, 장식품 등에 사용한다. 나. 청동 1) 구리(CU)와 주석(Sn)의 합금이다. 2) 성질 가) 내식성이 우수 나) 황동에 비하여 마멸이 덜되고 주조성이 좋다. 다) 값이 비싸다. 3) 용도 : 종, 동상, 밸브 및 베어링 등에 사용한다.   << 알루미늄과 그 합금 >> ※ 알루미늄에 대하여 알루미늄은 철에 이어 구리와 함께 가장 널리 사용되어지는 경금속으로, 오늘날 다른 모든 비철 금속의 생산량보다 더 많이 생산되고 있다. 지구 표면의 약 8퍼센트를 구성하고 있으며, 세 번째로 풍부한 원소이다. 그런데 왜 곧바로 발견이 되지 않았을까? 그 이유는 자연 상태에서 금속적 형태로는 절대 얻을 수 없기 때문이다. 즉, 산소 또는 다른 원소와 결합되어 바위, 점토, 흙, 식물 등에서 대부분 발견되기 때문이다. 알루미늄은 일찍부터 인간에 의해 사용되어 왔는데, 도자기는 알루미늄이 풍부한 수산화규산염이 있는 점토로 만들어졌고, 고대의 중동 문명은 알루미늄염을 염료와 약품으로 사용하였다. 그것들은 소화제와 치약으로 지금까지 사용되고 있다.   1. 알루미늄 가. 은백색의 아름다운 금속으로 비중이 작고 가볍다. 나. 특징 1) 비중이 작다. (알루미늄의 비중은 2.7로 철(7.87), 구리(8.9)의 약 1/3이다.) 2) 공기 중에서 산화 피막을 형성하여 자기 방호를 하기 때문에 공기나 물 속에서 잘 부식되지 않는다. 3) 열 및 전기 전도도가 크다.(열 전달은 철의 5배, 전기 전도도는 구리의 약 60%.) 4) 전성과 연성이 크다. → 가공이 쉽다. 5) 무독성 - 독성이 없어 식기, 식용품 등의 용기나 포장에 사용한다. 6) 100% 재활용된다. 7) 참고 - 전기 전도율 은>구리>금 다음으로 높다.   2. 알루미늄 합금 알루미늄 합금은 알루미늄에 구리, 규소, 아연, 마그네슘, 니켈, 망간 등을 첨가한 것한다. 주조성, 내식성, 내열성이 우수하여 건축 자재, 자동차, 항공기, 광학 기계, 전기 기계, 화학 공업 등의 부품 재료로 쓰인다. 알루미늄 합금에는 기계 부품, 정밀 주물에 쓰이는 실루민(silumin)과 강력 구조재로 쓰이는 두랄루민(duralumin) 등이 있다. 가. 두랄루민(duralumin) 1) 구리와 마그네슘 및 그 외 1∼2종의 원소를 알루미늄에 첨가하여 만든다. 2) 500∼510℃ 정도로 가열한 후 물속에서 급속 냉각시키면 매우 연한 상태가 되는데, 이것을 상온에 방치하면 시간이 경과될수록 경화되어 철재 정도의 강도를 지닌다. 3) 비중이 2.8이어서 철강의 1/3 밖에 되지 않으므로 중량당 강도가 매우 우수하기 때문에 비행기의 재료로 많이 사용된다. 4) 두랄루민은 구리가 섞여 있어 알루미늄 합금 중에서도 내식성이 좋지 않은 단점을 가지고 있다. 나. 각종 알루미늄 합금의 용도 - 비행기 몸체와 기관, 자동차 부품, 카메라, 측량기 및 레저 용구 등   [출처] 철 금속과 비철 금속 (기술가정 내 맘대로 주무르기)