기계설계에서 재질 선정은 매우 중요한 요소 중 하나입니다. 부품의 성능, 내구성, 가공 용이성, 환경 조건에 따른 내성 등 많은 영향을 미치는 요소이며, 매우 다양한 종류의 재질이 있어 설계자가 정확한 특성을 파악하여 원하는 곳에 적절히 사용하여야 합니다.
알루미늄
알루미늄재질은 일반적으로 사용되는 재질 중 하나입니다. 알루미늄의 특성은 경량성, 내식성, 열전도성, 전기전도성, 가공성이 좋은 특성이 있습니다. 알루미늄은 비교적 가벼운 재질이어서 구조물의 무게를 줄일 수 있으며, 운송 시 비용절감에 유리합니다. 알루미늄은 산소와 반응하여 표면에 산화물 코팅을 형성하여 내식성을 제공하지만 일부 특수한 환경에서는 부식이 발생할 수 있으므로 적절한 후처리를 조치하여야 합니다. 알루미늄은 열전도성 또한 높아 빠른 열전달이 가능하여 열 관련 설계에 적합하고, 열이 잘 분산되는 기계 부품에 많이 사용합니다. 또한, 전기 전도성도 우수하여 전기적인 응용에도 많이 사용하고 있습니다. 재질의 특성상 가공이 쉬워 다양한 형태로 가공할 수 있는 장점이 있어 주로 주조, 압출, 인발 등 다양한 가공 공정을 통하여 원하는 형태로 제작할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 경량인 만큼 다른 금속 재질보다 상대적으로 낮은 강도를 가지고 있습니다. 그러나 경질 아노다이징 후처리로 어느 정도 강도 문제를 해결할 수 있습니다. 열전도성은 좋지만 낮은 용융점을 가지고 있어 고온 환경에서 사용 시 알루미늄이 변형될 수 있습니다. 이러한 성질을 가지고 있는 대표적인 알루미늄 합금은 6061, 5052, 7075, 2024 합금 등이 있습니다. 6061 합금은 알루미늄, 망간, 마그네슘, 규소 등으로 구성되어 있는 합금이며, 강도와 가공성이 좋고 우수한 용접성을 가지고 있습니다. 5052 합금은 알루미늄과 마그네슘으로 구성된 합금이며, 내식성이 우수한 특징이 있습니다. 7075 합금은 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리 등으로 구성되어 있는 합금이며, 우수한 강도와 경량성이 좋은 특징이 있습니다. 2024 합금은 알루미늄, 구리, 망간 등으로 구성된 합금이며, 강도와 가공성이 좋아 우수한 강도와 저중량이 필요한 곳에 사용하는 특징이 있습니다. 이 외에도 6063, 5083, 2014 등 많은 알루미늄 합금이 있어 설계자가 요구되는 특성에 따라 선정을 하여 사용하여야 합니다.
스틸
스틸은 철과 탄소를 포함한 합금이며, 가장 널리 사용되는 기계 부품 재료 중 하나입니다. 높은 강도를 가지고 있어 알루미늄보다 높은 강도를 필요로 할 때 사용되기도 합니다. 스틸 또한 가공성이 용이하여 다양한 형태로 가공할 수 있어 주조, 압연, 성형, 절단, 용접 등 다양한 가공을 통하여 부품을 만들 수 있습니다. 대부분의 스틸은 철분의 산화를 방지하기 위하여 표면처리를 하여 내식성을 향상해 사용합니다. 하지만 특정한 환경에서는 부식이 발생될 수 있어 후처리를 통하여 부식 방지를 하여야 합니다. 또한, 스틸은 알루미늄에 비해 높은 밀도를 가지고 있어 상대적으로 무게가 많이 나가 하중계산을 하여 사용하여야 하고 고온에서 변형될 수 있어 다른 재질을 검토하여야 합니다. 스틸의 대표적인 종류는 탄소강, 스테인리스 스틸, 합금강 등이 있습니다. 탄소강은 철과 탄소를 가지고 있으며, 탄소의 함량에 따라 다양한 강도와 경도를 가질 수 있어 일반적으로 저탄소강, 고탄소강으로 분류됩니다. 스테인리스 스틸은 크롬을 주요 합금으로 가지고 있어 내식성이 우수한 특징을 가지고 있습니다. 합금강은 철과 탄소 외 망간, 크롬, 니켈 등을 첨부하여 사용하고 종류와 함량에 따라 강도, 경도, 내식성, 내열성 등의 특성을 조절하여 사용합니다. 이 외에도 다양한 스틸 합금이 존재하며, 설계자가 요구되는 특성에 따라 선정을 하여 사용하여야 합니다.
열간 압연 강판과 냉간 압연 강판
열간 압연 강판과 냉간 압연 강판은 제조 과정에서 열과 냉기를 사용하여 형성된 강판이며, 각각 다른 특징을 가지고 있습니다. 열간 압연 강판은 높은 인성과 낮은 경도를 가지고 있어 가공성을 향상하고, 용접이나 가공 시 쉽게 형태가 변형이 됩니다. 또한 열로 인하여 표면에 스케일이 형성이 되어서 표면이 거칠지만 이후 표면처리를 하면 부드러운 표면을 가질 수 있고 냉간 압연 강판보다 높은 강도를 가지고 있어 건설, 자동차 산업, 해양 산업 등에서 널리 사용됩니다.
냉간 압연 강판은 정밀한 치수 제어를 통하여 두께, 폭, 평면도 등 높은 정밀도를 가질 수 있습니다. 또한 냉간 압연 과정에서 스케일이 제거되어 표면이 부드러워 도금, 도장처리에 이상적으로 사용합니다. 열간 압연 강판에 비하여 높은 강도를 가지고 있어 정밀한 치수와 우수한 표면 품질이 필요한 자동차 부품, 가전제품 등에 널리 사용됩니다.
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