인청동 정보 - 강도, 특성 및 용도
청동은 구리와 주석의 합금에서 많은 발전을 이루었으며 오늘날에도 여전히 새로운 용도를 찾고 있는 훨씬 더 광범위한 종류의 구리 합금입니다. 그러나 청동의 종류가 다양하여 재료 선택이 어려울 수 있으므로 이 기사에서는 청동의 한 유형인 인청동을 살펴봄으로써 혼란을 어느 정도 완화하는 데 도움이 될 것입니다. 인청동의 물리적, 화학적, 기계적 특성을 조사함으로써 이 기사는 관심 있는 설계자가 이 구리 합금이 자신의 프로젝트에 적합한 선택인지 결정하는 데 도움을 주기 위한 것입니다. 우리는 먼저 인청동의 구성을 조사한 다음 장점, 단점, 기계적 특성을 논의하고 마지막으로 이 유용한 금속의 일반적인 응용에 대해 논의할 것입니다.
인청동의 물리적 특성
구리 합금과 널리 사용되는 응용 분야 간의 공통점을 이해하려면 청동 유형에 대한 기사를 검토하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
아래 그림 1에는 인청동의 구성을 설명하는 정성적 차트가 나와 있습니다.
인청동의 재료 구성을 파이 차트로 표현한 것입니다.
그림 1: 인청동의 질적 분해.
포함된 아연, 철, 납, 인의 비율은 극소량입니다.
그림 1을 보면 인청동이 주로 구리와 주석의 합금으로 구성되어 있는데 왜 그렇게 명명되었는지 이해하기 어려울 수 있습니다. 그 이유는 이러한 합금에 향상된 흐름, 내마모성 및 강성과 같은 고유한 특성을 부여하는 데 중량 기준으로 약 0.03-0.035%의 소량의 인만 필요하기 때문입니다. 주석 청동이라고도 알려져 있지만 인청동으로 간주되기 위해서는 항상 일정량의 인이 존재합니다. 밀도가 약 8.8g/cm3인 이러한 합금의 대부분 형태는 열간 가공, 냉간 가공 및 열처리에 반응합니다. 탄력성이 매우 뛰어나고 피로와 부식에 강하며 쉽게 성형하고 붓고 용접할 수 있습니다. 납을 첨가하면 인청동이 더 강해지고 기계 가공이 쉬워지지만, 무연 인청동은 그 자체로도 강하고 저항력이 있습니다. 이는 내식성 응용 분야뿐만 아니라 탄력 있지만 내구성이 있는 재료가 필요한 기타 응용 분야에 가장 자주 사용됩니다.
저항과 약점
대부분의 인청동 합금은 변색과 부식에 강하므로 전기 도관 및 기타 부식성 환경에 유용합니다. 또한 피로 저항성이 있어 많은 하중 주기 동안 강도를 유지합니다. 주석을 추가하면 강도뿐만 아니라 저항도 증가하는 반면, 납을 추가하면 쾌삭 황동 합금과 사실상 구별할 수 없기 때문에 "기계공의 친구"(합금 COLPHOS 90/C54400)로 알려진 인청동이 만들어집니다. 대부분의 합금은 산소가 있을 때 매력적인 녹청을 형성하므로 장식 용도로도 사용할 수 있습니다. 인청동의 가장 큰 단점은 낮은 전기 전도성일 것입니다. 인은 금속의 전류 전도 능력과 가격을 감소시키기 때문입니다. 인청동 먼지와 연기도 흡입하면 독성이 있으므로 지갑과 폐에 주의하세요.
기계적 성질
아래 표 1은 인청동의 용도 및 강도와 관련된 기계적 특성 중 일부를 보여줍니다. 이 섹션에서는 각 특성을 간략하게 설명하고 이러한 특성이 이 구리 합금을 독특하게 만드는 방법을 보여줍니다.
인장 항복 강도
380-450MPa
55100-65260psi
탄성 계수
110GPa
16000ksi
전기 전도도(순수 구리 대비)
15%
경도(로크웰 B)
75-85
가공성
20-100%
표 1: 인청동 기계적 특성 요약 - 이 표는 일반적인 요약이며 모든 인청동의 실제 특성 목록이 아니라는 점에 유의하십시오.
인장 항복 강도는 재료가 소성 변형되는 지점을 결정하는 응력 값입니다. 이 지점 이하의 응력은 합금을 구부리거나 잡아늘리지 않기 때문에 이는 재료의 비항복 강도를 측정하는 일반적인 방법입니다(항상 예외는 있지만). 이는 구조적 무결성을 손상시키지 않고 재료의 모양을 유지해야 하는 기계 가공 및 응용 분야에서 제조업체에게 유용한 조치입니다. 인청동은 주석과 인의 비율이 높기 때문에 일부 알루미늄 합금과 경쟁할 수 있을 뿐만 아니라 다른 청동을 능가하는 인상적인 항복 강도를 가지고 있습니다. 좋은 스프링 특성과 결합하면 강하고 자체 유지되는 합금이 생성됩니다.
탄성 계수 또는 영률은 재료의 탄성 변형 능력, 즉 재료의 강성을 나타냅니다. 직관과는 반대로 영률이 높을수록 재료의 탄성이 더 크다는 의미이지만 이는 "탄성"의 척도가 아닙니다. 이는 내부 재료의 강도와 힘이 증가할 때 원래 모양으로 돌아올 가능성을 나타내는 척도입니다. 따라서 영률이 높다는 것은 재료가 증가된 하중 조건에서 소성 변형되지 않기 때문에 일반적으로 강하다는 것을 의미합니다. 인청동은 상당히 높은 탄성 계수(대부분의 강철에 비해 거의 절반)를 갖고 있는데, 이는 다른 합금만큼 강하지는 않지만 적당한 조건에서는 그 자체를 유지할 수 있음을 나타냅니다. 이로 인해 인청동은 성형 작업에 유용하고 기계 가공이 더 어려워지지만 이에 대해서는 나중에 더 자세히 설명합니다.
인청동은 순수 구리보다 약 15%의 전기 전도성을 갖고 있습니다. 구리가 전기를 훨씬 더 잘 전달할 수 있는데 왜 전기 응용 분야에 인청동을 사용합니까? 그 답은 인청동의 피로 강도, 내식성, 전기 전도성의 적절한 균형에 있습니다. 위 범주에서 뛰어난 합금은 아니지만 내구성, 강성 및 전도성이 뛰어나 인청동으로 만든 전기 부품이 구리 유사체보다 오래 지속된다는 것을 의미합니다. 결과적으로 인청동은 일반적인 구리보다 기계적, 전기적 부하를 더 잘 견딜 수 있기 때문에 오랫동안 전기 스위치, 패스너, 커넥터 등의 재료로 사용되어 왔습니다.
재료 경도는 항상 일부 표준 경도계에 상대적이며, 다양한 경도 척도는 동일한 일반 카테고리/재료 내의 재료 비교 목록을 제공합니다. 표 1은 구리 합금 및 기타 금속의 경도를 설명하는 데 일반적으로 사용되는 Rockwell B 스케일의 경도 값을 보여줍니다. 경도 값이 낮은 재료는 일반적으로 더 부드러워서 표면이 더 쉽게 긁히고 찌그러지고 국부적으로 변형되는 것을 의미하며, 숫자가 높을수록 긁히기 어려운 재료(붕규산염 유리, 세라믹 등)를 나타냅니다. 참고로 구리의 로크웰 B 경도는 약 50이므로 표 1을 보면 인청동이 순수한 형태보다 긁힘에 더 강한 것이 분명합니다. 또한 강철과 같은 다른 경화성 합금만큼 강하지도 않으며 용도에 따라 더 좋거나 나쁠 수 있습니다. 예를 들어, 에칭과 인레이가 응용 분야의 일부인 경우 인청동은 강도와 기계 가공성 사이의 균형이 잘 맞을 수 있지만 이는 특정 합금 유형과 강화 절차에 따라 다릅니다.
경도와 마찬가지로 가공성은 재료의 가공 능력을 비교하는 척도이며 항상 일부 표준 가공 재료를 참조합니다(청동의 경우 이 재료는 UNS C36000 – 쾌삭 황동). 이 표준 소재의 가공성 점수는 100%입니다. 이는 가공이 쉽고 작업장에서 문제가 거의 발생하지 않음을 의미합니다. 점수가 100% 미만인 합금은 이 기준에 비해 가공하기가 더 어렵고 인청동의 경우가 종종 그렇습니다. 그러나 인청동은 이러한 문제를 해결하기 위해 특별히 제조될 수 있습니다(출처에 따라 대부분의 다른 합금도 마찬가지). 인청동은 납 함량이 높은 제품으로 구입할 수 있으며, 이는 자체 윤활성이 높아져 가공상의 어려움이 사라집니다. 따라서 대부분의 인청동 합금은 밀링하기가 다소 어렵지만 올바른 합금을 선택하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.
인청동의 응용
인청동은 수년 동안 전기 부품에 사용되어 왔지만 기술 발전과 보다 특수한 재료의 필요성으로 인해 여전히 새로운 용도를 찾고 있습니다. 아래에는 인청동 응용 분야 목록이 있지만 이 목록 외에도 많은 용도가 있으며 새로운 응용 분야가 계속 개발되고 있습니다.
몇 가지 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
스프링스
부싱, 부싱 및 베어링
용접봉
보석류
기타줄
치과 브릿지
그리고 더.
