금속재료 및 용접기술- Material/Welding P.E.
금속재료/용접 기술사가 전하는 기술과 과학 이야기
1. 서론: 강함의 본질은 ‘방해’에 있다 금속이 변형된다는 것은 내부의 결함인 전위(Dislocation)가 움직인다는 것을 의미한다. 따라서 금속을 강하게 만드는 강화기구(Strengthening Mechanisms)의 모든 기술적 원리는 이 전위의 이동을 얼마나 효과적으로 방해하느냐로 귀결된다. 재료 공학자들은 원자 단위의 설계를 통해 전위의 길목에 장애물을 배치하며, 이를 ‘강화기구’라 부른다. 즉, 전위는 도로를 달리는 차와 같다. 이 차가 달리는 것을 막는 … 더 읽기
1. 서론: 철강 재료의 나침반, Fe-Fe₃C계 상태도 철(Fe)에 탄소(C)를 첨가하여 만들어지는 강(Steel)은 인류 문명을 지탱하는 가장 중요한 소재다. 탄소 함량과 온도 변화에 따라 철의 내부 조직이 어떻게 변하는지를 나타낸 ‘Fe-Fe₃C 계 상태도’는 금속 재료의 성질을 결정짓는 절대적인 지표다. 철강이나 재료를 다루는 엔지니어는 이 지도를 이해함으로써 우리는 원하는 강도와 인성을 가진 최적의 재료를 설계할 수 있다. … 더 읽기
1. 서론: 전기 저항이 사라지는 신세계 일반적인 금속 도체는 온도가 낮아짐에 따라 전기 저항이 점진적으로 감소하지만, 절대영도(0 K) 근처에서도 미세한 저항이 남는다. 그러나 초전도체(Superconductor)라 불리는 특정 물질들은 ‘임계 온도(Tc)’라고 불리는 특정 지점에서 전기 저항이 마치 스위치를 끈 듯이 ‘0’이 되는 경이로운 현상을 보인다. 이것이 바로 초전도 현상이며, 이를 구현하는 물질을 초전도체(Superconductor)라고 한다. 이는 인류가 직면한 … 더 읽기
1. 서론 주철에 대한 3번째 글로서 주철의 접종(Inoculation)에 대해 알아보고자 한다. 주철은 탄소 함량이 높아 주조성이 우수하지만, 냉각 속도나 화학 성분에 따라 탄소가 흑연으로 석출되지 못하고 시멘타이트(Fe₃C) 형태인 ‘백주철’로 응고되기 쉽다. 이러한 칠(Chill) 현상은 주물의 기계 가공성을 저하시키고 취성을 유발한다. 이를 방지하기 위해 쇳물을 붓기 직전 소량의 특수 원소를 첨가하여 흑연화를 촉진하고 조직을 미세화하는 공정을 … 더 읽기
1. 서론 금속의 기계적, 물리적 성질은 결정 격자의 완벽함이 아니라 그 속에 존재하는 ‘금속결함 (Crystal defects)에 의해 결정된다. 이론적으로 완벽한 결정 구조를 가진 금속은 매우 강할 것 같지만, 실제 금속은 이론치보다 훨씬 낮은 응력에서 변형된다. 그 이유는 금속 내부에 존재하는 구조, 조성적‘결함(Defects)’ 때문이다. 아이러니하게도 엔지니어는 이 결함을 적절히 제어하여 금속의 강도를 높이는 ‘강화 기구’로 활용한다. … 더 읽기
1. 서론 순금속은 부드럽고 전연성이 좋지만, 공업적 재료로 쓰기에는 강도가 부족한 경우가 많다. 이를 보완하기 위해 다른 원소를 첨가하여 ‘합금(Alloy)’을 만드는데, 그 가장 기본 상태가 바로 고용체(Solid Solution)이다. 고용체는 용매 원자의 결정 격자 속에 용질 원자가 균일하게 녹아 들어가 단상(Single Phase)을 유지하는 상태를 말하며, 합금의 기계적 성질을 결정짓는 출발점이 된다. 현장에서 사용되는 대부분 재료는 순금속이라기 … 더 읽기
1. 서론 주철(Cast Iron)은 단순히 탄소량이 많은 철이 아니라, 다양한 합금 원소와 냉각 조건의 정밀한 상호작용으로 탄생하는 야금학의 결정체이다. 주철 1편에서 주철(Cast Iron)의 정의와 분류를 다루었다면, 이번편에서는 주철의 성질을 결정짓는 내부 5대 원소의 상세 역할과 조직 개선을 통해 기계적 성질을 극대화하는 원리에 대해 알아 보고자 한다. 현장 설계에서 가장 많이 사용하는 재료중 하나인 주철에 대해서는 … 더 읽기
1. 주철(Cast Iron)의 정의 주철(Cast Iron)은 일반적으로 2.11% 이상의 탄소(C)를 함유한 Fe-C계 합금을 일컫는다. 실제 산업 현장에서는 보통 2.5% ~ 4.5%의 탄소와 1% ~ 3%의 규소(Si)를 함유한 4원소 이상의 합금 형태로 사용된다. 강(Steel)에 비해 융점이 낮고 유동성이 우수하여, 복잡한 형상을 만드는 ‘주조’ 공정에 최적화된 재료이다. 플랜트 현장에서는 밸브 body 재료로 많이 사용되는데, 주조성이나 내마모성면에서는 우수하지만, … 더 읽기
1. 오스테나이트(Austenite) 스테인리스강이란? 스테인리스강은 금속 조직에 따라 마르텐사이트, 페라이트, 오스테나이트(Austenite) 등으로 분류된다. 그중 오스테나이트(Austenite) 스테인리스강은 철(Fe)에 크롬(Cr, 18% 이상)과 니켈(Ni, 8% 이상)을 주합금 원소로 첨가하여 상온에서도 오스테나이트 조직을 유지하게 만든 강종이다. 전 세계 스테인리스 생산량의 약 60~70%를 차지할 정도로 범용성이 높으며, 대표적으로 ’18-8 스테인리스강’이라 불리는 300계열이 여기에 속한다. 현장 설계 엔지니어로서, 오스테나이트 스테인리스강은 탄소강이나 Low … 더 읽기
금속재료를 다루는 엔지니어라면 재료의 강도나 경도 같은 정적인 특성뿐 아니라, 하중 이력에 따라 변하는 거동까지 이해해야 한다. 그중에서도 재료가 겪은 하중의 이력이 다음 변형에 영향을 주는 ‘바우싱거 효과(Bauschinger Effect)’는 실무에서 매우 중요한 개념이다. 집에서 철사를 끊으려고 할 때, 가위가 없으면 보통 같은 자리를 앞뒤로 반복해서 구부리곤 한다. 신기하게도 처음에는 빳빳하던 철사가 몇 번 반복하면 어느 … 더 읽기