[ 기계 장치 지식 ] 기계장치에 사용되는 재질에 대해서

 

 

 기계장치의 재질은 장치의 성능, 내구성, 신뢰성에 중요한 영향을 미치는 요소로, 각각의 재질은 사용 목적에 따라 다양한 특성을 지닙니다. 재질을 선택할 때는 강도, 경도, 내식성, 내열성, 가공성 등을 고려해야 합니다.  오늘은 주요 기계 장치에 사용되는 재질의 종류와 그 특성에 대해 정리해 보겠습니다.

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1. 철강 (Steel)

1) 탄소강 (Carbon Steel)

• 특징: 탄소 함량에 따라 기계적 성질이 달라지는 금속으로, 저가이며 다양한 용도로 사용됩니다. 탄소 함량이 높을수록 강도와 경도가 증가하지만, 연성과 가공성이 낮아집니다.
• 용도: 자동차 부품, 기계 구조물, 볼트, 너트 등에서 널리 사용됩니다.
• 장점: 강도와 내마모성이 뛰어나고, 열처리에 따라 다양한 물성을 얻을 수 있습니다.
• 단점: 내식성이 낮아, 녹이 잘 발생할 수 있습니다.

2) 스테인리스강 (Stainless Steel)

• 특징: 크롬(Cr)과 니켈(Ni)이 함유되어 있어 내식성이 뛰어난 금속입니다. 광택이 좋고, 고온에서도 잘 견딥니다.
• 용도: 식품 가공 설비, 화학 공정 장비, 의료 기기, 배관, 펌프 부품 등.
• 장점: 내식성이 뛰어나고, 위생적인 환경에서도 사용 가능합니다.
• 단점: 다른 철강에 비해 비싸며, 가공성이 떨어질 수 있습니다.

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2. 비철 금속 (Non-ferrous Metals)

1) 알루미늄 (Aluminum)

• 특징: 가벼우면서도 강도가 높은 금속으로, 내식성과 열전도성이 뛰어납니다. 가공이 쉬우며, 주로 경량화가 중요한 부품에 사용됩니다.
• 용도: 항공기, 자동차 부품, 전자기기, 건축 구조물.
• 장점: 경량, 높은 내식성, 열 및 전기 전도율이 우수.
• 단점: 강도가 철에 비해 낮아 고하중에는 부적합할 수 있습니다.

2) 구리 (Copper)

• 특징: 전기 및 열전도율이 매우 높은 금속으로, 가공성도 우수합니다. 내식성이 좋고, 특수 합금을 만들어 사용하기도 합니다.
• 용도: 전기 배선, 열교환기, 냉각 장치, 배관 시스템.
• 장점: 우수한 전도성, 내식성, 항균성.
• 단점: 강도가 낮고, 가격이 비쌉니다.

3) 브론즈 (Bronze)

• 특징: 구리와 주석을 혼합한 합금으로, 내마모성과 내식성이 우수합니다. 기계 부품의 마모를 줄이기 위해 자주 사용됩니다.
• 용도: 베어링, 기어, 밸브, 펌프 부품.
• 장점: 우수한 내식성, 마찰에 강함.
• 단점: 구리보다 비쌉니다.

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3. 합금강 (Alloy Steel)

합금강은 철에 다른 원소를 첨가해 특정 성질을 강화한 금속입니다. 각각의 합금에 따라 다양한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다.

1) 니켈강 (Nickel Steel)

• 특징: 니켈이 첨가된 합금강으로, 충격 저항성과 내마모성이 뛰어납니다. 열처리를 통해 강도와 경도를 조절할 수 있습니다.
• 용도: 기어, 축, 베어링 등의 부품에서 많이 사용됩니다.
• 장점: 내마모성과 내충격성이 우수.
• 단점: 가공성이 다소 떨어질 수 있음.

2) 크롬-몰리브덴강 (Chromium-Molybdenum Steel)

• 특징: **크롬(Cr)**과 **몰리브덴(Mo)**이 첨가되어 강도와 내식성, 내열성이 뛰어납니다. 고온에서의 강도를 유지할 수 있어 고온 장치에 자주 사용됩니다.
• 용도: 항공기 부품, 고온 고압 배관, 기계 부품.
• 장점: 고온에서의 내식성, 강도 우수.
• 단점: 상대적으로 비쌈.

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4. 고무 및 플라스틱 (Rubber and Plastics)

기계 장치에는 금속 외에도 고무와 플라스틱 같은 비금속 재질이 사용되며, 주로 밀봉이나 진동 흡수, 내화학성이 요구되는 부품에 사용됩니다.

1) 고무 (Rubber)

• 특징: 유연성이 뛰어나고, 진동 흡수 능력이 좋으며, 밀폐성과 내화학성이 요구되는 부품에 사용됩니다.
• 용도: 가스켓, 오일 씰, 진동 흡수 장치.
• 장점: 내화학성, 내유성, 유연성.
• 단점: 고온에서는 물성이 저하될 수 있습니다.

2) 플라스틱 (Plastic)

• 특징: 가볍고, 내화학성과 내마모성이 우수한 재질로, 금속보다 가공이 용이하고 부식되지 않는 장점이 있습니다.
• 용도: 기어, 베어링, 펌프 부품, 전기 절연재.
• 장점: 경량, 내식성, 가공 용이.
• 단점: 강도와 내열성이 금속에 비해 낮음.

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5. 세라믹 (Ceramics)

• 특징: 고온 및 내마모성이 우수하며, 전기 절연 성능도 뛰어납니다. 그러나 취성이 있어 충격에는 약합니다.
• 용도: 고온을 견뎌야 하는 엔진 부품, 절연체, 코팅재.
• 장점: 고온, 고압 환경에서 강도 유지, 내식성.
• 단점: 취성으로 인해 쉽게 깨질 수 있음.

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6. 합성재료 (Composite Materials)

합성재료는 두 가지 이상의 재료를 결합해 각각의 단점을 보완한 재질로, 주로 강도와 경량성이 중요한 경우 사용됩니다.

• 예시: 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP).
• 용도: 항공기, 자동차, 스포츠 장비 등.
• 장점: 경량, 높은 강도와 내구성.
• 단점: 제조 비용이 높음.

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결론

기계장치의 재질 선택은 장치의 사용 환경, 목적, 요구되는 성능에 따라 달라집니다. 철강, 비철 금속, 합금강, 고무 및 플라스틱, 세라믹 등 다양한 재료가 사용되며, 각 재질은 고유의 강도, 내식성, 내열성 등을 제공해 기계 장치의 성능을 최적화할 수 있습니다.