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미그용접(금속 불활성 가스 용접)
연속 단선 전극을 사용하는 아크용접
MIG용접가스
이산화탄소, 아르곤, 산소, 헬륨
이산화탄소 가스를 많이 사용하기 때문에 CO2용접으로 불림
용가금속 자신이 소모전극이 되어 철사의 선단과 모재 사이에서 아크를 발생시켜 전극 자신이 용착하여 용접함
박판, 후판의 강용접 가능 알루미늄, 마그네슘, 티탄 합금 등과 같은 비철금속에서 많이 사용
전류와 가스에 따라 용입 깊이를 변화시킬 수 있음.
전류밀도가 높을 경우 용입깊이 깊어짐.
헬륨-최대 용입, 이산화탄소-최소용입,  아르곤-중간용입

티그용접(텅스텐 불활성 가스용접)
TIG는 텅스텐 불활성 가스용접
텅스텐 전극을 사용함
아르곤, 헬륨 등의 불활성가스로 보호
알루미늄, 마그네슘 합금, 스테인리스강, 티타늄 등 비철접합에 반드시 사용해야하는 용접

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선반으로 웜기어 만드는 법

https://www.youtube.com/watch?v=J0o3W4_LRBw 

'Primitive worm gear hobbing in a lathe'

다음과 같이 선반으로 웜기어를 만들 수 있다.

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 ■ 상(Phase) : 1개의 계에서 물리 화학적으로 균일한 부분

    - 물+기름 : 2성분계 2상, 물+에틸알콜 : 2성분계 1상

    - 순 금속, Solid solution(고용체), intermetallic compound(금속간화합물)

1성분계 상태도 : 물의 평형 상태도

 

상률 : 자유도 F=C-P+2로 표현

    - C(성분)로 구성되며 P개의 상을 갖는 불균일계

    - 압력(P), 온도(T)

  -> 1성분계 : 상태변수는 온도와 압력, 자유도 F=3-P

    ● 물, 얼음, 수증기 구역 : 1상이므로 F=3-1=2

     ∴ 온도, 압력을 변화시켜 1상 유지

     ● 2상 공존영역 : F=3-2=1

      ∴압력이 결정되면 온도가 자동적으로 결정됨

     ● 점T(3중점) : 3상 공존이므로 F=3-3=0

      ∴0.0075℃, 4.58mmHg이어야 함. 즉 온도, 압력이 일정함

 

cf) 응축계의 상률

 응축계에서는 압력을 일정하게 놓아 F=C-P+1로 표현. 초고압 일때는 : +2

 

순철의 상태도

 

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1. 금속의 상 변태

 ■ 계(system) : 한 물질 또는 몇 개의 물질의 집합이 외부와 관계없이 독립해서 한 상태를 이루는 것

 ■ 상(phase) : 주어진 계 내에서 동일한 성질(화학조성, 결정구조)을 가지는 균일한 부분

 ■ 상 변태(phase transformation) : 한 결정 구조에서 다른 결정 구조로 바뀌는 것

 ■ 보통 1개의 상은 처음부터 화합물인 경우와 용체인 경우로 나뉨

 ■ 용체 : 한 물질에서 다른 물질이 용해하여 균일한 물질을 만든 것

    - 용액(solution) : 액체 상태의 용체

    - 고용체(solid solution) 고체 상태의 용체

■ 변태점 : 상의 변태가 일어나는 온도

■ 순철의 변태

 

 

 

 

 

 ■ 동소 변태 : 고체 상태에서 온도에 따라 결정 구조의 변화를 가져오는 것

 ■ 자기 변태 : 원자 배열의 변화 없이 자성만 변화

 ■ 상평형 : 하나 이상의 상이 존재하는 계의 평형, 시간에 따라 상의 특성이 불변

 ■ 평형 상태도 : 온도와 조성 및 상의 양(평행상태에서의) 사이의 관계

 ■ 상률

    - 1성분계 상태도 : 압력과 온도에 의해 평형이 좌우됨

    - 두개의 상이 서로 평형을 유지할 때 압력과 온도 중에 한 가지가 변화해도 나머지 하나를 조절해 상의 평형을 유지

    - 자유도(degree of freedom) : 평형 상태를 유지하면서 자유롭게 변화시킬 수 있는 변수의 수

    - 깁스(Gibbs)의 상률

F = C-P+2
F = 자유도 / C = 성분수/ P = 상의 수/ 2의 의미 : 온도와 압력
Cf) 응축계에서는 압력을 일정하게 놓아 F=C-P+1로 표현. 초고압 : +2

    - 불변계 : F=0, 1변계 : F=1, 2변계 : F=2

 ■ 성분(Component) : 계를 구성하고 있는 물질 예)Cu-Ni 계 : Cu와 Ni이 성분

 ■ 다 성분계(Multi-Component System)

    1) 1성분계 : One Component System

    2) 2성분계 : Two Component System(Binary System)

    3) 3성분계 : Three Component System(Ternary System)

    4) 4성분계 : Four Component System(Quartenary System)

    5) 5성분계 : Five Component System(Quinary System)

    6) 6성분계 : Six Component System(Sexinary System)

    7) 7성분계 : Seven Component System(Septenary System)

    8) 8성분계 : Eight Component System(Octanary System)

    9) 9성분계 : Nine Component System(Nonary System)

    10) 10성분계 : Ten Component System(Decinary System)   

 

다음 글금속의 상 변태(2) | 상(Phase) | 상률 | :: 기계금속 도서관 (tistory.com)

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3. 금속의 응고

냉각곡선

 ■ 액상금속의 응고온도는 열역학적 응고점보다 낮음

 ■ 응고가 게시될 때 과냉(Super Cooling)이 일어나서 고체가 생성되면 응고 잠열의 방출이 일어나 온도가 상승되어 평행응고가 일어나는 온도로 접근됨

 ■ 응고잠열(latent heat of solidification) : 액상이 고상으로 응고할 때 방출하는 열

대기압에서 물과 얼음의 자유에너지

 ■ 자유에너지는 낮을수록 상이 안정

 ■ 융점 Tm에서 Fl(액상의 자유에너지) = Fs(고상의 자유에너지)

 ■ 모든 반응은 △F<0일 때만 일어날 수 있으므로 응고가 시작되려면 최소한도 융점보다 약간 낮은 온도로 되어야함. 즉 실제로 대부분의 금속은 융점보다 약간 자은 온도까지 과냉(Super cooling)되어야 함

금속의 응고과정 모식도

 

다음 글 : 금속의 상 변태(1) |순철의 변태|상변태|동소변태|자기변태| :: 기계금속 도서관 (tistory.com)

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금속 결정의 종류

 ■ 체심입방 구조(Body Centered Cubic-BCC)

 - 배위수 : 8

 - 단위 격자 속의 원자 수 : 2

 - 강인성이 좋음

 - Ba, Cr, δ-Fe, K, Li

 - 원자 충진율(APF) : 0.68

체심입방 결정 구조의 (a) 단위정의 원자구 모델 (b) 축소 원자구 모델 (c) 다수 원자의 집합

 

 ■ 면심입방 구조(Face Centered Cubic-FCC)

 - 배위수 : 12

 - 단위 격자 속의 원자 수 : 4

 - 전연성이 커서 가공이 용이

 - Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ir, Ni, Pb, Pt, γ-Fe 등

 - 원자 충진율(APF) : 0.74

면심입방 결정 구조의 (a) 단위정의 원자구 모델 (b) 축소 원자구 모델 (c) 다수 원자의 집합

 

 ■ 조밀 육방 구조(Hexagonal Close Packed -HCP)

 - 배위수 : 12

 - 단위 격자 속의 원자 수 : 2

 - 전연성이 작음

 - Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn, Zr

 - 원자 충진율(APF) : 0.74

육방조밀 결정 구조의 (a) 축소 원자구 모델 (b) 다수 원자의 집합

결정구조 금속의 종류
체심 입방 구조(BCC) 바륨(Ba), 크롬(Cr), 철(α-Fe), 철(δ-Fe), 칼륨(K), 리튬(Li), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 루비듐(Rb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)
면심 입방 구조(FCC) 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 칼슘(Ca), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 납(Pb), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 스트론튬(Sr), 토륨(Th), 세륨(Ce), 철(γ-Fe)
조밀 육방 구조(HCP) 베릴륨(Be), 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 마그네슘(Mg), 란탄(La), 티탄(Ti), 아연(Zn), 지르코늄(Zr)

 

다음 글 : 금속의 특성과 결정구조(4) :: 기계금속 도서관 (tistory.com)

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2. 금속의 결정구조

 - 결정질 재료(crystalline) : 규칙적 배열이 존재하는 재료

 - 비결정질 재료(non-crystalline) : 원자 규칙성이 존재하지 않는 재료.

 

 

(a) 결정질의 산화실리콘 (b) 비결정질의 산화 실리콘 

 

 

 

 

 

 

다결정체의 예

 

 

 

용어정리

금속의 결정(crystal) : 물질을 구성하고 있는 원자가 입체적으로 규칙적인 배열을 이루는 것

다결정체(polycrystalline) : 무수히 많은 결정들이 모여서 이룬 집합체

결정입자(crystal grain) : 결정체를 이루고 있는 작은 각각의 결정체, 주로 grain이라고 함.

결정입계(crystal grain boundary) : 결정 입자의 경계

공간격자(space lattice) : 금속 결정 입자가 규칙적으로 배열되어 이루는 격자

단위격자(unit cell) : 공간 격자의 최소단위(주로 단위정이라고 함)

격자상수(lattice constant) : 단위 격자의 모서리 길이(a,b,c로 표시)

축각(axial angle) : 축 사이의 각(α, β, γ로 표시)

 

 

단위정의 원자 구(sphere) 모델

 

 ■ 금속 결정구조의 특징

 - 최 인접 원자의 개수가 많고 높은 원자 조밀도(atomic packing)을 갖음.

 - 각 원자구는 금속 이온을 나타냄

 - 결합의 방향성이 없음

 - 금속 결정은 일반적으로 면심입방(face-centered cubic)구조, 체심입방(body-centered cubic)구조, 육방 조밀(hexagonal close-packed)구조를 갖음

 

 ■ 결정 구조가 갖는 중요한 성질

 - 배위수(coordination number) : 각 원자에 최인접, 접촉하는 원자수

 - 원자 충진율(atomic packing factor-APF) : 단위정 내에서 원자구가 차지하는 부피분율

용어정리
Crystal(결정) : Basis(원자나 group of atoms 또는 분자)가 lattice point에 입체적으로 질서 있게 배열한 것
Lattice point(격자점) : Crystal내 basis의 중심 위치를 점으로 표시한 것.
Space lattice(공간격자) : Lattice point의 3차원적 집합.
Unit cell(단위세포) : - Space lattice를 구성하는 가장 해석이 용한 최소 repeating unit
                          - unit cell은 세 crystallographic axes로 정의되며, 이 세 vector들의 길이(a, b, c)와 이들이 서로 이루는 각(α, β, γ)를 unit cell의 lattice parameter(격자계수)라 함.
Primitive cell(원시세포) : - Space lattice를 구성하는 최소 repeating unit
                                  - 반드시 1개의 lattice point만을 포함.

 ■ Lattice point를 공간에 배열하는 방법은 각 lattice point가 모두 같은 주변 환경을 갖는 경우 전부 14가지 뿐이며 이들을 14 Bravais Lattice라 함. 그러나 실제 결정은 종류가 많음. 그 이유는 각 lattice point에 위치하는 basis들이 다양하기 때문

 ■ Lattice + basis = Crystal Structure

 ■ 또한 이 Bravais lattice들은 lattice parameter의 특성에 따라 group 되어지며, 이를 7 crystal systems로 분류함.

 

Bravais 14격자
Structure System과 Bravais 14격자

 

다음글 : 금속의 특성과 결정구조(3) :: 기계금속 도서관 (tistory.com)

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1장. 금속의 특성과 결정 구조

 

 

1. 금속의 특성

■ 금속 재료의 일반적 특징

 - Hg를 제외한 모든 금속은 상온에서 고체 상태

 - 고체 상태에서 결정 구조를 가짐

 - 전기 및 열의 양도체

 - 전성 및 연성이 좋음

 - 금속 고유의 광택을 가짐

 

■ 경금속과 중금속

 - 경금속 : 비중 5 이하의 금속 - Al, Mg, Ti, Be 등

 - 중금속 : 비중 5 이상의 금속 - Cu, Fe, Pb, Ni, Sn 등 대부분의 금속

 

■ 금속이 기계 재료로 사용되기 위한 조건

 - 가공성, 주조성 및 표면 처리성이 좋아야 함.

 -경량화가 가능해야 함.

 - 안전성이 높아야 함.

 

다음글 : 금속의 특성과 결정구조(2) :: 기계금속 도서관 (tistory.com)

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