오늘은 금속재료기술사 시험 키워드 57번째 - "황동" 입니다.
황동의 성질과 개념에 대해 정리해보고
과거 기출문제 유형을 분석, 시험 공부할때 도움이 될 만한 부분들까지 정리해 보겠습니다
1. 황동 의 종류 알아보기 - 개념 학습
(1) 황동의 종류와 용도
황동의 종류는 화학적 결합과 그 조직에 따라 여러 가지 종류로 나누어 볼 수 있습니다. gildind metal , commercial bronze, red brass(rich low), low brass, 톰백(tombac), 7/3 황동(cartidge brass), high or yellow brass, 6/4 황동(muntz metal), 황동주물이 바로 그 종류입니다.
1) gildind metal 황동
gildind metal은 Cu(95%)-Zn(5%)의 합금으로 순동과 같이 연하고 coining 하기 쉬워서 동전, 메달 등에 사용되어집니다.
2) commercial bronze 황동
commercial bronze는 Cu(90%)-Zn(10%)의 합금으로 단동의 대표로 청동 대용으로 사용됩니다. 메달, 배지, 건축용, 가구용 등에 사용되어집니다.
3) red brass(rich low) 황동
red brass(rich low) 황동은 Cu(85%)-Zn(15%)의 합금으로 연하고 내식성이 좋은 것이 특징입니다.
건축용, 금속잡화, 소켓체결구 등으로 사용되어집니다.
4) low brass 황동
low brass 황동은 Cu(80%)-Zn(20%)의 합금으로 전연성이 좋고 색이 아름다운 것이 특징입니다. 금박대용, 장식용, 금속잡화, 악기 등으로 사용되어집니다.
5) 톰백(tombac)
톰백은 5-20% Zn의 황동으로 저 아연 합금의 총칭이며 강도는 낮으나 전연성이 좋은 것이 특징이고 황금색에 가까우므로 모조금, 판 및 선 등에 사용되어집니다.
6) 7/3 황동(cartidge brass)
7/3 황동(cartidge brass)은 Cu(70%)-Zn(30%) 합금의 황동으로 가공용 황동의 대표로 불리고 있습니다. 연신율이 크고 인장강도가 상당히 높으며 냉간가공성이 좋습니다. 그래서 자동차용 방열기부품, 장식품, 탄피, 체결구 등으로 가공하여 이용합니다.
7) high or yellow brass 황동
high or yellow brass 황동은 Cu(65%)-Zn(35%)의 합금으로 7/3황동과 같이 황동입니다. 용도는 7/3 황동과 거의 같으나 Zn 함유량이 많으므로 값이 저렴한 것이 그 차이점입니다.
8) 6/4 황동(muntz metal)
6/4 황동(muntz metal)은 Cu(60%)-Zn(40%)의 합금으로 알파+ 베타 조직입니다. 상온에서 7/3 황동에 비해 전연성이 낮고 인장강도가 큰 것이 특징이고 내식성이 다소 낮고 탈아연부식을 일으키나 강력합니다. 황동 중에서 아연함유량이 가장 많아 값이 저렴하고 가장 많이 사용되어집니다. 600~800℃에서 고온가공한 다음 상온에서 완성시켜 판, rod 등으로 만들고는 하는데 일반 판금용으로 많이 사용되며 자동차부품, 열교환기, 탄피 등에 사용됩니다.
2. 황동 관련 기출문제 살펴보기
1. 황동의 자연균열(Season Cracking) 원인에 대하여 설명하시오.
– 출제 회차: 제129회 금속재료기술사 시험
– 이 문제는 청동의 일종인 베릴륨동에 대한 특성과 용도를 묻는 것으로, 청동의 기계적 특성과 산업적 응용에 대한 이해를 평가합니다.
문제 해석
- 황동(Brass)이 특정 환경에서 겪는 응력 부식 균열 현상에 대해 묻는 문제입니다.
- Season Cracking의 원인 메커니즘과 환경 요인, 이를 방지하는 방법 등을 설명해야 합니다.
답변 방향 예시
- Season Cracking의 정의
- 잔류응력 + 외부 요인 (예: 암모니아)
- 금속학적 메커니즘
- 방지대책 (열처리, 환경제어 등)
모범답안 (서술식)
Season Cracking은 황동이 특정 환경, 특히 암모니아 증기 등에 노출될 때 발생하는 응력 부식 균열 현상이다. 이는 내부에 잔류응력이 존재하는 상태에서 외부의 부식성 환경이 작용하여, 결정립계를 따라 균열이 발생하고 진전되는 메커니즘이다. 이러한 균열은 특히 냉간가공 후 응력을 충분히 제거하지 않은 황동에서 많이 나타난다. 방지 방법으로는 열처리를 통한 응력 제거와 부식성 환경의 회피가 있다.
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2. “황동의 기계적 성질과 용도에 대하여 설명하시오.” (126회 출제)
문제 해석
- 황동의 대표적 물성 (강도, 경도, 연성 등)과 실사용 분야를 묻는 문제입니다.
- 일반 황동, 알파/베타상 분류에 따른 물성 차이도 함께 언급하면 좋습니다.
답변 방향 예시
- 황동의 기계적 성질(가공성, 인성, 내식성 등)
- 용도: 배관, 전기부품, 장식용 등
- 조건에 따른 성능 변화 (아연 함량, 열처리 등)
서술형 모범답안
황동은 구리와 아연의 합금으로, 일반적으로 우수한 가공성과 내식성, 적당한 강도를 가진다. 아연 함량이 높아질수록 강도와 경도는 증가하지만 연성과 가공성은 저하된다. 황동은 냉간 및 열간 가공에 모두 적합하며, 피복성도 우수하다. 주요 용도로는 수도 배관, 밸브, 열교환기, 전기 커넥터, 건축 장식재 등이 있으며, 기계적 강도와 내식성이 요구되는 부품에 널리 사용된다.
모범답안 (서술식)
Season Cracking은 황동(구리-아연 합금)이 특정 환경에서 응력 부식 균열(SCC)에 의해 실온에서 자연적으로 균열이 발생하는 현상이다.
이는 내부 잔류응력과 외부 환경(특히 암모니아 기체)의 작용으로 인해 발생하며, 재료 내부 미세균열이 확장되어 파단에 이른다.
이 현상은 과거 인도에서 식민지 시절 탄띠(황동제 탄창띠)에 발생하여 처음 관찰되었으며, 이를 계기로 “시즌 크래킹”이라는 용어가 생겨났다.
예방을 위해서는 응력 제거용 풀림열처리와 암모니아 환경 차단이 필요하다.
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3. “황동의 아연 함량에 따른 조직 및 특성 변화를 설명하시오.”
문제 해석
- 황동의 아연 함량에 따라 α, β상 변화 및 그에 따른 물성 차이를 기술하는 문제입니다.
- 조직도 함께 설명해야 하며, 어떤 조건에서 어떤 용도에 적합한지 연결하는 것도 좋습니다.
답변 방향 예시
- α, α+β, β상의 구분 기준
- 각 상의 성질 및 용도
- 조직 변화가 성능에 미치는 영향
서술형 모범답안
황동은 아연 함량에 따라 조직이 변화하며, 이에 따른 기계적 특성도 달라진다. 아연이 35% 이하인 경우 α-황동으로 단상 조직을 갖고 연성과 가공성이 뛰어나다. 35~45%에서는 α+β 이중상 황동으로 강도와 경도가 증가하지만 연성과 인성은 감소한다. 45% 이상일 경우 β상이 우세하며, 고강도이지만 연성이 낮아 가공성이 저하된다. 이러한 특성으로 인해 α-황동은 정밀부품에, α+β 황동은 일반 구조용 부품에, β-황동은 고하중용 부품에 적합하다.
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3. 황동 관련 예상문제 풀어보기
Q1. 황동의 자연균열(season cracking)에 대한 설명으로 틀린것은?
1) 외부에서의 인장하중에 의해서도 일어 난다.
2) Hg 및 그 화합물은 균열을 일으키게 한다
3) 암모니아 혹은 그 유도체가 있을 때에는 자연균열을 방지한다
4) 아연량이 많은 가공재를 180-260도에서 응력제거풀림하면 자연균열을 방지할 수 있다.
정답 : 3번
4. 주요 키워드
니켈황동, 아연당량, 특수황동, 황동종류, 황동아연
5. 마무리
오늘은 황동 키워드로 기본 개념 정리와 함께 금속재료기술사 기출 문제 분석, 모범 답안 제시 및
시험에 주요한 키워드들을 정리해보았습니다.
