(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.
gildind metal 부터 살펴보도록 하겠습니다. gildind metal은 Cu(95%)-Zn(5%)의 합금으로 순동과 같이 연하고 coining 하기 쉬워서 동전, 메달 등에 사용되어집니다. commercial bronze는 Cu(90%)-Zn(10%)의 합금으로 단동의 대표로 청동 대용으로 사용됩니다. deep drawing용 metal, 배지, 건축용, 가구용 등에 사용되고 red brass(rich low) 황동은 Cu(85%)-Zn(15%)의 합금으로 연하고 내식성이 좋은 것이 특징입니다. 건축용, 금속잡화, 소켓체결구 등으로 사용되어집니다. low brass 황동은 Cu(80%)-Zn(20%)의 합금으로 전연성이 좋고 색이 아름다운 것이 특징입니다. 금박대용, 장식용, 금속잡화, 악기 등으로 사용되어집니다.
다음으로 톰백(tombac)입니다. 5-20% Zn의 황동으로 저 아연 합금의 총칭이며 강도는 낮으나 전연성이 좋은 것이 특징이고 황금색에 가까우므로 모조금, 판 및 선 등에 사용되어집니다. 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.
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. 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.
[ 7/3 황동과 6/4 황동의 성질 비교 ]
7/3 황동과 6/4 황동의 성질을 비교해보겠습니다. 먼저 조성입니다. 6/4 황동의 조성(%)은 Cu(60)-Zn(40) 이고 7/3 황동의 조성(%)은 Cu(70)-Zn(30) 으로 차이가 있습니다. 고용체는 6/4 황동의 고용체는 알파 + 베타이고 7/3 황동의 고용체는 알파 입니다. 다음으로는 인장강도를 살펴보겠습니다. 6/4 황동의 인장강도(kg/mm2)는 40~44이고 7/3 황동의 인장강도는 30~34입니다. 다음으로는 연신율을 비교해 보면 6/4 황동의 연신율은 45~55% 이고 7/3 황동의 연신율은 60~70% 입니다. 경도(HB)를 비교해 보면 70과 40~50으로 차이가 납니다. 마지막으로 가공방법을 비교해 보면 6/4 황동의 가공방법은 열간가공이고 7/3 황동의 가공 방법은 냉간가공 입니다.
황동주물은 10~40% Zn이 주물용으로 주로 사용되며 Zn을 품으므로 용탕의 유동성이 좋아 복잡하고 정밀한 주물을 얻을 수 있습니다. 또 절삭성을 좋게 하기 위해서는 2.5% 정도의 Pb을 첨가하는 경우도 있지만 내해수성, 내알칼리성을 요구하는 곳에는 약간의 주석을 첨가하고 아연함유량이 10~15%인 것은 미술용 주물로 주로 사용됩니다. 아연함유량이 30~40%인 것은 강도가 크므로 기계주물로 사용하는 것이 보통입니다. Zn20% 이하인 적색황동주물은 납땜용, Zn30% 이상의 황색황동주물은 일반용으로 구분되어집니다.
(2) 특수황동
다음으로는 특수황동에 대해 살펴보겠습니다. 특수황동을 잘 이해하기 위해서는 특수활동에 첨가되는 제3의 원소 단위량이 어느 정도 양의 아연과 같은 영향을 황동의 조직에 미치는가를 나타내는 수를 그 금속의 아연당량이라 하는데 이 아연당량을 잘 이해하고 있어야 합니다. 아연당량 1의 금속은 아연과 같은 조직변화를 일으키고 (-) 당량을 나타내는 것은 아연을 당량만큼 감소한 것과 같은 효과를 주게 됩니다.
Guillet에 의한 각종 원소의 아연당량을 살펴보면 Sn의 아연당량은 2.0 Al의 아연당량은 6.0 Si의 아연당량은 10.0 Fe의 아연당량은 0.9 Mn의 아연당량은 0.5 Ni의 아연당량은 -1.3 Mg의 아연당량은 2.0 Pb의 아연당량은 1.0입니다. (단, Ni는 전율고용하므로 아연당량이 (-)가 됩니다)
납황동(쾌삭황동, lead brass, free cutting brass)은 황동에 1.5~3.0% Pb을 첨가한 합금으로 절삭성이 우수한 것이 특징입니다. 알파+ 베타황동에 Pb을 0.3%까지 고용하며 열간가공성을 향상하는데 이렇게 향상된 납황동은 시계 톱니, screw 등과 같은 제품에 사용되어집니다. 주석황동(tin brass)은 6/4 황동과 7/3 황동에 1.5% 이하의 Sn을 첨가하면 인장강도, 경도, 내해수성이 증가되므로 응축관이나 판 등과 같은 선박용 기계부품에 사용되는 특수황동 종류입니다. 1.0% Sn을 첨가하면 탈아연부식에 억제됩니다. 애드미럴티황동(Admiralty metal)은 7/3 황동에 1.0% 이하의 주석을 첨가한 황동으로 전연성이 좋아 관 또는 판을 만들어 복수기, 증발기, 열교환기 등에 사용되어집니다. 네이벌(Naval brass) 은 6/4 황동에 1.0% 이하의 주석을 첨가한 황동입니다. 판, 봉으로 가공하여 복수기관, 용접봉, 파이프, 선박 기계 등에 사용합니다.
Al황동(aluminum brass)은 7/3 황동에 1.5-2.0% Al을 첨가하면 결정입자 미세화 및 강도, 경도가 증가되고 유동하는 해수에 내식성이 좋은 것이 특징인 특수황동입니다. 알브락(Albrca)은 표준조성 22%Zn-Al1.5~2.0%-나머지%Cu 으로 고온가공으로 관을 만들어 복수기관, 급수가열기, 열교환기관, 증류기관 등에 사용 하기에 적합한 특수황동 입니다. 규소황동(sillicon bronze)은 10~16% Zn의 황동에 4~5%의 Si를 첨가한 황동으로 주물을 만들기 쉽고 내해수성이나 강도가 우수하고 선박용품 등으로 많이 사용되어집니다. 철황동(iron brass)은 6/4 황동에 1~2%의 Fe을 첨가한 합금입니다. 철황동은 결정입자가 미세하게 되어 강인성과 내식성이 증가됩니다. 철황동의 조성은 55%Cu-43%Zn-1%Fe-(Pb, Al, Sn의 소량 첨가) 입니다.
delta metal은 6/4 황동에 1.0%Fe 내외를 첨가한 황동을 의미하고 durana metal은 7/3황동에 1~2%Fe과 소량의 Sn, Al을 첨가한 황동입니다. 연신율의 감소가 적고 주조, 압연에 적당하며 열간가공이 용이합니다. 또한 강도가 크고 내식성이 양호하여 광산, 선박용, 화학기계 등에 사용하기 적합한 특수황동입니다. 망간황동(Mn-brass)은 6/4황동에 Mn, Al, Ni 및 Sn 등을 첨가한 합금으로 청동과 유사한 성질을 갖고 있습니다. 화학약품에 약하며 탈아연을 일으키기 쉽고 내해수성이 비교적 큽니다. 따라서 로펠러, 선박기계부품, 피스톤, 밸브 등에 사용하기에 좋습니다. 니켈황동(양은, 양백, nickel brass, German silver)은 7/3 황동에 7~30% Ni을 첨가한 합금으로 10~20% Ni-15~30% Zn의 합금이 많이 사용합니다. Ni은 탈색효과가 매우 우수하며 Ni이 20% 정도 함유할 때는 은백색을 나타냅니다. Zn이 약 30% 이상이 되면 + 조직이 되어 점성이 낮아지고, 냉간가공은 저하하나 열간가공이 좋아 열간가공재에 이용되어집니다. 내수압 주물용은 20% Ni-5~10% Zn-4-6% Pb-2-4% Sn의 합금이 좋습니다.
양백은 전기저항이 크고 내열성, 내식성이 좋으므로 일반 전기저항체로 이용합니다. 탄성, 내식성이 좋으므로 탄성재료, 화학기계용 재료 등에 사용하고 색이 Ag와 비슷하므로 장식용, 식기, 악기, Ag 대용으로 사용하기도 합니다. 또한 다양한 가공재로 사용되고 주물로서는 밸브, 콕, 악기, 광학기계 부품 등으로 사용되는 게 바로 양백입니다. 강력황동(high strength brass)은 6/4 황동을 기본으로 하고 일부의 Zn 대신에 Mn, Fe, Al, Ni, Sn 등 의 원소를 첨가한 합금으로 강도와 내식성이 개선된 특수황동입니다. 강력황동은 주로 주물용이나 단조품으로 이용하는데 강력황동 주물•1종(HBsC) 은 선박용 연질 프로펠러에 적합하고 2종(HBsC2)은 선박용 경질 프로펠러에 적합합니다. 3종(HBsC)은 내 마멸용의 고강도, 고경도를 필요로 하는 기계용이나 기어 등에 이용됩니다. 강력황동 단조용은 내마모성을 요하는 클러치반, 펌프 로드 등에 사용되어집니다.