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58. [청동] 금속재료기사 시험 키워드 학습 - 청동의 성질 / 기출문제 유형 분석 / 모범 답안

by 금재기도사 2025. 1. 29.
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오늘은 금속재료기술사 시험 키워드 58번째 - "청동" 입니다.

 

청동의 성질과 개념에 대해 정리해보고

과거 기출문제 유형을 분석, 시험 공부할때 도움이 될 만한 부분들까지 정리해 보겠습니다 

 

 

1.  청동 의 성질 알아보기 - 개념 학습

청동의 성질은 물리적 성질, 기계적 성질, 화학적 성질, 청동에 함유된 불순물의 영향 등으로 그 성질을 나누어 볼 수 있습니다.

 

1) 물리적 성질에 따른 청동 -

 

비중은 Sn의 증가에 따라 감소되며 선팽창계수는 10% Sn까지는 순동과 비슷한 것을 알 수 있습니다. 전기전도율은 Sn함유량 증가에 따라 순동보다 감소하게 되고 전기저항의 온도계수 및 열전도율은 10% 함유 시 순동보다 감소합니다.

 

2) 기계적 성질에 따른 청동 -

 

연신율은 4~5%Sn 부근에서 최댓값이 되고 Sn함유량의 증가에 따라 감소하게 됩니다. 인장강도는 Q-고용체의 농도에 따라 증가하며 Q의 범위를 넘어 17~18% Sn 부근에서 8 화합물에 의해 최대가 되며 이상에서 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 청동의 내력은 12% Sn까지 직선적으로 증가하게 되는데 경도는 Sn30%에서 최대가 되며, 25% Sn 이상에서는 취성이 생기게 되는 것이 특징입니다. 풀림시 경도는 Sn 증가에 따라 감소하며, 조직의 청동은 유연하고 가공이 잘되게 됩니다.

 

청동 주물은 내열성 및 강도가 우수하고, 마모, 수압 및 부식에 견딜 수 있는 것이 큰 특징이라고 할 수 있습니다.

 

 

 

 

3) 화학적 성질에 따른 청동

 

청동은 일반적으로 대기 중에서 내식성이 우수한 것을 알 수 있습니다. 

10% Sn까지의 Sn청동은 Sn함유량이 증가에 따라 내해수성이 좋아지게 됩니다.  산수용액에서의 부식은 산화성 산인 진한 질산(HNO3)에서 부식률이 높고 비산화성 산인 염산에서도 Cu보다 Sn청동의 부식률이 높은 것이 특징입니다. 

5% 황산(H2SO)에서의 부식률은 대단히 낮고, 알칼리수용액에는 내식성이 좋습니다.

 

 

4) 주석 청동

 

주석 청동은 유동성, 피삭성이 좋은 것이 특징이고 주 용도는 밸브주수기, 베어링, 명판, 일반기계부품 등에 사용됩니다. 또 내압, 내마모, 내식성이 좋은 것이 특성이며 기계적 강도가 높습니다. 사용 용도는 베어링펌프, 임펠러, 밸브, 선박용, 전동기기부품 등에 사용됩니다. 

 

 

 

5) 베어링용 청동

 

베어링용 청동은  10~14% Sn을 함유한 것은 연성은 감소되나 경도가 크고 내 마멸성이 크므로 베어링, 차축 등 내 마멸성을 요구하는 부분에 사용되는 것이 특징입니다.  5-15% Pb을 첨가한 것은 윤활성이 우수하므로 철도차량, 공작기계, 압연기 등의 고압용 베어링에 적합한 재료입니다.  베어링용 청동에서는 켈멧(kelmet)을 주목해야 하는데 Pb(28~42%)-Ni 또는 Ag(2% 이하)-Fe(0.8% 이하)-Sn(1.0% 이하)을 함유한 합금으로 고속회전용 베어링, 광산기계 등에 사용되어집니다.


 

2. 청동 관련 기출문제 살펴보기

 

1. 베릴륨동(Be-Cu)의 특징 4가지와 용도에 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.

 

🔍 해석:

  • 베릴륨동은 구리(Cu)에 베릴륨(Be)이 소량 첨가된 고강도 청동 합금입니다.
  • 이 문제는 다음 두 가지를 요구합니다:
    1. 재료학적 특징 4가지 (예: 기계적 성질, 경도, 내식성, 전도성 등)
    2. 주요 용도 (예: 스프링, 커넥터, 금형, 전자 부품 등)

💡 답변 방향 예시:

  • 특징: 고강도, 내마모성, 비자성, 우수한 도전성
  • 용도: 전기 접점 부품, 방폭 공구, 정밀 스프링, 몰드 인서트 등

📌 모범답안 (서술식)

베릴륨동은 구리에 소량의 베릴륨(1.5~2.5%)을 첨가한 청동계 고성능 합금으로, 고강도와 우수한 전기전도성을 동시에 갖는 것이 특징이다.
첫째, 열처리(석출경화)를 통해 고강도와 고경도를 얻을 수 있으며, 둘째, 우수한 내피로성 및 내마모성을 보여 정밀 기계부품에 적합하다.
셋째, 비자성 재료로 자기장 환경에서도 안정적이며, 넷째, 전기 및 열 전도성이 우수해 전자부품 소재로 활용된다.

 

용도는 정밀스프링, 커넥터, 금형 인서트, 방폭 공구, 전기 접점 부품 등으로 다양하며, 높은 내구성과 전도성이 요구되는 부품에 사용된다.

 

 

129회 금속재료기술사 문제지 다운로드 

★제129회 금속재료기술사 문제지.pdf
0.23MB

 

 

 

 

2. 황동의 자연균열(Season Cracking) 원인에 대하여 설명하시오.


– 출제 회차: 제135회 금속재료기술사 시험
– 황동은 구리와 아연의 합금으로, 청동과 유사한 구리 기반 합금입니다. 이 문제는 황동의 부식 특성과 관련된 현상을 다루고 있어, 청동과 비교하여 이해할 수 있는 좋은 예시입니다.

🔍 해석:

  • 황동(Brass)은 구리 + 아연 합금으로, 청동과 유사한 구리 기반 재료입니다.
  • Season Cracking이란, 황동이 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking)에 의해 실온에서 자연스럽게 금이 가는 현상입니다.
  • 문제는 그 발생 메커니즘을 기술하라는 의미입니다.

💡 답변 방향 예시:

  • 원인: 내부 잔류응력 + 암모니아(NH₃) 환경 → 균열 유도
  • 설명: 과거 인도 식민지 시절 황동 탄띠에서 처음 관찰 → "시즌 크래킹"이라는 용어 유래

 

📌 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 풀림열처리암모니아 환경 차단이 필요하다.

 

 

135회 금속재료기술사 문제지 다운로드 

 

★제135회 금속재료기술사 문제지.pdf
0.25MB

 

 

3. 청동 관련 예상문제 풀어보기 

 

Q1. 청동의 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 

애드미럴티, 고강도, 특수청동, 내마모성, 비자성, 우수한 도전성 , 켈멧, 포금, 전기 접점 부품, 방폭 공구, 정밀 스프링, 몰드 인서트 

 

 

5.  마무리

 

오늘은 청동 키워드로 기본 개념 정리와 함께 금속재료기술사 기출 문제 분석, 모범 답안 제시 및 

시험에 주요한 키워드들을 정리해보았습니다.

 

 

 

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