[공학나라] 기계 공학 기술정보

스테인레스강 튜브 압력 등급

ASME B31.3 에 따른 미터 및 인치 규격의 튜빙의 압력 등급이다. 튜빙은 304나 316 재질이다.

주의할 점은 아래 표는 상온 기준이며 고온인 경우에는 별도의 온도 효과를 고려하여야 한다.

(온도 팩터는 맨 아래 그림에 표시하며 허용 압력에 해당 팩터를 곱하면 된다.)

또한 용접을 하는 경우에는 용접 방법에 따라 한겹 용접은 0.8, 두겹 용접은 0.85의 강도 저하를 고려하여야 한다.

(허용 압력에 0.8이나 0.85를 곱하면 된다.)

자동 계산식도 있다. 스웨덴 철강회사인 sandvik에서 ASME 뿐만 아니라 다양한 규격, 재질, 내/외경에 따른 허용 압력을 계산해준다.

(짱이에요. 이정도는 해줘야...)

http://smt.sandvik.com/ko-kr/materials-center/1/

이미지 출처

http://www.hy-lok.com/product/ProductList.hylok

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청동

인류 역사상 가장 오래 전부터 사용했던 합금으로, 이 금속이 등장하면서 인류는 바야흐로 청동기시대를 맞게 된다.

절대로 청색이 아니다. 불그스름한 빛이 도는 노란색, 혹은 주황색에 가깝다. 그런데 왜 이름에 푸를 청(靑)자가 들어가냐면 녹이 슬었을 때 파랗게 되기 때문이다. 실제로 교과서 등에서도 푸른색의 청동 거울이나 비파형 동검이 나오다보니 진짜 이게 원래 색인 줄 아는 사람도 많다.

넓은 의미의 청동(bronze)은 황동 이외의 모든 구리 합금을 말하는 것이지만, 좁은 의미의 청동은 구리-주석을 말하며, 이것을 특히 주석 청동(tin bronze)이라고도 한다. 청동은 오랜 역사를 가지고 있으며, 고대의 가구, 무기, 불상 등에 많이 사용되었다.

청동은 황동에 비하여 내식성, 내마멸성이 좋으므로 기계 주물용, 미술 공예품으로 쓰인다

녹슨 후

청동의 종류

주석 청동

1∼l2% Sn이 함유된 주석 청동은 여러 가지의 용도로 사용되고 있다. 그 중 8∼l2% Sn, l∼2% Zn을 넣은 것을 포금(gun meta1)이라고 한다. 현재는 포신 재료를 니켈-크롬강을 사용하지만, 옛날에는 주로 포금을 사용하였기 때문에 이 이름이 남아 있다. 인장 강도가 높고, 인성도 상당하며, 내식성, 내마멸성이 우수하므로 펌프 부품, 밸브, 기어 등에 쓰인다.

특수 청동

주석 청동에 Ni, P, Pb 등을 첨가하여 개선한 것이다. 종류로는 인청동, 니켈 청동, 납청동 등이 있으며, 내식성, 내마멸성, 강인성, 윤활성 등이 좋아지므로 선박용 부품, 베어링, 화학 기계용 부품 등에 쓰인다.

알루미늄 청동

황동이나 주석 청동에 비하면 비교적 새로운 합금이며, 그 좋은 특성에도 불구하고 서냉 메짐(self annealing)등의 문제로 별로 보급되지 않고 있으나, 최근 용해 기술의 진보로 그 용도가 넓어졌다. 다른 구리 합금에 비하여 기계적 성질, 내식성이 우수하므로 선박용 추진기, 선박용 프로펠러, 터빈 부품 등에 쓰인다.

규소 청동

4% Si이하의 것이 사용되며, 내식성이 좋고, 강도가 연강과 비슷하므로 저장 탱크, 나사류, 너트, 피스톤 링 등에 쓰인다. 그 밖에도 베릴륨구리, 망간구리, 티탄구리 등이 있다.

이 블로그에서 "동합금 (Copper alloy) 분류, 기계적 물성치, 성분, 규격" 보기

출처

http://itscorea.com/steel/steel5_3.php

https://en.wikipedia.org/wiki/Bronze

https://namu.wiki/w/%EC%B2%AD%EB%8F%99

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동합금 대분류

Classification of copper and its alloys
Family	Principal alloying element	UNS numbers
Copper alloys, brass	Zinc (Zn)	C1xxxx–C4xxxx,C66400–C69800
Phosphor bronze	Tin (Sn)	C5xxxx
Aluminium bronzes	Aluminium (Al)	C60600–C64200
Silicon bronzes	Silicon (Si)	C64700–C66100
Copper nickel, nickel silvers	Nickel (Ni)	C7xxxx

동합금 기계적 물성치 (항복강도, 인장강도, 연신율, 경도)

Mechanical properties of common copper alloys
Name	Nominal composition (percentages)	Form and condition	Yield strength (0.2% offset, ksi)	Tensile strength (ksi)	Elongation in 2 inches (percent)	Hardness (Brinell scale)	Comments
Copper (ASTM B1, B2, B3, B152, B124, R133)	Cu 99.9	Annealed	10	32	45	42	Electrical equipment, roofing, screens
"	"	Cold-drawn	40	45	15	90	"
"	"	Cold-rolled	40	46	5	100	"
Gilding metal (ASTM B36)	Cu 95.0, Zn 5.0	Cold-rolled	50	56	5	114	Coins, bullet jackets
Cartridge brass (ASTM B14, B19, B36, B134, B135)	Cu 70.0, Zn 30.0	Cold-rolled	63	76	8	155	Good for cold-working; radiators, hardware, electrical, drawn cartridge cases.
Phosphor bronze (ASTM B103, B139, B159)	Cu 89.75, Sn 10.0, P 0.25	Spring temper	—	122	4	241	High fatigue-strength and spring qualities
Yellow or High brass (ASTM B36, B134, B135)	Cu 65.0, Zn 35.0	Annealed	18	48	60	55	Good corrosion resistance
"	"	Cold-drawn	55	70	15	115	"
"	"	Cold-rolled (HT)	60	74	10	180	"
Manganese bronze (ASTM 138)	Cu 58.5, Zn 39.2, Fe 1.0, Sn 1.0, Mn 0.3	Annealed	30	60	30	95	Forgings
"	"	Cold-drawn	50	80	20	180	"
Naval brass (ASTM B21)	Cu 60.0, Zn 39.25, Sn 0.75	Annealed	22	56	40	90	Resistance to salt corrosion
"	"	Cold-drawn	40	65	35	150	"
Muntz metal (ASTM B111)	Cu 60.0, Zn 40.0	Annealed	20	54	45	80	Condensor tubes
Aluminium bronze (ASTM B169 alloy A, B124, B150)	Cu 92.0, Al 8.0	Annealed	25	70	60	80	—
"	"	Hard	65	105	7	210	"
Beryllium copper (ASTM B194, B196, B197)	Cu 97.75, Be 2.0, Co or Ni 0.25	Annealed, solution-treated	32	70	45	B60 (Rockwell)	Electrical, valves, pumps, oilfield tools, aerospace landing gears, robotic welding, mold making ^[3]
"	"	Cold-rolled	104	110	5	B81 (Rockwell)	"
Free-cutting brass	Cu 62.0, Zn 35.5, Pb 2.5	Cold-drawn	44	70	18	B80 (Rockwell)	Screws, nuts, gears, keys
Nickel silver (ASTM B122)	Cu 65.0, Zn 17.0, Ni 18.0	Annealed	25	58	40	70	Hardware
"	"	Cold-rolled	70	85	4	170	"
Nickel silver (ASTM B149)	Cu 76.5, Ni 12.5, Pb 9.0, Sn 2.0	Cast	18	35	15	55	Easy to machine; ornaments, plumbing ^[4]
Cupronickel (ASTM B111, B171)	Cu 88.35, Ni 10.0, Fe 1.25, Mn 0.4	Annealed	22	44	45	–	Condensor, salt-water pipes
"	"	Cold-drawn tube	57	60	15	–	"
Cupronickel	Cu 70.0, Ni 30.0	Wrought	–	–	–	–	Heat-exchange equipment, valves
Ounce metal^[5] Copper alloy C83600 (also known as "Red brass" or "composition metal") (ASTM B62)	Cu 85.0, Zn 5.0, Pb 5.0, Sn 5.0	Cast	17	37	25	60	—
Gunmetal (known as "red brass" in US)	Varies Cu 80-90%, Zn <5%, Sn ~10%, +other elements@ <1%


Family	CDA	Tensile strength [ksi]		Yield strength [ksi]		Elongation (typ.) [%]	Hardness [Brinell 10 mm-500 kg]	Machinability [YB = 100]
Family	CDA	Min.	Typ.	Min.	Typ.	Elongation (typ.) [%]	Hardness [Brinell 10 mm-500 kg]	Machinability [YB = 100]
Red brass	833		32		10	35	35	35
	836	30	37	14	17	30	50–65	84
	838	29	35	12	16	25	50–60	90
Semi-red brass	844	29	34	13	15	26	50–60	90
Semi-red brass	848	25	36	12	14	30	50–60	90
Manganese bronze	862	90	95	45	48	20	170–195^†	30
	863	110	119	60	83	18	225^†	8
	865	65	71	25	28	30	130^†	26
Tin bronze	903	40	45	18	21	30	60–75	30
	905	40	45	18	22	25	75	30
	907	35	44	18	22	20	80	20
Leaded tin bronze	922	34	40	16	20	30	60–72	42
	923	36	40	16	20	25	60–75	42
	926	40	44	18	20	30	65–80	40
	927	35	42		21	20	77	45
High-leaded tin bronze	932	30	35	14	18	20	60–70	70
	934	25	32		16	20	55–65	70
	935	25	32	12	16	30	55–65	70
	936	33	30	16	21	15	79-83	80
	937	25	35	12	18	20	55–70	80
	938	25	30	14	16	18	50–60	80
	943	21	27		13	10	42–55	80
Aluminium bronze	952	65	80	25	27	35	110–140^†	50
	953	65	75	25	27	25	140^†	55
	954	75	85	30	35	18	140–170^†	60
	955	90	100	40	44	12	180–200^†	50
	958	85	95	35	38	25	150-170^†	50
Silicon bronze	878	80	83	30	37	29	115	40
^† Brinell scale with 3000 kg load

동합금 규격표

Comparison of copper alloy standards
Family	CDA	ASTM	SAE	SAE superseded	Federal	Military
Red brass	833
	836	B145-836	836	40	QQ-C-390 (B5)	C-2229 Gr2
	838	B145-838	838		QQ-C-390 (B4)
Semi-red brass	844	B145-844			QQ-C-390 (B2)
Semi-red brass	848	B145-848			QQ-C-390 (B1)
Manganese bronze	862	B147-862	862	430A	QQ-C-390 (C4)	C-2229 Gr9
	863	B147-863	863	430B	QQ-C-390 (C7)	C-2229 Gr8
	865	B147-865	865	43	QQ-C-390 (C3)	C-2229 Gr7
Tin bronze	903	B143-903	903	620	QQ-C-390 (D5)	C-2229 Gr1
	905	B143-905	905	62	QQ-C-390 (D6)
	907		907	65
Leaded tin bronze	922	B143-922	922	622	QQ-C-390 (D4)	B-16541
	923	B143-923	923	621	QQ-C-390 (D3)	C-15345 Gr10
	926		926
	927		927	63
High-leaded tin bronze	932	B144-932	932	660	QQ-C-390 (E7)	C-15345 Gr12
	934				QQ-C-390 (E8)	C-22229 Gr3
	935	B144-935	935	66	QQ-C-390 (E9)
	937	B144-937	937	64	QQ-C-390 (E10)
	938	B144-938	938	67	QQ-C-390 (E6)
	943	B144-943	943		QQ-C-390 (E1)
Aluminium bronze	952	B148-952	952	68A	QQ-C-390 (G6)	C-22229 Gr5
	953	B148-953	953	68B	QQ-C-390 (G7)
	954	B148-954	954		QQ-C-390 (G5)	C-15345 Gr13
	955	B148-955	955		QQ-C-390 (G3)	C-22229 Gr8
	958				QQ-C-390 (G8)
Silicon bronze	878	B30	878

동합금 성분표

Chemical composition of copper alloys
Family	CDA	AMS	UNS	Cu [%]	Sn [%]	Pb [%]	Zn [%]	Ni [%]	Fe [%]	Al [%]	Other [%]
Red brass	833		C83300	93	1.5	1.5	4
			C83400	90			10
	836	4855B	C83600	85	5	5	5
	838		C83800	83	4	6	7
Semi-red brass	844		C84400	81	3	7	9
	845		C84500	78	3	7	12
	848		C84800	76	3	6	15
Manganese bronze			C86100	67	0.5		21		3	5	Mn 4
	862^†		C86200	64			26		3	4	Mn 3
	863^†	4862B	C86300	63			25		3	6	Mn 3
	865	4860A	C86500	58	0.5		39.5		1	1	Mn 0.25
Tin bronze	903		C90300	88	8		4
	905	4845D	C90500	88	10	0.3 max	2
	907		C90700	89	11	0.5 max	0.5 max
Leaded tin bronze	922		C92200	88	6	1.5	4.5
	923		C92300	87	8	1 max	4
	926	4846A	C92600	87	10	1	2
	927		C92700	88	10	2	0.7 max
High-leaded tin bronze	932		C93200	83	7	7	3
	934		C93400	84	8	8	0.7 max
	935		C93500	85	5	9	1	0.5 max
	937	4842A	C93700	80	10	10		0.7 max
	938		C93800	78	7	15		0.75 max
	943	4840A	C94300	70	5	25		0.7 max
Aluminium bronze	952		C95200	88					3	9
	953		C95200	89					1	10
	954	4870B 4872B	C95400	85					4	11
			C95410	85					4	11	Ni 2
	955		C95500	81				4	4	11
			C95600	91						7	Si 2
			C95700	75				2	3	8	Mn 12
	958		C95800	81				5	4	9	Mn 1
Silicon bronze			C87200	89							Si 4
			C87400	83			14				Si 3
			C87500	82			14				Si 4
			C87600	90			5.5				Si 4.5
	878		C87800	80			14				Si 4
			C87900	65			34				Si 1
^† Chemical composition may vary to yield mechanical properties

출처

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_copper_alloys#Brasses

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황동의 특징

황동(brass)은 놋쇠라고도 하며, 구리(Cu)와 아연(Zn)을 주성분으로 하는 Cu-Zn합금으로, 강도는 그리 높지 않으나 주조나 가공이 쉬우며 내식성이 좋다. 각종 기계는 구조용으로부터 일용품에 이르기까지 그 용도가 매우 넓다.

황동의 기계적 성질

인장 강도, 경도, 연신율, 항복점은 대체로 30∼60% Zn 사이에서 극대치를 나타내고, 아연이 증가함에 따라 급속하게 감소한다. 따라서, 기계 재료로 쓰이는 것도 이 부근이며, 대략 70% Cu, 30% Zn의 합금을 7 : 3 황동, 60% Cu, 40% Zn의 것을 6 : 4 황동이라 부른다. 황동은 순구리에 비하여 화학적 부식에 대한 저항이 크며, 고온으로 가열하더라도 별로 산화하지 않는다. 황동을 풀림하면 250℃ 부근에서 연화하기 시작하여 600℃ 부근에서 완료한다.

냉간 가공한 황동은 가공 후 몇 개월 사이에 자연히 균열이 생기며, 때에 따라서는 심하게 균열이 진전하는 경우도 있다. 이러한 현상을 방치 균열이라 한다. 그 원인은 가공할 때 생기는 내부 변형 때문이며, 미리 200℃ 내외로 20∼30분 동안 풀림 열처리를 하면 좋다.

황동의 종류

톰백 (tombac)

5∼20% Zn의 황동을 톰백이라 하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고, 금색에 가까우므로 모조 금이나 관 및 선 등에 쓰인다. 95 Cu-5 Zn 합금(gilding metal) 순구리와 같이 연하고, 코이닝(coining)하기 쉬우므로, 동전, 메달 등에 쓰인다.

90 Cu-10 Zn 합금 (commercial bronze)

톰백의 대표적인 것으로, 디프 드로잉(deep drawing)용 재료, 메달, 배지(badge)등에 쓰인다. 청동과 비슷한 색깔이므로 청동 대용으로도 쓰인다.

85 Cu-l5 Zn 합금 (red brass)

연하고 내식성이 좋으므로 건축용 잡화, 소켓 등에 쓰인다.

80 Cu-20 Zn 합금 (low brass)

전연성이 좋고 색깔이 아름다우므로, 장식용 금속 잡화,악기 등의 재료에 쓰인다.

7:3 황동 (catridge brass)

7:3황동은 상온에서 전연성이 풍부하고, 압연, 드로잉 등의 가공이 쉽지만, 열간 가공이 어렵다. 7:3황동을 냉간 가공하면 가공 경화를 일으켜 인장 강도와 경도는 뜨임재의 약 2배로 되며, 연신율은 0에 가깝게 된다. 따라서, 7 : 3 황동은 냉간 가공에 적합하여 선, 관, 파이프, 전구의 소켓, 탄피 재료 등에 쓰인다.

65 Cu-35 Zn 합금 (high or yellow brass)

고온에서는 단단하고, 전성 및 연성이 저하되므로 냉간 가공하기 전에 풀림을 하여야 한다. 용도는 7:3 황동과 비슷하다.

6:4 황동 (Muntz metal)

6:4황동은 상온이나 고온에서도 상당한 전연성이 있어서 가공하기가 쉽고, 열간 가공이 가능하다. 아연의 함유량이 많아 값이 싸며, 고온 가공하여 상온에서 완성하여 판, 봉으로 쓰인다. 내식성이 적고, 탈아연 부식을 일으키기 쉬우나, 강력하기 때문에 복수기용 판, 열교환기용 판, 볼트, 너트 등에 쓰인다.

황동 주물 (brass castings)

주물용으로서, 10∼40 % Zn의 것이 여러 가지의 목적으로 사용된다. 주조성을 좋게 하기 위하여 2.5% 이하의 Pb를 첨가하면 좋다. 절삭성, 내해수성, 내알칼리성을 요구하는 선박 부품, 보일러의 부품 등에 쓰인다.

특수 황동

황동에 Sn, Ni, Mn, Fe, Al 등의 원소를 첨가하여 내마멸성, 내식성, 기계적 성질을 좋게 한 것을 특수 황동이라 한다. 주석 황동 황동에 Sn을 넣으면 탈아연 부식을 억제할 수 있으며, 강도와 경도가 증가하나, 너무 많이 첨가하면 메지게 된다. 애드머럴티 황동(admiralty brass)과 네이벌 황동(naval brass)이 있으며, 해수에 대한 내식성이 좋아 복수기, 증발기, 열교환기의 관에 사용된다.

니켈 황동

황동에 10∼20% Ni을 넣은 것이며, 양은(nickel silver, German silver)이라고도 한다. 전기 저항이 좋고, 내열성과 내식성이 좋으므로 정밀 저항기용 밸브, 콕, 장식품, 프로펠러, 터빈 블레이드 등에 쓰인다.

망간 황동

양은에 함유되어 있는 니켈을 대부분 망간으로 대치한 것으로, 인장 강도와 연신율은 좋아지나, 양은에 비하여 내식성, 가공성, 용접성이 떨어진다. 선박용 기기, 밸브, 프로펠러, 터빈 블레이드 등에 쓰인다.

델타 메탈 (delta metal)

6:4 황동에 l% 내외의 철을 가한 것으로, 강도가 높으나 2% 이상의 철을 가하면 메지게 된다. 내식성이 풍부하므로 청동의 대용품이 된다.

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출처

http://itscorea.com/steel/steel5_2.php

https://en.wikipedia.org/wiki/Brass

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_copper_alloys#Brasses

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개요

주사형 전자현미경 (Scanning Electron Microscope : SEM) 은 가느다란 전자빔을 시료표면에 주사시켜 입체감 있는 시료의 표면상을 얻기위한 장치이다. 주사형 전자현미경에 에너지 분산형 분광기(EDS)를 사용하여 동시에 분석하면 비교적 단시간에 어떤 원소로 구성되어 있는지를 알 수 있다.

사진 출처 : http://www.coxem.com/ds1_1_5.html

코셈사의 SEM

구성

SEM은 컬럼부는 전자빔을 발생 및 가속시키는 전자총(electron gun), 전자빔을 가늘게 모아주는 집속렌즈와 대물렌즈, 필라멘트를 떠난 전자가 시편에 닿을 때까지 전자빔의 경로를 조절하는 주사코일(deflection coil)로 구성되어 있다.

컬럼 아래쪽의 진공 경통 안에는 시편을 이동시키는 시료 stage가 위치하고, 경통에는 이차전자 검출기 등 다양한 검출기를 부착할 수 있다. 장비의 하단부는 진공 챔버를 10‐5 torr 이하로 유지해주는 진공펌프, 전자총과 검출기 등에 고전압을 공급하는 고전압 공급장치, 전체 시스템을 제어하거나 수집된 신호를 처리하는 Electronics, 외부에서 장비에 전달되는 진동을 차단하는 제진대 등으로 구성된다.

시장

2008년도 전자현미경(SEM, TEM, EPMA 등) 세계시장 점유율은 Hitachi 32%, JEOL 29%, FEI 27%, 기타 12%로 보고되고 있다. 일본의 대표적인 두 회사 외에도 Keyence, Toshiba 등을 포함하면 일본은 세계시장의 65% 이상을 점유하고 있는 것으로 추정된다.

참고 자료

https://www.kistec.or.kr/kistec/LIB/download2.asp?name=jusa_01.pdf

https://www.cheric.org/PDF/PIC/PC13/PC13-1-0051.pdf

http://www.coxem.com/ds1_1_5.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

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[공학나라] 기계 공학 기술정보

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