[공학나라] 기계 공학 기술정보

금속 가공 (metal working)

금속가공의 온도에 따른 분류

재결정이란 냉간 가공 등에서 소성 변형을 일으킨 결정이 가열이 되면 내부 응력이 서서히 감소하여 원래의 결정 입자에서 내부 변형이 없는 새로운 결정의 핵이 발생하고, 이것이 차츰 성장하여 원래의 결정 입자와 대치되어 가는 현상을 말한다. 

- 재결정 온도 이상에서 가공: 열간 가공(hot working) 

- 재결정 온도 이하에서 가공: 냉간 가공(cold working)

보통 가공에 따른 힘을 줄이기 위해 열간 가공을 하며 철의 예를 들면 450 도씨 이상에서 가공하면 열간 가공이되며 그 이하는 냉간 가공이 된다.

부피 성형 가공

소재의 체적에 대한 표면적의 비가 비교적 작은 경우로 두께 또는 단면적이 변함 (쉽게 말해 얇은 판재가 아닌 것들).

단조 (forging)

전조 

압출 (extrusion)

인발 (drawing)

압연 (rolling)

판재 성형 가공 

소재의 두께에 대한 표면적의 비가 비교적 크며 금형을 사용하여 소재의 형상을 변화시킴.

프레스 (press)

스피닝 (spinning) 

절삭 가공

탭핑 (tapping)

리밍 (reaming)

선반 (Lathe)

터닝 (tuning)

드릴링, 카운터 보링, 카운터 싱킹, 보링

밀링 (milling)

방전 가공 (EDM)

연삭 가공

호닝 (honing)

슈퍼피니싱 (superfinishing)

래핑 (lapping)

그라인딩 (Grinding)

전해연마 (Electropolishing)

샷피닝 (shot peening)

금속의 용융온도 혹은 용융점 혹은 녹는점 (Melting Temperature or Point) 

금속을 가열하면 용해되어 용체(Melt)로 된다. 이때의 온도를 용융온도 혹은 용융점이라 한다. 또한 융체를 냉각하면 고체로 된다. 이런 의미에서 응고온도 혹은 응고점이라고도 한다. 

일반적으로 텅스텐(W)이 가장 융점이 높아 3,400℃이고 수은은 -38.8℃로서 가장 낮다. 철은 1,539℃이고, 납, 주석, 비스무스 등은 합금을 만들면 원래의 금속보다 융점이 낮은 것으로 만들어져 전기퓨즈 등으로 쓰인다. 

위 표는 순수 금속에 대한 값이다. 합금은 다르다.

순수 알루미늄 녹는점 : 660.32 도씨

알루미늄 합금 녹는점  : 463~671 도씨

예) Al 7075 T6 의 녹는점 : 477~635 도씨

스테인레스강 개략적인 녹는점 : 1510 도씨

스테인레스강의 녹는점은 구체적으로는 강종에 따라 다르다. (성분이 다르니 당연하다)

아래표에 나와 있다. 또 다른 예로 SUH 660 (UNS S66286)의 녹는점은 1371~1427 도씨이다.

참고 싸이트

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

http://www.engineeringtoolbox.com/melting-temperature-metals-d_860.html

http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MA7075T6

http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=103

http://www.nas-kotai.co.jp/en/leaflet/660.html

배관용 재질 및 배관 규격

배관용 KS 규격은 재질을 기준으로 탄소강, 스테인레스강, 용접용 탄소강으로 나누어진다. 운용 환경에 따라서는 일반, 압력, 고압, 고온용으로 나누어진다. KS 규격은 D35XX 이다.

일본의 JIS 규격은 KS 규격과 같은 방식으로 분류한다.

KS D3507 배관용 탄소강 강관

1. 적용범위

 이 규격은 사용 압력이 비교적 낮은 증기, 물, 기름, 가스, 공기 등의 배관에 사용하는 탄소강관(이하  관이라 한다)에 대하여 규정한다. 

출처 : http://e-pipe.co.kr/pipe-text/pipe/3507.html

KS D3562 압력 배관용 탄소 강관 

1. 적용 범위 

이 규격은 350℃정도 이하에서 사용하는 압력배관에 쓰이는 탄소강관(이하 관이라 한다)에 대하여 규정한다. 다만, 고압용의 배관에 대하여는 KS D 3564(고압 배관용 탄소 강관)에 따른다.

출처 : http://www.e-pipe.co.kr/pipe-text/pipe/3562.html

재료규격 코드 

종류는 각 나라마다 다르다. 특히 우리가 많이 접하게 되는 것은 미국, 일본, 영국, 독일 등의 외국 규격과 국내규격이 있다. 

미국은 

ASTM(American Society for Testing and Materials), 

ASME(American Society of Mechanical Engineers)가 주요하게 쓰이며 이 외에도 

SAE(Society of Automotive Engineers), 

ASM(American Society for Metals), AWS(American Welding Society)등이 있다. 

일본은 JIS(Japanese Industrial Standards)이 있으며 

영국은 BS(British Standards), 

독일은 DIN(Deutshe Industrie Normen)이 있다. 

국내규격은 KS (Korean Standards)가 있다. 

ANSI 

이 규격은 주로 철(Fe)에 관련된 금속재료인 순철, 탄소강, 합금강, 스테인레스강, 공구강에 대한 원소성분, 기계적 성질등을 규정하고 있다. 

순철과 탄소강은 AISI 10XX 형태로 분류하는데 10은 이 종류를 의미하고 XX의 두자리는 철중의 탄소성분을 나타낸다. 

스테인레스강은 AISI Type OOO형태로 분류하는데 첫 O은 2, 3, 4중의 한개인데 2, 3은 오스테나이트형 스테인레스강에 쓰이고 4는 페라이트형 혹은 마르텐사이트형 스테인레스강에 쓰인다. 그 외에 석출경화형 스데인레스강은 별도의 체계를 가지고 있다. 오스테나이트 스테인레스강에서 예를 들어 ANSI Type 316L이 있는데 이때 L은 Low Carbon을 의미한다. 

ASTM 

모든 금속, 비금속의 재료에 대한 특성 및 시험법을 규정한 것으로서 총 7개 부분으로 나뉜다. 철재료인 경우 원자로 압력용기 재료를 표시해 보자.

상기 표시의 

①은 규격의 출처를 나타내고 

②는 규격번호로서 이 번호가 의미하는 것이 

④의 내용이다. 그러니까 ④는 흔히 표기를 하지 않는다. 

규격번호를 보면 이 철강재료는 Mn-Mo, Mn-Mo-Ni로 구성된 합금강이며, 압력용기의 외벽으로 쓰이기 위한 판형태로 제작되며, 퀜칭과 템퍼링의 열처리를 거쳐야 함을 알 수 있다. 이 외에도 이 규격 번호안에는 이재료의 특성을 알아보기 위해서는 어떠한 시험을 하여야 하는 지도 규정되어 있다. ③은 재료기호로서 구체적인 성분함유량 성분함유량이 표시됨에 따라 구분되는 것이다. 즉 A533안에는 Grade A, B, C등이 있으며 또 세분류로서 Class 1, 2, 3등이 있다는 것을 의미한다. 

아울러 A533의 A는 철재료인 것을 의미하므로 비철재료인 B와 쉽게 구분할 수 있겠다. 한가지 덧붙인다면 똑같은 합금성분인데 열처리방법 제품의 형태, 시험방법등이 다를 수 있으므로 반드시 ①, ②, ③을 동시에 표시하여야 한다. 비철 재료를 예로 들어보자. 

이것도 철재료나 마찬가지로 ①은 규격출처이며, ②는 규격번호로서 비철재료인 것을 알 수 있는 B로 시작하되 ④와 같은 내용을 가진 재료이다. ③은 구체적 성분함량이 표시된 재료기호이다. 마찬가지로 ①, ②, ③을 동시에 반드시 표시하여야 한다. 

ASME 

미국기계학회에서는 각종 보일러와 압력용기, 배관, 펌프, 밸브등에 대한 설계, 제작, 성능 시험등에 관련한 사항들을 규격화시켜 놓았다. 이것이 ASME Code이다. 

이 Code는 전부 11개 부분으로 나뉘어져 있다. 이중 Section II는 압력용기 혹은 기타 기기들을 만드는데 필요한 철, 비철재료를 규정하고 있다. 그런데 ASME는 ASTM의 모든 철, 비철재료중에는 목적하는 기기들을 만드는데 중요한 재료들만 따로 발췌한 것이다. 그러므로 ASME Section II의 각 규격을 실제로 보면 ASTM의 어느 부분과 같다고 표시해 놓았다. 이렇게 ASTM에서 발췌한 재료들은 S를 덧붙여 표시한다. 즉 SA533 Gr. B Cl.1 혹은 SB210 7075라고 표시한다. 그러므로 SA 혹은 SB로 시작되는 재료를 보았다면 ASTM의 해당 규격과 거의 일치하되 경우에 따라서는 ASTM규격 내용보다 엄격한 요구를 한 경우도 있다는 것을 고려하면 좋겠다. 

KS 

한국공업규격은 7여종으로 구분되는데 

A:기본, 

B:기계, 

C:전기, 

D:금속, 

F:토건, 

M:화학, 

R:수송 

등으로 구분된다. 

상기 ASTM에서 표시된 재료를 KS로 표시해 보면 “KS D3539-85SQV2A : 압력용기용 조질형 Mn-Mo-Ni합금강 강판” “KS D6764-83 A7075PD : 이음매 없는 Al 및 Al합금판”과 같이 된다. 

마찬가지로 규격출처, 규격번호(특히 85, 83등은 규정한 연도표시), 재료 기호순으로 표시한다.

관용 나사 (pipe thread)

파이프를 연결 할 때 파이프 끝에 나사산을 내고 연결하면 나사산이 있는 부분의 강도가 저하된다. 따라서 강도 저하를 적게 하기 위하여 나사산의 높이가 낮은 관용 나사를 사용한다.

관용 나사의 예

종류는 형상에 따라 크게 평행 나사와 경사 (테이퍼, taper) 나사가 있다. 평행나사는 말그대로 나사가 평행한 것이며 테이퍼 나사는 경사진 나사이다. 일반 볼트나 너트에 사용되는 mm 나사는 잘 알다시피 평행나사이다. 아래 그림은 테이퍼 나사의 그림으로 나사산이 경사져 있는 것을 알 수 있다.

경사 나사

규격에 따른 차이

관용 나사가 실무자들에게 복잡한 이유는 KS, NPT등의 규격에 따라, 같은 규격내에서도 용도에 따라 나사산의 형상이 차이가 있다는 점이다. 

국내 KS 규격은 BSP, JIS, ISO 와 같으며 나사산의 각도가 55 도이며 미국 표준인 API, NPT는 나사산의 각도가 60 도로 다르다. 따라서 KS 규격과 NPT는 관경 20 mm 이하에서는 강제로 결합이 되나 분해 후에 재사용은 안된다고 한다. 

국내에서는 일반 산업용으로는 KS 규격을, 석유화학쪽은 NPT를 사용한다고 한다. 

KS 0222, BSP 규격

KS 규격은 다시 경사인 PT 나사와 평행인 PS, PF 나사로 나누어졌었다 (구기호). 

*PF는 PS와 동일한데 단지 나사의 골이 둥글게 되어 기밀을 요하는 곳에 사용된다는 점이 다르다. 

현재 KS는 R 규격으로 변경되었다. 관용 테이퍼 나사에는 관용 테이퍼 나사 (R)와 관용 평행나사 (G) 로 구성되어 있다. 이는 BS21, ISO7/1 등의 규격에도 동일하다. 

나사의 호칭은 주로 "R 혹은 G - 호칭경" 이 사용된다. 호칭경은 인치도 되고 미리도 사용되며 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 3/4, 1인치가 각각 6, 8, 10, 15, 20, 25 mm에 해당된다.

API 규격

API 규격에서는 경사 나사인 NPT, NPTF와 평행나사인 NPS, NPSF 로 나누어진다. F 가 뒤에 붙으면 KS 규격과 마찬가지로 나사산의 경사부위가 둥글게 되어 있다. 

NPT 규격

NPT 는 ANSI/ASME standard B1.20.1 규격으로 정의되며 관용나사만 있고 평행나사는 있긴하나 거의 안쓰는 것 같다. API 규격과 마찬가지로 NPTF (National Pipe Taper Fuel 혹은 Dryseal American National Standard Taper Pipe Thread, ASME B1.20.3) 라는 규격이 있다. NPT 에 비해 테플론 PTFE 테이프나 실런트를 사용하지 않고 누설을 방지한다. NPTF는 나사산 방향 누설을 방지하기 위해 억지끼워맞춤을 변경하여 NPT에 비해 crest와 root의 높이만 조정된 형상이다.

NPT 나사 규격

참고 싸이트

http://www.spiraxsarco.com/global/kr/News/Documents/A-10-6.pdf

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

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

http://gagemaster.co.kr/bbs/bbs_view.php?board_id=tech&cate_no=&gul_no=221&s_key=&s_word=

http://ubi-handbook.mobilnet.co.kr/index.html