합금에 다양한 금속 원소를 추가하면 기계적 특성(예: 강도, 경도, 연성, 인성, 내식성 등)에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
다음은 합금에서 일반적인 금속 원소의 역할과 기계적 특성에 미치는 영향입니다.
1.탄소(C)
(1).사용: 주로 강철과 주철에서 발견되며 철(Fe3C 등)과 탄화물을 형성합니다.
(2).영향:
①.강도/경도: 탄소 함량이 증가하면 경도와 강도(예: 고탄소강)가 크게 증가하지만 과도한 양은 취성을 유발할 수 있습니다.
②.연성: 탄소 함량이 높을수록 연성과 인성은 낮아집니다.
③.용접성: 고탄소강은 용접성이 좋지 않습니다.
2.크롬(Cr)
(1).사용: 스테인레스강(304, 316 등) 및 공구강의 핵심 요소입니다.
(2).영향:
①. 내식성 : 부동태산화막(Cr2O3)을 형성하여 내산화성, 내식성을 향상시킵니다.
②.경도/강도: 탄소(예: Cr23C6)와 탄화물을 형성하여 경도와 내마모성을 향상시킵니다.
③. 고온 성능: 내열강 등 고온강도를 향상시킵니다.
3.니켈(Ni)
(1).응용 프로그램: 스테인레스강(예: 304), 고온 합금(예: 인코넬) 및 내식성 합금.
(2).영향:
①인성: 저온 인성과 연성을 향상시킵니다(예: 저온 환경용 니켈강).
②. 내식성 : 산과 알칼리에 대한 저항성을 강화합니다.
③.오스테나이트 안정화: 스테인레스강에서는 크롬과 결합하여 오스테나이트 구조(예: 304강)를 형성합니다.
4.몰리브덴(Mo)
(1).응용 프로그램: 고강도강(예: 4140), 스테인레스강(예: 316) 및 내열합금.
(2).영향:
①.강도/내열성: 고온 강도 및 내크리프성이 향상됩니다.
②. 내식성 : 염화물 응력 부식(예: 316 스테인리스강)에 대한 저항성을 강화합니다.
③.곡물 미세화: 경화성을 향상시킵니다.
5.망간(Mn)
(1).응용 프로그램: 탄소강(예: A36), 고강도 저합금강(HSLA) 및 오스테나이트 망간강(예: Hadfield 강철).
(2).영향:
①.탈산/탈황: 황의 유해한 영향을 줄입니다(FeS 대신 MnS 형성).
②경화성: 경화성과 내마모성을 향상시킵니다(예: 굴삭기 버킷용 고망간강).
③.오스테나이트 안정화: 스테인레스 스틸의 부분적인 니켈 대체.
6.실리콘(Si)
(1).용도: 스프링 강철(예: 65Mn), 전기 강철 및 알루미늄 합금(예: 4xxx 시리즈).
(2).영향:
①.강도/탄력성: 강철(예: 실리콘-망간 스프링 강철)의 강도와 탄성 한계를 향상시킵니다.
②.탈산소제: 제강 중 산소를 제거합니다.
③.자기적 성질: 전기강판의 투자율을 향상시킵니다.
7.알루미늄(Al)
(1).용도: 알루미늄 합금(예: 6061), 고온 합금(예: Fe-Cr-Al) 및 탈산제.
(2).영향:
①.경량화: 밀도가 감소합니다(알루미늄 합금은 강철보다 약 2/3 가볍습니다).
②. 내식성 : Al2O3 보호막을 형성합니다.
③.곡물 미세화: 강철의 입자 성장을 억제합니다.
8.티타늄(Ti)
(1).응용 프로그램: 티타늄 합금(예: Ti-6Al-4V), 스테인리스강(예: 321) 및 고온 합금.
(2).영향:
①.강도/무게 비율: 티타늄 합금은 비강도가 매우 높습니다.
②. 내식성 : 해수 및 염화물 부식에 강합니다.
③.탄화물 형성: 입계 부식을 방지하기 위해 강철의 탄소를 고정합니다(예: 321 스테인리스강).
9.구리(Cu)
(1).응용 프로그램: 황동(Cu-Zn), 청동(Cu-Sn) 및 석출 경화강(예: 17-4PH).
(2).영향:
①. 내식성 : 대기 내식성을 향상시킵니다(예: 내후성 강).
②.전기/열 전도성: 구리 합금은 우수한 전기 전도성을 가지고 있습니다.
③.강수 강화: 강철(예: 17-4PH 스테인리스강)에서 ε-Cu 상을 형성합니다.
10.바나듐(V)
(1).응용 프로그램: 공구강(예: D2), 고강도 저합금강(HSLA).
(2).영향:
①.입자 미세화: 결정립 성장을 억제하기 위한 탄질화물(예: VC)의 형성.
②.강도/인성: 인성을 유지하면서 강도를 향상시킵니다(예: HSLA 강철).
11.텅스텐(W)
(1).응용 프로그램: 고속도강(예: M2), 초경합금(WC-Co) 및 내열합금.
(2).영향:
①.고온 경도: 내마모성 탄화물(예: W2C) 형성.
②.빨간색 경도: 고속도강은 고온에서도 경도를 유지합니다.
12.아연(Zn)
(1).응용 프로그램: 아연 도금 강철(방청), 황동(Cu-Zn) 및 알루미늄 합금(예: 7xxx 시리즈).
(2).영향:
①.희생적인 양극 보호: 아연층은 강철 매트릭스를 보호합니다.
②.강도: 알루미늄 합금(예: Zn-Mg-Cu, 7075 알루미늄 합금)에서 강화상을 형성합니다.
요약: 기계적 특성에 대한 요소의 핵심 영향
| 성능 | 주요 기여 요소 |
| 강도/경도 | C, Cr, Mo, V, W, Mn |
| 연성/인성 | Ni, Al, Cu(보통) |
| 내식성 | Cr, Ni, Mo, Cu, Al |
| 고온 성능 | W, Mo, Cr, Ti, Ni |
| 가벼운 무게 | 알, 티, Mg |
이러한 원소의 함량과 조합을 조정함으로써 특정 요구 사항(예: 고강도강, 내식성 합금 또는 고온 합금)을 충족하도록 합금을 설계할 수 있습니다.
