기계재료 (1)

### 기계공작이란 무엇인가?

기계공작은 다양한 재료를 사용하여 각종 기계 부품, 구조물의 구성요소 및 기타 제품을 제작하는 일련의 과정을 의미합니다. 이러한 과정에서는 원료를 처리하여 만들어진 상품화된 상태의 소재를 주로 사용합니다. 예를 들어, 기어의 소재로 사용되는 강봉, 음료 캔의 소재로 사용되는 알루미늄 합금 박판, PVC 관의 소재로 사용되는 PVC 과립 등이 있습니다.

#### 기계공작에 사용되는 재료

재료는 사용되는 산업 분야에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다:
- 기계 재료
- 전기 전자 재료
- 토목건축 재료
- 화공 재료
- 섬유 재료

하지만 동일한 재료가 여러 산업 분야에 걸쳐 사용되는 경우도 많습니다. 기계 재료는 기계공작의 대상이 되는 모든 재료를 포함하며, 이들 재료는 기계가공, 소성가공, 주조, 용접 및 특수가공공정을 거쳐 요구되는 형상의 제품으로 완성됩니다.

#### 기계 재료의 분류

기계 재료는 크게 금속재료와 비금속재료로 분류할 수 있습니다. 금속재료는 다시 철계 재료와 비철계 재료로 나눌 수 있습니다. 비금속재료로 중요한 기계 재료는 플라스틱과 세라믹 등이 있습니다.

- **금속재료**: 금속재료는 비금속재료에 비해 강도가 크고 가공성이 양호하여 오래전부터 기계 재료로서 중요한 위치를 차지해 왔습니다. 대부분의 전통적인 가공법은 금속재료를 대상으로 발전되었습니다.
- **플라스틱 재료**: 20세기에 들어와 금속재료에 비해 가볍고 성형성이 좋은 플라스틱 재료가 개발되었습니다. 이로 인해 자동차, 항공기, 선박 등 경량화가 요구되는 기계나 구조물의 구성 요소로 널리 사용되며, 1980년 이후 수요가 급격히 증가하고 있습니다.
- **세라믹 재료**: 세라믹 재료는 인간이 사용한 가장 오래된 재료 중 하나로, 고대부터 도자기, 건축 재료, 미술 재료 등에 사용되었습니다. 현대적 의미의 세라믹 재료는 성형 및 소결 기술의 발달과 함께 내열성, 내마모성 및 내식성이 요구되는 분야에서 주목받고 있습니다.

### 결론

기계공작은 다양한 재료를 사용하여 기계 부품과 제품을 제작하는 중요한 과정입니다. 금속재료, 플라스틱 재료, 세라믹 재료 등 각종 재료의 특성과 용도를 이해하고 적절히 활용하는 것이 기계공작의 성공을 좌우합니다. 20세기 이후 경량화가 요구되는 분야에서 플라스틱과 세라믹 재료의 사용이 증가하며, 재료 과학의 발전과 함께 기계공작 분야도 지속적으로 발전하고 있습니다.

 

기계재료의 분류

 

### 금속 재료의 결정 구조

금속 재료는 일상 생활과 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다. 금속의 기본적인 성질을 이해하기 위해서는 금속의 결정 구조를 알아야 합니다. 이번 포스팅에서는 금속의 결정 구조와 그 중요성에 대해 알아보겠습니다.

#### 순금속과 합금

순금속(pure metal)은 매우 연하고 기계적 성질이 떨어져 기계 재료로는 거의 사용되지 않습니다. 대신 합금(alloy)을 사용하여 강도와 강성을 높입니다. 하지만 순금속은 금속의 기본 성질을 이해하는 데 유용한 참조가 됩니다.

#### 금속의 결정 구조

금속의 중요한 물리적 성질 중 하나는 특정 온도에서 응고하거나 용융된다는 것입니다. 액체 상태의 금속 원자들은 불규칙적으로 배열되어 있지만, 응고점에 도달하면 규칙적인 배열을 가진 결정 구조로 변합니다. 고체 상태에서 원자가 규칙적으로 배열된 상태를 결정(crystal)이라 하며, 순금속의 응고 과정에서 다결정체(polycrystal) 조직이 형성됩니다. 다결정체는 여러 개의 결정 입자(grain)들로 이루어져 있으며, 이들의 경계를 입계(grain boundary)라고 합니다.

#### 금속 결정격자구조

금속의 결정 구조는 크게 세 가지로 분류됩니다: 체심입방격자(BCC), 면심입방격자(FCC), 조밀육방격자(HCP).

1. **체심입방격자 (BCC: Body Centered Cubic Lattice)**
   - 정육면체의 각 모서리와 중심에 각각 1개의 원자가 배열된 구조입니다.
   - 대표적인 예: 철(Fe), 크롬(Cr), 텅스텐(W)

2. **면심입방격자 (FCC: Face Centered Cubic Lattice)**
   - 정육면체의 각 모서리와 각 면의 중심에 각각 1개의 원자가 배열된 구조입니다.
   - 대표적인 예: 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au)

3. **조밀육방격자 (HCP: Hexagonal Close Packed Lattice)**
   - 육각기둥 형태의 단위 격자 구조를 갖습니다.
   - 대표적인 예: 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 아연(Zn)

#### 브라베이 격자

브라베이(Bravais)는 금속 원자의 3차원 배열을 설명하기 위해 14가지의 규칙적인 배열을 제안했습니다. 금속 결정격자구조는 이 중에서 비교적 단순한 세 가지 종류에 속합니다.

### 결론

금속의 결정 구조는 그 물리적 성질과 기계적 성질에 큰 영향을 미칩니다. 체심입방격자, 면심입방격자, 조밀육방격자 구조를 이해함으로써 금속 재료의 특성을 더 잘 이해할 수 있습니다. 다음 포스팅에서는 각 결정 구조의 특성과 이들이 실제 금속 재료에 어떻게 적용되는지에 대해 더 자세히 다뤄보겠습니다.

→ [금속 결정 구조에 대한 자세한 설명 보러가기](#)