CNC 재료의 열팽창 계수

22가지 CNC 재료의 CTE (µm/m·°C)와 각 값이 적용되는 온도 범위, 그리고 그 차이가 끼워맞춤과 검사에 미치는 영향의 계산 예.

재료별·온도 범위별 열팽창 계수 (CTE)

재료 (등급)	CTE (µm/m·°C)	온도 범위	공학적 의미	출처
Aluminum 1060 (commercially pure)	23.6	20–100 °C	일반 CNC 금속 중 최고 CTE. 부스바와 방열판 설계는 팽창 틈을 허용해야 합니다	ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com
Aluminum 6061-T6	23.6	20–100 °C	가장 많이 가공되는 알루미늄 합금. CTE는 템퍼와 무관 (O, T4, T6, T651 모두 23.6)	ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J
Aluminum 6061-T6	24.6	20–200 °C	고온 평균은 약 4% 상승. 150 °C 초과에서는 범위별 CTE를 사용하십시오	MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2
Aluminum 7075-T6	23.6	20–100 °C	항공우주 등급. 항복강도가 두 배임에도 CTE는 6061과 동일 — 혼합 합금 지그 설계가 단순해집니다	matmake.com; arcuscnc.com
Copper C11000 (ETP)	17.0	20–100 °C	부스바·연결단자 재료. 알루미늄 (23.6)과의 CTE 불일치가 이금속 러그 접합부 피로를 유발합니다	fabdigit.com (C11000-O properties)
Copper C11000 (ETP)	17.0	20–300 °C	넓은 범위의 평균 CTE. 제조사 데이터시트 값	jtcopper.com C11000 datasheet
Brass C36000 (free-cutting)	20.5	20–100 °C (approx.)	가공성이 가장 좋은 구리 합금. CTE는 구리와 알루미늄 사이 — 알루미늄 하우징 내 황동 인서트 설계와 관련됩니다	mechcodex.com C36000 thermal table
Carbon steel AISI 1045 (annealed)	11.6	0–100 °C	축·기어의 기준 강재. CTE는 알루미늄의 약 절반 — Al-강 볼트 체결부는 ΔT = 100 °C에서 100 mm당 0.12 mm의 차이가 생깁니다	theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties
Carbon steel AISI 1045 (annealed)	12.3	0–200 °C	고온 평균값. 온도 범위와 함께 상승합니다	theworldmaterial.com AISI 1045
Alloy steel AISI 4140 (normalized)	12.3	20–100 °C	고강도 축·차축강. CTE는 1045와 유사 — 열응력 계산에서 상호 치환 가능합니다	ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com
Stainless steel 304/304L	17.3	0–100 °C	오스테나이트계 스테인리스는 탄소강보다 약 44% 더 팽창합니다. 열교환기 관-관판 접합에 중요합니다	jnalloys.com CTE comparison table
Stainless steel 316/316L	15.9	0–100 °C	유사한 오스테나이트 조직임에도 304보다 낮은 CTE (몰리브덴 첨가). 해양 배관 팽창 설계에 선호됩니다	jnalloys.com CTE comparison table
Stainless steel 17-4PH (H900)	10.8	0–100 °C	마르텐사이트계 PH강. 스테인리스 등급 중 탄소강에 가장 가까운 CTE — 강 구조물과 맞물리는 정밀 항공우주 피팅에 이상적입니다	xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)
Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)	8.6	20–100 °C	일반 구조용 금속 중 최저 CTE. 항공우주 하이브리드 접합에서 CFRP (0–2)와 잘 맞습니다	arcuscnc.com CTE comparison
Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)	8.8	20–100 °C (approx.)	다른 발표 값. 차이는 일반적인 측정 불확실성 (±2%) 이내입니다	mechcodex.com Ti-6Al-4V properties
Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)	11.7	20–100 °C	금형 베이스강. 열 사이클 중 사출 금형의 열응력 균열을 피하려면 CTE가 인서트강과 일치해야 합니다	ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)
Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)	12.0	20–200 °C	다이캐스팅·단조 금형강. 표면 온도 500–650 °C에서 작동하므로 고온역 CTE가 다이 인서트 끼워맞춤에 중요합니다	ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com
Delrin / POM (acetal homopolymer)	110	23–60 °C	강의 약 5배. 온도 상승에 따라 플라스틱-금속 압입이 느슨해집니다 — 끼워맞춤 과잉량은 최고 사용 온도에서 설계하십시오	firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet
Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)	80	23–60 °C	수분 흡수가 열 항목 위에 흡습 팽창을 더합니다. 상대습도 50%에서 실효 치수 변화가 약 0.2% 증가합니다	DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21
PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)	47	23–100 °C	비강화 엔지니어링 플라스틱 중 최저 CTE. 고온에서는 알루미늄에 접근합니다 — 열사이클 환경의 금속 대체에 사용 가능합니다	makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)
PEEK (30% glass-filled, GF30)	27	23–100 °C	유리섬유 강화로 CTE가 약 43% 절감됩니다. 열사이클 하 치수 안정성이 중요할 때 선택됩니다	makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)
ABS (general purpose, unfilled)	90	23–60 °C	높은 CTE는 정밀 조립 사용을 제한합니다. 여유 간극이 있는 소비재 인클로저에는 수용 가능합니다	firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets

이 표를 읽는 방법. 출처가 다르면 두 행을 모두 실었습니다 (Ti-6Al-4V는 8.6과 8.8). 온도 범위는 발표된 그대로이며 하나의 대역으로 정규화하지 않았습니다 — 실제 온도 범위를 포괄하는 CTE 행을 항상 사용하십시오.

차이가 치수 문제가 되는 순간

실무에서 나온 다섯 계산 예로, 모두 위 표의 값을 사용한 ΔL = α × L × ΔT 계산입니다. CTE가 다른 재료를 정밀 조립에서 호환으로 취급할 수 없는 이유를 보여줍니다.

케이스	계산	결과	설계 대응
6061-T6 하우징 (CTE 23.6)을 1045강 베이스 (CTE 11.6)에 볼트 체결. 볼트 피치 200 mm, ΔT = 50 °C	ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50	0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential	볼트 간극이 0.1 mm뿐이면 ΔT = 50 °C에서 체결부가 물립니다. 슬롯 구멍, 0.3 mm 이상 간극 또는 유연 와셔를 사용하십시오. 정밀 지그는 알루미늄-알루미늄 또는 강-강으로 구성하십시오.
강 구조물 (CTE 12.0)을 CFRP 패널 (섬유 방향 CTE 약 1.0)에 직접 볼트 체결. 경간 300 mm, ΔT = 80 °C	(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80	0.264 mm relative slip per cycle	Ti-6Al-4V 인서트 (CTE 8.6)는 양쪽 불일치를 7.6 µm/m·°C로 줄이고 차등 변위를 약 30% 감소시킵니다 — 복합재 접합 항공우주 설계에서 티타늄 피팅이 주류인 이유입니다.
델린 부싱 (CTE 110)을 강 하우징 (CTE 11.6)에 압입: 외경 25 mm, 20 °C에서 과잉량 0.05 mm, 사용 온도 80 °C	ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60	0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)	압입은 80 °C에서 끼울림 끼워맞춤으로 변합니다. 과잉량은 최고 사용 온도에서 계산하거나, POM을 기계적으로 고정(스냅 링, 널링)하거나, PEEK (CTE 47) 또는 유리섬유 강화 PEEK (CTE 27)로 교체하십시오.
30 °C 작업장 온도에서 가공한 500 mm 6061 부품을 20 °C에서 검사 (ISO 1 기준 온도)	23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10	0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C	±0.05 mm 작업에서 이 오차는 공차 대역의 2.4배입니다: 최종 검사 전에 부품을 20 °C ± 1 °C로 균질화하거나 공정 내 보정을 적용하십시오.
P20 몰드 베이스 (CTE 11.7)에 H13 코어 인서트 (CTE 12.0). 인서트 지름 100 mm, ΔT = 60 °C, 설계 간극 0.02 mm	12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60	0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm	P20과 H13은 열적으로 호환됩니다 (0.3 µm/m·°C 차이). 같은 ΔT에서 P20 대비 베릴륨 구리 인서트 (CTE 16.6)는 간극을 0.029 mm 잃습니다 — BeCu 인서트는 팽창 여유를 두고 설계하십시오.

수치 사용 방법

여기서 CTE는 µm/(m·°C)이며 10⁻⁶/K 또는 ppm/°C와 같습니다. 용도에 맞는 온도 범위의 행을 고르십시오 — 같은 합금도 범위에 따라 다른 평균을 발표합니다 (6061: 20–100 °C에서 23.6, 20–200 °C에서 24.6).
열처리는 알루미늄 CTE를 바꾸지 않습니다: 6061은 모든 템퍼 (O, T4, T6, T651)에서 23.6 µm/m·°C입니다. 실효 값을 움직이는 것은 온도 범위뿐입니다.
출처가 다르면 두 값을 모두 남겼습니다: Ti-6Al-4V는 8.6과 8.8 µm/m·°C로, 일반적인 측정 불확실성 (±2%) 이내의 차이입니다. 304 스테인리스는 17.3을 사용합니다 — 일부 계산기 표가 보여주는 10.8은 17-4PH 값의 입력 오류입니다.
플라스틱 CTE는 필러, 결정성, 수분에 크게 좌우됩니다. 나일론 6/6 행은 성형 그대로(건조, 80)이며, 상대습도 50% 평형에서는 실효 치수 변화가 열 항목 위에 약 0.2% 더 올라갑니다.
검사의 함정: 부품은 절삭열로 팽창하고 CMM 위에서 수축합니다. 40 °C에서 절삭한 300 mm 6061 부품은 20 °C에 이르는 동안 0.14 mm 수축합니다 — 열 균질화 후 측정하거나 변위를 공차에 반영하십시오.

자주 묻는 질문

200 mm 알루미늄 6061 봉은 20 °C에서 60 °C까지 얼마나 늘어납니까?
약 0.19 mm. ΔL = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 40 = 0.189 mm.

CNC 가공 후 알루미늄 부품 치수가 작게 나오는 이유는?
절삭열에 의한 열수축입니다. 40 °C에서 절삭한 300 mm 6061 부품은 20 °C까지 0.14 mm 수축합니다 (23.6 × 10⁻⁶ × 300 × 20). 최종 측정 전에 부품을 20 °C로 균질화하십시오.

알루미늄과 304 스테인리스강의 CTE 차이는?
6.3 µm/m·°C (23.6 대 17.3). ΔT = 50 °C에서 100 mm당 0.032 mm의 차등 변위입니다.

80 °C 용도로 델린 부싱을 강 하우징에 압입할 수 있습니까?
과잉량만으로는 불가능합니다. POM CTE (110)는 강 (11.6)의 9.5배: 25 mm 지름에서 20 °C의 과잉량 0.05 mm는 50 °C 부근에서 간극이 됩니다. 기계적 고정을 쓰거나 유리섬유 강화 PEEK (CTE 27)로 교체하십시오.

정밀 지그에 가장 열팽창이 작은 금속은?
티타늄 Ti-6Al-4V의 8.6 µm/m·°C — 어떤 일반 강재 (11.6–12.3)보다 낮고 알루미늄 (23.6)의 절반 이하입니다. 초저팽창 구조에는 인바 (FeNi36)의 1.2 µm/m·°C라는 극단적 선택이 있지만 비용이 10–20배 듭니다.

1 m 강재 보는 40 °C 상승에서 얼마나 늘어납니까?
탄소강 1045 기준 약 0.46 mm (11.6 × 10⁻⁶ × 1000 × 40 = 0.464 mm). 304 스테인리스는 0.69 mm — 긴 구조물에 신축 이음이 필요한 이유입니다.

열처리 (T6 대 T4)는 알루미늄 6061의 CTE를 바꿉니까?
아니요. CTE는 모든 템퍼 (O, T4, T6, T651)에서 23.6 µm/m·°C입니다. 값은 석출물 양이 아니라 알루미늄 결정 격자가 정하며, 실효 값을 바꾸는 것은 온도 범위뿐입니다.

체온 범위 의료기기의 PEEK에는 어느 CTE를 써야 합니까?
47 µm/m·°C (비강화, 23–100 °C 범위)를 사용하십시오. ΔT = 17 °C (20 → 37 °C)에서 50 mm 부품의 팽창은 0.040 mm에 불과합니다 — 20 °C에서 측정하면 일반적인 가공 공차 ±0.025 mm 이내입니다.

표준 및 출처

ASM Handbook Vol. 2 (제10판, 1990년) — 알루미늄 합금 CTE 값과 템퍼 독립성
MIL-HDBK-5J (미 국방부, 2003년) — 6061의 온도별 CTE (20–100/200/300/400 °C)
ASM Handbook Vol. 1 — AISI 4140 = 12.3, P20 = 11.7, H13 = 12.0 µm/m·°C
DuPont Delrin 500P 및 Zytel 101L 데이터시트 — POM 110 µm/m·°C (23–60 °C), 나일론 6/6 80 µm/m·°C (성형 그대로)
Victrex PEEK 데이터 (makerstage.com 경유) — 비강화 47, GF30 27 µm/m·°C. criterionprecision.com은 45–55
jnalloys.com CTE 비교 — 304/304L = 17.3, 316/316L = 15.9 µm/m·K (0–100 °C)
xometry.com 및 alloy-materials.com — 17-4PH = 10.8 µm/m·°C (20–100 °C)
arcuscnc.com — Ti-6Al-4V = 8.6. matmake.com (ASM 데이터) — 알루미늄 합금 표. mechcodex.com — C36000 = 20.5, Ti-6Al-4V = 8.8
theworldmaterial.com — AISI 1045 = 11.6 (0–100 °C) 및 12.3 (0–200 °C). fabdigit.com — C11000 = 17 (20–100 °C). jtcopper.com — C11000 = 17.0 (20–300 °C)
출처가 충돌하면 두 행을 모두 실고 차이는 사용 노트에 기록합니다