금속 비중 Density·녹는온도 표｜UG NX 무게 계산·재질 설정 방법
UG NX로 부품과 어셈블리를 설계하다 보면 “이 부품이 실제로 몇 g인지”, “전체 장비가 목표 중량을 넘는지”, “철 대신 알루미늄을 쓰면 얼마나 가벼워지는지”를 빠르게 확인해야 할 때가 많습니다.
이때 가장 먼저 정확히 관리해야 하는 값이 바로 재질의 밀도 Density입니다. 3D CAD는 모델 체적에 재질 밀도를 곱해 질량과 무게 중심, 관성모멘트 등을 계산하기 때문에 형상이 정확하더라도 Density가 틀리면 결과도 같은 비율로 달라질 수 있습니다.
또한 금속의 녹는온도는 주조·용접·열처리·고온 환경 검토에서 참고할 수 있지만, 이것만으로 제품의 실제 사용 가능 온도를 판단하면 안 됩니다.
특히 알루미늄, 스테인리스, 황동, 청동, 강재처럼 합금으로 사용하는 재질은 조성과 열처리 상태에 따라 하나의 녹는점이 아니라 고상선과 액상선 사이의 녹는 범위를 갖는 경우가 많습니다.
- 참고 : UG NX 밀도 Density 무게·중량·Mass Properties·볼륨 측정
- 참고 : UG NX 재질 설정 및 Material 추가방법
- 참고 : UG NX 재질 확인 및 Material 삭제 방법
핵심 답변
UG NX의 질량 계산은 기본적으로 모델 체적 × 재질 밀도(Density)로 이뤄집니다. 철·알루미늄·스테인리스·구리처럼 자주 쓰는 금속은 사내 표준 재질 카드로 만들어두면 부품과 어셈블리 중량을 빠르게 비교할 수 있습니다.
순금속은 대표 녹는점 하나로 표시할 수 있지만, 실무에서 많이 쓰는 합금은 고상선~액상선 범위와 실제 사용온도를 구분해야 합니다. 예를 들어 알루미늄 6061은 약 582~652℃ 범위를 참고할 수 있지만, 이 값은 연속 사용온도나 강도 보증온도를 뜻하지는 않습니다.
중요 부품은 단순 밀도값만 넣지 말고 실제 구매 등급의 데이터시트, 표면처리, 인서트, 체결부, 도장층까지 반영해 실측품과 비교해야 합니다. 특히 중량 목표·무게 중심·회전체 관성·운송비·휴대성이 중요한 제품은 양산 전 검증이 필요합니다.
금속 비중 Density와 녹는온도를 보기 전에 알아둘 점
금속 물성표를 볼 때 가장 먼저 구분해야 할 것은 순금속과 합금입니다.
순수한 알루미늄, 구리, 아연, 납, 니켈처럼 조성이 하나로 정해진 금속은 대표 녹는점 하나를 참고할 수 있습니다.
하지만 실제 제품 설계에서 자주 사용하는 알루미늄 6061, A5052, SS400, SKD11, SUS304, SUS316, 황동, 청동, 다이캐스팅 알루미늄, 인코넬 등은 합금입니다.
합금은 조성에 따라 고체가 녹기 시작하는 고상선(Solidus)과 완전히 액체가 되는 액상선(Liquidus) 사이에 온도 범위를 가질 수 있습니다.
녹는온도는 사용 가능 온도와 다릅니다
금속의 녹는온도가 1,400℃ 이상이라고 해서 1,300℃ 부근에서 구조부품으로 안정적으로 사용할 수 있다는 뜻은 아닙니다. 실제 사용 가능 온도는 항복강도 저하, 크리프, 산화, 열팽창, 피로, 체결력 감소, 코팅 손상, 주변 부품의 내열성 등을 함께 검토해야 합니다.
예를 들어 알루미늄 합금은 녹는 범위보다 훨씬 낮은 온도에서도 강성이 떨어지고 열변형이 커질 수 있습니다.
스테인리스 역시 높은 내열성을 가질 수 있지만, 재질 등급에 따라 산화 저항성·내식성·고온 강도·용접부 성능이 달라집니다.
CAD 질량 계산에는 녹는온도보다 Density가 직접 사용됩니다
NX에서 Mass Properties를 계산할 때 직접 필요한 값은 재질의 Density입니다.
녹는온도는 재질 카드에 함께 기록해두면 열환경 검토에 참고할 수 있지만, 구조·열해석까지 수행할 때는 Density 외에도 탄성계수, 포아송비, 열팽창계수, 열전도율, 비열, 항복강도, 온도 의존 물성을 함께 관리하는 편이 좋습니다.
금속 종류별 비중 Density·녹는 범위 표
아래 표는 3D CAD 초기 설계와 질량 비교에 활용하기 좋은 대표값입니다.
실제 양산 설계와 해석에는 반드시 구매 재질의 규격서·제조사 데이터시트·사내 승인 재질표를 우선 적용해야 합니다.
| 재질 | 대표 Density | 열 기준 참고값 | NX 초기 입력 참고 | 설계 시 확인할 점 |
|---|---|---|---|---|
| 알루미늄 6061-T6 | 약 2.70 g/cm³ | 약 582~652℃ 고상선~액상선 | 2,700 kg/m³ | 열처리 상태, 두께, 공급사 조성, 표면처리 확인 |
| 알루미늄 5052 계열 | 약 2.68 g/cm³ | 합금 등급별 확인 | 2,680 kg/m³ | 판재 두께·H temper·절곡성·내식성 확인 |
| 마그네슘 순금속 | 약 1.74 g/cm³ | 약 650℃ | 1,740 kg/m³ | 실제 AZ91D·AM60 등 합금은 별도 물성 확인 |
| 티타늄 순금속 | 약 4.51 g/cm³ | 약 1,668℃ | 4,510 kg/m³ | Gr.2, Ti-6Al-4V 등 합금별 밀도·열 범위 확인 |
| 연강·탄소강 | 약 7.85 g/cm³ | 약 1,425~1,540℃ | 7,850 kg/m³ | 탄소량·열처리·도금·판재 또는 봉재 여부 확인 |
| 주철 | 약 7.10~7.30 g/cm³ | 약 1,150~1,200℃ | 7,200 kg/m³ | 회주철·구상흑연주철·합금주철 등급별 차이 큼 |
| SUS304 | 약 7.90 g/cm³ | 약 1,400~1,450℃ | 7,900 kg/m³ | 내식성·가공경화·용접부·판재 표면 상태 확인 |
| SUS316·316L | 약 7.98~8.00 g/cm³ | 약 1,375~1,400℃ | 7,980 kg/m³ | 염화물 환경, 용접, Mo 함량, 저탄소 등급 확인 |
| 구리 Cu | 약 8.96 g/cm³ | 약 1,084.6℃ | 8,960 kg/m³ | 전기·열전도성, 산화, 연질·경질 상태 확인 |
| 황동 Brass | 약 8.40~8.70 g/cm³ | 조성별 녹는 범위 상이 | 8,500 kg/m³ | Cu-Zn 비율, 납 함량, 절삭성, 단조성 확인 |
| 청동 Bronze | 약 8.70~8.90 g/cm³ | 조성별 녹는 범위 상이 | 8,800 kg/m³ | 인청동·알루미늄청동·베릴륨동 등 세부 합금 확인 |
| 아연 Zn | 약 7.14 g/cm³ | 약 419.5℃ | 7,140 kg/m³ | 도금층과 다이캐스팅 아연합금은 별도 관리 |
| 납 Pb | 약 11.34 g/cm³ | 약 327.5℃ | 11,340 kg/m³ | 유해물질·RoHS·대체재·합금 조성 검토 필요 |
| 주석 Sn | 약 7.31 g/cm³ | 약 231.9℃ | 7,310 kg/m³ | 솔더·도금층·주석 합금은 별도 물성 확인 |
| 니켈 Ni | 약 8.90 g/cm³ | 약 1,455℃ | 8,900 kg/m³ | 인코넬·모넬 등 Ni 합금은 개별 데이터시트 사용 |
| 텅스텐 W | 약 19.25 g/cm³ | 약 3,422℃ | 19,250 kg/m³ | 매우 높은 밀도와 가공 난이도, 소결재 특성 확인 |
| 금 Au | 약 19.32 g/cm³ | 약 1,064.2℃ | 19,320 kg/m³ | 귀금속 합금·도금 두께·순도에 따라 밀도 차이 발생 |
| 은 Ag | 약 10.49 g/cm³ | 약 961.8℃ | 10,490 kg/m³ | 전기 접점·도금·은합금은 조성 확인 필요 |
실무에서 자주 쓰는 대표 금속 Density 요약
제품 설계에서 가장 자주 비교하는 재질은 보통 알루미늄, 철강, 스테인리스, 구리, 황동, 아연, 티타늄입니다.
초기 설계 단계에서 아래 정도의 질량 감각을 익혀두면 재질 변경 전후의 무게 차이를 빠르게 예상할 수 있습니다.
| 재질 | 대표 밀도 | 철 대비 같은 체적 무게 | 주요 활용 방향 |
|---|---|---|---|
| 마그네슘 | 약 1.74 g/cm³ | 약 22% | 초경량 부품, 전자기기 하우징, 자동차 경량 구조 |
| 알루미늄 | 약 2.70 g/cm³ | 약 34% | 프레임, 브래킷, 방열판, 외장, 가공 부품 |
| 티타늄 | 약 4.51 g/cm³ | 약 57% | 고비강도·내식성·의료·항공·고급 구조부품 |
| 철·탄소강 | 약 7.85 g/cm³ | 기준 | 구조물, 프레스 부품, 브래킷, 기계 프레임 |
| SUS304·316 | 약 7.90~8.00 g/cm³ | 철과 유사 | 내식성, 위생 설비, 식품·화학·실외 환경 |
| 구리 | 약 8.96 g/cm³ | 약 114% | 전기 접점, 버스바, 방열, 배관, 전도 부품 |
| 황동·청동 | 약 8.40~8.90 g/cm³ | 약 107~113% | 절삭 부품, 밸브, 피팅, 접점, 외관 부품 |
| 텅스텐 | 약 19.25 g/cm³ | 약 245% | 밸런스 웨이트, 차폐, 고온·고밀도 부품 |
UG NX 무게 계산용 Density 단위 환산 방법
NX에서 Physical Material을 적용할 때는 단순 색상 재질과 구분하고, 실제 솔리드 Body에 밀도와 물성이 연결되는지 확인합니다.
재질 설정 과정 보기
재질명만 비슷한 항목을 고르기보다 실제 합금 등급과 Density·탄성·강도 등 필요한 물성을 확인합니다.
금속 비중 자료는 대부분 g/cm³로 표기됩니다. 하지만 NX와 다른 CAD·CAE 프로그램은 작업 단위계에 따라 kg/m³, g/mm³, kg/mm³ 등 서로 다른 단위를 사용할 수 있으므로 재질 입력창의 단위를 반드시 확인해야 합니다.
특히 7.85 g/cm³를 그대로 입력해야 하는 곳에 7.85 kg/m³처럼 잘못 해석하면 실제보다 질량이 1,000배 이상 작게 계산될 수 있습니다. 재질을 새로 만들 때는 Density 숫자뿐 아니라 단위까지 재질명 또는 설명란에 함께 기록해두는 방식이 안전합니다.
금속 Density 단위 환산
1 g/cm³ = 1,000 kg/m³
1 g/cm³ = 0.001 g/mm³
1 g/cm³ = 0.000001 kg/mm³
예시 : 철 7.85 g/cm³ = 7,850 kg/m³ = 0.00785 g/mm³ = 0.00000785 kg/mm³
체적과 밀도로 질량 계산하는 기본식
NX에서 확인한 체적이 mm³이고, 재질 밀도를 g/cm³로 관리한다면 아래 식으로 부품 질량을 계산할 수 있습니다.
체적이 mm³이고 Density가 g/cm³일 때
질량(g) = 체적(mm³) × 밀도(g/cm³) ÷ 1,000
질량(kg) = 체적(mm³) × 밀도(g/cm³) ÷ 1,000,000
예시 : 체적 120,000 mm³ × 알루미늄 2.70 g/cm³ ÷ 1,000 = 약 324 g
금속 중량 확인
NX의 Mass Properties에서 확인한 체적값을 입력하면 금속 재질별 예상 질량을 확인할 수 있습니다.
실제 부품 무게를 함께 넣으면 CAD 계산값과의 차이도 확인할 수 있습니다.
NX Mass Properties의 Volume과 실제 재질 Density를 입력하면 질량·수량 합계·실측 오차와 재질 변경 시 예상 경량화율을 즉시 확인합니다.
금속 녹는온도보다 실제 사용온도가 더 중요한 이유
금속 재질을 선택할 때 녹는온도는 중요한 기초 데이터이지만, 고온 설계의 최종 기준이 되지는 않습니다.
재질은 녹기 훨씬 전부터 강도·강성·피로수명·체결력·내식성·코팅 상태가 변할 수 있기 때문입니다.
따라서 히터 주변 부품, 엔진룸 부품, 배기계, 금형, 고온 설비, 용접 지그, 열교환기, 전력장비 하우징처럼 열환경이 중요한 제품은 녹는온도 하나가 아니라 실제 온도 이력과 사용 시간을 기준으로 재질을 선택해야 합니다.
고온 환경에서 함께 확인해야 할 물성
- 항복강도와 인장강도: 사용 온도에서 강도가 어느 정도 유지되는지 확인합니다.
- 탄성계수: 고온에서 강성이 떨어져 처짐·변형이 커지지 않는지 검토합니다.
- 열팽창계수: 이종 금속·플라스틱·유리·PCB와 결합될 때 간섭과 체결력 변화를 확인합니다.
- 열전도율: 열을 빠르게 분산해야 하는 방열판·버스바·하우징은 열전도율이 중요합니다.
- 산화·부식 저항: 고온 공기, 습기, 염분, 화학물질, 배기가스 환경을 함께 고려합니다.
- 크리프: 장시간 하중과 열이 동시에 작용할 때 영구 변형이 커질 수 있습니다.
- 접합부 조건: 용접부, 볼트 체결부, 접착부, 도금층, 실링재의 내열성을 확인합니다.
NX 재질 설정과 Mass Properties 확인 순서
최근 NX에서는 Measure 계열 명령에서 Solid Body를 선택해 Volume·Mass·Center of Mass 등을 확인할 수 있습니다. 메뉴는 릴리스와 Role에 따라 달라질 수 있습니다.
질량만 보지 말고 체적, 무게중심, 관성 관련 결과와 현재 Density 단위를 함께 기록하는 것이 좋습니다.
NX 측정 과정 보기
Customer Defaults의 Materials/Mass → Roll-up Attributes에서 Density·Mass·Weight 등의 어셈블리 속성을 자동 생성하도록 구성할 수 있습니다.
Assembly Navigator와 Mass Properties 패널에서 Mass·Weight·Density·Volume·Center of Mass를 함께 비교하고 목표값·예상값을 관리할 수 있습니다.
Siemens 공식 설명
NX에서 질량 계산을 정확히 하려면 모델이 완성된 뒤 한 번만 중량을 보는 방식보다, 설계 초기부터 재질을 지정하고 형상이 바뀔 때마다 Mass Properties를 확인하는 습관이 좋습니다.
특히 복수 파트 어셈블리에서는 하우징, 브래킷, 샤프트, 베어링, 볼트, PCB, 배터리, 케이블, 패드처럼 서로 다른 재질이 섞이기 때문에 부품별 Density를 정리한 뒤 어셈블리 기준으로 합산 질량과 무게 중심을 확인해야 합니다.
NX 재질·중량 관리 권장 흐름
- 실제 재질 등급 확인: 도면, BOM, 구매 규격, 공급사 데이터시트에서 정확한 합금·temper·표면처리 조건을 확인합니다.
- 재질 라이브러리 적용: 기본 라이브러리 값이 다르면 사내 표준 재질 카드 또는 커스텀 재질을 만듭니다.
- Density 단위 확인: g/cm³, kg/m³, g/mm³, kg/mm³ 중 현재 NX 단위계와 맞는 값을 적용합니다.
- Mass Properties 확인: 체적, 질량, 표면적, 무게 중심, 관성모멘트를 확인합니다.
- 조립체 Roll-up 검토: 모든 파트의 수량, 인서트, 볼트, 패드, 케이블, 구매품이 포함됐는지 확인합니다.
- 실측품 비교: 시제품 또는 양산품의 실제 무게와 비교해 Density·가공 상태·표면처리·누락 부품을 보정합니다.
- 변경 이력 관리: 설계 변경이나 재질 변경 뒤에는 이전 질량값을 그대로 쓰지 말고 다시 계산합니다.
NX 재질 라이브러리에서 이름을 관리하는 방법
재질 이름을 단순히 “Steel”, “Aluminum”, “Stainless”처럼 저장하면 시간이 지날수록 실제 등급을 구분하기 어려워집니다.
특히 여러 설계자가 같은 라이브러리를 사용하는 경우에는 재질명에 등급과 상태를 남겨두는 방식이 좋습니다.
| 권장 재질명 예시 | Density | 추가 기록 권장 항목 |
|---|---|---|
| AL6061-T6_2.70gcm3 | 2.70 g/cm³ | Temper, 공급사, 표면처리, 열전도율 |
| SPCC_7.85gcm3 | 7.85 g/cm³ | 판재 두께, 도금 여부, 인장강도 |
| SUS304_7.90gcm3 | 7.90 g/cm³ | 2B·BA·HL 표면, 판재·봉재, 내식성 조건 |
| SUS316L_7.98gcm3 | 7.98 g/cm³ | 용접 여부, 염화물 환경, 시험 성적서 |
| C1100_Cu_8.96gcm3 | 8.96 g/cm³ | 경질·연질 상태, 도전율, 표면 산화 조건 |
| C3604_Brass_8.50gcm3 | 8.50 g/cm³ | 납 함량, 절삭성, RoHS·환경 규제 여부 |
경량화와 재질 선택에서 함께 봐야 할 항목
제품 무게를 줄이기 위해 철을 알루미늄으로 바꾸거나, 알루미늄을 마그네슘으로 바꾸는 검토를 할 수 있습니다.
하지만 단순히 Density가 낮은 재질을 선택하면 필요한 강성과 체결 강도를 맞추기 위해 두께·리브·보강판·인서트가 늘어날 수 있습니다.
그래서 경량화는 재질 Density 하나가 아니라 같은 기능을 만족하는 최종 부품 질량으로 비교해야 합니다. 예를 들어 철제 브래킷을 알루미늄으로 바꾸더라도 강성을 확보하기 위해 단면을 키우면 실제 경량화 폭은 예상보다 작아질 수 있습니다.
| 설계 목표 | 우선 비교할 항목 | 재질 검토 예시 |
|---|---|---|
| 경량화 | Density, 탄성계수, 강도, 필요 단면, 체결 구조 | 철강 ↔ 알루미늄 ↔ 마그네슘 ↔ 티타늄 |
| 방열 | 열전도율, Density, 가공성, 부식, 표면처리 | 알루미늄 ↔ 구리 ↔ 열전도성 복합재 |
| 내식성 | 사용 유체, 염화물, 습기, 갈바닉 부식, 코팅 | SUS304 ↔ SUS316 ↔ 알루미늄 아노다이징 |
| 고온 환경 | 온도별 강도, 크리프, 산화, 열팽창, 접합부 내열성 | 내열강 ↔ 스테인리스 ↔ Ni 합금 ↔ Ti 합금 |
| 가공성·원가 | 절삭성, 프레스성, 용접성, 조달성, 후처리 비용 | 탄소강 ↔ 알루미늄 ↔ 황동 ↔ 스테인리스 |
| 무게 중심 | 부품 위치별 질량, 관성모멘트, 회전축 거리 | 텅스텐 웨이트 ↔ 강재 웨이트 ↔ 납 대체재 |
NX Mass Properties 참고 영상
아래 영상은 NX에서 재질값과 Density를 적용한 뒤 Mass Properties를 활용해 부품 질량과 무게 중심을 확인하는 흐름을 이해할 때 참고할 수 있습니다.
실제 메뉴 위치와 기능명은 NX 버전, Role, 라이선스, 회사 표준 설정에 따라 달라질 수 있습니다.
2026 Siemens 공식 Tips & Tricks 영상입니다. Assembly Mass Properties에서 Mass·Weight·Density·Volume·Center of Mass와 목표값을 관리하는 흐름을 확인할 수 있습니다.
Density 입력 후 Volume·Mass·Center of Mass 등을 측정하는 실제 작업 흐름을 함께 확인할 때 참고할 수 있습니다.
금속 Density·녹는온도 관련 FAQ
UG NX에서 Density 값만 맞추면 무게 계산이 정확해지나요?
Density는 질량 계산의 핵심값이지만, 이것만 정확하다고 실제 부품 무게가 완전히 맞는 것은 아닙니다. 모델에 누락된 인서트, 볼트, 도장층, 도금층, 케이블, 접착제, 중공 구조, 가공 후 제거되는 영역이 있으면 결과가 달라질 수 있습니다.
알루미늄 6061의 녹는온도는 660℃인가요?
약 660℃는 순수 알루미늄의 대표 녹는점에 가깝습니다. 하지만 6061 같은 알루미늄 합금은 조성에 따라 고상선과 액상선 사이의 범위를 가지므로, 금형·용접·열처리·고온 설계에는 실제 합금 데이터시트의 열 범위를 확인해야 합니다.
SUS304와 SUS316은 Density가 거의 같은데 어떻게 선택하나요?
두 재질은 Density 차이가 크지 않기 때문에 경량화 목적만으로 선택하는 경우는 많지 않습니다. 일반적으로는 사용 환경의 염화물, 습기, 화학물질, 용접 조건, 내식성 요구 수준, 비용을 기준으로 선택합니다. 해안가·화학설비·염소계 환경처럼 부식 조건이 강하면 SUS316 계열을 우선 검토하는 경우가 많습니다.
철 7.85와 SUS304 7.90은 그냥 같은 값으로 써도 되나요?
초기 콘셉트 검토 수준에서는 큰 차이가 아닐 수 있지만, 대형 구조물·다수 부품 어셈블리·무게 중심·운송 중량·관성모멘트가 중요한 제품이라면 실제 재질값으로 구분하는 편이 좋습니다. 특히 재질 라이브러리를 사내 표준으로 관리한다면 철강과 스테인리스는 별도 카드로 분리하는 것이 안전합니다.
황동과 청동은 Density를 하나로 정해도 되나요?
초기 설계에서 황동 약 8.5 g/cm³, 청동 약 8.8 g/cm³ 수준으로 시작할 수는 있습니다. 하지만 황동은 구리·아연 비율과 납 함량, 청동은 인청동·알루미늄청동·베릴륨동 등 세부 조성에 따라 밀도와 열 특성이 달라지므로 최종 설계는 실제 구매 등급 기준으로 수정해야 합니다.
녹는온도가 높으면 고온 부품에 무조건 유리한가요?
아닙니다. 실제 사용온도에서는 녹는점보다 항복강도 저하, 열팽창, 산화, 크리프, 열피로, 체결력 변화, 용접부 성능 등이 더 먼저 문제가 될 수 있습니다. 고온 부품은 온도별 재질 물성과 실제 온도 이력을 함께 검토해야 합니다.
도장과 도금도 NX 무게 계산에 포함해야 하나요?
일반적인 개략 설계에서는 제외할 수 있지만, 대형 외장품, 다수 생산품, 도금 두께가 두꺼운 부품, 표면적이 큰 구조물, 엄격한 중량 목표가 있는 제품은 포함 여부를 정해야 합니다. 특히 코팅층은 면적과 두께, 코팅 재질 밀도에 따라 누적 질량이 달라질 수 있습니다.
공식 참고 자료
금속의 Density와 열 특성은 합금 조성, 열처리, 온도, 표면처리, 시험 조건에 따라 달라질 수 있습니다. 실제 설계 승인과 양산 재질 등록에는 아래 자료와 함께 공급사 성적서, 도면 규격, 고객사 재질 기준을 우선 확인하세요.
- Siemens Designcenter NX｜Mass Property Management 공식 가이드·영상
- The Aluminum Association｜알루미늄 합금 Density 계산 기준 참고 자료
- MatWeb｜Aluminum 6061-T6 Density·고상선·액상선 참고 자료
- Outokumpu｜오스테나이트계 스테인리스 Density 참고 자료
- Outokumpu｜크롬·니켈계 스테인리스 녹는 범위 참고 자료
- Royal Society of Chemistry｜알루미늄 원소 물성 참고
- Royal Society of Chemistry｜구리 원소 물성 참고
- Royal Society of Chemistry｜티타늄 원소 물성 참고
- Royal Society of Chemistry｜텅스텐 원소 물성 참고
- Siemens NX｜Mass Properties와 Teamcenter 질량 속성 관리 참고
- Siemens NX｜코팅층의 면적·체적·질량 관리 참고
