공학 재료의 기계적 특성
공학 제품이나 애플리케이션의 재료를 최종화하기 위해서는 재료의 기계적 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 재료의 기계적 특성은 재료의 기계적 강도와 적절한 형태로 성형될 수 있는 능력을 영향을 미칩니다. 재료의 일반적인 기계적 특성에는 다음과 같은 것들이 포함됩니다:
강도
靭性
경도
경화성
취성
단조성
연성
크립 및 슬립
복원력
피로
강도
이는 외부 힘 또는 하중이 가해졌을 때 재료의 변형이나 파괴를 반대하는 재료의 특성입니다. 공학 제품에 사용되는 재료는 다양한 기계적 힘 또는 하중 아래에서 작동할 수 있도록 적절한 기계적 강도를 가져야 합니다.
靭性
재료가 에너지를 흡수하고 플라스틱 변형을 겪으면서도 파괴되지 않는 능력을 의미합니다. 그 수치는 단위 부피당 에너지량으로 결정되며, 그 단위는 J/m3입니다. 재료의 靭性 값은 재료의 응력-변형률 특성을 통해 결정됩니다. 좋은 靭性을 가지기 위해서는 재료가 좋은 강도와 연성을 함께 가져야 합니다.
예를 들어, 좋은 강도를 가지고 있지만 연성이 제한적인 취성 재료는 충분히 靭性하지 않습니다. 반대로, 좋은 연성을 가지고 있지만 강도가 낮은 재료 역시 충분히 靭性하지 않습니다. 따라서, 靭性을 가지기 위해서는 재료가 높은 응력과 변형률을 모두 견딜 수 있어야 합니다.
경도
이는 외부 스트레스에 의해 영구적인 형상 변화를 저항하는 재료의 능력을 의미합니다. 경도를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다 - 긁힘 경도, 압입 경도, 탄성 회복 경도 등이 있습니다.
긁힘 경도
외부 힘에 의해 표면층에 생기는 긁힘을 저항하는 재료의 능력을 의미합니다.압입 경도
외부의 딱딱하고 예리한 물체에 의한 움푹함을 저항하는 재료의 능력을 의미합니다.탄성 회복 경도
탄성 회복 경도는 동적 경도라고도 불립니다. 재료 위에서 고정된 높이에서 떨어뜨린 다이아몬드 팁 망치의 '튀어오름' 높이로 결정됩니다.
경화성
이는 열처리 처리를 통해 경도를 얻는 재료의 능력을 의미합니다. 이는 재료가 경도를 얻는 깊이로 결정됩니다. SI 단위는 미터(길이와 유사)입니다. 재료의 경화성은 재료의 용접성과 역비례합니다.
취성
재료의 취성은 힘이나 하중이 가해졌을 때 얼마나 쉽게 파괴되는지를 나타냅니다. 취성 재료가 응력에 노출되면 매우 적은 에너지를 관찰하고, 큰 변형률 없이 파괴됩니다. 취성은 재료의 연성과 반대입니다. 재료의 취성은 온도에 따라 달라집니다. 일부 금속은 정상 온도에서는 연성이 있지만, 낮은 온도에서는 취성이 됩니다.
단조성
단조성은 고체 재료의 특성으로, 압축 응력 하에서 재료가 얼마나 쉽게 변형되는지를 나타냅니다. 단조성은 재료가 망치나 롤링을 통해 얇은 시트로 성형될 수 있는 능력으로 종종 분류됩니다. 이 기계적 특성은 재료의 소성성의 한 측면입니다. 단조성은 온도에 따라 달라집니다. 온도가 상승할수록 재료의 단조성이 증가합니다.
연성
연성은 고체 재료의 특성으로, 인장 응력 하에서 재료가 얼마나 쉽게 변형되는지를 나타냅니다. 연성은 재료가 끌거나 뽑아서 선으로 늘어날 수 있는 능력으로 종종 분류됩니다. 이 기계적 특성은 재료의 소성성의 한 측면이며, 온도에 따라 달라집니다. 온도가 상승할수록 재료의 연성이 증가합니다.
크립 및 슬립
크립은 외부 기계적 응력의 영향 하에서 재료가 천천히 움직이고 영구적으로 변형되는 경향을 나타내는 재료의 특성입니다. 이는 수율 한도 내에서 장시간에 걸쳐 큰 외부 기계적 응력에 노출됨으로써 발생합니다. 크립은 장시간 고온에 노출되는 재료에서 더 심각합니다. 재료의 슬립은 원자 밀도가 높은 평면입니다.
복원력
복원력은 재료가 응력을 가하여 탄성 변형되었을 때 에너지를 흡수하고, 응력이 제거되면 에너지를 방출하는 능력을 의미합니다. 증명 복원력은 영구 변형 없이 흡수할 수 있는 최대 에너지를 의미합니다. 복원력 모듈러스는 단위 부피당 영구 변형 없이 흡수할 수 있는 최대 에너지를 의미하며, 이를 구하기 위해 응력-변형률 곡선을 0부터 탄성 한도까지 적분합니다. 그 단위는 J/m3입니다.
피로
피로는 재료가 반복적으로 하중을 받을 때 발생하는 재료의 약화 현상을 의미합니다. 재료가 순환하중을 받을 때, 그리고 재료의 강도(최종 인장 강도 한도 또는 수율 응력 한도)보다 많이 작은 특정 임계값 이상의 하중을 받게 되면, 미세 균열이 결정 경계와 인터페이스에서 시작됩니다. 결국 균열이 임계 크기에 도달하면, 갑작스럽게 확산되고 구조물이 파괴됩니다. 구조물의 형태는 피로에 크게 영향을 미칩니다. 사각형 구멍과 예각은 피로 균열이 발생하는 부분에서 응력을 증가시킵니다.
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