2. 금속재료-기계적 특성

 

 

 

 

1. 강도(strength)

금속을 사용하여 각종 기계를 만들 때에 가장 중요한 특성은 강도(strength)이다.

강도는 외력의 작용 방법에 따라 다음과 같이 분류된다.

① 인장강도(tensile strength)

② 굽힘강도(bending strength)

③ 전단강도(shearing strength)

④ 압축강도(compression strength)

⑤ 비틀림 강도(torsion strength)

인장강도가 크다 해서 다른 강도도 이것에 비례해서 크다고는 말할 수 없다. 인장강도가 커도 압축강도가 작은 재료가 있고, 또 반대로 압축강도가 커도 인장강도가 작은 재료도 있다.

일반적으로 강도(strength)라고 하면 인장강도를 뜻한다.

순금속의 인장강도는 Pb,Sn, Zn, Al, Cu, Fe, Ni의 순서로 커진다.

 

 

 

2. 경도(hardness)

금속의 경도(hardness)는 일반적으로 인장강도에 비례한다.

실험적으로 얻은 개략적인 인장강도와의 관계식은,

인장강도(kgf/㎟) = (0.32~0.36)×브리넬 경도(HB)

이지만 정확히 알고자 할 경우에는 경도시험에 의하여야 하며, 경도측정은 압입자의 종류(강구 또는 다이아몬드), 모양, 압력의 측정 기준 등이 서로 다르므로 각각의 측정값이 달라진다.

경도시험법으로는 로크웰(Rockwell), 브리넬(Brinell), 비커스(Vickers), 쇼어(Shore) 경도계가 있다.

 

 

 

3. 인성(tougness)

충격에 대한 재료의 저항을 인성(tougness)이라 한다. 재료는 기계 부품 또는 구조재로서 사용할 때 충격을 받아 파괴될 때가 있으며, 이 충격에 대한 저항은 재료의종류가 같을 때 인장시험에서의 연신율이 큰 재료가 일반적으로 충격 저항이 크다.

인성시험은 일정한 시편에 실제로 충격을 가하여 그 시편을 파괴하는데 필요한 에너지로부터 인성을 산출한다.

 

 

 

4. 피로(fatigue)

기계나 구조물 중에는 피스톤이나 커넥팅 로드(connecting rod, 연결봉) 등은 인장과 압축응력이 반복되는데, 작은 인장 또는 압축응력에서도 오랜 시간에 걸쳐 연속적으로 되풀이하여 작용시키면 결국은 파괴된다.

이와 같은 현상을 피로(fatigue) 현상이라고 한다. 이때 파괴되지 않고 충분한 내구력을 가질 수 있는 최대 한계를 피로한도(fatigue limit)라 한다.

 

 

 

5. 크리프 한도(creep limit)

고온에서 탄성한도 내의 하중을 걸어 오랜 시간을 경과시키면 변형의 증가가 일어난다.

이와 같이 금속재료를 고온에서 오랜 시간 외력을 걸어 놓으면, 시간의 경과에 따라 서서히 그 변형이 증가하는 현상을 크리프(creep)라 하고, 이 변형이 증대될 때의 한계응력을 크리프 한도(creep limit)라 한다.

<크리프 곡선>

일정한 온도 하에서 재료에 일정한 인장하중(응력)을 가하였을 때의 시간에 대한 변형의 변화를 나타낸 것이다.

응력이 비교적 작은 σ1, σ2의 경우에는 변형이 짧은 시간 후에 일정한 값에 도달하지만, 이보다 응력이 큰 σ3

, σ4로 되면, 시간의경과에 따라 서서히 변형된다. 더 응력이 큰 σ5로 되면, 변형은 갑자기 커져서 재료는 파괴된다. 이때 크리프가 정지하고, 크리프율이 영(0)이 된다.

즉 크리프율이 영이 되는 응력의 한도를 크리프 한도(creep limit)라 한다.

 

 

 

출처 : 한국산업인력공단 금속재료 자료 활용