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연성 및 취성

1850
재료 과학 실험실에서 연성 및 취성 평가를 위한 금속 샘플의 인장 테스트.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

연성은 재료가 파괴되기 전에 상당한 소성 변형을 견딜 수 있는 능력을 나타내는 척도로, 일반적으로 연신율 또는 단면적 감소율로 정량화됩니다. 강철과 같은 연성 재료는 응력-변형률 곡선에서 긴 소성 변형 영역을 보입니다. 취성은 이와 반대되는 개념으로, 세라믹이나 주철과 같은 취성 재료는 소성 변형이 거의 또는 전혀 없이 파괴됩니다.

연성 재료와 취성 재료의 차이는 응력-변형률 곡선에서 명확하게 나타납니다. 연성 재료는 응력-변형률 곡선에서 응력-변형률 곡선의 끝부분에 도달한 후 상당한 변형률을 보입니다. 항복점 항복점 이전까지의 곡선 아래 면적이 넓다는 것은 재료가 파괴되기 전에 상당한 에너지를 흡수할 수 있음을 나타냅니다. 연성 파괴는 완전한 붕괴 전에 눈에 보이는 경고(예: 굽힘 또는 늘어남)를 제공하기 때문에 많은 엔지니어링 응용 분야에서 안전에 매우 중요합니다. 연성을 측정하는 주요 지표는 연신율([latex](frac{L_f – L_0}{L_0}) times 100[/latex])과 단면적 감소율([latex](frac{A_0 – A_f}{A_0}) times 100[/latex])이며, 여기서 아래첨자 ‘f’는 파괴 시 최종 치수를 나타냅니다.

반대로, 취성 재료는 탄성 한계 이후에는 변형이 거의 발생하지 않습니다. 파괴 응력은 종종 극한 인장 강도에 가깝고, 파손은 예고 없이 갑자기 발생합니다. 세라믹, 유리, 그리고 일부 고분자가 대표적인 예입니다. 재료의 거동은 외부 조건에 따라서도 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 상온에서 연성을 보이는 많은 강철은 저온에서 연성-취성 전이를 겪는데, 이러한 현상은 제2차 세계 대전 당시 리버티 선박의 파손과 같은 참혹한 사고로 이어졌습니다.

UNESCO Nomenclature: 3322
재료과학

유형

재료 특성

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 재료의 특성을 제어하기 위한 어닐링 및 템퍼링과 같은 야금학적 공정
  • 초기 공학 구조물의 재료 파손 모드 관찰
  • 인장 시험의 개발은 표준 특성 분석 방법으로 자리 잡았습니다.

응용 프로그램

  • 성형이 필요한 용도(예: 자동차 차체)에 적합한 재료 선택
  • 구조물의 설계는 파괴가 급격하게(취성 파괴) 발생하는 것이 아니라 점진적으로(연성 파괴) 발생하도록 해야 합니다.
  • 와이어 드로잉 및 금속 압출 공정
  • 많은 재료가 취성해지는 저온 환경에서 재료 성능을 평가합니다.

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

  • development of ductile iron to replace brittle cast iron
  • toughened ceramics with engineered microstructures to increase ductility
  • design of earthquake-resistant buildings that rely on the ductility of steel reinforcement
  • polymer blending to create impact-resistant plastics
  • control of grain size in metals to optimize the balance between strength and ductility
  • fracture mechanics analysis to predict the failure of structures containing cracks
  • development of bulk metallic glasses with improved ductility
  • design of safety-critical components like pressure vessels and aircraft fuselages
  • flexible electronic devices built on ductile substrates
  • biomimetic materials that mimic the ductile-brittle hierarchies of natural materials like bone
관련 개념: 연성, 취성, 소성 변형, 파괴, 연신율, 단면적 감소, 연성 파괴, 취성 파괴, 재료 거동, 응력-변형률 곡선.

역사적 맥락

연성 및 취성

1788
1834
1850
1850
1850
1850
1867
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850
1860
1870

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

10년차 기념일

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