Chapter 8

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수미 오
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1 1 장. 기계재료와결정구조

2 기계재료의성질 재료의기계적성질 강도 ( 정적, 동적, 충격, 피로 ), 강성, 경도, 인성 재료의가공성 주조성, 소성가공성, 용접성, 피삭성, 열처리성 재료의사용환경 내마멸성, 내식성, 경량성 재료의경제성 소재가격, 구입용이성

3 기계재료의분류

4 기계재료의선정 각기계부품의요구되는기능분석 - 기계적성질검토 부품의사용환경및조건고려 - 내마멸성, 내식성등의필요성검토 요구하는모양과치수로가공하기위한가공성검토 소재의가격과구입의용이성검토

5 2. 금속재료의기초이론 < 물질의구조와특성 > - 원자의결합 - 고체물질의특성

6 원자의결합 이온결합 주로금속과비금속간의결합

7 공유결합 최외각전자를서로공유

8 금속결합 금속간의결합, 자유전자존재

9 반데르왈스결합 ( 분자결합 ) - 두분자간의약한인력에의한결합

10 고체의특징 강도, 경도와같은기계적성질을갖는다. 탄성변형과소성변형이일어난다. - 탄성 : 외력을가해변형이일어난후 외력을제거하면다시원상태로돌아가는성질 - 소성 : 외력을가해변형이일어난후외력을제거해도변형된상태로있는성질

11 4. 금속의응고및결정구조 조직의구분 1 차조직 용융상태에서응고가끝난금속조직 2 차조직 1 차조직에압연, 단조등의소성가공을가핚조직 성질의변화 ( 치밀화 ) 새로운결정조직으로변화 ( 열처리 )

12 4. 금속의응고및결정구조 결정의형성과정 수지상정 (dendrite) 온도 변태시작점 변태완료점 시갂 핵생성핵성장결정립계형성응고완료 [ 결정핵발생 ] [ 결정의성장 ] [ 결정의확산 ] [ 응고완료 ] 냉각속도를빠르게하면결정핵의수가많아지고결정립이미세 ( 細粒 ), 냉각속도를느리게하면결정핵의수가적어지고결정립이성장 ( 粗粒 ).

13 4. 금속의응고및결정구조 수지상 ( 樹枝狀 ) 조직 금속의응고시핵으로부터성장 ( 신속 ; 핵에부착된결정립의요철 ) 핛때 구형에가까운결정조직 기계적성질이취약 소성가공을통해조직을파괴 열처리시행 주상 ( 柱狀 ) 조직 주물표면에서주로볼수있는조직 결정립의경계 ( 弱點, 弱面 ) 는약핚성질을가짐

14 4. 금속의응고및결정구조 원자 화학자돌턴, 원자설을제안 ( 영국, 1803) 화학적특성을유지하는최소의입자 양성자, 중성자및젂자로구성 cf. 분자 ( 예 : H 2 O) vs. 원자 ( 예 : H, O) 젂자의질량 : 중성자질량의 1/1839 결정 (crystal) 원자가규칙적으로배열되어있는물질 대부분의금속재료는결정체임 결정구조 결정격자 ( 공갂격자 ) 원자의규칙적인배열의기본단위 총 14 가지종류의단위격자 대부분의금속은 3 가지유형중의하나로존재 즉, 체심입방격자, 면심입방격자, 조밀육방격자 14

15 4. 금속의응고및결정구조 원자 (atom) 와결정구조 15

16 1. 단순입방구조 : Simple Cubic Structure (SC) 충진밀도가낮기때문에흔치않은구조 ( 원소 Po 만이갖는구조 ) 입방체모서리가조밀충진방향 최인접원자의수를배위수 (Coordination Number) 라고하는데단순입방구조에서는 6 이다. (Courtesy P.M. Anderson) 8

17 원자충진율 : Atomic Packing Factor (APF) APF = 단위정내원자들의부피 * 단위정의부피 단순입방구조의원자충진율 = 0.52 a 조밀충진방향 * 원자를단단한구로생각하라! R=0.5a 원자수 단위정 APF = p (0.5a) 3 a 3 단위정내원자수 = 꼭지점 8 군데마다 x 1/8 개씩 = 1 개 부피단위정 부피원자 Adapted from Fig. 3.23, Callister 7e. 9

18 배위수 = 8 2. 체심입방구조 : Body Centered Cubic Structure (BCC) 입방체의체대각선방향이조밀충진방향인구조아래그림에서체심의원자는구별을위해흰색으로표시했을뿐실제로는모든원자가동일한원자임 대표적인금속 : Cr, W, Fe (α), Tantalum, Molybdenum Adapted from Fig. 3.2, Callister 7e. 단위정내원자수 = 체심에 1 개 + 모서리 8 개마다 x 1/8 = 2 개 (Courtesy P.M. Anderson) 10

19 BCC 구조의원자충진율 (APF) 아래와같이계산하면 BCC 구조의 APF = a a 2 a Adapted from Fig. 3.2(a), Callister 7e. 원자수 단위정 APF = R 2 a 4 3 π ( 3a/4) 3 a 3 조밀충진방향 : 길이 = 4R = 체적 단위정 체적원자 3 a 11

4. 금속의응고및결정구조 체심입방격자 (BCC) 입방체의모서리와중심에 1 개씩의원자가배열된형태 격자상수 =a 일때, 원자반경 (r) 은 r 3a 4 단위격자내의원자의부피는 V 4 3

20 4. 금속의응고및결정구조 체심입방격자 (BCC) 입방체의모서리와중심에 1 개씩의원자가배열된형태 격자상수 =a 일때, 원자반경 (r) 은 r 3a 4 단위격자내의원자의부피는 V r a 원자충짂율 (APF) 은 APF 원자체적 100(%) 단위격자체적 3 100(%) 68.02(%) 8 a a a 예 : α-fe, δ-fe, Mo, etc. 16

대표적인금속 : Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag 배위수 = 12 Adapted from Fig. 3.

21 3. 면심입방구조 : Face Centered Cubic Structure (FCC) 입방체의면대각선방향이조밀충진방향인구조아래그림에서면심의원자는구별을위해흰색으로표시했을뿐실제로는모든원자가동일한원자임 대표적인금속 : Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag 배위수 = 12 Adapted from Fig. 3.1, Callister 7e. 단위정내원자수 = 6 개면심마다 x ½ 개 + 8 개꼭지점마다 x 1/8 개 = 4 개 (Courtesy P.M. Anderson) 12

22 FCC 구조의원자충진율 (APF) 아래와같이계산하면 FCC 구조의 APF = 0.74 이론적으로도달할수있는최대충진율 2 a a Adapted from Fig. 3.1(a), Callister 7e. 원자수 단위정 APF = 조밀충진방향 : 길이 = 4R = 단위정내원자수 = 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 개 p ( 2a/4) 3 a 3 2 a 체적 단위정 체적원자 13

4. 금속의응고및결정구조 면심입방격자 (FCC) 입방체의모서리와면의중심에 1 개씩의원자가배열된형태 격자상수 =a 일때, 원자반경 (r) 은 r 2a 4 단위격자내의원자의부피는 V 4

23 4. 금속의응고및결정구조 면심입방격자 (FCC) 입방체의모서리와면의중심에 1 개씩의원자가배열된형태 격자상수 =a 일때, 원자반경 (r) 은 r 2a 4 단위격자내의원자의부피는 V r a 원자충짂율 (APF) 은 APF 원자체적 100(%) 단위격자체적 2 100(%) 74.05(%) 6 예 : γ-fe( o C), etc. 17

24 4. 조밀육방구조 : Hexagonal Close Packed Structure (HCP) ABAB... 로되풀이되는적층순서 (Stacking Sequence) 3 차원투영으로보면 2 차원투영으로보면 c A sites B sites 꼭대기층 중간층 a 배위수 = 12 APF = 0.74 c/a = A sites Adapted from Fig. 3.3(a), Callister 7e. 단위정내총 6 개의원자 ex: Cd, Mg, Ti, Zn 바닥층 15

25 4. 금속의응고및결정구조 조밀육방격자 (HCP) 육각기둥의모서리와위, 아래면의중심에 1 개씩, 그리고중갂층에 3 개의원자가배열된형태 원자충짂율 (APF) 은 APF 원자체적단위격자체적 3 a 3 3 2a 100(%) 100(%) 74.05(%) 예 : Mg, Zn, etc. 18

$without fracture)$

26 4. 금속의응고및결정구조 단순입방격자 ( 배위수 ) 체심입방격자 높은강도 / 보통의연성 면심입방격자 high formability (plastically deformed without fracture) 조밀육방격자 우수핚연성 낮은연성 / 취성성질 19

27 4 장결정질고체의결함 배워야할주요내용 고체안에는어떤결함들이있을까? 그결함들의수와종류를변화시키거나제어할수있을까? 그렇게할수있다면재료의물성에는어떤영향을미칠수있을까? 결함들은바람직하지않은것인가? 1

28 결함의종류 공공 (Vacancy atoms) 침입형원자 (Interstitial atoms) 치환형원자 (Substitutional atoms) Dislocations Grain Boundaries Point defects ( 점결함, 0 차원 ) Line defects ( 선결함, 1 차원 ) Area defects ( 면결함, 2 차원 ) 2

29 점결함, Point Defects 공공 / Vacancies: -vacant atomic sites in a structure. distortion of planes Vacancy 자기침입형원자 / Self-Interstitials: -"extra" atoms positioned between atomic sites. distortion of planes selfinterstitial 3

30 합금 (Alloys) 의점결함 A 원소의금속고체에 B 원소금속원자가임의적으로분산되어고르게섞여있을때이를금속고용체 (solid solution), 합금 (alloy) 라한다. 고용체 (Solid solution) 를이루는방법은아래의두가지 : 치환형고용체와침입형고용체 OR Substitutional solid soln. (e.g., Cu in Ni) Interstitial solid soln. (e.g., C in Fe) 6

31 고용체의형성조건 Hume Rothery 규칙 1. 두원소간반경차이 : r < 15% 2. 주기율표안에서근접 : 전기음성도가비슷할것 3. 동일한결정구조일것 4. 원자가 (Valency): 높은원자가금속에고용이더잘된다. 그렇다면, (1) Zn 은 Al 과 Ag 중어느원소와고용체를더잘이룰까? (2) Cu 는 Zn 과 Al 중무엇과? Element Atomic Crystal Electro- Valence Radius Structure nega- (nm) tivity Cu FCC C H O Ag FCC Al FCC Co HCP Cr BCC Fe BCC Ni FCC Pd FCC Zn HCP Table on p. 106, Callister 7e. 7

32 선결함 (Line Defects) 전위 (Dislocations): 원자들의정렬이어긋난선형태의결함 전위의이동으로결정면사이의슬립 (slip) 이일어나며, 영구적인소성변형 (permanent plastic deformation) 을일으킨다. 아연 (Zinc, HCP) 의예 : 변형 (deformation) 전 인장 (tensile) 변형후 slip steps Adapted from Fig. 7.8, Callister 7e. 8

33 선결함 (Line Defects) 전위 (Dislocations) 의종류 칼날전위 (Edge dislocation): 잉여의원자면또는반평면 (extra half-plane) 이결정격자에삽입된형태에서결합이끊어진끝부분을연결한선 버거스벡터 b 와전위선 (dislocation line) 이수직 나사전위 (Screw dislocation): 전단변형 (shear deformation) 에의해나선형의평면경사 (spiral planar ramp) 형태의왜곡으로나타남 m 버거스벡터 b 와전위선 (dislocation line) 이평행 버거스벡터 (Burger s vector, b): 격자왜곡 (lattice distortion) 의정도를나타냄 9

34 선결함 (Line Defects) 칼날전위 Edge Dislocation Fig. 4.3, Callister 7e. 10

35 나사전위 Screw Dislocation Screw Dislocation 선결함 (Line Defects) Dislocation line Burgers vector b (a) Adapted from Fig. 4.4, Callister 7e. b (b) 11

36 칼날 (Edge), 나사 (Screw) 및혼합 (Mixed) 전위 Mixed Edge Adapted from Fig. 4.5, Callister 7e. Screw 12

37 선결함 (Line Defects) 전위는전자현미경으로관찰이가능하다! Adapted from Fig. 4.6, Callister 7e. 13

결정구조에따른비교 : FCC: 조밀충진결정면과결정방향이매우다양함 HCP: 한개뿐인조밀충진면, 3

38 전위는조밀충진된결정면, 결정방향에서우선적으로 slip 한다. 전위와결정구조 두개의조밀충진면이포개져있다. 조밀충진방향 close-packed directions 조밀충진면 ( 아랫면 ) 조밀충진면 ( 윗면 ) 결정구조에따른비교 : FCC: 조밀충진결정면과결정방향이매우다양함 HCP: 한개뿐인조밀충진면, 3 개의조밀충진결정방향 BCC: 조밀충진면없음 인장시험후시편의변형형태 tensile direction Mg (HCP) Al (FCC) 14

39 면결함 (Planar Defects) 결정립계 Grain Boundaries 결정립사이의경계 한영역의격자로부터다른영역의격자로넘어가는구역 약간의원자배열불일치가존재 낮은원자밀도 ( 충진율 ) 높은원자이동도 (mobility) 높은확산계수 (diffusivity) 높은화학적반응성 (chemical reactivity) Adapted from Fig. 4.7, Callister 7e. 15

40 3 장. 기계적시험법

(Fig. 6.3 is taken from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J.

41 인장시험 (Tensile testing) [ 재료의다양한기계적물성을가장간단히측정해낼수있는시험방법 ] 전형적인인장시험기 전형적인인장시험편 extensometer specimen Adapted from Fig. 6.2, Callister 7e. gauge length Adapted from Fig. 6.3, Callister 7e. (Fig. 6.3 is taken from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, p. 2, John Wiley and Sons, New York, 1965.) 9

42 다결정체의탄성과소성 응력 P A o 변형율 (= 연싞율 ) l l l o o l l o 2

43 다결정체의탄성과소성 E : Hooke s Law E : Young 계수 ( 탄성계수 ) 3

44 다결정체의탄성과소성 탄성변형 E : Hooke s Law E : 탄성률 ( 영계수 ) 온도가상승하면탄성률은 일반적으로감소경향 포아송비 (poisson s ratio) ( 참고 ) 포아송비는항상 0.5 이하이다. 금속 : 보통 0.2~0.4 의값을가짐 ( 재료고유상수 ) v V V ( 1 2 ) E 4

45 직선적비례를따르는선형탄성 탄성계수 (Modulus of Elasticity, E) 또는영률 (Young's modulus) 아래후크의법칙에서비례상수가탄성계수 : σ = E ε σ F E Linearelastic ε F simple tension test 10

46 재료분류별탄성계수비교 E(GPa) 10 9 Pa Metals Alloys Tungsten Molybdenum Steel, Ni Tantalum Platinum Cu alloys Zinc, Ti Silver, Gold Aluminum Magnesium, Tin Graphite Ceramics Semicond Diamond Si carbide Al oxide Si nitride <111> Si crystal <100> Glass -soda Concrete Graphite Polymers Composites /fibers Polyester PET PS PC PP HDPE PTFE LDPE Carbon fibers only CFRE( fibers)* Aramid fibers only AFRE( fibers)* Glass fibers only GFRE( fibers)* GFRE* CFRE* GFRE( fibers)* CFRE( fibers) * AFRE( fibers) * Epoxy only Wood( grain) Based on data in Table B2, Callister 7e. Composite data based on reinforced epoxy with 60 vol% of aligned carbon (CFRE), aramid (AFRE), or glass (GFRE) fibers. 14

47 소성 ( 영구 ) 변형, Plastic (Permanent) Deformation 인장시험과정에서는 : engineering stress, σ 탄성 + 소성공존영역 시험초기탄성거동 c 소성 ( 영구 ) 변형은하중을제거해도그대로남아있다. ε p engineering strain, ε 소성변형율 plastic strain Adapted from Fig (a), Callister 7e. 16

48 항복강도 (Yield Strength), σ y 정의 : 소성변형이인지할 (noticeable) 정도로일어나는응력 tensile stress, σ 보통변형율 ε p = 정도 σ y Adapted from Fig (a), Callister 7e. ε p = engineering strain, ε 17

49 2000 재료분류별항복강도비교 Metals/ Alloys Steel (4140) qt Graphite/ Ceramics/ Semicond Polymers Composites/ fibers Yield strength, σ y (MPa) Ti (5Al-2.5Sn) W (pure) a Cu (71500) cw Mo (pure) Steel (4140) a Steel (1020) cd Al (6061) ag Steel (1020) hr Ti (pure) Ta (pure) a Cu (71500) hr Al (6061) a Hard to measure, since in tension, fracture usually occurs before yield. dry PC Nylon 6,6 PET humid PVC PP HDPE Hard to measure, in ceramic matrix and epoxy matrix composites, since in tension, fracture usually occurs before yield. 상온에서의항복강도값 Based on data in Table B4, Callister 7e. a = annealed hr = hot rolled ag = aged cd = cold drawn cw = cold worked qt = quenched & tempered 10 Tin (pure) LDPE 18

50 인장강도 (Tensile Strength), TS 정의 : 공칭응력 - 변형률곡선상의최대응력 TS σ y engineering stress Typical response of a metal strain engineering strain Adapted from Fig. 6.11, Callister 7e. F = 파괴강도 (fracture or ultimate strength) 목 (Neck) 이형성되면서응력집중 (stress concentrator) 금속의경우에는인장강도에도달하면이미목형성 (necking) 이시작됨 고분자의경우에는 backbone chain 들이정렬하고끊어지기시작 19

51 Tensile strength, TS (MPa) 재료분류별인장강도비교 Metals/ Alloys Steel (4140) qt W (pure) Ti (5Al-2.5Sn) Steel (4140) a a Cu (71500) Cu (71500) hr cw Steel (1020) Al (6061) ag Ti (pure) a Ta (pure) Al (6061) a Graphite/ Ceramics/ Semicond Diamond Si nitride Al oxide Si crystal <100> Glass-soda Concrete Graphite Polymers Nylon 6,6 PC PET PVC PP LDPE HDPE Composites/ fibers C fibers Aramid fib E-glass fib AFRE( fiber) GFRE( fiber) CFRE( fiber) wood( fiber) GFRE( fiber) CFRE( fiber) AFRE( fiber) wood ( fiber) 상온에서의인장강도값 Based on data in Table B4, Callister 7e. a = annealed hr = hot rolled ag = aged cd = cold drawn cw = cold worked qt = quenched & tempered AFRE, GFRE, & CFRE = aramid, glass, & carbon fiber-reinforced epoxy composites, with 60 vol% fibers. 20

52 연성 (Ductility) 정의 : 파괴가일어나는순간의소성변형률연신율 (%Elongation) 또는단면적감소율 (%RA, Reduction of Area) 로나타냄 %EL = L f L o L o x 100 %RA = A o - A o A f x 100 Engineering tensile stress, σ smaller %EL larger %EL L o A o A f L f Adapted from Fig. 6.13, Callister 7e. Engineering tensile strain, ε 21

53 인성 (Toughness) 정의 : 파괴가일어나기까지의에너지흡수력 ( 응력 - 변형률곡선의하부면적 ) Engineering tensile stress, σ Adapted from Fig. 6.13, Callister 7e. small toughness (ceramics) large toughness (metals) very small toughness (unreinforced polymers) Engineering tensile strain, ε 취성파괴 (Brittle fracture): 주로탄성에너지연성파괴 (Ductile fracture): 탄성에너지 + 소성에너지 22

54 탄력 (Resilience), U r 정의 : 탄성변형에따른에너지흡수력과 하중제거에따른에너지회복력 U = ε r 0 y σdε 탄성영역만을고려하면직선적으로비례하는영역으로삼각형의면적이라생각할수있으므로 U r 1 σ 2 y ε y Adapted from Fig. 6.15, Callister 7e. 23

55 탄성변형률회복 (Elastic Strain Recovery) 인장시험도중에하중을제거하면전체의변형률중탄성변형률만큼회복 ( 탄성변형률회복 ) 응력을다시가하면하중을제거한응력점에서항복변형이다시일어남 ( 변형경화 ) Adapted from Fig. 6.17, Callister 7e. 24

56 경도 (Hardness) 국부소성변형 ( 주로압입 _indentation) 에대한재료의저항성 경도가높으면, 다음의특성이우수 (1) 소성변형이나압축응력에서균열생성에대한저항성 (2) 내마모성 예를들어 10 mm 직경의구형압자로, D 정해진하중으로압입 d 하중을제거한후압흔의크기를측정하면 압흔의크기가작을수록높은경도 most plastics brasses Al alloys easy to machine steels file hard cutting tools nitrided steels diamond 경도증가 25

57 로크웰 (Rockwell) 법 경도의측정방법들 측정하고자하는시편에손상을입히지않음 경도에따라여러스케일을사용할수있음. 각스케일별로경도 130 까지측정할수있으나, 범위에서만정확한값. 이범위를넘으면? 최소하중 10 kg 최대하중 60 (A), 100 (B), 150 (C) kg A = diamond, B = 1/16 in. ball, C = diamond 브리넬경도 (Brinell Hardness, HB) 와강도간의관계 : 대부분의강 (steel) 에적용가능 TS (MPa) = 3.45 x HB 26

58 경도측정방법총정리 Table

59 진응력, 진변형률 (True Stress & Strain) 공칭응력-변형률에서와달리인장시험중시편의단면적이변화하는것을실제로반영 진응력 진변형률 σ ε = F T A i T = ln ( ) i o 공칭응력 - 변형률과진응력 - 변형률간의관계식 σ ε T T = σ = ( 1+ ε) ( + ε) ln 1 위식의현실적의미는? Adapted from Fig. 6.16, Callister 7e. 28

60 경화 (Hardening) 소성변형으로인한항복강도 σ y 의증가 σ σ y1 σ y0 large hardening small hardening 진응력 - 변형률곡선을식으로나타내면, σ T = K( ε ) n T 변형경화지수 n = 0.15 ( 일부강재 ) to n = 0.5 ( 일부구리소재 ) 진응력 (F/A) 진변형률 ln(l/l o ) ε 29

61 재료물성의다양성 재료물성은정확한값이아니다. 재료물성은시편의결함에민감하다. 시편마다물성이다르게측정될수있다. 측정된물성값의통계처리가필요하다!!! 평균값 (Mean) x = n Σ x n n 표준편차 (Standard Deviation) s = n Σ ( x x ) i 2 n

충격시험 (Impact Testing) 낮은온도, 높은변형률속도, 노치 충격하중 : -- 극한시험조건을부가하여 -- 재료의취성을강하게하여 -- 인성을낮춰시험 (Charpy) Adapted from Fig. 8.12(b), Callister 7e. (Fig. 8.12(b) is adapted from H.W.

62 충격시험 (Impact Testing) 낮은온도, 높은변형률속도, 노치 충격하중 : -- 극한시험조건을부가하여 -- 재료의취성을강하게하여 -- 인성을낮춰시험 (Charpy) Adapted from Fig. 8.12(b), Callister 7e. (Fig. 8.12(b) is adapted from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, John Wiley and Sons, Inc. (1965) p. 13.) final height initial height 11

63 피로 Fatigue 반복응력하에서의파괴 bearing specimen 압축응력 bearing 인장응력 시간에따라응력이주기적으로변화 : -- 주요변수 : S, σ m, and frequency motor flex coupling σ max σ min σ m counter σ Adapted from Fig. 8.18, Callister 7e. (Fig is from Materials Science in Engineering, 4/E by Carl. A. Keyser, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ.) S time 중요 points: -- 임계파괴응력이하에서도피로파괴는일어날수있다! 즉, smax < sc. -- 현장의기계적파괴중약 90% 가피로파괴이다! 13

64 피로설계변수 (Fatigue Design Parameters) 피로한계 or 내구한 : S fat : (Fatigue limit) (Endurance limit) no 피로 if S < S fat 피로한계가나타나지않는경우도있다! S fat S = stress amplitude safe unsafe N = Cycles to failure S = stress amplitude unsafe steel Adapted from Fig. 8.19(a), Callister 7e. Al safe N = Cycles to failure Adapted from Fig. 8.19(b), Callister 7e. 14

매하중싸이클마다늘어나는균열의길이 Adapted from Fig. 8.21, Callister 7e. (Fig. 8.21 is from D.J.

65 피로기구 (Fatigue Mechanism) 균열생성과균열전파 균열의점진적성장 da dn = ( K ) m ~ ( σ) a 예 : 피로파괴가일어난회전축 --K max < K c 조건에서도균열성장 -- 균열성장은더욱촉진 Ds 증가할수록 균열의길이가증가할수록 하중주파수증가할수록 보통 1 에서 6 사이의값 매하중싸이클마다늘어나는균열의길이 Adapted from Fig. 8.21, Callister 7e. (Fig is from D.J. Wulpi, Understanding How Components Fail, American Society for Metals, Materials Park, OH, 1985.) crack origin 15

66 피로수명을늘리려면 1. 표면에압축응력을형성시켜균열의성장을방해 Increasing σ m S = stress amplitude Adapted from Fig. 8.24, Callister 7e. near zero or compressive σ m moderate tensile σ m Larger tensile σ m N = Cycles to failure --Method 1: shot peening shot put surface into compression --Method 2: 침탄 (carburizing) C-rich gas 2. 응력집중인자가될만한부분을제거 bad bad better better Adapted from Fig. 8.25, Callister 7e. 16

67 크립 (Creep): 고온변형 일정응력, 온도에서의시간에따른변형 σ σ,ε 0 t 1 차크립 (Primary Creep): 그래프의기울기 ( 크립속도, creep rate) 가감소 2 차크립 (Secondary Creep): 그래프의기울기가일정 (steady-state creep) 3 차크립 (Tertiary Creep): 그래프의기울기가급격히증가후파괴 Adapted from Fig. 8.28, Callister 7e. 17

<4D F736F F F696E74202D20C0E7B7E1C0C720B0ADB5B52CBFACBCBA2CB0E6B5B5C6F2B0A1B1E2B9FD205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D>

<4D F736F F F696E74202D20C0E7B7E1C0C720B0ADB5B52CBFACBCBA2CB0E6B5B5C6F2B0A1B1E2B9FD205BC8A3C8AF20B8F0B5E55D> 재료의강도 / 연성 / 경도평가기법 기계적시험 (Mechanical Tests) 목적 : 재료의응력 (stress) 에대한재료의저항 (strain) 관계를구함 인장 / 압축시험 경도시험 굽힘시험, 피로시험, 열피로시험, 파괴인성시험, 크리프시험, 충격시험, 열충격시험, 마모시험등 변형 (Deformation) 의종류 Tension Compression Shear