엔지니어링 재료의 속성:일반, 물리적 및 기계적

이 기사에서는 다음에 대해 논의할 것입니다. 1. 엔지니어링 재료의 일반 특성 2. 엔지니어링 재료의 물리적 특성 3. 기계적 특성.

일반 엔지니어링 자재의 속성:

주로 엔지니어링 자재를 제조하는 산업에 관심이 있는 경제학자들은 엔지니어링 자재를 가장 경제적인 방법으로 사용하거나 적용할 수 있는 방법을 찾는 데 관심이 있습니다. 경제학자는 다양한 엔지니어링 재료의 특성 및 제조 공정에 대한 실무 지식을 가지고 있어야 합니다.

이러한 경제학자의 서비스는 특정 조건에서 엔지니어링 자재를 선택하거나 사용 가능한 현지 원자재에서 엔지니어링 자재 제조 라인을 결정하는 데 매우 유용할 수 있습니다.

특정 엔지니어링 재료의 적용 분야는 해당 엔지니어링 재료의 특성과 다양한 속성에 의해 결정됩니다.

이러한 속성은 다음과 같이 다양한 범주로 분류될 수 있습니다.

(1) 화학적 특성:

재료의 화학적 특성은 재료가 다른 물질과 결합하는 경향, 반응성, 용해도 및 부식, 화학 조성, 산성, 알칼리성 등과 같은 효과를 나타냅니다. 부식은 다음 중 하나입니다. 엔지니어가 엔지니어링 재료를 선택할 때 직면하는 심각한 문제는 금속의 화학적 특성으로 인해 발생합니다.

금속에서 원자가 전자는 원자에 느슨하게 결합되어 있으며 화학 반응 중에 쉽게 제거될 수 있습니다. 따라서 금속이 대기 중에 노출되어 산소, 염소 등과 같은 가스와 접촉하면 화학 반응이 발생합니다. 철이 산소와 반응하면 붉은색을 띠는 산화철이 생성되고 철 금속이 코팅됩니다. 이것을 부식이라고 합니다.

(2) 전기적 특성:

이러한 속성은 전류의 흐름에 저항하는 재료의 능력을 나타내며 전도도, 절연 강도 및 저항률을 포함합니다.

(3) 자기 속성:

투자율, 히스테리시스 및 보자력과 같은 재료의 자기 특성에 대한 연구는 발전기, 변압기 등에 사용할 때 필요합니다.

(4) 기계적 특성:

외력이 가해질 때 물질의 거동을 지배하는 특성이 이러한 속성에 포함됩니다. 중요한 기계적 특성 중 일부는 탄성, 경도, 가소성, 강도 등입니다.

(5) 광학 속성:

광학 작업에 재료를 사용하는 경우 색상, 광 투과율, 굴절률, 반사율 등과 같은 광학 특성에 대한 지식이 필요합니다. 빛이 어떤 물질에 닿으면 원자와 상호 작용하여 다양한 효과를 일으키게 됩니다. 빛은 반사, 굴절, 산란 또는 흡수될 수 있습니다. 재료의 빛에 대한 연구와 이 동작을 사용하여 다양한 조명 효과를 제어하는 ​​방법을 광학이라고 합니다.

(6) 물리적 특성:

외력이 작용하지 않고 재료의 상태를 평가하는 데 필요하며 부피 밀도, 내구성, 다공성 등이 포함됩니다.

(7) 열적 특성:

비열, 열팽창 및 전도율과 같은 재료의 열적 특성에 대한 지식은 열 변화에 대한 재료의 반응을 아는 데 도움이 됩니다. 따라서 변동 및 고온을 견딜 수 있는 적합한 재료를 선택할 수 있습니다.

(8) 기술적 자산:

가공 또는 적용에 영향을 미치는 금속 및 합금의 특성을 기술적 특성이라고 합니다. 주조성, 기계가공성, 용접성 및 가공성은 금속 및 합금의 중요한 기술적 특성 중 일부입니다.

이러한 모든 속성 중에서 물리적 속성과 기계적 속성은 건설 엔지니어에게 특히 매우 중요합니다.

물리적 속성 엔지니어링 재료:

엔지니어링 재료의 물리적 특성과 관련하여 다음 용어가 정의되고 설명됩니다.

(1) 대량 밀도

(2) 내화학성

(3) 연화 계수

(4) 밀도

(5) 밀도 지수

(6) 내구성

(7) 내화성

(8) 서리 저항

(9) 흡습성

(10) 다공성

(11) 내화성

(12) 스폴링 저항

(13) 비열

(14) 열용량

(15) 열전도율

(16) 수분 흡수

(17) 투수성

(18) 내후성.

(1) 대량 밀도:

벌크 밀도라는 용어는 기공과 공극을 포함하여 자연 상태에서 재료의 단위 부피의 질량을 의미하는 데 사용됩니다. 그것은 자연 상태에서 표본의 부피에 대한 표본의 질량의 비율을 구하여 얻습니다.

강도, 열, 전도성 등과 같은 재료의 기술적 특성은 부피 밀도에 의해 크게 영향을 받으므로 재료의 성능 효율성은 부피 밀도에 따라 달라집니다.

대부분의 재료에서 밀도가 밀도보다 낮습니다. 밀도가 높은 재료, 액체 및 용융 덩어리에서 얻은 재료를 제외합니다.

표 1-1은 일부 중요한 건축 자재의 부피 밀도를 보여줍니다.

(2) 내화학성:

산, 알칼리, 가스 및 염 용액의 작용을 견디는 재료의 능력을 내화학성이라고 합니다.

이 속성은 하수관, 수력 공학 설비, 위생 시설 등의 재료를 선택할 때 신중하게 검토됩니다.

(3) 연화 계수:

건조 상태에 대한 물에 포화된 재료의 압축 강도 비율을 연화 계수라고 합니다. 유리 및 금속과 같은 재료는 물의 존재에 영향을 받지 않으며 연화 계수는 1입니다. 반면에 점토와 같은 재료는 물에 담그면 쉽게 강도를 잃기 때문에 연화 계수가 0입니다.

연화 계수가 0.8 이상인 재료를 내수성 재료라고 합니다. 습기의 작용에 영구적으로 노출될 가능성이 있는 상황에서는 연화 계수가 0.8 미만인 재료의 사용을 피하는 것이 좋습니다.

(4) 밀도:

재료의 밀도라는 용어는 균질한 재료의 단위 부피의 질량으로 정의됩니다. 균질한 상태의 재료 부피에 대한 재료 질량의 비율을 계산하여 얻습니다. 재료의 물리적 특성은 밀도에 의해 크게 영향을 받습니다.

(5) 밀도 지수:

밀도에 대한 물질의 부피 밀도의 비율은 밀도 지수로 알려져 있으며, 따라서 부피가 고체 물질로 채워지는 정도를 나타냅니다.

자연에는 조밀한 물질이 거의 없기 때문에 대부분의 건축 자재의 밀도 지수는 1보다 작습니다.

(6) 내구성:

대기 및 기타 요인의 복합 작용에 저항하는 재료의 특성을 내구성이라고 합니다.

건물의 운영 또는 유지 관리 비용은 당연히 건물을 구성하는 재료의 내구성에 따라 달라집니다.

(7) 내화성:

내화성이라는 용어는 하중 지지 능력을 잃지 않고 즉, 강도의 실질적인 손실이나 형태 변형 없이 고온의 작용에 저항하는 재료의 능력을 의미하는 데 사용됩니다.

이 물질의 특성은 화재 발생 시 매우 중요하며, 소화 작업은 일반적으로 물을 동반하므로 이 물질의 특성은 높은 온도와 물. 재료는 화재 시 안전과 안정성을 제공할 수 있을 만큼 충분히 내화성이 있어야 합니다.

(8) 냉기 저항:

물에 포화된 재료가 기계적 강도의 상당한 감소 또는 가시적인 실패 징후 없이 반복되는 동결 및 해동에 저항하는 능력은 내한성으로 알려져 있습니다. 재료의 내한성은 재료의 밀도와 물에 대한 포화 정도에 따라 다릅니다.

일반적으로 밀도가 높은 재료는 내한성이 있습니다. 기공이 닫혀 있거나 부피의 90% 미만으로 물로 채워진 다공성 물질은 내한성입니다.

(9) 흡습성:

공기중의 수증기를 흡수하는 물질의 성질을 흡습성이라고 하며 관련된 물질의 성질, 기공의 수, 기온, 상대습도 등에 의해 결정됩니다. 물 -보유 또는 친수성 물질은 물에 쉽게 용해됩니다.

(10) 다공성:

공극률이라는 용어는 재료의 부피가 공극에 의해 차지하는 정도를 나타내는 데 사용됩니다. 시편의 부피에 대한 기공 부피의 비율로 표시됩니다. 재료의 다공성은 강도, 부피 밀도, 수분 흡수, 열전도도, 내구성 등과 같은 다양한 특성을 나타내므로 주의 깊게 연구하고 분석해야 합니다.

(11) 내화성:

고온의 장기간 작용을 견딜 수 있는 재료의 능력은 녹거나 형태가 무너지지 않고 내화성으로 알려져 있습니다.

(12) 스폴링 저항:

파괴되지 않고 급격한 온도 변화의 특정 주기를 견디는 재료의 능력은 폭열 저항으로 알려져 있으며 주로 구성 요소의 선형 팽창 계수에 따라 달라집니다.

(13) 비열:

비열이라는 용어는 1N의 재료를 1°C 가열하는 데 필요한 열량으로 킬로칼로리로 표시됩니다. 열 축적을 고려할 때 재료의 비열을 고려해야 합니다.

강철, 석재 및 목재의 비열은 다음과 같습니다.

스틸 – 0.046 x 10 ³ J/N °C

스톤 – 0.075 ~ 0.09 x 10 ³ J/N °C

목재 – 0.239 ~ 0.27 x 10 ³ J/N °C

(14) 열용량:

열을 흡수하는 재료의 특성은 열용량으로 알려져 있으며 다음 방정식으로 계산됩니다.

T =H / M (T₂ – T₁ )

여기서, T =J/N °C 단위의 열용량

H =T에서 재료의 온도를 높이는 데 필요한 열량₁ T₂로 J M =재료 질량(N)

T₁ =가열 전 재료 온도(°C)

T₂ =가열 후 재료의 온도(°C).

(15) 열전도율:

재료의 열전도율은 면의 온도차가 1일 때 단위 시간에 단위 두께로 재료의 단위 면적을 통해 흐를 열량(킬로칼로리)입니다. 열전도율의 단위는 J/m hr °C이며 일반적으로 K로 표시됩니다. 재료의 열전도율은 밀도, 다공성, 수분 함량 및 온도에 따라 다릅니다.

재료의 열 저항이라는 용어는 열전도율의 역수를 의미하는 데 사용됩니다. 재료의 열 저항은 열 저항에 두께를 곱한 것과 같습니다.

(16) 수분 흡수:

물을 흡수하고 보유하는 재료의 능력을 흡수성이라고 합니다. 건조 재료를 물에 완전히 담근 다음 수분 흡수율을 건조 재료의 중량 백분율 또는 부피 백분율로 계산합니다. 그것은 주로 재료에 존재하는 기공의 부피, 크기 및 모양에 따라 다릅니다.

(17) 투수성:

압력 하에서 물이 통과할 수 있는 물질의 능력은 투수성으로 알려져 있으며 일정한 압력에서 1시간 동안 물질을 통과하는 물의 양으로 설명됩니다. , 시편의 단면적은 1cm이다. 유리, 강철 등과 같은 밀도가 높은 재료는 방수 처리되거나 물이 스며들지 않습니다.

(18) 내후성:

내후성이라는 용어는 모양과 기계적 강도에 심각한 영향을 미치지 않으면서 습하고 건조한 조건을 교대로 견디는 재료의 능력을 나타내는 데 사용됩니다. 따라서 변화하는 습도 조건에 노출되었을 때 재료의 거동을 나타냅니다.

엔지니어링 재료의 기계적 특성:

강성, 연성 및 강도와 같은 재료의 기계적 특성은 재료의 제조 및 가능한 실제 적용을 결정하는 데 매우 중요합니다.

건축 자재는 다이아몬드의 경도에서 순동의 연성과 고무의 놀라운 탄성에 이르기까지 광범위한 기계적 특성을 보여줍니다. 비슷한 방식으로 많은 재료가 다른 방식으로 스트레스를 받을 때 상당히 다르게 거동합니다. 예를 들어, 주철, 시멘트 및 벽돌은 압축에 훨씬 더 강한 반면 나무와 강철은 인장에 더 강합니다.

건축 자재의 일반적인 기계적 특성과 관련된 다음 용어가 정의되고 설명됩니다.

(1) 마모

(2) 크립

(3) 탄력성

(4) 피로

(5) 경도

(6) 충격 강도

(7) 가소성 및 취성

(8) 강점

(9) 착용.

(5) 경도

(1) 마모:

마모에 대한 재료의 저항은 마모 전과 후 시편의 무게 차이를 마모 면적으로 나누어 구합니다.

(2) 크립:

많은 응용 분야에서 건축 자재는 장기간 안정적인 하중을 유지하는 데 필요합니다. 이러한 조건에서 재료는 유용성이 심각하게 감소될 때까지 계속 변형될 수 있습니다. 이러한 구조의 시간 의존적 변형은 크게 증가할 수 있으며 하중 증가 없이 최종 파괴가 발생할 수도 있습니다. 하중이 일정해도 변형이 계속되면 이러한 추가 변형을 크립이라고 합니다.

대부분의 건축 자재는 모든 온도에서 어느 정도 변형됩니다. 그러나 강철, 알루미늄 및 구리와 같은 엔지니어링 금속은 실온에서 거의 크리프합니다. 고온은 종종 미세 구조 변화를 동반하는 급격한 크리프를 유발합니다. 크리프 현상은 실온의 폴리머, 100°C의 알루미늄 합금 및 300°C 이상의 강철에서 중요합니다.

(3) 탄력성:

재료에 하중이 가해지면 모양과 치수가 변합니다. 탄성이라는 용어는 하중이 제거된 후 재료가 초기 형태와 치수를 복원하는 능력을 나타내는 데 사용됩니다.

다음 두 용어의 차이점에 유의해야 합니다.

(i) 탄성 변형:

고체에 하중이 가해지면 변형되지만 하중을 가하지 않으면 원래 위치로 돌아갈 때 변형을 탄성이라고 합니다. 압력의 변화나 하중의 적용은 탄성 변형을 일으킵니다. 이상적인 변형이라는 용어는 힘을 가하는 즉시 발생하고 힘이 제거되면 완전히 사라지는 변형을 의미하는 데 사용됩니다.

이러한 변형은 Hooke의 법칙을 따르며 금속의 탄성 변형률은 적용된 힘에 정비례합니다. 이상적인 변형은 탄성 한계 내에서 작업 응력을 유지할 수 있는 비교적 작은 변형력으로 발생합니다.

(ii) 플라스틱 변형:

하중이 제거된 후 솔리드가 전체 또는 부분적으로 모양 변화를 유지하는 경우 변형을 소성이라고 합니다. 소성 변형은 응력이 탄성 한계를 초과할 때 관찰되며 그 속도는 변형률, 적용된 응력 및 온도에 의해 제어됩니다. 인장, 압축 및 비틀림 응력 하에서 발생할 수 있습니다. 유용한 제품을 만들기 위해 압연, 단조 등의 공정에서 의도적으로 수행됩니다.

(4) 피로:

재료에 반복적이거나 변동하는 응력이 가해지면 정상 하중에서 파손을 일으키는 데 필요한 것보다 훨씬 낮은 응력에서 파손됩니다.

이 동작을 피로라고 하며 다음 세 가지 기능으로 구별됩니다.

(i) 강도 및 서비스 수명의 불확실성 증가;

(ii) 연성 손실; 및

(iii) 힘의 상실.

피로 실패의 원인은 다음과 같습니다.

(i) 피로 강도의 감소를 초래하는 부식 환경;

(ii) 스트레스 집중 지점;

(iii) 가공 자국 및 표면 불규칙성과 같은 표면 결함; 및

(iv) 온도, 피로강도는 저온에서 높고 온도가 상승함에 따라 점차 감소합니다.

(5) 경도:

더 단단한 물체의 침투에 저항하는 재료의 능력을 경도라고 합니다. 바닥재 및 노면재의 시공성 및 용도를 결정짓는 중요한 요소입니다. 경도는 기본 속성이 아닙니다. 그러나 이는 침투 모드, 침투기 모양 등에 상대적인 압축, 탄성 및 소성 특성의 결합된 효과입니다.

경도는 주어진 재료의 인장 강도와 상당히 일정한 관계를 나타냅니다. 따라서 재료의 인장 강도와 표면 근처의 금속 상태에 대한 대략적인 아이디어를 얻기 위한 실용적인 비파괴 테스트로 사용할 수 있습니다.

석재의 경도는 모스 경도 척도를 사용하여 결정할 수 있습니다. 경도가 높은 순서로 배열된 10가지 재료의 목록입니다. 재료의 경도는 두 재료의 경도 사이에 있습니다.

표 1-2는 모스 경도의 척도를 보여줍니다.

(6) 충격 강도:

재료의 충격 강도는 단위 부피당 파손을 일으키는 데 필요한 작업량입니다. 따라서 재료의 인성을 나타내며 재료는 충격 강도를 결정하기 위해 충격 시험기에서 테스트됩니다.

충격 강도는 재료의 인성과 강도를 모두 고려한 복잡한 특성입니다.

다음 요인에 따라 다릅니다.

(i) 시편의 치수가 증가하면 충격강도도 증가합니다.

(ii) 노치의 날카로움이 증가하면 파손에 필요한 충격강도가 감소한다.

(iii) 노치의 각도는 또한 특정 값 이후에 충격 강도를 향상시킵니다.

(iv) 충격 강도도 충격 속도에 의해 어느 정도 영향을 받습니다.

(v) 시험 중인 시편의 온도는 연성, 취성 또는 연성에서 취성으로의 전이와 같이 발생할 가능성이 있는 파괴 유형에 대한 표시를 제공합니다.

(7) 가소성 및 취성:

재료의 가소성이라는 용어는 하중이 가해지면 균열 없이 모양이 변하고 하중을 제거한 후에도 모양을 유지하는 능력으로 정의됩니다.

재료는 크게 플라스틱 재료와 취성 재료의 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 강철, 구리, 뜨거운 역청 등은 플라스틱 재료입니다. 취성 재료는 파손 이전에 상당한 변형 없이 압력 하에서 갑자기 파손됩니다. 암석 재료, 세라믹 재료, 유리, 주철, 콘크리트 및 기타 재료는 부서지기 쉬우며 굽힘, 충격 및 장력에 대한 저항성이 낮습니다.

(8) 강점:

하중으로 인한 응력의 작용으로 재료가 파손에 저항하는 능력을 강도라고 합니다. 재료가 일반적으로 받는 하중은 압축, 인장 및 굽힘입니다. 해당 강도는 극한하중을 시편의 단면적으로 나누어 구한다.

건축 자재의 응력은 최대 강도의 특정 비율을 초과할 수 없습니다. 따라서 안전 여유가 제공되고 안전 계수라는 용어는 안전 응력에 대한 극한 응력의 비율을 나타내는 데 사용됩니다. 예를 들어, 안전 계수가 2인 경우 설계 목적으로 채택되는 응력은 극한 응력의 1/2이 됩니다.

안전계수의 값은 설계기준에 의해 지정되며, 작업의 성격, 자재의 품질, 서비스 조건, 경제적 고려사항 등 다양한 요소를 고려하여 구성됩니다.

(9) 착용:

마모와 충격이 결합된 작용으로 재료가 파손되는 것을 마모라고 합니다. 내마모성은 일반적으로 중량 손실의 백분율로 표시되며 도로 표면, 철도 밸러스트 등의 사용에 대한 재료의 적합성을 결정하는 데 매우 중요합니다.

차이점:지방 석회와 수압 석회 | 재료 | 엔지니어링 좋은 건축용 석재의 품질, 특성 및 특성