강과 알루미늄의 연성 비교

강철과 알루미늄을 비교할 때 강철은 알루미늄보다 밀도가 2.5배 높고 인장 강도가 높기 때문에 두 금속 중 더 강한 것으로 알려져 있습니다. 강철은 또한 알루미늄보다 내식성을 제공합니다. 그러나 알루미늄은 강철보다 연성이 뛰어나 항공 우주, 전기 및 건설과 같은 산업에 특히 도움이 되는 우수한 전성을 제공합니다.

아래에서는 강철과 알루미늄의 연성에 대해 자세히 살펴보고 연성이 특히 구조적 응용 분야에서 중요한 이유에 대해 논의합니다.

연성이란 무엇입니까?

연성은 응력이나 변형에 의해 파손되지 않고 소성 변형을 견딜 수 있는 금속의 능력을 나타냅니다.

두 가지 다른 값은 일반적으로 재료의 강도를 정의합니다.

1. 궁극의 힘: 재료가 고장나기 전에 처리할 수 있는 최대 강도
2. 항복 강도: 탄성 한계 내에서 변형될 때 재료가 견딜 수 있는 최대 응력

재료의 연성은 항복 강도와 극한 인장 강도 사이의 영역을 나타냅니다. 두 점 사이의 거리가 멀수록 재료의 연성이 높아집니다.

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연성의 중요성

연성은 구조가 파열되지 않고 어느 정도 구부릴 수 있도록 합니다. 이 기능은 내진 구조를 설계하는 데 매우 유용합니다.

기존 건축법의 목적은 지진과 같은 극한의 환경적 위험이 발생할 경우 붕괴를 방지하는 것입니다. 갑작스런 붕괴를 방지하기 위해서는 지진파에 대한 건물의 구조적 응답이 높아야 하며 동시에 진동 진폭을 줄일 수 있어야 합니다. 구조 요소에 연성을 추가하면 지진 발생 시 생성되는 지진 에너지를 흡수하는 역할을 합니다.

구조용으로 연성 재료를 사용하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

• 구조에 견고성 추가
• 구조 전체에 걸쳐 응력과 힘의 균일한 분포
• 회원, 인맥 및 조직의 힘 향상
• 접기 전에 실패 경고 표시
• 심각한 지진 하중을 견딜 수 있는 구조물 지원

강과 알루미늄의 연성

강철과 알루미늄의 연성을 더 잘 이해하기 위해 먼저 각 구조를 살펴보겠습니다.

알루미늄은 면심 입방체(FCC) 구조라고도 하는 반복되는 결정 구조를 형성합니다. 이 구조의 장점 중 하나는 힘이 가해지면 쉽게 변형되는 슬립 시스템이 포함되어 있다는 것입니다. 이것이 알루미늄이 BCC(체심 입방체) 구조를 가진 강철보다 연성이 더 좋은 이유입니다. BCC 구조는 밀접하게 채워진 원자 구조를 가지고 있지 않으며 FCC와 같은 주요 슬립 시스템도 부족합니다. 그러나 BCC 재료는 열 에너지로 슬립을 활성화할 수 있습니다.

<나> 강철의 연성을 고려할 때 강철은 철과 탄소의 합금입니다. 철에서 원자의 배열은 온도에 따라 달라지므로 다양한 열처리 및 담금질 과정을 통해 강철의 강도를 높일 수 있습니다. 그러나 강도가 증가함에 따라 강철은 연성을 잃기 시작합니다. 예를 들어, 마르텐사이트 강은 가장 강하고 가장 단단한 강종이지만 가장 부서지기 쉽습니다. 가열 및 담금질과 함께 추가 합금 요소를 추가하면 강철의 연성을 크게 높일 수 있습니다. 예를 들어, 강철에 매우 적은 양의 탄소를 추가하면 연성이 알루미늄 합금의 50%까지 증가할 수 있습니다.

이에 비해 알루미늄은 융점이 낮은 비교적 부드러운 소재입니다. 따라서 순수한 알루미늄은 본질적으로 매우 연성이 있습니다. 높은 연성으로 인해 알루미늄 합금은 강철이나 구리보다 더 쉽게 칩화되어 제품 설계의 끝 부분에 가깝게 형성될 수 있습니다. 결과적으로 알루미늄은 프로토타입 및 생산 실행 모두에서 매우 인기가 있습니다.

강철 및 알루미늄 가공의 이점과 과제

강철 대 알루미늄의 연성은 손상 없이 성형성을 개발할 수 있도록 합니다. 강철은 모든 구조의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 와이어, 빔, 막대 및 프레임으로 끌어올릴 수 있습니다. 마찬가지로 알루미늄의 연성을 활용하여 툴링 플레이트, 로드, 튜브, 포일, 와이어 등을 만들 수 있습니다. 알루미늄은 열을 빠르게 전도하고 발산하므로 강철이나 구리에 비해 아크 용접 시 변형이 적고 안정적입니다.

그러나 이러한 모든 이점에는 비용이 많이 드는 가공 문제가 수반됩니다. 연성 금속을 가공하는 동안 절삭 공구는 공작물에 압축 응력을 생성합니다. 응력은 점차적으로 다른 크기의 전단 응력으로 변환되고 절단 각도에 여러 방향으로 전파됩니다. 이 전단 응력이 재료 변형을 초과하면 연속적인 칩이 형성됩니다. 축적된 재료가 공구 팁과 공작물에 접착되어 표면 조도가 좋지 않고 각 패스에서 더 큰 힘으로 공구를 절단해야 합니다.

이 문제를 극복하려면 높은 이송 속도에 의해 뒷받침되는 높은 마찰력과 함께 저속에서 고급 공구를 사용하는 것이 중요합니다. 올바른 도구와 전문 지식이 없으면 더 많은 낭비와 원자재 과잉 소비로 이어져 ROI가 낮아질 수 있습니다.

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