인장 강도 설명:주요 정의, 중요성, 유형 및 실제 사례

제조업체의 경우 인장 강도는 제품에 적합한 재료를 선택할 때 가장 먼저 필요한 것 중 하나입니다. 이번 글에서는 이것이 정확히 무엇인지, 다른 유사한 사양과 어떻게 다른지, 계산하는 방법을 다뤄보겠습니다.

인장강도란 무엇인가요?

재료의 인장 강도는 재료가 영구적으로 늘어나거나 파손되기 전에 특정 영역에 걸쳐 견딜 수 있는 하중 또는 당기는 힘의 양입니다. 항복강도는 재료가 원래 모양으로 돌아갈 수 없을 정도로 늘어나기 직전의 지점인 반면, 인장강도는 재료가 파손되는 지점입니다. 강철과 같은 재질은 인장 강도가 높지만 고무줄은 스케일 하단에 바로 위치합니다. 

예를 들어 스프링과 같이 예측 가능한 방식으로 늘어나는 재료의 경우 가해진 힘에 대한 반응인 "탄성"은 "선형 탄성 영역"에 따라 달라집니다. 힘이 이 영역 내에 있으면 힘이 사라지면 스프링이 원래 모양으로 돌아갑니다. 그렇지 않으면 재료가 파손되거나 수리할 수 없을 정도로 손상될 수 있습니다. 아래 그림을 보면 인장력이 방향에 따라 다른 유형과 어떻게 다른지 확인할 수 있습니다.

인장 강도 시험 수행의 중요성은 무엇입니까?

인장 시험은 신소재 제제의 강도 특성을 알아보는 데 사용됩니다. 다른 공정의 열처리 결과를 확인하거나 많은 재료가 원래 사양을 충족하는지 확인하는 데 사용됩니다. 입고되는 원자재의 특성을 검증하는 것은 공정 제어 및 고장 예방의 중요한 부분입니다. 공급업체가 테스트를 수행하고 고객이 이를 수락하는지, 아니면 고객이 많은 재료에 대한 공급업체의 주장을 확인하기로 선택하는지 여부입니다.

부품 제작업체의 공장에서는 재료의 인장 강도를 테스트하는 것이 공정 제어 단계일 수 있습니다. 이는 열처리, 표면 경화, 경화 또는 재료의 강도와 연성을 변화시키는 기타 제조 단계와 관련하여 재료가 올바른 상태에 있는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 연구 및 개발 환경에서 인장 테스트는 제안된 제제가 새로운 응용 분야 또는 기존 응용 분야의 개선을 위해 추구하는 특성을 가지고 있는지 확인하는 쉬운 방법입니다.

인장 시험은 원재료를 주조하거나 기계 가공한 테스트 바에서 수행할 수 있습니다. 또한 대형 부품의 한 섹션에서 속성을 확인해야 하는 중요한 요구가 있는 경우 실제 주조 또는 가공된 구성 요소에서 가공할 수도 있습니다.

3D 프린팅 부품에서 인장 강도의 중요성은 무엇입니까?

인장 강도는 특히 방향성 인장 특성의 가능성 때문에 3D 프린팅에서 중요한 요소입니다. 예를 들어, FDM(융합 증착 모델링) 기술을 사용하여 3D 프린팅된 플라스틱 부품은 z축을 따라 인장 강도가 더 낮습니다. 여기서 z축은 부품의 수직 높이를 나타냅니다. 이는 개별 레이어가 서로 완전히 융합되지 않고 작은 표면적에서만 서로 접촉하기 때문입니다.

3D 프린팅 재료에 대한 많은 재료 데이터 시트는 재료 내 다양한 방향(일반적으로 Z 및 XY 방향)의 인장 강도를 나타냅니다. SLM(선택적 레이저 용융)과 같은 다른 3D 프린팅 기술은 등방성 구조의 부품을 생산합니다. 즉, 부품의 특성은 모든 방향에서 동일합니다.

3D 프린팅 재료의 이상적인 인장강도는 얼마입니까?

이상적인 인장 강도는 부품의 용도, 사용되는 재료, 적용되는 하중의 크기와 방향에 따라 달라집니다. 예를 들어, 부품이 압축 하중만 받는 경우 인장 강도는 중요하지 않습니다. 또는 부품이 전자 장치용 인클로저인 경우 인장 강도는 정전기 방지 및 흡습 특성보다 덜 중요합니다. 3D 프린팅 부품을 설계할 때 재료는 용도에 따라 선택되며 그 반대는 아닙니다. 

3D 프린팅 재료의 인장 강도를 결정하는 것이 중요합니까?

예, 3D 프린팅 재료의 인장 강도를 결정하는 것이 중요합니다. 그러나 3D 프린팅 부품이 기계적 부하에 노출되는 경우에만 가능합니다. 예를 들어, 3D 프린팅된 ABS 부품을 설계하는 경우 일반 ABS 속성을 사용하는 것은 실수입니다. 3D 프린팅 소재는 사용된 3D 프린팅 기술을 기반으로 한 소재의 이론적인 인장 강도에 비해 인장 강도가 더 낮을 수 있습니다.

재료의 인장강도는 어떻게 계산하나요?

인장강도를 정확하게 측정하기 위해 전체 표면이 아닌 재료의 단면적 단위당 힘을 나눕니다. 그러나 응력-변형률 곡선을 먼저 알지 못하면 재료의 인장 강도를 직접 계산할 수 없습니다.

σ =F/A – eq 1

• σ =스트레스
• 여 =힘
• 아 =면적

SI 인장 강도 단위는 MPa(N/mm2)입니다. 기본적으로 강도는 재료의 파손 지점에서의 응력과 동일하며, 이 파손 지점은 단위 면적당 힘으로 특징지어질 수 있습니다.

인장강도에는 어떤 유형이 있나요?

인장 강도에는 몇 가지 유형이 있지만 이 용어는 사용자에게 가장 유용한 것을 의미할 수 있습니다. 예를 들어, 표준 조건에서 계산된 수치는 재료 구성이나 로트를 비교하려는 엔지니어나 재료가 특정 작업에 적합한지 알아내려는 엔지니어에게 가장 유용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 유형은 항복 강도, 최대 인장 강도, 파괴 강도이며, 아래에서 이에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

1. 항복 강도

앞서 언급했듯이 항복 강도는 재료에서 영구(또는 소성) 변형이 시작되는 지점입니다. 강철의 경우 이는 일반적으로 응력-변형률 곡선에서 직선으로 표시되는 비례 한계를 넘어 변형된 경우입니다. 알루미늄과 같이 뚜렷한 항복점이 없는 재료의 경우 항복 강도는 0.2% 변형과 일치하는 응력으로 보고됩니다. 대부분의 경우 금속 부품은 사용 환경에서 항복 강도 이하의 응력을 유지하도록 설계되었습니다. 세라믹과 같이 매우 부서지기 쉬운 재료의 경우 매우 작은 변형에도 파손되고 전혀 항복하지 않습니다. 엘라스토머와 같은 다른 소재는 파손되지 않고 원래 길이의 몇 배로 늘어날 수 있으며 하중이 제거된 후에는 약간의 영구 변형만 나타납니다.

2. 파괴 강도

파괴 강도라고도 알려진 이는 재료가 더 이상 하중을 견딜 수 없어 파손되는 지점을 나타냅니다. 이는 응력-변형률 곡선의 끝점, 즉 "ε 지점으로 볼 수 있습니다. ” 위의 항복 강도 다이어그램에서. 파단점은 총 신장률을 측정하는 데 사용되는 지점이기도 합니다.

3. 궁극의 힘

이는 인장 하중으로 인해 재료가 파손되기 전에 재료가 처리할 수 있는 최대 응력입니다. 일부 금속은 항복점을 통과한 후 변형 경화를 경험하며 재료의 최대 인장 강도에 도달할 때까지 응력이 증가함에 따라 계속 변형됩니다. 플라스틱과 같은 모든 재료가 잘 정의된 최대 인장 강도를 갖는 것은 아닙니다.

인장 강도가 가장 높은 재료는 무엇입니까?

인장강도가 가장 높은 물질은 그래핀이다. 그래핀은 약 130GPa의 최대 인장 강도를 가지며, 이는 최근까지 가장 높은 인장 강도를 가졌던 탄소 나노튜브보다 더 강력합니다. 이러한 소재는 최대 인장 강도가 0.98GPa인 가장 강한 원소 금속인 텅스텐이나 최대 인장 강도가 1.034GPa인 약간 더 강한 열처리된 Inconel®보다 훨씬 더 강합니다. 하지만 그래핀이나 탄소나노튜브 모두 저렴하게 대량생산할 수 없다는 점에 유의해야 한다. 

인장 강도가 가장 낮은 재료는 무엇입니까?

플라스틱은 금속이나 세라믹에 비해 인장 강도가 매우 낮은 경향이 있습니다. 예를 들어, LDPE(저밀도 폴리에틸렌)의 인장 강도는 10MPa입니다. 인장 강도가 낮은 재료는 특히 하중 지지 용도로 실제 적용이 제한되어 있기 때문에 인장 강도가 가장 낮은 재료를 정의하는 것은 어렵습니다. 낮은 인장 강도를 기준으로 재료를 나열하는 것은 일반적인 관행이 아닙니다. 

인장 강도를 측정하는 데 사용되는 장치는 무엇입니까?

인장 시험기는 시편의 인장 강도를 측정하는 데 사용됩니다. 이 기계는 시험편의 양쪽 끝을 잡고 일정한 속도로 제어된 양의 인장력을 시험편에 적용합니다.  기계는 추가 분석을 위해 적용된 하중과 그립 변위에 대한 데이터를 자동으로 기록합니다.

자세한 내용은 인장 시험기에 대한 전체 기사를 참조하세요.

인장강도의 응용은 무엇입니까?

인장강도는 재료의 특성이므로 용도가 없습니다.

재료의 인장강도에 영향을 미칠 수 있는 요소는 무엇입니까?

인장 강도는 다음과 같은 다양한 요인의 영향을 받을 수 있습니다.

1. 온도 :일반적으로 재료의 인장강도는 온도가 상승하면 감소합니다. 실온 이하에서는 대부분의 재료가 약간 더 강해지지만 연성은 떨어집니다.
2. 작업 강화 :이 공정의 전체 개념은 재료를 소성 변형하여 더 단단하게 만드는 것입니다. 금속을 굴리고, 망치로 두드리고, 구부리고 늘리는 과정에서 금속의 결정 구조는 미세한 변화를 겪게 되어 수율과 최대 인장 강도가 증가하는 동시에 연성이 감소합니다.
3. 첨가제 :재료에 유리나 탄소 섬유를 첨가하면 나일론과 같은 비금속의 인장 강도를 높일 수 있습니다.
4. 열처리 :가공 경화와 마찬가지로 이것도 금속의 미세 구조를 변화시키며, 처리 유형에 따라 인장 강도가 증가하거나 감소할 수 있습니다.
5. 결함 :표면 및 내부 결함은 균열이 시작될 수 있는 약점을 생성하므로 재료의 인장 강도를 감소시킬 수 있습니다.

인장 강도 파괴의 두 가지 유형은 무엇입니까?

인장 강도 파괴에는 취성 및 연성이라는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 취성파괴

취성파괴는 주로 주철과 같은 단단한 재료에서 발생합니다. 갑자기 파손되기 전에는 재료가 크게 변형되지 않습니다.

자세한 내용은 취성 실패에 대한 기사를 참조하세요.

2. 연성파괴

연성 파괴는 많은 구조용 강철 및 알루미늄과 같은 부드러운 재료의 주요 인장 파괴 모드이며 순간적이지 않고 점진적입니다. 재료가 항복하기 시작한 후 소성 변형이 계속되고 국부화되어 재료의 최종 분리 지점이 될 "목"이 생성됩니다.

자세한 내용은 연성 파괴에 대한 기사를 참조하세요.

인장강도에 관해 자주 묻는 질문

인장 강도와 인장 응력의 차이점은 무엇입니까?

재료의 인장 응력은 인장 하중으로 인해 받는 단위 면적당 힘의 양이지만 인장 강도는 항복 강도, 극한 강도 또는 파괴 강도입니다.

인장강도와 항복강도의 차이는 무엇인가요?

재료의 인장 강도는 재료에 가해지는 인장 하중에 얼마나 잘 저항할 수 있는지를 보여줍니다. 구체적으로 정의된 몇 가지 인장 강도 측정 기준은 엔지니어에게 중요합니다. 항복 강도, 재료가 소성 변형되기 시작하는 응력 및 극한 인장 강도(간단히 줄여서 "인장 강도"라고도 함)는 파손이 불가피해지기 전에 재료가 견딜 수 있는 최대 응력입니다.

3D 프린팅에 가장 적합한 인장강도는 얼마인가요?

3D 프린팅 부품을 설계할 때 재료는 용도에 따라 선택되며 그 반대는 아닙니다. 또한 재료의 종류와 하중의 방향 및 양에 따라 달라집니다. 예를 들어, 부품이 압축 시에만 하중을 받거나 전자 장치용 인클로저(정전기 방지 및 흡습 특성이 더 중요한 경우)인 경우 인장 강도는 그다지 중요하지 않습니다. 부품이 기계적 하중에 노출될 경우 인장 강도를 반드시 알아야 합니다.

예를 들어, 3D 프린팅된 ABS 부품을 설계하는 경우 일반 ABS 속성을 사용하는 것은 실수입니다. 3D 프린팅 소재는 사용된 3D 프린팅 기술을 기반으로 한 소재의 이론적인 인장강도에 비해 인장강도가 낮을 ​​수 있습니다. 3D 프린팅 재료에 대한 많은 재료 데이터 시트에는 재료 내 다양한 ​​방향(일반적으로 Z 및 XY 방향)의 인장 강도가 표시됩니다. SLM(선택적 레이저 용융)과 같은 다른 3D 프린팅 기술은 등방성 구조의 부품을 생산합니다. 이는 부품의 특성이 모든 방향에서 동일함을 의미합니다.

캣 드 나오움

Kat de Naoum은 20년 이상의 글쓰기 경험을 보유한 영국 출신의 작가, 작가, 편집자 및 콘텐츠 전문가입니다. Kat은 다양한 제조 및 기술 조직에서 글을 쓴 경험이 있으며 엔지니어링 세계를 좋아합니다. 글쓰기 외에도 Kat은 거의 10년 동안 법률 보조원으로 일했으며 그 중 7년은 선박 금융 분야에 종사했습니다. 그녀는 인쇄본과 온라인을 통해 많은 출판물에 글을 썼습니다. Kat은 킹스턴 대학교에서 영문학과 철학 학사 학위를 취득했으며 문예 창작 석사 학위를 취득했습니다.

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