재료의 취성 이해

응력을 받을 때 탄성 변형이 거의 없고 소성 변형이 거의 또는 전혀 없이 균열이 발생하면 재료가 취성이라고 합니다. 부서지기 쉬운 고강도 재료라도 파손되기 전에 상대적으로 적은 에너지를 흡수하는 경향이 있습니다. 무언가가 부러지면 큰 소리가 나는 경우가 많습니다.

일반적으로 재료 연구에 활용될 때 파손 전 소성 변형이 거의 또는 전혀 없을 때 파손되는 재료에 사용됩니다. 파손된 조각은 소성 변형이 없었으므로 완벽하게 맞아야 합니다. 이는 이를 확인하는 한 가지 방법입니다.

이 기사에서는 다음과 같은 질문을 받게 됩니다.

• 취성이란 무엇입니까?
• 다양한 재료의 취성
• 재료가 어떻게 취성으로 바뀌나요?
• 취성에 대한 압력의 영향은 무엇입니까?

취성이란 무엇입니까?

"취성(brittleness)"이라는 용어는 재료가 응력을 받으면 부서지는 경향이 있지만 그렇게 하기 전에 약간만 변형되는 경향을 나타냅니다. 높은 압축강도와 낮은 인장강도는 취성재료의 특성이며 변형이 적고 하중의 충격 및 진동에 대한 저항성이 낮고 압축강도가 높다. 대부분의 비금속 무기 재료는 깨지기 쉽습니다.

응력을 받을 때 탄성 변형이 거의 없고 소성 변형이 거의 또는 전혀 없이 균열이 발생하면 재료가 취성이라고 합니다. 부서지기 쉬운 고강도 재료라도 파손되기 전에 상대적으로 적은 에너지를 흡수하는 경향이 있습니다. 무언가가 부러지면 큰 소리가 나는 경우가 많습니다.

일반적으로 재료 연구에 활용될 때 파손 전 소성 변형이 거의 또는 전혀 없을 때 파손되는 재료에 사용됩니다. 파손된 조각은 소성 변형이 없었으므로 완벽하게 맞아야 합니다. 이는 이를 확인하는 한 가지 방법입니다.

유리 전이 온도(Tg) 또는 연성에서 취성으로의 전이 온도(DBTT)로 알려진 임계 온도 아래에서 금속과 폴리머는 취성이 됩니다. 특히 힘이 몸에 가해질 때 이 빠른 변화는 재앙입니다. 파괴 성장은 분자 입자 또는 입자 경계를 통과하는 가해진 힘에 직교하는 것으로 관찰됩니다.

이 경우 온도는 유연성을 유지하지 못하게 하는 방식으로 재료의 분자 구조에 영향을 미치므로 재료가 파손됩니다. 일반적으로 모든 재료는 한계를 초과하면 결국 파손되지만 취성은 재료가 모양이나 크기가 변경되기 전에 파손되는 경향을 나타냅니다.

취성 재료의 고장은 재료의 표면에 작용하는 응력과 재료의 녹는점 미만의 주변 온도라는 두 가지 상황에서 발생합니다.

다양한 재료의 취성

다음은 취성 수준의 재료입니다.

폴리머

폴리머의 기계적 특성은 실온에 가까운 온도 변동에 민감합니다. 예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)는 4°C에서 극도로 부서지기 쉽지만 온도가 상승함에 따라 더 연성이 됩니다.

비정질 폴리머는 온도 변화에 차등적으로 반응하는 폴리머입니다. 저온에서는 유리(유리질 구역)처럼 거동할 수 있고, 중간 온도에서는 고무질 고체(가죽 또는 유리 전이 영역)처럼 거동할 수 있으며, 고온에서는 점성 액체(고무질 흐름 및 점성 흐름 영역).

점탄성 거동은 이 동작에 부여된 이름입니다. 무정형 폴리머는 유리 영역에서 단단하고 부서지기 쉽습니다. 폴리머는 온도가 올라감에 따라 덜 부서집니다.

금속

슬립 시스템으로 인해 일부 금속은 취성 특성을 보입니다. 금속은 이러한 슬립 시스템 중 일부가 소성 변형을 겪을 수 있기 때문에 슬립 시스템이 많을수록 덜 부서집니다. 반면에 금속은 소성 변형이 덜 일어나기 때문에 슬립 시스템이 적을수록 더 부서지기 쉽습니다. 예를 들어, HCP(육각형 밀집 포장) 금속은 종종 부서지기 쉽고 활성 슬립 시스템이 거의 없습니다.

도자기

전위 운동 또는 슬립의 어려움으로 인해 세라믹은 일반적으로 부서지기 쉽습니다. 결정질 세라믹에는 제한된 수의 슬립 시스템이 있어 변형을 어렵게 만들고 세라믹의 취성을 증가시킵니다.

이온 결합은 일반적으로 세라믹 재료에 존재합니다. 이온의 전하와 유사한 전하를 가진 다른 이온에 대한 인력의 결과로 슬립이 더욱 제한됩니다.

재료는 어떻게 취성으로 바뀌나요?

강화를 통해 재료를 더 잘 부서지거나 덜 부서지게 만들 수 있습니다. 재료는 일반적으로 강도의 한계에 도달할 때 변형 또는 파괴라는 두 가지 옵션이 있습니다. 소성 변형의 메커니즘을 방지함으로써 자연적으로 유연한 금속을 더 강하게 만들 수 있지만, 이것이 극단적으로 수행되면 파단 가능성이 더 커지고 재료가 부서지기 쉽습니다. 따라서 재료 인성을 높이려면 신중한 균형 조정이 필요합니다.

유리 및 기타 자연적으로 깨지기 쉬운 재료는 효율적으로 강화될 수 있습니다. 이러한 방법의 대부분은 두 가지 메커니즘 중 하나를 사용합니다. 균열 팁이 퍼질 때 편향 또는 흡수하거나 알려진 특정 소스의 균열을 차단하는 정밀하게 조절된 잔류 응력을 생성하는 것입니다.

폴리비닐 부티랄 중간막으로 분리된 두 장의 유리로 구성된 접합 유리는 첫 번째 원리를 사용합니다. 폴리비닐 부티랄은 점탄성 폴리머로서 팽창하는 균열을 흡수합니다. 강화 유리와 프리스트레스 콘크리트는 모두 두 번째 기술을 사용합니다.

Prince Rupert 's Drop은 유리 강화의 예를 제공합니다. HIPS라고도 하는 고충격 폴리스티렌은 금속 입자를 통합하여 샘플에 압력을 가할 때 열광을 유발하여 취성 폴리머를 더 단단하게 만드는 방법을 잘 보여줍니다. 탄화규소와 변형 강화 지르코니아는 가장 깨지기 쉬운 구조용 세라믹입니다.

예를 들어, 부서지기 쉬운 유리 섬유가 연성 매트릭스와 같은 폴리에스테르 수지에 통합된 복합 재료는 독특한 철학을 사용합니다. 유리-매트릭스 계면에서 장력을 받으면 균열이 발생하지만, 균열이 너무 많아 많은 에너지를 흡수하여 소재를 더욱 내구성 있게 만듭니다. 금속 매트릭스 복합 재료는 동일한 기본 아이디어를 사용하여 만들어집니다.

취성에 대한 압력의 영향은 무엇입니까?

일반적으로 압력은 재료의 취성 강도를 높이는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 이것은 암석이 연성으로 구부러지기 쉽고 부서지기 쉬운 경향이 있는 지각의 약 10km(6.2mi) 깊이에 있는 취성-연성 전이 영역에서 발생합니다.

FAQ

취성이란 무엇이며 그 예는 무엇입니까?

탄성 한계 이상으로 변형된 후 취성 재료는 작은 소성 영역이 있기 때문에 거의 빠르게 파손되거나 파열되기 시작합니다. 깨지기 쉬운 재료에는 뼈, 주철, 도자기, 콘크리트 등이 있습니다.

연성과 취성이란 무엇입니까?

취성(brittleness)은 인장 압력 하에서 소성적으로 구부러지기보다는 파단되거나 부서지는 재료의 경향을 나타내는 반면, 연성은 고체 재료가 그렇게 할 수 있는 능력을 나타냅니다.

취성의 유형은 무엇입니까?

입계 및 입계 골절은 취성 골절의 두 가지 주요 형태입니다.

취성은 금속 속성입니까?

세라믹, 유리 및 차가운 금속은 종종 취성 재료의 대부분을 구성합니다. 금속 취성은 연성 재료가 취성이 되는 임계 냉각 온도를 식별하는 데 도움이 됩니다.

취성 재료란 무엇입니까?

유리, 세라믹, 흑연 및 가소성이 매우 낮은 일부 합금은 취성 재료의 예입니다. 이러한 재료에서 균열은 소성 변형 없이 시작되어 빠르게 부서지기 쉬운 파손으로 진행될 수 있습니다.

요약

취성은 프로젝트의 재료를 선택할 때 고려해야 할 필수 속성입니다. 응력을 받으면 파괴되지만 그렇게 하기 전에 약간만 변형되는 재료의 경향을 나타냅니다. 높은 압축강도와 낮은 인장강도는 취성재료의 특성으로 변형이 적고 하중의 충격 및 진동에 대한 저항성이 낮고 압축강도가 높다.

이것이 이 기사의 전부이며 다음 질문에 대한 답변이 제공됩니다.

• 취성이란 무엇입니까?
• 다양한 재료의 취성
• 재료가 어떻게 취성으로 바뀌나요?
• 취성에 대한 압력의 영향은 무엇입니까?

독서를 통해 많은 것을 배우기를 바랍니다. 그렇다면 다른 사람들과도 공유해 주시기 바랍니다. 읽어주셔서 감사합니다. 다음에 뵙겠습니다!