재료의 크리프 이해

크리프(Creep)는 때때로 콜드 플로우(cold flow)로 알려져 있으며, 지속적인 기계적 하중을 받을 때 천천히 움직이거나 돌이킬 수 없는 변형을 겪는 고체 재료의 경향입니다. 고부하 또는 고온에서 작동하는 구성요소를 검사할 때 엔지니어와 야금학자는 일반적으로 크리프에 대해 우려합니다. 크리프라고 하는 변형 메커니즘은 실패 모드일 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 이 기사에서는 다음 질문에 대한 답변을 제공합니다.

• 재료의 크립이란 무엇입니까?
• 물질 크리프의 단계는 무엇입니까?
• 크리프 강도란 무엇입니까?
• 크리프 변형의 유형은 무엇입니까?
• 크립의 일반적인 경우는 무엇입니까?
• 크리프 강도를 측정하는 방법은 무엇입니까?
• 크리프 변형을 최소화하거나 방지하는 방법은 무엇입니까?

이제 자세히 살펴보겠습니다!

재료의 크립이란 무엇입니까?

크리프(Creep)는 때때로 콜드 플로우(Cold Flow)라고도 하며 지속적인 기계적 하중을 받을 때 천천히 움직이거나 돌이킬 수 없는 변형을 겪는 고체 재료의 경향입니다.

이는 여전히 재료의 항복 강도보다 낮은 높은 응력 수준에 장기간 노출된 결과 발생할 수 있습니다. 장기간 열에 노출되면 크리프가 더 심해지며 재료가 융점에 가까워지면 종종 악화됩니다. 재료의 품질, 노출 기간, ​​노출 온도 및 적용된 구조적 하중은 모두 재료가 얼마나 빨리 변형되는지에 영향을 미칩니다.

적용된 응력의 강도와 지속 시간에 따라 구성 요소가 더 이상 목적을 수행할 수 없는 지점까지 변형이 증가할 수 있습니다. 예를 들어, 터빈 블레이드의 크리프(creep)로 인해 블레이드가 케이싱과 접촉하여 고장날 수 있습니다. 고부하 또는 고온에서 작동하는 구성요소를 검사할 때 엔지니어와 야금학자는 일반적으로 크리프에 대해 우려합니다. 크리프라고 하는 변형 메커니즘은 실패 모드일 수도 있고 아닐 수도 있습니다.

예를 들어, 일부 콘크리트 엔지니어는 균열을 유발할 수 있는 인장 변형을 줄이기 때문에 적당한 크리프를 선호합니다. 크리프 변형은 취성 파괴와 달리 응력이 가해질 때 즉시 발생하지 않습니다. 대신, 지속적인 응력은 변형률 축적으로 이어집니다. 크리프는 결과적으로 "시간 의존적" 변형입니다.

물질 크리프의 단계는 무엇입니까?

크리프는 일반적으로 고온에서 금속의 항복 강도 미만의 하중에서 발생하는 일종의 금속 변형입니다. 크립에는 세 단계가 있습니다.

• 1차 또는 1단계
• 2차 또는 2단계
• 3차 또는 III기

1차 또는 1단계

변형 과정에서 1차 크리프가 먼저 발생합니다. 탄성 변형은 이 시점에서 막 시작되었습니다. 원자 결합 신축으로 인해 일시적인 탄성 변형이 발생합니다. 영구 소성 변형은 탄성 변형 후에 발생하기 시작합니다. 이 왜곡은 1차 크립 단계에서 더 빨리 시작되고 시간이 지남에 따라 느려집니다. 가공 경화는 1차 크리프 단계의 끝 무렵에 발생하는 크리프 속도 감소의 원인입니다.

2차 또는 2단계

변형률이 안정화되고 일정해지면 2차 크리프가 시작됩니다. 1단계 및 3단계 Creep에 비해 2차 Creep 시 변형률이 매우 느리게 발생합니다. 미세 구조 손상이 없었기 때문에 크립 속도가 안정적이고 상당히 느립니다.

3차 또는 III기

크리프 변형 과정은 3차 크리프로 끝납니다. 금속의 미세 구조가 손상되면 크리프 공정의 이 단계가 시작됩니다. 미세 구조가 점점 더 악화됨에 따라 변형률이 증가합니다. 금속은 결국 충분한 미세 구조 보이드가 생성되면 부서지고 실패합니다.

크리프 강도란 무엇입니까?

재료는 높은 즉각적인 스트레스 또는 장기간에 걸친 지속적인 스트레스를 받을 때 다르게 반응합니다. 재료가 지속적으로 기계적으로 변형되면 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되는 것처럼 보입니다.

크롤링은 이러한 타고난 경향의 이름입니다. 온도, 시간, 응력 및 합금 조성은 재료에서 크리프의 시작과 발달에 영향을 미치는 몇 가지 요소입니다. 크리프 변형률은 미끄러짐 비율에 주어진 이름입니다. Creep은 많은 엔지니어링 응용 분야, 특히 고온과 스트레스를 다루는 응용 분야에 대해 배워야 합니다. 증기 라인, 우주선 및 터빈에서 크리핑 충격의 몇 가지 예는 디스크와 블레이드입니다.

크리프 강도라고도 하는 크리프 한계는 재료가 크리프를 얼마나 잘 견딜 수 있는지 측정합니다. 특히 응력은 일정한 크리프 속도를 유발하는 외부 요인을 나타냅니다. 이는 재료가 주어진 기간 동안 크게 변형되지 않고 받은 가장 높은 응력이 균열 저항의 원인임을 의미합니다.

크리프 변형의 유형은 무엇입니까?

전위 크리프, 확산 크리프(벌크 확산 또는 결정립계 확산), 전위 상승-글라이드 크리프 및 열에 의해 유발된 글라이드 크리프는 크리프 변형의 몇 가지 예입니다. 이러한 많은 크리프 메커니즘은 모두 재료가 변형되는 온도, 재료가 받는 응력의 양, 재료의 미세 구조 및 구성에 따라 다릅니다.

예를 들어 직사광선에 의해 가열된 연속 용접 레일은 철도 트랙에서 좌굴될 수 있습니다. 이것은 강철의 증가하는 장력과 그에 따른 크리프에 의해 발생합니다. 적당한 크리프에서 콘크리트는 파단될 수 있지만 이는 구조물의 인장 변형률을 낮추는 데 도움이 되기 때문에 때때로 유리합니다. 폴리머에 대한 일정한 응력은 점탄성 크리프(viscoelastic creep)라고 하는 시간 의존적 변형 증가 과정을 초래합니다.

크립의 일반적인 경우는 무엇입니까?

종종 일부 응용 프로그램에서 크리프를 확인할 수 있습니다. 예를 들어 자동차 프레임은 낮은 정적 하중과 낮은 작동 온도로 인해 충격 강도에 더 중점을 둡니다. 반면에 잘못된 재료를 선택하면 엔진 연소로 인한 고부하 및 온도에 노출되는 특정 자동차 엔진 부품이 크립을 겪을 수 있습니다.

높은 열과 극도의 스트레스가 있는 응용 분야는 종종 크리프가 발생하기 쉽습니다. 예를 들면 원자력 에너지 생산, 산업용 엔진 부품, 가열된 금속 필라멘트, 제트 엔진 부품 및 가압 고온 파이프가 있습니다.

크리프 강도를 측정하는 방법은 무엇입니까?

다양한 응력 하에서 재료의 변형을 측정하는 도구인 크리프 시험기는 크리프 강도를 평가하는 데 사용됩니다. 온도 또는 하중을 변수로 사용하여 재료가 견딜 수 있는 응력과 변형률을 플롯하는 데 사용할 수 있습니다. 1차 크립, 정상 상태 크립 및 3차 크립의 3가지 고유한 크립 단계가 다음 그래프에 표시됩니다.

크리프의 각 단계에 대한 온도 및 시간 간격은 그래프에서 결정할 수 있습니다. 따라서 그래프의 3차 크리프 단계를 사용하여 크리프 강도 또는 크리프 한계를 결정할 수 있습니다. 열팽창의 영향을 최소화하려면 크리프 테스트가 수행되는 챔버의 온도를 조절하는 것이 필수적입니다.

크리프 변형을 최소화하거나 방지하는 방법은 무엇입니까?

이제 크리프 변형이 일반적으로 좋지 않다는 것이 분명합니다. 영향을 줄이거나 발생을 방지하기 위해 특정 설계 고려 사항을 만들 수 있으며 그 중 일부는 다음과 같습니다.

• 결정립이 큰 단결정 재료를 사용하여 결정립계의 미끄러짐을 줄이고 고용체를 추가하여 미세 구조적 보이드를 제거합니다.
• 융점이 높은 물질을 활용합니다.
• BCC(체심 입방체) 금속 대신 FCC(면심 입방체) 금속을 사용하여 확산 계수가 낮기 때문에 확산율을 줄입니다.
• 고전단 계수 또는 실용적인 합금 소재를 활용합니다.
• 사용하는 동안 재료의 작동 온도를 낮추십시오(응용 프로그램에 따라 다름).

요약

이제 크리프 변형이 일반적으로 바람직하지 않은 현상이라는 것이 분명합니다. 효과를 줄이거나 방지하려면 위의 단계를 따라야 합니다.

재료 과학에서 크리프는 지속적인 기계적 응력의 영향으로 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되는 고체 재료의 경향입니다.

이것이 이 기사의 전부이며 다음 질문에 대한 답변을 제공합니다.

• 재료의 크립이란 무엇입니까?
• 물질 크리프의 단계는 무엇입니까?
• 크리프 강도란 무엇입니까?
• 크리프 변형의 유형은 무엇입니까?
• 크립의 일반적인 경우는 무엇입니까?
• 크리프 강도를 측정하는 방법은 무엇입니까?
• 크리프 변형을 최소화하거나 방지하는 방법은 무엇입니까?

읽으면서 많은 것을 배우길 바라며, 그렇다면 읽어주신 분들께 감사의 마음을 전하고, 또 만나요!