금속재료의 강도, 강성, 연성, 인성

 

 

1. 강도

1) 정의 : 재료에 하중이 걸린 경우, 재료가 파괴되기까지의 변형에 대한 저항이다.

2) 종류

① 정적강도 : 인장강도, 압축강도, 굽힘감도, 비틀림강도 

② 동적강도 : 피로강도. 충격강도

 

 

2. 강성

1) 정의 : 재료에 하중이 걸린 경우, 재료의 변형에 대한 저항의 정도를 수치화한 것으로, 하중에 대한 재료의 변형 저항이다.

• 물체에 압력을 가했을때 모양이나 부피가 변하지 않는 단단한 성질을 의미함.
• 가로탄성계수와 세로탄성계수로 평가하며 인장강도와는 무관함.

2) 특성

탄성체에 외력이 가해졌을 때의 변형은 힘이나 모멘트의 크기 외에 탄성체의 형상, 지지방법, 재료의 탄성계수에 따라 달라진다.

① 축 방향의 하중만 작용 시 : 영계수E 와 단면적A 의 곱에 비례한다.
② 휨 하중(굽힘하중) 작용 시 : 영계수E 와 단면 2차 모멘트I 의 곱에 비례한다.

[예] 굽힘 응력(σ)의 계산

• 굽힘 모멘트가 일정할 떄, 보 내부에 발생하는 응력(σ)과 단면계수(Z)는 반비례 관계이므로, 단면계수가 높은 재료(H형강 or I형강)를 선정하면 발생 응력(σ)이 감소하고 재료비를 절감할 수 있다.

③ 전단하중 작용 시 : 전단 탄성 계수G 와 단면적A 의 곱에 비례한다.

[예] 비틀림 응력(τ)의 계산

 

 

 

3. 연성

1) 정의 : 재료에 탄성한계를 넘는 힘을 가해졌을 때, 파괴되지 않고 늘어나는 성질이다.

2) 특성

• 연신률 또는 수축률로 표시하는데, 동일한 재료에서도 온도, 습도에 따라 값이 달라진다.
• 일반적으로 경도와 연성은 반비례하며, 동일 재료에서는 온도가 높을수록 연성이 커진다.
• 백금, 금, 은, 구리 등이 연성이 풍부하다.

3) 시험방법 : 인장 시험의 신율을 적용한다.

• 연신율 λ or ε 

 

 

4. 인성

1) 정의 : 재료에 하중을 가했을 때, 파괴되지 않고 외부 충격에 견디는 재료의 성질로서, 외부 응력에 대한 재료의 저항정도

2) 특성

• 파괴에 이르는 변형량(비틀림)이 크고, 흡수 에너지가 큰 것이 인성이 강하다.
• 단일재료에서는 응력과 비틀림이 함께 큰것은 적고, 상이한 특성이 2개의 재료를 조합한 복합재료가 인성이 강하다.