재료의 파괴

 

 

1. 개요

• 재료의 파괴형태는 재료의 소성가공성에 따라 연성파괴와 취성파괴로 나눌 수 있다. 연성재료는 소성 변형이 상당히 일어난 후에 파괴가 일어나므로, 이과정 중에 많은 에너지를 흡수한다.
• 반면, 취성재료는 소성변형이 거의 일어나지 않은 상태에서 파괴가 일어나므로, 흡수 에너지의 양은 매우 적다.

 

 

 

2. 연성파괴

• 소성변형이 부산되는 파괴로 네킹(Necking) 현상이 나타난다.
• 연성파괴에서는 진전하는 균열 주위에 상당한 소성변형이 일어나며 또한 균열은 대체적으로 천천히 성장한다. 이러한 균열을 안정된 균열이라 한다.
• 즉, 가해주던 힘을 도중에 멈추면 균열은 성장하지 않고, 시간이 오래 지나야만 파괴가 일어나게 되며, 연성재료는 소성변형이 상당히 일어난 후에 파괴가 일어나므로 이 과정 중에 많은 에너지를 흡수한다.

 

① 상온에서 정적하중을 가할 때 소성변형을 같이 동반하는 파괴형태
② 연성파괴에서는 외력을 추가로 증가시키지 않는 한 균열은 더 이상 성장하지 않음.
③ 균열의 성장을 위해서는 커다란 소성에너지가 필요로 한다.
④ 연성파괴는 갑자기 예고없이 일어나지 않으므로 취성파괴 보다는 안전하다.

 

 

 

3. 취성파괴

• 소성변형이 거의 없는 파괴로 예고없이 급작스럽게 일어나는 파괴다.
• 연성의 강이 수소에 노출되면 급격히 연성을 읽고 취성화되는 수소취화 현상에 의해서도 강은 극한하중 이하의 하중에 급격히 파괴된다.
• 이것은 일종의 정적인 피로현상으로 볼수 있으며, 지연파괴의 일종이다.
• 취성파괴는 결함을 기점으로 균열이 발생하는데, 이 균열이 성장, 진전되는 파단에 이른다. 한번 균열이 진전되기 시작하면 매우 빠르 속도로 전파하고 순간적으로 파단이 생긴다. 이것을 불안정 파괴라고 한다.
• 균열치수가 크고, 파괴인성이 작을수록 취성파괴는 쉬워진다.

 

① 소성변형이 거의 수반되지 않고 매우 빠른속도로 균열이 일어나는 파괴현상
② 취성파괴를 발생시키는 금속이나 재료는 소성변형의 징후가 거의 없다.
③ 취성파괴는 소성변형을 동반하지 않기 때문에 파단면이 광택을 띤다.

 

 

 

 

 

4. 피로파괴

• 피로파괴란 부재에 외력이 작용할 때 구조적인 응력집중부 또는 이음형상이나 용접결함 등의 응력집중부에서 균열이 발생하고, 이 균열이 성장하여 최종적으로 설계강도보다 낮은 응력에서 파단되는 현상

① 피로의 발생은 반복응력의 작용으로 발생한다.
② 피로파괴의 균열은 부하가 부과될 때마다 성장한다.
③ 응력집중의 인자가 있으면 국부적으로 균열을 발생시킨다.
④ 피로파괴는 예측할 수가 없으므로 큰 소성변형을 동반하지 않는다.
⑤ 기계설비나 구조물에서 발생하는 파괴의 대부분은 피로에 의한 것이다.