6.2 기계적 성질에 대한 기술 용어
응력; 단위 면적당 힘 (보통 Pa이용)
변형률(strain); 단위 길이당 치수의 변화 (무차원)
수직응력
힘이 접촉면에 수직
ex) 인장응력, 압축응력
전단응력
힘이 접촉면에 평행
ex) 분자 압출과 같은 기술을 이용할 때 재료 가공에서 자주 발생
탄성 변형률(elastic strain)
: 작용응력으로부터 완전히 회복할 수 있는 변형률
변형률이 즉시 회복된다면 ‘탄성’ (변형률은 힘의 작용과 동시에 발생)
힘이 제거되면 회복
탄성 변형률을 받는 재료는 어떤 영구변형도 나타나지 않는다.
인장 응력-변형률 곡선의 기울기 ; 영률 탄성계수 E
소성 변형(plastic deformation)
소성 변형률(plasitc strain)
-영구 변형률 ; 응력이 제거될 때 재료는 원래 형태로 돌아가지 않는다.
6.3 인장시험: 응력-변형률곡선의 이용
인장시험
: 정적이거나 천천히 작용되는 힘에 대한 재료의 저항
보통 금속, 합금 및 플라스틱에 대하여 수행.
(세라믹 재료에도 사용될 수 있지만 시편이 축선에 일치하였을 때 시료가 파괴되기 때문에 보통 사용되지 않는다.)
공칭응력
공칭변형률
만약 위 두 식처럼 힘을 응력으로, 표점거리 사이의 변위를 변형률로 환산하면
하나의 시험을 서로 다른 크기와 단면을 가진 모든 동일 재료에 적용할 수 있다.
하지만 사실 변형이 일어나면서 단면적이 변형되지만 변형 전의 단면적으로
나눈 응력이며, 변형 전 길이로 나눈 변형률이다.
따라서 약간의 오차가 있는 값이다.
6.4 인장시험에서 얻을 수 있는 기계적 성질
항복강도 (yield strength)
소성변형을 시작하는 임계응력 값이 재료의 탄성한도로 정의
금속에서 이 값은 보통 전위운동, 슬립을 개시하는데 요구되는 응력
폴리머에서 이 응력은 폴리머분자 고리의 꼬임을 풀리게 하거나 서로 미끄러지게 하는 것이다.
오프셋 항복강도(0.2% 오프셋 항복강도, 보증강도)(offset yield strength)
옵셋 변형률 값(offset strain value) 보통 0.002 또는 0.2% 로 정의한다.
오프셋 변형률 값에서 응력-변형률 곡선의 직선부(탄성변형구간)에 평행하게
그린 선과 응력-변형률 곡선의 교차점에서의 응력 값을 오프셋 항복강도라 정의하고 항복강도라 한다.
확실하게 결정될 수 있는 값이므로 엔지니어가 주로 사용한다.
항복점 현상(yield point phenomenon)
일부 재료에 대하여, 탄성변형에서 소성유동으로 변화하는 과정이 급격하게
일어나는 변화이다.
탄성변형이 생기는 동안 응력 값은 상항복점에서 처음 하락하고 그 후 응력값은 하항복점으로 정의된 평균 값 주위에서 상승과 하락을 반복한다.
이들 재료에서 항복강도는 0.2% 변형률 옵셋으로 보통 정의된다.
저탄소강의 항복점 현상 - 탄소가 철에 침입형 결함으로 소량 내재된 경우
상항복점(전위 밑에 탄소가 있을 때)
: 처음에는 탄소의 영향을 받음
하항복점(전위 밑에 탄소가 없게 될 때)
: 전위이동 후에는 탄소의 영향을 안받음
인장강도(tensile strength)
: 공칭응력-공칭변형률 곡선에서의 최대응력
최대하중에서 얻어진 응력, 최대인장강도로 알려져 있다.
*네킹(necking)
국부적인 변형 영역 ‘넥’ 이 다른 영역보다 많이 변형하고 단면적에서 큰 감소가 발생하는 현상