재료의 성질: 취성, 인성, 연성, 강도에 대해 알아보기

단조작업에서는 재료가 외부의 힘에 어떻게 반응하는지를 파악하는 것이 매우 중요합니다.

특히, 취성, 인성, 연성, 강도와 같은 특성은 각기 다른 재료의 특성을 결정짓는 중요한 요소들입니다.

이번 포스트에서는 이러한 성질들이 무엇을 의미하는지, 어떠한 특징이 있는지에 대해 알아보겠습니다.

1. 취성 (Brittleness)

취성은 재료가 외력을 받았을 때 영구 변형 없이 갑작스럽게 파괴되는 성질을 말합니다. 즉, 외부 힘에 의해 재료가 휘거나 늘어나지 않고 깨지거나 부서지는 특성입니다. 취성 재료는 강도가 높지만 변형 능력이 매우 적고, 내충격성이 낮습니다.

취성을 가진 대표적인 재료로는 텅스텐, 세라믹, 유리, 주철 등이 있습니다. 이들 재료는 힘을 가하면 극히 적은 변형 후 곧바로 파손됩니다. 예를 들어, 유리는 적은 힘에도 쉽게 깨지거나 부서집니다.

고온 취성: 고온에서 강의 연성이 급격하게 저하되어 취화하는 성질로, 청열 취성(200~300℃)과 적열 취성 (1100~1500℃)으로 구분됩니다.
1. 청열 취성:
  200~300℃ 부근에서 강의 인장강도 및 경도가 증가하고 취성이 높아지는 성질.
  일반적으로 철강은 상온에서보다 200~300℃ 부근에서 인장 강도 및 경도가 크게 되어 취성을 갖게 됩니다.
  이때 질소가 영향을 줄 수 있습니다.
  상대적으로 저온에서 연마한 철강 표면이 청색으로 변화하는 온도에 해당하므로,
  이 온도에서의 성질을 청열 취성이라고 합니다.
2. 적열 취성:
  연강이 1100~1500℃의 고온에서 깨지기 쉽게 되는 현상입니다,
  연강에 포함된 유황이나 산소 등이 원인으로 분석됩니다.
저온 취성: 저온에서 연강이 경도가 증가하고, 부서지기 쉬운 상태가 되는 현상입니다.
수소 취성: 수소가 재료 내부로 침투하여 취성을 유발하는 현상입니다.

인성은 재료가 외부 힘을 받았을 때 파괴되기 전까지 얼마나 변형을 견딜 수 있는지를 나타내는 성질입니다.

인성은 파단 시까지의 단위 부피당 에너지 흡수량으로 정의되며, 연성과 밀접한 관계가 있습니다. 인성이 좋은 재료는 외부 충격에 강하며, 변형을 받아도 깨지지 않고 계속해서 힘을 흡수할 수 있습니다.

인성 재료는 금속에서 흔히 발견됩니다. 예를 들어, 강철이나 알루미늄은 고온이나 충격에 강하며, 쉽게 부서지지 않고 휘거나 늘어날 수 있습니다. 연성이 높은 재료일수록 인성도 좋은 경향이 있습니다.

연성은 재료가 늘어날 수 있는 성질로, 금속에서 자주 나타나는 특성입니다.

예를 들어, 금속 막대를 양쪽에서 당길 때 길게 늘어나는 성질을 말합니다.

이 성질은 금속이 쉽게 실처럼 뽑히거나 늘어날 수 있도록 만들어줍니다.

연성은 주로 금속에서 볼 수 있으며, 구리, 알루미늄, 금 등이 대표적입니다.

이러한 재료는 높은 연성을 가지고 있어, 압축이나 인장으로 쉽게 변형될 수 있습니다.

강도는 재료가 외력에 대해 얼마나 저항하는지 나타내는 특성입니다. 즉, 재료가 파괴되기 전까지 얼마나 강한 힘을 견딜 수 있는지에 대한 지표입니다. 강도는 주로 인장강도, 압축강도, 피로강도 등으로 세분화되어 측정됩니다.

재료의 취성, 인성, 연성, 강도는 각기 다른 외부 힘에 어떻게 반응하는지에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

취성은 빠르게 파괴되는 성질을, 인성은 힘을 흡수하며 변형을 견디는 성질을 의미합니다.

연성은 재료가 늘어날 수 있는 능력을, 강도는 재료가 힘에 얼마나 저항할 수 있는지 나타냅니다.

각각의 재료는 적절한 용도와 상황에 맞는 특성을 가지고 있으며,

이를 잘 활용하여 상황에 맞는 최적의 재료를 선택해야하며,

상황에 맞게 강도와 취성 등의 특성을 잘 조절하는 것이 중요합니다.