연성

Ductility
지구 과학의 연성은 연성(지구 과학)을 참조하십시오.
여기서 "유연성"이 리다이렉트 됩니다.암호학의 속성에 대해서는 Malleability(암호학)를 참조하십시오.
AlMgSi 합금의 인장 시험.국부 네킹과 컵 및 원뿔 파단 표면은 연성 금속의 전형적인 형태입니다.
결절 주철의 인장 테스트는 낮은 연성을 보여줍니다.

연성은 일반적으로 재료의 그리기 용이성(예: [1]와이어)으로 묘사되는 기계적 특성입니다.재료과학에서 연성은 재료가 [2][3]고장 전에 인장응력 하에서 소성변형을 견딜 수 있는 정도에 의해 정의된다.연성은 엔지니어링 및 제조에서 중요한 고려 사항입니다.특정 제조 작업(냉간 가공 등)에 대한 재료의 적합성과 기계적 [4]과부하를 흡수하는 능력을 정의합니다.일반적으로 연성으로 묘사됩니다 어떤 금속 금과 구리를 포함한다.[5]그러나 모든 금속 경험 연성 실패로 일부 출연진 철분과 같은 부서지기 쉬운 실패로 간주될 수 없다.그들은 보통 플라스틱 변형을 고려한 폴리머가 일반적으로 연성이 있는 물질로 보여질 수 있다.[6]

Malleability, 비슷한 기계적 성질는 물질의 능력 압축 응력에 따라 고장 없이 유연하게. 변형시키는데 특징을 갖고 있다.[7][8]만약 그들이 이야기를 계속 두드려 형성에 유순히 응했다 역사적으로, 재료 탄성 있는 것으로 여겨졌다.[1]상대적으로 아니지만 ductile 가변성 재료의 납은 예입니다.[5][9]

재료과학

금은 매우 연성이 있다.그것은 단원자선으로 빨려들어가서 [10]끊어지기 전에 더 늘어날 수 있다.

금속 가공에서는 특히 연성이 중요합니다.왜냐하면 응력에 의해 균열, 파손 또는 산산조각나는 재료는 망치질, 압연, 압출 등의 금속 성형 공정을 사용하여 조작할 수 없기 때문입니다.가단성 재료는 스탬프 또는 프레싱을 사용하여 냉간 성형할 수 있으며, 메짐성 재료는 주조 또는 열 성형할 수 있습니다.

높은 연성의 정도는 금속에서 주로 발견되는 금속 결합에 의해 발생합니다. 이는 금속이 일반적으로 연성이라는 일반적인 인식으로 이어집니다.금속 결합에서 셸 전자는 비국재화되어 많은 원자 간에 공유된다.비국재화된 전자는 금속 원자들이 다른 물질들을 산산조각 나게 하는 강한 반발력에 시달리지 않고 서로 미끄러져 지나갈 수 있게 해줍니다.

강철의 연성은 합금 성분에 따라 달라집니다.탄소 수준을 높이면 연성이 감소합니다.많은 플라스틱과 플레이도와 같은 비정질 고체 또한 가단성이 있다.가장 연성이 높은 금속은 백금이고 가장 가단성이 높은 금속은 [11][12]금이다.고도로 늘어나면 이러한 금속은 현저한 [13]경화 없이 전위와 수정 쌍둥이의 형성, 방향 변경 및 이동을 통해 왜곡됩니다.

연성의 정량화

기본 정의

장력시험에서 연성을 정의하기 위해 일반적으로 사용되는 양은 [14]파단에서의 연성률 감소(qq이다.파단 변형률은 단축 인장 시험 중에 시험체가 파단되는 공학적 변형률이다.신장률(%) 또는 파단 시 엔지니어링 변형률은 다음과 [15][16][17]같이 나타낼 수 있습니다.

면적 감소율은 다음과 [15][16][17]같이 나타낼 수 있습니다.

여기서 관심 영역은 표본 게이지의 단면적이다.

Shigley의 기계 공학 설계에 따르면 유의한 것은 약 5.0%의 신장률을 나타냅니다.

샘플 치수의 효과

인장시험에서 연성값(고장시 공칭 변형률)과 관련된 중요한 점은 일반적으로 표본 치수에 의존한다는 것이다.범용 파라미터는 그러한 의존성을 나타내지 않아야 하기 때문에 유감이다(그리고 실제로 강성, 항복응력 및 최종 인장강도와 같은 특성에 의존하지 않는다).이는 골절에서 측정된 변형률(변위)이 일반적으로 목덜미의 시작까지 발생하는 균일한 변형과 목의 후속 변형(샘플의 나머지 부분에 변형이 거의 또는 전혀 없는 기간) 모두의 기여를 포함하기 때문에 발생한다.목 발달에 따른 기여의 중요성은 게이지 길이의 "기대 비율"(길이/직경)에 따라 달라지며, 이 비율이 낮을 때 더 커진다.명료하게 파악되었다 이것은 간단한 기하학적 효과이다.그 효과의 대부분 유한 요소 법 모형 제작(FEM)에 기초하고 있다 둘 다 실험 studies[18]와 이론적인 explorations[19][20][21][22]-.그럼에도 불구하고 보편적으로 있었는데, 샘플 규격의 일반적인 사용의 범위에 꽤 넓게는, 그것은 굉장히 의미 변화(2또는 3의 요인에 의해)에 인성 값은 같은 재료를 위해 다른 시험에서 획득한에서 이어질 수 있어 설득력이 없다..

연성의 더 의미 있는 표현 necking의 샘플 차원의 독립적이어야 해 무렵에서 변형을 식별할 수 있어 그렇게 만들테니까요.때문에 그 정점( 가벼운 페팅의 시작을 나타내는)종종 비교적 평평한 불행히도 이 조건은(공칭)응력-변형 곡선에 식별하기 쉽지 않다.necking가 시작되기 전까지 게다가 일부( 부서지기 쉬운)재료 골절 등이 없다는 정상은.실제로, 많은 목적을 위하여 그것보다는 인성 값 인장 시험에서 획득한 사용 시험의 다른 인성(에너지 골절 중에 흡수되)을 평가하도록 설계된을 수행하는 것보다 더 낫다.

따라서 절대적인 의미에서 "연성" 값은 사실상 의미가 없습니다.골절 지점에서의 목의 실제(참) 변형률은 명목 응력-변형 곡선으로부터 얻은 원시 수치와는 직접적인 관계가 없으며, 목의 실제 변형률은 종종 상당히 높다.또, 통상, 그래프에 의하면, 파단점의 참응력은 겉보기치보다 높다.하중은 종종 감소하지만 목의 단면적도 감소하기 때문에 진정한 스트레스는 상승하고 있다.이 값은 목의 형상에 따라 다르기 때문에 쉽게 추정할 수 있는 방법은 없습니다.파단 시 진짜 변형률은 "연성"의 진정한 지표이지만, 기존의 인장 시험에서는 쉽게 얻을 수 없다.

면적 감소(RA)는 목의 단면적 감소(일반적으로 골절된 끝의 한쪽 또는 양쪽에서 직경을 측정하여 얻음)를 원래 단면적으로 나눈 값으로 정의됩니다.때로는 이것이 고장 시 신장률보다 "연성"에 대한 더 신뢰할 수 있는 지표라고 언급되기도 한다(부분적으로는 게이지 길이의 종횡비에 의존한다는 사실의 인식상, 비록 이러한 의존성이 보편적으로 인식되는 것과는 거리가 멀지만).이 주장에는 일리가 있지만 RA가 진정한 의미의 파라미터가 되려면 아직 멀었다.한 가지 이의는 특히 단면이 원형적이지 않은 샘플에서는 정확하게 측정하기가 쉽지 않다는 것입니다.보다 근본적으로, 목덜미 전에 일어난 균일한 소성 변형과 목덜미의 발달에 의해 영향을 받습니다.또한, 실제 변형률이 매우 높아지고 동작이 강도(또는 인성)의 의미 있는 정의의 관점에서 제한적으로 중요할 때 목걸이 후반기에 정확히 무슨 일이 일어나는지에 민감합니다.이 [23][24][25]문제에 대한 광범위한 연구가 다시 있었다.

연성-소형 전이 온도

인장시험 후 원형 금속봉의 도식적 외관
(a) 메짐성 파괴
나. 연성파괴
다. 완전 연성골절

금속은 부서지기 쉬운 골절과 연성 골절의 두 가지 다른 유형의 골절을 겪을 수 있습니다.파손 전파는 연성 재료가 소성 변형을 겪을 수 있기 때문에 메짐성 재료에서 더 빨리 발생합니다.따라서 연성 재료는 부서지기 쉬운 재료보다 고장 전에 더 많은 에너지를 흡수할 수 있기 때문에 더 많은 응력을 견딜 수 있습니다.소성변형은 그리피스 방정식의 수정에 따른 재료이며, 여기서 균열 형성에 필요한 작업에 균열 확대에 필요한 소성 작업으로 임계파괴응력이 증가함 - 추가 크레이 형성에 따른 표면에너지 증가에 대응ck [26]표면연성 금속의 소성 변형은 금속의 잠재적 고장 징후가 될 수 있기 때문에 중요합니다.그러나 재료가 연성 거동과 메짐 거동을 나타내는 점은 재료 자체뿐만 아니라 재료에 응력이 가해지는 온도에 따라 달라진다.재료가 연성에서 연성으로 바뀌는 온도는 하중 지지 금속 제품의 설계에 매우 중요합니다.금속이 연성 거동에서 연성 거동으로 또는 연성 거동에서 연성 거동으로 이행하는 최소 온도를 연성 조각 전이 온도(DBTT)라고 합니다.DBTT 하에서는 재료는 소성변형이 불가능하며 균열전파율이 빠르게 증가하여 메짐성파괴가 빠르게 발생한다.게다가 DB.소재가 DBTT 아래로 냉각되면 휘어지거나 변형되는 대신 충격에 의해 산산조각나는 경향이 훨씬 커지기 때문에 TT가 중요합니다.따라서 DB는TT는 온도가 낮아짐에 따라 재료의 연성변형능력이 저하되어 균열전파속도가 급격히 증가하는 온도를 나타낸다.즉, 고형물은 매우 낮은 온도에서 매우 잘 부서지고 높은 온도에서 훨씬 더 인성이 높아집니다.

보다 일반적인 어플리케이션에서는 낮은 DB를 사용하는 것이 좋습니다.재료의 연성 범위를 넓히기 위한 TT.이로 인해 갑작스런 균열이 억제되어 금속 본체의 고장을 방지할 수 있습니다.재료의 슬립 시스템이 많을수록 온도 연성 거동의 범위가 넓어지는 것으로 확인되었습니다.이는 재료에 응력이 가해질 때 탈구 운동을 더 많이 할 수 있는 슬립 시스템 때문이다.따라서 슬립 시스템의 양이 적은 재료에서는 변형 경화를 초래하는 장애물에 의해 전위가 고정되는 경우가 많습니다. 이 장애물은 재료 강도를 증가시켜 재료를 더욱 취약하게 만듭니다.이러한 이유로 FCC 구조는 광범위한 온도에서 연성이며 BCC 구조는 고온에서만 연성이며 HCP 구조는 광범위한 온도에서 종종 취약합니다.이는 다양한 온도에서 고장(피로, 과부하 및 응력 균열)에 가까워짐에 따라 각각의 구조물이 서로 다른 성능을 가지며 DB의 중요성을 보여줍니다.특정 용도에 적합한 재료 선택 시 TT.예를 들어, 자막 3은 실온에서는 양호한 연성을 나타내지만 영하의 온도에서는 충격을 받으면 산산조각이 납니다.DBTT는 기계적 응력을 받는 재료를 선택할 때 매우 중요한 고려 사항입니다.이와 유사한 현상인 유리 전이 온도는 이러한 비정질 물질에서는 메커니즘이 다르지만 안경과 폴리머에서도 발생합니다.또한 DBTT는 금속 내 입자의 크기에 의존합니다. 일반적으로 입자의 크기가 작으면 인장 강도가 증가하여 연성이 증가하고 DBTT가 감소하기 때문입니다.이러한 인장 강도 증가는 입자 크기가 작기 때문에 재료 내에서 입자 경계 경화가 발생하며, 이 경우 전위가 입자 경계를 우회하여 재료 전체에 계속 전파되기 위해 더 큰 응력이 필요합니다.페라이트 입자의 크기를 40미크론에서 1.3미크론으로 줄이기 위해 지속적으로 정제함으로써 DB를 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다.(DB와 같이) 페라이트강에서 메짐성 파괴가 발생하지 않도록 전적으로 TT필요한 TT는 절대영도 [27]이하가 됩니다).

일부 재료의 경우, 전환이 다른 재료보다 더 날카롭고 일반적으로 온도에 민감한 변형 메커니즘이 필요합니다.예를 들어, 본체 중심 입방체(BCC) 격자가 있는 재료의 경우 DB는슬립 전에 전위 코어를 재배치하려면 열 활성화가 필요하기 때문에 나사 전위의 움직임은 온도에 매우 민감하기 때문에 TT는 쉽게 알 수 있습니다.이는 페라이트 함량이 높은 강철의 경우 문제가 될 수 있습니다.이것은 제2차 세계대전 동안 차가운 바다에서 리버티 선박에 심각한 선체 균열을 일으켜 많은 침몰을 야기한 것으로 유명하다.DBTT는 중성자 방사선과 같은 외부 요인에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이는 내부 격자 결함의 증가와 그에 따른 연성 감소 및 DB의 증가로 이어진다.TT.

DB를 측정하는 가장 정확한 방법재료의 TT는 파괴시험에 의한 것이다.일반적으로 일정한 온도 범위에서 4점 굽힘 테스트는 연마된 재료의 사전 균열 막대에 대해 수행됩니다.일반적으로 DB를 결정하기 위해 두 가지 파괴 테스트를 사용합니다.특정 금속의 TT: Charpy V-Noch 테스트 및 Izod 테스트.샤르피 V노치 시험은 자유낙하 진자에 대한 질량과 시료 내 가공된 V자 모양의 노치 사이의 충돌에 따른 잠재적 에너지 차이를 측정하여 시료의 충격 에너지 흡수 능력 또는 인성을 결정한다.DBTT는 다양한 온도에 걸쳐 이 테스트를 반복하고 그로 인한 파괴가 흡수된 에너지가 극적으로 감소했을 때 발생하는 메짐성 동작으로 변화할 때 주목함으로써 결정됩니다.Izod 테스트는 기본적으로 Charpy 테스트와 동일하며 유일한 차별화 요인은 샘플의 배치입니다. 전자의 경우 샘플은 수직으로 배치되는 반면 후자의 경우 샘플은 베이스의 바닥에 대해 수평으로 배치됩니다.[28]

더 높은 온도에서 수행된 실험의 경우 전위[clarification needed] 활동이 증가합니다.일정한[clarification needed] 온도에서 균열선단에서의 응력강도가 균열선단에서의 파괴임계값iC(K)에 이르기 위해 인가변형률이 충분하지 않을 정도로 전위는 균열선단을 차폐한다.이 현상이 발생하는 온도는 연성-소형 전이 온도입니다.더 높은 변형률로 실험을 하면 메짐성 파괴를 방지하기 위해 더 많은 전위 차폐가 필요하며 전이 온도가 높아진다.[citation needed]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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