연성

연성(延性, ductility)은 재료가 인장력을 받을 때, 즉 관련 탄성률이 영률일 때 파괴되기 전까지 상당한 소성 일그러짐을 견딜 수 있는 능력이다. 반면 부피 탄성 계수를 사용하는 체적 압축 하에서 변형되는 상응하는 성질은 전성(展性, malleability)이라고 한다.^[1]^[2] 역사적으로 재료가 망치질이나 롤링에 의해 성형되기 쉬운 경우 전성이 있다고 간주되었다.^[3] 납은 연성보다 전성이 훨씬 더 큰 재료의 예이다.^[4]^[5] 소성 변형은 응력을 제거하면 회복되는 탄성 변형과 달리, 응력이 가해진 상태에서 발생하는 재료의 영구적인 왜곡이다. 연성은 재료가 부러지지 않고 구부러지거나 늘어나거나 다른 방식으로 변형되어야 하는 응용 분야에서 중요한 기계적 성능 지표이다. 연성의 정도는 다음 식에 의해 주어지는 파단 시 연신율(percent elongation at break)을 사용하여 정량적으로 평가할 수 있다.

$\%\mathrm {EL} =\left({\frac {l_{\mathrm {f} }-l_{0}}{l_{0}}}\right)\times 100\%$

여기서 $l_{\mathrm {f} }$ 는 파괴 후 재료의 길이이고, $l_{0}$ 는 시험 전의 원래 길이이다.^[6]^[7] 이 공식은 재료가 파손되기 전까지 인장 응력 하에서 얼마나 늘어날 수 있는지를 수치화하여 연성 거동에 대한 핵심 정보를 제공한다. 연성은 공학 및 제조 분야에서 중요한 고려 사항이다. 이는 특정 제조 공정(냉간 가공 등)에 대한 재료의 적합성과 엔진에서와 같이 기계적 과부하를 흡수하는 능력을 결정한다.^[8] 일반적으로 연성이 있다고 설명되는 금속으로는 금과 구리가 있으며, 순수 형태에서 모든 금속 중 연성이 가장 높은 것은 백금이다.^[4] 그러나 모든 금속이 연성 파괴를 겪는 것은 아니며, 무쇠와 같이 취성 파괴를 겪는 경우도 있다. 폴리머는 일반적으로 소성 변형이 가능하기 때문에 연성 재료로 간주될 수 있다.^[9]

다양한 세라믹과 반도체를 포함한 무기 재료는 일반적으로 취성(부서지기 쉬움)을 특징으로 한다. 이러한 취성은 주로 원자를 단단하고 조밀하게 배열된 상태로 유지하는 강한 이온 결합 또는 공유 결합에서 기인한다. 이러한 경직된 격자 구조는 소성 변형에 필수적인 원자 또는 전위의 이동을 제한한다. 금속과 무기 반도체 또는 절연체 사이에서 관찰되는 연성의 현저한 차이는 전위와 같은 결함의 성질 및 특정한 화학적 결합 특성을 포함한 각 재료의 고유한 특성으로 거슬러 올라갈 수 있다. 결과적으로, 연성(%EL)이 1.2%에서 1200% 이상에 달하는 연성 금속 및 일부 유기 재료와 달리,^[6] 취성 무기 반도체와 세라믹 절연체는 일반적으로 실온에서 훨씬 작은 연성을 보인다.^[10]^[11]

같이 보기

일그러짐
가공 경화 - 불안정성 발생을 늦추어 단축 인장에서의 연성을 향상시킴
재료역학

더 읽어보기

Kalpakjian, Serope, 1928- (1984). 《Manufacturing processes for engineering materials》. Reading, Mass.: Addison-Wesley. 30쪽. ISBN 0-201-11690-1. OCLC 9783323. CS1 관리 - 여러 이름 (링크)
“Ductility - What is Ductile Material” (미국 영어). 《Nuclear Power》. 2020년 11월 14일에 확인함.

각주

↑ “Malleability - Malleable Materials” (미국 영어). 《Nuclear Power》. 2020년 9월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 11월 14일에 확인함.
↑ 《DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK MATERIAL SCIENCE》. 1, Module 2 – Properties of Metals. U.S. Department of Energy. January 1993. 25쪽.
↑ Brande, William Thomas (1853). 《A Dictionary of Science, Literature, and Art: Comprising the History, Description, and Scientific Principles of Every Branch of Human Knowledge : with the Derivation and Definition of All the Terms in General Use》. Harper & Brothers. 369쪽.
1 2 Chandler Roberts-Austen, William (1894). 《An Introduction to the Study of Metallurgy》. London: C. Griffin. 16쪽.
↑ Rich, Jack C. (1988). 《The Materials and Methods of Sculpture》. Courier Dover Publications. 129쪽. ISBN 978-0-486-25742-6. .
1 2 Callister, William D. (2015). 《Fundamentals of Materials Science and Engineering》. Wiley. ISBN 9781118717189.
↑ Tayler, Geoffrey Ingram (1934). “The mechanism of plastic deformation of crystals. Part 1.-Theoretical”. 《Proceedings of the Royal Society A》 145 (855): 362–387. Bibcode:1934RSPSA.145..362T. doi:10.1098/rspa.1934.0106.
↑ Budynas, Richard G. (2015). 《Shigley's Mechanical Engineering Design—10th ed.》. McGraw Hill. 233쪽. ISBN 978-0-07-339820-4. .
↑ Ductility and its effect on material failure. The Engineering Archive. (n.d.). https://theengineeringarchive.com/material-science/page-ductility-material-failure.html
↑ Gren, David J. (1998). 《An introduction to the Mechanical Properties of Ceramics》. Cambridge University Press. ISBN 9780511623103.
↑ Yu, Peter Y. (2010). 《Fundamentals of Semiconductors physics and materials properties》. Springer. ISBN 978-3-642-00709-5.

외부 링크

DoITPoMS 교육 및 학습 패키지 - "연성-취성 천이"

[1] “Malleability - Malleable Materials” (미국 영어). 《Nuclear Power》. 2020년 9월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 11월 14일에 확인함.

[2] 《DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK MATERIAL SCIENCE》. 1, Module 2 – Properties of Metals. U.S. Department of Energy. January 1993. 25쪽.

[:02-3] Brande, William Thomas (1853). 《A Dictionary of Science, Literature, and Art: Comprising the History, Description, and Scientific Principles of Every Branch of Human Knowledge : with the Derivation and Definition of All the Terms in General Use》. Harper & Brothers. 369쪽.

[:3-4] 1 2 Chandler Roberts-Austen, William (1894). 《An Introduction to the Study of Metallurgy》. London: C. Griffin. 16쪽.

[mms2-5] Rich, Jack C. (1988). 《The Materials and Methods of Sculpture》. Courier Dover Publications. 129쪽. ISBN 978-0-486-25742-6. .

[:0-6] 1 2 Callister, William D. (2015). 《Fundamentals of Materials Science and Engineering》. Wiley. ISBN 9781118717189.

[7] Tayler, Geoffrey Ingram (1934). “The mechanism of plastic deformation of crystals. Part 1.-Theoretical”. 《Proceedings of the Royal Society A》 145 (855): 362–387. Bibcode:1934RSPSA.145..362T. doi:10.1098/rspa.1934.0106.

[Shigley2-8] Budynas, Richard G. (2015). 《Shigley's Mechanical Engineering Design—10th ed.》. McGraw Hill. 233쪽. ISBN 978-0-07-339820-4. .

[9] Ductility and its effect on material failure. The Engineering Archive. (n.d.). https://theengineeringarchive.com/material-science/page-ductility-material-failure.html

[10] Gren, David J. (1998). 《An introduction to the Mechanical Properties of Ceramics》. Cambridge University Press. ISBN 9780511623103.

[11] Yu, Peter Y. (2010). 《Fundamentals of Semiconductors physics and materials properties》. Springer. ISBN 978-3-642-00709-5.

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