(1분 만에 이해하는) 재료의 기계적 성질 5가지

 

 재료의 기계적 성질은 재료가 외부 하중이나 스트레스에 대해 어떻게 반응하는지를 설명합니다. 이러한 성질은 재료의 용도와 적합성을 결정하는 데 중요한 요소입니다. 여기에는 다양한 성질이 있지만, 가장 핵심적인 5가지는 다음과 같습니다.

 

*참고자료: 응력 변형률 선도

- 응력 변형률 선도를 통해 인장강도, 항복강도, 탄성한계 등 기계적 성질을 알수 있으며 이러한 그래프는 만능시험기를 통한 인장시험을 하여 얻을 수 있다.

 

1. 강도(Strength): 재료가 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최대 스트레스의 양입니다. 강도는 일반적으로 인장강도(재료가 늘어나는 데 견디는 능력), 압축강도(재료가 압축을 견디는 능력), 전단강도(재료가 전단력을 견디는 능력) 등으로 나눌 수 있습니다.

 

 

2. 탄성(Elasticity): 재료가 초기 모양으로 돌아오려는 능력입니다. 외부 하중이 가해졌다가 제거되면 재료는 원래의 형태로 복원됩니다. 이 성질은 탄성계수(Young’s modulus)로 측정되며, 이는 단위 면적당 힘(스트레스)이 가해질 때 발생하는 변형의 정도(변형률)를 나타냅니다.

 

 

3. 소성(Plasticity): 재료가 영구적인 변형을 겪고 초기 형태로 복원되지 않는 성질입니다. 소성 변형은 일정한 하중 이상이 가해질 때 발생하며, 이를 통해 재료를 변형시켜 새로운 형태로 만들 수 있습니다.

 

 

4. 인성(Toughness): 재료가 파괴되기 전에 흡수할 수 있는 에너지의 양입니다. 인성은 재료가 균열이 생겼을 때 깨지지 않고 얼마나 많은 에너지를 흡수하며 변형될 수 있는지를 나타냅니다. 이는 재료가 충격이나 급격한 하중 증가에 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 보여줍니다.

 

 

5. 경도(Hardness): 재료 표면이 다른 물체에 의해 변형되거나 긁히는 것을 저항하는 능력입니다. 경도는 일반적으로 인덴테이션(압입), 스크래치, 마모 저항성 등으로 측정됩니다. 높은 경도 값을 가진 재료는 보통 마모에 더 잘 견디며, 절단 도구나 마모 환경에 노출되는 재료로 사용됩니다.

 

1. 브리넬 경도(Brinell Hardness)
   • 방법: 일정한 하중을 사용하여 정해진 시간 동안 강구(보통은 경질 강 또는 탄화물)를 시험재료의 표면에 압입시킨 후, 압입된 인상의 지름을 측정하여 경도를 결정합니다.
   • 적용: 비교적 부드러운 재료에서 중간 정도의 경도를 가진 재료까지 넓은 범위에 걸쳐 사용됩니다.
2. 로크웰 경도(Rockwell Hardness)
   • 방법: 작은 하중을 먼저 적용하여 기준 깊이를 설정한 후, 보다 큰 하중을 적용하고 이 두 하중 사이의 깊이 차이를 측정하여 경도를 결정합니다. 락웰 경도는 여러 다른 스케일(Rockwell A, B, C 등)로 측정되며, 각각은 다른 압입체와 하중을 사용합니다.
   • 적용: 금속류를 비롯한 다양한 재료에 적용되며, 특히 빠르고 반복 가능한 측정이 필요할 때 선호됩니다.
3. 비커스 경도(Vickers Hardness)
   • 방법: 정사각형 다이아몬드 압입체를 사용하여 재료에 압입한 후, 압입된 인상의 대각선 길이를 측정하여 경도를 결정합니다. 빅커스 경도는 사용된 하중에 관계없이 일정하게 유지되는 특성이 있습니다.
   • 적용: 매우 부드러운 재료에서 매우 단단한 재료까지 폭넓게 적용할 수 있으며, 미세한 측정이 필요한 경우에 유용합니다.
4. 쇼어 경도(Shore Hardness)
   • 방법: 더불어 고무, 플라스틱과 같은 비금속 재료의 경도를 측정하기 위해 개발된 방법입니다. 쇼어 A와 쇼어 D 스케일이 가장 일반적으로 사용되며, 이는 압입체의 종류와 적용되는 하중에 따라 다릅니다.
   • 적용: 주로 고무, 연성 플라스틱, 기타 폴리머 재료의 경도 측정에 사용됩니다.