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기계재료학 (열다섯번째시간) 1.3 재료시험과 검사 1. 금속재료의 성질과 파괴 1) 금속의 성질 금속의 일반적인 특성은 ① 상온에서 고체이며 결정체이다(수은 제외), ② 전성과 연성이 풍부하다, ③ 전기 및 열의 양도체이다, ④ 여러가지의 금속광택을 갖는다 등을 들 수 있다. 금속은 이상과 같은 성질을 갖고 있으므로 기계재료의 대부분을 차지하고 있다. 또한, 순금속과 합금은 각 금속에 따라 특성을 갖고 있으며, 같은 조성이라도 주조, 압연, 단조 등의 가공방법이나 열처리 방법에 따라 그 성질을 달리할 수도 있다. 이러한 금속 특유의 성질을 이해하게 되면 금속제품을 설계 제작할 때에나 기계재료로 사용하는 데 유용하게 활용할 수 있다. 금속재료의 성질에는 물리적 성질, 화학적 성질 및 기계적 성질 등이 있으며, 공업적으로는 기계적 성..
기계재료학 (열네번째시간) 3) 금속 재료의 소성 가공 (1) 열간가공과 냉간가공 일반적으로 재결정 온도를 중심으로 하여, 이것보다 높은 온도에서의 가공을 열간가공 또는 고온가공 이라 하며, 이때 가공경화현상은 일어나지 않는다. 반대로 낮은 온도에서의 가공을 냉간가공이라 한다. 많은 경우 상온가공과 냉간가공을 같은 뜻으로 사용되고 있으나 Sn, Pb 등의 상온에서의 가공을 냉간가공이라고는 할 수 없다. 냉간가공은 가공 도중에 가공 경화와 내부 응력이 생겨 가공이 어렵게 되므로, 연화와 풀림을 가공 중에 하여야 한다. 일반적으로 금속재료는 고온이 될수록 변형저항이 감소되어 변형능이 증가되므로 열간 가공은 소성가공을 용이하게 한다. 따라서 공업적인 변형가공은 열간 가공에서 거친 가공을 하고, 냉간 가공에서는 마무리 가공하는 것이 경제..
기계재료학 (열세번째시간) 2) 금속재료의 가공 경화와 재결정 금속은 소성이 우수한 특징을 가지고 있으므로, 이 성질을 이용하여 압연, 단조, 인발, 압출 및 프레스 등 공업적인 여러가지 소성 가공법에 의하여 소재 및 제품이 가공 생산된다. 금속재료는 변형 과정에서 회복형상이 일어나지 않는 조건하에서의 가공으로 정의되는 냉간가공에 있어서는 재료는 소성변형에 의해 현저하게 경화되어 변형 저항의 증가로, 가공조건에 따라서는 바라는 가공이 이루어지기 전에 파괴되는 경우가 생긴다. 그러나 일정한 온도 이상으로 재가열하게 되면 연성이 회복되면서 가공전의 상태로 되돌아가는데 이는 경화된 조직이 재결정에 의해 회복되기 때문이다. (1) 가공 경화와 재결정 ① 가공 경화 금속을 소성가공하면 소성기구에 대한 저항이 전체적으로 일어나면서 소성변형을..
기계재료학 (열두번째시간) 4. 금속재료의 소성 금속재료는 외력에 의해 변형하게 되는데, 가해지는 외력이 어느 정도 이상, 즉 탄성한도를 넘게 되면 외력을 제거하여도 변형이 남게 된다. 이와 같이 재료가 외력에 의해 변형되는 성질을 소성이라 하고, 이 성질을 이용한 변형을 소성변형이라 하며, 탄성한도 이하의 외력에 의한 탄성변형과 구분하고 있다. 그리고 금속에 항복점을 넘어 소성변형을 주는 조작을 금속에 소정의 형상을 부여하는 수단으로 생각할 때 소성가공 이라 한다. 금속이나 합금을 소성가공하는 목적은 다음과 같다. ① 금속을 변형시켜 필요한 모양으로 만든다. ② 주조한 그대로의 금속은 기계적 성질이 약하므로 가공 단련하여 그 주조 조직을 미세화한 다음, 풀림을 함으로써 그 성질을 개량한다. ③ 가공에 의해서 생긴 내부 응력을 적..
기계재료학 (열한번째시간) 3) 기본 평형 상태도 2 성분계 상태도는 서로 다른 2가지 종류의 원자로 구성되어 있는 금속(합금)으로 조성과 온도에 따라 존재하는 상태가 다르다. 이러한 상태의 변화를 한 평면상에 나타낸 것을 2성분계 평형상태도라 하며 평형상태도의 기본이 된다. 일반적으로 조성의 변화를 가로축에, 온도의 변화를 세로축에 표시한다. 2성분 사이의 평형 상태도를 생각할 때에는 액체 상태와 고체 상태에서 성분 금속 간에 서로 융합되는 양상이 중요하다. 따라서 액체 상태와 고체 상태에서 그 성분의 융합 상태를 아래 표와 같이 각기 세 가지로 구분하여 생각할 수 있다. 액체 상태와 고체 상태를 통해 일어나는 상태는 여러 가지가 있을 수 있으나 실제에 일어날 수 있는 상태는 용융 상태와 고체 상태와의 조합에 의해 아래 표에서 ..
기계재료학 (열번째시간) 2) 상태도 읽는 법 금속 또는 합금의 상태도는 보통 액체와 고체의 상태를 나타낸다. 평행상태도를 이해하게 되면 금속이 액체 상태에서 고체 상태로 되는 과정과 고상으로 되었을 때, 조직적으로 어떤 모습을 하고 있는가를 상태도에서 읽을 수가 있다. 또한, 평행상태도를 이해하여 읽을 수 있게 되면 금속이나 합금의 성질과 상태를 알아내고 그 성질을 변경시키거나 결정조직을 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 사용 목적에 알맞은 금속재료를 얻기 위한 열처리 방법 등도 알 수 있다. (1) 액상선과 고상선 순금속의 응고는 일정한 온도에서 이루어지는 데 반해, 합금의 경우는 어떤 온도 구간 사이에서 이루어지는 것이 일반적이다. 상기 그림의 (a) 는 A금속의 용융 상태에서의 열분석 곡선과 A금속에 B금속을 합금한 열분석 ..
기계재료학 (아홉번째시간) 3. 합금의 상태도 합금은 순금속, 고용체, 금속간 화합물 등에 의해 구성되며, 이들의 상은 온도에 따라 달라지는데, 여러가지 조성을 하고 있는 합금이 모든 온도에서 어떤 상태에 있는가를 도식화한 것, 즉 성분농도와 온도를 변수로 하여 합금의 상태를 나타낸 것을 평형상태도라 하며, 합금의 성상을 이해하는데 매우 유용하다. 이러한 상태도는 냉각곡선의 측정 등의 실험적 수단에 의해 얻어지며, 여기에 기초가 되는 것은 열역학, 특히 통계 열역학이다. 금상학적 탐구를 위해서는 상률과 여러 상간의 평형상태에 대한 깊은 이론이 필요한데, 여기에는 열역학에 의한 설명이 따라야 한다. 1) 평형상태도 (1) 평형과 상태도 평형의 개념은 역학적, 열적 및 화학적 평형이 모두 해당된다. 철로 된 공이 산의 정상에서 떨어져..
기계재료학 (여덟번째시간) 2. 금속의 응고와 결정 4) 합금과 결정구조 (1) 고용체 2종류 이상의 물질이 혼합하여 있고, 그 혼합물이 원자 또는 분자의 척도로 균일한 혼합 상태에 있을 때, 이것을 용체라 한다. 알콜과 물의 혼합물과 같이 용체가 액체인 것을 용액이라 하며, 공기과 같이 기체와 기체와의 균일한 혼합물은 기용체라 한다. 또 금(Au), 은(Ag)의 합금과 같이 고체와 고체와의 균일한 혼합물은 고용체라 한다. 즉, 고용체는 고체 중에 고체가 기계적으로 혼합한것이 아니라 원자적 척도에서 융합된 상태의 것이다. 합금을 만드는 고용체는 가장 중요한 상이다. 고용체의 기본이 되는 금속 원자를 용매원자라 하고 그 중에 용융되는 원자를 용질원자라 한다. 따라서 고용체를 만들 때, 모체가 되는 금속은 용매이고, 그 속에 녹아 들..

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