전공 기본41 재료의 가공특성 (9) - 액상재료의 유동특성 액상재료의 거동은 고상재료의 거동과 매우 다르다. 액상재료는 담겨 있는 용기의 모양대로 형상을 갖거나 흐르는 반면, 고상재료는 흐르지 않고 주변상황에 무관하게 자체 형상을 유지한다. 즉, 액상재료는 쉽게 모양을 바꿀 수 있다는 가공상 이점이 있으므로, 고상재료를 가열하여 액상으로 만든 뒤 원하는 형상으로 만드는 가공공정이 많이 있다. 금속은 용탕의 상태에서 주조되며, 유리나 폴리머도 가열하여 액상으로 만든 뒤 가공된다. [점도] 흐르는 성질, 즉 유동하는 것이 액상재료의 특성이지만, 유동의 용이성은 재료별로 다르다. 점도(viscosity)는 유동에 대한 저항이라고 볼 수 있으며, 재료상수에 속한다. 보다 구체적으로는 액체에 속도구배가 있을 때 발생하는 내부마찰에 대한 척도이며, 점도가 높은 재료일수록 .. 2022. 9. 27. 재료의 가공특성 (8) - 일과 열 [변형일] 일(work)이란 어떤 하중과 이 하중이 작용된 방향으로 변형된 거리의 곱을 말한다. 즉, 일은 하중벡터와 거리벡터의 내적으로 정의된다. 또한, 단위체적당 일은 응력과 변형률의 곱과 같다. 변형에 대한 소재의 단위체적당 에너지를 비에너지(specific energy) u라고 한다. 소재가 소성변형을 받는 동안 응력은 변형이력에 의존하므로, 비에너지증분은 다음 식으로 나타낼 수 있다. 단순인장을 받는 소재의 경우에는 윗식을 변형률 ε1까지 적분하여 비에너지를 계산할수 있다. 즉, 이는 ε1까지 유동응력곡선의 아랫부분 면적을 구하는 것과 같다(다음 그림). 유동응력이 σ=Kεn인 재료는 비에너지가 다음과 같이 계산된다. 다시 정리하면, 다음과 같으며 이는 소재의 평균유동응력이다. 소재가 삼축응력상.. 2022. 9. 22. 재료의 가공특성 (7) - 신뢰성 [피로] 소재가 가공되어 부품으로 사용될 때는 가공이력에 따라 신뢰성이 좌우된다. 공작기계, 절삭공구, 금형, 기어, 캠, 축, 스프링과 같은 구조물이나 기계요소들은 정하중뿐만 아니라 급속히 변동되는 동하중도 받게 된다. 반복응력(cycle stress)은 치형(gear teeth)의 경우처럼 반복되는 기계적 하중에 의해서 발생되거나 가열된 공작물과 접촉을 반복하는 금형의 경우와 같이 반복되는 열하중에 의해서도 발생된다. 이러한 반복응력상태하에서는 재료가 정하중을 받을 때 파단되는 응력보다 낮은 수준의 응력에서 파단된다. 이 현상을 피로파괴(fatigue failure)라 하며, 실제 대다수 기계요소들이 파손되는 주원인이 되고 있다. 피로시험(fatigue test)에서는 다양한 형태의 반복하중을 시편에.. 2022. 9. 19. 재료의 가공특성 (6) - 재료시험 (2) [비틂] 비틂시험(torsion test)에서는 다음 그림에 보인 것과 같은 관(tube) 형상의 시편이 사용되며, 이는 단면에서의 응력과 변형률 분포상태가 근사적이나마 균일해지도록 하기 위함이다. 전단응력 τ는 다음 식으로부터 구해진다. 여기서 T는 시편에 작용하는 비틂모멘트이고, r 과 t 는 각각 시편의 시험부(잘록한 곳)에서의 평균반지름 및 두께이다. 시험부의 길이를 l, 비틂각을 ø[rad] 라 할 때, 전단변형률 γ는 다음 식으로부터 구해진다. 따라서, 비틂시험을 통하여 얻은 T 와 ø 의 관계로부터 전단응력 - 전단변형률곡선을 그릴 수 있다. 단조가공시 금속의 성형성을 평가할 목적으로 환봉에 대한 꼬임시험이 고온상태에서 수행되기도 한다. 파단시까지 꼬인 횟수가 많을수록 재료의 단조성 또는 가.. 2022. 9. 14. 재료의 가공특성 (6) - 재료시험 (1) [압축] 단조, 압연, 압출과 같은 금속가공공정에서는 소재에 압축하중을 가하여 원하는 형상으로 가공한다. 압축시험(compression test)은 시편을 한 방향으로 압축하여, 가공에 필요한 응력이나 압축시 재료의 거동에 관련된 정보를 얻을 수 있다. [1] 원주압축시험 원주압축시험은 원주형 시편을 준비하여, 이를 2개의 편평한 누름판(platen) 사이에 놓고 압축하여 소재의 응력-변형률곡선을 얻는 시험법이다. 그림 (a)에서의 변형양상은 이상적인 경우이고, 실제로는 그림 (b)와 같이 마찰에 의해 옆구리가 볼록하게 나오는 배럴링(barreling)이 생긴다. 즉, 금형과 접촉하는 시편의 양쪽 단면에서는 마찰에 의해 변형이 구속되어 다른 부위보다 적게 팽창된다. 압축시험시 배럴링이 생기면 신빙성 있는.. 2022. 9. 14. 재료의 가공특성 (5) - 변형에 따른 불안정성 [단순인장시의 불안정성] 소재가 인장을 받을 때의 불안정성(instability)은 서로 대립되는 2개의 작용이 동시에 일어나는 현상으로 볼 수 있다. 우선 시편에 작용하는 하중이 증가하면 단면적은 감소한다. 물론 네킹이 발생하는 부위에서의 단면적 감소가 훨씬 크다. 한편, 변형경화에 의해변형률이 증가할수록 재료는 더 강해진다. 시편에 작용하는 하중은 단면적과 강도의 곱이므로, 단면적의 감소속도가 강도의 증가속도보다 커질 때 불안정상태가 시작된다. 이러한상태를 기하학적 연화(geometric softening)라고도 한다. 앞에서 언급된 바와 같이 인장시험시 네킹의 시작점은 재료의 극한인장강도(UTS)에 해당되는 점이다. 이 점에서 하중-변형 곡선의 기울기는 0이 되며(즉, dP=0), 이때부터는하중이 .. 2022. 9. 12. 이전 1 2 3 4 5 6 7 다음
