재료의 크리프(Creep)란?

크리프란?

재료 과학에서 크리프(냉동 흐름이라고도 함)는 지속적인 기계적 응력의 영향으로 고체 재료가 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되는 경향입니다.

이는 여전히 재료의 항복 강도보다 낮은 높은 수준의 응력에 장기간 노출된 결과 발생할 수 있습니다. 크리프는 장기간 열에 노출되는 재료에서 더 심하며 일반적으로 융점에 가까워질수록 증가합니다.

변형률은 재료의 속성, 노출 시간, 노출 온도 및 적용된 구조적 하중의 함수입니다.

적용된 응력의 크기와 지속 시간에 따라 변형이 너무 커서 구성 요소가 더 이상 기능을 수행할 수 없게 될 수 있습니다. 예를 들어 터빈 블레이드의 크리프(creep)로 인해 블레이드가 케이싱에 닿아 고장이 발생할 수 있습니다. 블레이드.

크리프는 일반적으로 높은 응력이나 고온에서 작동하는 구성 요소를 평가할 때 엔지니어와 야금 학자에게 문제가 됩니다. 크리프는 고장 모드를 구성하거나 구성하지 않을 수 있는 변형 메커니즘입니다.

예를 들어, 콘크리트의 적당한 크리프는 균열을 유발할 수 있는 인장 응력을 완화하기 때문에 때때로 환영받습니다.

취성 파괴와 달리 응력이 가해지면 크립 변형이 갑자기 발생하지 않습니다. 대신 장기간 스트레스의 결과로 변형이 축적됩니다. 따라서 크리프는 "시간 종속적" 변형입니다.

 

크리프의 단계

크리프는 일반적으로 고온에서 금속의 항복 강도 미만의 응력에서 발생하는 금속 변형 유형이며 크리프은 세 단계로 발생합니다.

 

1단계: 기본 크리프
변형 과정에서 1차 크리프가 먼저 발생합니다. 이 단계에서 탄성 변형이 초기화됩니다. 탄성 변형은 원자 결합 스트레칭에서 발생하며 영구적이지 않습니다. 탄성 변형에 이어 영구 소성 변형이 일어나기 시작합니다.

1차 크리프 단계에서 이 변형은 처음에는 더 빠르게 발생하고 시간이 지남에 따라 느려집니다. 1차 크리프 단계의 끝 무렵에 발생하는 크리프 속도의 감소는 가공 경화로 인한 것입니다.

2단계: 2차 크리프
변형률이 안정화되기 시작하고 일정해지면 2차 크리프가 시작됩니다. 2차 크립 동안의 변형은 크립의 첫 번째 단계와 세 번째 단계에 비해 상대적으로 느리게 발생합니다. 미세 구조 손상이 아직 발생하지 않았기 때문에 크리프 속도는 일정하고 상대적으로 느립니다.

3단계: 3차 크리프
3차 크리프는 크리프 변형 과정의 마지막 단계입니다. 크리프 공정의 이 단계는 금속의 미세 구조에 손상이 발생하면 시작됩니다. 미세 구조의 열화가 계속 발생함에 따라 변형률이 가속화됩니다. 충분한 미세 구조 보이드가 생성된 후 금속은 결국 부서지고 완전히 실패합니다.

 

크리프 강도란?

높은 순간적인 응력이나 일정 시간 동안 일정한 응력에 노출되면 재료가 다르게 거동합니다. 재료가 지속적인 기계적 변형을 받을 때 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되는 것처럼 보입니다.

이러한 고유한 성향을 크롤링이라고 합니다. 재료에서 Creep의 도입 및 개발에는 온도, 시간, 응력 및 합금 조성을 비롯한 다양한 변수가 포함됩니다. 미끄러짐 비율을 크리프 변형률이라고 합니다.

Creep은 다양한 엔지니어링 응용 분야, 특히 고온 및 응력 관련 응용 분야를 연구해야 합니다. 디스크 및 블레이드는 크리핑 임팩트의 터빈, 우주선 및 증기 라인의 몇 가지 예에 불과합니다.

크리프 한계라고도 하는 크리프의 강도는 크리프에 대한 재료의 저항을 테스트합니다. 일정한 크리프 속도를 초래하는 환경 조건은 특히 응력으로 알려져 있습니다. 이는 균열 저항이 특정 시간 동안 상당한 변형 없이 재료가 경험한 가장 놀라운 응력임을 의미합니다.

 

크리프 변형의 유형

전위 크리프, 확산 크리프(벌크 확산 또는 결정립계 확산), 전위 상승 활공 크리프 및 열 활성화 활공 크리프를 포함한 다양한 유형의 크리프 변형이 있습니다.

이러한 모든 크리프 메커니즘은 변형이 발생하는 온도, 재료가 겪는 응력 수준, 재료의 미세 구조 및 구성에 따라 다릅니다.

예를 들어, 철도 트랙에서 직사광선에서 가열된 연속 용접 레일은 좌굴될 수 있습니다. 이는 강재의 응력 증가와 그에 따른 크리프 때문에 발생합니다. 콘크리트는 적당한 수준의 크리프에서 균열이 발생할 수 있지만 때로는 구조물의 인장 응력을 줄일 수 있으므로 바람직합니다.

중합체는 일정한 응력에 노출될 때 일반적으로 점탄성 크리프(Creep)로 알려진 시간 의존적 변형 성장을 겪습니다.

 

 

크리프의 일반적인 사례

크리프는 일반적으로 다른 응용 프로그램보다 일부 응용 프로그램에서 더 많이 발견됩니다. 예를 들어, 자동차 프레임은 정하중이 작고 정상 작동 온도가 낮기 때문에 충격 강도를 더 염두에 두고 설계되었습니다. 반면에 엔진 연소로 인한 높은 부하와 온도를 받는 특정 자동차 엔진 부품은 올바른 재료를 선택하지 않으면 크립이 발생할 수 있습니다.

일반적으로 열과 응력이 높은 응용 분야는 크리프에 취약할 수 있습니다. 예를 들면 원자력 발전, 산업용 엔진 부품, 가열된 금속 필라멘트, 제트 엔진 부품 및 가압 고온 배관이 있습니다.

 

크리프 강도 측정

크리프 강도는 크리프 시험기를 사용하여 측정합니다. 다양한 응력 수준에서 재료의 왜곡을 측정하는 장치. 온도 또는 하중을 변수로 사용하여 재료가 취할 수 있는 응력 및 변형률을 플롯하는 데 사용할 수 있습니다. 결과 그래프는 크리프, 1차 크리프, 정상 상태 크리프 및 3차 크리프의 3가지 뚜렷한 단계를 보여줍니다.

그래프를 평가하여 다양한 크리프 단계에 대한 온도와 시간 간격을 정확히 찾아낼 수 있습니다. 따라서 크리프 강도 또는 크리프 한계는 그래프의 3차 크리프 단계에서 확인할 수 있습니다.

열팽창의 영향을 최소화하기 위해 크리프 테스트가 수행되는 챔버의 온도를 제어하는 것이 중요합니다.

 

크리프 변형을 최소화하거나 방지하는 방법

이제 크리프 변형이 일반적으로 바람직하지 않은 현상이라는 것이 분명합니다. 그 효과를 줄이거나 발생을 방지하기 위해 다음과 같은 특정 설계 고려 사항을 고려할 수 있습니다.

결정립이 큰 단결정 소재를 사용하여 결정립계의 미끄러짐을 최소화하고 고용체 첨가로 미세조직의 빈자리 제거
융점이 높은 재료 사용
낮은 확산 계수로 인해 BCC(체심 입방체) 금속 대신 FCC(면심 입방체) 금속을 사용하여 확산 최소화
높은 전단탄성률을 가진 재료를 사용하거나 편리한 합금을 사용하십시오.
재료가 활용되는 작업 온도를 낮춥니다(응용 분야에 따라 다름).