재료의 14가지 기계적 성질 목록

재료 속성이란?

물질의 물성은 어떤 물질의 집약적 물성, 즉 물질의 양에 의존하지 않는 물성이다. 이러한 정량적 특성은 한 재료와 다른 재료의 이점을 비교하여 재료 선택에 도움을 줄 수 있는 척도로 사용할 수 있습니다.
속성은 상수이거나 온도와 같은 하나 이상의 독립 변수의 함수일 수 있습니다. 재료 속성은 측정되는 재료의 방향에 따라 종종 어느 정도 변하는데, 이러한 조건을 등방성이라고 합니다.
다양한 물리적 현상과 관련된 재료 속성은 종종 주어진 작동 범위에서 선형으로(또는 대략 그렇게) 거동합니다. 선형 함수로 모델링하면 속성을 설명하는 데 사용되는 미분 구성 방정식을 크게 단순화할 수 있습니다.
관련 재료 속성을 설명하는 방정식은 종종 시스템의 속성을 예측하는 데 사용됩니다.
특성은 표준화된 테스트 방법으로 측정됩니다. 이러한 많은 방법은 해당 사용자 커뮤니티에 의해 문서화되어 인터넷을 통해 게시되었습니다.

 

재료의 기계적 특성 목록

1. 전도도
열전도율은 재료를 통해 흐르는 열의 양을 측정한 것입니다. 단위 시간당, 단면적 단위당, 단위 길이당 1도로 측정됩니다. 열전도율이 낮은 재료를 절연체로 사용할 수 있고 열전도율이 높은 재료를 방열판으로 사용할 수 있습니다.
높은 열전도율을 나타내는 금속은 열교환기 또는 냉각과 같은 응용 분야에 사용하기에 적합합니다. 낮은 열전도율 재료는 고온 응용 분야에 사용될 수 있지만 고온 구성 요소는 종종 높은 열전도율을 요구하므로 환경을 이해하는 것이 중요합니다.
전기 전도도는 단면과 길이가 알려진 재료를 통해 전달되는 전기의 양을 측정하는 것과 유사합니다.

2. 내식성
내식성은 대기, 습기 또는 기타 물질에 의한 자연적인 화학적 또는 전기화학적 공격을 방지하는 재료의 능력을 나타냅니다. 부식은 구멍, 갈바니 반응, 응력 부식, 이형, 입계 및 기타를 포함하여 다양한 형태를 취합니다(이 중 많은 부분은 다른 뉴스레터 에디션에서 논의됨).
부식 저항은 1년 동안 부식이 침투할 수 있는 최대 깊이(밀)로 표현될 수 있습니다. 주어진 테스트 또는 서비스의 수명 동안 발생하는 침투의 선형 외삽을 기반으로 합니다.
일부 재료는 본질적으로 내부식성이며, 다른 재료는 도금 또는 코팅의 추가로 이점을 얻습니다. 부식에 저항하는 계열에 속하는 많은 금속은 부식으로부터 완전히 안전하지 않으며 여전히 작동하는 특정 환경 조건의 영향을 받습니다.

3. 밀도
입방 인치당 파운드 또는 입방 센티미터당 그램 등으로 표시되는 밀도는 단위 부피당 합금의 질량을 나타냅니다. 합금의 밀도는 특정 크기의 구성 요소의 무게를 결정합니다.
이 요소는 무게가 중요한 항공 우주 또는 자동차와 같은 응용 분야에서 중요합니다. 더 가벼운 구성 요소를 찾는 엔지니어는 밀도가 낮은 합금을 찾을 수 있지만 그런 다음 강도 대 중량 비율을 고려해야 합니다.
예를 들어 강철과 같은 고밀도 재료가 저밀도 재료보다 더 높은 강도를 제공하는 경우 선택될 수 있습니다. 그러한 부품은 더 적은 재료가 더 높은 밀도를 보상하는 데 도움이 되도록 더 얇게 만들 수 있습니다.

4. 연성/가단성
연성은 재료가 부서지지 않고 소성 변형(즉, 늘어남)하고 하중이 제거될 때 새로운 모양을 유지하는 능력입니다. 주어진 금속을 와이어로 늘리는 능력으로 생각하십시오.
연성은 인장 시험을 연신율의 백분율로 사용하거나 파손 전 샘플의 단면적 감소를 사용하여 종종 측정됩니다. 인장 시험은 또한 많은 설계 계산에 사용되는 중요한 응력/변형률 비율인 탄성 계수 또는 탄성 계수를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
응력 하에서 균열 또는 파손에 저항하는 재료의 경향은 연성 재료를 압연 또는 드로잉을 포함한 다른 금속 가공 공정에 적합하게 만듭니다. 냉간 가공과 같은 다른 특정 공정은 금속을 덜 연성으로 만드는 경향이 있습니다.
물리적 특성인 가단성은 깨지지 않고 형성되는 금속의 능력을 나타냅니다. 압력 또는 압축 응력은 재료를 더 얇은 시트로 누르거나 롤링하는 데 사용됩니다. 가단성이 높은 재료는 깨지지 않고 더 높은 압력을 견딜 수 있습니다.

 

5. 탄성, 강성
탄성은 변형력이 제거될 때 원래 크기와 모양으로 돌아가려는 재료의 경향을 나타냅니다. 가소성을 나타내는 재료(모양의 변화가 되돌릴 수 없는 경우)와 달리 탄성 재료는 응력이 제거되면 이전 구성으로 돌아갑니다.
금속의 강성은 종종 응력(인가된 힘)과 변형률(결과적인 변형) 간의 관계를 비교하는 영률로 측정됩니다. 모듈러스가 높을수록 응력이 클수록 재료가 더 단단해짐에 따라 변형이 줄어듭니다.
유리는 강성/고 모듈러스 재료의 예가 될 것이며 고무는 낮은 강성/낮은 모듈러스를 나타내는 재료일 것입니다. 이는 하중 하에서 강성이 요구되는 응용 분야에서 중요한 설계 고려 사항입니다.

6. 파괴인성
충격 저항은 충격을 견디는 재료의 능력을 측정한 것입니다. 짧은 시간에 발생하는 충돌에 대한 충격의 효과는 일반적으로 장기간에 걸쳐 전달되는 약한 힘의 효과보다 큽니다.
따라서 응용 프로그램에 높은 충격 위험이 포함된 경우 내충격성에 대한 고려가 포함되어야 합니다. 특정 금속은 정적 하중에서 허용 가능한 성능을 발휘할 수 있지만 동적 하중 또는 충돌을 받으면 실패합니다. 실험실에서 충격은 종종 가중 진자가 가공된 V-노치의 반대쪽 샘플을 치는 일반적인 샤르피 테스트를 통해 측정됩니다.

7. 경도
경도는 영구 ​​압입(즉, 소성 변형)에 저항하는 재료의 능력으로 정의됩니다. 일반적으로 재료가 단단할수록 마모나 변형에 더 잘 견딥니다. 따라서 경도라는 용어는 재료의 국부적 표면 강성 또는 긁힘, 마모 또는 절단에 대한 저항을 나타냅니다.
경도는 Brinell, Rockwell 및 Vickers와 같은 방법을 사용하여 측정합니다. 이 방법은 강구, 다이아몬드 또는 기타 압자를 포함하여 더 단단한 재료에 의해 함몰 깊이와 면적을 측정합니다.

8. 가소성
탄성의 반대인 가소성은 성형력을 받을 때 특정 고체 재료가 새로운 모양을 유지하는 경향을 설명합니다. 재료를 구부리거나 영구적으로 새로운 모양으로 가공할 수 있는 품질입니다. 재료는 항복점에서 탄성 거동에서 소성으로 전환됩니다.

 

9. 힘 – 피로
피로는 재료의 인장 강도보다 작은 최대값을 갖는 반복되거나 변동하는 응력(예: 하중 또는 하중 제거)에서 파손을 유발할 수 있습니다. 더 높은 응력은 고장까지의 시간을 가속화하고 그 반대의 경우도 마찬가지이므로 응력과 고장 주기 사이에는 관계가 있습니다.
피로 한계는 주어진 주기 수에서 금속이 견딜 수 있는 최대 응력(변수)을 나타냅니다.
반대로 피로 수명 측정은 하중을 고정 상태로 유지하고 재료가 파손되기 전에 견딜 수 있는 하중 주기를 측정합니다. 피로 강도는 반복적인 하중 조건을 받는 구성 요소를 설계할 때 중요한 고려 사항입니다.

10. 강도 - 전단력
전단 강도는 방향과 응력의 크기가 중요한 볼트 또는 빔과 같은 응용 분야에서 고려 사항입니다. 방향성 힘으로 인해 금속의 내부 구조가 입상 수준에서 자체적으로 미끄러질 때 전단이 발생합니다.

11. 강도 - 인장
가장 일반적인 금속 속성 측정 중 하나는 인장 또는 극한 강도입니다. 인장 강도는 금속 단면이 파손되기 전에 견딜 수 있는 하중의 양을 나타냅니다. 실험실 테스트에서 금속은 늘어나지만 탄성 변형 영역을 통해 원래 모양으로 돌아갑니다.
영구 변형 또는 소성 변형(Yield로 측정) 지점에 도달하면 하중이 제거되어도 길쭉한 모양을 유지합니다. 인장점에서 하중으로 인해 금속이 궁극적으로 파손됩니다.
이 측정은 더 연성이 있는 재료와 부서지기 쉬운 재료를 구별하는 데 도움이 됩니다. 인장 또는 극한 인장 강도는 평방 밀리미터당 뉴턴(메가 파스칼 또는 MPa) 또는 평방 인치당 파운드로 측정됩니다.

12. 강도 - 수율
인장 강도와 개념 및 측정이 유사하며, 항복 강도는 하중을 받는 재료가 더 이상 원래 위치나 모양으로 돌아가지 않는 시점을 나타냅니다. 변형은 탄성에서 플라스틱으로 이동합니다.
설계 계산에는 하중을 받는 치수 무결성의 한계를 이해하기 위한 Yield Point가 포함됩니다. 인장 강도와 마찬가지로 항복 강도는 평방 밀리미터당 뉴턴(메가 파스칼 또는 MPa) 또는 평방 인치당 파운드로 측정됩니다.

 

13. 인성
충격 저항과 유사한 샤르피 충격 테스트를 사용하여 측정한 인성은 주어진 온도에서 파손 없이 충격을 흡수하는 재료의 능력을 나타냅니다. 내충격성은 종종 저온에서 더 낮기 때문에 재료가 더 부서지기 쉽습니다.
샤르피 값은 일반적으로 응용 분야(예: 해양 석유 플랫폼, 송유관 등)에 저온 가능성이 존재하거나 순간 하중이 고려되는 경우(예: 군용 또는 항공기 응용 분야의 탄도 억제) 철 합금에 규정됩니다.

14. 내마모성
내마모성은 서로 마찰하는 두 재료의 영향을 견딜 수 있는 재료의 능력을 측정한 것입니다. 이것은 접착, 마모, 긁힘, 가우징, 흠집 및 기타를 포함한 다양한 형태를 취할 수 있습니다.
재료의 경도가 다른 경우 부드러운 금속이 먼저 효과를 나타내기 시작할 수 있으며 이를 관리하는 것이 설계의 일부일 수 있습니다. 롤링(Rolling)을 해도 이물질이 있어 마모가 발생할 수 있습니다. 내마모성은 주어진 하중에서 주어진 마모 주기 수에 대한 질량 손실의 양으로 측정할 수 있습니다.

 

기타 기계적 성질

취성
응력을 받을 때 심각한 변형 없이 부서지거나 부서지는 재료의 능력; 가소성의 반대, 예: 유리, 콘크리트, 주철, 도자기 등

벌크 모듈러스
체적 압축에 대한 압력의 비율(GPa) 또는 결과적인 체적의 상대적 감소에 대한 극소 압력 증가의 비율

반발 계수
충돌 후 두 물체 사이의 최종 상대 속도와 초기 상대 속도의 비율입니다. 범위: 완전 탄성 충돌의 경우 0-1, 1입니다.

압축강도
재료가 압축 파괴 전에 견딜 수 있는 최대 응력(MPa)

Creep
시간에 따른 물체의 느리고 점진적인 변형. 재료의 s가 항복점을 초과하면 하중을 가하여 재료에 발생하는 변형이 하중을 제거해도 완전히 사라지지 않습니다. 재료에 발생하는 소성 변형을 크리프라고 합니다. 고온에서 크리프에 의한 변형은 상당히 감지할 수 있습니다.

내구성
마모, 압력 또는 손상을 견딜 수 있는 능력 튼튼한
피로 한계: 재료가 반복 하중 하에서 견딜 수 있는 최대 응력(MPa)

유연성
가해진 힘에 반응하여 물체가 구부러지거나 변형되는 능력; 유연성; 강성에 대한 보완 굴곡 계수

굴곡 강도
재료가 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 굽힘 응력(MPa)

마찰 계수
재료 쌍 사이의 접촉 표면의 상대적인 움직임에 저항하는 힘으로 변환되는 표면에 수직인 힘의 양

질량 확산성
한 물질이 다른 물질을 통해 확산되는 능력
푸아송 비: 축 방향 변형에 대한 측면 변형의 비율(단위 없음)

회복력
재료가 탄성적으로 변형될 때 에너지를 흡수하는 능력(MPa); 힘과 탄력의 조합

슬립
재료 내의 전위 운동으로 인해 재료 입자가 소성 변형을 겪는 경향. 크리스탈에서 흔히 볼 수 있습니다.

특정 계수
단위 부피당 계수(MPa/m^3)

비강도
단위 밀도당 강도(Nm/kg)

비중
단위 부피당 무게(N/m^3)

단단함
적용된 힘에 대한 응답으로 변형에 저항하는 물체의 능력; 엄격; 유연성을 보완

표면 거칠기
이상적인 형태에서 실제 표면의 법선 벡터 방향의 편차

인장 강도
재료의 최대 인장 응력이 파손되기 전에 견딜 수 있음(MPa)

점도
인장 또는 전단 응력에 의한 점진적 변형에 대한 유체의 저항; 두께

영률
선형 변형률에 대한 선형 응력의 비율(MPa)