금속의 가단성이란?

가단성이란?

가단성은 망치로 두들기거나, 누르거나, 부서지지 않고 얇은 시트로 굴릴 수 있는 능력을 정의하는 금속의 물리적 특성입니다. 즉, 금속이 압축을 받으면 변형되어 새로운 형태를 취하는 성질입니다.

금속의 가단성은 깨지지 않고 견딜 수 있는 압력(압축 응력)으로 측정할 수 있습니다. 서로 다른 금속 간의 가단성의 차이는 결정 구조의 차이 때문입니다.

가단성 재료는 금속 리프로 평평해질 수 있습니다. 잘 알려진 유형의 금속 잎은 금박입니다. 높은 가단성을 가진 많은 금속은 또한 높은 연성을 가지고 있습니다. 일부는 그렇지 않습니다. 예를 들어 납은 연성은 낮지만 가단성은 높습니다.

가단성은 물질, 일반적으로 금속의 물리적 특성입니다. 이 속성은 일반적으로 현대 원소 주기율표의 1~12족에 적용됩니다.

금속의 가단성은 기기 및 자동차 산업에서 매우 중요합니다. 이 속성은 냉장고, 전자레인지 및 스토브를 구성하는 데 도움이 되며 평평하고 구부러진 금속 물체를 구성하는 데도 도움이 됩니다.

 

 

가단성에 대해

가단성은 일반적으로 타격이나 롤링으로 얇은 시트를 만드는 재료의 능력으로 특징지어집니다. 이 속성은 비금속에서는 볼 수 없습니다. 가단성 금속은 망치의 영향을 받으면 구부러지고 비틀어 다양한 모양을 만드는 반면, 가단성 금속은 조각으로 부서질 수 있습니다.

가단성 금속의 예로는 금, 철, 알루미늄, 구리, 은 및 납이 있습니다.

연성과 가단성은 항상 서로 상관관계가 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 금은 연성과 가단성이 있지만 납은 가단성일 뿐입니다. 금속의 물리적 특성은 종종 파손되지 않는 압력(압축 응력)의 비율로 측정됩니다. 금속의 물리적 특성의 변화는 결정 구조의 변화로 인한 것입니다.

금속은 원자가 강력하게 연결되지 않은 입자 경계 영역에서 부서지는 경향이 있습니다. 따라서 금속은 입계가 많을수록 더 단단해집니다. 반면에 결정립계가 적으면 부서지기 쉽고 가단성이 떨어집니다. 대부분의 금속은 결정 입자에 대한 증가된 온도의 영향으로 인해 가열되면 더 가단성이 됩니다.

금과 은은 가단성이 높습니다. 뜨거운 철 조각을 망치로 두드리면 판 모양이 됩니다. 성질은 비금속에서는 볼 수 없습니다. 가단성이 없는 금속은 망치로 치면 부서질 수 있습니다. 가단성 금속은 일반적으로 다양한 모양으로 구부러지고 비틀립니다.

아연은 100~200°C의 온도에서 가단성이 있지만 다른 온도에서는 부서지기 쉽습니다.

 

가단성 금속

분자 수준에서 압축 응력은 가단성 금속 원자가 금속 결합을 끊지 않고 새로운 위치로 서로 굴러가도록 합니다. 가단성 금속에 많은 양의 응력이 가해지면 원자는 서로 구르며 새로운 위치에 영구적으로 머물게 됩니다.

 

가단성 금속의 예로는 금, 은, 철, 알루미늄, 구리, 주석, 인듐, 리튬이 있습니다.

이러한 금속으로 만든 제품은 금박, 리튬 호일 및 인듐 샷을 포함하여 가단성을 나타낼 수도 있습니다.

 

가단성은 어떻게 작용할까?

금속은 결정 구조 때문에 가단성이 있습니다. 조밀한 결정 구조[육방 조밀(hcp) 또는 면심 입방체(fcc)]를 가진 요소는 일반적으로 체심 입방체(bcc)와 같이 더 열린 구조를 가진 것보다 더 가단성이 있습니다.

예를 들어, 금, 은, 마그네슘은 바나듐이나 크롬보다 가단성이 높습니다. 조밀한 구조의 원자는 겹겹이 쌓인 평평한 시트처럼 배열되어 평면이 가해진 힘에 따라 서로 미끄러질 수 있습니다. 한편, 신체 중심 구조는 미끄러짐에 저항하는 골판지와 비슷합니다.

그러나 금속은 온도, 불순물 및 기타 요인에 따라 다른 구조를 가정합니다. 따라서 주어진 요소 또는 합금의 가단성은 조건에 따라 다릅니다.

 

비금속은 가단성이 있을까?

일반적으로 비금속 원소는 가단성이 없습니다. 그러나 몇 가지 예외가 있습니다. 특정 동소체는 가단성이 있습니다. 예는 황의 플라스틱 동소체입니다.

비금속 요소는 가단성이 없지만 일부 비금속 폴리머는 가단성이 있습니다. 예를 들어, 일부 플라스틱은 가단성을 나타냅니다.

 

가단성과 연성의 차이

가단성은 압축 하에서 변형되도록 하는 금속의 속성인 반면, 연성은 손상 없이 늘어나도록 허용하는 금속의 속성입니다.

구리는 우수한 연성(와이어로 늘어날 수 있음)과 우수한 가단성(시트로 말릴 수도 있음)을 모두 가진 금속의 예입니다.

대부분의 가단성 금속도 연성이지만 두 가지 특성은 독점적일 수 있습니다. 예를 들어 납과 주석은 차가울 때 가단성과 연성을 갖지만 온도가 융점을 향해 상승하기 시작하면 점점 더 부서지기 쉽습니다.

그러나 대부분의 금속은 가열되면 더 가단성이 됩니다. 이것은 온도가 금속 내의 결정립에 미치는 영향 때문입니다.

 

가단성과 경도

안티몬과 비스무트와 같은 더 단단한 금속의 결정 구조는 원자를 부서지지 않고 새로운 위치로 밀어 넣는 것을 더 어렵게 만듭니다. 이것은 금속의 원자 행이 정렬되지 않기 때문입니다.

즉, 원자가 강하게 연결되지 않은 영역인 결정립계가 더 많이 존재합니다. 금속은 이러한 결정립계에서 파괴되는 경향이 있습니다. 따라서 금속 입자 경계가 많을수록 더 단단하고 부서지기 쉽고 가단성이 떨어집니다.

 

가단성에 온도의 영향

대부분의 금속에서 온도가 증가하면 결정립계의 수가 감소하고 가단성이 증가합니다. 따라서 일반적인 조건에서 가단성이 없는 일부 금속은 열처리에 반응합니다. 예를 들어, 아연은 150°C 이상으로 가열될 때까지 부서지기 쉽습니다. 이 온도 이상에서는 금속을 시트로 굴릴 수 있습니다.

 

합금이 가단성에 미치는 영향

금속 합금은 가단성을 제어하는 또 다른 방법입니다. 예를 들어, 황동은 구성 요소 금속인 구리 또는 아연보다 덜 가단성입니다. 14캐럿 금과 순은은 금과 은의 가단성을 강화하고 감소시키는 합금입니다.

 

가단성 측정

가단성을 측정하는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 테스트는 재료가 파손되기 전에 얼마나 많은 압력 또는 압축 응력을 견디는지 측정하는 것입니다. 다른 테스트는 파단되기 전에 금속 시트가 얼마나 얇은지를 측정하는 것입니다.