금속의 파괴 (연성파괴, 취성파괴)

파손은 어떤 재료 또는 어떤 부품이 원래 주어진 기능을 수행하지 못하는 것, 아직 작동이 되는 기능적 최소 요구사항을 만족하지 못하는 것, 노화된 후에도 안전하고 신뢰할 만큼 작동하지 못하는 것 등을 의미합니다. 파손은 항복, 마모, 좌굴, 부식, 파괴 등을 포함합니다. 파괴는 응력을 받고 있는 고체가 둘 또는 그 이상의 부분으로 분리되는 현상입니다. 일반적으로 금속의 파괴는 연성과 취성으로 분류되지만, 2가지의 혼합형도 나타날 수 있습니다. 연성파괴는 상당한 소성변형 후에 일어나고, 균열 전파가 느린 특성이 있습니다. 이에 비해 취성파괴는 보통 벽개면이라는 특정 결정면을 따라 진행하며, 균열 전파가 빠릅니다. 일반적으로 취성파괴는 빠르게 진행되기 때문에 예측이 불가능하여 큰 문제로 이어지지만, 연성파괴는 파손 전에 생기는 소성변형을 검출할 수 있습니다. 금속의 연성파괴는 상당한 소성변형을 일으킨 후에 나타납니다. 시편에 극한 인장강도를 초과하는 응력을 가한 후 충분히 유지시키면 시편은 파괴됩니다. 이러한 연성파괴는 3단계로 구분할 수 있습니다. 먼저 시편이 가늘어진 목을 형성하고 목 부분에 공동이 생깁니다. 그 후, 목 부분의 공동들이 결합하여 시편 중앙에 균열이 생기며, 가해진 응력의 수진 방향으로 시편의 표면을 향해 균열이 전파됩니다. 최종적으로 균열이 표면에 접근하면 균열은 인장 축에 대해 45도 방향으로 바뀌어 컵-원추 파괴로 변합니다. 실제로 연성파괴는 취성파괴에 비해 발생빈도가 더 적으며, 주요 발생 원인은 부품에 작용하는 하중이 과다한 경우입니다. 과다 하중은 재료 선택을 포함하여 전체적으로 부적합한 설계, 즉 언더 설계이거나 부적절한 제작, 그리고 부품이 허용하는 하중 이상으로 사용하여 오용한 경우에 발생합니다. 대부분의 금속이나 합금은 매우 적은 소성 변형 후 취성 형태로 파괴됩니다. 취성파괸ㄴ 보통 벽개면이라는 특정 결정면을 따라 진행되며, 응력은 벽개면에 대해 수직으로 작용합니다. HCP 결정구조를 가진 많은 금속들은 보통 제한된 수의 슬립면을 갖기 때문에 취성파괴를 합니다. 또한, 많은 BCC 금속도 저온의 고변형률 속도에서는 취성파괴를 합니다. 다결정 금속에서 대부분의 취성파괴는 입내 파괴, 즉 균열이 결정립의 기지 조직을 가로질러 전파합니다. 하지만 결정립계가 취약한 막을 가지고 있거나 결정립계 영역이 유해원소의 편석에 의해 취화되면, 결정립 경계에서 일어나는 입계 취성파괴가 발생할 수도 있습니다. 금속에서 취성파괴는 3단계로 일어납니다. 먼저 소성변형에 의해 슬립면 상의 전위가 장애물에 집중됩니다. 그러면 전위의 이동이 막힌 곳에서 전단응력이 커져 결과적으로 미세균열 핵이 생성됩니다. 다음으로 추가적 응력이 미세균열을 전파시키고, 저장된 탄성변형 에너지도 균열 전파에 기여합니다. 대부분의 경우 취성파괴는 금속 내부에 결함들이 존재하기 때문에 발생합니다. 이러한 결함들은 제조과정 중에 생기거나 사용 중에 생긴 것들입니다. 겹침, 큰 개재물, 바람직하지 않은 결정립 유동, 나쁜 미세조직, 기공, 찢김, 균열 등을 단조, 압연, 압출, 주물 등의 제작과정 중에 생길 수 있습니다. 피로균열, 수소 원자에 의한 취화, 부식 등을 결국 취성파괴로 이어집니다. 결함 새성의 원인과는 별개로 취성파괴는 결함이 있는 위치에서 시작합니다. 비교적 연성 재료인 경우에도 저온 및 고변형률에서는 어떤 결함에서 취성파괴를 일으키게 할 수도 있습니다. 연성에서 취성으로 재료의 거동이 바뀌는 것을 연성-취성 전이라고 합니다. 따라서 일반적인 연성 재료일지라도 상황에 따라 취성파괴될 수 있습니다. 이에 더하여, 인성은 재료가 파괴될 때까지 흡수하는 에너지 양의 척도입니다. 쉽게 말해 인성이 높은 재료는 충격하중에 파괴되지 않고 견뎌내는 능력이 좋다는 것을 뜻합니다.