위의 그림은 응력-변형률 곡선(stress-strain curve) 그림입니다. 위의 그림의 소재는 일반적인 연성 재료(ductile material)의 곡선입니다. 참고로 취성 재료(brittle material)의 경우, yield stress 근처 영역에서 파단이 발생합니다.
위의 응력-변형률 곡선(일반적으로 인장 곡선)에서 얻을 수 있는 기계적 특성은 다음과 같습니다.
1. 탄성계수 (Young's modulus): 탄성계수는 응력-변형 곡선의 탄성 영역에서 기울기를 나타내며, 재료의 강성을 측정하는 지표입니다. 탄성계수가 클수록 재료는 높은 강성을 가지게 됩니다. 참고로, (탄성 영역에서의 stress 변화율)/ (탄성 영역에서의 strain 변화율)로 표시할 수 있습니다.
2. 항복강도 (Yield strength): 항복강도는 탄성 영역과 소성영역의 경계로, 재료가 영구적으로 변형되기 시작하는 응력 값을 의미합니다. 항복강도는 재료의 인성과 관련된 중요한 특성입니다. 또한 일반적으로 탄성계수의 기울기를 0.002% offset을 하여 SS-curve와 직선 사이의 접점으로 항복 강도를 구합니다.
3. 파괴강도(최대강도) (Ultimate strength): 파괴강도는 응력-변형 곡선의 인성 영역에서 재료가 파단되는 최대 응력 값을 나타냅니다. 이 값은 재료의 강도를 측정하는 데 사용됩니다.
4. 파단 변형률(Fracture strain): 파단 변형률은 시편이 파단 되었을 때의 변형률입니다.
위의 응력-변형률 곡선(일반적으로 인장 곡선)의 영역은 다음과 같이 구분할 수 있습니다.
1. 탄성 영역(elastic region): 응력이 증가함에 따라 재료가 탄성적으로 변형하는 영역입니다. 이 영역에서는 재료가 응력을 받으면 일시적으로 변형되지만, 응력이 사라지면 원래의 형태로 돌아옵니다. 이는 재료의 분자 구조가 복원력을 가지고 있기 때문에 가능한 현상입니다. 일반적으로는 항복강도 이전 영역을 지칭합니다.
2. 소성 영역(plastic region): 소성 영역은 탄성 영역 이상의 응력(항복응력 이상의 웅력)이 가해질 때 재료가 영구적으로 변형되는 영역입니다. 이 영역에서는 응력이 변형률에 비례하여 증가합니다. 첨탄성 영역에서는 응력을 제거해도 재료는 일부 변형을 유지합니다.
- strain hardening: 재료의 변형률이 올라감에 따라서 응력이 같이 증가하는 구간을 뜻합니다. 이 구간이 발생되는 이유는 다양한 요인이 있는데, 그 중 하나가 결합(defect)의 생성입니다. 주로, 전위나 결정립계, 쌍정결정립계가 전위의 흐름을 방해하여 재료의 응력이 올라가는 것으로 알려져 있지만, 재료와 온도 소재등에 따라 각각 다른 메커니즘으로 이 현상이 나타납니다.
- necking: 보통 이 영역은 인장 시험을 했을 때, 시편의 게이지 길이 부분이 변형이 됨에 따라 단면적이 감소하고, 이 단면적 감소가 응력의 감소로 이어져서 생기는 구간입니다. 이 necking 구간에 진입한 시편은 보통 응력 집중 현상에 의해 파단이 일어 납니다.
지금까지 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)에 대한 설명이였습니다. 읽어주셔서 감사합니다.
(참고로 여기에 나오는 모든 설명은 일반적으로 사용하는 engineering stress- engineering strain curve에 대한 설명입니다.)
출처:[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Stress%E2%80%93strain_curve
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