[금속 재료] 연성(Ductility)과 취성(Brittle)

인장시험 중 시편이 파손된 이후, 시편의 최종 길이를 측정하고 파손 시점의 소성 변형률이 계산된다.

Lf : 시편의 최종 길이
Lo : 시편의 초기 길이

시편이 하중을 받는 동안 존재하던 탄성 변형이 파손 이후 회복되므로, 아래 그림과 같이 최종 길이와 초기 길이의 차이 값이 소성 변형률이다.

εf (Plastic strain) : 탄성 변형이 회복된 후 시편에 잔존하는 변형률
εu (Ultimate strain) : 파손시점까지의 전체 변형률(소성 변형 + 탄성 변형)

eL (percent elongation) : 연신율 ☜ 소성변형률 (εf )을 백분율로 표시한 것이므로,
재질 물성치 중 연신율을 통해 소성 변형률을 산출할 수 있음.

εu (Ultimate strain) : 전체 변형률은 위와 같이 계산 가능함.
Stu (Ultimate stress) : 인장 강도
E (Elastic modulus) : Young’s modulus

RA (reduction area) : 단면 수축률

축방향 변형률과 측면 방향 변형률을 설명하기 위해 소성재료의 연신율과 단면 수축률을 기억해야 한다.

연성 재료은 항복이 시작된 이후에도 큰 변형을 견딜 수 있지만, 취성 재료은 소성 변형이 거의 없거나 매우 작다.

연성 재료는 파괴 지점(F) 전까지 상당한 변형률을 보인다.
항복점(Y)부터 극한강도(U)까지는 변형 경화 발생 구간이다.
극한강도(U)부터 파괴 지점(F) 구간에서는 시편의 단면 수축이 급격하게 증가하고,
네킹(Necking, 파괴 직전 심한 국부 수축 발생) 현상이 발생한다.
연성 재료의 S-S커브의 면적이 취성 재료의 면적보다 넓다.
이는 곧, 연성 재료의 인성계수(Modulus of toughness, 단순 인장력이 점차적으로 증가함으로서 단위 부피의 재료에 가해진 일의 양=S-S커브의 면적)가 높다는 것을 의미한다.
또한, 연성 재료가 파괴되기 전까지 좀 더 많은 변형 에너지를 흡수한다는 것을 의미한다.
게다가, 연성 재료가 파괴되기 전까지 변형률이 상당한만큼 휨량(Deflection)도 매우 크기 때문에,
시각적으로 파손이 임박했음을 휨량을 통해 미리 확인할 수 있고,
더 큰 파손으로 이어지기 전에 상황을 해결할 대책을 마련할 수 있다.