Transcript Q. 재료와 공정의 상호의존성 200721287 이순호

Q&A (Slide #3)
Q. Composites Venn diagram 이해
200821302 이관수
세가지로 구분된 공학재료의 기준
Ceramics는 열과 냉각활동으로 만들어진 무기화합의 비금속 고체이지만 주성분이 alumina ?입니다. 보
통 혼합체는 원재료 이후에 기술이 발전하여 개발되기 마련인데 아래 도표에서 Metal-ceramic
composites는 공통된 성질을 가졌다는 것을 의미하는 것인지 두 재료의 단순 복합체라는 것인지 궁금합
니다. > 복합체
마찬가지로 유리같은 경우는 천연 고분자 유도체로서 Polymers이며 비결정성 고체(과냉각된 액체)로서
Ceramics이기도 한데 단순 복합체로서 Ceramic-polymers composites인지 그렇지 않고 원래 두 성질
을 가지고 있는 것인지 궁금합니다.
덧붙여서 아래 Venn diagram에는 세가지 재료의 특징을 가진 교집합이 존재하지 않는데 실제로도 존재
하지 않는 것입니까? >> 존재합니다.
Ceramic –polymer composites
> FRP
Metal-polymer composites
Nano Silver paste
Metal-ceramic composites
Cu infiltrated Ceramic
기지
강화재료
고분자
섬유
세라믹
입자
금속
휘스커
Q&A (Slide #6)
Q. 복합재 200645538 배정석
자동차의 커버는 보통 금속재질의 알루미늄을 사용합니다. 하지만 바이크의 커버 (cowl)는 플라스틱 재질입
니다. 조사결과 바이크 cowl에는 오토바이마다 재질이 다른데 제가 본 HONDA CBR400에는 FRP라는 재료
를 적층을 통해서 만든다고 합니다.
여기서 FRP재료는 어떤 방식으로 적층하여 가볍지만 단단한 cowl을 만드는지 궁금합니다.
A. Fiber > Resin >….
복합재료에 사용되는 다양한 강화 섬유
유인 우주 왕복기인 스페이스셔틀에 사용되는 복합재료
Q&A (Slide #7)
Q. Materials in manufacturing
06 고상훈
7번째 페이지에서 강 (steel) 과 주철(cast iron)로 나뉘는 기준과 차이점을 알고싶고, 강 안에서도 탄소강, 합금강,
특수강의 각각의 특징과 주철에서도 백주철, 가단주철, 회주철, 구상흑연주철이 각각 어떻게 구분되며 어떤 특
징을 가지는지에 대해서 알고 싶습니다.
A.
순철(iron), 강(steel) 0.05~2.0%, 주철(cast iron) 2.0%이상
주철 내의 탄소는 그 주철이 함유하고 있는 탄소 및 규소의 함유량과 냉각과정에서의 냉각속도에 따라 금속간
화합물인 시멘타이트(Fe3C) 또는 유리탄소인 흑연(graphite)으로 존재한다.
탄소 및 규소량이 많을수록, 냉각속도가 느릴수록 탄소의 흑연화가 촉진되며 반대로 탄소 및 규소량이
작을수록, 냉각속도가 빠를수록 탄소는 시멘타이트의 상태로 존재하려는 성향이 커진다.
탄소가 시멘타이트 상태로 존재하는 주철의 조직은 펄라이트＋시멘타이트이며 이러한 주철의 파단면의 색이
은색을 나타내기 때문에 백주철이라 하며 BHN 600에 이를 정도로 경도가 높으나 반면 연신율은 거의 0을
나타낸다. 이러한 성질로 백주철은 내마모성이 요구되는 압연롤, 마모판, 라이닝 소재로 사용된다.
탄소가 흑연상태로 존재하는 주철의 조직은 특별한 경우를 제외하고 펄라이트 또는 페라이트 또는 펄라이트
＋페라이트 기지 내에 유리흑연이 편상으로 존재한다. 흑연의 존재로 파단면의 색이 검은 빛을 띠게 되므로
회주철이라 한다. 회주철은 기지조직과 흑연의 크기 및 분포양상에 따라 다양한 기계적 성질을 나타낸다.
제2장 재료의 본질과 성질
Q&A
(Slide #7)
2-4 철강재료와 열처리
【1】백주철(white cast iron)
[2】가단주철(malleable cast iron)
주물을 상온까지 냉각시키는 과정에서
 철은
① 공랭 정도의 냉각속도로 냉각시킬 때는 펄라이트
조직이 되거나
② 노랭 정도의 낮은 냉각속도로 냉각시킬 때는
페라이트와 추가의 흑연으로 변화하게 된다.
①의 형태와 같이 펄라이트 바탕에 흑연이 포도송이
모양으로 존재하는 주철을 펄라이트
가단주철(pearlitic malleable cast iron)이라 하고,
②의 형태와 같이 페라이트 바탕에 흑연이 포도송이
모양으로 존재하는 주철을 페라이트
가단주철(ferritic malleable castiron)이라고 한다.
가단주철의 150배 조직사진(흰 부분: 페라이트, 검은 부분:흑연)
제2장 재료의 본질과 성질
Q&A
(Slide #7)
2-4 철강재료와 열처리
【3】회주철(gray cast iron)
회주철은 백주철보다 탄소와 규소의 함유량이 많고 상대적으로 느린 냉각속도에서 얻어진다.
a
b
그림 2-31 회주철의 500배 조직사진
(흰 부분 : 페라이트, 검은 부분 : 흑연)
그림 2-32 (a) 강 과
(b) 회주철 의 진동흡수능력 비교
【4】구상흑연주철(nodular cast iron)
그림 2-33 구상흑연주철의 조직사진(200×)
Q&A (Slide #8)
Q. 제료의 선택
200821393 최상길
금속재료는 온도에 따라 팽창하기도 하고 응력에 대한 변형율이 달라지기도 합니다. 예를 들어 극한의 온도를
견뎌야 하는 우주선의 경우 아주 높은 온도와 낮은 온도까지 다 괜찮아야 한다고 알고 있습니다. 이런 경우 온
도에 따른 응력에 의한 피로수명이나 팽창, 수축 범위가 커지는데 이러한 경우에 재료의 선택 과정에서 기존
재료가 없으면 재료의 개발을 어떠한 방법으로 하는지 궁금합니다.
A. 지구에 존재하는 새로운 재료의 발굴과 특성연구, 고대 유물이나 역사, 우주
QQ. Mechanical Properties of Materials
200714130 김성재
► 마하 1이상의 속력으로 가는 우주선의 경우 충격파라는게 생겨서 우주선에 엄청난 힘을 받고 궤도를 이탈할
당시에 압력과 온도가 매우 크다.
의문점
► 우주선이 지구 궤도를 이탈할 경우 큰 마찰열 등을 견디기 위해 TiC 탄소섬유를 사용하는것으로 조사결과 알
게되었다. 하지만 열내구성과 경량성 등을 다 만족한다 하더라도 물질 내의 불평형 질량 그리고 외압에 의한 진
동이 발생할 것이며 그러한 진동이 우주선 운전에 큰 영향을 미칠 듯 하다. 이러한 진동 저감 설계를 위해서는 과
연 어떤 노력을 하고 있는것일까?
해결 가능성
► 모든 재료들이 homogeneous 하지 않고 isentropic? 재료가 아니다. 불평형 질량에 의한 진동을 저감하기 위
해서 재료의 질량중심을 우리가 이상적으로 생각하는 질량중심의 위치로 옮길 수 있다면 불평형질량도 없앨 수
있을 듯 하다.질량중심을 원하는 곳으로 옮길 수 있는 것일까? 실제 재료들을 Homogeneous 하고 isentropic 으
로 가정하고 해석하였을 경우 안전한 운행이 가능할까?
A. 가능하다. Balancing 기법
Q&A (Slide #8)
Unbalances can be measured by gravity or centrifugal forces,
This device detects the acceleration by unbalance via a vibration sensor and floods according to this signal
four chambers in front of the grinding wheel with a determined amount of coolant.
Q&A (Slide #11, 13)
Q. 재료와 공정의 상호의존성
200921429 김근년
세라믹의 가공공정에서 소결 이나 초음파 가공이 가능하고 주조나 소성은 안 된다고 되어 있는데
소결이 무엇이고 , 왜 주조나 소성이 안 되는지 이유를 알고 싶습니다.
Powder metallurgy = Powder compaction + sintering (P>S)
주조 (L>S), 성형 (S1>S2)
Q. 재료와 공정의 상호의존성
200821336 이효승
세라믹 말고 다른 예는 어떤 것이 있는지 궁금합니다.
A. 금속은 주조나 성형, 플라스틱은 사출(L>S), 유리는 연속주조, 블로 성형…
Q. 재료와 공정의 상호의존성
02 강동현
왼쪽표에서는 material selection이 process selection보다 먼저 논의되었고
오른쪽표에는 material selection과 process selection이 같은단계에서 논의되었다.
같은단계에서 논의된다는것은서로 interaction이 존재한다는건데 material에따라 공정이 바뀌는것은 있을수가
있지만 공정에따라 material이 변화되는경우도 있나요?
A. 맞다. 그러나 생산규모에 따라 공정이 정해지면 이에 맞는 재료를 찾아내어야 한다.
Q&A (Slide #11)
Q. 재료와 공정의 상호의존성
006분반 200845550 신동탁
재료 공정 성능 성질의 관계에 대한 질문인데 4가지가 모두 상호 의존성을 가진다고 했는데 이것이 이해가
가지가 않습니다. 대충 공정에 따라 재료가 달라지고, 재료에 따라 성능이 다른 기구를 쓰는 것들은 알겠으나,
재료와 성질에 대해서는 잘 이해가 되지 않습니다. 성질은 재료의 특성한 값인데 그것이 이해가 되지 않습니
다. 어떻게 상호 의존성을 가지는지 알고 싶습니다,
A. 예) 재료가 달라지면 공정도 바뀌고
성질도 변화하며 성능도 차이가 난다.
Q&A (Slide #12)
Q. 재료와 공정의 상호의존성
200821362 정진욱
재료와 공정의 상호의존성에서 철의 경우 다이캐스팅법을 잘 사용하지 않는다고 나와있는데 조사해보니
iron die casting이라 하여 주철, 저탄소강, 합금강, 스테인리스강 등 용융온도가 높은 1300~1600℃의 용탕의
압력 금형 주조법이란 것이 있었습니다.
► 이러한 방법은 왜 잘 사용하지 않는지, 특별한 경우에만 사용하는 것인지 궁금합니다.
A. 특별한 경우에 사용, 높은 설비비, 이 방법보다는 Squeeze casting이나 열간 성형이 유리
Q. 재료와 공정의 상호의존성
200721287 이순호
►Die casting : 다이케스팅은 다이 주조라고도 한다. 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계 가
공된 강제의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법
의문점
► 각 재료에 대해서 2가지 결과가 나타나는 이유가 무엇입니까?
?????
Q&A (Slide #12)
주철의 금형주조(permanent mold casting)
금속 또는 흑연으로 만든 영구주형을 이용함.
- 금형입구에서의 압력만을 이용함.
- 철 및 비철주물 모두 사용가능함.
 주형에 냉각재액을 바르고 검정이를 칠함
→ 냉각효과 감소, 제거용이
 Al Piston, 주방기구, 냉장고 부품 등
* 장점: 매끈한 다듬질 표면
소, 중형 주물에 적합
* 단점: 높은 설비비
Q&A (Slide #17)
Q. Materials in manufacturing
200821352 정대욱
합금은 각 재료의 성질을 취합하여 득을 보기 위함인데 그 때문에 피해를 볼 수도 있는가요??
가령 강한 티타늄과 가벼운 알루미늄을 합한다든지 펄라이트나 시멘타이트의 성질을 이용하고자 할 때
제품에 사용되어지는 모든 재료의 성질이 동일하다고 볼 수가 있는 건가요??
아님 측정치를 통해서 그 범주 내에 있다고 가정하고 제품을 설계하고 생산하는 것인가요??
공정 과정 등에서 충분히 개연성 있는 사항들로 인해 재료의 성질이 일정하지 않을 수 있는지 궁금합니다.
개발을 통해 항복점을 예상했는데 어느 재료는 그보다 위에 있고 어느 재료는 그보다 밑에 있어서 사고가
있었던 사례는 없나요??
A. 새로운 합금의 개발은 상당한 시간과 실험을 통해 이루어진다. 예를들면 구리와 아연의 합금인 황동은
그 조성에 따라 많은 종류가 있고, 이미 기계적 성질외에 다른 특성도 D/B화 되어 있다. 제품을 설계할 때
요구되는 성질을 찾아보고 이에 적당한 합금을 선정한다.
QQ. Materials in Manufacturing
200821106 강범석
엔지니어가 재료를 선정할 때 자신이 만들고 싶은 제품에 여러 방면의 강점이 필요한 경우, 내부식성 + 내
열성 같은 경우에는 엔지니어가 어떻게 재료를 선정해야 되는 것일까 ?
해결 가능성
1. 두 가지 조건을 모두 만족시키는 새로운 합금을 개발한다.
장점 : - 두 요건을 모두 만족 시킬 수 있으니 엔지니어가 원하는 제품을 만들 수 있다.
- 신 소재의 개발로 특허를 받을 수도 있다.
단점 : - 신소재의 개발이 너무 어렵다. Ex) 합금의 비율, 각종 TEST
-개발에 실패할 가능성도 있다.
-개발을 하더라도 개발비용이 너무 많이 들어 제품의 가격이 올라갈 수도 있다.
2. 어느 한가지만의 요건을 충족 시키는 재료를 선정하고, 제품의 설계를 변경하는 방식을 통해 재료의 이
점을 얻지 않더라고 제품이 작동되게 한다.
A. Data Base 활용, 내부식성(Cr), 내열성(Ni)의 적정량 (Optimum weight %)
Q&A (Slide #17)
QQ. 재료의 선택 201021272 송인환
원자재(raw material)들이 특정 나라에서 채취되고 있습니다. 이들 나라의 원자재 공급에 따라서 산업에 많은
영향을 받을 수 있는데, 이에 따라 원자재를 대체할 수 있는 대체재(substitution)가 필요하다고 할 수 있습니다.
대체재가 원자재를 대체한 사례가 있는지 궁금합니다.
A. CeO2 / SiO2, 천연고무/합성고무, 면화/화섬, 밀/(쌀,옥수수,고구마),
QQ. 재료의 선택
200821212 박래성
설계 및 재료를 선택할 때에는 형상과 재료의 기계적,물리적 성질 그리고 사용환경과 제조방법 및 공구를 고려
하여 선택하여야 합니다. 재료를 가공할때 가공방법과 공구에 따라서 공작물의 표면거칠기가 다른데,
그렇다면 어떤 재료를 선택하느냐에 따라서도 표면거칠기에 영향을 미칩니까? 영향을 받는다면 어떻게
받는지 알고싶습니다.
A1.금속/세라믹 (Soft & Ductile / Hard & Brittle), 결정성(단결정 / 다결정 / 무결정), 순도 (순금속/합금)에 따라
약간 차이가 있다. 주로 가공방법과 공구에 따라 표면거칠기가 변화.
A2. 가공단위(Machining unit)와 재료결함(점결함, 선결함, 면결함)
Q&A (Slide #17)
Distribution of defects in materials
Source: Nanotechnology by NORIO TANIGUCHI
Q&A (Slide #17)
Machining unit
Factors Affecting Material Removal in Finishing of Brittle Materials
Domain I.
Domain
I
II
III
IV
Crack, Void
Grain Boundary
Dislocation Layer
Micro-Crack
Interstitial Atom
Vacancy
• Material removal is the order of a few
atoms or molecules
• Chemical action enhanced by stress
and temperature is important
Domain II.
• The generation of dislocations
prior to brittle fracture
Atom
Domain III.
10 -7 10 -6
10 -3
10 -4 10 -3 10 -2
10 -1 10 0
Machining Unit, mm
Factors Affecting Deformation
and Fracture of Materials (Yoshikawa)
• Only dislocation (plastic deformation)
Domain IV.
• Defects due to cracks are the
dominant factors in material removal
Q&A (Slide #17)
Q. 재료의 선택
200821236 박지훈
고강도 저합금 강판의 개발로 자동차 본체가 얇아진다 하였는데 대책안으로 내부식성과 진동방지도 동시
에 고려한다 하였는데 비행기 동체에 사용한다고 알려진 두랄루민의 사용은 어떠한지?
A.
알루미늄 혹은 마그네슘 합금이 대안.
합금원소로써 첨가되는 원소는 알루미늄에 고용될 수 있는 Mg, Cu, Zn과 Si등이 있으며, 조직을 제어하기 위
해서는 Cr, Mn 그리고 Zr 등의 원소가 사용된다.
2009년을 기준으로 볼 경우 엔진 블록의 경우 75%, 실린더헤드는 98%, 트랜스미션 케이스는 97% 등 많은
부분이 알루미늄으로 대체되고 있다.
ALUSIL 실린더 블록 (Porshe V8)
Q&A (Slide #17)
QQQ. 신재료 선택시 유의점
200821132 전동훈
문제: 주조는 감쇠재료 이므로 진동문제 발생 >>
주조는 물체를 만들기 위해 용해된 금속등을 주입하여 만드는 방법이라고 알고있습니다. 그리고 감쇠재료는
검색을 해보니 흡수하여 감쇠시킬 목적으로 사용하는 재료를 말한다고 합니다. 주조는 물체를 만드는 방법을
말하는 것인데 어떻게 감쇠재료이므로 진동문제가 발생하는지 알고 싶습니다.
A. 좋은 지적입니다. 주조는 가공법이지 재료명이 아닙니다. 주물로 고쳐야 합니다. 그리고 알루미늄이
감쇠재료가 아니므로 진동문제가 발생한다가 정확한 표현입니다.
Q. 신재료 선택시 유의점
200821249 서준영
재료 선택시 진동이 왜 중요 문제가 되는지 궁금합니다.
-기기가 가동될 떄 재료의 고유 진동수와 같은 진동수의 파동이 들어온다면 공진을 하게 되고 파동의 진폭
이 커져 진동이 점점 커져 기기 작동에 있어 문제가 발생할 수 있다고 생각합니다. 하지만 작동하는 기기의
고유진동수와 다른 진동수를 갖는 재료를 쓰게 되면, 아무리 기기의 진동이 크더라도 기기를 가동함에 있
어서는 별 문제가 없을거라고 생각합니다. 왜 진동문제가 중요한 문제입니까?
고유진동수 말고 다른 어떤 점을 고려해야 하는지 궁금합니다.
A. 외란(Disturbance), 자려진동 (Chatter), 속도가 증가함에 따라 공유진동수 영역 통과
Q&A (Slide #22)
Q. Mechanical properties in Design Manufacturing
200421432 정우형
Dilemma: mechanical properties desirable to the designer, such as high strength, usually make
manufacturing more difficult
- The manufacturing engineer should appreciate the design viewpoint
- And the designer should be aware of the manufacturing viewpoint
> 대표적으로 Design viewpoint 이 중시되는 제품군과 manufactoring viewpoint 중시되는 제품군을 알고싶고
그리고 제품 계발 과정에서 디자이너와 엔지니어 사이에 의견차이가 있을때 어떤과정을 통하여 해결하는지
알고싶습니다.
Value of product / 의견 존중
Q. Mechanical properties in Design Manufacturing
200821402 최지환
관련지식배경
► Mechanical properties determine a material’s behavior when subjected to mechanical stresses
- Properties include elastic modulus, ductility, hardness, and various measures of strength
의문점
► 한 개의 제품에서 부품별로 다양한 기계적 특성을 요구할 때, 다른 재료를 사용하는 방법도 있겠지만 한가
지 재료를 변형, 강화하는 방법도 있을 것 같다. 이러한 방법에는 어떠한 것들이 많이 쓰는 것일까?
해결가능성
► 두 가지 이상의 재료를 조합하여 합금 등의 복합재료를 만드는 방법.
하지만 이 방법 말고도 다른 방법도 많을 것 같은데, 어떤 것들이 있을까?
> Material Tans-property process
Q&A (Slide #29)
Q. 인장 실험 200821376 조재민
위의 값들을 각각 어떤 측면에서 이용되며 어떠한 이유로 중요하게 이용되는지 실사례를 통해 알고 싶습니다.
인장 실험은 금속 고유의 물리적 성질을 파악하기 위한 실험입니다.
-이 실험을 통하여 알수 있는 물리적 성질들을 찾아본 결과
연실율(늘어난 양의 비율),
항복점(금속이 더 이상 늘어나지 않을 때 의 힘)
파단응력(금속의 파단 순간의 힘을 면적으로 나눈값)
인장응력(파단될때 최대하중값/시험편 단면적) 등을 알 수 있었습니다.
Q&A (Slide #29)
QQ. Necking
200821162 김주한
금속에 파단시 파단형태를 통해서 취성재료인지 연성재료인지 판단하는데 연성재료는 네킹현상이 일어난다
고 합니다. 그럼 네킹현상은 무엇이고 왜 이런 현상이 나타나는지 알고싶습니다.
A. 연성 재료를 1축 방향으로 늘여 소성 변형시키면, 변형되는 부분과 변형되지 않은 부분으로 나누어져 그 경
계에 생기는 잘록한 형태. 단축인장 초기에는 전 길이에 걸쳐 균일하게 늘어나고 단면도 균일하게 감소한
다. 체적불변의 법칙을 준수. Neck은 시편의 가장 약한 부분이고 변형이 집중된다. 그러나 목부위의 재료
는 자유롭게 변형되지 않는데 이는 주위의 미변형 재료가 구속하기 때문이다. 즉 네킹후에 목부위에 반경
방향의 인장응력이 생기고, 3축인장상태(Triaxial tension)가 된다. Fig. 4-5
Q. Necking
00721387 최진호
인장 실험에서 점점 큰 하중을 가하면서 시편에 걸리는 공칭응력(Engineering stress; 초기 단면적에 대한
하중)은 증가하게 되고 최대 응력이 되는 순간 시편에는 네킹( necking) 이 일어나게 됩니다. 그리고 이 네
킹이 일어난 후 부터는 공칭응력이 점차 감소하게 되는데, 감소하게 되는 이유를 알고 싶습니다.
A. 3축인장상태로 되기 때문
Q. Tensile Test Sequence (pg28)
►
►
200821332 이현석
응력 = 하중/단면적 이다.
목(neck)이 생긴 이후 단면적은 무시 못할 정도로 처음 단면적과 차이가 많이 난다.
그렇다면 인장응력을 구할 때 이것을 고려 해야 하는데 하중을 변화 시킬 때마다 일일이 이것을 측정한
후 다시 계산하고 실험을 해야 하는가?
► 미리 컴퓨터로 계산하는 방법도 있겠지만 이런 방법은 직접 실험한 보람을 없애는 것과 같다.
몇 번의 시행을 한 후 보간법이나 간섭법 등으로 다시 그래프를 완성 시키는 방법도 있을 것이다.
Q&A (Slide #33)
QQ. Typical Engineering stress-strain curve
201021266 손서현
►Upper yield point 와 Lower yield point 가 생기는 이유는? 또한 Lower yield point 가 Proportional limit 보다
Stess가 낮은 이유는?
A. 저탄소강에서는 특히 두 개의 항복점(상, 하)을 갖는다. 상부 항복점은 하부보다 높은 응력값을 가지며, 이후
급격하게 떨어진다. 이것은 정마찰에서 미끄럼 마찰로 변화할 때와 아주 유사하다.
인장 초기에 탄성변형에 의해 생성된 전위의 수가 임계치에 이르게 되고 소성 항복이 시작되는데, 이때 변형
(Elongation)에 필요한 응력만큼 감소하게 된다. 항복점 변형은 Discrete localized bands를 형성하는
Heterogeneous plastic deformation이며, Fillet과 같은 응력집중된 곳에서 발견되기도 한다.이러한 밴드는 인장
방향과 45° 를 이루며 Luder bands, Hartmann lines or stretcher strains 으로 불린다.
첫 밴드의 형성후에 하중은 하부 항복점까지 떨어진다. 밴드가 늘어나는 항복점 변형 (yield point elongation)동
안 항복점 gap은 비교적 편평하다. 이러한 이유로 하부 항복점이 보수적으로 “항복강도 (yield stress)”로 선택
되고 있다.
QQ. Typical Engineering Stress-Strain Curve
200721152 김완희
응력-변형률 선도에서 상항복점 하항복점이 나타나
이유가 바우싱거 효과(x) 라고 하는데 이는 무엇이며
강 내에 어떤 현상이 일어나는 건가요??
A (가답안) : 결정입계에서 슬립을 일으키며 일어나는
변형이 상항복점, 결정입내에서 뤼더스 밴드로 나
타나는 페라이트 내 슬립현상으로 변형응력이 낮
아지는 것이 하항복점
QQ. Mechanical Properties of Materials
200721133 김동찬
Q&A (Slide #33) MID-EXAM
QQQ. Stress-strain curve
2분반
200821152 김승주
관련 지식배경
► 인장실험에서 stress와 strain의 관계는 stress-strain curve 를 따라 변한다.
의문점
► 저번 1,2장에서 우리가 사용하는 기계에 들어가는 재료가 합금이나 코팅 등 여러 가지 기술에 따라서 강도를
더 크게 하는 방법에 대해 배웠다. 그 중 알루미나 코팅과 같이 두 가지의 화학적 성질이 변화지 않고 서로
응착이 되어 있는 합금에 대해서는 두 가지 물질의 성질이 모두 합금에 있는데 이 때 stress-strain curve 곡
선은 어떻게 변화 할까?
해결 가능성
► 코팅된 합금은 코팅을 한 재료가 더 강도가 높을 것이다. 물체의 강도를 강하고 무게를 가볍게 하기 위해서 코
팅된 합금을 사용하기 때문이다. 그렇다면 코팅된 합금의 stress-strain 그래프는 강도가 높은 금속에 대해
stress-strain 그래프를 따라 갈 것이라고 생각 되어지지만 두 가지 재료는 붙어있고 거기에 응력이 똑같이
가해지는데 똑같은 응력에 대해서 재료의 계수가 틀리기 때문에 안쪽의 재료(코팅이 되어진 재료)에서의 변
형율은 또 다르게 될 것 같다.
A. 매우 좋은 질문이다.
고체역학시간에서 이종접합재료의 응력과 변형율을 구하는 방법을 배울 것이다.
시험문제로 출제
σ σ1 σ2
ε ε1 ε2 t t1 t2
Q&A (Slide #33)
Q. Mechanical Properties of Materials
200721174김혁
관련 지식배경; 일반적으로 재료는 항복점 이상에서 변형되거나 파괴된다.
의문점; 형상기억합금의 경우 변형이 일어나고도 다시 원래대로 돌아오는데 그 원래는 무엇인가?
해결 가능성
형상기억합금의 경우에는 변형이 있어도 항복점 이상의 영구변형이 아니라면 높은 온도에서
다시 원래대로 돌아올수 있는 가능성이 있는것 같은데 만약 항복점 이상의 변형에서도 다시 돌아올 수 있습니
까?
A. 온도변화에 따라 그 형상을 기억하는 형상기억합금은 재료의 마르텐사이트-오스테나이트 상변태를 이용하는
것으로 그림에서 보이는 것처럼 형상기억합금이 체내에 들어가면 체온 때문에 필터의 모양으로 변형이 일어나게
되고 이를 이용해 혈액 속 찌꺼기를 걸러낼 수 있게 되어 동맥경화와 같은 혈관질환을 치료할 수 있게 되고 있다.
Q&A (Slide #33)
Q2. Effect of Temperature on Properties
200821112 고규석
관련 지식배경
► 온도가 증가함에 따라 인장강도와 항복강도는 감소하고
연성은 증가하려는 경향을 가진다. 온도와 연성과의
관계에서 온도가 증가함에 따라 연성이
증가하는 이유는 금속결합이 상대적으로 약해지고
원자간 빈공간이 많아져 자유전자의 활동이 활발해져
연성이 증가한다.
의문점
► 연성과 온도와의 관계를 공부하다가 다른요인이 연성에
영향을 미칠 수 있는지 알아보았는데 어느 정도 농도의
점결함 또한 자유전자의 이동을 유연하게 해주어
연성을 증가시킬 수 있다는 사실을 알았습니다. 또한
점결함과 연성과의 관계를 알아보다가 점결함과 같은
결함의 원리로 형상기억합금을 만들었다는 내용을
보았습니다. 결함의 어떠한 성질이 형상기억합금을
만드는데 이용했는지 알고 싶습니다.
해결 가능성
► 결함이 있으므로 해서 구조의 밀도를 상대적으로 낮추고 결함 주위에 원자간 인력이 생겨서
구조결정이 바뀌는데 용이하게 한 것이 아닐까?
A. Ni-Ti합금은 저온에서 마르텐사이트 결정구조를 가지며 이를 변형하면 되돌아가지않으나, 온도를 올리면
오스테나이트 결정구조화 되면서 형상을 회복한다. 이 상태에서 냉각을 시키면 형상 변화는 없고
마르텐사이트 결정구조로 변화한다. 결정구조와 온도의 차이를 이용한 것이다.
Q&A (Slide #34)
QQ.Typical loading & unloading curve
6분반 201021396 차금강
1. 알고있는 지식
Elastic recovery면 부재의 모든 부분이 원래 상태를 찾는다.
2. 문제점 발견
permanent deformation을 계속 반복한다면 부재는 끊임없이 늘어난
다?
3. 궁금한 것
Elastic recovery에 대한 정확한 설명
끊임없이 늘어나지 않는다면 그 이유에 대한 정확한 설명.
A. 원자구조, 결정결함 / 재료의 기하학적 불완전성, 가공경화
Q&A (Slide #36)
Q. Tensile Test
200821146 김병건
Tensile Test에 나오는 Engineering-stress와 True-stress, Engineering-strain과 True-strain의 개념?
Q.Engineering & True Stress-Strain Curves
6분반 200821126 김경태
물체에 응력을 가했을 경우 공칭응력은 단면적의 변형을 고려하지 않고 응력값을 계산하고
진응력은 감소하는 단면적을 고려하여 응력값을 계산한 값이란 것을 알았습니다.
만약 product가 복합재료이고 각 재료들의 변형률이 다를 경우
어떤 응력을 쓰는게 효과적인 것인지 알고 싶습니다. 물체의 크기에 따라서도 다르게 쓰이나요?
A. True가 정확하나 Engineering이 편리하다.
Q. Engineering & True Stress-Strain Curves
6분반 200821126 김경태
진응력과 공칭응력의 관계를 공부하던 중에 e+1이 무엇을 의미하는지요?
정말 몰라서 묻는건가요?
Q&A (slide #36)
Q. True Stress-Strain Curve
200821416 홍정원
배경지식
1.
문제의식
1.넥킹의 시작점에서 인장강도의 감소
2.넥킹이 일어나면 단면적이 좁아지고
F는 일정하므로 STRESS가 올라가지 않을까?
Q. Stress – Strain Curve
200821326 이재천
배경지식
Engineering Stress – strain curve에서는 항복점 이후 구간에서 Maximum load Breaking strength점 이후
감소하는 그래프를 보이는 반면 True Stress – Strain curve에서는 항복점 이후 구간에서 증가하는 그래프
형태를 보인다.
문제의식
Engineering Stress – strain curve와 True Stress – Strain curve가 차이가 나는 이유는 무엇이고, 실제 공학
설계에서 어떠한 그래프를 고려하여 설계를 하는지 궁금합니다.
A. 실제 면적 고려한 True가 정확함. 설계의 기준은 탄성만 다룬다면 Engineering, 소성변형을 다룬다면
True를 사용한다.
Q&A (Slide #39)
Q. 가공경화지수
200921441 홍태형
관련 지식배경
► 가공경화(Hardening) : 더 큰 소성 변형을 일으키기 위한 소요하중의 증가
의문점
► Hardening Effect
그래프가 나타내는 Large n과 Small
n 이 무엇인지 잘 모르겠습니다.
Q&A (Slide #39)
QQQ. Physical meaning of n at instability position in tension test?
200721342 정재민
•
가공경화를 할수록 그 재료의 내부 저항력이 강해진다. 따라서 n값이 크다는 것은 소재가 국부변형
(Localized deformation : Necking) 없이, 균일변형을 하는 Uniform Elongation 능력이 좋다는 것을 의미
하고 n 값은 재료의 연성에 비례함을 알수 있다.  가공성 향상
A. Geometric Softening (Text. 네킹이 발생할 때 단면감소가 변형경화에 의한 강도증가보다 커질때 불안정
한 상태가 된다)
High n-value
UTS
Low n-value
Fracture
UTS
YS
Fracture
Uniform Elongation
Stress
Stress
YS
Uniform
Elongation
Total Elongation
Strain
Strain
Q&A (Slide #49)
Q. True stress-strain
6분반 최도정
σ = Kε n , σ = Eε (Hook’s law)의 차이?
σ = Kε n
진응력과 진변형률의 관계
σ = Eε
단순인장 압축을 받는 봉에 대한 응력과 변형률 관계
두 식 다 응력 - 변형률 관계식이고,
σ = Kε n 에서 n=1이면 두 식은 같아진다.
주로 문제를 풀 때 σ = Eε 을 자주 봤는데
실제로 재료의 응력 변형률 관계 계산을 할 때는 σ = Kε n 을 사용하는지?
아니면 두 식이 쓰이는 환경이 다른 건지?
Q&A (Slide #39)
QQQ. Physical meaning of n at instability position in tension test?
200721342 정재민
Q&A (slide #39)
Q. 가공경화지수
200821310 이상민
Mechanical Properties of Materials
각종재료와 가공경화지수
순위
재료
처리방법
가공경화지수(n)
1
구리
풀림처리
0.54
(동일)재료
처리방법
가공경화지수(n)
풀림처리
0.19
냉간압연
0.08
풀림처리
0.17
냉간압연
0.14
1112
2
코발트합금
열처리
0.50
3
70-30
풀림처리
0.49
4135
4
청동(인)
풀림처리
0.46
5
304스테인리스
풀림처리
0.45
6
황동, 60-39IPb
풀림처리
0.33
7
302스테인리스
풀림처리
0.30
·
·
·
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·
궁금점
나름대로 Table을 정리하면서 풀림처리가 대체 높은 가공경화지수를 가지고 있는 성향을 볼 수 있
었습니다.
풀림처리가 어떤 공정으로 이루어지는지, 또한 풀림처리의 어떤 영향 때문에 가공경화지수가
높은지 알고 싶습니다.
Q&A (Slide #42)
Q. True stress-strain curve
200823135 서미희
옆에 그래프를 보면 진응력과 공칭응력
이 다른 것이 보이는데, 그 이유를 알고
싶습니다.
QQ. Engineering stress-strain 와 true stress-strain 관계
6분반 200821316 이승원
1.알고있는 사실
Engineering stress (공칭응력) 은 변형이 진행됨에 따라 단면적 변화를 고려하지 않고 초기면적을 이용함
True stress(진응력) 은 변형시 단면적 변화를 고려하여 구함.
공칭응력이 단면적 변화가 적거나 진응력보다 계산하기가 편리해서 많이 쓰임.
2. 문제점 발견
진응력이 더 정확한 값임에도 불구하고 계산이 편리한 값인 공칭응력을 쓰는 이유
탄성영역에서는 변화가 무시할 만큼 적다고 보더라고 소성역역에서는 그 단면적 변화를 무시하지 못할 정도임.
3. 궁금한 것
공칭응력을 쓰면 안되고 꼭 진응력을 사용 해야되는 경우는 어떤 경우가 있는가?
실제 공칭응력이나 진응력의 값 중 어떤 것이 요구되는 상황인지를 어떻게 구별할 것인가?
A. 변형을 하느냐 그렇지 않은가에 따릅니다.
Q&A (Slide #43)
Q .항복점
200724405 강인재
*알고있는 내용
금속이나 플라스틱과 같은 재료에서는 탄성영역의 직선구간을 벗어나는 점을 찾기가 쉽지 않기때문에 시험
재료의 항복강도를 알아내기 위하여 오프셋 법이 사용된다고 알고 있습니다. 금속에서는 ASTM E8에 0.2%
를, 플라스틱에서는 ASTM D638에 의해 2%가 사용된다고 알고 있습니다.
*궁금한 내용
현장에서 사용하는 금속이나 플라스틱에서 쓰는 모든 재료에도 이 offset방법을 적용하여 사용하는지 그렇지
않고 항복점이 명확한 재료에는 그 재료에 맞는 항복점을 사용하는지 궁금합니다.
A. 명확한 재료는 그 항복점을 사용합니다.
Q. 항복점
6분반 201027506 김동위
항복점이란 지점은 0.2%의 영구 변형률 발생점이라고 알고 있는데 이 점에 따른 stress의 크기를 구할 때
그래프에서와 같이 Y지점을 어떻게 구하는건가요?
A. 실험에서 선형구간과 비선형구간의 경계점으로 구한다.
Q. 항복점
200421227 박성진
► 인장시험에서 재료의 항복점이 명확한 경우
Offset을 0.2%로 잡는다
► 그렇다면 취성 재료이거나 항복점이 불분명한
연성재료의 경우, 왜 똑같이 Offset을 0.2%로
잡는것인가?
► 일반적으로 항복점이 명확한 경우를 감안하여
취성 및 연성재료의 항복점이 대충 그와
비슷하게 나타날 것이라고 예상하여 그런것이 아닐까?
A. 공업규격으로 정의하여 사용
0.1% offset, 0.2% offset
Q&A (Slide #43)
QQ. STRESS
2분반 200721122 김건우
부재가 지속적인 힘을 받으면 힘에 정비례하여 변형이 되다가 항복점을 기점으로 파괴가 일어날수도
있고, 소성변형이 일어날수도 있다고 합니다. 이 때 소성변형이 일어날 조건이 있으면 어떤것이 있는지
궁금합니다.
A. Ductility (Ductile or Brittle), Ideal curve of stress-strain curve
Q&A (Slide #44)
Q. 연성과 취성
200921439 정봉걸
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►연성은 파단이 일어나기까지 큰 변형률에 파단이 일어나는 재료, 취성은 비교적 작은 변형률에 파단이 일
어나는 재료인데 RD NDT(무연성 천이온도)는 강의 파괴모드가 연성에서 취성으로 변화하는 온도를 말합
니다.
의문점
►미국의 ASME 에서는 RD NDT를 구하는 절차는 다른 절차와 다르다고 하는데 그 절차가 무엇인지 알고
싶습니다.
해결 가능성
►여러 재료들이 합쳐져서 하나의 물체를 만드는데 그 재료들은 온도에 따라서 달라지는 것을 알 수 있습니
다. 예를 들어 비행기의 경우 날개와 꼬리 부분의 재료는 그 부분에 가해지는 온도가 다르기 때문에 다릅니
다. 일반적으로 재료에 따른 기준 온도가 있어서 그에 맞게 재료를 선택하면 되는데 무연성 온도는 어떻게
알 수 있습니까?
A. 인성(Toughness)란 외부의 충격에너지를 흡수하는 내충격성을 말한다.내충격성이 낮은 강재는 낮은 에너
지에서도 파괴되며, 파괴된 단면의 형상은 변형량이 미미하다.그러나 내충격성이 높은 강재는 높은 에너지에
서만 파괴되고, 파괴된 단면은 심하게 변형된 형상을 볼 수 있다. 이를 근거로 취성과 연성을 구분할 수 있다.
강재의 내충격성도 온도에 따라 변화하며 일반적으로 온도가 낮을수록 내충격성도 떨어진다. 특히 낮은 특정
한 온도에서는 강재의 내충격성이 급격히 떨어진다. 이렇게 강재의 연성이 취성으로 변화하는 온도를 무연성
천이온도(Nilductility Transition Temperature)라고 한다.
따라서 이는 저온에서 발생하는 현상으로 재료마다 다르며 이는 DB를 통해서 알 수 있다.
Q&A (Slide #46)
QQ. R-value in Sheet Metals
200621272 오철민
‘두께방향의 변형률 (Δt) 에 대한 폭 방향의 변형률 (Δw) 의 비, R값이 1보다 크면 재료의 성형성이 좋
은 것이다’ 라고 나와있는데 R값만 보고 성형성이 판단되지는 않을 것 같습니다. 성형성에 관계되거
나 성형성을 좋게 하는 다른 요인이 무엇이 있는지 궁금합니다.
Δw
Δt
R= Δw/Δt
materials
평균R값
normalized steel
killed steel
Copper
Zinc
Titanium
Aluminum
~1
1.4~1.8
0.6~0.7
~0.4
2.9~4.2
0.5~0.7
R-value : 두께방향의 변형률 (Δt) 에 대한 폭 방향의 변형률 (Δw) 의 비
Sheet metal forming에 매우 중요한 물성치 임.  성형성(drawing)과 관계됨
R값이 1보다 크다는 것은 인장시 두께감소에 대한 저항이 크다는 의미  성형성이 좋아짐.
-Flow stress
-Strain rate
- 성형한계도 (FLD) : 파면의 주(major) 및 부(minor) 변형률의 비를 측정하여 파단이 일어나는 한계를 도식적
으로 나타낸 것을 말함. 일반적으로 끝이 둥근 펀치에 의한 스트레칭(stretching)에 의해서 측정됨.
Q&A (Slide #47)
QQ. Earing in sheet metal forming
200721213 박종현
박판 성형 시 재료를 고정시키는 blank holder의 힘이 강할 수록 주름이 방지되나 너무 강하면 재료가 찢어
진다고 알고 있습니다. 이러한 박판 성형 시에 earing 현상이 발생 하게 되는데 이방성 특성으로 인
해 그러한 현상이 나타난다고 나와있습니다. 그런데 어떻게 이방성 으로 인하여 earing 현상이 일어나
게 되는지가 궁금합니다.
A. 드로잉된 컵의 벽끝에 파도모양으로 귀가 생기는 것은 평면이방성 ΔR에 기인한다. ΔR이 크면 귀의 높이
도 크지며 ΔR=0이면 귀가 생기지 않는다. 귀가 생기면 성형후에 잘라버려야 하므로 재료의 손실을 가져
오게되어 바람직 하지 않다. 보통 알루미늄 캔에서의 귀발생량은 캔높이의 1~2%정도이다.
딥드로잉성은 평균R값이 크고 ΔR이
작을수록 향상되지만, 평균R값이
큰 금속판재에서는 ΔR도 큰 것이
일반적이다. 금속판재의 성형성을
향상시킬 수 있는 금속조직을 개발
하려는 시도가 있는데 금속제조시
의 여러 인자와 압연시의 두께감소
율과 교차압연 등의 조절변수가 영
향을 준다고 한다.
평균R =평균이방성계수
Q&A (Slide #51)
Q. Tensile test setup
200821330 이한울
▶인장, 압축 시험기는 그 종류와 특성에 따라 대략 1kg.f~100ton.f의 다양한 최대용량을 가진다.
▶인장, 압축 실험 시에 시험기의 적정용량에
맞는 재료를 사용하여 실험하면 되겠지만,
때에 따라 오른쪽 그림의 crosshead나 platen등을
구성하는 금속의 미세한 변형이 실험결과에 영향을
미치지는 않을까?
(실험 시 보통 이 부분을 고려해서 실험을 하는가?)
또, crosshead나 platen등의 재료로는 어떤 금속을
사용할까?
A. Yes.
변위량 보정으로 로드셀의 변위량 및 시험기 전체의
강성을 자동 보정하므로 길이 정밀도 확보.
QQ. Compression test에서의 좌굴현상
200821346 전동훈
-Compression test에 대하여 찾아보던 도중 기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 경우 일정 하중을 넘어
가면 그 기둥이 휘는 좌굴 현상이 발생한다고 합니다. Compression test의 경우 그림과 같이 힘을 가하는데 좌
굴 현상의 경우 힘을 가하는 방향이 아닌 다른 방향으로 휨.
-제가 알기로는 물체는 힘을 받는 방향으로 변형이 일어난다고 알고 있는데 좌굴 현상의 경우 힘을 가하는 방
향이 아닌 다른 방향(y축으로 힘을 가했을 때 x축의 방향)으로 변형되는지 그 이유가 궁금합니다.
A. 구조물(긴 봉 또는 앏은 막판)은 압축을 받을 때, 순간적으로 무너져 내리는 현상. Buckling or collapse
발생이유; 거의 대부분 물체의 형상이나 하중의 불완전성(imperfection)에 기인한다.
좌굴하중계수(BLF:buckling load factor)는 좌굴을 일으키는 임계하중을 실제 물체에 가해지는 압축력으로 나
눈 상대적인 비율로 정의. 물체면적관성모멘트의 유효길이 제곱에 대한 상대비로 표현.
좌굴 모드; 1차 모드가 가장 쉽게(적은 힘으로) 발생할 수 있는 모드이고 2차, 3차로 갈수록 변형 형상도 복잡해
지고, 더 큰 압축력이 필요하다. 좌굴모드(변형 형상)를 통해 보강재의 위치를 결정할 수 있다.
Q&A (Slide #55)
Q. 인장과 압축의 차이
200821296 윤준영
인장과 압축을 하는데 같은 하중을 걸었을 때 같은 응력이 걸립니다. 금속의 인장실험과 압축실험을 했을 때의 차
이를 알고 싶습니다. 금속의 전위와도 관련이 있는지도 알고 싶습니다.
A. 같다. 그러나 인장후 압축 혹은 압축후 인장시 항복응력이 감소되는 Bauschinger effect가 존재.
재료공학 시간에 주조기술이 발전하면서 절삭 기술은 필요가 없어진다 하였는데 꼭 필요한 때가 있는 건지 알고 싶
습니다.
A. 주조가 가지는 근본적인 문제인 냉각시 응고수축으로 인한 치수 부정확은 절삭으로 정밀하게 제어가능.
저번 골프채 앞 부분도 골프채 모양 그대로 만들면 되는데 더 크게 만들어서 절삭을 할 필요가 있습니까? 재료의
낭비가 아닌가 생각됩니다.
A. 그렇다. 주조보다는 단조에 의해 net shaping이 가능. 골프채는 후에 절삭하지 않는다.
QQ. 인장과 압축
200721406 황선우
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► 회주절 콘크리트 같은 재료는 인장에 약하지만 압축에 강하다. 반면에 인장에는 강하고 압축에 약한 재료가
있다. 이 특성에 따라 인장 또는 압축 시험을 한다.
► 어떤한 이유로 재료가 인장에 강하게 되고, 또한 어떤 재료는 압축에 강한 것인지 알고 싶습니다.
A. 철근콘크리트; 콘크리트 인장강도 2.9Mpa, 압축강도 30Mpa / 철근 인장강도 400Mpa >>> 압축력은 콘크
리트가 인장력은 철근이 담당 >>> 구조물 설계기준 15~20Mpa
A. 압축시험시 발생하는 barreling에 의한 재료의 결함을 관찰하여 재료의 연성을 판단. 단조나 압출 등의 압축
시의 재료 거동에 대한 해석이 필요.
Q&A (slide #58)
Q. Bauschinger effect
200721132 김동재
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Bauschingure effect는 재료에 탄성계수 이상의 당기는 힘을 가한 후에, 다시 누르는 힘을 가하면, 재료는
당길 때의 탄성계수보다 낮은 압축탄성계수를 지나는 압축 변형률 - 변형력 관계 곡선을 그린다. 그런데 이
러한 그래프는 먼저 누르는 힘을 가한 뒤, 그 다음에 당기는 힘을 가해도 이러한 변형률-변형력 그래프가
나온다고 한다.
의문점
재료에 먼저 누르는 힘을 가한 뒤에,
그 다음에 당기는 힘을 가해도 이러
한 변형률-변형력 관계곡선 그래프
가 그려진다고 하는데, 그러면 먼저
누르는 힘을 가했을 때, 재료가 당기
는 힘에 necking이 생기는 것도 아
니고, fracture가 되는 것도 아닌데,
어떻게 하여 이러한 관계 곡선 그래
프가 얻어지는지가 궁금합니다.
Q&A (Slide #58)
QQQ. 바우싱거 효과(Bauschinger effect)
200745586 추영준
알고있는것:
강의자료에서는 Bauschinger effect는 한번 소성변형한 재료가, 앞서 가해진 응력방향과 반대방향의 하중
을 가하면 항복강도가 그 전보다 작아지는 현상이라고 되어있습니다.
현상에 대한 기초적 의문:
재료가 한번 소성변형을 하면 변형경화로 인해 재료는 더 단단해지고 항복강도는 더욱 커집니다. 이 이유
는 재료가 변형을 하면 전위의 밀도가 증가해서 전위의 이동이 방해가 되기 때문에 재료가 더욱 단단해 지
는 걸로 알고 있고 있습니다. 어쨌든 일차적으로 생각하면 재료는 단단해 졌으니까 반대방향의 하중도 항
복강도가 높게 나와야 할 것 같은데, 이럼에도 불구하고 왜 반대방향은 오히려 항복강도가 줄어드는지 정
확한 이유를 알고 싶습니다.
현상의 활용 방안에 대한 의문:
이러한 바우싱거 효과 (Bauschinger effect) 가 실제로 제조과정의 어떤 곳에서 활용이 되는지 알고 싶습니
다. 제가 알아본 바에 의하면 α-황동이나 놋쇠, 특히 귀금속합금(금, 은, 백금…)에서 이러한 현상이 잘 나
타난다고 되어있는데 이것이 어떤 것을 의미하며 실제로 어떻게 활용이 되는지 알고 싶습니다.
During forward plastic deformation moving dislocations interact with different obstacles (other dislocations,
grain boundaries and precipitates) preventing their further propagation. This generates a back stress around
the contact point resisting further progress of similarly signed dislocations. During the reverse deformation this
back stress repels the dislocations from the obstacles in the opposite direction, namely in the direction of
reverse strain. Thus the stress field helps to move the dislocation in the direction of reverse strain and the
reverse yield stress drops by the level of the back stress.
Bauschinger effect should be larger in a material with a higher dislocation density.
Q&A (Slide #58)
Causes of the Bauschinger effect
In an alloyed material, precipitated particles also act as interaction sites increasing the level of back stress
(Figure 1.41, b). Thus, increasing the particle volume fraction and their number density will increase the
number of interactions between dislocations and particles and hence the back stress. However, not all the
particles equally contribute to dislocation pinning. When particles are coherent with the matrix the cutting
mechanism operates.
Q&A (Slide #59)
QQ. Viscoelasticity
06분반 200821150 김성훈
점탄성이라고하는 재료의 변형율이 시간에따라 변화하는 현상이 있다고 들었습니다. 거기서 일정 응력 하
중하에서 시간과 함께 변형율이 증가하는 현상이 있고 응력완화 현상으로 점점 줄어드는 경우도 있다고 하
는데 이 두가지 현상이 충돌할 때에는 어떤 식으로 해결하는 것입니까?
> 금속과 고분자 / 온도 의존성
100
deformation(um)
80
60
SUBA400
40
SUBA800
20
SUBA600
IC1400
0
-500
0
500
1000
1500
2000
time(sec)
2500
3000
3500
4000
Q&A (Slide #68)
Torsion Stress –Strain Curve
200645566 06분반 장주오
인장시험시 몇몇 금속은 Stress-Strain Curve에서 항복점이 명확하지 않아서 항복강도를 찾기 위해
0.2%의 소성변형이 생겼을 때의 부분을 찾고 있습니다. 0.2% Offset을 시켜서 항복강도를 찾는 이 방법
이 Torsion Stress-Strain Curve에도 똑같이 적용할 수 있는지 궁금합니다.
A. Yes.
Q&A
Q. 강성 & 강도
200821141 김동영
Q. 책이나 인터넷에 ‘비강성과 비강도를 가지고 있다./강성,강도가 뛰어나
다’ 등 강성과 강도를 ‘정확&정밀’처럼 구분없이 쓰여져 있어 두 단어의 뜻을
알아보았습니다.
강성이란 ‘재료에 변형을 가할 때 재료가 그 변형에 저항하는 정도’를 뜻하고
강도란 ‘재료의 고유한 역학적 성질’을 뜻하는데 두 단어(강성&강도)가 어떤
차이가 있는지 궁금합니다.
A. 강성 (Stiffness)
B. 강도 (Strength)
Q&A (Slide #69)
Q. Hardness
200721393 하태욱
관련 지식배경
► 경도 측정 시험에는 압입경도시험, 동적경도시험, 긁기경도시험이 있다.
의문점
► 경도 측정법에는 브리넬 경도, 록크웰 경도, 비커스 경도, 쇼어 경도, 충격 경도, durometer, martens
only,
진자 경도계 등의 방법들이 있다. 경도를 측정하기 위해서 왜 이렇게 다양한 방법들이 있는가? 압입경
도시험, 동적경도시험, 굵기경도시험을 대표하는 한가지 방법들 만으로는 경도를 정확히 측정할 수 없
는 것일까?
해결 가능성
► 시편은 재질, 모양, 무게 에 따라 너무나도 다양한 것들이 존재 할 것이다. 그에 따라 대부분의 시편을 적
용 시키려고 하면 여러가지 측정법 또한 필요 할 것이다. 따라서 각각을 대표하는 한가지 방법들로만으
로, 시편의 경도를 측정한다는 것은 어려운 일이지 않을까?
Q&A (Slide #69)
Q. Hardness
200721130 김동열
경도시험방법에 몇 가지 방법들이 있는 것을 알았는데요. 그 여러 방법들의 차이점을 알고 싶습니다.
뾰족한 모양의 피라미드 형태는 구 모양보다는 경도시험 대상의 표면조건에 민감할 것 같고 마찬가지로
Vikers 와 Knoop 방법도 같은 모양이지만 서로 다른 크기로 민감함의 차이를 보이던가 그게 아니라면 어떤
다른점이 있는지에 대해 알고 싶습니다.
브리넬 > 경도가 낮거나 중간정도 재료
비커스 > 매우 단단한 강재포함 넓은 범위 다양한 재료
누프 > 시편의 크기가 매우 작거나 보석 등의 취성재료
로크웰 > ?
쇼어 >휴대 가능, 큰 물체 측정
모스 > 10등급, 활석(1)에서 다이아몬드(2)
듀로미터 > 고무나 플라스틱
Q&A (Slide #69)
Q. HARDNESS
200621137 김동휘
관련 지식배경
► 1) 인장시험 - 시험편에 인장하중을 작용시켜 절단될 때의 하중과 변형을 측정하여 응력연신율 선도를
기록하는 시험. 재료의 비례한도, 탄성한도, 항복점, 인장강도, 연신율 등을 측정.
2) 경도시험
① 브리넬 경도 - 강철구에 일정한 하중 P를 걸어서 시험편의 표면을 30초 동안 눌렀을 때의
자국의 표면적 A로 나눈 값.
② 비커스 경도 - 136°의 다이아몬드 사각뿔형의 압입자를 사용하여 시험편 표면을 눌러 생긴
피라미드 모양의 대각선을 측정하여 표로서 경도를 환산.
③ 로크웰 경도 - 120°의 다이어몬드 원추형을 사용. 10kg의 기본하중을 작용시키고 하중을
증가시켜 시험하중으로 한 후 기본하중과 시험하중으로 인하여 생긴 자국의 깊이
차로 표시. B스케일과 C스케일이 있음.
④ 쇼어 경도 - 작은 다이어몬드를 선단에 고정시킨 낙하체를 일정한 높이에서 시험편 위에
낙하시켰을 때 반발하여 올라간 높이를 이용하여 표시.
3) 충격 시험 - 시험편 노치부에 동적하중을 가하여 재료의 인성과 취성을 알아낸다.
의문점
► 여러 가지 재료의 시험들이 있고, 핸드북에 각각의 재료마다 이러한 시험들의 값들이 나와 있을 것입니다.
설계를 할 때에 이러한 핸드북의 값들을 참고하여 재료를 선택하게 되는데, 제품 제작시에 직접 사용되는 재
료는 이러한 핸드북에 있는 자료와 조금씩 다를 수도 있습니다. 설계자는 이러한 핸드북들의 자료들을 어떻
게 100% 신뢰할 수 있는지, 오차를 줄이기 위한 방법으로는 어떤 것들이 있는지 궁금합니다.
해결 가능성
► 신뢰할 수 있는 핸드북 사용, 비용이 들더라도 더 좋은 재료를 사용(trade-off), 안전률을 높게 잡는다.
Q&A (Slide #76)
Q. 재결정
200421245 박춘석
의문점
►Tm은 절대온도로 표시된 용융온도이다. 냉간가공, 열간가공, 온간가공을 구별하는 가공온도는 0.3Tm,
0.5Tm, 0.8Tm의 수치는 어떻게 해서 나온걸까? 각 온도 때마다 특이한 변화점이 있는건가?
해결 가능성
► 용융점 0.3배인 온도에서 하는 가공을 냉간 가공으로 정해버리는 것처럼 그냥 정의인 걸까?
A. 그렇다. 재졀정온도가 0.5Tm 정도이므로, 이를 기준하여 온간/냉간/열간 정의하여 구분한 것이다.
Q. Recrystallization and Manufacturing
200721342 정재민
재결정온도보다 높은 온도에서 금속을 가공하는것을 열간가공이라고 하였는데, 이때 가공이 용이한 이유
<고온에서 가공 -> 저항 낮아짐,원자들의 운동에너지 증가 -> 적은 힘으로 가공가능> 으로 알고 있습니다.
그렇다면 단단한 금속을 꼭 그것보다 단단한 공구를 이용하여 절삭하는 방법말고 단단한금속을 약하게 고온가
공하여 절삭하는 방법이 있지 않을까요?1> 고온절삭이란 방법이 있던데 온도를 올릴때 산소아세틸렌가스·아
크·고주파 를 사용하여 연화 시켜 절단한다 되어있는데, 이때 자르는 도구는 이 고온에 반응을 어떻게 하는지
궁금합니다.
가열 (Energy Beam) + 절삭, 성형…
고온경도가 높아야 한다.
Q&A (Slide #76)
Q. Recrystallization
200721242손제득
온도가 낮은 데서 가공한 금속 등을 가열하면 가공시에 가해진 비틀림이 없어지고 결정이 성장하는데, 이것도
재결정이라 한다.
의문점
냉간가공 거친 금속을 재가열했을때 비틀림이 없어지는 이유는?
그리고 금속의 결정이 성장하는 것의 물리적 의미는?
Q. 재결정
200821390 천홍권
재결정시에는 결정립 미세화 현상이 일어난다. 냉간가공으로 변형된 기계적 성질(변형 경화)이 되돌아 온다.
즉, 재료가 무르고 연하고 약하다.
금속의 강화기구중의 하나로 결정립 미세화가 있다. 그런데 재결정을 하면 결정립 미세화 현상이 일어나는
데 재료의 성질은 왜 무르고 연해질까?
해결가능성
: 재결정 온도이상의 온도에서 소성변형을 하는것을 열간가공이라 하는데 열간가공시에는 냉간가공과 달리
변형경화가 일어나지 않는다고 한다. 그렇다면 재결정후에 재료의 성질은 열간가공 때문에 그런것일까?
또, 열간가공시에는 왜 변형경화가 일어나지 않을까?
열처리
회복(recovery); 응력완화, 연성 회복, 다각형상화를 통한 부결정립계가 형성
재결정(recrystallization); 변형이 없는 등축의 입자가 새로이 형성, 한시간정도
강도와 전위밀도를 낮추고 연성을 증가. 납/주석/아연은 상
온이 재결정온도, 냉간가공도가 클수록 재결정온도 낮다.
결정립성장(grain growth); 원래 입자크기 초과, 기계적 성질에 나쁨
Q&A (Slide #78)
Q. Fatigue
200821202 문병호
1. 알고 있는 것
＊S-N 그래프에서는 응력의 크기에 따라 피로수명이 달라진다고 나와 있다.
＊금속류는 온도에 따라 강도가 달라짐.
2. 궁금한 점
＊S-N그래프는 힘에 대한 재료의 수명을 알아 볼 수 있는데 온도가 달라지면서 응력이 달라질 때는 피로 수명
을 어떻게 측정하는 지 의문입니다. 단순히 반복적인 실험에 의해서 알 수 있는 것인지 궁금합니다.
도요타 에서는 제품을 만들 때 피로 수명을 10년을 잡고 생산한다고 합니다.
예를 들어 엔진을 만들 때 피스톤이 움직이면서 생기는 힘과 엔진에서 발생하는 열이 동시에 제품에 영향을 준
다면 어떻게 계산해야 되는 것입니까?
A. 반복횟수가 아무리 많아지더라도 피로파괴를
일으키지 않는 최대응력을 내구한도 또는 피로
한도라고 한다.
강재의 경우 피로한도는 인장강도의 약 반이다.
알루미늄 합금의 경우 S-N고선이 계속 하향하
는 경향. 이와 같이 명확한 피로한도를 가지지
않는 재료는 피로한도를 어는 특정 반목횟수
에서의 응력값으로 정한다.
응력진폭은 최대응력과 최소응력의 차를 반으로 나눈 값.
정확히 계산하기 어렵다. 실험적으로 구한다.
<s-n곡선>
Q&A (Slide #79)
Q. Residual stress
200621132 김도홍
residual stress (잔류응력)은 물체가 외부의 외력없이, 상온임에 불구하고, 재료 내부에 잔존하고 있는
응력을 잔류응력이라고 한다고 하는데 잔류응력의 발생이유로는 소성가공, 주조이고 잔류응력이 일반
적으로 제품의 성질 저하를 또는 파괴의 원인이 되기도 한다고 하는데, 잔류응력은 꼭 물체의 성질에 부
정적 역할만 가지게 되는것입니까? 잔류응력이 재료의 긍정적인 요소로 이용되어지거나 또는 의도적으
로 잔류응력을 형성시키는 방법이 있는지 궁금합니다.?
A1. 발생원인; - 비균일 변형
- 가공시나 가공후의 금속상들 사이의 밀도차를 유발하는 상변화
- 물체내의 온도구배; 주물이나 용접부의 냉각, 기차바퀴의 제동, 연삭
A2. 영향; 인장잔류응력은 바람직하지 않다. > 피로수명과 파괴강도를 저하, 응력부식균열
압축잔류응력은 바람직하다. > 숏피닝, 표면압연
A3. 제거 및 완화; - 풀림처리 (Stress relief annealing)
- 소성변형의 추가
- 충분한 시간이 허용된다면 상온에서 응력이완, 약간 온도를 올려주면 시간단축
A4. 기계가공여유; 응력제거 풀림처리후에 뒤틀림 > 치수보상
Q. Residual stress
200821156 김원준
잔류응력은 재료를 열처리 및 가공에 함에 있어 물체 내부에 생기는 응력을 말하며 annealing이라는 처
리과정을 통해 잔류응력을 풀어주면 잔류응력을 완화 시킬 수 있다고 배웠습니다. annealing 말고 잔
류응력을 없앨 수 있는 처리과정은 또 무엇이 있는지 알고 싶습니다.
그리고 잔류응력을 완화시키는 것이 아니라 응용해서 이용하고 있는지도 알고 싶습니다.
Q. Residual stress
200521318 신 창 현
예습을 하다 보니, residual stresses 가 발생한다는데, 그 이유가 궁금해서 찾아 보았습니다. 이는
입자의 구조와 형상이 안정되기 전에 굳어져 버리면 residual stresses가 남아있게 된다고 나와있었습니
다. 이럴 경우 annealing 을 통해 해결이 가능하다고 하는데, 반복된 annealing을 통한 제품생산을 하다
보면 생산시간이 길어지고 비용이 증가해서 효율이 많이 떨어질 것 같은데, 더 좋은 방법이 있을까요?
Q&A (Slide #79)
QQ. 누구지?????
잔류응력이란 ?
비균일변형으로 인해 소재가 변형된 후 외력이 모두 제거된 상태에서도 소재에 남아 있는 응력
부품의 표면에 인장잔류응력이 남는 것은 일반적으로 바람직하지 않음.
응력부식균열을 발생, 소성변형이 거의 없이 파단 발생.
대부분 어닐링 작업을 하거나 소성변형을 추가시키는 방법으로 잔류응력을 재거함
궁금한점
•
•
잔류응력은 주물이나 용접부가 냉각될 때 발생가능하며 기차바퀴가 제동될때도 발생할수 있다고
알고있습니다. 이처럼 재품사용중에 발생한 잔류응력은 어떻게 예방하는지 단순히 재료교체로만
예방하는지 궁금합니다. > 열 발생 최소화
잔류응력이 발생했는지 안했는지 발견하는 방법은 어떤 원리 인지 궁금합니다.
> X ray diffraction
Q&A (Slide #79)
X ray diffraction
Q&A (Slide #79)
Q. Residual stress
200821396최욱진
관련 지식배경
►밴딩등 인장과 압축에 의해 잔류응력이 생기게 되는데 이는 어닐링등 열처리 기법을 통하여 제거할 수 있다.
의문점
►열처리등의 기법을 이용해 잔류응력을 제거할 수 있다고 했는데 그렇다면 열처리 기법 없이 자연적으로 잔
류응력이 제거 될 수는 없는 것인가? 그리고 그림(d)에서 잔류응력은 어떻게 제거 된것인가? 중립선을 기준으
로 아래 위 부분이 서로영향을 주어 잔류응력이 제거 된것인가?
해결 가능성
►인장에 의해 생긴 잔류응력을 압축응력을 이용해 상쇄 시킬 수 있지 않을까?
A. 굽힘모멘트가 제거되는 것은 (b)의 상태
에서 크기가 같고 방향이 반대인 모멘트
를 가하는 것과 같다.
따라서 그림 (c)에서 면적 oab와 oac의
중립축에 대한 모멘트가 같아야 한다.
그림(c)의 두 응력분포의 차이로 인하여
보에는 (d) 와 같은 잔류응력이 남게된다.
ad 및 oe구간에는 압축잔류응력이
do및 ef구간에서는 인장잔류응력이 남는다.
이와 같이 외력이 제거된 상태에서 남아
있는 잔류응력은 자체적으로 보의 정적
평형조건들이 만족되도록 분포한다.
잔류응력을 절삭제거하면 보의 평형이
깨어진다. > 변형
Q&A (Slide #79)
Q. HW #1에 관한 조사내용 : 잔류응력 유익하게 응용하는 사례
(6분반 - 200821230 박준범)
“ 압축잔류응력을 재료에 부가 --- 강도↑ 마찰계수 ↓ “
압축 잔류 응력을 주는 방법 : Shot Peening, Laser shot Peening, Ultra Sonic crystal Surface
Modification ….
Q1. Peening 기술은 단순히 미세한 입자로 표면을 두드려 주는 것으로 보이는데 어떤 이유로 재료의 강
도가 높아지는 것입니까?
> 가공경화
Q2. 최근 한국에서도 Ultra Sonic crystal Surface Modification이라는 기술을 개발하였다는 기사를 보
았는데, 이처럼 새로운 기술이 개발되면 어떠한 절차를 거쳐서 (특허등록, 회사와의 계약 …) 상용화
되는지 그 과정을 알고 싶습니다.
; 특허출원 > 특허공개 > 특허등록 > 실시권 확보 > 개발 > 양산
특허권 보유자로 부터 실시권 계약 구입 > 개발 > 양산
Q. Residual stress
6분반 200821190 김호섭
잔류응력을 유발시키는 원인으로는 대표적으로 굽힘모멘트가 있다는 것을 알았습니다.
이외에도 또 다른 원인으로 물체 내의 온도 구배에 의해서도 유발될 수 있는 것을 알았습니다.
Q1. 여기서 말하는 온도 구배가 급격한 온도 변화로 인하여 재료에 발생하는 잔류응력이라는 것 입니까?
예를 들면 용접이나, 고온의 열처리 같은 경우가 잔류응력의 원인이 될 수도 있습니까?
Q2. 또한 조사해보니 적당한 온도로 충분히 풀림을 하면 잔류응력을 제거할 수 있다고 하였습니다.
그 원리에 대해서도 설명해 주셨으면 좋겠습니다.
Q3. 어떤 재료가 특정 공정에 의해 생긴 잔류응력에 의해 그 재료의 성질이 변할 수도 있습니까?
Q4. 마지막으로 가열된 유리컵에 갑자기 찬물을 부었을 때 유리컵이 깨지는 현상도
잔류응력에 의한 것인지 궁금합니다. > 아닙니다.
Q&A (Slide #81)
Q. Plane stress & strain
6분반 200721190 문대휘
재료의 기계적 특성 설명 중 Plane Stress와 Plane Strain에 대한 설명이 있는데 영어를 나름 해석 해보니 의미
를 잘 모르겠습니다. 그리고 이게 어떻게 이용되는지 궁금합니다.
알고 있는것 : 기본 육면체에서 한 쌍 혹은 두 쌍의 면에서의 Plane Stress의 주응력은 응력으로부터 독립적이
다(?), 즉 항상 일정하고 크기가 변하지 않는다. Plane Strain은 0이다. 즉 변형률이 없어 모양이
변하지 않고 일정하다. 그냥 해석한 그대로 생각했습니다.
궁금한 것 : 아무래도 잘못 이해하고 있는 것 같은데 설명에서 그림과 함께 말하는 것의 의미와 이것이 어떻게
이용 될 수 있는지 알고 싶습니다.
평면응력이란 응력상태를 나타내는 육면체상의 어느 한 방향 혹은 두 방향에 대한 면들에는 응력이 작용하지
않는 상태. 에를들면 얇은 원통이 비틀리는 경우에는 반경방향으로 응력이 작용하지 않는다.
평면변형률이란 어느 한 방향에 대한 육면체의 면에는 수직 및 전단변형율 모두가 0인 응력상태. 예를들면
홈이 있는 다이 속에서 소재가 압축되는 경우에는 홈 방향에 수직한 방향은 구속되어 팽창될 수 없다.
얇은 원통이 비틀리는 경우는 벽두께의 변화가 없으므로 평면응력상태인 동시에 평면변형률 상태이다.
Plane stress
Plane strain
Q&A (Slide #82)
Q1. 항복조건
200621179 김창현
최대전단응력조건(Tresca항복조건)은 어떤 요소의 최대전단응력이 임계치에 도달할 때 항복이 생긴다는
것으로 알고 있는데, 이 조건은 모든 재료에 적용시킬수 있는 조건입니까?
Q&A (Slide #82)
Q. Effective Stress(유효응력)
200721182 2분반 김화섭
Von Mises 항복조건에서 편차응력의 2차 불변량 J2’ 를 사용하는데 바로 뒤의 장을 보면 편차응력의 2차 불
변량을 제외하고도 1차 불변량과 3차 불변량도 있습니다. 왜 다른 1차도 아니고 3차도 아닌 2차를 쓰는건가
요? 반드시 2차 불변량만 써야하는건가요? 그러면 1차,2차,3차 불변량들은 정확히는 어떤 물리적 의미를
지니는가요? 그리고 1차 불변량과 3차 불변량은 어디에 사용합니까??
Q&A
Q1. Manufacturing Process(1,2장 관련)
200714178 백승원
2011.09.11
관련 지식배경
► 단조(forging) : 고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 가압하는 기계적 방법으로 일정한
모양으로 만드는 조작.
의문점
► 단조로 금속을 가공할 경우 다른 방법으로 금속을 가공하는 것보다 비싸고 시간이 많이 든다고 알고 있
습니다. 제 생각으로 예전 대장장이들의 방법인 것 같은데 아직까지 단조가 남아있는 이유는 무엇인지
궁금합니다.
해결 가능성
► 아직까지는 핸드메이드 제품이나, 조금 더 섬세한 작업이 필요할 때 사용 할 것 같습니다.
A. Open-die forging, impression-die forging, flashless forging
•
Advantages of impression-die forging compared to machining from solid stock:
– Higher production rates
– Less waste of metal
– Greater strength
– Favorable grain orientation in the metal
•
Limitations:
– Not capable of close tolerances
– Machining often required to achieve accuracies and features needed
Q&A
Q. 열처리 _냉각
201021226 박새미
-관련 지식배경
► 재료는 고유의 성질을 가지고 있으며 물리적(밀도,마멸,전기,자기..)과 화학적성질을 바꿈으로서 재료의
성질을 보완한다.
►경화:물건이나 몸의 조직이 단단하게 굳어짐
일반경화:미세조직의 변경과 경화로 인해 재료의 전체적인 성질을 변화시키는 공정이다.
부품전체가 경화되는 경우
표면경화:소재의 표면만을 용도에 맞게 경도를 올리는 것
표면은 강하지만 내부는 원 재료의 물성이 남아있는 경우
-의문점
► 복합재료를 만들 때 표면경화라는? 방법이 있는데 표면경화 열처리방법은 유냉 , 공냉, 수냉, 노냉으로 나
뉘어서 경화처리에 이용된다고 합니다. 구체적으로 이 네가지 방법의 장단점은 무엇이 있나요?어느 방법을
쓰는 것이 가장 좋은 방법인가요?
-알아낸 사실
► 소음: 유냉 > 수냉 > 공냉
열배출 : 수냉 > 공냉 > 유냉
염수냉 > 수냉 > 유냉 > 로냉 > 공냉 //
조직 경취 > 연성 // 예) 주철의 냉각에 따른 조직 및 물성변화