파괴 역학 (1) - 연성파괴와 취성파괴 / 파단면사진학 / 벽개파괴 /입내.계파괴

 

-연성파괴와 취성파괴

재료의 성질 중 크게 연성과 취성이 있습니다.

간단히 말해 연성은 힘주면 잘 늘어나고 취성은 부서지는 성질입니다.

연성의 경우 소성변형이 상당히 일어난 후에 파괴가 일어나 이 과정중에 많은 에너지를 흡수하고

취성은 소성변형이 거의 일어나지 않고 파괴가 일어나므로 흡수에너지의 양이 매우 적습니다.

따라서 연성 재료의 인성이 크므로 연성파괴가 일어나는데 더 많은 에너지를 요구합니다.

전단면을 기준으로 살펴보면

연성 취성 전단면

그림을 보면 가장 왼쪽이 소성변형이 크고 중간이 그다음, 가장 오른쪽은 소성변형이 거의 없습니다.

따라서 큰 연성 / 중간 연성 / 취성 으로 볼 수가 있죠.

이때 소성변형이 큰 것은 균열이 천천히 진전 되었으므로 안정된 균열이고

취성재료의 경우 균열이 매우 빠르게 진전되었으므로 불안정한 균열이라고 합니다.

 

연성재료의 소성 변형후 파괴가 일어나기까지를 그림으로 살펴보면

연성파괴

이렇게 응력이 가해진후 미세공극이 늘어나 합쳐져 결국 파단이 일어나게 됩니다.

연성재료의 파단면을 보면 파단이 일어난 부분의 단면적이 작아 네킹이 일어났음을 알 수 있습니다.

 

- 파단면 사진학

이러한 파단면을 SEM(주사전자현미경) 등으로 관측하는 것을 파단면 사진학이라고 하는데,

연성파괴에서 인장하중으로 파단이 일어난 경우 섬유질에 수많은 구형의 딤플을 확인할 수 있고

전단하중으로 파단이 일어날 경우 구형이 아니라 C자 혹은 한쪽으로 늘어난 딤플을 확인할 수 있습니다.

위에서 말했듯, 이 균열은 균열 전파속도가 비교적 느린 안정된 균열입니다.

취성파괴의 파단면을 관측해보면

소성흔적이 없습니다. 균열이 굉장히 빠르게 진전되었고, 균열 진행방향은 작용 인장응력 방향에 거의 수직합니다.

파단면이 변형없이 편평하고 갈매기 모양(v)으로 파단이 일어나 있습니다.

또한, 이 균열은 균열 전파속도가 빠른 불안정한 균열입니다.

또한 대부분의 취성재료는 결정립 내의 어떤 특정면을 따라 원자간의 결합이 연속적으로 끊어지며 진행하는 

벽개파괴, 입내파괴가 일어납니다. 그런데 일부 합금에서는 입계가 취약한 경우 입계를 따라 파괴가 일어나며

이를 입계파괴 라고 합니다.

이를 그림으로 살펴보면

입내파괴와 입계파괴

이러한 모습을 띄게 됩니다.