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재료공학117

금속의 집합조직(texture of metals) 금속의 집합조직 (texture of metals)은 다결정체에 대해서 결정립의 방위분포가 랜덤하지 않고, 우선방위 (preferred orientation)을 가지는 상태, 즉 재료 내 결정 또는 결정성의 우선적인 결정학적 방향을 의미한다. 인발이나 압연 등의 소성가공이나 재결정에 의해 생성될 수 있다. 압연집합조직: rolling texture 재결정집합조직: recrystallization texture 변형집합조직: deformation texture 집합조직의 표기법 압연재와 같이 2개의 축에 따라 preferred orientation이 발달하는 경우, 예를 들어, 압연면과 압연방향의 결정방위를 각각 {h k l}와 같이 표기한다. 선재와 같이 1개의 축을 따라 preferred orienta.. 2021. 7. 11.
결정의 슬립변형 (slip deformation) 금속재료는 무기재료(세라믹)과 달리, 일반적으로 소성 변형 (plastic deformation)이 일어나기 쉽다. 즉, 힘을 가하면 형태를 바꾸는 것이 가능하다. 하지만, 형태가 변하지만, 재료의 전체 체적은 일정하게 유지하게 된다. 그래서, 단축 인장응력을 가해서 소성 변형을 일으킨 경우, 재료는 거시적으로 잡아당긴 방향으로 늘어나게 되므로, 이 방향과 수직인 방향에 대해 수축이 일어난다. 하지만, 단결정이든 다결정이든 상관없이 각각의 결정립의 내부에서는 소성 변형은 슬립 변형 (slip deformation)의 조합에 의해 일어난다. 슬립 변형은 결정구조에 따라 특정한 결정면을 슬립면 (slip plane)으로 하고, 슬립면 위의 특정한 결정 방향을 슬립 방향 (slip direction)으로 하는.. 2021. 7. 11.
원자 공공과 확산 점결함의 역할 중에서 상당히 중요한 부분은 확산(diffusion)에 있다. 확산은 많은 원자의 이동에 의해 일어나게 되는데, 근처에 원자 공공이 있으면, 원자는 1개의 격자점에서 부터 다른 격자점에 이동하는 것이 가능하게 되고, 그림의 (a)→(b)→(c)와 같이 된다. 이 그림의 경우, 원자는 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하지만, 공공의 관점에서 본다면 오른쪽에서 왼쪽으로 공공이 이동하는 것이 된다. 이와 같이 공공을 통해서 확산이 일어나는 기구를 vacancy mechanism이라고 한다. 여기에서 그림은 동종 원자의 self diffusion에 대한 경우를 가르키지만, 치환형 원자의 확산이나 합금원자의 상호확산 (interdiffusion)에 대해서도 vacancy mechanism에 의해 확산이 일어.. 2021. 7. 11.
점결함(공공)의 열평형농도 점결함은 열역학적으로 안정하게 존재한다. 그렇다면, 결정 중에는 어느 정도의 양의 점결함이 존재하는 것일까? 불순물 원자의 경우는 이종원자가 추가된 합금이 되는 것에 의해 결정 중에 많이 존재하게 할 수 있을 수도 있다. 이러한 경우는 불순물 원자라기 보다는 고용체 (solid solution)원자 또는 용질(solute)로 불리게 된다. 이러한 원자의 농도는 합금 조성에 의해 표현된다. 한편, 원자 공공 (vacancy)이나 동종의 원자의 격자간 원자의 경우에는 온도나 압력에 따라 결정되는 열평형농도라는 것이 있다. 완전 결정 중에 공공을 1개 도입하기 위해서는 가상적으로 완전 결정 내부의 원자 1개를 표면까지 꺼내야 한다. 이를 위해서는 외부에서 부터 일이 필요하게 되고, 이러한 일은 열역학적으로 결.. 2021. 7. 11.
고체 내 확산 경로 / Diffusion Paths in solid 일반적으로 고체에서의 확산 경로(diffusion path)는 크게 surface diffusion, boundary diffusion, volume (lattice) diffusion으로 구분한다. 같은 고체 내의 확산 속도는 surface, boundary, volume diffusion의 순서가 된다. High Diffusivity Paths (재료 내에 확산 속도가 빠른 경로) Grain boundary diffusion Dislocation & grain size effects Diffusion along moving boundaries Surface diffusion and shape change Surface diffusion data and mechanisms In solids, atoms.. 2021. 7. 11.
금속재료의 기계적 시험방법 금속의 기계적 시험은 다양한 하중 조건에서 금속의 기계적 특성에 대한 정보를 제공하는 재료 과학 및 공학의 중요한 측면입니다. 금속에 대해 수행할 수 있는 여러 유형의 기계적 테스트가 있으며, 각각 특정한 기계적 특성을 측정하도록 설계되었습니다. 인장 시험 (Tensile test): 잡아당겨지는 금속의 저항을 측정합니다. 금속 표본을 시험기에 놓고 파단될 때까지 점차적으로 잡아 당겨 강도 측정을 합니다. 인장 시험을 통해 금속의 최대 인장 강도, 항복 강도 및 연신율에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 압축 테스트 (Compression test): 금속의 압축되는 저항을 측정합니다. 시편을 시험기에 넣고 압축하여 시편을 파괴하고, 금속의 압축 강도에 대한 정보를 얻습니다. 굽힘 테스트 (Bending .. 2021. 7. 7.
격자 결함 (Lattice defect) 격자 결함과 전위 일반적으로 재료의 역학적 성질 또는 기계적 성질은 재료의 거시적, 미시적인 구조와 조직에 크게 의존한다. 기계공학이나 건축, 토목공학에서는 재료의 강도가 어느 정도인지에 대한 관심에서부터 시작하는 경우가 많지만, 재료공학에서는 무엇이 강도를 결정하는 것인지에 대한 궁금증에서 부터 시작한다고 볼 수 있다. 금속재료의 대부분은 원자가 3차원적으로 규칙적으로 배열된 결정의 형태로 존재한다. 이러한 재료의 역학적 성질을 이해하기 위해서는 격자 결함, 특히 전위에 대한 지식이 중요하다. 여러가지 격자결함 금속재료와 무기재료의 대부분은 구성원자가 3차원적으로 규칙적인 배열을 하고 있는 결정을 이루고 있다. 원자 배열의 규칙성이 완전한 이상적인 결정을 완전결정 (perfect crystal)이라고 .. 2021. 7. 5.
전위와 소성변형 전위 주변에 존재하는 금속이나 합금은 결정질 상태이다. 결정의 소성변형(plastic deformation)을 미시적 관점에서 보면, 결정학적인 면에 따라 특정의 방향으로 원자가 이동하는 것으로 볼 수 있다. 이러한 면을 슬립면(slip plane), 방향을 슬립방향(slip direction)이라고 한다. 일반적으로 금속의 결정내부에는 원자가 원자의 배열 선상에서 벗어난 영역이 존재하고, 이러한 선결함(line defect)을 전위(dislocation)이라고 부른다. 결정의 소성변형은 전위가 있는 특정의 슬립면에 대해 특정의 슬립방향으로 이동하는 전단변형(shear deformation)으로 이해할수 있다. 전위의 구조와 이동에 대해서 이해가 필요하다. 그림 1은 단순 입방정에 존재하는 edge di.. 2021. 7. 4.
금속 응고와 미세조직 금속의 특성을 이해하기 위해서는 금속조직에 대한 이해가 필요하다. 금속의 미세조직을 관찰하기 위해서는 금속시편의 절단면을 연마한 후 조직을 볼 수 있도록 적절한 화학부식을 시킨후 조직을 관찰한다. 소성변형 등의 가공 형태에 따라 조직의 결정립 크기는 달라진다. 일반적으로 주조조직의 경우 결정립이 크다. 냉간가공된 조직의 결정립은 길이 방향으로 연신되어 있고 풀정처리에 의해 새로운 결정립이 형성한다. 격자의 형성 금속을 가열하면 용융온도 이상에서 원자배열이 무질서 해지면서 결정상태를 잃고 액체가 된다. 이 용액을 응고온도까지 냉각시키면 원자는 다시 규칙적인 결정격자의 자리를 찾아간다. 이렇게 해서 금속은 하나하나의 격자를 형성하고 이들 입방체로 정렬된 원자들은 좌우상하로 쌓이게 된다. 가열 및 냉각곡선 모.. 2021. 6. 27.

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