기계 금속 재료의 소성 변형과 연성 파괴 및 소성 가공과 트라이볼로지

기계 금속 재료의 소성 변형과 연성 파괴

소성 변형의 진행과 연성 파괴의 원리, 그리고 트라이볼로지의 역할

소성 변형과 연성 파괴란?

금속 재료의 소성 변형과 연성 파괴는 공업 및 제조 공정에서 매우 중요한 현상입니다. 연성 파괴는 소성 변형이 진행되면서 금속 내부의 비금속 개재물이나 석출물 주변에 전위(dislocation)가 집적되어 발생합니다. 이 과정에서 국부적인 응력 집중이 일어나고, 개재물의 파괴 또는 모금속의 박리로 인해 미소공(미세한 구멍)이 형성됩니다.

소성 변형이 계속 진행되면 이러한 미소공은 점차 성장하여 공극(void) 또는 균열(crack)로 발전하며, 최종적으로 이들이 연결되어 거시적인 파괴로 이어집니다. 특히 금속의 구조적 특성, 즉 제 2상 입자의 양과 형상은 연성 파괴의 진행에 큰 영향을 미칩니다.

연성 파괴의 중요성

연성 파괴는 고강도와 내압성이 요구되는 부품 제작에 있어 매우 중요한 고려 요소입니다. 자동차 부품이나 고속 회전 부품처럼 높은 기계적 성질이 요구되는 경우, 연성 파괴를 방지하고 소성 변형을 효과적으로 관리하는 것이 필수적입니다. 이를 위해 재료의 변형 저항과 응력 집중을 최소화하는 공정 설계가 필요합니다.

소성 가공과 트라이볼로지

소성 가공에서 금속 재료의 변형, 마찰, 마모를 효과적으로 관리하기 위해 트라이볼로지(Tribology)의 원리가 적용됩니다. 트라이볼로지는 마찰, 마모, 윤활 현상을 연구하는 학문으로, 금속 표면의 미세 구조와 이를 제어하기 위한 윤활제의 역할이 중요합니다.

소성 가공 중 발생하는 마찰력은 금속 간의 응착 마모나 눌러붙음(galling)을 유발할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 윤활제를 활용하여 금속 간 결합을 줄입니다. 소성 가공에서 많이 발생하는 혼합윤활(mixed lubrication) 상태는 유체윤활(fluid lubrication)과 경계윤활(boundary lubrication)이 혼합된 상태로, 윤활제를 통해 마찰력을 줄이고 가공 품질을 높일 수 있습니다.

윤활제의 역할

윤활제는 소성 가공 중 공구와 금속 재료 사이의 마찰 면에서 마모와 응착을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 쐐기효과나 수축효과를 통해 윤활제가 마찰 면으로 끌려 들어가 금속 표면 간 직접 접촉을 막음으로써, 마찰력을 줄이고 제품의 품질을 향상시킵니다.

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