금속 재료의 기본 기계적 특성

금속 재료의 물성은 일반적으로 가공 성능과 사용 성능의 두 가지 범주로 나뉩니다. 가공 성능이란 기계 부품 제조 공정 중 특정 냉간 및 열간 가공 조건에서 금속 재료가 나타내는 성능을 의미합니다. 금속 재료의 가공 성능 품질은 제조 공정 중 가공 및 성형에 대한 적합성을 결정합니다. 가공 조건이 다르기 때문에 주조 성능, 용접성, 단조성, 열처리 성능, 절삭 가공성 등 요구되는 가공 특성도 다릅니다. 사용 성능이란 기계 부품 사용 조건에서 금속 재료가 나타내는 성능을 의미하며, 기계적 특성, 물리적 특성, 화학적 특성 등을 포함합니다. 금속 재료의 사용 성능은 사용 범위와 수명을 결정합니다.

기계 제조 산업에서 일반적인 기계 부품은 상온, 상압 및 부식성이 강하지 않은 환경에서 사용되며, 사용 중 각 기계 부품은 다양한 하중을 받게 됩니다. 금속 재료가 하중을 받을 때 손상에 저항하는 능력을 기계적 성질(또는 기계적 특성)이라고 합니다. 금속 재료의 기계적 성질은 부품 설계 및 재료 선택의 주요 기준이 됩니다. 인장, 압축, 비틀림, 충격, 반복 하중 등 가해지는 하중의 종류에 따라 금속 재료에 요구되는 기계적 성질도 달라집니다. 일반적으로 사용되는 기계적 성질에는 강도, 소성, 경도, 인성, 다중 충격 저항 및 피로 한계 등이 있습니다. 각 기계적 성질에 대해서는 아래에서 자세히 설명합니다.

1. 힘

강도란 금속 재료가 정적 하중을 받을 때 손상(과도한 소성 변형 또는 파괴)에 저항하는 능력을 말합니다. 하중은 인장, 압축, 굽힘, 전단 등의 형태로 작용하기 때문에 강도는 인장 강도, 압축 강도, 굽힘 강도, 전단 강도 등으로 구분됩니다. 다양한 강도들 사이에는 일정한 관계가 있는 경우가 많습니다. 일반적으로 인장 강도가 가장 기본적인 강도 지표로 사용됩니다.

2. 가소성

소성이란 금속 재료가 하중을 받아도 파괴되지 않고 소성 변형(영구 변형)을 일으킬 수 있는 능력을 말합니다.

3.경도

경도는 금속 재료의 단단함 또는 부드러움을 나타내는 척도입니다. 현재 생산 현장에서 가장 일반적으로 사용되는 경도 측정 방법은 압입 경도법입니다. 이 방법은 특정한 기하학적 형상의 압입기를 사용하여 시험 대상 금속 표면에 일정 하중을 가해 눌러 자국을 내고, 그 자국의 정도를 측정하여 경도 값을 구하는 방식입니다.
일반적으로 사용되는 방법에는 브리넬 경도(HB), 로크웰 경도(HRA, HRB, HRC) 및 비커스 경도(HV)가 있습니다.

4. 피로

앞서 논의한 강도, 소성, 경도는 모두 정적 하중 하에서 금속의 기계적 성능을 나타내는 지표입니다. 실제로 많은 기계 부품은 반복적인 하중을 받으며 작동하고, 이러한 조건에서 부품에 피로가 발생합니다.

5. 충격 인성

매우 빠른 속도로 회전하는 기계 부품에 작용하는 하중을 충격 하중이라고 하며, 금속이 충격 하중을 견뎌내는 능력을 충격 인성이라고 합니다.