학문
재료의 연성과 취성이 서로 다른 이유는?
재료에 힘을 가했을 때 어떤 재료는 크게 변형된 뒤 파괴되고 어떤 재료는 거의 변형되지 않은 상태에서 파괴되기도 합니다.
이러한 차이는 재료의 어떤 특성과 관련되어 있나요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
재료가 파괴되기까지 유연하게 늘어나는 연성과 거의 변형 없이 부서지는 취성의 차이는 재료 내부의 결함 이동 능력과 결합 방식에서 결정됩니다. 금속처럼 연성이 큰 재료는 원자 배열 내 전위라는 결함이 원자 슬립 면을 따라 쉽게 이동하면서 에너지를 변형으로 흡수합니다 반면 결정 결합력이 강하거나 원자 이동이 제한된 취성 재료는 외력이 가해질 때 전위 이동 대신 원자 간 결합이 직접 끊어집니다 따라서 균열 내부로 응력이 집중되면 미세 균열이 빠르게 전파되어 큰 변형 없이 순간적으로 파괴됩니다
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
재료의 연성과 취성의 차이는 원자의 결합 방식과 결정구조, 그리고 전위가 얼마나 쉽게 움직일 수 있는지에 따라 달라집니다.
연성이 큰 금속은 힘을 받으면 전위가 이동하면서 내부 구조가 조금씩 변형되어 파괴되기 전까지 많은 변형을 견딜 수 있습니다. 반대로 세람기이나 유리처럼 취성이 큰 재료들은 전위의 이동이 어렵고, 균열이 쉽게 퍼져 큰 변형 없이 갑자기 파괴게 되기도 합니다.
결정립의 크기나 불순물, 열처리 상태도 전위의 이동이나 균열 전파에 영향을 주기 때문에 연성과 취성을 바꿀 수 있고, 또 같은 재료라도 낮은 온도나 매우 빠른 충격을 받으면 평소보다 더 취성적으로 파괴되는 경우가 있습니다.
따라서 재료가 힘을 받았을 때 내부에서 얼마나 쉽게 변형을 받아줄 수 있는지가 연성과 취성을 결정하는 핵심이라고 보시면 되겠습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
연성과 취성은 힘을 받았을 때 원자층이 미끄러지며 변형될 수 있느냐로 나뉘어요. 결정 안에는 원자 배열이 어긋난 선인 전위가 있어요. 이 전위가 움직이면 원자면이 한 칸씩 미끄러지면서 모양이 바뀌어요. 미끄러짐이 쉬우면 크게 늘어난 뒤 끊어지고, 어려우면 거의 변형 없이 깨져요.
금속은 자유전자가 원자들을 고르게 붙잡고 있어서 결합에 방향성이 없어요. 원자면이 미끄러져도 결합이 곧바로 다시 이어지니 전위가 잘 움직여요. 구리나 알루미늄처럼 미끄러질 수 있는 면이 많은 구조는 특히 잘 늘어나요.
세라믹은 이온결합이나 공유결합이라 사정이 달라요. 이온 결정은 한 칸만 미끄러져도 같은 전하끼리 마주쳐서 강하게 밀어내요. 공유결합은 정해진 방향으로만 이어져 있어서 비틀리면 그냥 끊어져요. 변형으로 힘을 흩어낼 수 없으니 작은 기공이나 미세 균열 끝에 응력이 몰리고, 균열이 한 번에 퍼져요.
온도도 영향을 줘요. 일부 강철은 상온에서 잘 늘어나지만 아주 차가워지면 전위가 잘 움직이지 못해 유리처럼 깨져요. 이를 연성-취성 천이라고 해요. 타이타닉호의 선체 강판도 차가운 북대서양에서 이렇게 깨지기 쉬운 상태였어요 :)