금속재료의 파손

I. 금속재료의 파괴 정의 및 분류

금속 재료의 고장은 다양한 요인으로 인해 금속 재료가 설계 기능이나 성능 요구 사항을 계속 충족할 수 없는 사용 과정을 말합니다. 이러한 고장은 재료의 물리적 특성 저하, 화학적 부식, 기계적 손상 등 다양한 이유로 인해 발생할 수 있습니다.

골절: 재료 변형의 크기에 따라 파괴는 연성 파괴와 취성 파괴로 더 나눌 수 있습니다. 연성 파괴는 취성 파괴가 발생하기 전에 상당한 변형 과정을 거치며, 갑자기 발생하는 경향이 있으며, 명확한 변형량이 없으므로 더 큰 파괴력을 유발합니다. 일반적인 파괴 유형에는 피로 파괴와 정적 하중 파괴가 포함되며, 피로 파괴는 장기간의 응력 순환 작업 하에서 재료가 파괴되는 반면 정적 하중 파괴는 정적 하중 하에서 발생합니다.

마멸:마모는 주물이 고속, 진동, 과부하 및 기타 작동 조건에서 발생하며, 기계적 표면 사이의 작업으로 인해 서로 마찰되어 재료 마모가 발생하고 재료가 파손됩니다. 마모는 연마 마모, 접착 마모, 피로 마모, 부식 마모 또는 미세 운동 마모와 같은 다양한 유형으로 나눌 수 있습니다. 기계에서 연마 마모는 가장 일반적인 마모 형태 중 하나입니다.

부식:부식은 금속 재료가 주변 매질과 접촉하여 재료 특성이 감소하거나 파괴되는 화학적 또는 전기화학적 반응입니다. 부식은 총 부식과 국소 부식으로 나눌 수 있으며, 그 중 국소 부식이 더 일반적이며 응력 부식, 기공 부식, 입계 부식 및 기타 여러 유형이 있습니다.

금속 재료의 고장은 제품의 효과를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 인적 안전에 위협이 될 수도 있습니다. 따라서 금속 재료의 고장 분석은 매우 중요하며, 고장 원인을 파악하고 제품의 품질과 경쟁력을 개선하기 위한 효과적인 솔루션을 제안할 수 있습니다.

II. 금속재료의 고장원인

1. 재료 내부 결함

수축 및 풀림

정의: 수축은 주괴 또는 주조 심장부에서 부피 수축으로 인해 응축 과정에서 금속이 튜브형(또는 플레어형) 또는 산발형 구멍이 형성되는 것입니다. 느슨한 것은 급속 냉각 조건에서 큰 수축 구멍을 피하기 위해 발생하지만, 액체 금속과 고체 금속 사이의 부피 차이는 여전히 금속에 분포된 많은 작은 수축 구멍으로 이어집니다.

영향: 재료의 기계적 성질을 현저히 감소시키고, 피로로 인한 파손의 원인이 될 수 있으며, 재료의 내식성에 영향을 미칩니다.

분리

정의: 주조물 내의 불균일한 화학 조성 현상으로, 미시적 분리(예: 결정내 분리)와 거시적 분리(예: 밀도 분리)로 구분됩니다.

영향: 주조물의 성능이 고르지 않게 되고, 심각한 경우 폐기물이 발생합니다.

포함

정의: 매트릭스와 명확한 인터페이스가 있는 금속 또는 비금속 재료. 특성에 따라 금속 내포물과 비금속 내포물로 나눌 수 있습니다.

영향: 재료의 기계적 특성에 영향을 미치고 균열 위험을 증가시킵니다.

거품

정의: 용융 상태의 금속은 많은 양의 가스를 용해할 수 있으며, 응축 과정에서 용해도가 감소하고 금속 내부에서 가스가 방출되면서 가스 거품이 형성됩니다.

영향: 금속 주조의 유효 단면적을 감소시키고, 재료의 강도를 떨어뜨리며 균열이 발생할 수 있습니다.

설계 결함

불합리한 구조 설계: 하중 지지 부분에 응력 집중 영역이 존재하고, 적절하게 설계하지 않아 파손이 발생하는 경우.