[소성과 탄성의 차이] 탄소강(Fe3C)의 소성과 탄성 성질

탄성이란?

탄성(彈性)은 힘을 가하면 형태가 바뀌지만 힘을 빼면 원래대로 돌아오는 성질을 말합니다. 영어로는 elasticity라고 하며, 어원을 따져 보면 그리스어의 “돌아오다”라는 뜻이 됩니다.

탄성을 가진 물체를 탄성체라 하고, 그 대표적인 탄성체는 강철입니다. 탄성체는 힘의 작용으로 변형하였을 때, 그 힘을 제거하면 다시 본래의 모양으로 되돌아가는 성질을 가집니다.

탄성은 물체가 외력을 받으면 변형하고 외력을 제거하면 원형으로 복귀하는 성질입니다. 이때 발생하는 힘을 탄성력이라고 합니다.

소성이란?

소성(塑性)은 물체가 외력을 받으면 변형하고 외력을 제거해도 원형으로 복귀하지 않고 변형이 남아 있는 성질을 말합니다. 소성은 힘을 가하여 변형시킬 때, 영구 변형을 일으키는 물질의 특성을 가리키기도 합니다.

소성은 연성과 전성이 있습니다. 점토를 손으로 만지면 그 모양이 변하여, 손을 치워도 변형된 채로 남는 것이 소성입니다.

소성은 금속을 비롯한 고체가 일정한 힘에 의해 변형되면 원래대로 돌아가지 않는 성질을 이용한 가공 방법입니다. 소성 가공은 주로 자동차 부품 등 강 재료의 가공에 이용됩니다.

가소성(plasticity)이란 물체에 충분히 큰 힘이 가해졌을 때 물체의 모양이 영구적으로 바뀌는 성질입니다.

소성과 탄성의 차이

탄성은 외부 자극이 제거되면 물체를 원래 형상으로 복원시키려는 성질입니다. 반면, 소성은 외부의 자극이 제거되어도 변형을 그대로 유지하려는 성질입니다.

탄성변형은 가역적이고, 소성변형은 비가역적입니다. 탄성변형은 물체에 가해진 하중이 제거될 때, 변형이 가해진 양이 원래의 형태로 복구되는 것입니다. 하지만, 소성변형은 물체에 가해진 하중이 제거되어도 원래의 형태로 복구되지 않고, 변형을 유지하는 상태입니다.

탄성은 힘을 가했다가 제거했을 때 원래의 모양과 크기로 되돌아오는 성질을 말합니다. 용수철이 대표적인 예입니다. 소성은 곡선으로 나타납니다.

금속 재료는 탄성과 소성을 동시에 지니고 있습니다. 즉, 어느 한도까지의 변형에서는 탄성을 나타내지만, 그 한도를 지나면 소성을 나타내어 영구 변형하게 됩니다.

탄소강(Fe3C)의 소성 성질

탄소강의 소성은 강도, 경도, 인성을 증가시키고 고온에서 결정입자의 성장을 방해합니다. 또한 소성을 증가시키고 주조성을 좋게하며 담금질 효과를 크게합니다.

탄소강의 소성가공은 예비압연, 열간가공, 냉간가공이 있습니다.

탄소강은 탄소함량이 0.05~2.1%인 철을 말합니다. 탄소함량이 0.02~1.7%인 것 외에는 실용적으로 쓰이고 있지는 않습니다.

탄소강의 소성변형을 크리프라고 합니다. 탄소강은 소성변형을 위해 많은 압축이 필요하며, 열처리는 가능하나 기계와 용접이 어렵습니다. 기계적으로 절단하기 전에 담금질이 필요합니다.

탄소강(Fe3C)의 탄성 성질

탄소강의 탄성 계수는 실온(25℃)에서 190~210GPa입니다. 탄소강의 탄성율은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

탄소강의 기계적 성질은 탄소 함유량, 열처리, 기계 가공의 차이 등에 따라 상당히 변화합니다. 탄소가 많을수록 인장가도와 경도는 증가하지만, 연신율과 충격값은 감소합니다. 탄소강의 세로 탄성 계수, 가로 탄성 계수, 푸아송 비는 탄소 함유량에 거의 관계없이 일정합니다.

적절한 열처리 또는 냉간 인발 경화 후 고 탄소강은 강도와 ​​경도가 높고 탄성 한계와 피로 한계가 높아집니다.

마무리

오늘은 소성과 탄성 및 탄소강(Fe3C)에서의 소성과 탄성 성질에 대해 알아보았습니다.

결론적으로, 탄소강의 소성과 탄성은 탄소의 함량에 크게 영향을 받습니다. 탄소의 함량이 적당한 수준에서 유지될 때 강철의 소성과 탄성은 최적화될 수 있습니다. 이는 강철이 다양한 산업에서 널리 사용될 수 있는 이유 중 하나입니다.

[탄성계수] Elastic Modulus 에 대해 알아보자