가단성과 연성의 차이점

 

가단성과 연성의 차이점에 대한 내용을 정리하여 포스팅하였습니다.

가단성과 연성은 금속 제조 관련 분야의 재료 선택에 있어서 중요한 부분을 차지합니다. 이러한 재질(금속)의 특징은 금속이 갖고 있는 입자의 구조 상태에서 소성 변형을 유지하는 능력과 밀접한 관련성을 갖고 있습니다. 

가단성이 높은 재료는 대표적으로 금, 연성이 높은 재료는 백금을 예로 들 수 있습니다. 

A. 가단성이란? 

가단성이란 금속을 포함한 재료가 갖고 있는 압축 응력을 받을 수 있는 능력으로 정의합니다. 플라스틱과 같은 재료도 가단성이 있지만 금속에 비해 그 능력이 떨어집니다. 

 

아래 그림에서 처럼 금속에 압축력을 가하여 모양을 형성하는 것처럼 단조, 압연, 압입과 같은 금속의 성형공정에 있어 필요한 재질의 특성입니다. 대표적 가단성 물질인 금은 아주 얇게 압축을 가하여 호일처럼 만들어 낼 수 있습니다. 

 

가단성이 높은 물질의 특징은 압축 응력이 작용했을 때 물질이 갖고 있는 결정 구조가 새로운 위치로 이동하지만 금속 원자간의 결합이 끊어지지 않는다는 특징이 있습니다. (*금의 경우 0.0025mm 까지 압축력을 가하여 소재를 재구성할 수 있습니다)

B. 연성이란?

연성이란 금속을 포함한 물질의 외력(인장응력)이 발생하였을 때 재료가 파괴되지 않고 소성 변형을 일으키는 정도로 정의합니다. 

철사와 같은 와이어를 생산할 때 끝부분을 잡아당길 때 늘어나는 것으로도 설명하며 금속의 기계적 성질을 대표하는 특성 중의 하나입니다. 

인장 테스트를 통해 재질의 파괴 시까지 힘을 측정하여 이를 정량화 할 수 있습니다. 금과 은은 연성이 높은 재료이지만 원자재의 비용이 많이 들기 때문에 귀금속과 같은 특수 분야 외 일반적으로 사용하는 경우가 많지 않고 이를 대체하기 위해 연성이 높은 재료로 알루미늄과 구리를 적용하는 경우가 많습니다. 

와이어 인발 공정과 같이 재료의 표면은 구부러지지 않은 상태로 인장 상태를 유지해야 하는 제품의 재질 선정에 있어 중요한 재료의 특성입니다.

 

 

C. 가단성과 연성의 차이점

 

가단성은 소재에 압축 응력이 작용할 때 재질의 파괴 없이 소성 변형이 가능한 정도이며 연성은 인장 응력이 작용할 때 재질의 파괴 없이 소성 변형이 가능한 정도입니다. 이러한 특징은 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

 

l  가단성 : 손상없이 압축응력에 견디는 재료의 정도로 외력의 발생으로 인한 부분응력을 재 분배하고 변형을 겪으면서 소성 변형을 일으키는 것. [관련 공정: 단조, 압연, 압입]

 

l  연성 : 손상없이 인장응력에 견디고 신축하는 재료의 특성 [관련 공정 : 압출]

대부분의 재질은 가단성과 연성을 함께 갖고 있습니다. 다만 재질에 따라 차이가 있습니다. 금과 은 은 가단성과 연성 모두 높은 재질입니다.

 

가단성과 연성은 금속의 재질 특성을 대표하는 요소이면서 관련성이 깊지만 일치한다 할 수 없습니다. 인발과 단조 공정으로 설명할 수 있는 이러한 특징은 재질의 입자의 재구성을 통한 소성 변형시 단일방향과 다중방향으로 방향성을 갖고 있다고 할 수 있습니다. 

 

납과 같은 가단성만 갖고 있는 물질은 연성이 낮기 때문에 단일 방향으로 지속적으로 구부렸을 때 구부러진 후 파손된다는 것을 알 수 있습니다. 왜냐면 납이 갖고 있는 원자의 특성이 결합력이 낮기 때문입니다. 

 

반면에 금과 은은 가단성과 연성이 높은 물질로 결합력이 높기 때문에 얇은 인발 공정과 호일과 같은 형태로 재질을 가공할 수 있습니다. 

 

가단성과 연성이 높은 재질의 순위

순위	가단성이 높은 재료	연성이 높은 재료
1	금	금
2	은	은
3	알루미늄	백금
4	구리	철
5	주석	니켈
6	리드	구리
7	아연	알루미늄
8	철	텅스텐
9	납	아연
10	-	주석

   ** 납은 가단성 특징만 갖고 있습니다. 

내용정리

 

 연성은 재료가 인장응력에 대해 늘어나는 성질과 동시에 단일 방향성을 갖고 있으며 가단성은 재료의 압축응력에 대해 소성변형을 이르킴과 동시에 다중방향성을 갖고 있다는 점을 기억해야 겠습니다. 

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