금오공대 신소재 재료과학 기말고사 내용정리

문서 내 토픽

1. 금속제조공정

금속은 대부분 용융된 상태에서 처음 제조된다. 냉간압연은 재결정 온도 이하에서 실행되며, 요구되는 합금 원소가 첨가된다. 가공경화가 일어나며, 큰 주괴로 주조된 후 열간압연된 판을 냉간압연한 후 어닐링한다. 압출은 압력을 받은 금속이 금형의 구멍을 통해 밀려나오는 공정이며, 대부분 구리나 알루미늄은 관(튜브)으로 생산된다. 단조는 고온의 금속을 원하는 모양으로 프레스나 해머로 가공하는 공정이다.
2. 소성변형

소성변형에서는 영구변형이 일어나며, 응력과 변형률의 관계는 탄성변형과 소성변형으로 구분된다. 탄성변형은 가해진 응력이 제거되면 원래의 치수로 되돌아오는 변형이며, 소성변형은 원래의 치수로 되돌아올 수 없는 영구적인 변형이다. 프아송비는 하중축 수직방향 변형률과 하중축 길이방향 변형률의 비로 정의된다.
3. 경화 및 슬립기구

경화는 재료의 소성변형에 대한 저항을 증가시키는 것으로, 슬립은 전위의 이동으로 발생한다. 슬립은 조밀충진면에서 발생하며, 임계분해전단응력이 슬립을 일으키는데 필요한 응력이다. 결정립계는 전위의 이동을 방해하여 금속을 강화시킨다.
4. 소성변형의 영향

냉간가공된 금속은 취성을 갖게 되며, 열처리를 통해 회복과 재결정이 일어나 연성이 증가한다. 회복은 내부 잔류응력을 감소시키고, 재결정은 새로운 결정립이 생성되어 조직이 변화한다. 합금원소 첨가는 강도를 증가시키지만 연성을 감소시킨다.
5. 금속의 파괴

금속의 파괴는 연성파괴와 취성파괴로 구분된다. 연성파괴는 큰 소성변형과 느린 균열전파로 특징지어지며, 취성파괴는 소성변형 없이 균열이 급속히 전파된다. 파괴인성은 파괴 전 흡수된 에너지의 척도이며, 충격시험으로 측정할 수 있다.
6. 반복응력

반복응력에 의해 피로균열이 발생하고 성장한다. 피로균열은 응력집중 영역에서 발생하며, 균열전파 속도는 균열길이와 응력범위에 따라 달라진다. 피로수명은 SN 곡선으로 나타낼 수 있으며, 응력집중, 표면조도, 환경 등의 요인에 영향을 받는다.
7. 크리프

크리프는 일정한 응력 하에서 일어나는 점진적인 소성변형이다. 크리프 파단시험을 통해 크리프 특성을 평가할 수 있으며, 라슨-밀러 파라미터를 이용하여 크리프 수명을 예측할 수 있다.
8. 상태도와 상변태

상태도는 온도, 압력, 조성에 따른 상의 존재 및 안정성을 나타낸다. 2원계 상태도에서는 공정, 공석, 포정 반응이 일어나며, 3원계 상태도에서는 중간상이 생성될 수 있다. 합금의 응고 및 상변태 거동을 이해하는 것이 중요하다.
9. 철강의 제조 및 열처리

선철은 용융 철과 철 산화물의 반응을 통해 제조되며, 제강 공정에서 불순물이 제거된다. 보통탄소강은 오스테나이트화, 퀜칭, 템퍼링 등의 열처리를 통해 다양한 조직과 특성을 얻을 수 있다. 마르텐사이트는 무확산 변태로 생성되며, 템퍼링을 통해 강도와 인성을 조절할 수 있다.
10. 알루미늄 및 기타 합금

알루미늄은 가벼우면서도 우수한 특성을 가지고 있어 다양한 용도로 사용된다. 알루미늄 합금은 용체화 처리와 시효 처리를 통해 강도를 향상시킬 수 있다. 티타늄, 니켈, 마그네슘 합금 등 다양한 특수 합금들이 개발되어 항공, 자동차 등의 분야에 적용되고 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 금속제조공정

금속제조공정은 금속 소재를 원하는 형태와 특성으로 만들어내는 일련의 과정입니다. 이 과정에는 주조, 압연, 단조, 압출 등 다양한 기술이 활용됩니다. 각 공정은 금속의 미세구조와 물성에 영향을 미치며, 최종 제품의 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 금속제조공정에 대한 이해와 최적화는 금속 산업의 경쟁력 향상에 필수적입니다. 공정 기술의 발전과 더불어 에너지 효율성, 환경 친화성, 비용 절감 등의 측면에서도 지속적인 혁신이 요구됩니다.
2. 소성변형

소성변형은 금속 재료에 외력을 가해 영구적인 형상 변화를 일으키는 현상입니다. 이는 금속 제품 제조에 있어 매우 중요한 공정이며, 재료의 강도, 연성, 경도 등의 물성 변화를 동반합니다. 소성변형 기술의 발전은 복잡한 형상의 제품 제조, 경량화, 고강도화 등을 가능하게 하였습니다. 그러나 과도한 변형은 재료의 파괴를 초래할 수 있으므로, 공정 조건의 최적화와 정밀한 공정 제어가 필요합니다. 향후 소성가공 기술의 발전은 금속 산업의 혁신을 이끌어낼 것으로 기대됩니다.
3. 경화 및 슬립기구

금속의 경화 및 슬립기구는 금속 재료의 강도와 연성을 결정하는 핵심 메커니즘입니다. 경화는 금속 내부의 결정구조 변화를 통해 강도를 높이는 과정이며, 슬립은 결정면을 따라 발생하는 소성변형 메커니즘입니다. 이러한 기구들은 열처리, 가공경화, 고용강화 등 다양한 방법으로 제어될 수 있습니다. 경화 및 슬립기구에 대한 이해는 금속 재료의 최적 설계와 제조 공정 개발에 필수적입니다. 최근에는 나노구조 제어, 복합재료 개발 등을 통해 경화 및 슬립기구를 더욱 정교하게 조절할 수 있게 되었습니다.
4. 소성변형의 영향

소성변형은 금속 재료의 미세구조와 물성에 다양한 영향을 미칩니다. 변형 정도에 따라 결정립 크기, 전위 밀도, 상 분율 등이 변화하며, 이는 강도, 연성, 내식성, 내마모성 등의 기계적 및 화학적 특성에 반영됩니다. 또한 잔류응력 발생, 결함 생성 등 다양한 부작용이 수반될 수 있습니다. 따라서 소성가공 공정을 설계할 때는 이러한 영향을 면밀히 고려해야 합니다. 최근에는 전산모사, 실험적 분석 등을 통해 소성변형의 영향을 보다 정량적으로 예측하고 제어하는 기술이 발전하고 있습니다.
5. 금속의 파괴

금속 재료의 파괴는 구조물 및 기계 부품의 안전성과 수명에 직결되는 중요한 문제입니다. 금속의 파괴는 취성 파괴, 연성 파괴, 피로 파괴, 응력부식 등 다양한 메커니즘으로 발생할 수 있습니다. 이를 이해하고 예측하기 위해서는 재료의 미세구조, 결함, 응력 상태 등에 대한 종합적인 분석이 필요합니다. 최근에는 파괴역학, 손상역학 등의 이론적 접근과 더불어 실험적 분석 및 전산모사 기법이 발전하고 있습니다. 이를 통해 금속 재료의 안전성을 향상시키고 파괴 메커니즘을 보다 정밀하게 규명할 수 있게 되었습니다.
6. 반복응력

반복응력은 금속 재료에 주기적으로 가해지는 응력으로, 피로 파괴를 유발할 수 있습니다. 피로 수명 예측, 피로 균열 진전 해석, 피로 강도 향상 등 반복응력 관련 연구는 기계, 구조, 항공 분야에서 매우 중요합니다. 최근에는 재료의 미세구조 제어, 표면 처리, 잔류응력 도입 등을 통해 피로 특성을 향상시키는 기술이 발전하고 있습니다. 또한 전산모사와 실험적 분석을 병행하여 반복응력에 의한 손상 메커니즘을 보다 정밀하게 규명하고 있습니다. 이러한 노력은 안전하고 신뢰성 높은 금속 구조물 및 부품 개발에 기여할 것입니다.
7. 크리프

크리프는 금속 재료에 일정한 응력이 장시간 작용할 때 발생하는 시간 의존적 변형 현상입니다. 크리프는 고온 구조물, 원자력 발전소 부품, 터빈 블레이드 등 고온 환경에 노출되는 금속 부품의 수명 및 안전성에 큰 영향을 미칩니다. 크리프 특성 평가와 수명 예측을 위해 다양한 실험적 분석과 모델링 기법이 개발되어 왔습니다. 또한 미세구조 제어, 합금 설계, 표면 처리 등을 통해 크리프 저항성을 향상시키는 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 이러한 크리프 관련 기술의 발전은 고온 환경에서 안전하고 신뢰성 높은 금속 부품 개발에 기여할 것입니다.
8. 상태도와 상변태

금속 재료의 상태도와 상변태 현상은 재료의 미세구조와 물성을 결정하는 핵심 요소입니다. 상태도는 온도, 압력, 조성 등의 변화에 따른 상 안정성을 나타내며, 상변태는 이러한 변화에 따른 상 변화 과정을 설명합니다. 이해와 제어는 주조, 열처리, 용접 등 다양한 금속 제조 공정 개발에 필수적입니다. 최근에는 고속 냉각, 비평형 응고, 나노구조 제어 등의 기술을 통해 새로운 상태도와 상변태 현상을 발견하고 있습니다. 이를 통해 기존 금속 재료의 한계를 극복하고 혁신적인 특성을 가진 신소재 개발이 가능해지고 있습니다.
9. 철강의 제조 및 열처리

철강은 가장 널리 사용되는 금속 재료로, 제조 및 열처리 기술의 발전은 산업 전반에 큰 영향을 미쳐왔습니다. 제강, 압연, 열처리 등의 공정을 통해 다양한 강종이 생산되며, 각 공정의 최적화와 정밀 제어는 철강 제품의 품질과 성능을 결정합니다. 최근에는 고강도, 경량화, 내식성 등 다양한 요구 특성을 만족시키기 위해 합금 설계, 미세구조 제어, 표면 처리 등의 기술이 발전하고 있습니다. 또한 에너지 효율성과 환경 친화성을 고려한 제조 공정 혁신도 중요한 과제로 대두되고 있습니다. 이러한 철강 기술의 발전은 산업 경쟁력 향상과 지속가능한 사회 구현에 기여할 것입니다.
10. 알루미늄 및 기타 합금

알루미늄과 다양한 합금은 경량성, 내식성, 가공성 등의 장점으로 인해 자동차, 항공, 전자, 건축 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 합금 설계, 제조 공정 개선, 표면 처리 등을 통해 알루미늄 및 기타 합금의 물성을 지속적으로 향상시키고 있습니다. 특히 최근에는 나노구조 제어, 복합재료 개발 등의 기술을 통해 기존 금속 재료의 한계를 극복하고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있습니다. 이러한 혁신적인 합금 기술의 발전은 경량화, 고성능화, 친환경화 등 다양한 산업적 요구를 충족시킬 것으로 기대됩니다.