인장 강도란 무엇인가요? 다양한 제품의 라벨에 이 용어가 쓰여 있는 것을 보면 이 질문이 떠오릅니다. 인장 강도는 재료의 강도를 나타내는 지표로 간주됩니다. 그러나 이 용어는 광범위한 범위를 가지고 있기 때문에 완전한 정보는 아닙니다. 많은 산업에서 원자재를 선택할 때 인장 강도에 의존합니다.
인장 강도의 진정한 의미를 아는 것이 가장 중요하다는 것을 기억하세요. 왜일까요? 다양한 소재의 성능과 내구성을 보여주기 때문입니다. 인장 강도가 낮은 소재는 강도가 낮고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이 글에서는 인장 강도와 인장 강도를 올바르게 측정하는 방법에 대해 설명합니다. 그럼 시작해 보겠습니다!
인장 강도 개요
인장 강도는 재료가 부러지기 전에 견딜 수 있는 힘 또는 응력입니다. 간단히 말해, 재료가 더 이상 힘을 견딜 수 없는 응력 지점입니다. 그 결과 원래 모양으로 돌아가지 않고 부러집니다. 각 소재에는 고유한 인장 강도가 있습니다. 인장 강도가 높은 소재일수록 내구성이 높습니다.
인장 강도의 국제 단위는 파스칼입니다. 그러나 인장 재료를 표현하는 데는 다른 단위도 사용됩니다. 예를 들어 미국 시스템에서는 평방인치당 파운드포스(psi)가 사용됩니다. 인장 강도가 높을수록 재료가 더 우수하고 강하다는 것을 의미합니다. 예를 들어 알루미늄의 인장 강도는 약 5800~7200 PSI입니다.
반대로 고무의 인장 강도는 약 2100 PSI로, 알루미늄이 더 견고하다는 것을 나타냅니다. 알루미늄이 부러지려면 더 많은 힘이나 응력이 필요합니다. 인장 강도를 알아야 하는 이유가 궁금하실 수도 있습니다. 강도에 따라 다양한 소재를 사용한다는 점을 기억하세요. 예를 들어 프로젝트에 약한 소재를 사용하고 싶으신가요?
대답은 '아니오'입니다! 하지만 재료가 견고한지, 높은 응력을 견딜 수 있을 만큼 좋은지 어떻게 알 수 있을까요? 바로 인장 강도가 그 해답입니다. 인장 강도는 재료가 부러지기 전에 견딜 수 있는 응력의 양을 측정합니다. 따라서 제조업체는 프로젝트의 필요에 따라 소재를 선택합니다.
강도뿐만 아니라 다양한 소재의 탄성에 관한 것입니다. 따라서 제조업체는 정보에 입각한 결정을 내립니다. 인장 강도를 알지 못하면 결국 잘못된 선택을 하게 됩니다. 공급자가 강도가 필요한 잘못된 재료를 사용하면 고통만 초래할 뿐입니다.
인장 강도의 중요성
제조업체는 다양한 제품을 만들 때 다양한 재료를 사용합니다. 그렇죠? 이러한 재료는 금속, 고무 또는 플라스틱일 수 있습니다. 각 제품은 사용처에 따라 다른 강도를 필요로 합니다. 모든 금속은 강할 것 같습니다. 금속으로 만든 제품은 튼튼할 거라고 생각하겠죠.
따라서 금속은 튼튼한 제품을 만드는 데 사용되어야 합니다. 하지만 현실은 그렇지 않습니다. 금속마다 인장 강도가 다릅니다. 따라서 제조업체는 이러한 금속의 인장 강도를 측정합니다. 인장 강도를 측정하면 최상의 재료를 사용하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 제품의 내구성을 높이기 위해 더 튼튼한 소재를 사용할 수 있습니다.
비슷한 유형의 고무를 사용할 수 있습니다. 각 유형마다 강도가 다릅니다. 따라서 용도 또한 인장 강도에 따라 결정됩니다. 인장 강도를 측정하면 고무 소재가 얼마나 신축성이 있는지 알 수 있습니다. 간단히 말해, 소재가 얼마나 당겨지거나 늘어날 수 있는지를 나타냅니다.
인장 강도의 측정값이 있기 때문에 이 모든 것이 가능합니다. 제품이나 재료를 구매할 때 인장 강도를 측정해야 할까요? 대답은 '아니오'입니다! 고객은 측정할 필요가 없습니다. 다양한 제품에는 이 값이 적힌 라벨이 부착되어 있습니다. 인장 강도와 그 측정은 제조업체에게만 필수적입니다.
재료의 인장 강도는 어떻게 측정하나요?
다양한 인장 시험기 인장 강도를 측정하는 데 사용됩니다. 각 시험기마다 특성과 작동 방식이 다릅니다. 어떤 기계는 재료를 고정하는 포인트가 4개인 반면, 어떤 기계는 포인트가 2개로 사용이 간편합니다.
1- 시료 준비
재료의 인장 강도를 찾는 정확한 과정에 대해 알아보겠습니다. 먼저, 테스트 기계에서 작은 재료 표본(샘플)을 사용해야 합니다. 재료가 너무 크면 잘라내야 합니다. 이 테스트에는 시편만 필요하다는 점을 기억하세요. 예를 들어 고무 소재가 너무 큰 경우입니다.
이 테스트를 위해 이 재료의 작은 조각을 기계에 끼워 넣습니다. 작은 조각이 나타내는 특성은 전체 재료의 특성을 나타냅니다. 예를 들어, 테스트 중에 고무 소재는 빠르게 부서집니다. 이는 전체 재료가 약하고 부서지기 쉽다는 것을 의미합니다.
2- 머신 사용
앞서 말했듯이 인장 시험기는 두 개, 세 개, 심지어 네 개의 포인트를 가질 수 있습니다. 각 포인트는 재료를 고정합니다. 2점 인장 시험기를 사용하여 이 테스트를 설명하겠습니다. 먼저 포인트의 끝 부분에 재료를 고정해야 합니다. 그런 다음 공작물의 두 번째 면을 다른 점으로 고정합니다.
완료되면 기계를 켭니다. 포인트가 공작물에 응력을 가합니다. 두 기계 포인트는 모두 재료를 반대 방향으로 늘린다는 점을 기억하세요. 예를 들어 한 지점이 재료를 위로 당기면 다른 지점이 아래로 당깁니다. 결과적으로 재료는 찢어지고 팽창하여 응력을 받게 됩니다.
기계는 계속해서 스트레스/힘을 지속적으로 증가시킵니다. 기계는 가해지는 힘과 그로 인해 발생하는 신장을 기록한다는 점을 기억하세요. 재료가 더 이상 늘어나지 않는 때가 올 것입니다. 부러지거나 끊어질 것입니다. 간단히 말해, 더 이상 스트레스나 힘을 견디지 못한다는 뜻입니다.
이 단계는 소재가 견딜 수 있는 가장 높은 스트레칭 단계입니다. 이 시점에서 기계는 재료의 힘과 연신율(단면적)을 기록합니다. 이 힘과 단면적은 정확한 인장 강도를 찾는 데 사용할 수 있습니다. 다음은 공식입니다:
인장 강도 = 힘(F) ÷ 단면적(A)
A 범용 인장 검사기 는 화면에 힘과 면적을 모두 표시합니다. 재료가 부러질 때 이 수치를 기록해 두어야 합니다. 이 값을 공식에 사용하면 해당 재료의 정확한 인장 강도를 측정할 수 있습니다.
다양한 유형의 인장 강도
인장 강도에는 여러 가지 유형이 있습니다. 이 분류는 재료가 다양한 강도 수준에서 어떻게 작동하는지에 따라 이루어집니다. 이러한 유형은 비슷하게 들릴 수 있지만 서로 다릅니다. 다음은 그 목록입니다:
- 수율 강도
- 중단점
- 궁극의 인장 강도
간단히 말하자면 세 단계입니다. 스트레스를 가하면 재료는 여러 단계를 거쳐 파손됩니다. 예를 들어, 첫 번째 재료는 응력으로 인해 모양이 바뀝니다. 그러나 응력이 제거되면 제자리로 돌아갑니다. 재료가 영구적으로 변형되는 지점을 항복점이라고 합니다. 이 수준에서는 소재의 모양이 절대 복원되지 않습니다.
재료가 끊어지는 지점을 파단점이라고 합니다. 일반적으로 파단점과 최대 인장 강도는 비슷합니다. UTS는 또한 재료가 손상되기 전에 견딜 수 있는 높은 응력의 지점을 나타냅니다. 그러나 파단점에서는 재료가 파손됩니다. 이 수준 이후에는 아주 작은 압력도 견딜 수 없습니다.
인장 강도에 영향을 미치는 요인
여러 재료의 인장 강도에 영향을 미치는 몇 가지 요인이 있습니다. 이러한 요인 목록은 다음과 같습니다:
- 열 노출
- 가열 처리
- 머티리얼의 구성
- 제조 프로세스
재료가 열에 계속 노출되면 인장 강도가 감소합니다. 마찬가지로 저온은 인장 강도를 증가시킵니다. 그러나 이러한 강도 변화는 일반적으로 매우 미미합니다. 열 노출과 열처리는 서로 다른 개념입니다. 열처리는 열을 전략적으로 사용하여 재료를 변형하는 것입니다.
예를 들어 제조업체는 인장 강도를 감소시키는 열처리 공정인 어닐링을 사용합니다. 반대로 담금질은 인장 강도를 높이는 또 다른 열처리 공정입니다. 재료의 구성도 인장 강도에 영향을 미치는 또 다른 요소입니다. 순수 금속은 일반적으로 합금보다 인장 강도가 낮습니다.
재료가 끊어지는 지점을 파단점이라고 합니다. 일반적으로 파단점과 최대 인장 강도는 비슷합니다. UTS는 또한 재료가 손상되기 전에 견딜 수 있는 높은 응력 지점을 나타냅니다. 그러나 파단점에서는 재료가 파손됩니다. 이 수준 이후에는 아주 작은 압력도 견딜 수 없습니다.
자주 묻는 질문
인장 강도를 측정할 때 어떤 단위를 사용하나요?
파스칼(Pa)은 국제적으로 인장 강도를 측정하는 데 사용되는 단위입니다. 그러나 이를 표현할 때 MPa, PSI 또는 PSI와 같은 다른 단위도 사용됩니다.
인장 강도와 항복 강도의 차이점은 무엇인가요?
인장 강도는 재료가 파단되는 가장 높은 응력 지점입니다. 항복 강도는 재료가 영구적으로 변형되기 시작하는 시점을 말합니다. 이 수준에서는 부러지지는 않지만 원래 모양으로 돌아가지 않습니다.
인장 강도를 향상시킬 수 있나요?
예, 재료의 인장 강도를 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어 불순물을 첨가하면 경도와 인장 강도를 높일 수 있습니다. 또한 다양한 가열 처리에 따라 소재의 인장 강도가 달라집니다.
결론
흥미롭게도 인장 강도는 제품 품질에 필수적인 역할을 합니다. 인장 강도는 제조업체가 제품에 적합한 소재를 선택하는 데 도움이 됩니다. 자동차 및 항공 우주와 같은 산업은 인장 강도에 의존합니다. 이들은 신뢰할 수 있는 제품을 생산하기 위해 재료를 선택할 때 이 매개변수를 사용합니다.
재료마다 인장 강도가 다르다는 점을 기억하세요. 이 글에서는 인장 강도를 측정하는 방법에 대한 전체 과정을 설명합니다. 간단히 말해, 인장 시험기만 있으면 바로 시작할 수 있습니다. 이 글이 재료의 인장 강도를 계산하는 데 도움이 되길 바랍니다.