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admin

2017-01-16 13:03:43

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취성파괴[brittle fracture]

통상 취성파괴라고 불리우는 파괴는 유리와 같은 무정형 취성재료의 분리파단 또는 결정성재료의 특정한 결정면에서의 벽개(劈開)와 같이 소성변형을 전혀 수반하지 않는 것과, 미시적으로는 소성변형이 생겨도 거시적으로는 탄성적으로 파단하는 것으로 나누어진다.

유리는 비정질로서 전위로 변형하는 것은 아닌데, 그 때문에 유리 속의 균열은 미끄럼 등에 의해 선단부가 둔화하지 않고 쉽게 진전된다. 그 결과 유리표면의 손상이 기점이 되어 유리는 원자간결합력으로 예상되는 이론강도의 1/10～1/100 정도인 저응력으로 파단되어 버린다. 이 경우 신장이나 교축을 수반하지 않고 최종파단에 이르는데, 이러한 파괴를 취성파괴라고 한다. 엄밀히 취성파괴는 유리나 세라믹스와 같이 본질적으로 무른 재료만 생기는데, 금속재료에 있어서도 미시레벨에서는 미소공동(微小空洞)의 성장, 합체 등의 연성적인 파괴기구에 있어서도 저온, 고변형 속도변형 등 특정한 조건 하에서, 외관적으로는 소성변형을 거의 수반하지 않고 성장파괴하는 경우는 연성파괴라고 하지 않고 취성파괴로 분류된다.

취성파괴는 결함을 기점으로 하여 균열이 발생하는데, 이 균열이 성장, 진전되어 파단에 이른다. 한번 균열이 진전되기 시작하면 매우 빠른 속도로 전파하고 순간적으로 파단이 생긴다. 이것을 불안정파괴라고 한다. 따라서 이와 같은 취성재료에 있어서는 재료 중의 결함분포, 크기 등이 강도에 큰 영향을 미치고 있고, 그 역학적 거동은 파괴역학으로 다루어진다. 동일 재료에 대해 취성파괴와 연성파괴중 어느 것이 생기느냐는 항복응력과 파괴인성의 값 및 균열의 크기에 따라 정해진다. 균열치수가 크고 파괴인성이 작을수록 취성파괴는 쉬워진다.

대부분 금속재료의 취성은 본질적인 성질은 아니지만, 통상 연성파괴를 일으키는 금속재료에서도 온도, 변형속도 등에 따라 취성파괴로 전이하는 경우가 있고, 강재에 있어서도 취성파괴로 전이하면 그 균열의 성장속도는 매초 수백m 이상에도 달하고, 거대란 구조물에서도 순간적으로 파단에 이른다. 그 때문에 구조재료에 있어 비극적인 취성파괴는 대참사에 이르는 경우도 있어 그 방지책은 중요한 과제이다. 대부분의 구조재료에 있어서는 비금속개재물, 용접결함, 담금질균열 등의 결함, 균열이 존재하고 있고, 온도, 인성, 용접법, 잔류응력, 피로 등의 요인을 고려한 재료설계를 할 필요가 있다.