기술정보

파괴인성은 외부 힘이 가해질 때 균열전파에 대한 재료의 소재 저항성을 나타내는 지표로, 균열 첨단 부근에서 소요된 에너지를 의미합니다.

계장화 압입시험(IIT)을 통해 파괴인성(KJC)을 평가하기 위해, 파괴 시험 중 흡수된 에너지와 압입시험에서 특정 파괴 시작점에 해당하는 임계 압입 깊이까지 축적된 변형 에너지를
상관시켜 평가합니다. 이는 압입시험으로 균열 첨단과 유사한 응력 상태를 재현하여 파괴에너지를 정량화하는 방식입니다.

파괴 시험에서 균열 주위에 외부 하중이 가해지면, 균열 첨단에 높은 응력과 변형이 집중됩니다. IIT에서도 유사하게, 플랫 펀치 압입자를 사용해 표면에 3축 응력상태를 형성하여
높은 소성구속 효과를 유도합니다. 이때 압입자 모서리의 응력집중이 기존 파괴 시험 시편(CRB)의 균열 첨단 응력 집중과 유사하게 나타납니다. (그림 1 참고)

균열선단개구변위(CTOD) 시험에서 균열 전파가 시작되는 파괴 시점을 기준으로, IIT에서는 파괴 변형률에 도달할 때의 깊이를 임계 압입깊이로 결정합니다.
이 깊이는 플랫 펀치 압입 하중-깊이 곡선의 주요 변환점과 관련 됩니다. (그림 2 참고)

플랫 펀치 압입 곡선은 크게 탄성, 소성, 선형 변형가공의 세 영역으로 나뉩니다. 연성과 취성 소재는 압입 곡선의 형상에 따라 파괴 형상이 달라지며,
상대변환계수(RTF)를 통해 이를 구분할 수 있습니다. 상대변환계수(RTF)가 0.2 미만일 경우 취성파괴로 분류되며, 0.2 이상일 경우 연성파괴로 분류됩니다.

플랫 펀치 압입 곡선의 임계점까지의 면적을 통해 파괴인성을 계산하며, 실험과의 비교 결과, 금속 소재에서 IIT 측정을 통해 얻어진 값은 실험 결과와 비교했을 때 금속 소재의 경우 오차범위가 20% 이내로 나타났습니다. 이는 임계 압입 깊이까지 누적된 변형 에너지가 파괴에 소요되는 에너지와 밀접한 관계가 있음을 의미하며, IIT를 통해 정확한 파괴인성 평가가 가능함을 보여줍니다. (그림 4, 5 참고)