FRONTICS

충격 인성 (Impact Toughness)

압입시험과 충격 인성의 관계

충격 인성은 동적 하중에서 파괴에 대한 재료의 저항성을 나타내며, 압입 시험은 충격 인성과 관련이 있습니다.
압입 시험으로 충격인성을 직접 측정하지는 않지만, 압입과정에서 발생하는 조건이 충격 하중과 유사해 간접적으로 평가할 수 있습니다.

1응력 및 변형률 반응

가파른 기울기는 소성 변형 저항성이 높아 충격 인성이 낮고 취성 파괴 가능성이 높음을 나타냅니다.

완만한 기울기는 소성 변형을 통해 더 많은 에너지를 흡수하여 높은 충격 인성을 보입니다.

2에너지 소산 및 소성역 형성

압입 부위의 소성역은 충격 인성과 밀접한 관계가 있습니다. 소성 변형 과정에서 에너지를 효율적으로 수산하는 재료는 높은 충격 인성을 보이며, 이는 재료의 변형 능력과 밀접하게 관련됩니다. 압입 시험 중 발생한 소성역의 크기를 통해 충격 에너지 흡수 능력을 추정할 수 있습니다. 압입 중 발생하는 에너지는 탄성 및 소성 변형을 통해 저장 및 소산되며,
파손 없이 에너지를 흡수할 수 있는 재료는 충격 인성이 높습니다.

그림 1. 압입 시험 중 탄성 및 소성 일의 개념

3경도와 인성 관계

경도와 인성은 밀접한 상관관계를 가지며, 경도가 높은 재료는 일반적으로 충격 인성이 낮습니다.
마이어 지수는 경도와 변형 경화 특성을 나타내는 지표로, 재료의 충격 하중에서의 에너지 흡수 능력을 평가할 수 있습니다.

높은 마이어 지수는 변형 경화로 인해 재료 내 전위 밀도가 증가하고 연성이 감소하여 결과적으로 충격 인성이저하됩니다.

적당한 마이어 지수는 변형 저항성과 연성 간의 균형을 제공해 충격 인성을 높입니다.

그림 2. 마이어 지수를 통한 연성 및 취성 구분

충격 인성 평가

마이어 지수를 기준으로 연성 및 취성을 구분한 후, 수학적 함수를 사용하여 충격 인성을 세부적으로 평가합니다. 이 함수는 압입 시험에서 구하는 압입 하중 경사도(p), 재료 매개변수(A), 마이어 지수(m), 압입 일(W) 등을 포함하며, 충격 인성의 예측에 사용됩니다. IIT 시험에서 도출된 충격 인성 값은 CVN 시험 결과와 비교했을 때 20% 이내의 오차 범위를 가지며 높은 상관성을 보입니다. 이로 인해 IIT는 원자력 분야 등에서 충격 인성을 신뢰성 있게 평가할 수 있는 방법으로 주목받고 있습니다.

그림 3. CVN과 IIT의 충격 인성 비교

온도 변화와 연성-취성 전이

재료의 충격 인성은 온도 변화에 따라 크게 달라집니다. 온도가 낮을수록 재료는 연성에서 취성으로 전환되며, 이를 연성-취성 전이라고 합니다.
저온 환경에서 압입시험을 수행하여 마이어 지수를 산출함으로써 온도 변화에 따른 충격 인성의 변화를 정량적으로 평가할 수 있습니다.

그림 4. 저온 압입 챔버 시스템의 사양

그림 5. 연성-취성 전이에서 마이어 지수의 역할

목록으로 다음으로

기술정보

충격 인성 (Impact Toughness)