금속 소성학 개요

금속 소성가공과 소성역학 강의 소개

• 1. 수업 소개
• 2. 소성 가공 공정
• 3. 힘에 의한 운동 상태 변화와 형태 변화
• 4. 재료의 기계적 성질
• 5. 본 교과목의 주요 목표
  • 이 강의에서 연결할 세 가지 질문
• 6. 연습 문제
  • 문제 1
  • 문제 2
  • 문제 3

1. 수업 소개

• 정영웅, 국립창원대학교 재료금속공학과,

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• 52호관 212호

• yjeong@changwon.ac.kr

• 055-213-3694

2. 소성 가공 공정

• 재료에 힘(force)을 가해 영구적 형태의 변화(permanent deformation) 를 일으키고 이를 통해 원하는 형태로 가공하는 제조법을 통틀어 소성 가공 공정이라 부른다.

• 힘을 가하여 생긴 형태의 변화가 힘(force)을 제거 한 후에도 남아 있을 때, 우리는 그러한 형태의 변화를 소성변형(plastic deformation)이라 부른다.

3. 힘에 의한 운동 상태 변화와 형태 변화

• 물질(재료)에 가해진 힘은 운동 상태를 변화시키거나($\boldsymbol F=m\boldsymbol a$), 재료의 형태를 변화 시킬 수 있다. 혹은 둘 다 함께 변할 수 있다.

• 소성역학 이론에서는 재료 형태의 변화(변형; deformation)에 초점을 둔다.

• 변형은 앞서 얘기한 소성 변형과 함께 탄성 변형으로 구분된다.

• 힘을 가하여 생긴 형태의 변화가 만약 힘을 제거 한 후에 사라진다면, 우리는 그러한 변형을 탄성 변형(elastic deformation)이라 부른다.

4. 재료의 기계적 성질

• 힘에 의한 변형을 설명하기 위해서 우리는 재료의 기계적 성질을 활용한다.

• 기계적 성질을 통해 재료에 가해진 ‘세기’ 자극과 그로 인해 발생하는 ‘세기’ 반응의 관계를 설명할 수 있다.

• 그러한 세기 자극(intensive stimuli)과 세기 반응(intensive response)의 종류로서 응력(stress)과 변형률(strain)을 활용한다.

5. 본 교과목의 주요 목표

• 소성 가공 역학을 이해하기 위해 필요한 변형률과 응력을 이해하고, 나아가 이를 활용한 기초 소성역학 이론을 배운다.

• 결정 소성 모델의 기초를 배우고, 간단한 결정 소성 기반 시뮬레이션에 활용할 수 있다.

이 강의에서 연결할 세 가지 질문

소성역학의 여러 수식은 다음 세 질문에 답하기 위해 서로 연결된다.

1. 언제 소성변형이 시작되는가? 항복조건(yield criterion)이 답한다.
2. 소성변형이 어느 방향으로 진행되는가? 유동법칙(flow rule)이 답한다.
3. 변형이 누적되면 재료가 어떻게 변하는가? 경화법칙(hardening law)이 답한다.

이를 계산하려면 먼저 힘과 변형을 응력·변형률 텐서로 표현하고, 좌표변환과 주응력, 편차응력을 이해해야 한다. 마지막에는 이 개념들을 결정립의 슬립과 다결정 평균 거동에 연결한다.

6. 연습 문제

문제 1

탄성변형과 소성변형의 가장 중요한 차이를 한 문장으로 설명하라.

문제 2

압연, 단조, 압출 중 두 가지 소성가공 공정을 쓰시오.

문제 3

금속 소성학에서 응력과 변형률을 함께 공부해야 하는 이유를 간단히 설명하라.