분야
hwp(a) 실생활에서 응력 집중효과를 이용하는 사례를 예를 들고 설명하시오.
(b) 반대로 응력 집중으로 쉽게 손상 또는 파괴될 수 있는 사례를 예를 들고 응력 집중을 억제할 수 있는 방안을 제시하시오.
2. 파괴거동 이해
Joffe 효과를 이용하는 사례를 실생활에서 또는 재료공학 측면에서 예를 들고 설명하시오.
3. 강화기구 이해
(a) 각 조에 주어진 원소를 matrix로 하여 고용체강화기구를 적용하여 강도값을 향상시키기 위한 방안을 구체적으로 설명하시오.
Ti를 matrix로 Al을 용질 원자로한 고용체 강화
(b) 각 조에 주어진 상용화된 합금(Fe-Ni)의 기계적 특성을 더욱 향상시키고자 한다. 어떠한 방법으로 강화기구를 적용할 것인지 설계하시오.
3.(C) 각 조에 주어진 세라믹재료의 파괴인성을 향상시킬 수 있는 방안을 설계하시오.
우리는 용질 원소로 Al을 선정하였다.
원자 번호
13 (전이후금속)
원자 반지름
125pm
Shear Modulus
26 GPa
전기 음성도
1.61 (폴링 척도)
결정 구조
Face centered cubic
녹는점
660.32 °C
< Al의 특성 >
고용체에 의해서 강화가 되는 원리로는 Elastic interaction, Modulus interaction, Stacking fault interaction 등이 있다.
먼저, Elastic interaction에 의한 강화효과가 있다. 고용체 강화에 대한 경험론적 규칙인 Hume-Rothery rule에 따르면, 두 원자의 반지름 차이가 대략 15% 미만일 경우에는 상당한 양의 용질 원자가 치환형 고용체로 수용될 수 있다고 하였다. 따라서 140pm (Ti) 과 125pm (Al)으로 반지름의 차이가 약 10% 정도이므로 많은 양의 용질 원자가 치환형 고용체로 수용 될 수 있을 것이다. Ti와 Al의 size의 차이로 인해서 stress field를 형성하여서 가동전위의 응력장과 상호작용을 하여 전위의 이동을 방해하여 재료를 강화시킨다.
둘째로, Modulus interaction에 의한 강화효과가 있다. 이는 Ti와 Al의 Shear modulus의 차이로 인해서 다음의 식에 따라 () Binding Energy가 차이가 나서 생기는 현상이다. Al의 Shear modulus 값이 Ti값보다 작아서 Al이 껴들어간 지역에서는 Energy가 낮아서 전위와 인력의 힘이 발생이 되어서 전위의 이동을 방해하여 재료를 강화시킨다.
셋째로, Al 원자들이 상대적으로 Energy가 높은 Stacking fault region에 우선적으로 편석되
