취성파괴

취성파괴의 정의

취성파괴는 강재가 늘어나지 않고 갑자기 깨지는 파괴다.

소성변형 없이 순간적으로 일어나며 흡수에너지가 작은 것이 특징이다.

파단면은 인장응력 방향과 수직인 평탄한 면으로 나타난다.

발생 조건

취성파괴는 저온, 고변형률 속도, 삼축 인장응력이 겹칠 때 일어난다.

저온에서는 재료가 천이온도 이하에 놓여 인성이 떨어진다.

충격 하중처럼 변형률 속도가 높으면 파괴가 더 쉽게 일어난다.

두꺼운 판은 구속이 커서 삼축 인장응력이 형성된다.

이 세 조건이 함께 있으면 취성파괴의 필요조건이 갖춰진다.

천이온도와 파괴 형태

재료의 저온 거동은 연성-취성 천이온도로 구분한다.

천이온도 이하에서는 벽개면 파괴가 나타나고 흡수에너지가 작다.

천이온도 이상에서는 미세공동이 합쳐지며 큰 에너지를 흡수한다.

천이영역에서는 파괴 거동 예측이 어렵다. 설계는 사용 온도를 충분히 높게 잡는다.

파괴인성 판정

균열이 있으면 선단 응력이 공칭응력보다 크게 높아진다.

응력확대계수 K_I 는 형상계수 Y, 공칭응력, 균열 길이로 정해진다.

K_I 가 파괴인성 K_IC 이상이 되면 균열이 자력으로 진전한다.

이 조건을 직접 확인해 보자.

정답은 예다. K_I 가 K_IC 이상이면 균열은 불안정하게 진전한다.

방지 대책

취성파괴는 설계와 시공을 함께 관리해야 막을 수 있다.

강재는 샤르피 충격시험으로 사용 온도의 흡수에너지를 확인한다.

용접은 입열을 제한하고 예열과 후열처리로 열영향부 취화를 줄인다.

노치와 응력집중부를 줄이고 인, 황, 질소 같은 취화 원소를 낮춘다.

정리

취성파괴는 소성변형 없이 갑자기 일어나는 파괴다.

파면에는 갈매기 무늬가 나타나고 인장응력 방향과 수직이다.

발생 조건은 저온, 고변형률 속도, 삼축 인장응력이다.

판정은 샤르피 흡수에너지와 파괴인성으로 하고, 천이온도 이상에서 사용한다.