(기계재료) 연성재료와 취성재료 (Ductile, Brittle)

재료를 분류할때 보통 금속, 고분자(Polymer), Ceramic, 복합재료 네 종류로 분류한다. 
 
금속은 하중을 가했을때 변형이 곧잘 되지만 Ceramic은 아주 미세한 변형후 바로 파괴된다. (쇠파이프를 아주 잘 눌러보면 휘지만 도자기를 누르면 바로 깨지는것을 상상해보자)
이러한 기계적 특성으로 재료를 분류하면 연성재료(Ductile material)와 취성재료(Brittle material)로 분류할 수 있다. 
 
연성재료는 어감대로 연한 재료이다. 연하다는건 변형이 잘~된다는건데 그럼 변형이 잘 된다는건 조금만 건드려도 변형된다는건가? -> 그런 느낌은 아니고, 쉽게 파괴되지 않고 잘 변형이 된다는 의미이다.
 

 잘~변형된다는 말을 stress-strain curve를 보며 설명하면, Failure point가 뒤쪽에 있다는것을 의미한다. 다시말하면 파괴될때까지 Strain이 크게 발생한후, 파괴된다는것이다. 또 다시말하면, s-s curve에서 Plastic deformation Region이 크다는것이다.
 
Ductileness가 큰 금속재료
금(Au) > 은(Ag) > 알루미늄(Al) > 구리(Cu) > 백금(Pt) > 납(Pb) > 아연(Zn) > 철(Fe)
 
특히 금속의 경우, 일반적으로 강도와 경도가 높으면 -> 연성이 작다. 반대로 강도와 경도가 낮으면 -> 연성이 크다
(마인크래프트에서 금 곡괭이가 빨리 깨지는 이유이기도 하다) 또한, 모든 금속은 연성을 갖고있다.
 
Brittleness는 Ceramic, 유리 등 재료가 보이는 거동으로 변형이 매우 짧게 일어나고 파괴가 빠르다. 위 s-s curve에서 설명하자면, Plastic Region이 매우 짧거나, 없는 플롯이 나온다. 또한 Elastic deformation region에서도 그 기울기가 매우 가파르다.

(이미지출처 : Godjunpyo : 취성재료는 전단력보다 인장응력에 더 취약한가)

 
 즉, 이런식이다. Strain이 거의 발생하지않고 파괴시점이 Ductile에 비해 매우 빠르다. 취성재료는 도자기, 유리 등이 있고 금속또한 온도에 따라 취성이 크게 변한다. 포스코 제철공장을 생각해보면 열을받아 시뻘개진 철이 막 젤리처럼 휘는 모습을 뉴스에서 많이 봤을것이다. 금속은 열을 받으면 연성이 증가하고, 차갑게 식으면 취성이 증가한다. 온도가 올라가면 금속 내 원자확산이 발생하고 전위이동이 쉬워져 변형이 잘 되는것이다. 금속 제련을 할때 용광로에 조지고 하는 이유가 열에의한 연성증가 때문이다.