최대 인장 강도

Ultimate tensile strength
2개의 가시(vis)는 시료를 잡아당기고, 시료가 파손될 때까지 늘림으로써 시료에 장력을 가한다.파단 전에 견딜 수 있는 최대 응력은 인장 강도입니다.

UTS(최종 인장 강도)는 종종 인장 강도(TS), 즉 F(\로 단축되며,[1][2][3] 식 내의 F tu(\displaystyle F_{\text{tu})는 재료가 파손되기 전에 늘어나거나 당기는 동안 견딜 수 있는 최대 응력입니다.메짐성 재료의 경우 최종 인장 강도는 항복점에 가깝지만 연성 재료의 경우 최종 인장 강도는 더 높을 수 있습니다.

최종 인장 강도는 보통 인장 테스트를 수행하고 엔지니어링 응력 대 변형률을 기록함으로써 파악됩니다.응력-변형 곡선의 최고점은 극한 인장 강도이며 응력 단위가 있습니다.압축의 경우 장력이 아닌 동등한 지점을 압축 강도라고 합니다.

인장 강도는 연성 부재 설계에서 거의 중요하지 않지만 메짐성 부재에서는 중요하다.합금, 복합 재료, 세라믹, 플라스틱 및 목재와 같은 일반적인 재료에 대해 표로 작성되었습니다.

정의.

재료의 최종 인장 강도는 강도 특성이므로 그 값은 시험편의 크기에 따라 달라지지 않는다.단, 재료에 따라 시료의 준비, 표면결함 유무, 시험환경 및 재료의 온도 등 다른 요인에 따라 달라질 수 있다.

일부 재료는 소성 변형 없이 매우 날카롭게 부서지는 것을 메짐성 고장이라고 합니다.대부분의 금속을 포함하여 더 연성이 높은 다른 금속은 골절 전에 소성 변형과 목덜미를 경험합니다.

인장 강도는 응력으로 정의되며 단위 면적당 힘으로 측정됩니다.일부 비균질 재료(또는 조립된 구성품)의 경우, 그것은 단지 힘 또는 단위 폭당 힘으로 보고될 수 있다.국제단위계(SI)에서 단위는 파스칼(Pa)(또는 SI 프리픽스 메가(mega)를 사용하여 종종 메가파스칼(MPa)의 배수), 또는 파스칼과 동등하게 평방미터당 뉴턴(N/m2)이다.미국의 통상 단위는 평방인치당 파운드(lb/in2 또는 psi)입니다.평방 인치당 킬로파운드(ksi 또는 때로는 kpsi)는 1000 psi와 같으며, 미국에서는 인장 강도를 측정할 때 일반적으로 사용됩니다.

연성 재료

그림 1: 알루미늄의 전형적인 '엔지니어링' 응력-변형(θ–θ) 곡선
  1. 궁극의 강점
  2. 항복 강도
  3. 비례 한계 응력
  4. 골절
  5. 오프셋 변형률(일반적으로 0.2%)
그림 2: 구조 강철의 전형적인 "엔지니어링"(빨간색) 및 "참"(파란색) 응력-변형 곡선.
  • 1: 궁극의 강도
  • 2: 항복 강도(항복점)
  • 3: 파열
  • 4: 변형경화영역
  • 5: 네킹 영역
  • A: 외관응력(F/A0)
  • B: 실제 응력(F/A)

많은 재료는 그림 1에서 점 3까지와 같이 선형 응력-변형 관계에 의해 정의된 선형 탄성 거동을 나타낼 수 있다.재료의 탄성 거동은 종종 그림 1의 점 2("항복점")에 표시된 비선형 영역으로 확장되며, 하중 제거 시 변형은 완전히 회복할 수 있습니다. 즉, 장력에 의해 탄성적으로 적재된 시료는 연장되지만 하중을 받지 않을 경우 원래 모양과 크기로 되돌아갑니다.이 탄성 영역을 넘어 강철과 같은 연성 재료의 경우 변형은 플라스틱입니다.탄성변형 시료는 하역 시 원상태로 완전히 돌아가지 않는다.대부분의 경우 소성 변형은 허용되지 않으며 설계 제한으로 사용됩니다.

항복점 이후 연성금속은 변형경화기간을 거쳐 변형률이 증가하면 다시 응력이 증가하며 플라스틱 흐름에 의해 시료의 단면적이 감소함에 따라 경화되기 시작한다.충분히 연성 재료에서 네킹이 상당해지면 엔지니어링 응력-변형 곡선(곡선 A, 그림 2)의 역전을 일으킨다. 이는 네킹 전 원래 단면적을 가정하여 엔지니어링 응력이 계산되기 때문이다.반전 지점은 엔지니어링 응력-변형 곡선의 최대 응력이며, 이 지점의 엔지니어링 응력 좌표는 포인트 1에 의해 주어진 최종 인장 강도이다.

설계 관행상 항복 응력의 사용이 요구되기 때문에 연성 정적 부재 설계에는 궁극의 인장 강도가 사용되지 않는다.그러나 테스트가 용이하기 때문에 품질 관리에 사용됩니다.또한 알려지지 않은 [4]샘플의 재료 유형을 대략적으로 결정하는 데도 사용됩니다.

최종 인장 강도는 메짐성 재료로 만들어진 부재를 설계할 때 일반적인 엔지니어링 매개변수로, 이러한 재료에는 항복점[4]없기 때문입니다.

테스트

인장응력시험 후 원형봉 공시체
파손 후 알루미늄 인장 시험 샘플
'컵콘' 특성 장애 패턴의 '컵' 측
컵 모양과 원뿔 모양을 나타내는 부분이 있습니다.

일반적으로 테스트는 단면적이 고정된 작은 샘플을 채취한 후 시료가 파손될 때까지 일정한 변형률(게이지 길이를 초기 게이지 길이로 나눈 값)로 텐션미터로 당깁니다.

일부 금속을 테스트할 때 압입 경도는 인장 강도와 선형적으로 상관됩니다.이러한 중요한 관계를 통해 휴대용 Rockwell 경도 [5]테스터와 같은 가볍고 심지어 휴대용 장비를 사용하여 벌크 메탈 배송에 대한 경제적으로 중요한 비파괴 테스트를 수행할 수 있습니다.이러한 실질적인 상관관계는 금속 가공 산업의 품질 보증을 실험실 및 범용 테스트 기계 이상으로 확대하는 데 도움이 됩니다.

일반적인 인장 강도

일부 재료의 일반적인 인장 강도
재료. 항복 강도
(MPa)
최대 인장 강도
(MPa)
밀도
(cm/g3)
강철, 구조용 ASTM A36강 250 400–550 7.8
스틸, 1090 마일드 247 841 7.58
크롬 바나듐강 AISI 6150 620 940 7.8
스틸, 2800 Maraging[6] 스틸 2617 2693 8.00
스틸, 에어메트[7] 340 2160 2430 7.86
스틸, Sandvik Sanicro 36Mo 로깅 케이블 정밀[8] 전선 1758 2070 8.00
강철, AISI 4130,
급랭된 물 855°C(1570°F), 480°C(900°F) 온도[9]
951 1110 7.85
스틸, API 5L X65[10] 448 531 7.8
강철, 고강도 합금 ASTM A514 690 760 7.8
아크릴, 투명 캐스트 시트(PMMA)[11] 72 87[12] 1.16
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 26–33 37 0.85
폴리프로필렌 12–43 19.7–80 0.91
스틸, 스테인리스 AISI 302 – 냉간압연 520[citation needed] 860 8.19
주철 4.5% C, ASTM A-48 130 200 7.3
'액체[citation needed] 금속' 합금 1723 550–1600 6.1
베릴륨[13] 99.9% Be 345 448 1.84
알루미늄[14] 합금 2014-T6 414 483 2.8
폴리에스테르 수지(무보강)[15] 55 55
폴리에스테르 및 다진 스트랜드 매트 라미네이트 30% E-유리[15] 100 100
S-글라스 에폭시 복합체[16] 2358 2358
알루미늄 합금 6061-T6 241 300 2.7
구리 99.9% Cu 70 220[citation needed] 8.92
구리켈 10 % Ni, 1.6 % Fe, 1% Mn, 잔액 Cu 130 350 8.94
금관 악기 200 + 500 8.73
텅스텐 941 1510 19.25
유리 33[17] 2.53
E-Glass 없음 라미네이트는 1500,
파이버 전용 3450
2.57
S글라스 없음 4710 2.48
현무암 섬유[18] 없음 4840 2.7
대리석 없음 15 2.6
구체적인 없음 2–5 2.7
탄소 섬유 없음 라미네이트는 1600,
파이버만 4137
1.75
탄소섬유(Toray T1100G)[19]
(인간이 만든 가장 강한 섬유)
7000 파이버만 1.79
사람의 털 140–160 200 ~ 250[20]
대나무 섬유 350–500 0.4-0.8
스파이더 실크(아래 참고 참조) 1000 1.3
거미줄, 다윈의 나무껍질[21] 거미 1652
누에실크 500 1.3
아라미드(Kevlar 또는 Twaron 3620 3757 1.44
UHMWE[22] 24 52 0.97
UHMWPE 섬유[23][24](다이나마 또는 스펙트럼) 2300–3500 0.97
벡트란 2850–3340 1.4
폴리벤조옥사졸(자일론)[25] 2700 5800 1.56
목재, 소나무(곡물과 평행) 40
골격(다리) 104–121 130 1.6
나일론, 몰드, 6PLA/6M 75-85 1.15
나일론 섬유, 그리기[27] 900[28] 1.13
에폭시 접착제 12~30[29]
고무 16
붕소 없음 3100 2.46
실리콘, 단결정(m-Si) 없음 7000 2.33
초순도 실리카 유리 광섬유[30] 스트랜드 4100
사파이어(AlO23) 25°C에서 400,
500°C에서 275개,
1000°C에서 345
1900 3.9–4.1
질화 붕소 나노튜브 없음 33000 2.62[31]
다이아몬드 1600 2800
마이크로스케일로[32] 최대 80~90GPa
3.5
그래핀 없음 고유 130000;[33]
엔지니어링 50000 ~60000[34]
1.0
최초의 카본 나노튜브 로프 ? 3600 1.3
카본나노튜브(아래 주 참조) 없음 11000–63000 0.037–1.34
카본나노튜브복합재료 없음 1200[35] 없음
고강도 카본 나노튜브 필름 없음 9600[36] 없음
철(순수 단결정) 3 7.874
림펫 파텔라 벌가타 치아(고에타이트 수염 나노복합체) 4900
3000~6500[37]
^a 많은 값은 제조 공정과 순도 또는 구성에 따라 달라집니다.
^b 다벽 카본 나노튜브는 하나의 측정치가 63GPa로, 지금까지 측정된 물질 중 가장 높은 [38]인장 강도를 가지고 있으며, 이론적인 값인 300GPa보다 훨씬 낮다.인장 강도가 발표된 최초의 나노튜브 로프(2000년)의 강도는 3.6 GPa였습니다.[39]밀도는 제조 방법에 따라 다르며 최소값은 0.037 또는 0.55(솔리드)[40]입니다.
^c 거미줄의 강도는 매우 가변적입니다.그것은 비단의 종류, 종, 비단의 나이, 온도, 습도, 시험 중 응력이 가해지는 속도, 길이 응력, 그리고 비단을 모으는 방법(강제 실킹 또는 자연 [41]방적)을 포함한 많은 요인에 의해 좌우된다.표에 표시된 값인 1000 MPa는 여러 다른 거미 종에 관련된 몇 가지 연구 결과를 대략 나타내지만 구체적인 결과는 [42]크게 다릅니다.
^d 인간의 모발 강도는 민족성과 화학적 처리에 따라 다르다.
아닐된[43] 요소의 일반적인 속성
요소 영의
계수
(GPA)
오프셋 또는
항복 강도
(MPa)
궁극적인

(MPa)
실리콘 107 5000–9000
텅스텐 411 550 550–620
211 80–100 350
티타늄 120 100–225 246–370
구리 130 117 210
탄탈 186 180 200
주석 47 9–14 15–200
아연 합금 85–105 200–400 200–400
니켈 170 140–350 140–195
실버 83 170
골드 79 100
알루미늄 70 15–20 40–50
이끌다 16 12

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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