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탄성? 소성? 가소성?

누구나 어릴 쩍 탱탱볼(혹은 얌체볼)이라는 공을 가지고 놀아본 적이 있을 것이다. 아주 작은 공이지만, 바닥이나 벽 등과 부딪혀 어찌나 멀리도 튕기는지 정말 신기할 뿐이였다. 특히나 힘주어 바닥에 세게 내던질 때면, 내키의 몇배나 튕겨 올라가는지 신기하고 재미있는 물체였다.

그리고 점점 자라면서 탱탱볼은 탄성이 좋아서 그렇게 운동한다는 말을 들으면서 과학적으로 설명 하긴 힘들지만, 아~~~  탄성이 큰 물체는 저렇게 되는구나라며 하나씩 배웠다.

이제 어릴적이야기는 이쯤하고...  개론적인 이야기를 해보자.

탄성

외부 힘에 의하여 변형을 일으킨 물체가 힘이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질로 일상 생활에서는 고무나 스프링 등에서 쉽게 볼 수 있다.

[출처] 탄성 [彈性, elasticity ] | 네이버 백과사전

읽어보니 대충 원래상태로 돌아가려는 성질이구나 라고 알 수있다. 지우개를 살짝 구부리면 힘을 가하고 있을 때는 휘어져 있지만, 책상에 내버려두면 다시 원래 상태로 돌아간다. 또 테니스공을 한 손으로 쥐면 공이 찌그러지고, 손에 힘을 빼면 언제 그랬냐는 듯 원래 상태로 돌아간다. 이정도로 예를 들겠다.

그리고 탄성이 큰 물체를 탄성체라고 한다.

이제 탄성의 반대개념은 소성을 알아보자.

소성(=가소성)

외력에 의해 형태가 변한 물체가 외력이 없어져도 원래의 형태로 돌아오지 않는 물질의 성질을 말하며 탄성한계를 넘는 힘이 작용할 때 나타난다.

[출처] 가소성 [可塑性, plasticity ] | 네이버 백과사전

초등학교 미술시간에 찰흙을 가지고 작품(혹은 숙제 ㅡㅡ^)를 만들 때, 손으로 퉁퉁치면 친모양 그대로 모양이 변한다. 이렇게 외부에 힘이 가해졌을 때, 물체가 변형되어 원래상태로 돌아가지 못하는 성질을 소성이라고 한다.

(여기서 소자로 한자로 보면 흙 빚을 소를 쓴다. 그러니 찰흙을 들어 설명하는 게 젤 이해가 빠른 듯)

그리고 소성이 큰 물체를 소성체라고 한다.

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모든 물체에는 탄성과 소성이 공존한다. 하지만 탄성이 극도로 미미한 경우는 탄성이 없다고 봐도 무방하기에 소성물체(소성체)라고 하면 되고, 소성이 극도로 미미한 경우는 소성이 없다고 봐도 무방하기에 탄성물체(탄성체)라고 하면 된다.  여기에서 막대 형상의 강재(쇳덩이)를 두고 설명해보자.

강재 막대 양단(양끝)을 잡고 당겼을 때 특정강도의 힘 이하도 당겼을 때는 원래상태로 돌아가지만, 특정강도의 힘 이상으로 당겼을 경우 원래 길이보다 늘어나는 경우가 있다. 즉 탄성거동을 했냐? 소성거동을 했냐를 구분할 수 있다.

출처 : 네이버 블러그 자력갱생

FeS : 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간가공 시에 균열을 일으킬 수 있다. 

<<특수강 수명단축의 주범 '비금속개재물'>>

특수강도 사람처럼 수명이 있다. 사람의 수명을 단축시키는 주요인은

질병이지만, 특수강 재료는 반복되는 충격과 하중으로 인해 생기는 '피로'가 주범이다. 그런데 이 '피로'로 인한 수명단축을 급격히 촉진시키는 범인이 있다. 바로 '비금속개재물'이라 불리는 금속 내부의 불순물이다. '비금속개재물' 즉, '금속 성분이 아닌 성분'이라는 뜻인데, 쉽게 말하면 돌맹이와 같은 성분이라 생각하면 된다. 그럼 왜 비금속재재물이 특수강 속에 들어있으면 문제가 생기는 것일까?

<<비금속개재물의 성질>>

망치로 돌맹이를 두들겨 보자. 쉽게 금이 가거나 깨어지고 만다. 돌맹이는 강하기는 하지만 질긴 성질(인성)이 없기 때문이다. 반면 순순한 철강금속은 큰 힘에도 깨어지지 않고 늘어나거나(연성), 퍼지는(전성) 성질을 보인다. 바로 철강금속의 이러한 성질 때문에 복잡한 형태의 제품을 쉽게 만들 수 있어 각종 산업의 핵심 소재로 널리 쓰인다.

그런데 만약 '비금속개재물'이 많이 포함된 특수강 재료로 자동차의 축을 만들었다고 가정하자. 도로 여건의 변화나 가속과 정지동작의 반복으로 자동차 축에는 계속해서 충격이 가해질 것이다. 이러한 상황에서 특수강 재료 속에 금속과는 성질이 전혀 다르고 충격에 약한 비금속개재물들이 있다는 것은 마치 암 덩어리를 품고 있는 것과 같다. 시간이 지나면 암이 전이 되듯이 비금속개재물이 충격을 받아 균열이 생기고, 이것이 전파되어 마침내 차축이 부러지는 치명적인 상황으로 전개될 수 있다.

<<비금속개재물이 생기는 원인>>

비금속개재물이 만들어지는 이유는 크게 제강 과정에서 대기와의 접촉과 고철이 지닌 불순물(황, 인등) 때문으로 요약할 수 있다. 특수강 용강은 다양한 금속원소로 구성되어 있는데, 이들 원소는 종류에 따라 어떤 특정 기체 또는 황(S), 인(P) 성분을 더 좋아하여 결합하려는 성질이 있다. 이렇게 결합하여 새로운 화합물을 형성한 것이 바로 '비금속개재물'이다. 이때 산소와 결합하여 만들어진 비금속개재물을 '산화물(Oxides)'이라 하고, 탄소와는 '탄화물(Carbides)', 질소와는 '질화물(Nitrides)' 황(S)과는 '유화물(Sulphides)' 인(P)과는 '인화물(Phosphides)'이 된다.

그러나 불행하게도 특수강 제강 중에 이같은 비금속개재물을 100% 차단하여 완전히 청정한 강을 제조할 수는 없다. '산화물'만 예를 들어도, 공기의 약 20% 정도가 산소이므로 제강 과정에서 접촉을 피할 수 없다. 더군다나 고철을 신속히 녹여 생산성을 높이고 강 중의 불순물을 제거하기 위해 산소를 불어 넣고 있다. 이때 산소와 친한 용강 속의 원소(Al, Si, Mn, Ca 등)들이 산소와 만나 산화물계 비금속개재물을 만들게 되는 것이다.

<<비금속개재물 제거 방법은>>

그렇다면 이같은 상황에서 어떻게 비금속개재물을 제거해야 할까? 우리회사에서는 보통 세 가지 방법을 사용하고 있는데 하나씩 살펴보자.

- 첫째, 탈산제를 첨가한다. 이 방법은 탈산제로 알루미늄(Al)을 용강에 넣으면 알루미늄이 산소와 반응하여 알루미나 개재물을 먼저 만들게 하는 방법이다. 이렇게 만들어진 개재물은 쉽게 떠올라 슬래그와 함께 제거되고, 용강 속은 알루미늄이 산소를 잡아가므로 산소가 극도로 저하되어 산소와 친한 금속과의 만남을 차단하게 된다. 마치 독으로 독을 치료하는 원리라 할까?

- 둘째, 진공 중에 용강을 잘 저어준다.(교반시킨다) 정련에서 VD(Vacuum Degassing)라 불리는 작업으로, 용강 전체를 진공 분위기 속에 넣고 저어주면 용강 속 산소는 빠져나가고 개재물은 용강 속을 떠돌다가 슬래그에 부착되어 제거된다.

-세째, 개재물의 크기와 성질을 바꾼다. 비금속개재물은 보통 비중이 작으므로 오히려 크기를 크게하면 부력이 생겨 잘 떠오르게 된다. 마치 큰 고무풍선일수록 물 위로 떠오르는 힘이 큰 것과 같다. 즉, Ca를 첨가하여 작은 개재물들을 사이즈가 큰 복합개재물로 변형시키면 쉽게 떠올라 슬래그와 함께 제거가 가능하다.

최근 고객들의 입맛은 더욱 까다로워져 우수한 피로수명을 가진 고청정강을 요구하고 있다. 고청정강이란 결국 '비금속개재물' 같은 불순물을 엄밀히 제어한 강이다. 제강직원 모두가 '비금속개재물'을 잡는 특명을 수행해야 하는 이유가 여기에 있다.

출처 : 블러그  " 그래도 살만한 세상 " 

1. 드로잉의 정의 

   드로잉은 재료의 이음쇠가 없이 중공용기를 주름이나 균열이 생기지 않게

다이안에 펀치를 눌러 넣어서 성형시키는 공법을 말한다.

2. 역드로잉

   1차 드로잉 방향과 반대방향으로 드로잉하는 공정, 제품의 내측과 외측이 바뀐다.

3. 재드로잉 

   1차 드로잉 방향과 같은 방향으로 드로잉하는 공정, 제품의 외측과 내측이 변하지 않는다.

4. 재드로잉과 역드로잉의 차이 

1) 역드로잉을 하는 이유에 대한 차이 

 A) 역드로잉 사용 이유 

  1] 좀더 높은 연신을 이끌어 내기 위해 사용한다. 

   - 바우징거의 효과에서 알수 있듯이 정드로잉 이후 역드로잉으로 정드로잉 보다  더 많은 연신을 이끌어 낼수 있다. 

  2] 터짐 없이 연신 되도록 정 - 역 - 정을 반복하기도 하고  정 으로 시작해서 - 역으로 끌어내려 진행한다. 

  3] 형상에 따라 진행 하는 역드로잉 이있다. 

 B) 바우징거 효과란 

 1] 연신과 압축의 반복을 통해서  재료를 좀더 연신할 수 있다. 

 2] 일정 크기 까지 인장한 재료를 다시 압축을 통하면 시작했던 인장의 값보다 더 진행이 된다. 

5. 결론 

 : 드로잉은 소재를 이음매 없이 연신 시켜서 용기를 만드는 작업으로  초드로잉 후에 재드로잉을 반복하여 

 목표크기로 늘리는 작업을 한다.  그러나 소재가 연신이 잘 안되는 소재인 경유 초드로잉을 목표값에 반대로 진행하고 

 이후 재드로잉을 역드로잉으로 진행하여 재드로잉을 반복한다면  그냥 재드로잉만 하던 길이보다 점더 연신을 시킬수 있다. ( 바우징거 효과 ) 

 특히 박판인 경우 재드로잉만으로는 소재가 파열될수 있으므로 역드로잉과 재드로잉을 반복하여 목표치수 까지 

 연신 할 수 있다. 

끝.

이 문제의 키포인트는 뒤틀림이다 ..   수축을 말하는것이 아닌 뒤틀림을 말하는 것이다. 

수축은 금형이 충전하고 냉각되는 과정에서 어느 종류이던 생긴다.  ( 열적수축과 결정화수축 )

그러면 키 포인트는  언제 뒤틀림이 발생하느냐 이다.  뒤틀림은 제품에 균형이 깨진 수축에서 

뒤틀림이 난다.  그러면 언제 균형이 깨지는 가 ?  불균형에서 균형이 깨지는데 금형에서 수축에 

불균형을 초래 하는것은 ?  

1. 제품 살두께 차이에 의한 불균형은 => 뒤틀림 보다는 싱크마크 등의 불량을 나타낸다. 

2. 그것 보다는 금형의 온도가 불균형이라면 ? 제품 전체에 냉각의  불균형이 생기면 뒤틀린다. 

3. 게이트 부근의 잔류응력이 남는것도 일부 국부적인 부분의 불균형이 균형을 깨드려 뒤틀림을 발생

시킨다.  ( 게이트 부근에 잔류 응력을 남기는 것은 보압 절환이 늦어서 게이트 실링후에 압력이 가해진

것이다.)

4. 제품 전체적으로 한곳에 치우친 한곳의 게이트에서 사출된다면 ?  제품 전체에 배향이 생기며 

배향으로 인해 수축이방성이 생겨서 냉각후 뒤틀릴 수 있다. 

5. 사출후 금형이 열리고 제품을 이젝팅 할때  균형있게 빼지 못하고 한쪽으로 치우쳐서 빼게 되면 

결과적으로 한쪽에만 응력이 가해지고 완전히 고화되지 않은 제품에 응력이 남아서 뒤틀림에 원인이된다.

성형품이 뒤틀리는 이유는

1. 게이트 부근의 잔류응력에 의해서

2. 수축 이방성에 의하여 가로와 세로의 수축 불균형

3. 이젝팅 언바란스에 의한 응력 발생으로   

4. 금형온도의 불균형에 기인한 냉각불균형으로 수축률 차이에 의한 것이 있다.  

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사출 성형품의 뒤틀림이란 ?

사출 이젝팅 한 제품이 대기 중에서 생기는 변형을 말함. 

첫째,   성형품의 냉각 불균형 및 냉각 시간차이에 의한 불균형 .

둘재,   배향 이방성에 의한 수축률 차이에 의함 .

  ( 배향 이방성 : 배향의 수직 방향과 수평 방향의 수축룰 차이 )

 셋째,  성형조건에 따른 잔류응력(오버패킹 등.)이 이젝팅 후에 발현되는 것 

  (  보압 불균형으로 인해 게이트 부근의 잔류응력이 남아서 )

 넷째,  이젝팅 불균형에 의해 변형이 생겨서 뒤틀림이 발생한다. 

  ( 균형있게 이젝팅 되어야 하는데 한쪽은 끼고 한쪽만 길게 이젝팅 되어서 

    결국 제품에 응력이 가해져서 변형으로 뒤틀림이 생긴다. )

끝. 

내생각 > 

열경화성 수지의 종류는 요소수지 , 페놀수지 , 에폭시수지, 멜라민수지, 테프론수지, 

요소수지 : 단추, 쟁판, 작은 접시 , 빗 , 장식 핀

페놀수지 : 단자대, 전기콘센트, 전기코드, 주전자 손잡이, 냄비 꼭지 

에폭시 : 접착제, 도료, 방수제, 옷, 페인트

멜라민 : 식기그릇, 접시,  쟁반, 국자, 수저

테프론 : 냄비코팅, 후라이팬 코팅, 손잡이 코팅  

끝.

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1.개요 

열경화성 수지는 상온에서 유동성을 가지고 있으나 그대로 열을 계속 가하면 경화되며 

고체로 되는 플라스틱이다. 또 2가지 원료를 섞으면 화반 반응을 일으켜 굳어져 제품이 

되는 것도 있다. 열경화성 수지는 일반적으로 높은 열안정성, 하중 하에서 크리프 변형

에 대한 저항력, 치수안정성, 높은 강성과 경도를 갖고 있으나 한번 성형하면 재사용 할 수

없다. 주로 압축성형 법이나 트랜스퍼 성형법에 의해 성형한다. 

2. 종류 

1) 패놀 수지 ( PF ) 

 (1) 특징 

   - 값이 싸고 우수한 성형성으로 인해 가장 많이 사용된다.

   - 전기 특성 내열성 기계적 특성이 좋다

   - 색(흑색 또는 갈색)과 색 안정성에서 제한을 받는다.

 (2) 용도

      전화기 부품, 자동차 핸들, 카메라 케이스, 전기 절연물 

2) 멜라민 수지 ( MF )

 (1) 특징 

   - 경도와 강도가 우수하다.

   - 냄새와 맛이 없다.

   - 색깔이 다양하고 내 충격성이 크다

 (2) 용도 

     욕조, 안전모, 단추, 식기류 

3) 에폭시 수지 ( EP ) 

 (1) 특징 

   - 유리섬유를 충전 시키면 고 강도의 합성물을 만든다.

   - 우수한 전기특성과 치수 안정성, 낮은 흡수성을 갖는다.

   - 트랜스퍼 성형 , 사출 성형에 의해 가공할 수 있다.

 (2) 용도

      항공기 부속품, 로켓, 파이프, 압력용기, 도료, 접착제등.

4) 우레아수지  

 (1) 특징 

   - 무촉매의 초속경화형이다. 스프레이 후 3~5초 내의 겔타임을 가지므로 경사면과 

     수직면 에서도 흘러내림 없이 스프레이 할 수 있으며 지촉건조 시간이 30초 이내이다.

   - 시공하는 동안에 물과 온도의 영향을 거의 받지 않으며, 기후변화 , 습기, 열, 냉기 

     등의 영향을 적게 받는다. (시송 가능온도 : -40도~+135도)

   - 인장강도, 신율, 내마모성, 접착력 등을 포함한 우수한 물리적 성질을 가지고 있다.

   - 177도씨 까지 높은 열 안정성을 보여주고 있다. ( 주로 방향족 폴리 우레아 수지 )

   - 색상과 광안정성을 향상시킬 수 있는 안료 배합을 할 수 있다. 특히 지방 우레아 수지는 

      옥외에 사용할 수 있도록 UV에 대한 장기간의 안정성을 가지고 있다.

   - 촉매를 사용하지 않기때문에 반응성이 균일하다.

   - 스프레이 기계로 쉽게 시공할 수 있다. 

   - 유리 섬유와 병행하여 강화 프라스틱을 만들 수 있다.

 (2) 용도

      하수관, 멘홀, 갱생용 코팅제, 파이프 코팅제, 목재 씰링재, 지붕 방수, 접착제.

5) 알키드 수지 

 (1) 특징 

   - 아크릴산 및 메타크릴산과 그 유도체를 주 성분으로 하는 비닐계 공중합체로써 

     경도 내후성 내식성 및 광택유지성이 뛰어나다.

 (2) 용도

      자동차, 전기기기, PCM, 건축재료등 도료 산업 전 분야에 사용되고 있으며

      광학특성이 요구되는 전자재료 산업분야에 까지 폭넓게 사용되고 있다.

끝.