강도와 경도의 차이점 비교 (기계 재료의 기계적 성질)

 기계 재료에 인장력, 압축력, 전단력, 굽힘, 비틀림 등을 가하면 재료는 크던 작던 변형이 발생하게 되고, 여러 가지 성질들이 나타나게 됩니다. 그 성질들을 기계적 성질(mechanical property)이라고 하고, 강도, 경도, 인성, 취성, 연성, 전성, 크리프, 연신율, 피로, 항복점 등이 있죠. 그중에서 강도와 경도에 대해 알아보고 그 차이점을 비교해봅니다.

 

강도와 경도의 차이점은?

∇ 강도(strength)는 외부에서 하중이 주어졌을 때, 재료가 파단이 되기까지 견디는 정도를 뜻하는 말입니다. 여기서 파단이란, 재료가 파괴되어 두 부분 이상으로 나뉘는 것을 말하는데요. 즉, 강도는 재료가 파괴되기까지 버티는 변형 저항이자 저항력을 나타냅니다. 외부 힘이 어떤 형태로 가해지느냐에 따라 강도는 여러 종류로 구분됩니다. 인장력이 가해지면 인장강도(tensile strength), 압축력이 가해지면 압축강도(compressive strength), 굽힘 하중이 가해지면 굽힘강도(flexural strengh, bending strength), 비틀림이 가해지면 비틀림 강도(torsional strength)가 되죠. 인장강도는 인장력이 가해지게 재료를 서서히 잡아당겨서 측정하고, 압축강도는 반대로 재료에 압축하중을 주어 측정합니다. 비틀림 강도 역시 재료를 비틀어 비틀림을 가하여 측정합니다.

∇ 경도(hardness)는 재료 표면의 무르고 단단한 정도를 나타냅니다. 경도는 측정 방법에 따라서 브리넬(Brinell) 경도, 로크웰(Rockwell) 경도, 비커스(Vickers) 경도가 있는데요. 세 가지 경도 모두 측정하고자 하는 재료보다 훨씬 단단한 다른 물질로 만든 압자(penetrator)나 강철 구(강구)를 사용하여 재료가 얼마나 자국이 났는가 또는 얼마나 깊게 들어갔는가를 계산하게 됩니다. 일반적으로 가장 경도가 높다고 알려진 것은 다이아몬드이며, 때문에 경도 측정 시 압자로 사용하기도 합니다.

∇ 강도와 경도는 비슷해 보이는 성질이지만 항상 강도가 높다고 해서 경도가 높은 것은 아닙니다. 그 대표적인 예로 유리와 손톱을 많이 비교하는데요. 유리와 손톱의 경도를 쉽게 비교해 보는 방법은 유리를 손톱으로 긁어보고, 또 반대로 손톱을 유리로 긁어보는 것입니다. 이때 일반적으로 유리에 의해서 손톱이 긁히게 되죠? 반대로 유리는 손톱으로 흠집을 내기 어렵습니다. 즉, 유리가 손톱보다 더 단단하기 때문에 유리의 경도가 손톱의 경도보다 높습니다. 그렇지만 만약 손톱과 유리에 압축력을 가하거나 비틀림을 가한다면 어떨까요? 유리가 손톱보다 먼저 깨집니다. 이는 곧 파괴되기까지 버티는 힘은 손톱이 더 좋은 것이죠. 즉, 손톱이 유리보다 강도가 높습니다. 정리하자면, 상대적으로 경도는 유리가 높고, 강도는 손톱이 높은 것입니다. 이것이 곧 경도와 강도가 항상 비례한다고 볼 수 없는 사례가 됩니다.

 

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