"왜?"라는 질문으로 상식에 한 발 가까이 다가갑니다.

기계공학 8

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 ..

유압장치의 작동원리! 파스칼의 원리(Pascal's Principle) 설명과 예시

유체의 압력에너지를 힘이나 동력과 같은 기계적 일로 변환시켜주는 장치를 유압장치(hydraulic system)라고 합니다. 유압장치는 실제 우리네 주변에서 다양한 형태로 접할 수 있는데요. 수압기, 각종 유압기계, 자동차 브레이크, 유압잭 등 다양한 방면에서 사용하고 있답니다. 이러한 유압장치가 작동할 수 있는 원리는 바로 파스칼의 원리로부터 출발하고 있습니다. 유체압력 전달원리인 파스칼의 원리 파스칼의 원리(Pascal's Principle)에서 파스칼은 사람 이름인데요. 프랑스의 수학자이자 물리학자로 유명한 파스칼이 17세기에 발견한 원리이기 때문에 파스칼의 원리라고 부릅니다. 파스칼의 원리란, 밀폐된 용기 속에 있는 비압축성 액체에 압력을 가하면 이 압력은 모든 방향, 모든 면에 동일한 크기로 작..

주물을 만드는 공정! 주조(casting)의 장점과 단점 알아보기

주조(casting)는 기본적으로 용융된 재료를 주형에 주입하여 응고시켜 원하는 형상의 제품을 제조하는 방법입니다. 주조를 통해 만들어지는 제품은 정말 다양한데요. 주조 과정으로 만들어진 제품은 완제품일 수도 있지만, 압연이나 압출 같은 또 다른 가공을 하기 위한 소재가 되는 경우도 있습니다. 주조 공정의 장점 ∇ 형상과 치수가 같은 물건을 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 주조 과정 자체가 하나의 틀에 액상의 재료를 넣고 굳히고 제거하는 과정을 반복하여 생산하는 방식이기 때문이지요. 주형의 동일한 틀(cavity)에서 생산된 제품은 형상과 치수가 동일합니다. 물론, 주형이 제대로 관리될 때의 이야기이죠. ∇ 대량생산이 가능하기 때문에 가공비의 절감을 기대할 수 있습니다. 다만, 주형 (일반적..

기계재료학 개요! 합금의 정의와 일반적인 성질 알아보기

합금(alloy)은 주 금속에 한 가지 이상의 다른 원소를 첨가하여 기계적 성질을 향상한 금속 물질입니다. 기존의 순금속에 다른 물질을 섞었기 때문에 기존 금속과는 다른 특성을 보여주지요. 이때 섞는 다른 물질은 꼭 금속일 필요는 없답니다. 합금을 사용하는 이유는 무엇일까? 굳이 순금속에 다른 물질을 섞어 합금을 만드는 이유는 기계적 성질에서 이득을 얻기 위함입니다. 합금은 기존 금속이 가지는 성질을 증대하여 개량하거나, 또는 부족한 특성을 보완하여 향상된 모습을 보여주는데요. 동시에 그 가격이 낮아지는 경우도 있습니다. 합금은 엄청나게 종류가 많으며, 일반적으로 많이 알려진 합금으로는 청동(bronze)과 황동(brass), 두랄루민(duralumin), 아말감(amalgam) 등이 있습니다. 이런 합..

기계재료학 개요! 금속(metal)의 정의와 금속의 일반적인 특징은?

금속(metal)은 고체 상태에서 광택이 나고 열전도율과 전기전도율이 좋으며, 연성과 전성의 성질이 있는 홑원소 물질입니다. 벌써 금속의 특징이 다 나열된 것 같네요:) 금속에 대해서는 화학 분야와 기계 분야에서 많이 다루고 있는데요. 화학 분야에서는 금속 원소의 전자 배열이나 원자들의 결합 형태(금속 결합) 같은 미시적인 관점에서 출발하여 금속의 특징을 공부한다면, 기계 분야에서는 금속 결합에 의해 생성되는 결정체에 관심을 가지며 기계 재료의 관점에서 금속의 특징을 공부합니다. 금속의 화학적 성질을 알아보자 일반적으로 주기율표 상의 약 70~80% 원소들이 금속에 해당합니다. 금속 원소는 대부분 최외각 전자(peripheral electron)를 가지고 있기 때문에 전자가 쉽게 전이될 수 있습니다. 때..

강도성 상태량과 종량성 상태량의 비교

상태량은 '강도성 상태량(intensive property)'과 '종량성 상태량(extensive property)'으로 구분됩니다. 여러 상태량들을 이 두 가지로 구분 지어보면 다음과 같습니다. ∇ 강도성 상태량 : 온도, 압력, 밀도, 비체적(specific volume), 농도, 끓는점, 녹는점, 어느점, 전기저항 등 ∇ 종량성 상태량 : 내부에너지, 엔탈피, 엔트로피, 길이, 체적, 질량, 열용량(heat capacity) 등 강도성 상태량과 종량성 상태량 알아보기 ∇ 강도성 상태량은 물질의 질량과 관계없이 그 크기 값이 결정되는 상태량을 뜻합니다. 예를 들어서, 온도라는 상태량이 20℃라면, 이 물질이 1kg이든, 1,000kg이든 관계없이 모두 온도가 20℃ 일겁니다. 농도도 마찬가지입니다. ..

상태량 개념정리 : 상태량의 정의와 여러 표현들

상태량은 영어로 'Quantity of State'입니다. 한글로 풀이하면 '물질계의 거시적인 상태에 대해 정해진 양'인데요. 필자는 상태량을 '어떤 물질의 현재 상태를 표현하는 양'이라고 정의합니다. 예를 들어 신발의 질량이 200g이라면, 200g은 현재 신발의 질량 상태를 나타내는 값이죠? 따라서 이 신발의 질량에 대한 상태량은 200g이 되겠습니다. 상태량을 쓰는 이유는 무엇일까? 공학(engineering)은 기본적으로 자연의 것들을 이용하여 인간에게 유용한 무엇인가를 창조하는 학문입니다. 그렇기 때문에 필연적으로 이 물질의 현재 상태를 알아야 하고, 어떤 과정(process)을 거친 이후의 상태를 알아야 합니다. 그래야 공학적 행위에 의한 물질의 변화를 확인할 수 있고, 인간이 자연을 효율적으..

기계재료의 분류와 일반적인 성질

기계재료는 기계나 구조물을 제작할 때 사용되는 여러 재료를 통칭하여 일컫는 말입니다. 기계나 구조물의 주재료라고 하면, 보통 철을 많이 떠올릴텐데요. 그만큼 철강재료를 기계재료로 많이 사용하고 있기 때문이겠죠. 하지만, 철 이외에도 여러 다양한 재료들이 사용되고 있답니다. 기계재료를 분류해보자 기계재료는 크게 금속(metal)재료와 비금속(nonmetal) 재료로 구분할 수 있습니다. 금속은 고체일 때 광택이 나고 열전도율과 전기 전도도가 높은 성질을 가지는 물질인데요. 가장 대표적인 물질로는 철(Fe)이 있습니다. 금속재료에서 철은 매우 일반적으로 사용되기 때문에, 금속재료를 철을 기준으로 철강재료와 비철금속재료로 나눕니다. 철강재료는 함유하고 있는 탄소의 양에 따라 순철, 강, 주철로 구분되고 비철금..