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고온 재료와 크리프

상온에서는 결정립을 미세하게 하면 강도가 올라가지만(홀-페치 관계), 고온에서 장시간 하중을 받는 부품에는 조대한 결정립이나 단결정이 사용되는 경우가 많다. 그 이유로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A결정립이 조대할수록 영률이 커지고 같은 응력에서의 탄성 변형률이 작아지므로, 고온에서 장시간 하중을 받아도 크리프 변형률이 작게 억제되기 때문
  2. B고온에서는 결정립계가 입내보다 강해지므로, 결정립계를 줄여 전위가 결정립계에 지나치게 붙잡히지 않게 하고, 입내 전위의 운동으로 응력을 완화시키기 위해
  3. C고온에서는 결정립계가 빠른 확산 경로나 미끄럼의 장소가 되어, 입계 확산에 의한 크리프, 입계 미끄럼, 결정립계 보이드의 생성이 결정립계가 많을수록 일어나기 쉬워지기 때문
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정답: C. 고온에서는 결정립계가 빠른 확산 경로나 미끄럼의 장소가 되어, 입계 확산에 의한 크리프, 입계 미끄럼, 결정립계 보이드의 생성이 결정립계가 많을수록 일어나기 쉬워지기 때문

고온에서는 결정립계를 따른 원자의 확산이 빠르고 입계 미끄럼도 일어나므로, 결정립계는 약한 부분이 됩니다. 결정립계와 입내의 강도가 같아지는 온도를 등강도 온도라 하며, 이보다 고온에서는 결정립계 쪽이 약해집니다. 그래서 확산 크리프(특히 결정립 크기의 세제곱에 반비례하는 코블 크리프), 입계 미끄럼, 결정립계 보이드의 생성과 합체에 의한 파단은 결정립계가 많은 세립일수록 일어나기 쉬워집니다. 고온 부품에서 결정립 조대화, 응력에 평행한 주상정, 나아가 단결정이 사용되는 것은 이 때문입니다. 영률은 원자 간 결합으로 정해지며 결정립 크기에 거의 의존하지 않으므로 조대한 결정립의 장점이 되지 않습니다. 고온에서 결정립계가 입내보다 강해진다는 설명은 관계를 반대로 하고 있습니다.

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