크리프의 뜻
일정한 하중 아래에서 시간에 따라 변형이 진행되는 현상. 대략 융점(절대 온도)의 0.4배 정도 이상에서 두드러지며, 천이·정상·가속의 3단계를 거쳐 파단한다.
일본어 명칭: クリープ
‘크리프’ 관련 연습 문제는 4개 분야에 14문제가 있습니다(고온 재료와 크리프, 고분자·복합재료, 기계적 성질과 파괴 등).
이 용어의 분야: 기계적 성질과 파괴
크리프 연습 문제에 도전
크리프를 무시할 수 없게 되는 온도의 기준을 융점(절대 온도)의 약 0.4배로 한다. 알루미늄(융점 660℃)에서 이 기준에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- A약 100℃
- B약 264℃
- C약 373℃
정답과 해설 보기
정답: A. 약 100℃
이 기준은 절대 온도로 생각하므로, 융점을 Tm = 660 + 273 = 933 K로 하여 0.4Tm ≈ 373 K, 즉 약 100℃입니다. 약 264℃는 ℃ 그대로 0.4 × 660으로 한 오류이고, 약 373℃는 373 K를 ℃로 착각한 오류입니다. 이 비(상동 온도)의 기준은 0.3~0.5 정도로 재료에 따라 폭이 있지만, 알루미늄 합금에서는 100℃대부터 크리프나 강도 저하를 고려해야 하며, 융점이 낮은 땜납에서는 상온에서도 크리프가 일어납니다. 크리프는 천이·정상·가속의 3단계를 거쳐 파단에 이르며, 설계에서는 정상 크리프 속도가 중요합니다.
일정한 하중과 온도에서 측정한 크리프 곡선(변형률과 시간의 관계)의 세 단계에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A천이(1차) 크리프에서는 변형률 속도가 시간과 함께 증가하고, 정상(2차) 크리프에서 최대의 일정한 값이 된 뒤, 가속(3차) 크리프에서는 변형률 속도가 줄어 간다
- B천이 크리프에서는 변형률 속도가 점차 줄고, 정상 크리프에서는 가공 경화와 회복이 균형을 이루어 거의 일정해지며, 가속 크리프에서는 변형률 속도가 늘어 파단에 이른다
- C정상(2차) 크리프 단계에서는 가공 경화와 회복이 균형을 이루어 전위의 운동이 완전히 멈추므로, 천이 크리프가 끝나고 가속 크리프에 들어갈 때까지 변형률은 전혀 늘지 않는다
정답과 해설 보기
정답: B. 천이 크리프에서는 변형률 속도가 점차 줄고, 정상 크리프에서는 가공 경화와 회복이 균형을 이루어 거의 일정해지며, 가속 크리프에서는 변형률 속도가 늘어 파단에 이른다
하중을 가한 직후의 순간 변형률 뒤에, 천이 크리프에서는 전위가 늘어나 얽히는 가공 경화가 회복을 이겨 변형률 속도가 점차 낮아집니다. 정상 크리프에서는 가공 경화와, 전위의 상승 운동 등에 의한 회복이 균형을 이루어 변형률 속도가 최소이고 거의 일정해집니다. 이 단계가 수명의 대부분을 차지하므로, 설계에서는 정상(최소) 크리프 속도를 사용합니다. 가속 크리프에서는 결정립계의 보이드 생성과 합체, 네킹에 의한 단면 감소, 조직의 열화로 변형률 속도가 늘어나 파단됩니다. 속도의 증감을 반대로 한 설명은 단계의 순서를 혼동하고 있습니다. 정상이란 변형률 속도가 일정하다는 뜻이며, 변형이 멈추는 것이 아닙니다.
해설 속의 ‘크리프’
이 비(상동 온도)의 기준은 0.3~0.5 정도로 재료에 따라 폭이 있지만, 알루미늄 합금에서는 100℃대부터 크리프나 강도 저하를 고려해야 하며, 융점이 낮은 땜납에서는 상온에서도 크리프가 일어납니다.
크리프를 무시할 수 없게 되는 온도의 기준을 융점(절대 온도)의 약 0.4배로 한다. 알루미늄(융점 660…하중을 가한 직후의 순간 변형률 뒤에, 천이 크리프에서는 전위가 늘어나 얽히는 가공 경화가 회복을 이겨 변형률 속도가 점차 낮아집니다.
일정한 하중과 온도에서 측정한 크리프 곡선(변형률과 시간의 관계)의 세 단계에 대한 설명으로 옳은 것은 무…순금속의 고온 크리프의 활성화 에너지는 자기 확산의 활성화 에너지에 가까운 경우가 많으며, 이는 크리프가 확산에 지배되고 있음을 보여 줍니다.
정상 크리프 속도가 ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT)를 따르고, 활성화 에너지가 Q = 300 kJ/mol…확산 경로가 결정립계를 따르는 경우를 코블 크리프라 하며, 속도는 결정립 크기의 세제곱에 반비례합니다.
어떤 세립의 다결정 금속을 융점(절대 온도)의 약 0.5배의 온도에서 낮은 응력으로 크리프 시험하였다. 정…보이트 모델이 나타내는 것은 일정 응력에서 변형률이 시간과 함께 일정한 값에 가까워지는 지연 탄성(크리프)입니다.
점탄성의 역학 모델에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
‘크리프’ 관련 문제(14문제)
- 크리프를 무시할 수 없게 되는 온도의 기준을 융점(절대 온도)의 약 0.4배로 한다. 알루미늄(융점 660℃)에서 이 기준에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 일정한 하중과 온도에서 측정한 크리프 곡선(변형률과 시간의 관계)의 세 단계에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 어떤 내열 합금의 정상 크리프 속도는 멱법칙 ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT)를 따르며, 응력 지수는 n = 5이다. 온도를 바꾸지 않고 응력을 20% 올리면 정상 크리프 속도는 대략 몇 배가 되는가?
- 정상 크리프 속도가 ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT)를 따르고, 활성화 에너지가 Q = 300 kJ/mol인 합금이 있다. 응력을 바꾸지 않고 온도를 1000 K에서 1050 K로 올리면 정상 크리프 속도는 대략 몇 배가 되는가? R = 8.314 J/(mol·K)로 한다.
- 어떤 세립의 다결정 금속을 융점(절대 온도)의 약 0.5배의 온도에서 낮은 응력으로 크리프 시험하였다. 정상 크리프 속도는 응력에 거의 비례하고(응력 지수 n ≈ 1), 결정립 크기의 세제곱에 거의 반비례하였다. 주로 작용하고 있는 크리프 기구로 가장 적절한 것은 무엇인가?
- 어떤 내열 합금은 어떤 응력에서 1000 K, 1000 h에 크리프 파단되었다. 라슨-밀러 파라미터 P = T(C + log₁₀t_r)(T는 절대 온도, t_r은 파단 시간으로 단위는 h, C = 20)이 같은 응력에서는 일정하다고 하면, 같은 응력에서 10⁵ h의 파단 수명을 얻기 위한 온도에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 점탄성의 역학 모델에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 맥스웰 모델로 나타낼 수 있는 고분자에 일정한 변형률을 주었더니 초기 응력이 5.0 MPa였다. 완화 시간을 50 s라고 하면, 100 s 후의 응력에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 고분자의 점탄성에서 시간-온도 환산 법칙(시간-온도 중첩 원리)의 개념으로 옳은 것은 무엇인가?
- 분말 야금 부품이나 주물의 내부에 남은 닫힌 기공을 없애기 위해 열간 등압 성형(HIP)을 한다. 그 방법으로 옳은 것은 무엇인가?
- 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?
- 제트 엔진의 터빈 블레이드에 일방향 응고에 의한 주상정이나 단결정의 Ni기 초내열합금이 사용되는 이유로 옳은 것은 무엇인가?
- 단결정 Ni기 초내열합금에 레늄(Re) 등의 무거운 원소를 몇 % 첨가하는 주된 목적으로 옳은 것은 무엇인가?
- 열차폐 코팅의 톱 코트(두께 250 µm, 열전도율 1.2 W/(m·K))를 1.0 MW/m²의 열유속이 두께 방향으로 균일하게 통과하고 있다. 정상 상태의 1차원 열전도로 볼 때, 톱 코트의 앞면과 뒷면의 온도차에 가장 가까운 것은 무엇인가?
관련 용어
전위 확산 크리프 Ni기 초내열합금 멱법칙 크리프 점탄성 주상정 가공 경화 회복 라슨-밀러 파라미터 열간 등압 성형