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확산 크리프의 뜻

원자의 확산으로 결정립이 늘어나며 진행되는 크리프로, 속도는 응력에 비례한다. 격자 확산에 의한 나바로-헤링 크리프와 입계 확산에 의한 코블 크리프가 있다.

일본어 명칭: 拡散クリープ

‘확산 크리프’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 4문제가 있습니다(고온 재료와 크리프 등).

이 용어의 분야: 고온 재료와 크리프

확산 크리프 연습 문제에 도전

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?

  1. A약 2.5배
  2. B약 6.0배
  3. C약 1.2배
정답과 해설 보기

정답: A. 약 2.5배

온도가 같다면 A와 exp(−Q/RT)는 변하지 않으므로, 속도의 비는 응력 비의 n제곱으로 (1.2)⁵ ≈ 2.49, 약 2.5배입니다. 불과 20%의 응력 증가로 속도가 2배 이상이 되는 것은 n이 3~8 정도로 큰 전위 크리프(멱법칙 크리프)의 특징이며, 설계 응력의 작은 추정 차이가 수명을 크게 좌우합니다. 약 6.0배는 응력의 비에 지수 n을 곱해 버린 값이고, 약 1.2배는 속도가 응력에 비례한다(n = 1)고 한 값으로, 이는 낮은 응력에서 작용하는 확산 크리프의 경우에 해당합니다. 양대수 그래프에 속도와 응력의 관계를 그리면 그 기울기가 n이 됩니다.

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?

  1. A입내 전위의 상승 운동에 지배되는 멱법칙 크리프
  2. B결정립계를 따른 원자의 확산에 의한 코블 크리프
  3. C결정립 내부를 지나는 체확산에 의한 나바로-헤링 크리프
정답과 해설 보기

정답: B. 결정립계를 따른 원자의 확산에 의한 코블 크리프

확산 크리프에서는 인장을 받는 결정립계에서 압축을 받는 결정립계로 원자가 확산하여 결정립이 늘어나며, 속도는 응력에 비례합니다(n = 1). 확산 경로가 결정립계를 따르는 경우를 코블 크리프라 하며, 속도는 결정립 크기의 세제곱에 반비례합니다. 결정립 내부를 지나는 체확산의 경우는 나바로-헤링 크리프라 하며, 결정립 크기의 제곱에 반비례합니다. 입계 확산은 체확산보다 활성화 에너지가 작으므로, 비교적 낮은 온도와 미세한 결정립에서는 코블 크리프가 우세해지고, 융점에 가까운 고온에서는 나바로-헤링 크리프의 기여가 늘어납니다. 전위에 의한 멱법칙 크리프는 n이 3~8로 크며, 결정립 크기에는 거의 의존하지 않습니다.

해설 속의 ‘확산 크리프’

‘확산 크리프’ 관련 문제(4문제)

  1. 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?
  2. 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?
  3. 애시비 등의 변형 기구 지도(세로축에 강성률로 규격화한 응력 σ/G, 가로축에 상동 온도 T/Tm을 잡은 그림)에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가? Tm은 융점(절대 온도)으로 한다.
  4. 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?

관련 용어

크리프 멱법칙 크리프 전위 변형 기구 지도 홀-페치 관계 주상정 영률 라슨-밀러 파라미터 산화의 포물선 법칙 열차폐 코팅

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