일반적으로 다결정 재료에 있어서 결정입계 그 자체는 고유의 강도를 갖고 있지 않으며, 결정입계에 의한 강화는 결정립 내의 전위의 이동, 슬립을 상호 간섭함에 의해 일어난다고 알려져 있다. 따라서 결정 입계 길이가 길수록, 면적이 클수록, 즉 결정의 입도가 작아질수록 재료의 강도는 증가하게 된다. Hall과 Petch는 인장항복응력과 결정립 크기와의 사이에 다음과 같은 식이 성립함을 발견하였다.
이 식은 대부분의 결정질 재료의 항복강도는 결정립의 크기가 감소할수록 증가한다는 것을 나타내고 있다. 연성파괴가 일어날 때까지의 임의의 소성변형에서의 유동응력과 결정립의 크기 사이에도 Hall-Petch식이 성립하고, 취성파괴응력과 결정립의 크기 또 피로강도와 결정립의 크기에도 이러한 관계가 성립한다.
결정입도와 항복강도의 관계
결정립 크기는 금속의 종류, 불순물, 가열, 냉각속도 등에 의해서 영향을 받는다. 탄소가 소량 함유된 저탄소강의 결정립이 훨씬 미세하다는 것을 알 수 있다. 냉각속도에도 관계하는데, 일반적으로 냉각속도가 클수록 결정립은 미세해진다. 이러한 결정립의 크기에 따라 기계적 성질에 많은 영향을 주는데, 항복응력과 결정립 크기와의 사이에는 대부분의 결정질 재료는 결정립 크기가 미세할수록 금속의 항복강도뿐만 아니라 피로강도 및 인성이 개선되므로 실제로 금속재료분야에서 결정립의 미세화는 매우 중요한 기계적 성질 개선책으로 이용되고 있다
댓글