변형경화 (Strain Hardening)
쉽게 풀면
철사를 손으로 여러 번 구부렸다 펴다 보면, 처음에는 쉽게 휘어지던 부분이 점점 뻣뻣해지면서 구부리기 힘들어지는 것을 느낄 수 있습니다. 이렇게 재료가 영구적으로 변형될수록 오히려 더 단단해지고 강해지는 현상을 변형경화라고 합니다. 재료 내부의 미세한 구조가 소성변형 과정에서 서로 얽히고 방해하면서 추가 변형에 더 큰 힘이 필요해지기 때문에 나타나는 현상입니다.
왜 중요한가
변형경화는 금속 성형 공정에서 재료가 어느 정도까지 가공에 견딜 수 있는지를 결정하는 중요한 성질이며, 냉간가공을 통해 재료의 강도를 높이는 원리로도 활용됩니다. 또한 구조물이 항복 이후에도 곧바로 파괴되지 않고 추가적인 여유를 갖는 이유를 설명해주므로, 소성해석과 극한강도 평가에서 빠질 수 없는 개념입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
재료를 잡아당기는 실험 결과로부터, 그 재료가 얼마나 강하게 경화되는 성질을 가지는지를 수치로 나타냈다는 뜻입니다.
재료가 소성변형을 겪으며 강도가 변하는 특성을 수학적 모델로 표현하여 컴퓨터 해석에 사용했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
변형경화는 응력-변형률 곡선에서 항복점 이후 곡선이 상승하는 형태로 나타나며, 이 기울기의 정도를 나타내는 값을 변형경화 지수 또는 가공경화 지수라고 부릅니다. 미세구조 관점에서는 소성변형이 진행되면서 전위(dislocation)가 늘어나고 서로 얽히면서 추가적인 전위 이동을 방해하는 것이 주요 원인으로 설명됩니다.
주의할 점
변형경화가 무한히 계속되지는 않으며, 어느 시점부터는 재료 내부에 미세 손상이 누적되어 오히려 강도가 떨어지는 네킹이나 파단 단계로 이어질 수 있습니다.