[재료역학] 강도와 경도의 차이

강도와 경도의 차이를 아시나요? 두 단어는 매우 유사해서 혼동하는 경우가 많은데요. 오늘 사용법과 차이를 분명히 알려드릴게요.

 

정의

• 강도 : 재료에 하중이 걸린 경우 재료가 파괴되기 전까지의 저항성을 의미함.
• 경도 : 재료의 국부 소성변형(예:조그만 흠이나 흠집)에 대한 재료의 저항성을 의미함.

※ 강도와 경도 모두 재료에 소성변형이 일어나는 경우에 해당하므로 정의가 거의 흡사함.

 

차이점

• 힘의 작용점 : 강도는 시험 시 재료 전체에 하중을 전달하는데 반해 경도는 재료의 표면에만 하중을 가하여 측정함. 이로 인하여 경도는 재료의 표면 상태에 따라 값이 달라질 수 있음.
• 측정 방식 : 강도는 서서히 하중을 증가시켜 재료가 파괴될 때까지 시험하는데 반해 경도는 일정한 힘과 속도로 재료에 하중을 가하여 값을 측정함.
• 응력의 차이 : 강도는 여러 가지 힘이 있지만 주로 인장 응력을 주어 값을 측정하는데 반해 경도는 압축 응력을 주어 값을 측정함.

※ 일반적으로 재료는 압축 응력에 더 잘 견디기 때문에 경도 값이 강도 값보다 더 크게 측정됨.

 

이유

인장의 경우 재료의 파괴는 결함에서 시작됨. 어딘가 취약한 부분이 있으면 그곳이 먼저 손상이 되고 파괴가 일어납니다. 벌어진 부분은 인장력을 받으면 응력집중현상(necking 현상)이 나타나서 파괴가 더 진행되면서 재료 전체의 파괴로 이어집니다.

 

반면에 압축을 받는 경우 결함이 있어도 눌려서 벌어지지 않고 응력 집중도 발생하지 않습니다. 결과적으로 더 큰 힘을 버틸 수 있게 됩니다.

 

사용법

강도와 경도는 위와 같은 차이점이 존재하기 때문에 사용법도 조금의 차이가 있습니다. 따라서 상황별로 더 유용한 값을 사용해야 합니다. 예를 들어서 절삭공구의 단단함을 측정 할 때는 강도보다는 경도가 좋습니다. 

 

그 이유는 절삭공구는 특성상 제품의 마모가 잘 일어납니다. 그리고 마모는 재료의 표면에서 일어납니다. 그렇다면 재료의 표면의 강함을 알 수 있는 경도 값을 사용하는 것이 옳을 것입니다. 

 

하지만 이러한 몇몇을 제외하고는 대부분 경도보다는 강도 값이 조금 더 유용하고 의미 있게 쓰입니다. 우선 재료 전체의 하중을 주어 측정하는 방식이기 때문에 일상생활과 밀접한 관련이 있습니다. 또한 강도는 인장, 압축, 비틀림 등 다양한 상황에 적용 할 수 있으므로 강도가 좀 더 보편성 있다고 생각합니다. 

 

결과적으로는 상황에 맞추어 값을 사용하되 조금 더 유용한 값은 강도 값이라 할 수 있습니다.