크리프(재료역학측면)

1 크리프 개요
 1) 크리프(Creep) 의 정의
    - 소재에 일정한 하중이 가해진 상태에서 시간의 경과함에 따라 소재의 변형이 계속되는거나 심화되는 현상.
    - 재료가 고온(일정온도)에 장시간 노출되어 일정한 하중을 받는 경우, 항복점 이하의 응력에서도 시간경과에 따라 변화 또는 파괴되는 현상.
    - 일정한 응력하에서의 변형률의 증가로 정의할 수 있음.
 2) 크리프의 특징
   - 재료가 0.4~0.5Tm(Tm : 융점) 이상의 온도에서 하중을 받으면 원자의 확산 효과에 의해 전위나 공공의 이동이 증가하기 때문에 재료의 강도는 일반적으로 온도만이 아니라 시간에도 의존한다. → 이 온도 역을 크리프역이라고 함
   - 노치가 있는 재료의 경우 크리프 강도는 변화한다.
     * 노치 선단에 응력집중이 생기면 크리프 변형이 촉진되어 크리프 경향이 저하 된다(노치약화)
     * 노치 선단에 소성구속(가공경화)은 크리프 변형을 억제해 크리프 강도를 상승시킨다(노치강화)
   - 맞대기 용접 비드 덧붙이를 삭제하면 노치효과가 없어지므로 크리프 강도는 개선되나, 용접금속의 크리프 강도는 모재에 비해 약하므로 개선의 정도는 미미하다.
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2 크리프 선도
 1) 크리프 거동(크리프 선도)

크리프 거동

 2) 구간별 정의
  ① I 지점 : 천이크리프 ▶ 변형속도가 시간이 지나면서 감소
  ② II지점 : 정상크리프 ▶ 변형속도가 일정하거나 최소로 변형
      * 결정이 미세할수록, 온도가 높을수록, 응력이 높을수록 변형속도가 크다
  ③ III지점 : 가속프리프 ▶ 변형속도가 차차 증가하여 결과적으로 파괴됨(크리프 파단)
 3) 크리프의 속도
   - 관련 공식

     * C : 상수
     * m, b : 크리프지수
     * Q : 활성화에너지
     * d : 결정립의 크기
     * K : 볼츠만상수
     * T : 절대온도

3 크리프의 활용 및 관리
 1) 강재의 크리프
   - 탄소강 : 250℃ 이상에서 나타남, 350~400℃ 이상에서 급격히 증가함.
 2) 크리프의 관리
   ① 용접에서의 크리프 강도 고려사항
    - 응력집중을 받는 노치등 용접부의 형상개선
    - 합금원소 첨가에 의한 결정립 미세화
    - 가능한 모재에 가까운 크리프 연성을 가지는 용접부가 얻어지는 용접방법 재료 적용
     --> 용접부에서는 크리프 강도보다 크리프 연성이 중요
   ② 크리프 강도에 미치는 원소
    - C : 타소강이나 저합금강은 비교적 낮은 온도하에서 크리프강도를 증가시키나 500℃ 이상에서는 효과가 없다.
    - Cr : 내열강에서는 반드시 첨가되며 크리프 강도, 내식성을 증대시키는 효과 있음.
    - Mo : 소량의 첨가로 크리프 강도를 현저히 증가. Cr-Mo에서 0.5%이내로 첨가
    - V : 탄화물 생성원소로 크리프 강도를 개선함, Cr-Mo에서 0.25%이내로 첨가