기계 설계나 설비 설계, 생산 기술 현장에서는 재료의「성질」이라는 말을 자주 사용하는데, 성질은 가공이나 설계에 커다란 영향을 줍니다. 여기에서는 재료의 성질이란 무엇인가에 대해 기초부터 하나하나 설명하도록 하겠습니다.
목차
금속 재료에는 다양한「성질」이 있다
사람에게 각각 개성이 있고 개성에 맞는 일이 있듯이, 금속 재료도 각각의 특징이 있습니다. 일반적으로 금속 재료의 성질에 대해 경도, 인성, 연성, 비중 등을 중심으로 설명하겠습니다. 이들 성질의 장단점 조합에 따라 유연성과 내구 강도 등 다양한 개성이 있습니다. 
또한, 어떤 성질이 강해지면 다른 성질이 약해지는 경향이 있는 등, 성질에 따른 경향도 존재합니다. 개성에 따라 적합한 용도가 바뀝니다.
재료의「성질」을 나타내는 말
재료의 성질을 나타내는 대표적인 말로, 강도, 경도, 인성, 비중 등 4개가 있습니다. 이에 대해 소개하겠습니다. 강도(인장 강도): 강도는 일반저긍로 생각하는「견고함」을 의미합니다. 동일한 두께의 재료를 잡아 당겼을 때, 파단되지 않고 견딜 수 있는 최대 강도를 나타냅니다. 이 점을 초과하면 재료는 급격하게 강도를 잃어 최대값보다 적은 하중에서 파단됩니다. 재료에는 인장뿐만 아니라, 비트는 힘이나 구부리는 힘, 전단이라는 가위로 자르는 듯한 힘 등, 다양한 힘이 가해집니다. 그러나 이들도 자세히 보면 인장력이 많이 작용하기 때문에 인장 강도가「강도」「견고함」으로 취급됩니다. 부품이나 기계를 설계할 때, 외력에 대한「강도」를 보기 때문에 우선 체크하는 성질입니다. 강한 힘이 가해지는 부품이나 기계에는 강도가 높은 재료를 선택합니다. 경도: 재료의 경도는 물건에 손톱을 세우듯이 매우 작은 범위에 힘을 가해 얼마나 흠집이 잘 생기는지로 평가합니다. 강도가 변형에 대해 견딜 수 있는 세기라 하면, 경도는 변형을 되받아치는 세기에 해당합니다. 마모(닳음)에 대한 강도에 크게 관련된 성질입니다. 담금질 등, 원래 재료에 가공을 추가하여 강화하는 경우가 있습니다. 경도가 높아지면 절삭 가공 등의 기계 가공이 어려워집니다. 재료의 피로 강도나 마모 세기 등을 향상시킬 때 체크하는 성질입니다. 기어나 베어링 등, 반복 마찰을 받는 부위에는 경도가 높은 재료를 선택하는 것이 좋습니다. 인성: 인성은 점성 강도라고도 합니다. 도자기처럼 물러 잘 파괴되지 않는 성질입니다. 강도는 하중의 최대값을 초과해 보다 작은 하중에서 급격한 변형이 시작될 때까지의 세기를 말하지만, 인성은 하중의 최대값을 초과한 후 변형에 필요한 하중을 줄이면서 잡아당겨질 때까지 얼마나 견딜 수 있는가도 아울러 평가합니다. 파괴적이고 충격적인 힘에 대한 강도라 할 수 있습니다. 가해지는 하중의 변동이 큰 경우나 진동이나 충격을 받기 쉬운 경우에는 인성이 높은 재료를 선택합니다. 비중: 비중의 정의는 물과 재료의 밀도의 비율인데, 한 마디로 무게라고 생각하면 됩니다. 비중이 큰 재료는 무겁고 비중이 작은 재료는 가볍습니다. 기계 설계나 설비 설계, 생산 기술 현장에서는 밀도보다 비중으로 재료의 무게를 나타냅니다. 재료의 중량에 대해 생각할 때 체크하는 성질입니다. 
재료의 성질의 대략적인 관계
금속 재료의 성질에는 몇 가지 대략적인 관계성이 있습니다.
- 강도가 높아지면 비중도 커진다 강한 재료를 선택하면 무거워지는 경향이 있습니다. 강하고 가벼운 재료는 그리 많지 않습니다.
- 경도가 증가하면 인성이 저하된다 경도가 증가하면 인성이 저하되어 이빠짐이나 크랙이 쉽게 발생합니다. 도자기는 세게 눌러도 오목해지지 않지만 일정한 힘을 가하면 부서집니다. 이는 경도와 인성의 관계를 생각할 때 매우 이해하기 쉬운 예입니다.
- 경도가 증가하면 강도도 높아진다 경도와 강도가 깊게 관련되어 있다는 사실은 쉽게 이해할 수 있을 겁니다. 강인한 근육은 밖에서 만져도 탄력이 있어 흐물거리지 않는 것과 비슷합니다.
- 강도나 경도가 증가하면 가공하기 어려워진다 바나나와 냉동 고기, 어느 것이 더 쉽게 잘라질지 생각하면 쉽게 이해가 갈 겁니다. 강한 것이나 딱딱한 것은 절삭 가공이나 소성 가공 등의 가공이 어려워집니다.
이처럼 금속 재료는 하나의 성질이 바뀌면 다른 성질도 바뀌는 경향이 있습니다. 설계 등에서 재료를 선택할 때에는 성질의 균형을 생각하며 결정해야 합니다.
