43. 변형경화 (strain hardening)

탄성거동에서 소성거동으로 변하는 점의 응력 σa,σb는 항복응력(yield stress)이라 하며 A점에서 B점으로의 소성변형으로 항복응력이 σa에서 σb 로 증대하게 된다. 이같이 소성변형과 함께 항복응력이 증대하는 현상을 변형경화(strain hardening) 또는 가공경화(재가 hardening)라 하며, 금속을 절곡하므로 크게 소성변형시킨 부분은 다시 굽히더라도 휘기 어렵다는 것은 일반적으로 잘 알려져 있다.

이는 소성변형을 받은 부분의 조직이 변하여 다른 부분보다 단단하게 된 결과로 금속의 소성가공(주조, 압연, 인발)시 나타내는 중요한 성질이다.

그림 43-2는 느슨한 모래(또는 정규압밀토) 및 조밀한 모래(또는 과압밀점토)의 전형적인 응력-변형곡선이며 그림 44-3은 그림 44-2에서 응력이 최대치에 도달하기 이전의 응력범위에서 재하-제하를 반복할 경우에 응력-변형거동을 나타낸 것이다.D점 이후에서 똑같이 제하ㆍ재재하를 반복하면 다시 D점에  대응하는 항복점이 나타나고 그 점의 응력은 D점 응력보다 크게 된다. 즉 변형경화가 생긴다. 소성적인 변형이 더욱 생기도록 하려면 응력을 계속 증가시켜야 하며, 일정한 변형증분이 생기는데 필요한 응력증분은 변형의 진행과 함께 감소한다. 다시 말하면 변형경화의 정도는 서서히 감소하고 응력-변형곡선도는 그림 43-1과 다른 곡선이 그려진다.

그림 43-2의 느슨한 모래에서는 Q점으로 나타나는 한계상태에 이를 때까지 연속적으로 경화가 발생하는 것이 된다. 한편 조밀한 모래에서는 P점에서 최대응력에 도달할 때까지 변형연화(strain softening) 또는 가공연화(work softening)하게 된다.

그림 43-4는 압밀시험에서 e-log p 곡선으로 이를 체적변형 v = -Δe/(1+e)와 log p 의 관게에서 그림 43-1과 대비하기 쉽도록 종축과 횡축을 바꾸어 표시한 것이 그림 43-5이다.

재하하면 D점이 새로운 항복점이 된다. 이같이 e-log p 곡선은 변형경화형 응력-변형 곡선의 전형적인 예로 볼 수 있다 또 그림 43-4의 A, D점에 대응하는 압력을 선행압밀응력이라 했으나 이 압력은 반드시 이전에 받은 최대압력에 대응하지 않거나 시험조건에 따라 상당히 변하는 것으로 탄성상태에서 소성상태로의 이전점에 상당하는 응력이라는 의미로 압밀항복응력이라 한다.