충격 천이온도
두 곡선의 교차점에 의해 발견된 천이온도는 인장에서의 천이온도이다. 실제로 더 중요한 다른 천이온도가 있다. 그것은 충격 천이온도다. 재료는 인장에는 매우 강하지만, 너무 취약해서 충격이 그것을 산산이 부숴버릴 수 있다. 이런 종류의 물질은 사용에 제약이 따른다. 충격 천이온도를 결정하기 위해 Charpy나 Izod 충격시험이 사용된다. 이 시험의 원리는 날카로운 충격을 시편에 가하고 시편의 변형이나 파괴에 의해 흡수된 에너지양을 측정하는 것이다.
여러 온도에서 충격을 시험함으로써, 흡수된 에너지는 시험한 온도의 함수로 찾아질 것이다. 이 데이터를 시험을 행한 온도와 흡수된 에너지의 관계로 나타내면, 충격 전이온도가 결정될 수 있다. 실제적인 용도로, 이 천이온도는 15ft-lb 정도의 높이로 정할 수 있다. 관례적으로, 이 값 이하에서의 파괴는 취성으로 그리고 이상에서는 연성으로 생각한다.
취성파괴 기구
초기 취성파괴 연구자 중 한 사람인 A. A. Griffith는, 유리에서의 이 현상을 연구하고 변형 전에 균열과 같은 결함이 존재하고 이에 따라 낮은 파괴강도를 갖게 된다고 결론지었다. 이러한 생각은 비결정질뿐만 아니라 결정질에까지 적용된다. 취성파괴의 발생을 설명해 주는 미세한 균열로 알려진 결함이 발견되었다. 미세한 균열은 미세구조의 결정립 내에 존재하는 작은 균열로 응력이 작용할 때까지는 안정하다.
미세한 균열의 기원은 아직 연구 중이지만, 이들의 형성을 설명하기 위해 제안된 이론 중에서 많은 것들이 전위의 교차를 언급하고 있다. 미세한 균열을 형성하는 칼날전위가 합쳐지는 것을 보여주는데 세 개의 칼날전위가 합해져서 하나의 쐐기 형태의 미세한 균열을 형성한다. 응력이 작용하면, 존재하는 미세한 균열은 확장되고, 다른 것들이 형성되고, 그리고 만약 응력이 충분히 크다면 시편은 취성파괴된다.
피로
반복적이고 주기적인 하중 환경에서 일어나는 이러한 형태의 파괴를 피로파괴라고 하고 이것은 회전축 운동 등에서 매우 흔하다. 자동차가 처음 사용되던 시기에, 정비공들은 파괴 표면이 나타내는 결정립 형태를 발견했고, 또한 축이 부러질 때 결정화 현상을 발견했다. 지금 우리는 금속은 원래 결정질이라는 것을 안다. 이 현상은 사용 중의 피로일 뿐이다.
피로시험 중, 가해지는 응력이 클수록 파괴전까지의 주기는 짧다. 가해진 응력과 파괴까지의 주기를 나타낸 그래프를 S-N 또는 피로 곡선이라 한다. 대부분의 재료는 낮은 응력하에서는, 더 길지만 유한한 피로수명을 갖는 거동을 보인다. 철과 철계 합금은 어떤 특정한 응력 수준, 즉 피로 또는 내구한계를 갖고 있어서, 그 이하에서는 주기 수와 관계없이 재료는 파단되지 않는다. 가장 흔한 피로 현상은 축에서 발견된다.
축에는 그 축을 운전하는 토크, 또는 회전력이 전해지는데, 이 토크를 축에 전달하는 기어 때문에, 통상 이 기어가 닿는 점에서 굽힘력이 존재한다. 이 힘은 축의 중심축에 수직 방향이고 축은 그것에 의해 휜다. 사용하는 동안 축이 회전하게 되면, 표면은 인장과 압축이 주기적으로 일어나게 되어 피로가 발생한다. 피로균열은 인장시에 표면에 있는 흠에서 형성되고, 균열은 각 주기마다 확장된다.
균열이 있는 부분이 압축 상태에 있을 경우에는 균열의 두 표면이 서로 비벼지기 때문에 닳아 매끄럽게 된다. 결국, 균열이 진행되어 감소한 단면적으로는 가해진 응력을 견딜 수 없게 될 때까지 균열은 진행되고, 취성파괴가 일어난다. 반복되는 주기 중에 매끈하게 비벼진 구역은 균열이 전달되는 것을 보여주는 해변 물결무늬와 같은 특색을 나타낸다. 취성파괴 구역은 외견상 결정립 모양을 하고 있다.
실제적인 적용에서, 공학자들은 기계를 설계할 때, 피로 파단을 피하기 위하여, 부품 특히 축이 재료의 내구한계 이상의 응력을 받지 않도록 하려고 노력한다. 어느 정도 피로 저항성을 갖도록 설계된 처리 방법으로, 제품의 표면에 압축응력을 유도하여 피로균열의 형성을 방해하는 방법 등이 있다. 표면을 매끄럽고 흠이 없도록 하는 것은 피로파괴를 막는 또 다른 방법이다.