1차원 결함에는 전위가 있다.
칼날전위는 전위선으로 정의한 반결정면의 끝단을 따라 격자가 국부적으로 찌그러짐. 전위선에 수직으로 작용하는 전단력을 따라 움직임.
나선전위는 전단 비틀림의 산물. 전위선은 나사로 된 원자 평면의 경사 중심 지남.
전위 이동에 의한 소성 변형 과정을 슬립(slip)이라 함. 전위선이 이동하는 결정학적 면을 슬립면.
실리콘 단결정의 전위밀도는 금속10^9 및 일반적인 세라믹 재료10^3 보다 작은 0.1~1mm^-2. 하지만 초크랄스키 그로잉에서 단결정시드에서부터 전위 발생 시 잉곳 전체적인 전위 형성.
금속이 소성변형 될 때, 변형에너지의 약 5%는 전위와 관련된 변형 에너지로 내부에 남음. 나머지는 열로 소모. 전위에 대해서 국부적 원자밀집 지역은 압축응력, 반대방향 원자지역은 인장응력.
내부의 결함, 긁힌 자국이나 흠집과 같은 표면결함은 전위 형성의 원인이 됨.
슬립계(slip system)은 슬립면과 슬립방향의 조합. 결정구종 따라 다른데, 슬립면은 가장 밀집된 원자의 묶음으로 되어 있어 가장 큰 평면밀도 가지는 면. 슬립방향은 슬립면에서 선밀도가 가장 높은 방향
단결정에서 슬립은 칼날전위, 나사전위, 혼합전위에서 슬립면과 슬립방향을 따라 작용하는 전단응력에 의해 이동.
다결정 금속에서 결정립마다 슬립 방향 다름. 결정립 방향의 변화는 여러 결정립에 대한 슬립선의 정렬에 차이가 생겨 나타남. 다결정 시편에서 소성변형은 각각의 결정립들이 슬립에 의해 서로 비슷하게 뒤틀리는 것.
다결정 금속은 동일한 단결정보다 강한데, 슬립을 일으키고 항복에 이르기까지 더 큰 응력이 필요하기 때문.
2차원 결함에는 결정립계, 쌍정립계, 적층결함, 외부표면
쌍정구조는 어느 한 쌍정립계에 대하여 한쪽에 원자가 있고 다른 쪽 거울상의 위치에 다른 원자가 놓이는 것. 가장 중요한 특징은 쌍정 변형에서 결정학적 방향이 변경되는 것. 슬립은 슬립면의 위와 아래에 결정학적 방향 동일하나 쌍정은 달라져 비로소 슬립과정을 유발함.
금속의 강화 메커니즘 : 금속의 소성 변형 능력은 전위의 이동 능력에 달림. 경도와 강도는 소성변형이 얼마나 쉽게 일어나느냐와 연관. 전위 유동을 줄여 기계적 강도 향상.
- 결정립 크기 감소 : 전위가 이동할 때 결정립은 장애물로 작용. 전위의 운동방향이 바뀌어야 되며 결정립계 지역 내의 원자의 무질서는 슬립면의 불연속 초래해서. 따라서 결정립 크기 작을수록 항복강도 지수적 증가. 결정립 크기는 액체 식을 때 응고되는 속도로 제어 가능. 열처리로 인한 소성변형도 제어 가능. 소각 결정립계는 슬립에 별다른 영향 없음. 쌍정립계는 효과적으로 슬립 막아 재료 강도 증가.
- 고용체강화 : 치환형 및 침입형 고용체에 들어가는 불순물 원소로 금속 강화 가능. 불순물 원자는 주원자에 격자변형을 주게 되고 따라서 격자 변형장은 전위와 불순물 원자사이에 상호작용하여 변형률 에너지를 감소. 전위의 움직임이 제한됨. 칼날 전위에서 국부적 원자 밀집지역에 더 작은 크기의 불순물 넣어 압축응력을 감소시키고, 반대로 더 큰 불순물을 반대쪽에 넣어 인장응력을 감소. 슬립에 대한 저항을 증가시킴.
- 변형 강화 : 냉간가공이라고 하며, 전위들 사이의 변형장의 상호작용을 토대로 설명 가능. 가공 경화에 따라 전위가 늘어나는데, 결과적으로 전위들 사이의 평균간격은 서로 좁아지게 되어 점점 더 가까운위치. 전위간의 변형장 상호작용은 서로 밀어내는 결과 초래. 따라서 한 전위 움직임은 다른 전위에 의해 방해받음.
회복 : 높은 온도에서 원자의 활발한 확산 결과로 인한 전위 움직임에 의해 내부의 변형률 에너지 일부가 제거. 낮은 변형률 에너지 배열로 바꿈. 전기전도도나 열전도도 같은 재료적 성질이 가공 전으로 회복.
재결정 : 회복 후에도 아직 대체적으로 높은 변형률 에너지 상태. 재결정의 구동력은 변형된 재료와 변형되지 않은 재료와의 내부 에너지 차이. 재료는 더 무르고, 약하고, 연하게 됨. 재결정은 시간과 온도에 의존. 재결정의 비율은 시간에 따라 증가. 재결정 온도는 재결정이 정확히 1시간만에 완료되는 온도. 일반적으로 합금보다 순수 금속이 재결정 온도 낮음. 불순물 원자가 우선적으로 분리되어야 결정립계 움직임을 줄이기 때문. 순수 금속의 재결정 온도는 대개 0.4Tm, 합금은 0.7Tm.
결정립 성장 : 재결정 후에 시편을 높은 온도에 놓아두면 변형률이 없는 결정립은 계속해서 성장. 결정립 크기 증가에 따라 결정립계 면접은 감소하므로 총 에너지가 감소하는데 이것이 바로 결정립 성장의 구동력. 결정립 성장은 결정립계의 이동으로 일어남. 작은 결정립은 수축되고 큰 결정립이 성장. 온도에 증가에 의한 확산 속도 증가로 온도 증가에 따라 결정립 성장 속도는 더 급속히 진행. 재결정 열처리 프로세스를 통해 결정립을 미세하게 만들수있다??
결정질 세라믹 : 세라믹도 금속처럼 전위의 이동에 따라 소성변형. 다만 슬립(전위)의 이동이 일어나기 어려워 단단하고 취성. 이온결합 물체인 경우 슬립계의 수가 매우 적음. 공유 결합 강한 세라믹 또한 슬립계 개수가 한정되어 있고 전위구조가 복잡하여 소성변형 어렵.
점성은 가해진 전단응력과 평판 수직거리 속도변화의 비율.
크리프 : 재료가 고온에서 정적인 기계적 하중을 받으며 사용될 때 나타나게 되는 변형. 온도 높고 하중 증가할수록 파괴까지의 시간이 짧다.