홍익대학교 기계공학실험 충격, 경도, 인장 실험보고서

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목차

1. 실험 목적
2. 관련 이론
3. 실험 장치
4. 실험 과정 및 순서
5. 실험 결과 및 토의
6. 참고문헌

본문내용

너지 감소량에서 손실에너지를 뺀
가 된다.
⑥ 파면율
- 취성 파면율
- 연성 파면율
(2) 경도실험
브리넬 경도시험은 강구나 초경합금 가압구를 사용한다. 일정하중으로 시험편에 압입할 때 생긴 자국의 크기에 의해 경도를 측정하는 방법이다. 브리넬 경도는 아래 식과 같이 시험 후 생긴 오목부의 면적으로 압입 시 가한 하중을 나눈 값으로 나타낸다.
여기서,
: 브리넬 경도
: 시험하중
: 가압 강구의 직경
: 압입 자국의 직경
압입자국의 직경에 대해 윗 식에 의해서 계산된 표가 만들어져 있으므로 측정치를 바로 경도로 환산할 수 있다. 브리넬 경도 단위로 [㎏f/㎜2]이나 경도수로는 단위를 붙이지 않고 정수를 사용한다.
브리넬 경도는 같은 재료라도 하중이나 강구의 지름을 변화시키면 다른 값을 나타낸다. 이것을 배제하기 위하여 d/D가 일정하도록 재료에 따라서 강구와 하중의 크기를 적절히 선택하여야 한다. 보통d/D가 0.2∼0.6가 되는 범위의 하중을 선택하는 것이 적당하다.
(3) 인장실험
- 인장강도 45㎏/, 항복강도 28㎏/, 연신율 35％ 자동차 내판용 고강도 냉연강판은 개발
- 성형성이 매우 우수한 고강도강
복잡한 형상의 자동차 내판용 소재로 공급, 자동차부품의 두께를 기존 강에 비해 10％ 이상 줄일 수 있어 차체경량화 및 자동차 제조원가 절감한다. 일반적으로 냉연강판은 강도가 증가하면 연신율이 낮아져 성형이 많이 요구되는 부품에 사용할 경우 균열이나 주름이 발생해 지금까지 복잡한 부품에는 인장강도 45㎏f/급 고강도 냉연강판을 사용하지 못했다.
- 극저탄소강에 티타늄(Ti)을 첨가해 가공성을 높이고, 강도 강화원소인 인(P), 규소(Si), 망간(Mn)을 첨가해 강도를 확보했다.
3. 실험 장치
(1) 충격실험
샤르피 충격 시험기
(2) 경도실험
(3) 인장실험
마이크로미터, 만능 시험기, 버니어 캘리퍼, 금긋기 바늘, v블록, 펀치, 해머, 기록지
4. 실험 과정 및 순서
(1) 충격실험
① 시험온도와 시험편의 치수를 측정한다. (한계 게이지를 사용할 것)
② 해머 좌우에 사람이 없는지 확인한다.
③ 해머를 인상용 후크에 걸고 핸들을 돌려 샬피 충격시험기에는 최대 인상각도(70°)까지 인상시킨다.
④ 시험편을 고정시키기 전에 해머의 낙하레버를 작동하여 해머를 낙하시켜서 미리 기계적 손실에너지(손실각도)를 측정한다.
⑤ 게이지를 사용하여 시험편의 노치 부분이 앤빌의 표면이 동일편면 내에 위치하도록 시험편을 고정시킨다.
⑥ 레버를 건 후 상승각도 지시바늘을 10°로 맞춘다.
⑦ 노치가 왼쪽을 향하도록/ 왼쪽 면 위, 아래가 지지대에 닿도록 시험편을 설치한다.
⑧ 이러한 방법으로 충격 실험을 한 후 측정각도를 측정한다.
(2) 경도실험
① 릴리프 밸브를 잠근다.
② 앤빌 승강 핸들을 조절하여 앤빌을 아래로 내린다.
③ 앤빌 위에 시험편을 평평하게 설치한다.
④ 앤빌 승강 핸들을 조절하여 강구에 닿을 때 까지 돌린다.
⑤ 앤빌 승강 핸들을 조절하여 강구로부터 살짝 띄운다. (초기하중을 없애기 위해서.)
⑥ 하중 지시계가 3000kg가 될 때까지 가압레버를 당긴다.
⑦ 3초 후 릴리프 밸브를 풀어 경도 실험을 실시한다.
⑧ 압입자국을 버니어캘리퍼로 측정한다.
(3) 인장실험
① 감전의 위험이 있으므로 기구 뒤로는 가지 않는다.
② 실험 전 시편의 지름, 50mm 지점에 마킹을 한다.
③ 시험편을 설치하기 위해 수동 속도를 설정하고 Grip을 위로 올린다.
④ 위쪽 그립에 먼저 시험편을 설치한 후 그립을 아래로 내린다. 아래도 마저 설치한다.
⑤ Win Test를 실행한 후 new를 누른다.
⑥ Select Test Definition에서 Tensile을 확인 한다.
⑦ Test Heading에서 Sample Length 50mm, Diameter 10mm 확인한다.
⑧ Test시작 버튼을 누른 후 계기판에 Computer Control mode인지 확인한다.
⑨ 영점으로 정하기 위해 수동으로 속도를 0으로 맞추고 ENDTEST버튼을 누른 뒤, TAPE버튼을 길게 누른다.
⑩ Test를 시작하고, 그래프를 확인한다.
⑪ 파단을 확인한 후 EndTest버튼을 누른다.
⑫ 파단 시 네킹 부 단면적과 50mm 마킹부분 길이를 측정한다.
5. 실험 결과 및 토의
(1) 충격실험
① 파단에너지 계산
측정값
충격실험
손실
SM20C
SM45C
AL2024
AL7075
1조
5.5°
68.80°
19.20°
9.00°
7.00°
2조
77.6°
-
99.70°
85.00°
82.60°
3조
1.8°
66.00°
25.00°
10.00°
6.00°
4조
3°
-
33.00°
18.00°
12.00°
- 파단에너지 계산 값
충격실험
SM20C
SM45C
AL2024
AL7075
1조
-3.82
10.88
13.91
14.50
2조
-
8.39
12.75
13.46
3조
-4.09
8.07
12.51
13.70
4조
-
6.05
10.50
12.27
평균
-3.96
8.35
12.42
13.48
② 연성-취성 비교, 고찰
연성재료와 취성재료의 차이를 보자면, 취성재료는 강도는 높은 반면에 충격에 약하며, 충격에너지를 많이 흡수하지 못한다. 반대로 취성재료의 경우는 강도는 낮은 반면에 충격에 강하고, 충격에너지를 많이 흡수한다. 파단에너지의 그래프를 보면, 알루미늄 재료의 충격에너지 흡수량이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 여기서 SM20C의 재료 같은 경우에는, 파단에너지 값이 음수가 나왔는데, 이는 에너지보존 법칙에 위배되어 실험에 대한 오차가 생겼다는 것을 볼 수 있다.
금속 재료에서 취성에 영향을 많이 끼치는 원소는 황, 인, 탄소 등이다. 인, 탄소가 많이 들어 있을수록 취성이 높아지게 되는데, SE20C와 SE45C를 비교해보면 SE45C가 탄소함유량이 더 크므로 취성이 높다는 것을 알 수 있다. 따라서 파단에너지 값은 작아질 것이다. 그리고 AL2024와 AL7075를 비교해보면 인의 함량이 AL7075가 많기 때문에 취성이 더 크게 될 것이다. 하지만 실험 결과를 보면 AL7075의 파단에너지 값이 더 컸다. 이는 실험이 잘 못

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