충격 실험

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충격 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

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69.835
* 단, 한정민 학생의 시편은 노멀라이징된 시편이다
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<충격실험>
1.실험의 목적
충격시험은 재료의 연성(ductility) 또는 인성(toughness)의 판정을 위한 것으로서, 아주 짧은 시간에 큰 하중이 작용하는 하중을 충격하중이라 하며 재료에 충격저항이 작용할 때 에너지 법을 이용하여 충격저항을 측정하며, notch부의 형상에 따른 충격저항의 변화를 구하여 이에 대한 영향을 이해한다.
2. 충격실험의 원리 (Charpy impact test)
시편을 양단지로 고정한 다음 시편의 notch부분이 정확하게 중앙에 오도록 수평으로 놓는다. 이때 시험편이 중앙점을 충격하중을 가하여 시편이 파단되는데 소요된 흡수에너지E(kgf·m)로 충격치를 나타낸다.
Charpy 충격 실험의 원리
W : 해머의 무게 (kgf)
: 해머를 들어올렸을 때의 초기각도
: 시편을 절단하고 상승했을 때의 각도
(반대편으로 올라간 최대각)
R : 축 중심부터 해머의 중심까지의 거리 (m)
그림과 같이 해머가 되는 각도의 위치에 고정시키고 펜듈럼 해머의 날이 시험편의 노치 부분에 오도록 시편을 바른 위치에 놓은 다음, 해머를 낙하시켜서 시편을 파괴시키고 해머가 각도 만큼 올라가게 한다.
이때 파괴되는데 소모된 에너지E(kgf·m)는 E = wR(cos -cos )이다.
(단, 회전축의 공기저항에 의한 마찰은 무시한다.)
3. 실험을 통하여 알 수 있는 Property&설명
①파괴인성(fracture toughness) : 취성이 큰 물질에서 외력이 가해졌을 때 결함의 급작스런 전파에 의해 파절이 일어나는데 이에 저항하는 능력이다. 단위는 ㎫·m
②천이온도(transition temperature) :노치를 만든 시편을 여러 온도에서 충격인장 혹은 충격휨 시험을 실시하면 파괴가 어떤 온도 범위에서 연성 양식에서 취성 양식으로 급변한다. 이때의 온도범위 또는 온도를 천이온도라고 한다.
③인성(toughness) : 재료가 파괴될 때까지 일어난 탄성변형, 소성변형에 필요한 에너지의 합. stress-strain curve의 파괴점까지 하방의 면적으로 strength와 ductility에 의해 좌우된다. (strength와 ductility가 크면 인성도 크다.)
④연성(ductility) : 인장력하에서 파괴되지 않고 재료가 소성변형하는 정도
⑤취성(brittleness) : 재료의 파괴가 일어나기 전 소성변형에 대해 견디는 상대적인 능력
취성이 클수록 소성변형이 일어나지 않는다. 즉, 비례한계 부분에서 파괴가 일어난다.
취성파괴에 저항하는 재료의 성질을 인성(Toughness)이라 하며 이러한 인성을 평가하기 위해 샤피(Charpy)충격시험 또는 아이조드(Lzoit)충격시험을 실시한다.
4. 샤피충격실험에 영향을 주는 요인
<온도의 영향>
충격 시험은 동적 시험이므로 정적 하중에 대한 에너지와는 차이가 있다. 그리고 상온에서 연성 파괴가 되는 재료라 할지라도 어떤 온도 하에서는 아래 그림과 같이 급격히 취약되는 취성 파괴의 성질을 갖고 있다. 온도가 낮아지면 재료의 연성, 인성은 감소하고, 탄성계수, 항복 및 인장응력은 증가한다. 다음그림은 강의 경우 온도에 따른 흡수에너지의 변화를 나타낸 것이다. 고온에서의 파괴는 연성이며 저온에서는 취성파괴를 일으킨다. 취성 파단면은 석탄의 벽개 (cleavage)면을 연상하게 하여 벽개파단(cleavage fracture)이라 부르기도 한다.
특히 연성에서 취성으로의 전이가 어떤 온도범위 이상에서 일어나게 되면 이 온도를 연성-취성천이 온도라 한다.
<열처리의 영향>
강을 가열 또는 냉각하면 항온변태 또는 연속 냉각변태에 의해 원자배열의 변화로 인한 금속조직의 변화로 강의 성질이나 상태가 변화된다. 재료를 사용 목적에 적합한 상태로 개선하고자 적당한 온도로 가열 냉각하는 것을 열처리(heat treatment)라 한다.
이러한 열처리에는 조직의 경화를 위한 담금질, 강인화를 위한 뜨임(tempering), 연화를 위한 풀림(annealing), 균질화를 위한 불림(normalizing), 표면 경도만을 높이기 위한 표면경화 처리(surface hardening) 등이 있다.
*노말라이징(normalizing)-가공의 영향을 제거하고 결정립을 미세화시켜 기계적 성질을 향상시킬 목적으로 Ac3점 또는 Acm점 이상의 30∼50 까지 가열시켰다가 공기 중에서 자연냉각하는 것을 말한다. 노말라이징(normalizing; 불림)은 완전풀림의 목적과 비슷한 목적을 가지나, 다만 완전풀림에 기인하는 큰 입도와 연화를 피하기 위하여 행하는 열처리이다. 조작면에서 큰 차이는 완전풀림은 고온역을 노내에서 매우 서냉하는데 반해 노멀라이징은 가열후 바로 노에서 꺼내어 공기냉각하는 점이다.
5. 실험방법
시편(연강/노말라이징)을 준비한다.
샤피 충격시험기에 시편을 장착한다.
시험기의 해머를 고정시킨다. 이때의 초기각도를 읽는다.
해머를 낙하시킨다.
시편이 절단된 후 해머의 각도와 충격 에너지 값을 읽는다.
6.실험결과 및 고찰
E = wR(cos -cos )식에서
R : 0.9m
w : 해머의 무게(19.76kg)
E : 시편이 파괴될 때 필요한 에너지
: 반대편으로 올라간 최대각 (개인실험 값)
: 시험전에지지된 각도 (134)
①노말라이징(내 실험결과)
wR(cos -cos )=19.67kg 0.9m (cos107.01-cos134) 9.8J=69.763J
실험에 나온 충격에너지 값:69.832J
②연강(조교님 실험결과)
wR(cos -cos )=19.67kg 0.9m (cos127.35-cos134) 9.8J=15.5629J
실험에 나온 충격에너지 값:15.275J
*오차이유: 시편을 장착할 때 시편의 notch부분이 정확하게 중앙에 오도록 해야하는데 중심이 정확히 맞지 않았기 때문이다.
*결과: 연강이 노말라이징 보다 파괴인성이 낮고 Notch에 매우 민감하다.

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충격 실험,   샤르피,   충격 재료