인장실험

소개글

인장실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.제목

2.목적

3.실험장비

4.이론

5.실험방법

6.실험결과

7.비고및고찰

8.참고문헌

본문내용

된 두표점 간의 거리로, 연신율 측정의 기준이 되는 거리를 말한다.
(7) 공칭응력 (Engineering stress, σ)
시험편에 가한 하중을 초기 단면적으로 나눈 값 σ=P/A 로서 나타낸다.
(8) 진응력 (True Stress, σ)
시편에 하중을 가하기 시작하면 길이가 늘어남에 따라 초기 단면적은 점차 감소하므로 순간 순간의 응력은 그 순간의 하중을 그 순간의 단면적으로 (A) 나누어 구할 수 있는데 이를 공칭응력에 대하여 진응력은 σ=P/A라 한다.
(9) 공칭 변형률 (Engineering strain, e )
시험편의 늘어난 길이 (△l)를 표점거리 l 로 나눈 값으로 나타낸다.
e = (l-l)/l = △l / l
(10) 진형변형율 (True stain, ε)
재료가 하중을 받으면 길이가 계속 늘어나게 되며 실제 변형률은 순간표점 거리에 대한 비율로 나타내어야 한다. 이를 진 변형률(또는 대수 변형률) 이라 한다. 탄성 내에서는 공칭 변형률과 큰 차이가 없으나 소성역으로 들어가게 되면 길이 변화가 커지게 되므로 차이가 커지게 된다. 진변형률의 변화 dε = dl/d로 표시되므로 진 변형률은 ε = ∫ dε = ∫ dl/l = ∫ln(l/l) 이다. 따라서 공칭변형률과 비교 하면 ε=ln(1+e)의 상관 관계를 가지게 된다.
5. 실험방법
1. 인장용 시편을 밀링을 이용하여, 주어진 치수에 맞게 제작한다.
2. 실험전 시편의 초기단면적과 초기길이를 측정하고 표점거리를 표시한다.
3. 위에서 만든 시편을 MTS 시험기에 장착한 후 인장 시험을 시행한다. 시편 장착시 고정장치가 돌아가지 않게 손으로 잡은 후 조여준다.
4. 실험이 끝난 시편의 나중단면적과 나중길이를 측정한다.
5. 인장시험이 끝나면 데이터를 저장한다.
6. 실험결과
표.1
초기직경(cm)
표점거리(cm)
나중직경(cm)
늘어난 길이(cm)
네킹부분 초기길이(cm)
네킹부분 늘어난길이(cm)
탄소강1
0.9
5
0.67
5.74
2
2.62
탄소강2
0.89
5
0.715
5.33
2
2.32
알루미늄
0.82
5
0.775
5.57
2
2.29
황동
0.89
5
0.81
5.67
2
2.31
황동
알루미늄
탄소강1
탄소강2
ε = (l-l)/l
0.134
0.114
0.148
0.066
표.2 공칭변형율
표3. 단면 수축률
황동
알루미늄
탄소강1
탄소강2
A=0.622cm
A=0.515cm
=0.222
A=0.528cm
A=0.471cm
=0.107
A=0.636cm
A=0.352cm
=0.446
A=0.622cm
A=0.410cm
=0.340
표4. 시편의 항복점의 하중과 최대하중
황동
알루미늄
탄소강1
탄소강2
항복하중
1800kg
2600kg
4500kg
6400kg
최대하중
3353kg
2783kg
4821kg
6563kg
표5. 시편의 항복응력과 극한응력 (kg/mm)
황동
알루미늄
탄소강1
탄소강2
항복응력
28.9
49.2
70.7
102
극한응력
53.9
52.7
75.8
105
7. 비고 및 고찰
실험결과 중 표.1의 실험값을 살펴보도록 하자. 표1에서 눈여겨 볼만한 것은 시편의 나중길이 중 거의 60~70%이상이 네킹이 일어난 부분에서 소성변형을 일으켜 늘어났다는 사실을 알 수 있다. 이는 네킹부분의 표점거리를 보면 눈금을 실험하기 전 1cm씩 표시하고 파단면을 기준으로 위와 아래 두칸을 변형 이후 측정하면 그 길이가 전체 변형량에 몇 퍼센트 정도 되는지 알 수 있다.
공칭변형률은 가장 큰 탄소강1과 황동, 알루미늄, 탄소강2 순으로 실험결과 값을 얻었다. 변형률로 알 수 있는 사실은 탄소강1과 탄소강2가 탄소함유량이나 조직구조가 달라 탄소강1은 탄소강2에 비해 연성을 갖고 있다. 실험 중 알루미늄의 파단변이 네킹이 보이면서 45도의 교과서적 형태로 파단되어 소성변형이 가장 많이 일어났을 것으로 추측해보았지만 결과는 파단면이 평평하게 취성재료의 성질을 가지며 파단 된 황동이 알루미늄에 비해 더 큰 연신률을 보여 의문점을 야기 시켰다. 탄소강의 파단면은 전형적인 cup 과 con 모양으로 파괴가 일어났다.
단면수축률은 탄소강1>탄소강2>황동>알루미늄 순이다. 단면수축율의 결과는 탄소강1과,2가 네킹이 가장 잘 일어났다는 것을 알 수 있다. 또한 단면수축률이 꼭 시편의 변형률과 같은 것이 아니라는 것을 알 수 있다. 이는 단면이 더 많이 수축해 파괴되었지만 전체의 길이 변화는 가장 큰 것이 아니라는 말과 같다.
항복하중과 최대하중 표.4를 보면 예상과 같이 탄소강이 더 큰 하중에서도 견딜 수 있었다. 이는 응력-변형률 곡선그래프에서 파괴되는데 필요한 에너지는 그래프의 넓이와 같다는 사실이 입증 되는 것이다. 황동은 알루미늄보다 먼저 항복하중에 도달했으나 이후 파괴까지 소성변형이 알루미늄보다 더 많이 일어나면서 결국 최대하중은 알루미늄 보다 큰 것을 볼 수 있다.
인장실험중 여러 오차를 일으켰다. 우선 나중길이 측정시 시편의 파단면끼리 이어 길이를 측정하였는데 파단면끼리 꼭 들어 맞지 않아 원래의 길이 보다 변화량이 많은 것으로 기록되었고, 또한 수축률을 구하기 위해 나중 직경을 측정하는데도 오차를 생겼다. 두 번째로 인장실험기의 조작미숙과 버니어 켈리퍼스 자의 측정시 눈금오차 등도 생각해 볼 수 있었다. 그래프를 보면 탄성영역이 교과서와 달리 분명히 나타나지 않아 탄성영역의 직선기울기를 잡는 기준이 명확하지 않아 항복점에서의 하중의 오차 또한 발생하였다.
응력-변형율 그래프에서 항복점이 상부항복점으로부터 하부항복점까지 지그재그형태로 나타나는 것은 우선, 석출강화 때문이다. 이는 석출물이 전위의 이동을 막아 시편의 강도가 증가할 때는 지그재그중 상승곡선을 이루고 전위가 석출물을 피했을 때는 하향곡선의 형태로 강도가 떨어지게 된다. 둘번째로 전위의 이동중 어떤부위에 전위가 부딪쳤을때 강도가 증가하고 어떤부위에서는 전위가 생성되어 이동하면서 강도가 감소할때도 있다. 이런 상부항복점과 하부항복점의 발생은 순물질에서는 나타나지 않고 불순물의 매우 미세한 첨가에도 예리하게 반응한다.
8. 참고문헌
재료 시험법 -홍익대학교 재료공학부
재료공학실험,“”김학신, “금속열처리”

키워드

탄소강,   황동,   알루미늄,   인장,   항복응력,   최대하중,   파괴,   연신율