기계공학 실험 - 경도실험

소개글

기계공학 실험 - 경도실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
1. 실험목적······················································································ 2

Ⅱ. 본론
1. 실험장치······················································································ 3
2. 실험이론······················································································ 5
3. 실험방법······················································································ 8

Ⅲ. 결론
1. 실험 결과 및 정리 ········································································· 10
2. 고찰 ·························································································· 12

Ⅳ. 용어정리 ··········································································· 13

▶그림과 표 / 그래프 설명
<그림 1> 강/황동 및 주철의 경도와 인장응력간의 관계 ······························· 2
<그림 2> 수동 로크웰 경도 시험기 ······················································· 3
<그림 3> 브리넬 경도 시험기 ····························································· 4
<그림 4> Rockwell 시험의 원리도 ······················································· 5
<그림 5> 연강과 황동의 로크웰 실험결과 그래프 ····································· 10
<표 1> 로크웰 잣대 ······································································· 6
<표 2> 5가지 시험강도 현황 ···························································· 8
<표 3> 연강의 실험결과 ································································· 10
<표 4> 황동의 실험결과 ································································· 10
<표 5> 연강과 황동의 브리넬 시험을 통한 홈의 직경 ······························ 11
<표 6> 로크웰 경도 스케일 ······························································ 14
<표 7> 시편 형상에 대한 타당성 ························································ 14

▶ 참고문헌 ··········································································· 15

본문내용

m
2.6mm
황 동
3.5mm
3.5mm
3.5mm
<표 5> 연강과 황동의 브리넬 시험을 통한 홈의 직경
연강의 경도값 : HBW (10mm / 1000) 185 <185.17>
황동의 경도값 : HBW (10mm / 1000) 101 <100.68>
< > - 식을 통한 계산값
2. 고찰
이번 경도시험은 국부 소성변형에 대한 재료의 저항성을 알아보는 시험이었다. 경도란 단어를 많이 들어 본 것 같았지만, 정확한 의미는 모르고 있었다. 이번 실험을 공부하면서 가장 먼저 알게 된 것은 경도의 의미였다. 쉽게 말하자면 단단함의 정도를 수치로 나타낸다고 보면 되겠다. 경도시험의 종류는 종류와 경도계가 용어정리에서 조사한 것처럼 여러 가지가 있지만 이번에 우리가 실험한 경도계는 특별한 기술이 필요하지 않기 때문에 널리 사용되는 로크웰 경도계와 시험면에 구형 오목부를 만들었을 때의 하중을 영구 변형된 오목부의 지름으로부터 구해진 표면적으로 나눈 값인 브리넬 경도계의 측정이었다.
로크웰 경도계로 연강을 5번의 실험을 통해 구해진 경도값의 평균은 89.7이었고, 흐트러짐은 1.8이었다. 황동의 경도값의 평균은 64.42이었고, 흐트러짐은 3.6이었다. 취성재료인 연강이 연성재료인 황동보다 경도가 강함을 알 수 있다. 흐트러짐을 살펴보면 연강이 황동보다 두배 가량 낮았다. 황동은 연강보다 더 무르기 때문에 실험시에 하중을 주어 누르기 때문에 흐트러짐이 더 크지 않았나 생각해본다. 결국 단단할수록 각 실험의 오차가 적다는 것을 확인할 수 있었다.
브리넬 경도계로 측정한 연강의 경도값은 185가 나왔고, 황동은 101이 나왔다. 시험기로 홈을 파고 홈의 직경을 측정하고 과연 이 값으로 어떻게 결과가 나올까 의문이 갔지만 조교님께서 자료를 가지고 오셔서 경도값을 주셨다. 하지만 주어진 식과 측정한 홈의 직경을 통해 경도값을 구할 수 있다고 추가 말씀을 해 주셨다. 그래서 궁금증이 많은 나는 직접 식에 대입하여서 계산하여 보았다. 계산해 보았더니 연강은 185.17, 황동은 100.68의 값이 나왔다. 직접 계산해보니 표에 나온 값과 거의 근사치를 얻을 수 있었다.
이번 실험을 하기 전에 실험에 맞는 시편을 제작하는 과정이 있었는데, 그때 요구되는 수치에 정확하게 제작하지 못해서 흐트러짐이 발생한 것을 알 수 있다. 하지만 큰 흐트러짐이 발생하지 않아 만족스런 결과를 얻었다. 그 이유가 시편을 제작할 때, 수작업으로 한게 아니라 자동시스템인 CNC 공작기계를 사용했기 때문이 아닌가 하는 조심스런 추측을 해본다. 또 오차요인이 있다면 사람의 눈과 손으로 로크웰 경도계를 다뤄야 했기 때문에 그 부분에서 조금의 오차가 발생한 것 같다. 아쉬운 점이 있다면 더 많은 종류의 시편을 실험해서 경도값을 구해보았다면 더 많은 것을 얻을 수 있었을 텐데 아쉬움이 남는다. 그리고 충분한 시간의 여유를 두고 실험했어야 했는데 다급하게 실험한 점도 자그만 오차가 발생했을 것 같다.
이번 실험을 통해 쉽게만 알고 있었던 경도에 대해서 심도있게 알 수 있었고, 도서관을 찾아 직접 책을 통해 얻은 내용이라 더 값지다고 생각한다. 게다가 인터넷 홈페이지를 통해 광범위한 내용을 볼 수 있어서 더욱 좋았다. 기계 전공을 해야 하는 나에게 이런 실험이 나의 가치를 조금씩 높여가는 것 같아 뿌듯하고, 열심히 해야 겠다는 생각이 들게끔 동기부여도 해준다. 게다가 만족스러운 실험결과를 얻을 수 있어서 기쁨은 두배가 되었다.
Ⅵ. 용어정리
1. 경도
일반적으로 경도는 관통(penetration)에 대한 저항능력으로 정의한다. 한 물체를 다른 물체로 눌렀을 때 그 물체의 변형에 대한 저항력의 크기로 나타내고, 측정이 쉬워 기계적 성질을 파악하는데 가장 널리 이용되며, 일반적으로 경도가 높을수록 인장강도는 크다.
- 압입경도시험 : 브리넬, 로크웰, 비커스, 마이어 경도계
- 반발경도시험 : 소여, 에코 경도계
- 스크레치경도시험 : 마르텐스 긋기경도계
- 펜듈럼 경도시험 : 허버트 펜듈럼 경도계
2. 브리넬 경도
브리넬 경도시험은 가장 오래된 경도시험 중의 하나이며 아직도 가장 많이 사용되는 표준시험이다. 상부면이 평활한 시편을 받침대 위에 놓고 500 또는 3,000kg 하중의 강 또는 탄화텅스텐 구로 시편의 면을 누른다. 가벼운 하중은 연한 금속, 즉 구리와 알루미늄 같은 비철금속의 경도 측정에, 그리고 무거운 하중은 철, 강 및 강한 합금의 경도 측정에 사용된다. 하중은 30초간 작용한 후 제거한다. 최근에 개발된 특수 측정기는 브리넬 경도값을 직접 읽을 수 있도록 제작되었으나, 대부분의 측정기는 측정자가 저배율 현미경으로 대안렌즈에 장치된 측정자로 압흔의 직경을 측정하며, 사용된 하중에 따라 미리 제시된 표로부터 HB값을 읽는다.
브리넬 경도 시험기에 있어서 강구 압자를 이용하여 시험면에 구상의 피트(pit)를 붙였을 때의 하중 P(kgf)를 피트의 표면적(㎟)으로 나눈 값(kgf/㎟).
3. 로크웰 경도
로크웰 경도는 1919년 미국인 S. P. Rockwell이 설계하고 Wilson사에서 제작하여 실용화한 시험기에 의해서 측정한 경도값이다. 시험재료에 EK라서 압입자(indendator)와 시험하중을 선택하므로 A, B, C ∼ 등의 여러 가지 스케일로 구분하여 경도를 나타내며 측정이 쉽고 정밀도가 높으므로 철강 및 비철합금의 경도 측정에 널리 사용된다.
다이알게이지에서 경도값을 읽는 아날로그식 로크웰 경도기에서는 강구 압입자를 사용하는 스케일의 경우 지시침이 가리키는 눈금의 적색 수치를 경도값으로 읽으며, 다이아몬드 압입자를 사용하는 경우는 흑색 수치를 경도값으로 읽는다.
다이아몬드코운(diamondcone)또는 鋼球(강구)에 압력을 가해서 試料(시료)에 凹部(요부)를 만들고 그 깊이로 표시하는 硬度(경도). 이 시험에 사용되는 시험기(testing machine)를 로크엘硬度計(Rockwell hardness tester)라고 한다. 일반적으로 브리넬硬度試驗機(경도시험기)에 비해서 얇은 재료라도 측정할 수 잇는 이점이 있다.
※ 참조
<표 6> 로크웰 경도 스케일
<표 7> 시편형상에 대한 타당성

키워드

기계공학 ,   경도,   실험