인장시험

목차

1.실험목적

2.기초이론

3.실험결과및 사진 첨부

4.고찰

본문내용

rength:
(where : : 상부항복 하중 )
■ elongation: 시편 중간에 선을 긋는다. 그리고 표점거리를 50mm로 설정한다. 인장을 하게 되면 표점거리가 늘어나게된다.
(where : : 파단시의 표점거리 )
■ reduction of area:
■ 실응력과 공칭응력과의 관계:
■ 진변형률()과 공칭변형률(ε)의 관계 :
② 공칭(nominal)응력과 실(actual)응력의 관계
응력-스트레인 곡선 중의 실선상의 각 하중에 대응하는 연신율은 자동 기록 장치에 의하던가, 또는 기계지주에 부착되어 있는 비교적 간단한 부척 스케일로, 정밀도는 작으나 용이하게 측정할 수 있다. 또 각 하중에 대응되는 시편의 직경 혹은 단면적의 변화를 측정하는 것은 어려운 일이지만 가능한 일이다. 따라서 이와 같은 직접적인 방법에 따라 실응력을 측정하든가 또는 국부 수축이 발생하기까지는 시편의 표점 거리 사이의 체적은 거의 변화가 없으므로, 이 때 체적 변화는 없다고 가정하고, 공칭 응력으로부터 실 응력을 결정할 수 있다.
그림 2. 실응력 - 실형변율률
여기서 탄성 한계까지의 변형은 지극히 미소하므로, 공칭응력과 실응력 사이의 차이는 무시하고 공칭응력을 그대로 실응력으로 취하여도 무관하다.
시편의 원단면적
하중 P가 작용할 때의 단면적
처음의 표점 거리
하중 P가 작용하였을 때의 표점 거리
체적 불변의 조건에 따라서
따라서 하중 P때의 단면수축률을 라 하면 식 (8)로부터
공칭응력
실응력
따라서 응력-스트레인 선도에서
한편 진스트레인()과 공칭스트레인()의 관계는
만약 단면 수축이 생긴 부분에 밀도의 변화가 없다고 가정하고, 원단면적 및 파단 면적을 각각 및 라고 하며, 또 단면수축이생긴 부분에서 파단되기 까지의 단면 수축된 부분의 신연을라하고,파괴응력을 , 그 때의 단면적을 라고 하면,
공칭응력에서
그러므로
따라서
그림 3. 인장 시험에서 공칭응력 과 실응력의 관계
■ 항복응력을 구하는 방법
항복응력은 실제 분명하게 구해지지 않는다. 이러한 재료의 항복 강도를 구하기 위하여 그림과 같이 0.2% 항복강도가 널리 이용된다. 이것은 0.002의 변형률에 해당하는 점에서 곡선의 탄성의 직선부분에 평행하게 직선을 그리고, 이 직선과 응력-변형률곡선이 만나는 점의 응력이다. 그러므로, 이 항복응력은 0.2%의 소성변형을 일으키는 데 필요한 응력이라 할 수 있다. 이러한 방법을 offset 방법이라고 한다.
3. 실험결과
1. 인장 시험 후 그래프
1) 일반 시편의 하중-변형량 선도
▶인장강도 :
=8.140625 (tf), = 14
= = 58147
▶항복응력 : 0.002%의 변형률에 해당하는 점에서 곡선의 탄성의 직선부분에 평행하게 직선을 그려서 구하면
= 208 ---> 오차로 인해 현저히 낮게 나옴
처음의 오차 부분을 제외하고 다시 구하면
= = 0.45
▶파단강도 : = = = 3618
2)열처리된 시편의 하중-변이 선도
▶인장강도 :
=5.134375 (tf), = 14
= = 3667
▶항복응력 : = * = 2378
▶파단강도 : = = = 2397
※ 파단 사진
1) 일반시편
2) 열처리된 시편
4. 고찰
취성연성의 판단
취성파괴는 취성재료가 파괴될 때이고, 최대 수직응력이 작용하는 방향으로 파괴면이 형성된다.. 인장실험에선 힘의 방향과 수직하게 파괴면이 형성된다. 위 사진을 참고로 하여 열처리된 시편의 파단면을 살펴보게 되면 힘의 방향과 수직하게 파괴면이 일어난 걸 알 수 있다. 그러므로 열처리된 시편은 취성파괴라는 걸 알 수 있다.
연성파괴는 연성재료가 파괴될 때이고, 최대 전단응력이 작용하는 방향으로 파괴면이 형성됩니다. 인장실험에선 힘의 방향과 π/4 만큼의 각을 형성하고 파괴면이 형성된다. 일반시편의 파단면을 살펴보면 대각선으로 최대 전단응력이 발생했기 때문에 파단면이 대각선이다. 그러므로 일반시편은 연성파괴라는 걸 알 수 있다.
실험의 만족도
이번실험은 대체로 만족하는 실험이었다. 실험 결과에서 보면 시편의 파단면이 정상적으로 취성, 연성을 알아 볼 수 있게 나왔다
하중을 가하면서 극한 강도를 넘어서면 재료가 늘어나면서 단면적이 줄어드는 Necking을 관찰할 수 있었다. 그리고 파단이 일어날 때 시편이 끊어지면서 강한 소리도 났다. 그 끊어진 위치는 우리가 실험하기 전에 잡은 표점거리 5cm안에서 일어났다. 즉 5cm이내에 아무데서나 끊어진다는 것이다.
일반시편보다 열처리를 한 시편이 실험 속도가 더 빨랐다. 앞서 재료역학 시간에 열처리를 하면 연성이 더 늘어난다는 것을 배웠다.
탄성계수 E에 대해 살펴보면, 일반 시편 보다 열처리한 시편은 작은 힘으로 많은 길이가 늘어났다. 이 말은 일반시편 보다 열처리한 시편이 탄성계수가 작다는 말이다. 열처리를 하게 되면 탄성계수가 줄어든다는 말이다. 취성재료를 열처리 하게 되면 연성재료로 바꿀 수 있다.
정리해보면 금속을 열처리하게 되면 탄성계수, 인장강도는 줄어드는 반면 연성은 늘어난다. 연성이 늘어나면 충격에 대한 내성도 좋아진다. 이러한 특성을 잘 이용해서 강도가 필요한 곳에서는 열처리를 하지 않고 사용하는 것이 유리하고, 강도보다는 어느 정도의 유연성이 필요한 곳에서는 열처리를 한 후 사용하는 것이 보다 안전하고 경제적인 설계를 하는데 도움이 될 것이다.
시편을 고정하고 실험을 막 시작했을 때 결과 값이 이상하게 나오는 것을 볼 수 있었다. 하중을 가하는데 하중이 시편에 전달되지 못했다. 미끄러지는 현상을 볼 수 있었다. 이것은 인력으로 시편을 고정하는데 한계가 있어서 그렇다고 볼 수 있다.사람의 힘으로 아무리 강하게 고정한다고 해도 기계에서 전달되는 몇 톤의 힘을 전달하게끔 고정하기엔 무리가 있었다. 그래서 조교님이 앞부분의 데이터는 제외하고 그래프를 그리라고 하셨다.
이번실험을 통해서 인장에 대해서 더 정확히 알 수 있었고, 취성 연성에 대해서도 확립할 수 있었다.
5. 참고 자료
재료 역학 ( 김정규, 송삼홍, 이억섭, 이환우, 황재석 공역 - 교보문고 )
(mechaics of material , second edition ,- Roy R. Craig Jr)

키워드

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