기 계 공 학 실 험

목차

< 서 론 >
1. 실 험 목 적
2. 실 험 이 론

< 본 론 >
3. 실 험 장 치
4. 실 험 방 법

< 결 론 >
5. 이론값과 실험값 비교
6. 결 과 및 고 찰

본문내용

가압하고, 선단에 다이아몬드로 된 전체 중량이 2.6g인 해버를 10in 높이에서 낙하시킨다. 낙하된 해머의 에너지는 그 일부가 시편의 변형에 사용되고 남은 에너지는 반발하여 상승한다. 해머의 상승 높이는 확대경으로 확대하여 눈금을 읽는다. 직주가 경사된 높이에 있으면 낙하 해머와 유리 실린더 사이에 마찰이 작용하여 반발 높이에 영향을 미치므로, 수평을 조절하기 위하여 수준기가 붙어 있다.
해머 높이를 정확하게 측정하려면 상당한 숙련이 필요하므로 같은 시편을 여러 번 시험하고 평균치로 경도 Hs를 결정한다. 그리고 같은 시편의 같은 위치를 다시 시험하면 그 부분의 가공 변화로 인하여 경도차가 크게 되므로, 시험할 때마다 위치를 바꾸어야 한다.
D형 쇼어 경도계에서 하중은 3/4in 높이에서 낙하된다. 핸들을 바른쪽으로 회전시켜 측정 실린더를 상승시키고 시편을 고정대 위에 놓는다. 그리고 핸들을 다시 회전시켜 측정 실린더 하부를 시편과 접촉시킨 후 하중 낙하 핸들을 회전시키면 다이아몬드 해머가 시편에 자연 낙하되고, 이것이 반발하여 경도 지시계 상에 지시된다.
쇼어 경도계는 간편하여 널리 사용되며, 비교적 탄성률에 큰 차이가 없는 재료를 시험할 때에는 경도치의 신뢰성이 크다.
3) 실험 방법
경도를 측정할 때 시료대 위에 누르는 힘은 약 200N으로 하며 다만, 시료의 무게가 20kg이상으로서 계측통 손지지 또는 특수모양의 지지대에 부착하여 시험하는 경우, 계측통을 시료에 누르는 힘은 계측통이 안정될 정도의 힘으로도 좋다. 쇼어경도는 5회 연속하여 읽은 평균치로 하며, 경도의 수치는 0.5눈금까지 읽는다.
*주의
-금속표면은 로크웰 시험에서보다 완전해야 한다.
-시편은 시험기에 고정해야 한다.
-표면의 탈탄층, 먼지, 그리스 등은 제거해야 한다.
3. 실험 장치
(1) 로크웰 경도 시험기 (2) 쇼어 경도 시험기
(3) 로크웰 경도 시험기의 압자
4. 실험 결과
(1) 쇼어 경도계 측정값
실험 횟수 구분
Steel 시편
실험에의한 반발높이
(h)
계산한 쇼어 경도값
()
1
29.8
26.96429
2
28.5
25.788
3
30.5
27.59768
4
31.0
28.05011
5
31.5
28.50253
평균값
30.26
27.38052
실험 횟수 구분
Brass 시편
실험에의한 반발높이
(h)
계산한 쇼어 경도값
()
1
30.0
27.14526
2
30.5
27.59768
3
30.9
27.95962
4
29.5
26.69284
5
28.4
25.69752
평균값
29.86
27.01859
실험 횟수 구분
Al 시편
실험에의한 반발높이
(h)
계산한 쇼어 경도값
()
1
27.1
24.52122
2
27.5
24.88316
3
27.5
24.88316
4
27.6
24.97364
5
27.0
24.43074
평균값
27.34
24.73838
(2) 로크웰 경도계 측정값
실험횟수 구분
Steel 시편
A
D
C
1
54.0
29.5
5.5
2
54.6
30.9
6.3
3
54.4
29.0
5.1
평균값
54.33
29.80
5.63
실험횟수 구분
Brass 시편
F
B
G
1
97.0
77.2
49.8
2
101.1
77.0
49.7
3
101.5
77.3
49.9
평균값
99.87
77.17
49.80
(3)경도 환산표를 통한 환산
- 1 - 쇼어 경도
시편 구분
쇼어 경도값(Hs) 평균
비커스 경도(Hv)
브리넬 경도(HB)
Steel
27.38052
188
179
Brass
27.01859
188
179
Al
24.73838
173
165
각 시편마다 쇼어 경도값의 평균을 구하여 비커스 경도와 브리넬 경도를 구하였다.
쇼어 경도 평균값에서 소숫점은 반올림 하여 환산하였다.
- 2 - 로크웰 경도
평균값
비커스경도(Hv)
브리넬 경도(HB)
Steel
A
54.33
D
29.80
C
5.63
180
171
Brass
F
99.87
B
77.17
G
49.80
각 시편마다 로크웰 경도의 평균값을 구하여 비커스 경도와 브리넬 경도를 구하였다.
로크웰 경도 평균값에서 소숫점은 반올림 하여 환산하였다.
5. 실험 고찰
- 종합적인 오차원인 -
실험에 사용한 시편을 가공할 때 발생하는 표면 경화가 이번 실험에서의 오차 중 가장 큰 부분을 차지할 것이다. 이번 실험에서는 시편의 상태가 가장 중요한데, 시편의 표면 상태가 좋으면 좋을수록 더욱 정확한 실험값이 나오게 된다.
표면 경화뿐 아니라, 시편의 평행 상태또한 중요하다. 시편을 실험장치 위에 올려두었을 때, 시편과 실험장치 사이에 이물질이 껴 있으면 평행이 맞지 않을 뿐만 아니라, 압입시 오차를 발생시킬수 있기 때문에 실험을 할 때 주의해야한다.
- 쇼어 경도계 -
쇼어 경도계에서 가장 큰 오차를 발생시키는 경우는, 실험 장치의 노후화에 있다. 시침의 끝이 뭉툭해져 오차 발생에 큰 원인을 준다. 다음으로, 실험장치의 평행에 있다. 실험을 실시하면서 확인한 부분인데, 평행을 맞춰놓고 실험을 진행한 뒤, 다시 평행을 맞춰보면 평행이 맞지 않고 어긋나 있었다. 이렇게 된다면, 한번 시침을 찍을때마다 계속 평행을 맞춰줘야 하는 번거로움이 발생한다. 사람의 손과 눈으로 실험을 하는 것이기 때문에 세밀하고 자세하게 실험을 진행해야 했다. 눈금을 읽을때도 게이지와 눈을 평행하게 맞추고 확인하려고 노력했고, 시침을 찍을 때 무턱대고 막 돌려서 시침이 찍히면 값이 오차가 심했다. 시침이 찍히기 바로 전에는 핸들을 천천히 돌려서 시침을 찍어야 된다.
- 로크웰 경도계 -
로크웰 경도계는 사람의 손으로 하는것보다 기계가 알아서 해주는 부분이 더 많아서 사람이 발생시키는 오차는 쇼어 경도계보다 적다. 하나 확인해줘야 할 부분은, 실험장치 뒤에 부착되어 있는 추이다. 추가 흔들리지 않게 확인 한 뒤 실험을 해야 한다. 실험을 하면서 알아낸 사실은, 핸들을 돌려 300 수치를 맞추는데, 수치가 낮을수록 로크웰 경도값이 커진다는 것을 알 수 있었다. 로크웰 경도계 실험은 하중이 커서 압입 자국이 큰데, 압입 자국에 영향을 받지 않기 위해서, 이전 실험에서 생긴 압입점과 충분히 거리를 띄워 놓은 상태에서 실험을 실시해야 한다.

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