충격, 경도, 인장 실험

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충격, 경도, 인장 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

■ 실험 목적

■ 실험 이론

■ 실험 장치 및 방법

■ 실험 결과

■ 결과에 대한 고찰

본문내용

버니어 캘리퍼스, 인장시험용 시편
- 실험방법
① 시험편에 중심으로부터 폭50mm의 선을 긋고, 5mm씩 보조눈금을 긋는다.
② 시험편을 만능시험기에 설치하고 실험을 시행한다.
③ 컴퓨터로 인식된 데이터를 읽어드리고 분석한다.
④ 다른 재료의 시편도 동일한 시험을 실행한다.
샬피 충격시험기
브리넬 경도 측정기
만능 시험기
■ 실험 결과
1) 층격시험
- 마찰 손실 = 1°
- 회전중심에서 펜듈럼중심까지 거리(R) = 0.825m
- 해머의 무게(m) = 29.59kg
- 펜듈럼의 처음 경사각(α°) = 70°
- 파단 에너지(E) =
- 실험 데이터
시편
SM45C
(α°)
S20C
(α°)
AL7075
(α°)
AL2024
(α°)
β°
1
60.0 (70)
48.0 (80)
61.0 (70)
56.0 (70)
2
59.5 (70)
39.5 (75)
61.0 (70)
57.0 (70)
3
55.8 (70)
33.6 (70)
60.5 (70)
56.0 (70)
4
58.0 (70)
27.0 (70)
60.0 (70)
55.0 (70)
평균(°)
58.33

60.63
56.00
파단 에너지(kgm)
4.47
12.50
3.62
5.30
※ S20C 파단 에너지 구하기(기준이 일치하지 않으므로)
2) 경도시험
- 실험 데이터
- 브리넬 경도(kgf/mm2) =
시편
SM45C
S20C
AL7075
AL2024
d(mm)
1
3.9
4.0
4.9
5.3
2
3.85
4.15
4.95
5.45
3
3.4
4.3
4.63
5.3
4
4.25
4.5
5.1
5.8
평균(mm)
3.85
4.24
4.90
5.46
경도
테이블 값
248
203
149
118
계산 값
247.8
202.5
148.9
117.7
3) 인장시험
- 실험 데이터
- 실험 전 시편길이(L) = 155.7mm
- 실험 전 시편지름(R) = 10mm = 1cm2 =0.01m2
- 실험 전 시편 단면적(A) = 314.16mm2 = 3.1416cm2 = 0.00031416m2
- 1kgf=9.8N
실험 전
실험 후
SM45C
S20C
AL7075
AL2024
시험편 평행부의 폭 (mm)
60
67
70.5
67
69
시험편 평행부의 두께 (mm)
10
8
8
9
9
표점거리 (mm)
50
57
59.5
56
57
항복하중 (N)
59680
49646
43670
48257
최대하중 (N)
59819
49746
44870
49996
파단점의 위치
10
0.5
0
2.5
- Pa=1N/m2 , 1Pa = 1.0×10-6MPa = 1.0×10-9GPa
- 인장강도 = 시편 재료가 견딜 수 있는 응력-변형률 선도에서 최대응력
- 항복강도 = 탄성변형이 일어나는 한계응력
- 연신률 =
- 단면수축률 =
- 비례한도 = 그래프가 더 이상 선형적으로 증가하지 않는 시점
- 탄성한계 = 그래프가 선형적으로 증가할 때의 기울기
SM45C
S20C
AL7075
AL2024
항복강도 (MPa)
190.0
158.0
139.0
153.6
인장강도 (MPa)
190.4
158.3
142.8
159.1
연신률 (%)
14
19
12
14
단면수축률 (%)
20
20
10
10
비례한도 (MPa)
167.5
139.1
105.1
144.1
탄성계수 (kgf/mm)
702.0
686.2
591.2
624.3
■ 결과에 대한 고찰
1) 층격시험 : 위 실험을 통해 S20C가 가장 큰 파단에너지를 흡수했고, 그 다음으로 AL2024가 파단에너지를 많이 흡수하였다는 것을 확인 할 수 있다. 실험 전에는 무게가 더 많이 나가는 철시편류인 S20C와 SM450이 파단에너지를 알루미늄 시편보다 많이 흡수 할 것이라고 생각했었다. 그러나 AL2024가 파단에너지를 SM450보다 더 많이 흡수하는 결과를 확인할 수 있었다. 그 이유는 다음 실험의 결과에 나와 있듯이 경도의 차이이다. 경도의 수치가 작다는 것은 그만큼 금속이 무르다는 것을 의미한다. AL2024의 경우가 브리넬 경도가 가장 낮으므로 가장 무르다. 무른 금속일수록 해머와 부딪힐 때 충격을 받는 시간이 길어져 더 많은 파단에너지를 흡수할 것이다. 같은 철류인 S20C와 SM45C를 비교해 보아도 SM45C의 경도가 더 크기 때문에 그에 비해 더 무른 S20C가 파단에너지를 더 많이 흡수 한 것이다.
2) 경도시험 : 각 시편의 브리넬 경도의 차이는 위의 그래프에서 보는 것과 같다. 예상대로 철시편류가 알루미늄 시편류보다 큰 경도 값을 가졌다. S20C와 SM45C 둘 중에는 SM45C의 경우가 탄소 함유량이 더 많기 때문에 더 큰 경도값을 갖는다. AL7075와 AL2024의 경우 알루미늄에 합금이 서로 다르다. 이에 따라 경도값이 차이가 나는 것을 볼 수 있다.
3) 인장시험 : 위 실험을 통해 철시편류와 알루미늄시편류 끼리 거의 비슷한 기울기, 탄성계수를 갖는 것을 확인할 수 있다. 그리고 인장강도가 크면 충격에너지의 흡수는 작은 것을 알 수 있다. 인장강도의 경우 S20C, AL7075순으로 작았는데 충격에너지는 반대의 현상을 나타났다.
또한 위 실험에서 철시편류의 경우 네킹현상이 이러나면 연성의 성질을 보였으나, 알루미늄시편류의 경우는 네킹현상 없이 파단되었다. 또 위의 strain-stress 선도를 보아도 알루미늄은 소성변형 영역에서도 최대응력점을 찍고 내려오는 과정의 확인이 없기 때문에 취성의 현상을 보였다고 볼 수 있다.
탄성(비례)영역에서 직선이 아닌 약간의 곡선으로 증가하는 것을 확인 할 수 있다. 그에 따라 값을 측정하는 부분에서 어려움이 있었는데 그 이유는 힘이 가해질 때 시편이 바로 늘어나지 않고 고정부에 생기는 슬립현상이 발생하기 때문이다.
- 충격시험 후 시편의 잘린 부분의 색깔이 다른 이유는 금속을 도정하면서 다루기 쉽게 거친 표면을 다듬고 매끄럽게 하기 때문에 처음 우리가 실험 할 때의 시편의 색은 은색 빛을 띄게 되지만 시편이 잘리게 되면 표면이 거칠고 색이 짙은 것을 확인할 수 있다. 금속의 색이 짙고 옅은 것은 금속의 탄소함유량과 관련이 깊다. 탄소함유량이 높으면 색이 짙고 경도도 높다. 반면 탄소함유량이 적으면 색이 옅고 경도도 낮다.

키워드

충격,   경도,   인장,   충격 경도 인장 실험,   응력 변형률 곡선