기계공학실험 보고서[인장실험]

소개글

기계공학실험 보고서[인장실험]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론
-배경
-목적
본론
-이론적 해석
-실험적 해석
-실험 결과
결론
-고찰

본문내용

y축의 단위가 MPa이 아니라 입니다. 잘못 표기하였습니다.
7030의 공칭응력-공칭변형률 / 진응력-진변형률 선도 비교
y축의 단위가 MPa이 아니라 입니다. 잘못 표기하였습니다.
변형률이 약 10% 이하인 경우에는 두 곡선이 위처럼 거의 비슷하다. 실험장비의 파단 문제로 인해서 변형률 측정을 도중에 중단하여서 10% 이상의 데이터는 얻지 못했다. 하지만 위의 결과를 보더라도 변형률이 증가할수록 진응력-진변형률의 선도가 공칭응력-공칭변형률 선도보다 위쪽에 위치한다는 것을 추측할 수 있다.
7030의 진응력-진변형률 / 공칭응력-공칭변형률 선도가 S45C의 선도보다 아래쪽에 있음을 알 수 있다. 실제로 서로 다른 금속을 인장실험하게 되면 진응력-진변형률 / 공칭응력-공칭변형률 선도는 차이를 보이게 된다.
① 항복강도
위 실험에서는 하항복점이 나타나지 않았다. 나타났더라도 변형률 측정범위가 매우 작기 때문에 하항복점이 나타났는지 알 수가 없다. 하항복점이 나타나지 않았으므로 0.2%의 영구 변형량에 대한 응력을 항복강도로 아래 그림과 같이 정한다. 직선부분의 기울기를 갖고 (0.002,0)을 지나는 곡선이 응력-변형률선도와 만나는 점의 응력이 항복강도이다.
Matlab을 이용하여 그래프를 그렸으므로 점을 찍어서 비교적 간단하게 0.2%에 해당하는 응력 값이 다음과 같이 나왔다.
S45C : 483.9 MPa
7030 : 478.2 MPa
② 탄성계수
탄성계수는 비례한도 이내의 영영에서 얻어지는 값이다. 그 영역에서 응력-변형률 선도의 기울기가 탄성계수이다. 그래프를 분석하면 다음과 같은 탄성계수가 나온다.
S45C : 비례한계점(0.0009821, 36.46)
탄성계수 : 37124.52 = 3.71
7030 : 비례한계점(0.002143, 36.59)
탄성계수 : 17074.20 = 1.71
③ 극한인장강도
인장 시험 시 최고 하중 값에 대응하는 응력이다.
S45C : 인장 시험기의 센서를 통해 얻은 하중의 최대 크기는 5782.6kgf 이므로 초기 단면적 = 로 나누면 극한인장강도(74.45)를
얻음.
7030 : 인장 시험기의 센서를 통해 얻은 하중의 최대 크기는 4457.5kgf 이므로 초기 단면적 = 로 나누면 극한인장강도(57.38)를
얻음.
④ 파단강도
시험편이 파단 될 때의 응력이다.
S45C와 7030의 초기 단면적은 = 이다.
파단력
S45C : 4935kgf
7030 : 3935kgf
파단강도(Fracture strength, )
S45C : 63.53
7030 : 50.66
⑤ 파단 연신율
시험편의 파단시의 표점 거리와 시험 전의 표점 거리의 차를 시험 전의 표점 거리로 나눈 값을 %로 나타낸 것이다.
파단시의 표점 거리
S45C : 0.084m
7030 : 0.079m
시험 전의 표점거리
S45C : 0.07m
7030 : 0.07m
파단 연신율(Fracture elongation, )
S45C : 20%
7030 : 12.9%
파단 연신율이 S45C가 7030의 재료보다 더 크다는 결과가 나왔다. 이는 7030보다 S45C의 재료가 연성재료임을 알 수 있다.
⑥ 단면 수축율
시험편의 파단 후 시험편의 단면의 변형을 재는 척도이다.
철과 황동의 초기 단면적 : =
철의 파단면 :
황동의 파단면 :
단면 수축률(Reduction of area, %RA)
S45C : 28.05%
7030 : 24.34%
단면 수축률이 S45C가 7030 재료보다 높다는 결과가 나왔다. 이 결과를 통해서 S45C가 7030 재료보다 단면 수축이 크게 일어나는 연성재료임을 알 수 있다.
고찰
오차의 발생원인을 들자면 첫째로 기기 자체에서 조율이 확실히 잡히지 않고, 시편이 정확히 기기와 일자로 놓이지 않아 인장 시 기울어졌을 것이다. 또한, 물림이 되는 쐐기형 지그는 미끄러짐 현상 때문에 힘이 가해지면 실제변형률보다 더 큰 값이 측정되었을 것이다. 실험값이 소수점 3~4자리까지 계산이 되었으나 그 비율이 정밀하지 않고 일정하여 계산과정에서 오차가 발생했다.
온도에 의한 시편 자체의 재료 본성 때문에 이 실험을 할 시 온도에 의해 발생하는 오차도 고려해야했을 것이고, 시편이 한 가지 재료에 의해 만들어진 것이 아니기 때문에 각 부분에서의 균일성 및 전체적으로 정확한 물성치를 알 수 없기 때문에 오차가 발생했을 것이다.
물체에 힘을 어느 정도의 속도로 가하느냐에 따라 파단 위치와 파단 강도가 달라지는 것도 오차의 원인이다.
결론
인장 실험 전후의 각 재료에 대한 시험편의 변형 정도를 눈으로 확인하여도 S45C의 재료가 7030보다 더 늘어난 것으로 보아 S45C가 7030보다 연성재료임을 알 수 있다. 시험편이 파단 시 발생하는 충격음은 S45C보다 취성재료인 7030의 충격음이 더 크게 발생하였다.

실험 분석을 통해 얻은 S45C에 대한 극한인장강도 및 파단 연신율은 JIS S45C Steel, Tempered와 유사한 값을 얻을 수 있었다. JIS S45C Steel, Tempered와 물성치 차이가 나타나는 것은 항복강도이다. 그러나 위 실험에서는 0.2% offset을 통해서 항복강도를 구하였으므로 오차가 발생했다고 판단된다. 따라서 실험 시 사용했던 재료는 JIS S45C Steel, Tempered라는 결론을 내렸다.

matweb 홈페이지에서 7030재료에 대하여 비슷한 재료를 찾은 결과 Copper, UNS C26800 (Yellow brass), H04 Temper flat products의 재료와 실험의 물성치가 매우 유사함을 알 수 있다. 따라서 실험에서 사용된 7030재료는 Copper, UNS C26800 (Yellow brass), H04 Temper flat products라는 결론을 내리게 되었다.
참고문헌
ASM Materials Engineering Dictionary, J.R.Davis
재료 시험법, 스도우 하지메 p37~81
재료 거동학, 이강용 p9~20

키워드

인장,   인장실험,   stress,   strain,   항복강도,   단면 수축률,   소성가공,   탄성영역