[기계공학 실험] 인장시험 (Tensile Test)

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목차

[기계공학 실험] 인장시험( Tensile Test )

1) 시험목적
2) 이론
　(1) 탄성계수[구간 OA]
　(2) 항복강도[구간 CD]
　(3) 인장강도(구간 DGF)
　(4) 연신율과 단면 감소율(점 F)
　(5) 진 응력, 진 스트레인 선도
3) 시험방법
4) 실험결과 정리
5) 결과 및 토의
6) 참고문헌

본문내용

는 지점으로 그림에서 인장강도는 대략 710Mpa 이다.
⑶ 황동(Brass)
·황동(Brass)의 응력과 스트레인(변형률)의 관계
·황동의 탄성계수
탄성계수는 "탄성한도" 내에서 로 표현된다.
따라서 탄성계수는 92.5GPa 이다.
·황동의 항복강도
항복강도는 탄성구간의 직선 기울기를 0.2% 오프셋 해서 곡선과 만나는
지점으로 위의 그림에서 항복강도는 대략 240Mpa 이다.
·황동의 인장강도
최고 응력에 해당하는 지점으로 그림에서 인장강도는 대략 450Mpa 이다.
KS D의 표준 기계적 성질과 비교하여 보면,
탄성계수(Gpa)
항복강도(Mpa)
인장강도(Mpa)
KS D
실험치
KS D
실험치
KS D
실험치
알루미늄
96~110
82.15
70~550
380
147~755
390
강철
190~210
205.7
200~700
650
340~830
710
황동
70~79
92.5
35~500
240
54~441
450
알루미늄과 강철의 탄성계수, 항복강도 그리고 인장강도는 KS D의 표준 기계적 성질의 범위에 맞게 측정되었다. 그러나 황동은 항복강도는 범위에 맞게 측정되었으나 탄성계수와 인장강도가 KS D의 표준 기계적 성질보다 약간 높은 값을 보였다.
② 표점 거리 50mm를 10mm씩 5 구간으로 나누어 각 구간의 연신율을 구하시오. 국부 수축이 발생하여 파단된 부분의 단면 감소율을 구하시오. 파면을 관찰하고 특징을 적으시오.
인장 스트레인 이며, 연신률은 이다.
단면 변형률은 이며, 단면감소율은 이다.
알루미늄
표점구간
시험 전 표점거리
시험 후 표점거리
시험 전 지름
시험 후 지름
1
10.0 mm
10.59 mm
7.98 mm
7.99 mm
2
10.0 mm
11.06 mm
7.98 mm
7.66 mm
3
10.0 mm
13.73 mm
7.98 mm
5.53 mm
4
10.0 mm
11.2 mm
7.98 mm
7.69 mm
5
10.0 mm
10.63 mm
7.98 mm
7.72 mm
알루미늄 연신율
알루미늄 단면감소율
강철
표점구간
시험 전 표점거리
시험 후 표점거리
시험 전 지름
시험 후 지름
1
10.0 mm
10.59 mm
7.98 mm
7.87 mm
2
10.0 mm
10.62 mm
7.98 mm
7.78 mm
3
10.0 mm
10.65 mm
7.98 mm
7.72 mm
4
10.0 mm
13.81 mm
7.98 mm
5.95 mm
5
10.0 mm
10.58 mm
7.98 mm
7.81 mm
강철 연신율
강철 단면감소율
황동
표점구간
시험 전 표점거리
시험 후 표점거리
시험 전 지름
시험 후 지름
1
10.0 mm
11.67 mm
7.98 mm
7.18 mm
2
10.0 mm
13.19 mm
7.98 mm
6.97 mm
3
10.0 mm
11.86 mm
7.98 mm
7.26 mm
4
10.0 mm
11.87 mm
7.98 mm
7.28 mm
5
10.0 mm
11.84 mm
7.98 mm
7.31 mm
황동 연신율
황동 단면감소율
그림2 알루미늄 그림3 강철
그림 4 황동
연하고 질긴 재료인 알루미늄은 바깥부분이 날카롭게 찢어져 있고 네킹 부분이 다른 재료보다 확연히 보입니다. 그리고 강철의 시편에서는 Cup&Corn 모양이 나타납니다. 또한 파단 부분을 보면 강철의 경우 정확히 중간 부분에서 파단이 일어나는 모습을 확인 할 수 있습니다. 경한 성질을 가진 강철은 파단 된 부분의 겉 부분은 뾰족하고 안쪽 부분은 뜯겨진 모습을 보입니다. 취성이 강한 재료인 황동은 바깥부분은 날카롭게 찢겨져있지만 내부에는 다소 부드러운 면으로 파단 되어있습니다. 취성의 성질을 가지고 있어서 단면수축률이나 연신율이 다른 재료에 비해 낮은 것을 확인 할 수 있습니다.
③ 진 응력과 진 스트레인 관계를 그리시오.
응력-스트레인 선도는 시편 단면적의 감소, 표점거리의 증가 영향이 포함된 결과이다. 여기에서 이 영향을 제거한 것이 진 응력-진 스트레인 선도이다.
알루미늄
알루미늄의 항복점에서 진 응력과 진 변형률을 구해보면,
강철
강철의 항복점에서 진 응력과 진 변형률을 구해보면,
황동
황동의 항복점에서 진 응력과 진 변형률을 구해보면,
5) 결과 및 토의
몇 가지 금속재료에 인장력을 가했을 때 나오는 하중과 변형량으로 ‘응력 - 변형률’ 선도를 구하고, 탄성계수, 항복강도, 인장강도, 연신율, 그리고 단면감소율 등을 계산하여 재료의 성질을 알아보고 이론값과 실험값을 비교해 보기 위해 인장 시험을 수행하였다.
응력 - 변형률 선도를 구했을 때 각각의 그래프들은 이론적 그래프와 모두 차이를 보였다. 맨 처음에 표점거리를 표시할 때 자를 이용해서 손으로 직접 표시하여서 거리가 정확하지 않아서 이 점이 오차의 원인이 된 것으로 판단된다. 그리고 길이나 직경을 구하는 것 뿐만 아니라 실험을 수행할 때 기계를 쓰지 않고 손으로 작업하는 실험 단계에서 오차가 발생 한 것 같다.
그리고 또, 인장시험을 수행 할 때 얻은 변형률 값은 전기적 신호를 이용하여 얻은 값이었다. 그래서 전기적 신호에서 오차가 발생 하였을 수도 있는데, 변형율에 따라 금속의 저항이 달라지는 것을 원리로 하는 스트레인 게이지를 이용하여 측정한 값 이므로 시편에 붙인 스트레인게이지나 여러 실험 기기 등의 내부 저항과 납땜의 마찰에 의해 오차가 발생하였을 수 있다.
시편 뿐만 아니라 인장시험기 실험기구와 같은 기계들은 기계자체에 기계적 오차를 가지고 있는데, 인장시험기에서 오차가 왔을 수도 있다. 또 다른 오차의 원인으로는 시편자체에 문제가 있을 수도 있다는 점이 있다. 이러한 원인들이 하나하나 복합적으로 작용하여 결과값 산출에서 오차가 도래된 것이다. 위와 같은 여러 오차의 원인들을 좀 더 보정한다면 더욱 정확한 실험을 수행 할 수 있게 될 것이다.
이 실험을 통해 눈에는 보이지 않지만 재료에는 각각의 강도가 있다는 것을 알게 되었다. 겉으로만 봐서는 알 수 없는 강도 차이를 실험을 통해서 확실하게 알게 되었고 차후에 설계시 어떤 재료를 어떤 때에 사용해야 하는 지 생각하게 되는 계기가 되었다.
6) 참고문헌
기계공학실험 기초 및 응용 - 현 교과서
재료과학 - 현 2학년 교재자료

키워드

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