[일반물리학 실험] 인장 실험

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목차

일반물리학 실험 - 인장 실험

■ 인장 실험

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 방법
4. 실험 장치
5. 실험 결과
6. 실험 고찰

본문내용

지나면 응력의 증가 없이도 변형이 계속되어 점 D에서 파탄된다, 이 구간을 네킹 구간이라고 하며, 시편이 축 방향으로 늘어나는 동안 가로방향으로는 수축이 진행되어 단면적이 감소가 일어나는데, C'까지는 단면적의 감소량이 미소하여 응력-변형률 선도에 크게 영향을 미치지 않으나, 점 C'부터는 크게 영향일 미치고 극한응력을 지나면 단면적의 감소량이 급격하게 진행되어 응력의 증가 없이도 변형이 일어나는 현상이 발생한다. 이것을 네킹(졸목 : 목이 급격히 줆어듬)현상이라 한다.
⑥ 0.2% 항복 강도 : 항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 이것을 0.2% Off set 항복강도 또는 내력이라고 한다. 일반적으로 연강이외의 금속재료들은 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는다.
⑦ 연신율 : 시편이 파단 되기까지 생기는 전체 늘어난 양을 원래의 표점거리로 나눈 값이다.
연신율 =
파단시의 총변위
× 100
표점거리
⑧ 단면 수축률 (Reduction Area) : 단면적과 파단시의 단면적과의 비를 의미한다. 원형단면의 경우 파단후의 단면이 원형이 아니므로 긴지름과 짧은 지름을 측정하여 단면적을 구한다.
(2) 시편 형상 및 치수와 파단면 형상
인장시험기 또는 만능 시험기(universal tester)에 아래 그림과 같은 시험 시편을 척에 고정시키고 인장력을 가한다. 시편은 재질에 따라 KS에 규격화되어 있다.
그림 2는 그 한 예로 시험편의 표점을 편차로서 표시하여, 표점간격의 길이를 표점거리라 하고, 이것을 연신율측정의 기준으로 사용한다
3. 실험 방법
(1) 재료의 직경, 길이 등을 측정 기록 한다.
(2) 재료에 일정 간격(5mm)으로 가는 실선을 그어 실험 종료 후 재료의 부위 별로 인장된 길이비를 측정 할 수 있도록 한다.
(3) 재료를 상부 크로세트에 장착한다. (척 핸들을 이용하여 조임)
(4) 두 개의 스트레인 게이지를 각각의 재료의 0, 60 의 위치에 맞춘다.
- slip에 의한 계산오차를 줄이기 위해 스트레인 게이지를 설치한다.
(5) 하부 크로세트를 ③와 같은 방법으로 조이되 최대한 비틀림을 방지한다.
- 상하 부트로세트(상하부 척)은 환봉형 쐐기 형태이며 UTM기기는 서보모터로 작동되며 최고 10톤까지 힘을 가할 수가 있다.
- 비틀림이 많으면 토크가 작용하게 되어 실험의 오차가 커진다.
(6) computer의 UTM control program을 실행한다.
(7) 결과 값을 화면으로 확인하고 text 파일로 저장, 출력한다.
(8) 위의 과정을 황동과, 강 시편 실험 시 동일하게 반복하게 각 각 두 번씩 실험한다.
(9) 산출된 각종자료를 graph화하여 재료의 특성을 파악한다.
(10) 계산한 이론값과 비교 분석한다.
4. 실험 장치
(1) 만능 시험기
(2) 황동시편 및 강 시편
(3) 제어 컴퓨터
(4) 만능 컨트롤러
(5) 버니어 켈리퍼스
(6) 하이트 게이지
5. 실험 결과
1)강(Steel)의 인장실험
- 실험 결과 데이터
시료 재료
　
알루미늄
단면적
mm²
78.54
최대하중
N
53540
인장강도
N/mm²
681.691
항복하중
N
48896
항복강도
N/mm²
622.561
표점
mm
60
최대변위
mm
8.91
연신율
%
14.85
-구간 길이 변화
구간길이(mm)
0~5
5~10
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
실험 후
구간길이(mm)
5.1
5.5
5.5
5.7
5.7
5.8
6.1
구간길이(mm)
35~40
40~45
45~50
50~55
55~60
실험 후
구간길이(mm)
6.2
6.4
7
9
6.3
-지름 길이 변화
구간길이(mm)
0~5
5~10
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
실험 후
구간길이(mm)
10
10
9.8
9.7
9.7
9.6
9.5
구간길이(mm)
35~40
40~45
45~50
50~55
55~60
실험 후
구간길이(mm)
9.3
9.12
8.1
8.8
9.5
2) 강(Steel)의 인장실험(2)
시료 재료
　
강(Steel)
단면적
mm²
78.54
최대하중
N
54730
인장강도
N/mm²
691.877
항복하중
N
47680
항복강도
N/mm²
607.078
표점
mm
60
최대변위
mm
8.41
연신율
%
14.02
-구간 길이 변화
구간길이(mm)
0~5
5~10
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
실험 후
구간길이(mm)
5.2
5.1
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
구간길이(mm)
35~40
40~45
45~50
50~55
55~60
실험 후
구간길이(mm)
5.5
6.19
9.71
5.1
5.3
-지름 길이 변화
구간길이(mm)
0~5
5~10
10~15
15~20
20~25
25~30
30~35
실험 후
지름길이(mm)
10
10
10
9.82
9.78
9.62
9.56
구간길이(mm)
35~40
40~45
45~50
50~55
55~60
실험 후
지름길이(mm)
9.38
9.1
8.34
9.28
9.78
6. 실험 고찰
※ 스틸과 알루미늄의 항복, 인장강도
강(Steel)
비교
강(Steel)(2)
항복강도(MPa)
622.561

607.078
인장강도(MPa)
681.691

691.877
- 스틸재료의 시험편의 항복강도와 인장강도가 알루미늄재료의 시험편보다 더 크다는 것 을 알 수 있다.
- 실험을 통하여 2가지 재료 중 강(Steel)이 알루미늄보다 강도가 높은 재료임을 알 수 있었다.
- 여러 가지 시험 결과에서 모두 강(Steel)의 강도가 더 높다는 것을 알 수 있었다.
- 그래서 강(Steel)은 알루미늄보다 취성이 강하고, 반대로 알루미늄은 강(Steel)보다 연성 이 강하다는 것을 알 수 있었다.
- 또한 두 재료의 파단 시 밑의 사진을 보면 강(Steel)의 인장시험 후 파단면은 단면 감 소율이 낮고 파단면이 편평하여 육안상으로 취성파괴의 형태를 취하고 있다.
- 반면에 알루미늄은 연성파괴의 특징인 파단면이 당기는 방향에 수직이 아닌 45도 방향 으로 파괴되었음을 확인할 수 있었다. 파단면 또한 매끄럽고 파단면의 단면 감소율이 컸다.

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