S20C와 S45C의 인장시험 (A+ 레포트)

소개글

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목차

Ⅰ. 실험제목

Ⅱ. 실험장비 및 도구

Ⅲ. 실험목적

Ⅳ. 인장시험의 이론

Ⅴ. 인장 시험편의 치수(KS규격)

Ⅵ. 실험순서
(1) 시험편의 준비
(2) 인장시험 실시
(3) SEM을 이용한 파단면의 분석

Ⅶ. 실험결과
(1) S20C
(2) S45C
(3) S20C와 S45C의 비교
(4) 결과 값 정리
(5) SEM을 이용한 시편의 파단면 관찰 결과

Ⅷ. 결과 분석 및 고찰

Ⅸ. 참고자료

본문내용

리 : = 60mm
※실험 시 탈탄층의 탈락으로 인한 마킹 부위의 부재로 시편 전체 길이로 구함.
② S45C 시험 전 기본 설정 값
- 직 경 : 5.66mm(1회:5.7mm, 2회:5.6mm, 3회:5.7mm)
※직경의 평준화를 위해 3번 측정
- 단면적 :
- 표점거리 : = 40mm
2) 파단 후
① S20C
- 파단시 직 경 : 3.79 ㎜
- 파단시 단면적 : 11.276 ㎟
- 파단후 표점거리 : = 73mm
② S45C
- 파단시 직 경 : 4.16 ㎜
- 파단시 단면적 : 13.585 ㎟
- 파단후 표점거리 : = 49.5mm
3) 연신율
①S20C: =
②S45C: =
( : 파단 후 표점거리, : 파단 전 표점거리)
4) 단면 수축율
①S20C:
②S45C:
(: 파단 후 단면적, : 파단 전 단면적)
시 편
표점거리 변화
(mm)
연신율
직경변화
(mm)
단면적변화
단면적 변화율
S20C
6073
58.3 3.79
26.681 11.276
-57.73%
S45C
4049.5
5.66 4.16
25.147 13.585
-45.97%
5) 인장강도
① S20C : 55.499kgf/mm^2
② S45C : 69.397kgf/mm^2
(시편전체길이: 60mm기준)
시 편
최대하중
(kgf)
인장강도
(kgf/)
항복하중
(kgf)
총 연신율
(%)
S20C
1490
54.499
1066
40.63
S45C
1771
69.397
1150
32.57
(5) SEM을 이용한 시편의 파단면 관찰 결과
S20C 파단면 관찰 사진 및 확대
1) S20C 파면
2) S45C 파면
S45C 파단면 관찰 사진 및 확대
- SEM확대사진에서 빨간색으로 표시한 부분이 dimple이고, 파란색이 벽계파면이다. S20C와 S45C 둘 다 dimple부분이 수없이 많았기 때문에 육안으로 한번에 보이는 부분을 중심으로 표시를 해보았다. 연성재료의 파괴는 미시적으로는 변형을 동반한 재료 내에 발생 성장한 void가 합해져 발생하며, 파면에는 void가 합해져 파단한 모양의 흔적인 dimple이 존재한다. 즉 dimple은 공공의 흔적이라고 할 수 있다.
S20C와 S45C 둘 다 모두 상온에서의 연성파괴이다. 하지만 dimple을 찍고 보았을 때, S20C이 상대적으로 더 많은 dimple을 볼 수 있었으며, S45C에서 네모처럼 각진 모양인 벽계파면이 더 많이 보이므로, S45C보다 S20C가 상대적으로 연성이 더 있는 것으로 보이며, 취성이 더 약한 것으로 보인다.
* 정리 → 연성 : S20C > S45C 취성 : S20C < S45C
Ⅷ. 결과 분석 및 고찰
(1)결과 분석
인장시험은 재료의 기계적 특성을 알아내기 위한 가장 기본적인 시험이다. 인장시험은 일반적으로 간단하며, 상대적으로 저렴하고 거의 대부분 표준화가 되어있다. 재료를 당겨봄으로써 그 재료가 인장력에 대하여 어떤 반응을 보이는 지를 알아내는 것이다. 즉 재료가 당겨질 때 그 재료가 얼마나 강하며 얼마나 잘 늘어나는지를 알아보는 것이다.
인장시험을 하는 이유는 인장시험을 통하여 그 재료의 특성을 잘 알 수 있기 때문이다. 재료가 파단이 일어날 때까지 당기게 되면 그림과 같은 인장 그래프를 얻을 수 있다. 이는 그 재료가 가해지는 인장력에 대해 어떻게 반응하는 가를 보여주는 것이다. 하중이 가장 높은 지점의 응력이 그 재료의 인장강도가 되며 최대강도 또는 UTS라고 한다.
또한 인장시험에서는 그 재료가 늘어나는 양을 측정할 수 있다. 이는 길이 변화를 그대로 표현하거나 연신이라는 변형의 상대적 양을 표현함으로써 표시한다. 연신은 공칭변형 과 진변형의 두 가지로 나타낼 수 있다. 공칭변형은 가장 쉽고 보편적으로 사용되는 변형 량의 표현이다. 반면에 진변형은 시험이 진행됨에 따라 표점거리도 연속적으로 변화한다.
재료에 대하여 측정할 수 있는 또 한 가지 물성은 최대 인장강도이다. 이 값은 시험 중 시편이 유지하는 최대 하중 값이다. UTS는 파단 시의 강도와 일치할 수도 일치하지 않을 수도 있다. 이는 취성, 연성 또는 두 가지 성질이 혼합된 경우 등 어떤 형태의 재료를 시험하느냐에 달려 있다.
이번 실험의 시편으로 저, 중탄소강의 파단면 관찰하여 결과를 보았을 때, 저탄소강이 조금 더 연성파괴가 된 것으로 보아 강이 유연하고 연성이 풍푸하기 위해서는 탐소함량이 결정적인 영향을 끼친다는 것을 알게 되었다.
탄소함량이 증가함에 따라 강도가 높아지고, 취성도 증가한다. 강은 탄소 외에 인, 우황, 규소, 망간 등을 소량 함유하고 있으며 이러한 화학성분들이 강의 성질에 큰 영향을 미친다.
(2) 고찰
이번 실험을 통해 저탄소강과 중탄소강의 시편이 늘어나는 데에 필요한 하중과 속도, 연신율, 단면 수축율 등을 알 수 있었고, 이를 통해 인장 시험을 하는 목적과 재료의 특성에 대해 조금 더 자세히 알게 되었다.
결과 값을 분석해보고 여러 가지의 오차가 생기는 것을 보고, 이 실험에서 가장 중요한 부분은 인장시험을 하기 전에 시험편을 사포로 연마할 때가 중요한 과정이라고 생각했다.
연마를 제대로 하지 않으면 응력집중이 작용해서 인장시험 실패의 원인이 될 수 있기 때문이다. 이 부분을 조금 더 일찍 알았더라면 시험 과정에서 조금 더 표점거리의 1/2의 지점(정중앙)에서 넥킹이 일어나 파단이 되지 않았을까 하는 생각을 했다.
그리고 실험 중 시편이 끊어질 때 ‘퍽’ 하면서 둔탁하면서도 큰 소리가 났다. 함께 붙어 있던 분자들이 떨어지면서 결합 에너지가 방출되어서 열과 소리가 발생한 것을 알 수 있었다. 또한 파단 된 부분의 겉 부분은 뾰족하며 안쪽 부분은 뜯겨진 형태였다. 인장하중과 함께 약간의 뒤틀림이 작용한 것으로 생각된다. 파단 된 부분이 반달 모양으로 된 점도 관찰할 수 있었다. 가운데부터 크랙이 생겨서 점점 벌어지다가 가장자리가 가장 늦게 파단이 일어났다고 생각한다.
Ⅸ. 참고자료
소재분석 교재-실험방법 부분 참조
재료조직학 교재-연성, 취성파괴 부분 참조
기초과학1 교재 참조
KS규격열람서비스- KS B 0801 금속재료 인장시험편 참조
재료시험법, 김재근, 원창출판사, 2009. 01

키워드

인장시험,   응력,   진응력,   S20C,   S45C,   SEM,   파단면