[A+] 샤르피 충격실험 레포트

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목차

1. 서 론
2. 실험원리
3. 실험방법
4. 시험결과의 분석
5. 결 론

본문내용

이 크게 달라질 수 있기 때문이다. 특히 V자형 노치와 U자형의 노치를 사용했을 경우 그 차이가 두드러지게 나타난다.
그리고 시험편에서 충격값을 구하기 위해 활용하는 면적을 시험편의 임의의 단면적이 아니라 노치가 형성된 부분의 단면적이다. 그래서 면적값을 구할 때 노치로 인해 감소하는 면적 0.1cm2을 고려하면 1-0.1 = 0.9cm2이 된다.
4호 충격 시험편의 가장 오른쪽에 나타나 있는 그림은 노치 사이의 각도와 R을 나타낸다. R은 다음 그림과 같이 노치부분을 확대했을 때 나타나는 곡선의 곡률에 해당한다.
4호 시험편의 곡률규격은 0.250.025이므 로 U자형의 노치를 가졌을 경우보다 그 값이 작다. 이러한 차이는 충격값에 직접적인 영향을 미치기 때문에 시험편의 형상을 정밀하게 제어 하는 것이 정확한 값을 얻는데 중요하다.
*KS규격에 따른 시험편의 여러 가지 모습
-시험기의 작동-
시험 순서를 정석적인 방법으로 나열하여 각도를 활용한 계산법을 언급했지만, 본 시험방법은 높이차를 이용하여 계산하였다. 눈금계는 위치에너지 단위 kgf·m를 나타내기 때문에 단순히 달라진 위치에너지값을 이용하면 더 쉽게 충격값을 계산할 수 있다.
원재료에서 시료를 채취하여 KS 3호 또는 4호 시험편으로 정밀하게 가공한다.
충격시험기의 시험편 받침대 간격(4Omm) 및 지침을 점검한다.
시험편의 노치부를 해머의 타격방향과 반대방향으로 하여 받침대에 밀착시키고 해머의 Knife와 노치가 일직선이 되도록 시험편의 중심을 조정한다.
해머를 안전고리에 걸고 상승 핸들을 우측으로 돌려 시험각도(α)까지 올린다.
안전을 위하여 시험기 주변을 살핀 후 해머의 안전고리를 당겨 해머를 낙하시킨다.
해머가 시험편을 파괴시키고 올라갔다가 내려올 때 브레이크 페달을 밝아 해머의 스윙을 멈추게 한다.
시험편을 파괴시키고 올라간 각도(β)를 각도기의 지침으로부터 읽은 후 파단된 시험편을 수거한 다.
시험자료를 충격흡수에너지(E) 및 충격값(U) 산출식에 대입해서 계산하고 파면을 관찰하여 재료 의 연성과 취성을 판별한다.
4)시험결과의 분석
충격시험 후 해머의 높이는 초기높이 h1보다 더 낮게 올라가는 모습을 육안으로 확인 했고 실제로 다음 장의 사진처럼 Charpy 시험기의 눈금계가 바뀌어 있는 모습이 나타났다. 눈금계가 표시하는 부분을 충격값을 나타내는 식을 활용하여 계산해보면 시험편이 흡수한 충격량 즉, 시험편의 인성을 확인할 수 있다. 충격에너지 E 값을 먼저 확인하고 충격값을 나타내는 식에 대입하면 다음과 같다.
충격에너지 = 2.25kgf·m
시험부의 면적 = (1-0.1)cm2 = 0.9cm2
충격값 U = E/A = WR(cos β-cos α) / A (kgf·m/cm2)
= 2.25kgf·m / A
= 2.25kgf·m / 0.9cm2 = 2.5kgf·m / cm2
충격시험 후 시험편의 형상은 다음과 같으며, 노치부의 끝단이 늘어져있고 가운데가 움푹 들어가 있는 모습이다.
*시험편의 파면의 형상과 연성율에 따른 파면의 형상 비교
비교 결과 실험에서 사용한 철 시험편은 연성률 60% 형상과 가장 유사해보인다. 그래서 시험편으로 사용한 재료는 비교적 ductile하다고 판단하였다.
5.결 론
Charpy 충격시험을 통해 철 시험편의 인성을 충격량을 통해 상대적으로 확인할 수 있었으며 Charpy 시험기의 작동원리와 충격량 산출방식에 대해 알 수 있었다. 그리고 충격량 산출에 미치는 노치의 형상의 영향에 대해 알게 됨으로써, 실생활에서도 적용시킬 수 있는 꽤 유용한 개념이라고 생각했다.
시험이론부분에서 언급한 3)노치부의 형상에 따른 충격량의 변화가 일어나는 구체적인 이유는 다음과 같이 재료 내에 크랙이 존재할 경우의 유사한 사례를 통해 쉽게 설명할 수 있다.
재료 내에 크랙이 존재할 경우 응력 σ가 작용되었을 때 크랙의 양 끝점부분에는 응력이 집중되어 가장 먼저 파단이 일어나게 된다. 만약에 끝점의 형상이 상대적으로 완만할 경우 응력이 덜 집중되기 때문에 재료의 저항성이 좀 더 크게 나타난다. 이러한 현상이 충격시험에서 노치의 형상에도 비슷하게 적용되어 날카로운 V자형의 노치보다 완만한 U자형의 노치를 사용했을 때 충격량이 좀 더 크게 나타나게 되는 것이다.
본 시험에서는 V자형의 노치 시험편을 사용했지만 U자형의 시험편을 사용하는 특별한 경우가 있다. 예를 들어 공구강의 경우 일반적으로 강도가 매우 높기 때문에 인성이 작다. (이러한 이유에 대해서는 강의 하중-변위 그래프를 적분해보면 쉽게 알수 있다.) 그래서 V자형의 노치를 사용했을 경우 충격량이 잘 나타나지 않는다. 이러한 이유로 공구강 등 인성이 작은 재료에 대해서는 U자형의 노치를 사용하여 충격량을 확인한다.
노치 형상의 차이와 같이 충격량에 변화를 가져올 수 있는 변수와 그 해결방안에 대해 몇 가지 생각해보았다.
-충격량에 영향을 미치는 변수-
(1)해머와 고정부의 마찰
해머를 고정하고 있는 고정부와 해머와의 마찰계수가 커서 해머가 움직이는 동안 마찰저항으로 에너지가 일부 소모된다면 충격량이 달라질 수 있다.
(2)대기의 영향
미소하지만 대기의 영향도 있을 수 있다, 왜냐하면 대기가 없는 진공상태에서는 해머가 낙하하여 올라갈 때 공기저항을 받지 않기 때문에 h2높이까지 올라갈 수 있는데 실제로는 약간 더 낮은 높이에 도달하게 된다.
(3)시험편이 비완전한 고정
시험편이 완전히 고정되지 않았을 때는 해머가 시험편을 타격할 때 시험편이 움직임과 파단이 동시에 일어나기 때문에 위치에너지의 일부가 시험편을 움직이는데 사용될 수 있다.
-해결방안-
(1)해머와 고정부 사이에 마찰계수를 크게 줄일 수 있는 재료를 도포하여 마찰저항으로 인해 손실되는 에너지를 최소화한다. (ex: 기름칠)
(2)다소 실현불가능한 사실일 수 있지만, 충격시험을 진공시험실에서 기계를 이용하여 실험하면 충격량의 오차를 미소하게 줄일 수 있다.
(3)시험편을 완전히 고정하여 해머로 타격 시에 위치에너지가 낭비되지 않도록 한다. 시험편과 고정받침대 사이에 작은 돌알갱이 같은 것이 있다면 청소하는 것도 위치에너지의 손실을 방지하는 방법이 될 것이다.

키워드

재료공학실험,   샤르피,   Charpy 충격시험,   경도시험,   인장시험,   굽힘시험