[실험 보고서] 재료의 충격 시험

소개글

[실험 보고서] 재료의 충격 시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
　1.1. 충격 시험
　　1.1.1. 연구배경 및 목적
　　1.1.2. 실험 요약
　1.2. 관련이론
　　1.2.1. 충격하중
　　1.2.2. Charpy 충격시험
　　1.2.3. 흡수에너지
　　1.2.4. 취성 파면율
　　1.2.5. 연성 파면율
　　1.2.6. 가로 변형량
　　1.2.7. 시험편
　　　1.2.7.1. 시험편 제작
　　　1.2.7.2. 시험편 설치방법
　　1.2.8 충격 시험의 종류
　　　1.2.8.1 하중이 작용하는 방식에 따른 분류
　　　1.2.8.2 충격 횟수에 따른 분류
　　　　1.2.8.2.1 단일 충격 시험
　　　　1.2.8.2.2 반복 충격 시험
　　1.2.9 에너지 보존 법칙

Ⅱ. 본론
　2.1. 실험방법
　　2.1.1. 시험 순서
　　2.1.2. 실험시 유의 사항

Ⅲ. 결과 및 고찰
　3.1. 시험결과
　3.2. 고찰

본문내용

정했다. 증기기관, 발전기, 전동기 등과 같이 열은 운동으로, 운동이 전기로, 전기는 다시 운동으로 바뀌는 현상을 바탕으로 19세기 중반 에너지라는 개념이 생겨난다. 1840년대 독일의 마이어는 열에너지와 운동에너지의 관계 등을 다룬 논문에서 우주 전체의 에너지보존에 대해 다루지만 학계의 인정을 받지 못하였다. 1870년대에 들어서 에너지보존법칙을 발견한 그의 업적이 인정되었다. 그리고 많은 형태의 에너지 중에서 본 실험에 직접적으로 사용된 운동 에너지는 “역학적 에너지 = 운동에너지 + 위치에너지”이다. 수식으로 표현하게 될 경우에는 로서 어떠한 물체가 가지는 속도가 0이 될 때까지의 높이로 상승할 경우 그 물체는 최고의 위치에너지를 갖게 되는 데 이상적일 경우에는 이를 계가 갖는 최고의 역학적 에너지라고 할 수 있다. 그에 의해서 기기의 안전장치를 해지한 후에 레버를 당기면 해머가 지면을 향해 원 운동을 하며 추락하게 되는 데 지면으로부터의 거리가 가장 가까워지는 순간까지의 에너지 상태는 위치에너지가 계속해서 증가하는 상태이고 위치에너지는 감소하게 된다. 하지만 구간별로 생각을 한다면 이 에너지의 총량은 항상 역학적 에너지가 일정하다. 라는 말로 표현할 수 있다. 위의 그림은 지상으로부터 h의 높이에서 공이 자유낙하 하는 것을 보여주는 그림인데, 이는 에너지의 총량을 직사각형의 가로 길이로 일정함을 보여주면서 계속해서 에너지가 바뀌고 있는 것을 보여주고 있다.
그렇다면 여기서 느낄 수 있을 것이다. 에너지가 일정하다면 h만큼의 높이에서 해머를 떨어트릴 경우 h만큼의 높이까지 올라가야한다. 이것은 역학적에너지의 보존을 의미한다. 하지만 실제적으로 충격 시험에서는 그렇지 않다. 이를 생각하자면 밑에서 파괴된 시편이 초기 높이 h 와 충돌 후의 높이 H의 차이에 상응하는 에너지를 흡수하였음을 뜻하는 것이 되기 때문에 이러한 메커니즘을 주의하고 각별히 살펴보아야할 필요성은 충분히 존재하며, 충격 시험기를 이해하기 위한 기초이다.
Ⅱ. 본론
2.1. 실험방법
2.1.1. 시험 순서
※ 무거운 해머가 낙하하면서 수행하는 실험이므로 실험상의 안전에 각별히 주의해야 하며 특히 해머가 회전할 때와 해머의 제동 시에 주의한다.
1. 시험편을 준비한다.
2. 시험편의 단면적과 노치부의 형상 및 깊이를 측정하여 기록한다.
3. 0점 확인을 위해 지지대에 시편을 놓지 않은 상태에서 리프트 버튼을 사용하여 α각 만큼 해머를 올린 다음 작동레버를 당겨 해머를 통과한 후 지시바늘이 가리키는 β각을 측정한다.
4. β각이 α각과 같은 지를 확인한다. 같지 않으면 시험기에 이상이 있는 것 이므로 점검해본다.
5. Angle과 Data의 제로 setting 버튼을 눌러 장비를 제로 setting 한다.
6. 리프트 버튼을 눌러 해머를 초기각도로 back swing 시킨다.
7. 시편을 지지대에 놓는다.
8. 작동레버를 당겨 해머를 낙하시킨다.
9. 시험편이 파단된 후에 해머가 1회 정도 왕복한 다음 시험편 고정대 위치를 지날 때 해머를 제동한다.
10. 지시계에서 흡수에너지의 크기를 읽고 기록한다.
11. 파단된 시편을 찾아 노치의 종류와 깊이별로 잘 구별하여 둔다.
2.1.2. 실험시 유의 사항
브레이크 핸들의 상태를 확인한다.
해머를 상승시킨 후에 운동범위 내에 장애물이 없도록 한다.
시편이 파괴될 때 시편이 튀어나오는 경우가 있으므로 조심한다.
그 온도에서 10분을 유지해야 재료가 그 온도에 맞는다.
온도에서 꺼낸 후 에는 5초 이내에 재료를 5초 이내에 깨드려야 한다.
온도의 오차 허용범위는 ±2℃이다.2.1.3. 시험편의 준비
실험을 하기전, 2인 1개조를 이루어 연강, SM45C를 받는다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
3.1. 시험결과
왼쪽부터 SM45C, 연강
연강
SM45C
에너지 E (kgf·m)
12.6
0.8
충격치 I (kgf·m/cm²)
15.75
1
취성 파면율 B (%)
35.1
63.4
연성 파면율 S (%)
64.9
36.6
I=충격치 E=흡수에너지 A=파단면적 C=취성파면의 면적 F=연성파면의 면적
3.2. 고찰
이번 시험은 1학기때 했던 브리넬, 비커스, 로크웰 시험처럼 정적 충격을 가하는 실험과는 다르게 해머를 움직여 해머의 위치에너지가 운동에너지로 변화하는 것을 이용하여 그 에너지로 시편에 충격을 주어 시편의 충격 흡수에너지를 측정하는 실험이었다. 이 실험을 통하여 우리는 재료의 인성과 취성을 이해해볼 수 있었다. 첫 번째 이론 강의에서 충격 흡수에너지를 구하는 그림과 식을 보며 매우 어렵다는 생각을 하였었는데 다행히도 우리가 실험한 샤르피 시험기에서는 충격흡수에너지를 자체적으로 측정해 알려줌으로서 복잡한 계산을 하지 않아 편리하였다. 또한 그 덕분에 시험 값의 오차 또한 줄일 수 있을 거라 생각된다.
실험을 시작하기 전에 조교님께서 샤르피 실험기에 대해 시범과 설명을 보여주셨는데 시계추처럼 계속하여 움직이는 해머를 보고 있자니 1학기 때 했던 실험들과는 위험한 정도부터가 다르다는 것을 느끼게 되었다. 그 동안 조교님이 항상 말씀하셨던 “조심해라. 실험실 안에서 폭력을 허용한다.” 라는 말씀을 괜히 하신게 아니라는 생각이 들었다. 때문에 실험을 진행함에 있어서 많은 긴장을 하였는데 그 때문인지 시편이 제대로 깨어지지 않는 현상이 나타났다. 그 후 다른 학우들이 실험하는 것을 지켜본 후 다시해본 시험에서 드디어 잘 깨어진 시편을 얻게 되었고 위의 시험 결과값을 얻게 되었다.
하지만 그 결과값도 다른 조의 결과값과는 많은 편차가 있음을 확인하였는데 이는 강의 특성이 국부적으로 다르고 충격 시험편 가공 시에 노치부를 완전히 똑같이 가공하기 어렵기 때문이라고 학습하였다. 이번 실험을 통하여 브리넬, 비커스, 로크웰과 같은 정적인 실험에선 정확히 구별 할 수 없는 인성 및 취성을 충격 실험으로 정확히 판정 할 수 있다는 것을 알았고 우리가 직접 실험하진 않았지만 유인물에 나와 있는 온도와 위 실험의 관계에 대해 많은 궁금함을 가지게 되었다.
생각해보건데 온도가 낮아질수록 취성이 강해지고 온도가 높아질수록 연성이 강해지는 일반적인 재료의 특성을 가질 것 같다.

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