탄소강(S15C)의 열처리 및 충격시험

소개

탄소강의 열처리 및 충격시험
탄소강을 열처리 하여 충격시험을 통해 각각 열처리법 간 충격인성 및 내부 조직을 관찰 및 비교, 분석한다.
철강재료의 열처리
열처리방법을 크게 구분하면 주조나 단조후의 편석 및 잔류응력 등을 제거하여 균질화시키거나 또는 연화를 목적으로 행하는 풀림(annealing), 결정립을 미세화하여 기계적성질이나 피삭성을 향상시키기 위한 노멀라이징(normalizing), 경화를 위하여 행하는 퀜칭quenching), 그리고 강인화를 위한 템퍼링(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다.또 표면은 내마모성이 크고, 중심부는 내충격성이 큰 이중조직을 나타내게 하는 표면경화(表面硬化, surface hardening)방법도 있다.

샤르피 충격 시험 (Charpy impact test)
샤르피 충격시험기를 사용하여 시험 편을 40㎜ 떨어져 있는 2개의 지지대로 지지하고,
또한 노치 부를 지지대 사이의 중앙에 놓고 노치 부의 뒷면을 해머로 1회만 충격을 주어
시험 편을 파단하고 흡수에너지, 충격치, 파단율, 천이 온도를 측정한다.

충격 인성
외부의 충격에너지를 흡수하는 내충격성을 의미한다. 내 충격성은 강재 표면에 노치가 없는 상태에서 외부 충격에너지를 흡수할 수 있는 정도를 말하며, 노치 내 충격성은 강재의 표면에 흠집(notch)이 있는 상태에서 외부 충격에너지를 흡수할 수 있는 정도를 말한다.
내 충격성이 낮은 강재는 낮은 에너지에서도 파괴되며, 파괴된 단면의 형상은 변형량이 매우 미미할 것이다. 그러나 내 충격성이 높은 강재는 높은 충격에너지에서만 파괴되며, 파손된 단면에는 심하게 변형된 형상을 볼 수 있다. 이것을 근거로 취성을 가진 것인지, 연성을 가진 것인지를 판단한다. 강재의 내 충격성도 온도에 따라 변화하며, 일반적으로 온도가 낮아질수록 내 충격성도 떨어진다. 특히 낮은 특정한 온도에서는 강재의 내 충격성이 급격히 떨어진다. 이렇게 강재의 연성이 취성으로 변화는 온도를 무연성 천이온도(Nilductility transition temperature)라 한다.
노치 내 충격성을 측정하는 방법은 Charpy V-notch test, Drop-weight nil-ductility, explosion Bulge, Dynamic tear, CTOD(Crack Tip Opening Displacement)등이 있다.

목차

1. 실험목적
2. 이론적 배경
3. 실험방법
4. 실험결과

본문내용

탄소강의 열처리 및 충격시험
탄소강을 열처리 하여 충격시험을 통해 각각 열처리법 간 충격인성 및 내부 조직을 관찰 및 비교, 분석한다.
철강재료의 열처리
열처리방법을 크게 구분하면 주조나 단조후의 편석 및 잔류응력 등을 제거하여 균질화시키거나 또는 연화를 목적으로 행하는 풀림(annealing), 결정립을 미세화하여 기계적성질이나 피삭성을 향상시키기 위한 노멀라이징(normalizing), 경화를 위하여 행하는 퀜칭quenching), 그리고 강인화를 위한 템퍼링(tempering) 처리 등으로 나눌 수 있다.또 표면은 내마모성이 크고, 중심부는 내충격성이 큰 이중조직을 나타내게 하는 표면경화(表面硬化, surface hardening)방법도 있다.

샤르피 충격 시험 (Charpy impact test)
샤르피 충격시험기를 사용하여 시험 편을 40㎜ 떨어져 있는 2개의 지지대로 지지하고,
또한 노치 부를 지지대 사이의 중앙에 놓고 노치 부의 뒷면을 해머로 1회만 충격을 주어
시험 편을 파단하고 흡수에너지, 충격치, 파단율, 천이 온도를 측정한다.

충격 인성
외부의 충격에너지를 흡수하는 내충격성을 의미한다. 내 충격성은 강재 표면에 노치가 없는 상태에서 외부 충격에너지를 흡수할 수 있는 정도를 말하며, 노치 내 충격성은 강재의 표면에 흠집(notch)이 있는 상태에서 외부 충격에너지를 흡수할 수 있는 정도를 말한다.
내 충격성이 낮은 강재는 낮은 에너지에서도 파괴되며, 파괴된 단면의 형상은 변형량이 매우 미미할 것이다. 그러나 내 충격성이 높은 강재는 높은 충격에너지에서만 파괴되며, 파손된 단면에는 심하게 변형된 형상을 볼 수 있다. 이것을 근거로 취성을 가진 것인지, 연성을 가진 것인지를 판단한다. 강재의 내 충격성도 온도에 따라 변화하며, 일반적으로 온도가 낮아질수록 내 충격성도 떨어진다. 특히 낮은 특정한 온도에서는 강재의 내 충격성이 급격히 떨어진다. 이렇게 강재의 연성이 취성으로 변화는 온도를 무연성 천이온도(Nilductility transition temperature)라 한다.
노치 내 충격성을 측정하는 방법은 Charpy V-notch test, Drop-weight nil-ductility, explosion Bulge, Dynamic tear, CTOD(Crack Tip Opening Displacement)등이 있다.

참고자료

· - 인터넷 철강재료 정보사이트
· - 금속강도학 (최종술/권숙인/김송희 공역)