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한국항공대 기초공학실험 경도와 충격시험 A+ 리포트

Ⅰ. 충격시험과 강도시험1. 충격시험1) 충격시험의 정의 및 목적? 일정 높이에서 낙하된 추를 시편에 충돌시켜 재료의 동적 하중에 의한 저항력을 평가하는 것이다.? 시편이 충격으로 파단 될 때까지 흡수된 에너지의 양으로 재료의 취성(재료가 힘에 의해 파괴됨)이나 인성(재료의 파괴에 대한 저항도)을 판단하는 것이다.2) 충격시험의 종류[사진1] 샤르피형과 아이조드형의 비교충격시험은 아래 그림과 같이 시편을 눕히는 방법에 따라 샤르피(Charpy)형과 아이조드(Izod)형이 있다. 시편을 눕혀서 실험하는 방법을 샤르피(Charpy)시험이라 하고, 시편을 세워서 실험하는 방법을 아이조드(Izod)방법 이라고 한다. 이번 실험에서는 샤르피(Charpy)형을 사용하였다.[사진2] 시편의 형상 및 치수3) 표준시편 (V-notch) 형상 및 치수? 길이: 55mm? 높이 및 나비: 10mm? 축소 시험편: 너비 7.5mm, 5mm, 2.5mm4) 관련이론① 충격 흡수 에너지K=W BULLET l(cos beta -cos alpha )-LK : 시편을 파단 하는데 필요한 에너지 [J]W : 해머의 질량에 의한 부하 [N]l: 해머의 회전축 중심에서 해머의 중심까지의 거리 [m]alpha : 해머의 들어 올린 각도 [deg]beta : 시편 파단 후의 해머의 흔들어 올린 각도 [deg]L : 해머의 운동 및 기계요소의 저항으로 인해 소모된 에너지 [J][사진3] 횡팽창② 횡팽창 (가로 변형량)재료 파단 시 횡팽창으로 인해 파면 위에서 가로방향으로 최대로 불어나온 곳을 기준으로 양 측면 사이의 폭을 기준으로 하여 파면 위에서 가로방향으로 최대로 불어나온 곳의 폭과 기준 폭과의 차이를 계산하여 구한다.가로변형량=a-b`[mm]③ 취성 파면율취성 파면율은 파면의 전 면적에 대한 취성 면적의 비율로 구한다.B= {C} over {A} TIMES 100`(%)B : 취성 파면율C : 취성 파면의 면적(유광)A : 파면의 전 면적(무광)④ 천이곡선[사진4] 천이곡선천이곡선이란 재료의 온도 변화에 따른 흡수 에너지를 표시한 곡선이다. 그래프를 통하면 온도 증가에 따라 흡수에너지와 연성 파면율은 커지고 취성 파면율은 작아진다.[사진5] 충격실험기구5) 시험방법① 시편을 준비한다.② 시편의 단면적과 노치부의 형상 및 깊이를 측정, 기록한다.③ 영점 확인을 위해 지지대의 시편을 놓지 않은 상태에서 리프트 버튼을 사용하여 α각 만큼 해머를 올린 다음 작동레버를 당겨 해머를 통과한 후 지시바늘이 가리키는 β각을 측정한다.④ α각과 β각이 같은 지 확인한다.⑤ Angle과 Data의 제로 setting 버튼을 눌러 제로 setting 한다.⑥ 리프트 버튼을 눌러 해머를 초기각도로 back swing 시킨다.⑦ 시편을 지지대에 놓는다.⑧ 작동레버를 당겨 해머를 낙하시킨다.⑨ 시편이 파단 된 후에 해머가 1회 정도 왕복한 다음 시편 고정대 위치를 지날 때 해머를 제동한다.⑩ 지시계에서 흡수에너지의 크기를 읽고 data sheet에 기록한다.⑪ 파단 된 시편을 찾아 notch의 종류와 깊이 별로 구별 보관한다.2. 경도시험1) 경도의 정의경도(hardness)란, 물체를 다른 물체로 눌렀을 때 그 물체의 변형에 대한 저항력의 크기로 정의한다. 즉, 재료의 무르는 정도나 단단한 정도를 말한다.2) 경도시험의 목적- 경도를 측정하여 열처리 이력을 추정한다.- 경도를 측정하여 재료의 기계적 성질을 평가한다.- 측정값을 보고 제품에 적합한 재료를 선택하여 성능을 개선한다.- 측정값을 통해 인장강도와 같은 재료가 가지고 있는 다른 특성을 유추해낼 수 있다.3) 경도시험의 장점- 비파괴적인 재료시험이다.- 시험장치 및 방법이 간단하다.- 객관성 및 재현성이 있는 우수한 결과를 신속하게 획득할 수 있다.- 적용성이 뛰어나 광범위한 재료 및 시료를 시험할 수 있다.- 경도는 재료의 거래 시 대표적인 재료 물성의 기준이다.4) 압입경도 시험의 종류종류시험방법경도의 표시로크웰 경도(Rockwell)선단 반경이 0.2mm이고 꼭지각이 120°인 다이아몬드 원추 또는 강구로 시편을 누른다.크고 작은 두 종류의 하중을 가했을 때의 압입 깊이 차이비커스 경도(Vickers)대면각 136°의 다이아몬드 정4각 추로 시편을 누른다.눌린 자국의 표면적당 평균 압력브리넬경도(Brinell)강구로 시편을 누른다.(1, 2, 2.5, 5, 10mm)압입 자국의 표면적당 평균 압력누우프 경도(Knoop)대능각 172° 30‘과 130°인 다이아몬드 사각추로 시편을 누른다.눌린 자국의 투영면적당 평균압력듀로미터 경도(Durometer)구형 또는 원추형의 바늘로 시편을 누른다.일정하중에서의 압입 깊이바콜 경도(Barcol)원추형의 바늘로 시편을 누른다.일정하중에서의 압입 깊이이 중에서 우리는 로크웰 경도를 사용하였다. 경도 환산표를 이용해 비커스 경도와 브리넬 경도로 환산이 가능하다.[사진 6] 로크웰 경도기5) 시험방법① 시편을 경도 시험기의 받침대에 올려놓은 후 누르개 위치에 수직이 되도록 놓는다.② 핸들을 시계방향으로 돌려 시편과 누르개를 접촉시킨 후, 계기판의 작은 바늘이 set을 가리킬 때까지 돌린다.③ 옆의 버튼을 눌러 경도 측정된 시험 값 (다이얼 게이지 값)을 기록한다.④ 핸들을 시계반대 방향으로 돌려 받침대를 내린다.⑤ 위의 과정을 한 시편에 3번씩 반복한다.Ⅱ. 시험Data 및 분석1. 충격시험1) 시험결과① 시편A시편충격흡수에너지BE [J]S1 [J/㎡]소리(dB)온도시편A147.5364753.670.2낮음240.07400776.9평균값43.8034380.373.55② 시편B시편충격흡수에너지BE [J]S1 [J/㎡]소리(dB)온도시편B1321.73217056.6높음2322.863228653.2평균값322.283222854.92) 결과분석(1) 샤르피 충격량Charpy`충격량=BE÷ABE ? 충격흡수에너지A ? 노치부 면적(=0.8㎠)① 시편AA1A2A1,A2 평균충격흡수에너지(BE) [J]47.53640.0743.803샤르피 충격량[J/㎠]59.4250.087554.754② 시편BB1B2B1,B2 평균충격흡수에너지(BE)[J]321.7322.86322.28샤르피 충격량[J/㎠]402.125403.575402.85(2) 횡팽창① 시편AA1A2횡팽창(㎜)0.80.7② 시편B시편 B는 완전히 절단되지 않아 측정이 불가능하다고 판단했다.(3) 취성 파면율파면을 평행사변형 등 비교적 계산 쉬운 도형으로 가정하여 측정 후, 계산하였다. 이 과정에서 오차가 다소 발생했을 것이라 예상된다. 또한 충격 후 횡팽창이 진행됨에 따라 파면이 시편 중심으로 구부려져 파면은 한 면만 측정이 부정하다.① 시편A[사진 7] 시편A1의 단면 [사진 8] 시편A2의 단면A1-좌A1-우A2-좌A2-우취성파면율 (%)83.91979.25870.55666.5625② 시편B시편 B는 완전히 절단되지 않아 측정이 불가능하다고 판단했다.2. 경도시험[사진 9] 경도 시험을 한 시편A[사진 10] 경도 시험을 한 시편 B1) 시험결과결과값 (HRC)평균값 (HRC)온도[℃]시편 A시험 18.58.7218.5시험 28.56시험 39.1시편 B시험 110.510.46시험 210.2시험 310.672) 결과분석(1) 경도환산보간법(interpolation을 적용하여 각 시편의 평균 로크웰 경도를 브루넬, 비커스 경도로 환산하였다.[사진 11] 경도환산표시편A시편B로크웰(Rockwell)8.7210.46브루넬(Brinell)181.88187.92비커스(Vickers)190.88197.84(2) 인장강도① 환산표 이용경도환산과 동일한 방법(보간법)으로 인장강도를 알아보았다.시편A시편B로크웰(Rockwell)8.7210.46인장강도62.4463.6133② 브리넬 경도 이용인장강도=500 TIMES HB [psi]HB: Brinell 경도, 적용하중 P=3000kg [㎏/㎟]시편A시편B브루넬(Brinell)181.88187.92인장강도[psi]90,94093,960인장강도 [kgf/㎟]63.93666.060(3) 항복강도경도=cY-c : 비례상수. 가공이력과 표면 처리 따라 달라짐(약 3)-Y : 항복강도① 시편A로크웰 경도(HRC)비례상수 c항복강도 Y [MPa]8.723.0594.753.1575.563.2557.575② 시편B로크웰 경도(HRC)비례상수 c항복강도 Y [MPa]10.463.0614.53.1594.73.2576.1Ⅲ. 결론1. 재료 예측 과정실험으로 얻은 자료를 이용하여 www.matweb.com 에서 시편 A와 B의 재료를 추정했다. 결론 도출 과정에서 사용한 물질의 특성(Property)은 샤르피 충격흡수에너지(BE), 로크웰 경도(HRC), 브리넬 경도, 밀도, 항복강도 이다. 실험 데이터만으로는 가능한 금속재료가 너무 많아서 물질의 특성인 밀도를 추가로 구했다. 시편 A의 질량은 약 40g, 시편 B의 질량은 약 45g이고 두 시편모두 부피는 약 5.4763cm ^{2} 으로 계산하였다. 그 결과 A의 밀도는 약 7.3034g/cm ^{2}, B의 밀도는 약 8.2163g/cm ^{2}이였다.2. 시편 A 예측첫 번째 결과 (샤르피 충격흡수에너지, 로크웰 경도(HRC))[사진 12] 시편A 첫 번째 예측두 번째 결과 (샤르피 충격흡수에너지, 로크웰 경도(HRC), 밀도)[사진 13] 시편 A 두 번째 예측세 번째 결과 (샤르피 충격흡수에너지, 로크웰 경도(HRC), 항복강도)[사진 14] 시편 A 세 번째 예측→ 시편 A의 재료로 가능한 금속 : 코발트 또는 니켈3. 시편 B 예측첫 번째 결과 ( 샤르피 충격흡수에너지, 로크웰 경도(HRC))

공학/기술| 2021.06.20| 9페이지| 2,500원| 조회(266)

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