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기계공학시험 경도실험 충격실험

1.5 로크웰 경도계2. 실험 목적공업 재료의 중요한 기계적 성질 중 하나인 경도(hardness)는 재료의 무르고 단단한 정도를 나타낸다. 조직관찰 및 경도 시험이란 시험 재료의 일부분을 시험하여 재료의 기계적인 성질을 이해하는 시험이다. 먼저 시험편 제작을 위해 탄소강을 자르고 마운팅하고, 폴리싱을 하는 방법을 익힌다. 광학현미경을 통해 열처리를 한 시험편과 그렇지 않은 시험편의 표면 조직 변화를 관찰한다. 경도를 측정하는 방법은 브리넬 경도계(Brinell Hardness Tester), 로크웰 경도계(Rockwell Hardness Tester), 비커스 경도계(Vicker’s Hardness Tester), 쇼어 경도계(Shore Hardness Tester)를 사용하여 측정 가능하다. 그 중 로크웰 경도계(Rockwell Hardness Tester) 사용하여 시험 재료인 SM20C, SM45C의 경도를 측정한다. 시험을 통해 시험기구의 조작방법을 배우고 각 재료의 경도 차이를 비교하여 금속 재료의 기계적 성질을 파악하고 공업재료를 선택하는데 있어 금속재료에 대한 이해도를 높이기 위함이 목적이다.3. 실험 장비4. 실험 방법현미경 조직 시험금속 조직 시험편의 표면을 매끄럽게 다듬질하고 부식시켜 현미경으로 결정립의 크기나 결정의 분포를 관찰하는 시험 방법.1-4.1 환봉 커팅- Cutting Machine을 이용하여 SM20C(파랑색), SM45C(빨강) 두 개의 시편을 2cm 미만으로 각각 2개씩 자른다. 이때, 장비이상으로 줄톱으로 대신하였다.(주의사항 : 기계운용시 레버를 천천히 내리고 냉각수가 나오지 않는 경우 높은 열로 환봉에 열변형이 생길 수 있으니 반드시 확인하여야 한다.)1-4.2 열처리- SM20C는 노냉처리, SM45C는 급냉처리로 열처리 작업을 한다.1-4.3 폴리싱- 마운팅 작업 이후에 하는 폴리싱 작업을 수월하게 하기 위해 마운팅 작업 이전에 예비 연마를 해준다.(주의사항 : 힘을 너무 가할 경우 굴곡이 발생할 수 있다1-4.4 마운팅- 마운팅 머신을 이용하여, 시편의 구성을열처리 SM20C, 열처리 SM45C, 기본 SM20C,SM45C 으로 총 3개의 세트를 만든다.(주의사항 : 시편이 충분히 잠기도록 분말을 넣되 너무 많이 넣으면 폴리싱 작업이 힘들어 질수 있다. 마운팅 후 기계에 압력 때문에 레버가 안돌아갈 수 있으니 시작 전에 두바퀴 반 정도 풀어주어야 한다.)1-4.5 폴리싱- 먼저, 거친 사포를 이용하여 마운팅 작업으로 덮여버린 시편 면을 제거 해준 후,폴리싱 머신을 이용하여 M550, M220 등의 사포를 거친 사포부터 시작해서 고운 입자의 사포로 연마 작업을 진행한다. 이때 공업용 다이아몬드를 연마제로 사용해서 현미경 관측이 용이하도록 광이 나도록 연마한다.(주의사항 : 마찰에의한 열로 열변형이 생기지 안도록 윤활유를 지속적으로 뿌려주어야 한다.1-4.6 부식 및 광학현미경 표면조직 촬영- 시편을 부식액(알코올90% + 질산10%)에 넣어 부식시킨 다음 에탄올에 씻어 낸 후, 금속현미경을 통해 금속 조직을 관찰한다.(주의사항 : 질산에 20초이상 담그지 않도록 하고 손에 닿지 않도록 주의한다.)4.2 로크웰 경도시험 방법⑴ 시험편 재질에 따라 시험편에 맞는 설정값을 맞춘다.⑵ 시험편을 시험대 위에 올려놓는다.⑶ 상하 핸들을 이용하여 시험편을 올려 압입강구를 닿게 한다.⑷ 그 후, 시험 하중이 걸릴 수 있도록 화면의 화살표 방향이 표시등 끝까지 갈 때까지 핸들을 돌려준다.⑸ 상태표시화면에 로크웰 경도 값과 평균값을 측정한다.5. 실험 결과1-5.1 금속조직관찰기본 SM20C X500기본 SM45C X500열처리 SM20C X500열처리 SM45C X500기본 SM20C X1000기본 SM45C X1000열처리 SM20C X1000열처리 SM45C X10001-5.2 경도비교열처리X SM20C98.298.098.199.198.6평균 :{98.2+98.0+98.1+99.1+98.6} over {5} =98.4(HRB) / 환산 : 21 (HRC)열처리X SM45C107.9106.0108.3108.6108.0평균 :{107.9+106.0+108.3+108.6+108.0} over {5} =107.76(HRB) / 환산 : 34 (HRC)열처리O SM20C66.566.966.868.866.7평균 :{66.5+66.9+66.8+68.8+66.7} over {5} =67.14 (HRB) / 환산 :열처리O SM45C56.056.055.655.154.1평균 :{56.0+56.0+55.6+55.1+54.1} over {5} =55.36 (HRC)6. 고찰경도시험은 비커스 경도시험, 브리넬 경도시험, 로크웰경도시험 순서로 진행하였다. 비커스 경도시험은 컴퓨터와 연결된 전자식 비커스 경도시험계로 진행하였다. 실험1 때 만들었던 시험편은 정확한 규격이 아니라서 경도 측정 시 기계고장으로 이어질 수 있기 때문에 규격에 맞는 시험편으로 실험을 진행하였다. 비커스 경도계는 현미경과 다이아 강구가 자동으로 번갈아 가며 시험을 진행하여 컴퓨터로 압입 모양 (다이아 모양)과 데이터 값이 전부 나온다. 어렵지 않게 비커스 경도값을 얻을 수 있었고 자동식이라서 그런지 실험결과가 거의 비슷하게 나와 시험편의 경도는H _{V _{}} = 701 이란 것을 알 수 있었다. 다른 시험편인 알루미늄, 구리 등을 사용해 경도 값을 측정 후 비교해 봤으면 하는 아쉬움이 들었다. 다음으로는 브리넬 경도계를 통해 경도를 알아보았다. 브리넬 경도계는 10초의 일정한 시간동안 하중을 가해야는데 사람이 하중을 가하다가 멈춰야 하는 것이라 일정한 시간, 일정한 하중을 가하기 힘든 시험이었다. 경도 값은 압입 모양(원형)을 현미경으로 직경을 측정해서 브리넬 경도 시험표에 대입 하여 경도값을 구하는 것이다. 그러나 사람이 하중을 가해 생각 외로 실험값이 비슷하게 나왔다. 브리넬 경도 시험의 경우 여러 번 실험을 하여 오차를 줄여야 한다는 점 등이 비커스와 비교하여 효율이 떨어진다고 생각하였다. 마지막으로 브리넬 경도시험을 진행하였다. 이 시험에서는 실험1에서 만든 시험편을 가지고 실험을 진행하였다. 학생들이 손으로 직접 만들어서 그런지 표면이 깨끗하지 않고 표면과 바닥이 평평하지 않은 시험편이 많았다. 최대한 깔끔하게 제작된 시험편을 선택하여 실험을 진행하였다. 시험편이 정확한 치수로 제작되지 않으니 실험 결과 값이 어느 정도 비슷하나 일정하게 나오지 않았다. 실험을 통해 구리>연강>알루미늄 순으로의 강도를 알 수 있었다. 시험 이후 경도가 큰 금속은 어떤 것이 있을까 찾아보았다. 경도는 대략적으로 모오스 경도로 표시된다. 산화 알루미늄계열의 금속이 가장 경도가 높고 탄화티타늄 계열(로크웰경도 110이상), 초경합금 계열(로크웰경도 85이상)을 가진다고 한다. 그러나 온도에 따라 경도는 변화하고 절삭속도에 따라 변화한다고 한다. 또한 금속에 열처리를 하여 금속의 기계적 성질들을 변화 시킬 수 있다. 특히 담금질, 마르템퍼링을 할 경우 금속의 경도가 크게 올라간다. 이 실험을 통해 경도측정법을 숙지하고 금속의 기계적 성질들을 이해하였다. 또한 추가 자료를 찾으며 열처리의 방법들을 공부하여 추후 공업재료 선정에 이용하면 큰 도움이 될 것 같다.충격시험1. 실험 목적공업 재료의 중요한 기계적 성질인 인성과 취성이 있습니다. 인성(toughness)은 재료에 외력을 가했을 때 탄성한계를 초과하여도 쉽게 파단 되지 않는 성질이고 취성(brittleness)은 재료에 외력을 가했을 때 쉽게 파괴되는 성질입니다. 충격시험은 시험편을 파괴할 때 시험편의 인성 또는 취성을 알아내는 시험입니다. 충격시험을 하는 방법으로는 샤르피식과 아이조드식 등이 있고, 이번 시험에서는 샤르피식 충격 시험 장치로 시험을 합니다. 시험을 통해 시험기구의 조작방법을 배우고 시험편 중 인성과 취성의 차이를 비교하여 금속 재료의 기계적 성질을 파악하고 공업재료를 선택하는데 있어 금속재료에 대한 이해도를 높이기 위하여 충격시험을 합니다.2. 실험 관련 이론 & 용어정리2.1 실험 관계식재료 충격량은 다음 식과 같이 계산한다.충격량=U= {E} over {A} = {WR(cos beta -cos alpha )} over {A}W : 펜들럼의 무게(kgf)R : 펜들럼의 회전축 중심에서 무게중심까지 거리α : 펜들럼을 들어 올린 각도β : 시험편 하단 후 해머가 올라간 각도A : 노치부분 시험편의 단면적(cm ^{2})3. 실험 기구3.1 샤르피 충격 시험기시험편의 노치 부분의 뒷부분을 해머가 때려 시험편을 파단 시킬 때, 흡수된 충격에너지를 시험편의 단면적으로 나누어 충격 강도 값을 얻는 시험이다. 또한 게이지의 빨간 바늘을 통해서는 β각을 알아낼 수 있다.4. 실험방법⑴ 치수 및 허용차에 맞는 시험편을 준비한다.샤르피 충격 시험에 사용되는 표준적인 시험편이며, 노치의 깊이 2.00㎜에 밑부분의 반지름 0.25㎜, 꼭지각 45°의 V자형의 노치를 갖는 시험편.⑵ 시험편의 노치 중앙 부분과 해머가 내려오는 위치의 정중앙을 맞추어 시험편을 고정시킨다.⑶ 해머를 120°까지 올려 고정시킨다.⑷ 게이지의 빨간 바늘은 0점에 맞춘다.⑸ 시험 진행 시, 시험편의 파편이나 위험물이 튈 수도 있으니, 시험기 주위에 사람이 없도록 주의시킨다.⑹ 모든 준비가 끝나면 해머 고정을 풀어 시험을 진행한다.⑺ 시험 진행 시, 바늘의 최대점을 확인한다.⑻ 시험이 끝나면 고무 브레이크를 사용하여 해머를 안전하게 정지시킨다.⑼ 측정된 값을 이용하여 재료의 층격치를 구한다.5. 실험 결과5.1 충격 시험기제원펜들럼무게 W(kg)20.6kgf충격중심거리(m)0.765m5.2 α(°)β(°)노치폭(mm)노치깊이(mm)시험편

공학/기술| 2018.12.09| 9페이지| 1,000원| 조회(226)

기계, 공학, 경도, 충격

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