◎차례1. 머리글2. 서론-이론3. 본론-실험에 사용된 장비 및 실험방법-실험기구 특징4. 결과5. 고찰6. 참고문헌1.머리말동일한 크기의 제품일지라도 강종에 따라 퀜칭 시 경화되는 깊이가 다르다. 이 경화 깊이를 지배하는 강자 체의 성능을 경화 능이라고 한다. 따라서 동일한 냉각매체로 퀜칭 시 경화 깊이가 큰 강은 경화능이 좋고, 반대로 경화 깊이가 작은 강은 경화능이 나쁜 강이라고 불리어진다. 이러한 점으로 보아 경화 깊이는 합금원소 첨가로서 커지므로 탄소강은 경화능이 나쁘고, 합금강은 경화능이 좋아지게 된다.경화 능을 알기 위해서는 퀜칭 된 강의 단면경도분포를 측정하면 된다. 큰 강재를 퀜칭 하면 표면만 경화되고 중심부는 냉각속도가 느리므로 Ar'변태를 일으켜서 경화되지 않는다. 따라서 단면경도분포는 U자형을 나타낸다. 이것을 U곡선이라고 한다.한편 동일한 강종일지라도 제품의 크기에 따라 경화 깊이가 달라진다. 탄소강인 SAE 1045강과 합금강인 6140강에 대해서 고려해 보면 SAE 1045강에서 보면 환봉직경이 커짐에 따라 표면경도가 급격한 감소를 보이고 있고 중심부경도도 연속적인 감소를 나타내고 있다. 이와 같이 제품크기가 클수록 퀜칭 경도가 감소하는 현상을 질량효과라고 한다. 반면에. 합금강인 6140강에서는 어떠한 환봉직경에서도 1045강보다 경도가 높다. 그럼에도 불구하고 강재표면으로부터 중심부까지의 경도의 편차는 여전히 존재하고 있으며 특히 직경이 클수록 이 차이는 심하다.이상에서 알 수 있듯이 일반적으로 탄소강은 질량효과가 크고, 합금강은 질량효과가 크다. 따라서 합금강은 제품의 크기가 클지라도 경화시키기가 용이하다.목적으로는 냉각속도에 따른 경도와 조직의 변화를 관찰하기 위하여 시편의 Jominy end quench test를 행하고, 강의 경화능력을 알아보기 위함이고, 사용기기로는 Jominy tester, 금속현미경, 가열로, 연마장치, 비커스 경도계, 소입탱크등이 있으며, 실험 재료로는 0.45% C탄소강, 연마용 재료, 조직검사용경화능이 나쁘다. 반대로 임계냉각속도가 작은 강은 어느 정도의 두께에서는 중심부까지도 경화될 수 있다. 즉 경화능이 좋다. 따라서 경화능이 좋고 나쁜 것은 임계냉각속도가 작고 큰 것과 직접적으로 관계되므로 임계냉각속도는 경화 능의 표시방법으로서 이용된다. 그러나 임계냉각속도가 몇 ℃/초일 때 몇 mm의 깊이까지 완전히 경화되는지, 또 어느 정도의 크기일 때 어떤 냉각을 하면 표면으로부터 몇mm까지 경화되는지에 대한 실용적인 수치를 곧바로 얻기는 곤란하다. 오히려 중심부까지 경화되는 임계직경, 또는 수 냉면으로부터 어느 경도 이상 되는 깊이가 몇mm인지를 구하는 편이 경화 능을 나타내는데 보다 실용적이다.여기서 후자는 경화 능 시험으로서 KS규격에도 규정되어 있고, 또 전자의 임계직경에 의한 방법은 전술한 냉각제의 냉각 능 H와 함께 잘 연구되어 화학조성으로부터 강의 경화 능을 예상하는 방법까지 거의 확립되어 있다.① 임계직경에 의한 경화 능 표시방법경화 능은 보통 퀜칭 경화 층의 깊이로서 결정한다. 이 때 경화 층의 깊이를 결정하기 위해서 일반적으로 50% 마르텐 사이트조직의 경도인 HRC 50(HV=513)을 임계경도라고 하며, 중심부의 경도가 임계경도인 HRC 50을 나타내는 강재직경을 임계직경이라고 한다. 또한 강재표면으로부터 50%마르텐 사이트 부분까지의 깊이를 퀜칭 경화 층 깊이, 그리고 중심부의 조직이 50% 마르텐 사이트로 되는 강재직경을 이상임계직경라고 한다. 50%마르텐 사이트를 임계직경의 기준으로 선정하는 이유는 퀜칭된 환봉의 단면을 나이탈로 부식시키면 50% 마르텐 사이트-50%펄라이트 지역에서 경화부와 비경화부 사이의 부식의 차이가 매우 현저하고, 또 50% 마르텐 사이트 지역이 임계경도인 HRC 50에 거의 해당하기 때문이다.Ni-Cr강인 KS SNC 236강을 수 냉 및 유 냉하였을 때 강 봉 직경에 따른 중심부경도의 변화를 살펴보면 강재 직경에 따른 중심부경도의 급격한 변화는 임계경도인 HRC 50과 거의 근사하다는 사실을 알 수 있다. 이 임계직경은 강의 화학조성과 결정립도에 따라서 결정되는 강 고유의 성질이며 경화 능의 비교기준으로서 이용되고 있다.② 일단 퀜칭 방법에 의한 경화 능일단 퀜칭 방법에 의한 경화 능 시험은 Jominy와 Boegehold에 의해 처음 시작되었다. 죠 미니 시험이라고도 하며 기계구조용 탄소강 및 저합금강의 경화 능 시험에 많이 이용되고 있다.시험편은 직경 25mm, 길이 100mm의 원주 상으로 되어 있고, 一端에 직경 28mm의 플랜지를 달고 있다. 시험 장치는 일정한 유량 및 유속으로 물을 분출시켜 시험편 밑의 단면에만 분출된 물이 충돌해 그 일단만이 냉각되도록 되어 있다.분출되는 물의 강도를 일정하게 하기 위해서는 시험편을 올려놓지 않을 때의 자유높이를 65±10mm로 규정하여 이 자유높이가 일정하게 유지되도록 넘쳐 흐르는 장치를 이용하여 낙차를 일정하게 한 물탱크나 또는 물펌프를 사용한다. 시험편은 로 중에서 정해진 온도로 가열을 한 후 꺼내어 5초 이내에 이 시험 장치에서 분출되는 물에 의한 퀜칭이 되도록 한다. 시험편의 측면에서의 공기나 복사에 의한 냉각은 분수에 의한 하단부로부터의 냉각에 비해 무시할 수 있을 만큼 적으므로 시험편은 하단으로부터 위로 갈수록 점차 냉각속도가 작아진다. 즉 1개의 시험편에서 여러 가지 냉각속도를 얻을 수가 있게 된다. 이렇게 해서 퀜칭이 끝난 시험편의 원주면을 축 방향에 따라 깊이 약 0.4mm씩 연삭해서 평행한 2면을 만들고, 이 면을 퀜칭 단으로부터 1.5mm씩 일정한 간격으로 경도를 측정하여, 퀜칭 단으로부터의 거리에 따른 경도변화를 그래프에 나타낸다. 이 곡선을 경화능곡선, 또는 죠미니곡선이라 한다.한편 경화 능을 나타내는 데에는 경화능곡선 이외에도 경화능지수를 사용할 수 있는데, 이것은 퀜칭 단으로부터 일정거리에서의 경도 또는 일정경도에 대한 퀜칭 단으로부터의 거리이다.경도시험에서 특정경도를 지정하는 경우 보통은 마르텐 사이트와 미세펄라이트가 50% 씩인 위치의 경도를 택할 때가 많다. 그것은 조직이 10 따라 경도변화도 현저하므로 경도곡선이나 조직 관찰로부터 50% 마르텐 사이트가 존재하는 위치를 결정하는 것이 쉽고 오차도 적기 때문이다. 그러나 미세펄라이트가 혼합되어 있으면 기계적 성질은 좋지 않으므로 큰 힘이 가해지는 부분은 적어도 90% 이상의 마르텐 사이트조직이 되도록 퀜칭 하는 것이 바람직하다. 더욱이 일단 퀜칭 시험에서는 일정한 치수의 시험편을 일정한 방법으로 퀜칭하므로 그 특정부분의 냉각속도는 항상 같고, 그 값은 각 부분에 대하여 측정되어 있다. 따라서 여러 가지 직경의 환봉에 대하여 물이나 기름에 퀜칭했을 때의 냉각속도를 측정해두면 일단 퀜칭 시험편의 각 부분의 냉각속도와 대응시킴으로 일단 퀜칭 시험의 결과로부터 환봉의 퀜칭 경화층 깊이를 예측할 수 있다.-이론산업기술의 발달은 철강소재의 높은 내마모성과 강인성을 필요로 한다.일반적으로 응용 면에서 보면, 강을 경도가 높은 상태에서 가공하는 것보다는 가공한 다음 경화시키는 경우가 유리할 때가 많다. 때때로 강을 내부까지 전부 경화시키는 경우도 있지만, 표면만을 경화시켜야 할 때도 많다. 이것을 표면경화법이라고 하는데 강의 표면 경화법에는 침탄법, 질화법, Boron 화법, 소입경화법 등이 있으나, 본 실험에서는 소입경화에 대하여 관찰하기로 하겠다. 경도에 대한 소입속도의 영향은 강의 T.T.T 곡선으로부터 파악할 수 있다.실험 조작은 단조, 절삭가공에 의해서 제조된 부품을 오스테나이트 상태로부터 적당한 온도로 유지된 물, 기름 또는 적당한 냉각제 중에 소입 시킨다. 그러면 표면은 급속히 냉각되어 높은 경도를 나타내나, 중심부까지 직선적으로 변화하지는 않으며, 경화시켜 내 마모성을 갖도록 하는 경우가 많다.경화깊이를 결정하는 요인으로는(ⅰ)재료의 크기 및 형상(ⅱ)소입 액의 온도, 소입 전의 가열 온도, 재료의 열전도도, 열용량, 점성, 재료의 표면상태 및 소입액의 교반 등과 같은 소입조건(오스테나이트 결정입도, 냉각제 및 냉각 방법 등)(ⅲ)강의 종류 등을 들 수 있으나 가장 크게 영향을 미치 것을 상례로 하고 있다. 이때 오스테나이트 결정입도의 크기는 강종에 따른 특정의 퀜칭 온도와 유지시간으로 강능한한 균등화시킨다.퀜칭 경화법은 철강재를 일정온도로 가열하여 오스테나이트 화한 후 적정한 물, 기름 또는 특정냉각제 중에 소입시켜 경화시키는 방법으로써 이때의 경화는 마텐자이트 변화량에 좌우되며 전량 마텐자이트 조직으로 되었을 때 최고 경도치를 나타내며 주로 탄소함량에 따라 그림 1과 같이 경도가 증가한다. 따라서 경화 능 일명 소입성은 일정한 퀜칭조건하에서 퀜칭에 의한 경화 깊이로 규정한다.강의 경화 능은 결정립의 크기, 오스테나이트의 균질성 및 개재물의 종류 등과 같은 조직의 영향도 받지만, 특히 합금조성에 따라 주로 달라진다. 일반적으로 경화 능은 탄소 함유량 및 합금 원소량의 증가와 더불어 향상된다. 따라서 합금강의 경우에는 높은 경도를 얻기 위하여 보통 탄소강과 같이 급랭하지 않아도 된다. 철강소재의 경화 능을 가장 쉽게 또 재현성 있게 판단할 수 있는 방법이 일단 퀜치법이다.규격에 명시된 모양과 크기의 강재시편을 만들어 강종에 따라 적당한 온도와 시간으로에서 일단냉각방법으로 냉각한다. 냉각된 시편의 경도변화를 냉각단으로부터 일정거리에 따라 기록하여 강종별 경화 능의 비교를 하던가 또는 강종별 경화 능 곡선의 상, 하한선을 만들어 측정한 경화능곡선이 H-띠 내에 포함되느냐 여하에 따라 그 강재의 균질성인 H-강의 판단을 한다. 또 다른 경화 능 판단기준으로 경화 능 지수로서 일정거리의 경도치를 사용한다.냉각수의 유입 속도 및 온도는 소입 전의 가열 온도와 마찬가지로 일정하게 유지하며, 시편의 조직을 균일하게 하기 위하여 소입 전의 열처리 조건도 동일하게 한다. 이때 변화시킬 수 있는 실험 조건은 냉각 속도와 강의 조성이다. 그림 16-3과 같은 시편을 그림 16-4와 같은 소입장치에 의하여 소입한다. 간편하게 하기 위하여 크기를 지름 18, 12 또는 6㎜, 길이 75~100㎜로 축소하여 실시할 수도 있다.이러한 경우 소입조건은 표16-1과
◎차례1. 머리글2. 서론-이론3. 본론-실험에 사용된 장비 및 실험방법-실험기구 특징-실험기구 사용주의할점4. 결과&고찰5. 참고문헌1.머리말충격적으로 가해지는 외력에 대한 재료의 저항력, 즉 점성 강도 ·메짐성을 알기 위한 시험으로 외력이 가해지는 방법에 따라 충격 굽힘 시험 ·충격 비틀림 시험 ·충격인장시험 ·충격압축시험 등이 있다. 공업적으로 가장 많이 사용되고 있는 것은 충격 굽힘 시험이다.충격시험기의 종류로는 샤르피 충격시험기, 아이조드 충격시험기, 충격인장시험기, 충격비틀림시험기, 자동기록형 충격시험기 등이 있습니다.충격시험의 목적은 정적시험을 통한 기계적 성질이 충격에 따른 기계적 성질과 다르기 때문에 기계등의 안전설계의 자료를 얻기 위하여나, 고속의 소성가공에서 가공성의 펀단, 또는 변형기구의 해명을 위해 한다.공업적으로 가장 많이 사용되고 있는 것은 충격굽힘시험이며, 이 시험에는 보통 샤르피 충격시험기 또는 아이조드 충격시험기가 사용된다. 충격시험 결과는 충격값으로 표시된다. 이 충격값은 단지 충격에 대한 저항력의 대소를 나타내는 척도이며, 실제로 충격을 받는 기계부분의 설계자료로 도움이 되는 것은 아니다.2.서론충격시험파괴강도가 크더라도 변형이 작은 재료는 파단에 요하는 에너지가 작다. 이와 같은 재료를 여리다고 한다. 이와는 반대로 파단강도는 작더라도 파단 에너지가 큰 재료는 질기다고 한다. 이와는 반대로 금속재료가 어떤 온도이하로 내려가면 상온 부근에서는 인성이 크나, 갑자기 여리게 된다. 이 성질이 급변하는 온도를 천이온도라고 한다. 천이온도는 각 재료의 특유한 값이 아니고 시험조건에 따라서 많은 차이가 생긴다. 다시 말하면 온도가 일정하더라도 다른 시험조건에 의해서 여리게, 또는 질기게도 된다. 여러 가지 시험조건 중에서 그 효과가 비교적 크고, 또한 중요한 것은 시험 속도이다. 이것은 변형을 빨리하면 변형능은 일반적으로 감소하기 때문이다. 통례의 정적시험에서는 천이온도가 상온 이하인 재료라도 충격시험을 하면 상온에서도 여리게 된다. 점이며, 그 주목적은 여린 파괴에 관한 현상을 규명하는데 있다.예를 들면 하중속도를 0.001~0.005sec로 하였을 때 재료의 저항은 학술적으로 보든지 실제적으로 보아 대단히 흥미있는 일이다. 재료의 인성은 정적 인장시험에서 신연 및 단면수축으로 어느 정도까지는 판단할 수 있으나, 이것으로는 불충분하다. 특히 니켈-크롬 강철의 템퍼링 취성과 같은 성질은 인장시험에서는 알 수 없으나, 충격시험으로서는 그 내용을 잘 알 수 있다.충격에 대한 문제는 건설재료에도 중요한 것이다. 예를 들면 충격력을 받는 레일, 건축물로서 계단의 발판, 지진의 힘에 의한 충격, 또는 돌풍에 의한 무전탑 또는 구조물의 파괴에도 충격의 영향에 기인된 것이 많다. 기타 폭발, 탄환의 관통 등의 현상도 충격적인 고찰 없이 해결하기 어려운 문제이다.실제 사용되는 기계부분품 또는 구조물에 대한 충격시험에는 하중이 작용하는 방식에 따라 충격인장, 충격압축, 충격굽힘, 충격비틀림 등으로 구별한다. 그러므로 각종 하중에 따른 각종 충격시험이 있다. 그리고 충격시험은 충격 횟수에 따라① 단일 충격시험 (simple impact test)② 반복 충격시험 (repeat impact test)등으로 분류한다.(1) 단일 충격 시험단지 일회의 충격력으로 시편을 파괴하는 것이다. 이때 측정하는 것은 재료를 파괴하는데 필요한 일의 양, 즉 재료가 흡수한 에너지 이다. 이것으로 재료의 인성 또는 취성을 판단한다.(2) 반복충격 시험흔히 일정한 중량의 하중으로 시편에 반복타격을 가하여 파괴까지의 타격수로서 재료의 성질을 판단한다. 그러므로 이 시험은 피로시험과 다소 유사하나, 피로시험에 비하여 반복횟수가 적다, 또한 1회의 타격으로 재료에 영구변형이 생기는 일도 있어, 완전히 피로시험과는 다르다.-샤르피 충격 시험기샤르피 충격시험은 노치를 가진 시험편을 일정한 높이에서 해머로 타격해서 파단시키고 그때의 흡수 에너지를 구하는 방법을 샤르피시험 이라고 하고 1901년 G. Charpy가 발표한 시험법으로 오늘날 시험은 미국, 독일, 프랑스, 등에서 많이 사용된다. 해머와 시편지지대를 그림 7-5에 나타내었다. 금속시험편의 경우에는 30kg?m 또는 50kg?m 용량의 기계가 사용되지만 합성수지재료의 충격시험용으로는 0.3kg?m 정도의 것도 있다. 사용시편의 규격을 그림 7-6에 나타내었다. 충격속도는 5~6m/초 이다.그림7-4. 샤르피 충격시험의 원리도그림 7-5, 샤르피충격시험기 시편지지대와 해머 그림7-6. 샤르피시험편시험편의 노치부의 뒷면을 해머로 때려 1회의 충격으로 시험편을 파괴한다.시편을 설치하 f때에는 시편의 노치부를 지지대의 중앙에 일치시키고 해머가 정확히 노치부 뒷면이 되도록 주의하여야 한다. 실온 이외 온도에서 실험할 경우에는 지정시험온도에 +2℃의 허용차를 갖는 액조 속에서 적어도 10분간 (또는 60분간) 유지 시킨 후 끄집어내어 5초 이내에 충격을 주지 않으면 안된다.(1) 샤르피 충격치그림 7-4에서 초기 해머의 지지각을, 파단 후의 상승각을, 해머의 중량을 W(kg), 회전중심에서 해머중심까지의 거리를 R(cm), 해머중심의 처음 높이를 h(cm), 충격 후의 해머의 중심높이를(cm)라고 하면 초기의 해머의 위치 에너지은이고, 또 시편을 파괴한 후의 위치 에너지는는그러므로 시편에 흡수된 에너지 E는로 주어진다. KS에서는 노치부 초기단면적 (0.8) 으로 E를 나눈 값(kg?m/을 샤르피 충격치로 표시한다.또, E의 값을 샤르피 흡수에너지라고 한다. 시험기의 용량은로 나타낸다. 보통 30kg?m 의 것은 사용하지만 강인한 강에 대해서는 50kg?m의 것은 사용하여 경합금, 주철 등과 같이 여린 재료의 시험에는 5kg?m 혹은 더욱 작은 소용량의 시험기가 사용된다. 단 이때 결과표시의 경우에 있어서 기계의 용량을 명시하여야 한다. 즉 타격속도는 {}1/2 (g는 중력의 가속도)로 주어지나 타격속도가 변화하면 파괴가구가 달라지며 흡수에너지에 차이가 생기기 때문이다. 표준형 시험기의 타격속도는 약 5m/sec이다.와는 회전체 부분에 장치되어 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 이 시험기도 펜듀럼식이며 펜듀럼 해머의 최초의 위치는 기계에서 나와 있는 팔에 부속된 고정구로 지지된다. 이때 펜듀럼 해머의 연직위치에서의 낙하 각 및 시험편 파단후의 상승각은 시험기의 상부에 있는 눈금판에서 읽을 수 있다. 회전축의 연직 하에 시험편이 있다. 이 시험법에서는 타격을 받는 시험편의 부분, 시험편의 치수 및 그의 고정방법은 샤르피 식과 다르다. 그림 7-9에 보여지는 바와 같이 펜듀럼 해머 H에 S인 돌기가 있고, 이것이 시험편을 타격한다. 시험편은 그 일단이 고정된다. 그의 치수는 그림 7-10에 보여주는 바와 같이 10mm 각으로 노치(notch)는 V자형, 깊이 2mm 노치저면의 둥글기의 반지름은 0.25mm이다. 노치부를의 바탕의 표면과 정확하게 일직선상에 두고, 그 이상은 28mm의 길이로 22mm 되는 곳에 펜듀럼 해머의 돌기 S가 부딪히도록 되어있다.그림 7-7. 아이조드 충격시험편의 규격 그림 7-8. 아이조드 시험기그림 7-9. 아이조드 충격시험기의 원리 그림 7-10. 아이조드 시편고정법시험편의 길이 75mm와 130mm의 것이 있고, 후자는 28mm 만큼 면을 바꿔서 3개의 노치를 만든다. 아이조드 식의 시험에서는 시험편의 고정이 확고하여야 한다. 인성이 큰 재료는 다만 굽힐 뿐 파단되지 않는 것도 있다. 이것은 샤르피식과 마찬가지이다. 시험편고정의 성질상 아이조드 식에서는 굽힘각이 62°까지이고, 전자보다 작다. 일반적으로 시험편이 파단되지 않을 때는 그의 흡수에너지는 다만 그 각 까지 굽히는데 소비된다. 이것을 완전히 파단된 값과 비교한다는 것은 타당하지 않다. 아이조드 시험기에서는 흡수한 에너지를 갖고 그대로 충격치로 사용하기로 되어있고, 샤르피 충격치와 같이 단면적으로 나누지 않는다.3.본 론충격시험방법1. 실험방법1) 시험편 제작① 안전점검을 한다.② 절단③ 크기를 확인한다.(길이에서 1mm정도의 오차가 있어도 좋다. 너무 짧 을 경우에는 다시 절단하여 만든다.)④ 재질, 시험윗면을 2~3회 때리면서 그 소리를 들어 서 공작물이 Liner에 밀착했다는 것을 확인하고 확실하게 고정한다.)⑥ 크기를 확인한다.(너무 절삭되었을 경우에는 처음부터 다시 만든다.)⑦ 전체길이가 55mm되도록 양단면을 깎는다.(가공물을 Vice에 물릴때의 주의- Liner를 떼어내고, 공작물을 세워서 중앙부에 둔다. 직각자를 대어서 직각으로 되도록 고정시킨다.)⑧ 절삭한 단면에 재질, 자료번호 등을 다시 새긴다.(처음에 새긴 번호는 깎기어 버렸기 때문에)⑨ 제1면에서 제4면까지 연삭한다.(Table 이동속도는 20m/min, 1면당 절삭깊이는 0.01~0.02mm이고 0.1~0.15mm정도 연삭한다. 같은 방 법으로 제2, 제3, 제4면의 크기를 주의하면서 연삭한다.)⑩ 크기를 확인한다.(너무 연삭해서 다듬질 크기보다 적어진 경우에는 다시 만든다.)⑪ 어느 면이라도 좋으며, 한 면의 중심에 선을 긋는다.⑫ 금긋기선을 따라서 홈가공용Cutter로 홈을 판다.(Cutter의크기는 외경 75mm, 두께 2mm, R1, 회전수 50rpm)⑬ 제품검사(홈이 너무 깊은 경우, 홈이 휜 경우는 다시 만든다.)2) Charpy 충격시험방법① 설치면의 수평도를 미리 점검한다.② Hammer를 밑으로 내려놓는다.③ Hammer의 칼날이 지지대의 중심부에 있는지 확인한다.(1호 판상 Gauge로확인한다.)④ 지침과 Set용의 치침을 눈금의 영(Zero)점에 맞춘다.⑤ 들어올리는 장치로 Hammer를 들어올린다.(너무 들어 올리지 않도록, 들어 올리는 각도는 60?정도)⑥ 지지대에 시험편을 둔다.(지지대의 펴면은 깨끗하게 한다.)⑦ 시험편위치 Gauge로 중심위치를 결정한다.(실온 이외의 조건에서 시 험하는 경우에는 시험편을 잡는 Jig를 사용한다.)⑧ 지지대에 시험편을 밀착시킨다.(지지대 위뿐만 아니라 시험편의 뒷부 분도)⑨ Hammer를 규정된 높이로 들어올린다.(Hammer를 들어 올린 각도 α 는 (a)평량, (b) 충격속도의 조건으로부터 산출해 둔다. 각도는 0.5?단 다.)
머리글기계금속 재료에서는 널리 행해지고 있는 시험을 선정하여 가 시험의 순서를 Flow Chart로 만든 점이다. 시험의 처음 과정에서 마지막까지 수많은 과정을 지나칠 정도로 자세하게 설명하여 마치 친절한 선생님이 옆에 계셔서 상세하게 지도해주는 것과 같고, 가 시험의 시험뿐만 아니라, 기본 원리나 Data정리하는 방법 까지도 간단 명료하게 요약 함으로써 재료시험을 처음하는 사람들에게 짧은 시간에 큰 효과를 얻도록 하였고, 더욱이 각 시험에 관련된 연구 제목을 제시하여 앞으로 깊게 공부하려는 사람들에게 계속 연구할 수 있도록 하였으나, 특징은 다른 책에서는 볼 수 없는 이 책만이 가지고 있는 두드러진 장점으로써 재료시험을 처음 배우려는 사람들에게 가장 적당한 책이라 생각한다. 아직까지도 척박한 지식임에도 불구하고 감히 번역 하였으니 미비한 점이나 잘못한 부분은 있지 않는다.경도시험을 하는 시험장치 뿐만 아니라 모든 기계재료시험을 할때 사용하는 시험장치는 비싼 것이 많고, 또 테마마다 여러 가지 실험기구가 사용된다. 그러므로 시험의 전처리, 조작순서, 결과의 정리등에 많은 주의를 하여야 한다.실제에 알맞은 시험장치와 기구등의 도해를 많이 수록하였고 또 간단한 기호와 약속을 사용하여 조작순서를 Flow Chart로 만들었다. 이것은 어떤 시험 테마에 대한 시험조작순서가 명확하게 될 뿐만 아니라, 시험이 끝난 후에도 언제까지나 기억되어서 시험체험을 보다 효과적으로 할 수 있게 될 것이다.재료시험은 기계공작에 관련된 재료의 성질을 모든 방법으로 검사하고, 올바르게 파악하기 위하여 상세한 자료를 얻는 것이다. 그러므로 제일 중요한 것은 정밀하게 하는 것이다. 이것을 항상 염두에 두고 그 이외에 일반적으로 주의할 점은 다음과 같다.첫째, 먼저 어느 점에 관심을 갖고 있는가를 확실히 해야한다. 이것을 확실하게 하면, 후에 책을 조사하고 시험 기재 등을 준비하여 스스로 계획을 세워서 시험해도 된다.둘째, 학습효과가 가장 크고 능률적인 방법을 생각한다. 이렇게 하기 위해서는 같은 모재로 만든 시험용의 시험편을 사용하는 기구이다.Brinell경도시험기의 특징을 보자면, 시험편 윗면의 상태에 의하여 측정치에 큰 오차는나타나지 않는다. 측정시간이 비교적 길며 커다란 압입자국을 얻을 수 있으므로 불균일한 재료의 평균적인 경도값을 측정 할 수 있으나 간단한 장치로 현장에서도 경도를 측정할 수 있다는 이점이있기 때문에 주물제품의 경도측정에 많이 이용된다. 자국이 커다랗다는 것은 제품검사의 측면에서는 별로 안 좋다고 할 수 있으나 거꾸로 명확한 자국을 남김으로써 재질을 증명하는데 이용하는 예도 있어 커다란 자국이 남는다는 것이 결점이라고 할 수 없다.Brinell경도시험기 경도계의 원리를 나타낸다. 시료를 테이블 위에 놓고, 핸들을 돌려 강구 압자를 접촉시킨다. 유압 펌프에 의해 오일을 실린더 안으로 보낸다. 소정의 압력에 달하면 충추가 떠오른다. 이 상태에서 10sec~20sec 유지한다. 리즈 밸브를 열어 하중을 제거하고, 시편의 압입자국의 직경 d를 마이크로 스코프로 0.01mm의 단위까지 측정한다.구형의 압입자를 일정한 하중으로 시편에 압입함으로써 경도값을 측정하는 방법이다. 이 방법은 압입자의 크기뿐만 아니라 통상 실험 하중도 다른 경도 시험법에 비해 크기 때문에 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를 알고자 하는 경우에는 적합지 않으며 주물제품 등 비교적 불균일하고 현상이 큰 재료의 경도 측정에 주로 사용된다.이 실험법은 여타의 압입 경도 실험과 마찬가지로 부하속도와 하중유지 시간에 따라 경도값이 달라지게 되므로 이를 고려해야 한다. 특히 하중 유지시간의 경우에는 그 변화에 따라 경도값도 많이 달라지므로 대체로 10~15± 2초를 그 표준조건으로 잡고 있다. 또한 시편의 표면의 압입자국을 정확하게 측정하기 위해서는 경도의 실험의 전 과정으로서 반드시 표면의 마무리 작업을 거쳐야 한다.Brinell경도실험은 지름이 Dmm인 강구 압자를 재료에 일정한 시험 하중으로 시편에 압연시켜 시험기로서 Pkg으로 눌렀을 때 지름이 Dmm이고, 깊이가oad)을 더 걸어주어 압입자국이 더깊어지게 한다. 그 후 주하중을 제거하고 초하중과 주하중에 의한 압입자국 길이의 차이로써 경도를 평가한다.압입 깊이의 차이가 자동적으로 다이알 게이지에 나타나 금속의 경도를 표시한다. 로크웰 경도 측정에서 하중은 추에 의해서 부가되며 다이알 게에지로부터 직접 경도값을 읽을수 있다. 여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범위의 경도갑이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법보다 압입자국을 적게 내며 따라서 더얇은 시편을 측정할 수 있다.경도측정에 널리 쓰이는 또다른 방법은 로크웰 경도계를 이용하는 것이다.이 방법은 브리넬 경도계와 몇가지 다른점이 있으며 주로 두 단계로 그 측정이 이루어진다. 첫 단계에서 압입자에 미리 10㎏의 초하중(primary load)을 걸어주어 시편에 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모를 결함에 의한 영향을 없앤다.두번째 단계에서 압입자에 주하중(major load)을 더 걸어주어 압입자국이 더 깊어지게 한다. 그 후 주하중을 제거하고 초하중과 주하중에 의한 압입자국 길이의 차이로써 경도를 평가한다.압입 깊이의 차이가 자동적으로 다이알 게이지에 나타나 금속의 경도를 표시한다. 로크웰 경도 측정에서 하중은 추에 의해서 부가되며 다이알 게에지로부터 직접 경도값을 읽을수 있다. 여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범위의 경도갑이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법보다 압입자국을 적게 내며 따라서 더얇은 시편을 측정할 수 있다.그러나 그만큼 시편의 표면은 브리넬의 경우보다 더 평평해야 정확한 값을 갖는다.● Shore 경도시험 (Shore Hardness Test)Shore 경도시험기는 해머 등을 충돌시켰을 때의 반발력을 측정하는 충격경도 시험기이다. 이 쇼아 경도 시험기는 압정 롤에 의해 길이가 큰 질량이 크기 때문에 이동이 곤란한 것이나 최종 마무리면의 경도의 측정에 최적인 시험기이다. 쇼아 경도기는 대표적인 반발경도 시험식으로 계산한 값.▶ HV : 비커스경도▶ F : 시험 하중 (N)(¹)▶ S : 오목부의 표면적 (㎟)▶ d : 오목부의 대각선의 평균 길이(㎜)▶ θ : 다이어몬드 누르개의 대면각(136˚)또한, HV의 수치에는 단위를 붙이지 않는다.주(¹) 시험 하중 F의 단위가 Kgf 인 경우에는, 비커스경도는 다음 식으로 계산한다.● Rockwell 경도 시험 (Rockwell Hardness Test)로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도 다이아몬드 누르개 또는 강구 누르개를 사용하여, 먼저 기준하중을 가하고, 다음에 시험하중을 가한 후 다시 기준하중으로 되돌렸을 때, 전후 2회의 기준하중에 있어서의 누르개 침입깊이의 차 h로부터 구한 경도. 그 경도는 표-1의 경도(HR)의 정의식에 따른다.또한, 기준하중이 98.07N일 때를 로크웰 경도라 하고, 기준하중이 29.42N일 때를 로크웰 슈퍼피셜 경도라 한다. 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도와 그들 경도치를 표시하는 기호는 HR을 사용한다. 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도에서의 누르개 기준하중 시험하중 및 경도 정의식의 조합 경도 기호 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도를 표시하는 영어 대문자 HR에 스케일을 부기한 기호. 또한, 경도기호와 스케일의 대응은 표-1에 따른다.● Shore 경도시험 (Shore Hardness Test)5회 연속해서 측정한후 평균치를 계산한다. 단 측정할 때 명박한 오차가 있을 때는 측정횟수를 늘리고, 유효한 값을 5개 구한다. 경도의 수치는 평균치를 정리하여 정수로 나타낸다.◎ 주의 사항● Brinell 경도 시험 (Brinell Hardness Test)○ 시험 온도는 일반적으로 10∼35℃ 의 범위에서 실시○ 경한 재료의 사용시 압입자의 변형에 주의○ 하중 작용시 충격을 주지않고 서서히 증가○ 강구 압입자는 시험 하중을 가한 방향과 이것에 직각인 방향의 지름의○ 차가 0.01mm를 넘는 경우 사용해서는 안 된다.○ 시험편의 두께는 일반적으로 오목부의 깊이의 8배○ 시험편 압흔의 왼쪽 모서 리에 맞춰, 계측 Edge를 압흔의 오른쪽 모서리에 맟춘다.⑥ Micrometer로 대각선 길이를 측정한 후, 접안 Micrometer를 90° 회전 시킨 후, 다시 대각선 길이를 측정해 Date처리를 한다.◎ Rockwell경도기에 의한 경도 시험① 장치에 충격을 주지 않도록 시험장치에 규정된 압자와 추를 붙힌다.② 하중을 걸기 위해 작동 Handle은 부하가 걸리지 않는 위치에 있도록 한다.③ 먼지와 기름을 천으로 닦은 후, 시료편을 시험대의 중앙에 놓는다.④ 시료대에 시료가 올바른 위치에 있는가 보고, 충동하지 않도록 Handle를 돌려서 시료대를 위, 아래로 이동시켜 시료를 압자의 선단에 닿게 한다.⑤ Handle을 돌려 기준 하중을 걸고, Meter의 장침이 올바른 위치에 있는지 확 인을 하고, Dial Indicator의 외륜을 돌려서 “Set”의 위치를 장침이 표시하는 위치에 맞춘다.⑥ 약 2~6초간 유지하며, 하중작동 Handle을 돌려서 시험하중을 걸고, 압자가 시 험편 속으로 파고 들어감에 따라 장침이 회전하는 모양을 관찰한다.⑦ 실험의 초기 단계에서 설정한 Scale가 적당한가, 부적당한가를 판단하고, Handle,을 돌려서 시험 하중을 제거한다.⑧ 경도의 눈금이 표시되는데, Dialindicator의 눈금을 틀림 없이 표기되면, 시험대를 위, 아래로 움직이는 Handle을 돌려서 기준하중을 제거한다.⑨ 떨어뜨리지 않도록 주의하며, 시험편을 꺼내, Date 처리를 하여 기록한다.◎ Shore경도 시험기에 의한 경도시험① 수직이 되지 않으면 측정오차의 원인이 되기 때문에 시험기를 측정대 위에 놓고 수직이 되도록 조정한다.② 수직이 되었으면, 시료편을 시료대 위에 올바르게 놓고, Handle을 돌려서 조절한다.③ Hammer-Handle을 약 반회전시켜, 딸깍하는 소리가 나는 것을 확인한다.④ 다시 Handle을 되리려 Gauge의 지시값을 0.5눈금의 정밀도로 읽어 Date처 리를 한다.4. 본론◎ Brinell경도 시험1다.
목 차1. 서론????????????????????????? 1실험 목적관련 이론2. 실험재료???????????????????????12실험재료3. 실험방법???????????????????????12실험방법4. 본론?????????????????????????13냉각곡선공정, 공석, 포정, 포석 반응5. 결과 및 고찰?????????????????????17결과고찰1. 서 론실험 목적물질의 상태가 바뀔 때 열을 흡수 또는 방출하는 현상이 일어난다. 이런 현상을 주어진 온도범위에서 관찰 ? 분석하여 그 물질의 상태변화나 상변화를 알 수 있다. 물질을 냉각(또는 가열)하면서 그 온도변화를 추적하는 방법을 냉각(가열)곡선법이라 하는데, 이 방법은 실험이 간단하며 그 실험결과로부터 상평형도를 작성할 수도 있다.또한, 열전대는 2종류의 금속을 접속한 양단에 온도차를 주면 열 기전력이 발생하는 지벡 (seebeck)효과를 이용한 온도센서로 공업적으로 가장 많이 사용하고 있다. 열전대의 종류에는 300 ℃정도인 낮은 온도를 측정하는 구리-콘스탄탄, 1000 ℃정도의 온도를 측정하는 크로멜-알루멜 등이 있다.열전대의 원리를 이용한 온도측정원리 및 방법을 이해하고 수치해석적인 방법을 이용하여 전류의 값을 정확한 온도로 계산할 수 있는 능력을 배양한다.열전대에 있어서 온도에 따른 열기전력의 값을 평균하여 최소자승법으로 온도와 전압과의 방정식을 세워보고 관계를 살펴본다.관련 이론(1) 열전대1) 열전대란 무엇인가?열전대는 원자로, 항공기, 동력계통, 제철소 등의 여러 공정에서 온도를 감지하는 방법을 제공하며, 구조가 간단하고 가격이 싸며, 내구성이 있고 많은 응용면에서 비교적 정확히 온도를 측정할 수 있는 온도계이다.열전대는 또한 183℃ 이하에서 부터 2500℃ 근처 까지의 넓은 온도 범위를 0.1 ~ 1 % 정도의 정확도로 측정할 수 있으며, 출력을 측정하는데 측정 계기가 간단하고 회로상의 잡음이 덜 받는 낮은 임피던스를 갖는 장치이다. 열전대는 역학적 유연성이 있어서 여 수 있다.선단노출형은 열전대를 보호대 밖으로 노출시킨 형태로 온도 변화에 대한 응답속도가 빠르지만 기밀성이 좋지 않아 고온, 고압, 부식이 많은 곳에서의 사용은 피해야 한다.접지형은 접점을 금속으로 된 보호대 외피에 연결한 형태로 응답속도가 좋으면서도 고온 고압에 사용할 수 있다. 그러나 접점이 금속 외피에 연결되어 있어 전압이 있는 곳에선 적합하지 않다. 비접지형은 열전대가 외부와 완전히 절연된 상태로 응답속도는 떨어지나 외부환경에 견고하다. 열전대로 사용하기에 적합한 물질에 요구되는 특징은 열기전력이 높아 측정이 용이 해야 하며, 극한 상황에서 온도를 측정하기 위해서는 내열성 내식성이 좋아야 하고, 물리적으로도 튼튼해야 한다. 오랜 시간 사용해도 물질이 변하지 않아 일정한 열기전력을 나타내야 하며, 보완 보수를 위해 형성이 까다롭지 않아 동일한 열전대간 호환되어야 한다.2) 열전대의 원리와 특징1821년 독일의 물리학자. T.J. Seebeck이 구리와 안티몬 사이에서 발견한 현상으로 발견자의 이름을 따서 Seebeck효과라고 불리운다. 다음의 그림처럼 재질이 다른 두 금속을 연결하고 양접점간에 온도차를 부여하면 그 사이에 열기전력이 발생하여 회로 내에 열전류가 흐르는데 이러한 물질을 열전대라 부른다.2종류의 금속선의 한 끝을 접합하면 개방된 다른 끝에는 접합부와의 온도차에 따라 기전력이 발생한다. 이는 종류가 다른 두 도체 예를 들어, 크로멜과 알루멜또는 백금과 백금로듐이 아래 그림과 같이 접합되면 여기서 열기전력이 나타나는 원리를 이용한 것이다.금속A금속B온도차기준접점측온접점열기전력< 열전대의 원리 >성분이 서로 다른 주 종류의 금속으로 폐회로를 만들고, 그 양단의 온도를 달리해 주면 회로내에 기전력이 발생하는데 이 현상을 seebeck 효과라고 한다. 이와 같이 두 종류의 금속으로 이루어진폐회로를 열전대라고 하며, 이를 사용하여 온도를 측정할 수 있다.C금속(t3)(t4)(t5)(a)(b)Q(t2)P(t1)B금속A금속Q(t2)P(t1)B금속A금속< ㆍRhodium 30% ?백금ㆍRhodium 6%)B 열전대는 +쪽에 Rh 30%를 포함한 백금 Rh과 -쪽에 Rh 6%를 포함한 백금 Rh합금을 사용한 열전대입니다. ?백금에 Rh의 함유량을 증가함에 따라 융점 및 기계적인 강도가 상승하고 또 순백금(Pt)의 사용 중에 생기는 +쪽으로부터 -쪽으로의(Rh)확산에 의한 열기전력 특성의 열화를 방지하는 것을 목적으로 한 열전대이다.또 중성 분위기 중에서의 연속사용이 가능하고 환원성 분위기 중에서도 보통의 R 열전대에 비하여 수명이 길다. ?이 열전대는 R.S 열전대에 비하여 고온에서 사용되는 반면 저온에서는 열기전력이 극히 작기 때문에 정도는 떨어진다. ?특히 고온에 있어서 정밀 측정과 내구서잉 요구되는 경우에 이 열전대를 권장한다.② R 열전대 (백금ㆍRhodium 13%-백금)R 열전대 +쪽에 Pt, Rh(13%) 합금과 -쪽에 순 Pt를 사용한 열전대입니다. ?극히 고순도 백금(99.999~99.9999%)의 귀금속을 사용하고 있기 때문에 KS규격에 의한 ±0.25%의 오차를 충분히 만족시키는 고정도를 갖고 있습니다. ?이 열전대를 진공중 및 환원성 분위기중, 금속증기, 분위기 중에서 직접 사용하는 것을 피하는 것을 피한다. 사용은 다음 사항에 충분한 배려를 필요로 한다. ?보호관 및 절연관에는 철함유량이 낮은 고순도 알루미늄 재질을 사용하여야 한다. ? 또 열전대 자체의 취급에도 주의를 요하며 손의 땀이나 기름으로 오손되지 않도록 알콜, 벤젠 등으로 오염을 제거하는 것이 중요하다.③ S 열전대 (백금ㆍRhodium 10%-백금)S 열전대는 +쪽에 Pt, Rh(10%)을 함유한 합금과 -쪽에 순 Pt를 사용한 열전대이다.1886년에 르ㆍ자트리에 의해서 개발된 열전대이며 역사적인 경위로 IPTS(국제 실용온도 목성)에서는 안티몬의 용융점(630.74℃)으로부터 금의 용융점(1064.43℃)까지의 온도 표준으로써 사용되며, 1981년의 KS개정에 의하여 KS화 되었다. ?또한, 사용할 때에는 R 열전대와 같은 3, t2)의 합과 같다.E(t3, t1) = E(t3, t2) + E(t2, t1)③ 중간 물질의 법칙a, b의 2금속으로 이루어진 열전대에 제 3의 금속 c가 삽입된 경우의 열기전력에 대한 법 칙이며E(a, b) = E(a, c) + E(c, b)또는E(a, b) = E(a, c) - E(b, c)5) 보상도선열전대의 기전력은 측온 접점과 기준 접점의 온도에 의해서 결정된다. 규준 접점은 보통 계기의 부근 또는 계기 내에 두므로 실제로 공장에서의 측정인 경우는 측온 접점에서 기준 접점까지 상당한 거리가 되는 경우가 많다. R 또는 K의 열전대를 사용한 것에서는 매우 고가가 되므로 열전대의 단자에서 기준 접점까지의 도선은 사용 열전대와 열기전력 특성이 같고 염가인 보상 도선 (compensating lead wire, extention lead wire)을 사용한다. 열전대 단자는 대개 100℃ 이하 이므로 100℃ 이하의 특성이 비슷하면 좋다. 심선에도 + 쪽에는 동을, - 쪽에는 동과 니켈의 합금을 사용한 R용, K용의 보상 도선이 제작되고 있다. J, T용에는 심선이 열전대와 같은 재질을 사용한다.6) 기준 접점 온도의 보상기준 접점의 온도가 0℃가 아닌 경우, 예를 들면 20℃라면 그 열전대의 20℃에 대한 열기전력을 뺀 값이 발생하는 열기전력이다. 따라서, 가동 코일 온도 지시계의 경우는 바이메탈을 사용하여 지침의 영위점에 상당하는 위치를 기준 접점 온도에 자동적으로 이동시키는 방식의 것도 있다.땅속 3m 또는 그것보다 깊은 곳의 온도는 4계절을 통해서 대개 일정하다는 것을 이용하여 기준 접점을 길이 3 - 5 m의 강관에 넣고 땅속에 박아서 설치하는 것도 있다.7) 보호관실험실 또는 특수한 용도에는 나열전대를 사용하는 경우도 있지만 공업용에서는 내압력, 내열, 내식 등 때문에 보호관에 넣어서 사용한다.열전대의 수명이 길은지 짧은지는 보호관의 적합. 부적합에 의해서 매우 좌우 된다. 보호관으로서 구비하여야 할 조건은● 기밀일 것.● 열의 전도가 좋고le로, 관상로, 도가니로등 2종으로 대별하며, 전기저항로는 그 발열체에 따라 최고 사용온도가 다르며 취급법도 다르다. Ni-Cr저항체는 저렴하고 취급이 간편하여 많이 쓰이고 있으나, 비교적 낮은 온도에서 밖에 사용하지 못하며 필요한 온도로 가열하는데 시간이 많이 소요되는 결점이 있다.Siliconcarbide로는 그 발열체가 SIC(carborundum) 입자의 소결체로서 봉상 또는 rib-bon상으로 상품화되어 있다. 제조회사에 따라 각각 다른 trade name(즉, Elemer, Globar, Siliconit)으로 불리워지고 있다. 이 발열체를 사용하는 로는 Ni-Cr로 보다 높은 온도, 즉 1,500℃까지 쓸수 있으나, 소결체이므로 기계적으로나 열적 shock에 약하며, 고온에서 장시간 사용하면 발열체의 산화로 수명이 단충되는 문제점들이 있다.2) 고온로의 모습(3) 알루미늄 (Al)1) 알루미늄 (Al)이란 무엇인가?알루미늄은 지구의 지각을 구성하는 금속원소이다. 알루미늄의 가벼운 특성을 이용해 항공기, 선박,차량의 주요재료로 사용되고 전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선을 만든다. 또 산화가 잘 일어나지 않으므로 식품공업이나 식기류 등을 만들기도 하며 그밖에도 페인트, 건축재료 및 원자재 등의 용도로 사용하기도 한다. 또한 잘 늘어나는 성질(연성)이 있어서 매우 얇게 만들 수 있으므로 주방용 호일이나 인쇄판, 고급포장용지, 통신장비, 반도체 및 컴퓨터의 전기, 전자부품, 레저용품 등을 만드는 등 다양하게 이용하고 있다.성 질알루미늄 순도 (%)99.99699.00 이상원자13원자량26.9815비 중 (g/㎤,20℃)2.69892.71용융점 (℃)660.2~650비 열(㎈/g ℃)0.22260.2297용융잠열(㎈/g ℃)94.693.0전기전도도(%)64.9459저항온도계수(/℃)0.004290.004열팽창계수(20~100℃)(/℃)2.458 × 10-52.35 × 10-5격자상수 20℃(Å)F.C.C. a=4.0494F.C.C. a≒4.042) 알 된다.