*관* 스토어

*관*

개인

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

7개
전체 판매량

56개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

평균A+
자료문의 응답률

-

전체자료 7개

금속 재료의 회복, 재결정 및 결정립 성장 평가A+최고예요

금속 재료의 회복, 재결정 및 결정립성장Ⅰ. 실험 목적회복, 재결정, 결정립 성장이 공업용 순수 구리에서 미세구조와 기계적 특성에 미치는 영향에 대하여 논의 한다.Ⅱ. 실험 이론)냉간 가공한 금속을 가열하면 가공에 의하여 변화된 성질이 가공전과 가까운 상태로 되돌아간다. 이 가열 조작을 어닐링(풀림:annealing)이라 한다. Annealing에 의하여 성질이 원상태로 돌아가는 과정은 크게 두 가지로 나누어진다.첫째는 가공에 의하여 내부 변형을 일으킨 결정립(結晶粒)을 변화 시키지 않고 내부 변형을 없애는 과정으로서 이를 회복(回復 : recovery) 이라 한다.둘째는 내부 변형이 있는 어떤 결정립이 내부 변형이 없는 새로운 결정립으로 되는 과정으로, 이를 재결정 (再結晶 : recrystallization)이라 한다. 이 과정은 새로운 결정립의 핵의 발생과 그 성장을 포함하며 새 결정립은 회복시의 결정립과는 모양도 결정의 방향도 다르다.이와 같이 재결정이 생기면 기계적 성질은 급격히 변화한다. 어닐링은 냉간가공에 의하여변화된 성질을 적절히 조정하는 방법으로서 실용적으로 중요한 조작이다.냉간가공에 소비된 에너지 중 순수하게 금속의 변형으로 소비된 양의 대부분은 열로 변환되나, 일부는 금속내부에 변형 에너지로서 축적된다. 가공도가 증가할수록 축적된 에너지의 절대량은 증가하지만 소비된 에너지에 대한 비율은 오히려 감소한다. 또한 냉간가공에 의하여 전위는 증가하는데 전위의 증가 이외에 공격자점이나 격자간 원자 등의 점결함도 냉간가공에 의하여 증가한다.회복이나, 재결정에 있어서의 변화는 여러 과정이 서로 중복되어 나타난 현상이지만 그 기초적인 과정은 결국 원자 또는 공격자점의 이동에 의한다. 따라서 그 변화의 속도는 확산에 있어서와 같은 식에 의하여 지배 될 것이라고 예상된다.1.회복냉간가공한 Ni의 가열에 따른 변형 에너지의 소실과 그에 대응하는 여러성질의 변 화(전기저항 증가는 완전 어닐링 상태와의 차이 를 나타냄)냉간 가공에 의하여 금속이 받는 물리적 성질이다. 냉간가공에 의한 결정면의 만곡(a)과 어닐링에 의한 Ni에 있어서 아립계의 증가에 폴리고니제이션(b) 의한 강도의 증가이상태에서의 전위간의 부분은 미끄럼면이 직선화하기 위해서 다각형 상으로 되므로 이 현상을 폴리고니제이션(polygonization)이라 한다. 또 종으로 늘어선 전위는 소경각입계를 형성하고, 그 양쪽의 결정은 1° 이하의 경사를 갖는다. 이것은 보통의 결정립계만큼 명료한 경계는 아니므로, 아립계라 부르며, 아립계로 경계된 결정을 아결정이라 한다. 아결정은 보통의 결정 속에 생긴다. 아립계가 생기면 전위의 움직임에 대하여 얼마간 저항이 생기므로 금속의 강도가 증가하는 효과가 있다. 은 Ni 에 있어서 아립계의 증가에 의한 항복강도의 변화를 나타낸다.2. 재결정냉간가공에 의하여 변형된 금속을 가열하면 그 내부에 새로운 결정립의 핵이 생기고, 이것이 성장해서 전체가 변형이 없는 결정립으로 변화 되는 과정을 재결정이라 한다. 저온의 어닐링에서는 재결정이 일어나지 않고, 회복만이 일어나는 수도 있으나, 재결정이 일어나는 경우는 그것에 선행하여 반드시 어느 정도의 회복이 일어난다.재결정은 새로운 결정립의 핵의 생성과 성장의 과정이므로 이것은 시간을 요하는 변화이다.변형이 없는 새로운 결정립이 차지하는 체적의 전체에 대한 비율은 재결정의 진행도를 직접 나타내는 량 이라고 생각할 수 있다. 이 값은 재결정의 진행에 수반해서 0%부터 100% 까지 변화한다.그러나 실제로는 그와 같은 량은 측정이 곤란하기 때문에 체적의 비는 임의의 평면에 의한 단면에 있어서 면적의 비와 같다고 하는 가정 아래, 현미경 사진 상에서 새로운 결정립의 면적을 측정하여 재결정을 일으킨 비율을 결정할 수가 있다. 이와 같이 하여 측정된 재결정의 시간적 변화를 에 나타낸다. 이것을 등온재결정곡선이라 한다. 등온재결정곡선이 곡선은 재결정에 관련되는 현상 중에서 특징적인 것이다. 최초에 전혀 변화가 일어나지 않는 잠복기가 있은 후 새로운 결정립이 나타난다. 처음에는 그 수도 적고 성장)식은 재결정의 활성화 에너지는 QR의 물리적 의미는 현제 완전하게 설명되어 있지 않다. 재결정이라고 하는 현상은적어도 단순한 단 하나의 과정은 아니라고 생각된다. 일반적으로 재결정온도(recrystallization temperature) 라는 말이 자주 사용되고 있으나, 지금까지의 설명에서 아는바와 같이 이것을 재결정이 일어나는 온도라 하여도 가공도에 의하여 재결정이 일어나는 방식이 바뀌기 때문에 일률적으로 정할 수 없다. 그러나 실용상으로 볼 때는 1hr동안 100%재결정이 완료하는 온도라고 하는 의미로 1hr의 어닐링에 의하여 재결점이 완료되는 온도의 가공도에 의한 변화쓰여지고 있다. 재결정이 일어나는 방식은 어닐링 전에 받은 가공의 정도에 의하여 변하므로 재결정온도라고 하는 경우는 반드시 어떤 가공도가공도에 의미한다는 의미이다. 가공도가 증가하면 재결정 온도는 점차 일정한 값에 이른다. 가공도를 특히 언급하지 않은 재결정온도의 경우는 1hr 어닐링으로 100% 재결정하는 온도이고, 이 일정한 값에 달한 온도를 가르킨다. 이것은 상당히 가공도가 높은 경우의 재결정온도를 의미한다.재결정의 과정을 조금 더 상세하게 생각하면 재결정의 진행은 생성된 결정핵의 수와 그 성장 속도의 두 개의 인자로 대강 결정된다. 단위 시간에 단위 체적 속에 생성되는 결정핵의 수를 N으로 나타내고 핵생성빈도, 또는 그 성장의 선속도를 G로 나타내어 성장속도라 한다. 재결정의 초기의 단계에서는 성장하는 새로운 결정핵은 서로 영향은 작지만 성장이 진행됨에 따라 새로운 결정립끼리의 접촉(impingement)이 일어나고, 점차 성장이 억제된다. 이는 의 동에 있어서 재결정립의 입도에 대한 냉간 가공 및 어닐링온도의 상대적 관계재결정곡선에 재결정의 속도가 점차 느려지는 단계에 해당한다. 결국 N이 작고 G가 크면, 소수의 결정립이 크게 성장한 것이 되지만 N이 크고 G가 작다면 다수의 미세한 결정립으로 되는 것이 된다. 가공도가 작은 범위에서는 N은 작으나 G는 상당히 크다. 따라서 정에 영향을 준다. 고순도의 금속일수록 재결정이 일어나기 쉽고, 저온의 어닐링으로 재결정이 일어난다.3. 결정립 성장냉간가공에 의하여 변형을 일으킨 결정립이 재결정에 의하여 변형이 없는 결정립으로 전부 치환된 후에도, 더욱 어닐링을 계속하면 결정립의 형상에 변화가 생긴다. 이를 결정립성장(grain growth)이라 한다. 이 경우는 가공에 의한 내부변형이 제거된 후이므로 그 구동력은 결정립계가 갖는 계면에너지의 감소이다. 따라서 전체로서 입계의 면적이 감소할 것 같은 방향에 변화가 일어난다. 이 때 관찰되는 주요 현상은 입계의 직선화, 미세한 결정립의 소멸과 그것에 수반되는 인접 결정립의 성장 등이다. 결정립계의 계면에너지는 그 양측 결정의 방위에 상대적인 관계에 따라서 변화 하지만, 가령 결정립에 의한 차이를 무시한다면 평형상태는 3개의 결정립계가 1정에 있어서 120° 씩의 각도로 바뀌는 형이라고 생각되고 있다.따라서, 재결정립이 어느 것이나 정육각형에 가까운 형으로 되었을 때 평형상태가 된다. 결정립 성장에 있어서의 입계의 이동 냉간가공한 동을 가열 할때 일어나는 결정적인 변화와 여러 성질의 변화이 상태로 향하는 변화는 결정립이 정다각형에 가깝다고 하면 그보다 변수는 적다.즉 에서 변이 이루는 각이 작은 결정립은 시간과 함께 점차 작아지고, 한편 변수가 많은 결정립은 크게 되는 경향을 갖는다. 이 때의 입계의 이동은 그 곡률 반경이 작을수록 움직이기 쉽고, 또 이동은 곡률의 중심으로 향하여 일어난다. 이것은 에 나타낸 대로 변수의 다소와 그것에 대응하는 결정립의 형상의 관계에서 설명된다. 결정립성장 과정은 평형상태에 가까워지면 변화는 점점 느려지고 이 단계에서는 결정립의 크기는 비교적 같아진다. 냉간 가공한 금속을 어닐링 할 때 일어나는 회복, 재결정, 결정립 성장의 과정과 그것에 수반되는 여러 성질의 변화를 에 나타낸다. 연성은 결정립성장이 크게되면 오히려 감소하는 경향이 있다.본론Ⅰ. 준비물1. 실험 기구- 전기로 : 산화 방지를 위해 아르곤가스(순.3) 각각의 시편의 3회의 측정값에 대하여 평균을 낸다.2. 냉각속도의 변화에 따른 미세구조의 변화2-1. 재료의 열처리(냉각 시간 변화)1) 가로 세로 2cm 높이0.5cm 의 구리시편 2개를 준비한다.2) 먼저 하나의 구리시편을 아르곤 분위기인 전기로에서 1시간 30분동안 600℃가 되도 록 열처리 한다.3) 600℃로 열처리한 구리시편을 전기로에서 2시간동안 유지시킨다.4) 그리고 2시간동안 25℃로 냉각시킨다.5) 두 번째 구리시편은 첫 번째 것과 같이 600℃로 열처리 한다.6) 두 번째로 열처리한 구리시편을 전기로에서 2시간동안 유지시킨다.7) 그리고 1시간동안 25℃로 냉각 시킨다.2-2. 열처리 시편의 미세구조 관찰1) 열처리한 구리시편을 마운팅한다).- 마운팅 순서 -① 레진과 하드너를 10:3의 비율로 섞는다② 1을 한쪽 방향으로 잘 섞이게 젓는다.③ 몰드에 시편을 넣고 2번을 2/3정도 붓는다.④ ③을 하루정도 굳힌다.2) 마운팅한 구리 시편을 폴리싱 한다.- 폴리싱 순서 -① 폴리싱기의 회전 연마판에 사포(#1500)를 고정시킨다.② 폴리싱기의 전원을 켜고 급수장치를 틀고 연마지에 물을 조금씩 뿌려가며 분당회전 속도(rpm)를 130에 놓고 시료를 평형하게 가볍게 눌러주며 연마한다. 시편을 누르는 압력이 너무 강하면 시편 표면온도가 너무 많이 상승하거나 변형 량이 많아진다.(급수장치는 냉각수를 공급 하여 연마과정에서 발생하는 열로 인한 시편의 조직변형 을막기 위해서이다. 그러나 냉각수의 양이 너무 많을 경우 수막현상에 의해 시편의 연마에 영향을 주므로 적당한 양을 공급해야 한다.)③ 사포(#2000)를 바꿔주고 동일한 과정을 수행한다.④ 폴리싱기의 연마지(6㎛)를 교환한다.⑤ 폴리싱기의 회전 연마판에 천을 붙이고 물을 조금 적신다.⑥ 회전 연마판에 다이아몬드 서스펜션 6㎛을 3~4번 정도 뿌려준다.⑦ 연마기의 회전속도를 190에 놓고 시료를 가볍게 눌러주며 연마한다.⑧ 폴리싱기의 연마지(1㎛)를 교환한다.⑨ ⑤의 과정을 반복한다.⑩ 회전.

공학/기술| 2008.05.15| 13페이지| 2,000원| 조회(2,808)

재결정, 냉간가공, 확산, 회복, 결정립 성장

미리보기

닫기
석출경화 평가A+최고예요

석출경화『목차』서 론◎ 실험목적◎ 이론적 배경◇ 석출경화◇ 석출물, 전위 그리고 강도◇ 석출경화 처리본 론◎ 실험준비물◎ 실험순서 및 방법◎ 실험결과결 론◎ 결론 및 토의◎ 문제※ 참고문헌1) 『 공업 재료 과학』 - Milton Ohring - 피어슨 에듀케이션 코리아2) 『재료과학』- JAMES F. SHACKELFORD - 피어슨 에듀케이션 코리아서 론◎ 실험목적Al - 4%Cu 합금의 석출경화 실험을 통해 그 원리를 이해하고 시효처리 시간이 경도 변화에 미치는 영향과 그 원인에 대해 알아본다.◎ 배경 이론◇ 석출 경화[그림-1] 상태도의 단상영역(k)에서 2상영역(+k)으로 서냉하였을 때, Al-Cu(4.5wt%) 합금의 결정립계에 형성된 거칠고 큰 석출물. 이렇게 고립된 석출물들은 합금의 경도에 거의 영향을 미치지 못한다.전위 이동에 대한 작은 장애물은 금속을 강화(또는 경화) 시키는 원인이 된다. 다시 말하면 작은 2차상의 석출물은 강화에 효과적이다. 그러나 모든 합금 원소가 이러한 경화 열처리에 적합한 원소가 아니므로, 이에 적합한 원소를 선택해야 한다. 먼저 온도가 올라감에 따라 고체 상태의 용해도한이 약간 증가하는 상태도(2성분 계만 고려)를 갖고 있는 합금계가 요구 된다. 다행하게도 많은 2성분계에서 이러한 거동이 나타난다. 다시 말하면 몇몇 합금 조성에 관하여 냉각 경로가 2차상의 석출을 유도한다. 따라서 많은 합금계에서는 이 석출경화(precipitation hardening)를 이용한다. 가장 일반적인 설명은 Al-Cu 합금계에서 볼[그림-2] Al-Cu(4.5wt%) 합금을 퀜칭한 후 재가열함으로써 k결정립 안에 미세한 분산 석출물이 형성된다. 이 석출물들은 전위이동을 방해하는데 효과적이며, 결과적으로 합금의 경도(강도)를 증가 시킨다. 이것을 석출경화 또는 시효경화라고 한다.수 있다. [그림-1]에서는 서냉에 의하여 얻을 수 있는 미세구조와 함께 Al-Cu 상태도의 알루미늄 함량이 많은 부분을 보여주고 있다. 석출물은 비교적 조대하고한 미세구조는 우선 단상영역(k)까지 재 가열된다. 이것을 용체화처리(solution treatment)라고 한다. 그 다음에 단상구조를 상온까지 퀜칭시키면 석출은 매우 느리므로 과포화 고용체가 준 안정상으로 남게 된다. 중간 온도로 재가열하면, 알루미늄 안에 구리 원자들의 고체 확산이 충분히 빠르게 일어나므로 미세하게 분산된 석출물이 형성된다. 이 석출물들은 효과적인 전위 장애물(dislocation barriers)이 되며, 합금을 본질적으로 강화 시킨다. 이 석출과정은 시간을 필요로 하므로 이 과정을 시효경화(age hardening) 라고도 부른다. [그림-3]은 과시효(overaging)를 나타내며, 여기에서는 석출과정이 오랫동안 계속되므로 석출물들이 연합하여 보다 거칠고 큰 석출물로 분산되는데 이것은 전위 장애물로서의 효과가 낮다. [그림-4]는 초기단계 동안에 형성된 구조를 보여주며, 이 구조는 전위장벽으로 매우 효과적이다. 이들 석출물을 Guinier-Preston(G-P) zone이라 하며, 매트릭스와 석출물의 결정 구조가 연장하여 유지되는 정합계면(coherent inter-faces)을 갖는 것이 특징이다. 과시효가 일어나면서 큰 석출물들이 형성될 때 이러한 정합은 사라진다.[그림-] (a) 재가열 단계를 연장함으로써 석출물이 조대화되고 합금을 경화시키는데 덜 효과적이 된다. 그 결과를 ‘과시효’라고 한다. (b) 재가열 단계의 길이(시효시간)에 따른 경도 변화이다.[그림-] Guinier-Preston(G-P) zone 의 결정 기하학적 예시. 이 구조는 석출 경화에 가장 효과적이며, 그림 10-27(b)에 있는 최대경도치에서 얻어지는 구조이다. 석출물의 길이방향으로 정합계면이 생김에 주목하라. 석출물은 약 15nm × 150nm 이다◇ 석출물, 전위 그리고 강도(Precipitates, Dislocation and Strength)기지원자 및 전위와 상호작용하는 석출물을 평가하는 방법은 석출과 입자에 의한 경화기구를 이해하는데 중요하다.있으며, Frank-Read 기구를 거쳐 스스로 전위를 증식하거나, 보다 많은 실제 방해물과 만날 때까지 슬립면 위를 계속해서 미끄러져 갈 것이다. 그러나 입자가 공간에 밀접하게 존재하면, [그림-5]에서 볼 수 있듯이 전위는 증식하거나 미끄러질 정도로 충분하게 휘어지지는 못한다. 입자가 장애물로 작용하면 전위가 좀 더 이동하려 할 때 더 많은 응력이 요구되어지며, 변형은 그것과 관련이 있다. 전위루프를 확장시키기 위한 전단응력()은 입자간 간격l과 반비례 관계인 것을 보여준다. 즉,여기서 G는 전단계수이고 b는 버거스 벡터이다. G와 b(0.2nm)의 전형적인 갑을 대입하면,는 l이 대략 수십 나노미터일 때 항복응력 정도를 얻는다는 것을 알 수 있다.[그림-] 석출물과 상호작용하는 전위의 모델석출물의 크기와 성질 또한 강화에 대하여 잠재적인 영향을 미친다. 작은 석출물과는 달리 큰 석출물이 효력이 없는 것은, 전위의 중심은 비슷한 크기를 가진 것과 최상의 상호작용을 할 수 있기 때문이다. 상호작용하는 석출물들 사이에는 크기의 일정인 임피던스 매치(impedance match) 가 요구된다. 모상의 고용체로부터 석출되어 나온 작은 석출물들은 격자에 변형된 결합관계도 남기게 된다. 정합상태는 천이 또는석출물과 기지 사이에 존재한다. [그림-6] B가 이러한 경우의 모델이고 관련된 상들은 다른 결정 구조를 가진다. 이러한 석출물을 둘러싸고 있는 것을 소위 G-P zone 이라하며, 이는 전위의 이동을 제한하는 응력장을 갖고 있다. 그러나 [그림-6] C에서 보는 바와 같이 큰 석출물은 기지와 정합이 아니므로 전위이동에 대한 저항은 아주 작다. 이것들이 평형상 석출물이다.[그림-] 기지 내의 정합석출물 형성의 묘사. (A) 무질서한 고용체, (B) 정합석출물, (C) 과시효 석출물◇석출경화 처리(Precipitation Hardening Treatment)경화를 위한 선행조건들-작고, 적절하게 분산된 석출물들-은 이미 앞에 두 절에서 제시하였다. 그러므로 Al-4w 내의 낮은 온도 (예, 25℃)까지 담금질.3.온도 (예, 150℃)에서상의 석출물이 적절하게 형성되어 최대의 기계적 특성을 가지게 하는데 필요한 시간동안 어닐링이나 시효.시효는 고체상태에서 시간에 따른 반응과 물성의 변화를 나타내는 것을 의미한다. 석출은 중요한 시효반응이고, [그림-7]에 6061 Al 합금의 강도와 연성의 변화와 관련된 속도론을 나타내었다. 석출물이 과시효되면 정합성을 잃으며 기지는 실제적으로 연회되기 시작하므로 주의해야 한다.오스테나이트의 등온변태와 석출경화 동안의 급랭된상의 분해와의 유사점을 논 할 필요가 있다. 사실, [그림-8]에서 그려진 TTT 곡선의 형태는 어떤 등온적이고, 핵생성과 성장 변태에 대하여 적절하다.상은 시효온도,에서가 핵생성하여영역으로 들어갈 때까지는 안정하다. 강에서처럼 시효온도가 낮을수록 변태를 위한 구동력은 증가한다. 석출물의 핵생성 속도가 클수록 석출물의 크기는 더 미세해진다. 결과적으로 경한 미세구조를 얻기 위해서는 더 많은 시간이 걸린다.[그림-] 6061 Al 합금의 시효시간에 따른 인장강도와 연신율의 변화를 나타낸다. 강도의 증가에 딸 연성의 감소가 생기는 것을 주목하자. 연속적인 준안정 정합석출물의 형성으로 인하여 강도를 최대값으로 증가시킨다. 차후의 연화현상은 과시효와 평형석출물의 성장과 연관이 있다. From Metals Handbook, 9th er., Vol.4, American society for Metal Park, OH(1981)[그림-] 오스테나이트의 등온경로와 연속 냉각변태를 겹친 공석강의 TTT곡선본 론◎ 실험준비물[실험 재료]Al - 4wt%Cu 합금 6개, 사포 (2000방), 단열장갑, 집게,[실험 기구]- 미소 비커스 경도계[그림-] 미소 비커스 경도계[그림-] 비커스 경도계의 구조- Polishing machine연마기 사진연마하는 모습[그림-11]- 전기로◎ 실험순서 및 방법1. Al - 4%Cu 시편의 요철을 없애기 위해 사포(2000방)를 사용하여 Polishin루미늄을 200℃ 까지 가열한다.(이번 열처리에 의해 알루미늄 속에 과포화 상태로 있던 구리가 알루미늄 전 영역에 걸 쳐서 미세입자로 석출된다.)5. 200℃에서 6개의 시편을 각 각 0분, 10분, 1시간, 4시간, 12시간, 48시간동안 유지한 다. 시간이 되면 바로 퀜칭 한다.6. 시효 시킨 6개의 합금을 미소 비커스 경도계로 100g 하중으로 5회씩 경도를 측정한 다.- 미소 비커스 경도계 사용방법 ( Al-4wt%Cu합금의 경도 측정)(1) 미소 비커스 경도기에 시편을 고정시킨 후 표면이 잘 보이도록 초점을 맞춘다.(2) 얇게 보이는 두개의 실을 조정하여 일직선으로 맞춘 다음 제로점을 맞춘다.(3) 접안렌즈를 90 ?회전시킨 후 실을 일직선으로 맞추고 제로점을 맞춘다.(4) 렌즈를 돌려 다이아몬드 팁으로 바꾸고 100g의 힘으로 조절한 뒤 압입한다.(5) 다이아몬드 팁을 렌즈로 돌리고 실을 압입으로 인해 생긴 마름모꼴 압흔의 양쪽 모 서리에 맞추고 read 버튼을 누른다.(6) 접안렌즈를 90 ?회전시킨 후 실을 압흔의 양끝에 맞추고 read 버튼을 누른다.[그림-13] 다이아몬드 팁으로 압입 후 시편 표면에 생긴 마름모꼴의 자국 500배[그림-12] 압흔 측정 방법2. 평균값을 구하기 위해 5회 실시한다.3. 같은 방법으로 나머지 Al-4wt%Cu 합금의 경도를 5회씩 측정한다.◎ 실험결과구분회수0분10분1시간4시간12시간48시간1131.59685.784.691.180.8289.9121.28881.889.186.538596.871.466.293.684.1484.171.782.572.273.786.1576.672.776.681.67574.7평균93.4291.6880.8477.2884.582.44결 론◎ 결론 및 토의- 결론 -이번 실험을 통해 얻은 결과는 이번 실험이 잘못된 것임을 보여준다. 그 이유는 실험을 통해 얻은 데이터와 사전에 조사한 이론에 의한 데이터가 전혀 맞지 않기 때문이다. 이론적으로는 시효 시간에 따른 경도 그래프가 [그림-3] (b

공학/기술| 2008.05.15| 12페이지| 2,000원| 조회(1,226)

AL, 합금, 석출경화, Cu, 석출물

미리보기

닫기
X선 회절 장치의 이해

X선 회절 장치의 이해X선 회절장치(X-Ray Diffractometer, XRD)X선 회절장치(X-Ray Diffractometer, XRD)는 시료의 상태에 따라서 분말법용과 단결정용으로 분류할 수 있다. 전자의 경우는 Debye-Scherrer Camera, 후자의 경우는 Weissenberg Camera, 단결정 자동 X선 회절장치(X-Ray Diffractometer, XRD) 등이 있다. 또, X선 회절장치(X-Ray Diffractometer, XRD)는 X선(X-Rays)의 검출 방법에 따라서, Film을 사용하는 사진법에 의한 것과 Counter(검출기)를 이용하는 Counter법에 의한 것으로 분류할 수 있다. 전자는 Debye-Scherrer Camera(Powder Camera), Laue Camera, 후자는 Diffractometer 가 있다. Counter에 의해 자동기록방식을 이용한 X선 회절계(X-Ray Diffractometer, XRD)를 디프랙토메타(Diffractometer)라고 하며, 주로 분말법용 으로 이용한다.1. 구성Diffractometer는 크게 나누어서 X선(X-Rays)을 발생 시키는 X선 발생장치(X-Ray Generator, XG), 각도 2q를 측정하는 고니오메터(Goniometer), X선 강도(X-Rays Intensity)를 측정하는 계수기록장치(Electronic Circuit Panel, ECP), 이러한 것들을 제어하고 연산을 하는 제어연산장치(Control/Data Processing Unit, Computer) 의 4 부분으로 되어있다.2. X선 발생장치(X-Ray Generator)1) X선관(X-ray Tube)X선관(X-ray Tube)은 열전자 2극 진공관의 일종이다. 가열된 음극(일반적으로 텅스텐 필라멘트를 사용한다) 으로부터 나온 열전자를 가속시켜 Target(대음극)에 충돌하면서 X선(X-rays)이 방사된다. Target을 향한 전자의 흐름은 일반적으로 넓게 퍼지므로 Wehnm 두께의 Be 의 X선(X-rays) 투과율은 CuKa는 95 %, CrKa는 80 % 정도 이다.Be이 산화되면, 맹독성의 BeO 로 변화되며, 이러한 경우 창에 직접적으로 손을 대면 안된다.(4) X선관(X-ray Tube)의 Take-off AngleX선(X-rays)이 외부로 나오는 각도(Take-off Angle)는 3 ~ 12° 가 가능하지만, 보통 6° 에 고정하여 사용한다.Take-off AngleTake-off Angle은 Glancing Angle 이라고도 한다. Target 상의 실제집점(Focus on the target, Real focus)의 크기를 W, Take-off Angle 을 a 라고 하면, 실효집점의 크기는 W sin a 로 표시할 수 있다. a = 6°인 경우 실효집점의 크기는 약 1/10 이 된다.Line Beam 과 Point BeamX선 Beam의 종류는 Line 과 Point 두 종류가 있으며, X선(X-rays) Beam의 단면형태에 따라서 구별한다. Line Beam은 Target상의 집점의 길이방향과 직각방향으로 나오는 Beam이며, Slit을 사용하여 Diffractometer 에 이용한다. 이와 반대로, Point Beam은 집점의 길이방향으로 나오는 Beam이며, Pin hole 에 Collimator를 사용하여 X선 Camera에 이용한다.밀폐형 X선관(X-ray Tube)의 Normal focus 의 Traget상의 집점(실제집점 크기) 크기는 1 mm X 10 mm 이고, Take-off Angle 6°의 경우, 실효집점의 크기는 Line Beam 이 0.1 mm X 10 mm, Point Beam 이 1 mm X 1 mm 가 된다.(5) X선관(X-ray Tube)의 수명수명은 Target의 오염, Target의 파손, 진공불량, Filament의 단선 등의 원인으로 좌우된다. Filament의 단선으로 수명이 다하는 경우는 드물며, Target의 오염(Contamination)으로 사실상 사용 지게 되어 있다.(7) X선(X-rays) 누출방지 (Radiation Enclosure)인체의 안전을 위하여 사용하는 것으로, X선(X-rays)이 발생되고 있을 때 Cover를 열면 X선(X-rays)이 꺼지도록 되어있다.3. 고니오메타(Goniometer)1) 집중법의 기본원리다음 그림과 같이 Diffractometer 의 광학계의 원리도를 표시 하였다. 시료가 작거나 X선이 투과하는 시료의 경우는 Collimator를 사용한 평행 Beam 법이 이용되나, 일반적으로는 집중법이 이용된다. 집중법은 평행 Beam 법에 비하여 분해능이 좋고 회절 X선의 강도가 강하다.평행 Beam 법 (Parallel Beam Method)집중법(Focusing Method)의 원리위 그림과 같이 집점원(Focusing circle, 집중원, Rowland circle)을 가상하고, 이 집점원에 접하는 곡면위의 시료에 의한 회절(Diffraction)을 보자. 집점원위에 있는 X선원(X-ray Source) 으로부터 발산된 X선을 시료에 입사시켜, 시료로 부터의 회절 X선(Diffracted X-ray)은 집점원 위에 있는 Receiving slit 에 집중된다.2) 고니오메타(Goniometer)Goniometer의 광학계는 다음 그림과 같다.Goniometer의 기본구조(1) Diffractometer 는 일반적으로 X선원(X-ray Source) S 로 부터 Line focus 를 사용한다. Target 상의 1 mm X 10 mm 의 Normal focus X선관(X-ray Tube)을 사용하여 Take-off Angle 을 6° 라 하면, 실효폭은 0.1 mm 가 되며, 0.1 mm X 10 mm 의 넓은 띠 모양의 X선원(X-ray Source)이 된다.Point focus를 사용하는 것은 Micro-Diffractometer, Fiber Specimen 등 여러 가지가 있다.(2) S로 부터 발산된 X선(X-rays)은 첫 번째 Slit 에 의하여 발산 각이 제e-Amplifier 에 의하여 Impedance(전압의 전류에 대한 비율) 가 변환되고, Main-Amplifier 에 의하여 증폭된다. 증폭된 Pulse 는 파고분석기(Pulse Height Analyser, PHA) 에 들어가, 필요 없는 파고(Pulse Height)를 전기적으로 제거하여 Scaler 로 들어간다.Scaler는 X선(X-Rays)의 세기를 설정한 계수시간(Fixed Time 또는 Preset Time)내에 도달한 Pulse 갯수를 세기 위해서 사용한다.Scaler 동작의 설정시간(Preset Time)은 Timer에 의해 결정하며, Scaler 로 읽은 계수값은 Digital 양으로 출력한다.2) 검출기 (Detector)Diffractometer 의 검출기로는 일반적으로 비례계수관(Proportional Counter, PC) 이나 신틸래이션 계수관(Scintillation Counter, SC) 이 사용된다. 이전에는 가이거 계수관(Geiger-Muller Counter, GMC)이 많이 사용 되었으나, 계수직선영역(Linear Region of Counting Rate)이 좁고 수명이 짧아 현재는 사용하지 않는다.(1) 비례계수관(Proportional Counter, PC)1개의 X선(X-Rays) Photon 이 관속에 몇 개의 이온을 만들고, 음의 전하(전자) 는 양극심선 으로, 양의 전하는 음극으로 움직인다. 두 극 사이의 전압이 낮은 경우에는 전극까지 움직이는 도중에 이온은 재결합 하여, 이온 대부분이 전극까지 도달하지 못한다(재결합 영역).전압을 높히면 전리함 영역으로 들어간다. 이 영역 에서는 이온화에 의해서 만들어진 이온들의 재결합 기회는 무시할 정도로 적어, 모두 전극에 모인다. 이 영역 에서는 모이는 전하는 전극전압과 관계없이 포화영역이 되며, 전리함은 이 영역에서 사용한다.다음에 전압을 더 높이면, 전리전류는 다시 증가된다. 발생된 이온들의 전자는 양극에 도달하기 까지 충분히 가속되어 가스 원자에 충돌하여 다시 환된 Pulse 의 수를 입사X선 광량자의 수 에서 뺀 값으로 표시하며, 계수효율의 Graph 를 다음 그림에 표시했다.계수관길이 (mm)Window 재료Giger Ar 550 mmHg100Mica 0.013 mmProportional Xe 320 mmHg20Mica 0.013 mm + Be 0.13 mmScintillation NaI(Tl)1Be 0.13 mmCounter 의 계수효율 (계산값)SC 는 X선회절(X-Ray Diffraction)에 사용하는 파장영역에서 대부분 100 % 부근이고, 계수효율의 점에서 아르곤(Ar) PC 보다 좋다.3) 계수관의 Energy 분해능과 파고분석기(1) Energy 분해능다음 그림은 일정한 Energy를 가지고 있는 X선(단색X선, Monochromated X-Rays) 에 의해 얻어지는 Pulse 의 파고값을 파고분석기에 의하여 분석한 파고분포곡선 (Pulse Height Distribution Curve) 이다.비례계수관에 의한 파고분포곡선를 계수관의 Energy 분해능 (Energy Resolution) 이라고 하면,는 다음 식으로 표시된다.=100 (%): Energy 분해능: 파고의 반가폭E : 평균 파고값평균 파고값(Mean Pulse Height Value) E 는 계수관에 걸리는 전압, 증폭기의 이득에 따라서 다르고, Energy 분해능은 일정 X선에 대하여 거의 일정하다.단색X선(Monochromated X-Rays)을 계수관에 입사 시켜도 발생되는 파고값은 분산이 생기게 된다. 이것은 X선(X-Rays) 광량자가 1차전자로 변환되는 과정이 Random 하게 일어나므로, 통계적인 분산 나타난다.예를 들어 아르곤 비례계수관에 Cu(8 KeV) 의 광량자를 입사 시켜 발생되는 1차 전자는 약 300 개 이며, 그 통계적인 분산은 300 = 17 개로 약 6 % 가 된다. 실제는 전장의 불균일성 등으로 인하여 Energy 분해능은 20 % 전후가 된다. SC 는 광전자증배관의 광전자면 에서 생기는 1차전자의다.

공학/기술| 2008.05.12| 27페이지| 2,000원| 조회(739)

회절, xrd, 장치, camera, Ray, Diffractometer

미리보기

닫기
전기저항

주제: 분말 시료의 전기 저항 측정Ⅰ. 서론Ⅰ- 1. 실험 목적- Al과 Mg 합금의 조성에 따른 전기 저항의 변화를 알아 본다.Ⅰ- 2. 이론▣ 전기 저항[1] 고유 저항도체의 전기 저항은 그 재료의 종류, 온도, 길이, 단면적에 의해 결정된다. 같은 온도, 같은 재료의 도체라도 길이가 길수록 단면적이 작을수록 저항이 커져 전류가 흐르기 어렵다. 즉, 전기 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다는 것이다. 도체는 같은 모양을 하고 있어도 재료가 다르면 저항도 다르다. 따라서 여러 재료에 대해서 일정한 모양을 한 도체의 고유 저항 을 알고 있으면, 임의의 도체의 전기 저항 R[Ω]은 다음과 같이 쓸 수 있다.그림-1 전기 저항(왼쪽)과 고유저항(오른쪽)R=[Ω]=Ｒ［Ω?ｍ］고유 저항의 기호는 사용하는데 고유 저항 는 그림1의 오른쪽과 같이 단면적 1, 길이 1ｍ의 임의의 도체 양면 사이의 저항값을 고유 저항 또는 저항률이라 하며, 단위로는 ［Ω?ｍ］이지만 때에 따라서는［Ω?/ｍ］를 사용하기도 한다.금속저항률금속저항률금속저항률은금알루미늄크롬동철1.622.402.622.61.6910.0수은니켈연백금주석텅스텐95.86.921.910.511.45.48아연납규소강니크롬망간인청동6.120.662.5100~11034~1002~6표- 금속의 저항률(20℃의 값)[2] 저항의 온도 계수그림-2 저항과 온도의 관계도체의 원자 및 자유 전자는 대체로 절대 온도 Ｔ에 비례하는 에너지를 가지고 있으며 원자는 결정 격자상의 위치를 중심으로 진동하고 있다. 온도가 높아 지면 진동이 격렬해져 결정격자 전체가 동요한다. 이 상태에서 전자가 전류로서 이동할 때 원자와의 접촉으로 전자 운동이 방해를 받아 저항이 증가하게 된다. 금속 도체는 그림 2와 같이 온도 상승과 함께 저항은 점점 직선적으로 증가하지만 반도체는 반대로 급격한 저항 감소를 보인다. 온도계수는 재료의 종류에 따라 변화하는 정도가 다르다.▣ 여러 가지 저항[1] 여러 물질의 고유 저항① 도체 : 10-4[Ωm]이하의 고유저항체, 유전체) : 104[Ωm]이상의 고유저항을 가진 물질. 고무, 유리, 염화비 닐, 페놀수지[2] 절연 저항절연물은 전류가 흐르는 전선이나 금속 단자, 또는 전기 회로를 구성하는 소자에만 전류가 흐르고 그 밖의 부분에는 전류가 흐르지 않도록 보호하기 위해서 사용된다.절연물을 전극 사이에 삽입하고 고전압을 인가하면 미세한 전류가 흐르기 시작한다. 이 미세한 전류를 누설전류라 하며 그때 절연물에 인가한 전압과 흐르는 전류의 비는 절연물 자체가 가지고 있는 저항으로서 절연 저항 이라 한다.어떤 절연물에 전압 Ｖ를 인가하여, Ｉ만큼의 누설전류가 흘렀다면 절연 저항 Ｒ은 다음과 같다.Ｒ＝[Ω]절연저항의 값은 매우 크므로 그 단위로는 [ＭΩ]을 사용하고, 절연 저항 측정기 메거를 사용하여 측정한다. 내부에 흐르는 전류만 고려하여 그것에 대한 저항을 Ｒ이라 하고 절연물의 단면적을 Ａ， 길이를 ｌ에 대한 고유저항은 다음과 같다.=Ｒ［Ω?ｍ］일반적으로 절연물의 고유 저항은 온도의 변화에 따라 매우 다르며 온도가 상승하면 작아진다.[3] 기타 저항① 접지 저항: 도체를 대지와 접촉하는 것을 접지 또는 어스 한다고 한다. 접지의 목적은 통상적으로 누전이 되어 사람이 접촉했을 때 감전되지 않도록 전기기기의 외함을 접지 하 거나 피뢰침을 접지하기 위하여 금속판 또는 금속 막대기의 모양의 접지봉을 지중에 매설 한다. 이때, 접지극과 대지 사이의 저항을 접지 저항이라 한다.② 접촉 저항: 2개의 도체가 기계적으로 접촉되어 있는 부분 즉, 접선의 접촉또는 스위치의 접점 부분 등에 전류가 흐르면 어느정도의 전압 강하와 온도 상승이 생긴다. 이서은 접촉 부분에 저항이 있기 때문이다. 이런 것을 접촉 저항 이라 한다.③ 전해액(전해질)의 저항: 증류수는 전압을 가하여도 전류는 거의 흐르지 않는다. 그러나 여기에 염화나트륨을 조금씩 넣으면 전류가 흐르게 된다. 염화 나트륨이 들어감으로서 전류가 흐르는 것은 식염(ＮａＣｌ）이 용액 중에서，의 이온으로 분리되 어 이들이 전원 전압에 의하여 전류를물 은 이온상태로 되어 전류를 통할 수 있다. 이러한 액체를 전해액이라 하며 온도, 농도에 따라 저항 값은 달라진다.▣ 알루미늄과 마그네슘[1]알루미늄주기율표 3B족에 속하는 금속원소로, 은백색의 가볍고 무른 금속이다.원소기호 Al원자번호 13원자량 26.9815녹는점 660.4℃끓는점 2467℃비중 2.70(20℃)알루미늄은 은백색의 부드러운 금속으로 전성(展性)·연성(延性)이 풍부하여, 박(箔)이나 철사로 만들 수 있다. 시중에서 판매되는 알루미늄은 98.0∼99.85 %의 순도이며, 주요 불순물은 규소와 철이다.성질은 순도에 따라 다른데, 전기의 양도체로, 비저항은 구리의 약 1.6배이다. 또 비중으로 보아 전형적인 경금속이다. 공기 중에 방치하면 산화물의 박막(薄膜)을 생성하여 광택을 잃지만, 내부까지 침식되지는 않는다. 공기 중에서 녹는점 가까이 가열하면 흰 빛을 내며 연소하여 산화알루미늄이 된다. 이때 높은 온도가 되므로, 분말을 써서 금속의 야금(冶金)이나 용접을 한다.질소·황·탄소 등과 직접 화합하여 질소화물·황화물·탄화물이 되며, 할로겐과도 작용하여 염화물·브롬화물 등을 만든다. 산에 녹아 염을 만들지만, 진한 질산에는 잘 침식되지 않는다. 알칼리에 녹아 수소를 발생하여 알루민산염이 된다.[2] 마그네슘주기율표 제2A족에 속하는 알칼리토금속으로 1808년 영국의 화학자 H.데이비가 발견했다.원소기호 Mg원자번호 12원자량 24.3050녹는점 650℃끓는점 1100℃비중 1.741마그네슘은 은백색의 가벼운 금속으로 연성(延性)이 있어, 얇은 박(箔)이나 가는 철사로 만들 수 있다. 굳기 2.6이다. 가공 및 융해는 융제(融劑)로 표면을 덮어 산화를 방지한 다음 행한다. 실온의 건조한 공기 속에서는 변하지 않는데, 그것은 산화마그네슘의 얇은 막이 산화의 진행을 방지하기 때문이다. 습한 공기 중에서는 광택이 서서히 흐려진다.적열(赤熱) 상태에서는 일산화탄소·이산화탄소·아황산가스·산화질소 등을 환원한다. 그리고 더 가열하면 빛을 내면서 연소하여 산화물든다.분말을 물 속에서 끓이면 수산화마그네슘과 수소를 발생한다. Mg+2H2O →2Mg(OH)2+H2 산에는 쉽게 녹으며, 이 경우에도 수소를 발생하여 염이 되지만, 알칼리에는 녹지 않는다. 염화암모늄 수용액에는 녹는다.▣ 소결[1]소결이란?소결이란 그림-3에서 보는 것처럼 분말 성형체 (powder compact)가 가열에 의해 조립화 (粗粒化, coarsening) 또는 치밀화 (緻密化, densification)를 이루는 과정을 말한다. 조립화라는 것은 기공이 많고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 변화는 없이 입자끼리의 결합에 의한 표면적 감소와 높아진 강도를 나타내는 것이다. 그 좋은 예는 세라그림-3 Coarsening(left: NiO+Fe2O3, fracture surface) and densification (right: Al2O3+1000 ppm Y, polished and etched surface) by sintering믹스 단열재나 세라믹스 촉매 담체의 소결이다. 그리고 치밀화라는 것은 기공이 많고 강도가 거의 없는 분말 성형체가 가열에 의해 밀도의 증가(기공의 감소)와 함께 입자끼리의 결합에 의한 표면적 감소와 높아진 강도를 나타내는 것이다. 대부분의 고강도 세라믹스 제품의 소결은 여기에 해당된다. 그러나, 실제에서는 치밀화가 진행되면서 어느 정도의 조립화가 같이 일어나게 된다.[2] 소결단계소결과정은 초기, 중기, 말 나누어 생각할 수 있다. 물론 소결수축이 없는 증발-응축 기구, 표면확산 기구, 격자확산 기구등에서는 초기단계의 넥크 형성만이 나타나는 것이 일반적이다. 소결수축이 있는 다른 기구에서도 이 3 단계가 완전히 구분되어 일어나는 것은 아니고, 서로 어느 정도 겹쳐서 일어나는 것이 보통이다. 각 단계에서 일어나는 주요 현상을 정리해 보면 다음과 같다.초기단계 (期段階, initial stage)는 입자와 입자 사이에 넥크가 형성되는 단계로써, 보통 소결수축이 약 3-5%까지 되는 단계를 말한다. 이 단계는 기 때문에 빈자리의 소멸에는 아무런 문제가 없으며, 약간의 결정립 성장이 일어난다. 다만, 이 단계가 끝나면 분말의 표면적은 상당히 줄어진다.중기단계 (中期段階, intermediate stage)는 입자와 입자 사이가 상당히 접근되어 소결수축의 대부분이 일어나는 단계를 말한다. 그러나 넥크 형성으로 구동력이 많이 감소되었고, 물질의 이동거리가 길어졌기 때문에, 그 소결속도는 초기단계 보다는 느려지게 된다. 이 단계에서 상당한 결정립 성장이 일어나며, 분말의 표면적은 크게 줄어진다. 이 때, 기공들은 결정립들이 서로 만나는 모서리를 따라 찬넬 (channel)형으로 형성되는데, 여전히 서로 연결된 열린 기공으로 존재하기 때문에, 빈자리의 소멸에는 아무런 문제가 없다. 다만, 표면확산 기구나 증발-응축 기구에 의해 물질이 큰 기공표면에서 작은 기공표면으로 이동할 수 있기 때문에, 작은 기공은 소멸되고 큰 기공은 커질 수 있다.말기단계 (末期段階, final stage)는 기공율이 약 5-10%일 때부터 이론밀도에 이를 때까지의 단계이다. 이 단계에서도 상당한 결정립 성장이 일어나며, 기공들은 결정립 내부, 입계, 또는 입계가 만나는 곳에 독립적으로 닫힌 기공 (closed pore)으로 존재하게 된다. 따라서, 빈자리는 입계에서 소멸되게 되는데, 이 때 입계는 입자의 표면과 마찬가지로 빈자리가 사라지는 곳(sink) 역할을 한다. 이 입계의 역할은 소결의 속도가 시편의 크기에 무관한 사실로 잘 알 수 있다. 이 말기단계의 소결은 빈자리가 기공으로부터 입계까지 확산되어 나가야 하기 때문에, 전 소결단계 중에서 가장 느린 단계이다. 이 말기단계에서는 기공이 서로 연결되지 않고 독립적으로 존재하기 때문에, 표면확산이나 증발-응축 기구가 일어난다 할지라도 기공의 형태만 변화시킬 수 있을 뿐 기공의 크기는 변화시키지 못한다. 또 한가지 중요한 것은, 기공내의 기체가 쉽게 빠져나갈 수 있느냐 하는 문제이다. 만일, 기공내의 기체가 쉽게 빠져나가지 못한다면, 기공의 수축에

공학/기술| 2008.05.12| 8페이지| 1,000원| 조회(739)

전기저항, 알루미늄, 절연저항, 마그네슘, 고유저항

미리보기

닫기
여러가지 재료 시험법

재료 시험법서론재료에 힘이 가해졌을 경우에, 외력에 대응해서 나타나게 되는 그 고유의 역학적 성질을 기계적 성질이라 하며, 이것을 평가하는 방법은 기계적 시험법이라 한다.금속과 그 합금은 수천년에 걸쳐 사용되어 오고 있으며, 한 부품 또는 재질과 다른 것을 비교하고자 할 때에는 어떠한 형태이든 간에 이 기계적 시험을 피할 수 없다. 과거 선인들은 탄성한계를 결정하기 위해 칼날을 구부려 본다거나, 칼날의 날카로움을 알기 위해 나무 가지를 잘라보는 것과 같은 간단한 기계적 시험을 실시하기도 하였다.이 기계적 성질은 특히, 기본적으로 응력과 변형의 관계로 표시되며 탄성율이나 항복점, 내력, 인장강도, 압축강도, 연신율, 굽힘강도, 충격강도, 크립성, 피로한도, 경도 등은 모두 그러한 기계적 시험을 함으로써 평가할 수 있다.시험법의 종류역학적 시험법은 무수히 많고 이론적으로 분류한다는 것은 매우 곤란하다. 그러나 역학적 강도는 강도의 의미 물체에 가해지는 하중과 시간과의 관계 등에 따라 매우 달라지고 하중의 종류 하중이 가해지는 방법에 따른 분류가 흔히 사용되어 지고 있지만 명확한 것은 아니다.(1) 파괴에 대응한 저항에서 강도를 구하는 것ㆍ정적 시험법 : 인장시험, 압축시험, 전단시험 등ㆍ동적 시험법 : 충격시험, 피로시험, 크리이프시험, 응력완화시험 등(2) 압입에 대응한 저항을 구하는 것 : 경도시험(3) 마찰마모에 대응한 저항을 구하는 것 : 마모시험, 마찰시험 등(4) 변형에 대응한 저항을 구하는 것 : 파괴시험Ⅰ. 강도(정적) 시험법응력 및 변형률의 개념하중이 구조물의 단면이나 표면에 균일하게 정적으로 장용하거나, 시간에 따라 천천히 변하는 경우의 기계적 거동은 단순한 응력-변형률 시험을 통해 확인할 수 있다. 금속 재료에 대한 시험은 일반적으로 상온에서 수행한다. 하중을 가하는 방법에는 세 가지의 주된 방법(인장, 압축, 전단)이 있다. 실제 공학적 상황에서 가해지는 하중 형태는 순수 전단이라기보다는 비틀림 이다.1. 인장 시험인장시험은 강의 여러 가지 편연신율(%)=(표점거리의 증가분×100)/원래표점거리단면 수축률(%)= {(원래단면적-최종단면적)×100}/원래단면적그림 표점 길이와 연신율의 관계네킹 현상이나 연신율, 단면수축률 등은 에서와 같이 표점거리와 관련이 있으므로 특정 표점거리와 관련된 값들을 인용하는 것이 필요하다.2. 압축 시험압축시험은 재료가 압축력을 받을 경우 어느정도 저항력을 나타내는 가를 측정하는 시험이며 압축력에 대한 재료의 저항력을 알아야 하는 경우도 매우 다양하다.즉 구조물 등의 설계 뿐만이 아니라 기계 및 금속의 가공 등에 서도 압연, 단조 등 많은 공정이 압축력을 받는 상태에서 수행되므로 재료의 압축력에 대한 물성값을 측정하여야 한다.압축시험도 인장시험과 마찬가지로 하중과 변위곡선을 구하는데 구하는 물성값은 압축강도, 항복점, 탄성계수, 비례한계 등을 구한다.그러나 인장시험과는 달리 취성재료에서는 큰 문제점이 없으나 연성재료에서는 파괴를 일으키지 않으므로 압축강도를 구하기란 힘들다.따라서 편의상 어떤 점을 파괴하는 점이라 정의하여 그점에서의 응력을 압축강도로 사용한다.Ⅱ. 충격시험법1. 충격하중일반적으로 구조물 또는 기계의 부재들은 동적 하중을 받게 되므로 동적 하중에 대한 저항력 즉 취성이나 인성은 재료의 중요한 기계적 성질이 된다. 충격하중은 동적 하중의 하나로서 재료가 충격하중을 받게 되면 하중만큼의 최대 변형이 일어나고 그 이후 즉시 원상태로 돌아가려는 거동을 보인다. 이것은 마치 스프링 위에 질량을 떨어뜨리는 것과 유사하게 충격방향에 대해 진동이 일어날 것이다. 이 진동은 감쇄효과 때문에 곧 중단될 것이고 곧 정지상태로 들어간다. 이와 같이 재료가 충격하중을 받았을 때의 거동은 대단히 복잡하고 이에 대한 해석 역시 고도의 수학적 능력이 필요하게 된다. 그러나 변형에너지의 개념을 도입하고 약간의 과정을 단순화하면 대략적인 해석이 가능하게 된다.2. 충격실험일반적으로 충격시험은 에너지의 개념으로 실행된다.충격시험(impact test)에서 나타나는 특수한 점은 다음과 같다시도한 충격 굽힘 시험법으로 시험편을 양단힌지로 고정한 다음 시험편의 notch부분이 정확하게 중앙에 오도록 수평으로 놓는다. 이때 시험편이 중앙점을 충격하중을 가하여 시험편이 파단 되는데 소요된 흡수에너지E(kgf·m)로 충격치를 나타낸다.Ⅲ. 비파괴시험법고강도 강재의 출현과 함께 용접 및 제작기술의 발전으로 인하여 다양한 형상을 갖는 강구조물의 건설이 날로 증가하고 있다. 기존 콘크리트 구조물에 비하여 강구조물은 시공성, 내진성이 높으나 공장에서 제작 가능한 치수의 제한으로 인하여 많은 이음부를 갖는 구조물이다. 강구조물 제작에 있어서 이음부의 용접결함과 피로균열은 강구조물의 성능에 가장 중대한 영향을 미치고 있으며, 강구조물의 안전성을 확보하기 위해서는 용접부의 결함과 피로균열이 발생하기 쉬운 구조상에 대한 결함 및 균열 검출법이 중요하다고 할 수 있다.초기에는 방사선투과법과 초음파탐상법으로 대표되었던 비파괴검사 기술이 주로 품질관리 목적으로 적용되어 왔으나, 현재에는 구조물의 유지관리에서 점검의 보조수단으로 광법위하게 사용되고 있다. 현재 강구조물의 품질관리 및 점검에 적용되고 있는 비파괴검사법은 크게 내부결함과 표층부 결함 및 손상 검출 목적으로 적용되고 있다. 앞서 언급한 두 가지 비파괴검사법이 내부결함의 검출을 목적으로 적용되는 반면에, 자분탐상법, 염료침투법, 와상전류법 등은 표면탐상을 주목적으로 개발된 비파괴검사법이다. 비파괴검사법의 종류에 따라 차이는 있으나 대부분의 검사법이 강구조물에 발생한 균열, 용접결함, 재료의 열화 등을 검출하기 위한 목적으로 적용되고 있다.1. 비파괴검사법의 종류ⅰ) 방사선 투과 법강구조물의 용접부 결함검출에 대표적으로 적용하고 있는 비파괴검사법인 방사선투과법(Radiographic Methords)은 고전적인 검사법으로써 X-선 또는 감마선을 물체에 투과하여 물체내부의 이미지를 얻어내는 방법이다.X선을 사용하는 비파괴시험은 상업용 X선 발생기에 의해 생성되는 X-방사선이 조사 부위의 두께 및 원자번호에 비례하여 흡에서 촬영한 결과를 분석하는 방법이 널리 활용되고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 단점으로는 결함의 깊이를 추정하기 어렵고 방향성이 좋지 않은 2차원 결함을 검출하기 어렵다는 것이다. 또한 방사선을 투과하는 장비는 인체에 유해한 방사선을 방출하기 때문에, 전문가 이외에는 사용이 제한되고 있다. 방사선투과기의 크기로 인하여 경우에 따라서는 현장에서는 사용이 어려울 수도 있으며, 탐색속도가 느리고, 탐색비용이 상당히 고가이다. 따라서 방사선투과법을 효과적으로 적용하기 위해서는 육안점검 및 다른 비파괴시험법을 종합적으로 적용하는 방안이 필요하다.ⅱ) 초음파탐상법초음파탐상법은 내부결함을 검출하기 위해서 물체내에서 발생하는 소리의 파동 특성을 이용한다.기계진동 형태의 고주파 음파를 시험할 부분으로 주사하면 재료를 통과하는 음파는 결함부 또는 계면에 부딪치게 된다. 그러면 음향진동은 반사가 되고 반사된 신호를 분석하면 결함 또는 경계면의 위치와 형태를 파악 할 수 있게 된다. 초음파탐상법은 강부재의 두께, 균열의 위치, 용접결함 및 공극의 위치 조사에 적용된다.표준 측정장비는 음파생성기, 수신장치(보통 한 기구 내에 조립됨)와 초기파 및 반사파가 나타나는 화면 등으로 구성된다. 화상 표시장치는 결함부의 위치(깊이) 및 결함의 성질을 추정할 수 있게 하고, 기구의 감지부(탐지부)를 조사할 부분을 따라 이동함으로써 결함의 크기 측정을 가능하게 한다. 조사 민감도는 음향 진동수, 탐지부의 설계, 기계의 조작, 반사 신호의 전기적 처리기술과 같은 여러 가지 시험변수에 영향을 받는다.초음파탐상법의 장점은 휴대성, 민감성이 높고 균열의 위치 또는 결함의 공간적인 정보를 얻을 수 있다는데 있으며, 방사선투과법에 비하여 안전하고 경제적인 비파괴검사법이다. 최근에는 현장 측정 자료를 컴퓨터 처리와 보고서 작업에 적당한 형식으로 저장할 수 있는 디지털 장비가 보급 되어 있다. 단점으로는 초음파탐상을 통하여 표면결함을 효과적으로 찾아낼 수 없다는 것이다. 초음파탐상을 하기 위해서는 피검사체한 경우 경계면(공극 또는 균열로 인한 강재 내부의 불연속면)까지의 거리이다.(3) 초음파 전달속도강재에서 초음파 전달속도는 에 나타낸 것과 같이 초음파의 모드에 따라서 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 탐촉자에서 발진하는 초음파의 모드는 파의 진행방향과 매질의 진동 방향이 같은 종파이고, 초음파는 강재의 종류에 따라서 다르지만 약 5,900m/sec의 속도로 전달된다. 따라서 수직탐촉자를 사용하는 경우에 종파의 전달속도를 적용한다. 종파로 발진한 초음파가 강재표면에 직각이 아닌 경사각으로 입사하게 되면 초음파가 모드변환을 하게 되어 횡파로 전달되게 된다. 횡파의 전달속도는 강재의 경우 약 3,200m/sec이다. 따라서 사각탐촉자를 사용하는 경우에는 횡파의 전달속도를 적용한다.(4) 초음파의 전달경로초음파는 탐촉자의 입사각에 따라서 물체 내부에서 전달된다. 수직탐촉자를 사용하는 경우 초음파는 입사면에 직각방향으로 입사하여 반사면에서 반사되어 수신된다. 이때 초음파의 전달거리는 탐촉자와 반사면 사이의 최단 왕복거리 이므로 강부재의 두께의 두 배가 된다.(5) 적용법위강재 초음파탐상법의 적용범위는 탐사기의 성능과 탐촉자의 주파수에 따라서 결정하여야 한다. 강재의 두께측정에서는 수직탐촉자를 사용하고 용접부의 조사 및 균열조사는 사각탐촉자를 사용한다. 사각탐촉자의 입사각도는 강재의 두께를 고려하여 결정한다.(6)측정방법강재 초음파탐상법에 의한 조사에서는 다음과 같은 한국산업규격과 그 부속서에 있는 시험방법에 따라 측정을 실시한다.① KS B 0536 초음파 펄스 반사법에 의한 두께 측정 방법② KS B 0817 금속재료의 펄스반사법에 따른 초음파탐상 시험방법 통칙③ KS B 0896 강 용접부의 초음파탐상 시험방법 및 시험결과의 등급 분류방법(7)두께측정초음파탐상법으로 육안으로 측정이 불가능한 강부재의 두께를 측정할 수 있다. 측정하고자 하는 강재의 두께보다 약 3∼5배 정도 크게 측정범위를 설정한다. 강재의 종파 전달속도를 입력한 다음 접촉매질을 바른 수직탐촉자를

공학/기술| 2008.05.12| 8페이지| 1,500원| 조회(1,119)

인장시험, 충격시험, 탄성, 재료시험법, 칼날, 강도시험법

미리보기

닫기