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[공학]충격시험 보고서

(가. 충격시험)Ⅰ. 제목- 충격시험과 인장강도Ⅱ. 목적기계, 구조물에는 충격하중을 받는 경우가 적지 않으며, 이러한 충격하중에 대한 강도는 정적인장시험으로부터 구할 수 없다. 왜냐하면 정적인장시험에 있어 연신률 또는 단면 수축률이 큰 재료라고 해서 반드시 충격에도 강하다고 할 수 없기 때문이다. 파괴역학의 개념이 발달하기 이전부터, 충격파괴 인성시험은 빠르고 저렴하며 간단하기 때문에 구조 재의 파괴거동을 결정하는데 있어서 가장 폭넓게 사용 되어왔다.특히 온도에 따른 재료의 취성천이 과정을 손쉽게 알아 볼 수 있다는 점은 충격시험의 가장 커다란 장점이라 할 수 있다. 일반적으로 충격시험은 재료의 연성 또는 인성의 판정을 위한 것으로 저온 취성, 노치 취성 등의 성질을 파악 할 수 있다. 시험편은 표준astem(e-23)시험편을 사용한다. 충격시험은 시험편의 충격저항을 시험하는데 있다. 시편을 충격적으로 파단시켜 파단 될 때까지 흡수되어 에너지의 많고 적음으로써 재료의 인성(toughness) 및 취성(brittleness)을 판정하기 위한 것이다. 재료의 이러한 성질은 가해지는 하중의 속도에 영향을 받는데 인성은 인장시험, 즉 정적인 시험을 통해서 어느정도 결정을 하 수 있으나 인장 시험만으로는 구별이 안된다.그러므로 이러한 재료의 특성을 정확히 판정하기 위해서는 정적인 시험 외에 동적인 충격시험이 필요하다. 또, 일반적으로 건축물 구조물에는 충격하중이 가해지는 경우가 많은데, 이러한 재료의 시험에 있어서는 인장시험보다는 충격시험이 더욱 중요함을 알 수 있다. 실제로 사용되는 기계부품, 구조물에 대한 충격시험에서는 하중이 작용하는 방식에 따라 충격 인장, 충격 압축, 충격 굽힘, 충격 비틀림 등으로 구별한다.Ⅲ. 장비A. 샤르피(Charpy) 충격 시험기{그림1. 샤르피 충격시험기위 그림이 샤르피 충격시험기이다. 그림과는 약간의 차이가 있으나 기본 구조는 같다.참고로 위 시험기는· 용량 30kgf-m· Hammer weight 22.24kg· 충격날 각도 300 kgm 등 이 있다.{그림2. 시편을 올려놓는 방법{그림3. 실험시 해머의 위치 변동위 그림은 시편을 올려놓는 d. 위치를 확대하여 그린 것과 해머의 위치 변동. 즉 움직임을 나타낸 그림이다. 왼쪽 그림에서와 같이 시편을 올려놓을 때 시편의 중앙을 타격할 수 있도록 위치 조정을 잘 해놓아야 한다.B. 아이조드(Izod) 시험기.{그림4. Izod 충격시험기{그림5. Izod 충격시험 방법위 왼쪽 그림이 Izod 시험기이다.샤르피 충격시험기가 구미 유럽 각국에서 사용되는 반면 위 아이조드 시험기는 영국 및 미국 등지에서 많이 사용된다. 아이조드 시험기는 해머가 샤르피 충격시험기와 달리 일정한 높이에서만 출발하도록 되어있다위 오른쪽 그림과 같이 아이조드 시험기는 샤르피 충격시험기와 달리 시험편의 한쪽 끝을 시험편 지지대에 수직방향으로 고정시키고 노치가 있는 면의 위쪽 22㎜되는 위치는 해머로 충격하여 파단시켜 에너지를 구하는 시험이다C. 시편탄소강 5EA, Al합금 5EA, 황동 5EAⅣ. 이론적 배경금속재료가 소성변형을 일으키지 않고, 파괴되는 성질을 취성이라고 하고, 파괴 시까지 상당한 소성변형을 나타내는 성질을 연성 또는 인성이라고 한다. 연성은 인장시험에서의 연신률 또는 단면 수축률에 의해서 어느 정도 수량적으로 표시할 수 있는 반면에 인성이라는 용어를 수량적으로 표시한 것은 그다지 많지 않다. 인성이라는 것은 앞장에서도 언급했듯이 재료가 파괴될 때까지의 흡수한 에너지 즉, 응력-변형률 곡선에서의 면적이라고 정의했었다. 그러나, 인장시험 시 동일한 곡선을 나타내는 유사한 기계적 성질을 갖는 금속재료에도 동적인 하중, 즉 충격하중하 에서는 다른 특성을 보이는 경우가 있다. 또한 정적하중에서는 연성파괴를 보이는 금속재료도 충격하중 하에서는 가끔 취성 파괴를 보이는 일이 있다. 따라서 금속재료의 강도에는 앞에서 언급된 정적인 시험으로 나타낼 수 없는 성질이 있다는 것을 알 수있다. 이와 같은 성질을 평가하는 방법으로서 충격시험이 이용된다.충격시험은 노치를 낸되어 있었다. 실험실의 인장 시험 결과로는 연성 재료가 소성변형을 일으키지 않고 갑자기 파괴되는 현상과 같은 파괴 거동을 예측할 수 없다.그러나 충격시험에서는 재료를 파괴할 때 재료의 인성(toughness)또는 취성(britleness)을 시험할 수 있다. 특히 N-Cr steel의 temper 취성과 같은 성질은 인장시험에서는 알 수 없으나 충격시험에서는 그 내용을 잘 알 수 있다.파괴의 종류·연성파괴(Ductile Fracture): 큰 소성변형을 수반하는 파괴(많은 에너지를 흡수)·취성파괴(Brittle Fracture): 소성변형을 거의 수반하지 않는 파괴(에너지 흡수가 적다)에너지의 계산에는 처음 낙하각 α와 파괴 후 상승각 β를 측정한다.α와 β는 회전체 부분에 장착되어 있는 각도 지시원판과 지침으로 쉽게 알 수 있다.시편이 파단될 때 흡수한 에너지는 α와 β에 해당되는 에너지의 차로 알 수 있다.{해머의 A점에서 위치 에너지 Wh1은Wh1 = WR + WR cos(180 - α) = WR (1 - cosα) Kg-m시편을 파괴한 후 B점의 위치에너지는 Wh2는Wh2 = W (R - R cosβ) = WR (1 - cosβ)그러므로 시편에 흡수된 에너지 E 는E = W (h1 - h2) = WR (cosβ - cosα)· 흡수 에너지E = WR ( cosβ - cosα)(단, 마찰저항 및 공기저항등으로 운동 중 소실된 에너지는 무시)W : 해머의 중량 (kg)R : 해머의 회전축 중심으로 부터 무게 중심 까지의 거리(m)α: 해머를 끌어 올리는 각도β: 시험편 절단후의 해머의 올라간 각도· 시험에 사용한 수치W = 30(kg)R = 1(m)α = 140°충격치 = 흡수에너지 / 시편의 원단면적U = E/A·청열취성(靑熱脆性; blue shortness)- 탄소강의 경우 300℃ 부근에서 인장강도 및 경도가 최대치를 나타내고 연률 및 단면수축률은 최소치를 보인다. 이 온도 부근에서는 상온에서 보다도 취약(脆弱)한 성질을 가지며, 이 것을 청열취성(블지 값을기록한다.5) 시편을 제거하고 새로운 시편을 고정하면서 앞의 시험절차를 반복한다.Ⅵ. 실험 결과(단위 : Kgf-cm){탄소강Al합금황동상온235.22196.87167.81322.36평균값: 278.79168.99평균값: 182.93178.41평균값: 173.11200℃306.74145.18105.68액체질소(-196℃)118.50263.91188.50125.42평균값: 121.96219.25평균값: 241.58149.79평균값: 169.15표1 분위기에 따른 각각 시편의 충격 에너지{그래프1. 분위기에 따른 각각 시편의 인장강도 값(단위: ㎜ 면적:㎟){탄소강Al합금황동상온10.2511.210.49.9면적: 101.4810.2면적: 114.249.85면적: 102.44200℃9.9510.151010.20면적: 101.4910.70면적: 108.6110.3면적: 103액체질소(-196℃)9.910.29.89.9면적: 98.0111면적: 112.210.25면적: 100.45표 2. 깨진 시편 단면의 크기{그래프2. 분위기에 따른 각각 시편의 단면적Ⅶ. 결과 분석액체질소 분위기에서 탄소강의 충격 에너지 값이 작게 나온 것을 그래프1.을 통해 볼 수 있다. 일반적으로 Al합금이나 황동 보다 탄소강의 충격에너지 값이 커야하는데 그렇지 않게 결과가 나오게 된 원인을 분석해 보았다. 첫 번째로 노치가 다른 시편에 비해 컸을 가능성이 있다. 따라서 적은 에너지를 가해서 시편이 깨 졌을 것이다.두 번째로 시편의 표면에 크랙이 생겨서 더 작은 힘으로 깨어졌을 지도 모르겠다. 그게 아니라면 시편을 놓을 때 잘못 놓았을 수도 있고, 또 시편을 꺼내서 놓기까지 5초 이내에 작업을 해야하는데 그렇지 못한데서 오는 오류 일 수도 있을 것이다.또 그래프1.에서 보면 상온 보다 높은 온도에서는 충격에너지 값이 작아 졌고 저온에서는 충격에너지 값이 상온 보다 커졌음을 볼 수 있다.탄소강의 경우 200℃ 에서 충격에너지 값이 보통의 경우 보다 커지는데 블루취성 때문에 그런게 아닌가 하는 감소한다. 고온에서는 재료가 소성변형을 일으켜서 단면적이 증가하고 저온에서는 그 반대이기 때문에 단면적이 감소한 듯 싶다.이번 충격시험을 통해서 여러 가지 분위기와 시편을 통해 각각 재료의 충격에너지와 인장강도에 대해서 알아보았다. 200℃의 노 나 -196℃의 액체질소 분위기에서 시편을 꺼내어 5초안에 시험을 실행해야하는데 그 시간을 맞추기가 쉽지 않았다. 따라서 이 것이 결과에서 나온 오류의 원인이 되었기도 하다.(나. 에릭슨)1. 목적Erichen Test ( Cupping Test ) 즉, 연성 실험을 통해 각 시편의 연성(가공성)을 측청 하고자 한다.2. 이론에릭슨시험은 금속박판재료의 연성을 평가 또는 비교하기 위해 널리 사용되는 시험으로 두께 0.1~2.0㎜의 금속박재료를 상, 하 다이 사이에 삽입시키고, 시험편에 펀치를 넣어 시험편의 적어도 1곳에 뒷면에 이르는 균열이 생길 때까지 가압하여 펀치 앞끝이 하형다이의 시험편에 접하는 면에서 이동한 거리를 측정하여 소성가공성을 평가하는 시험이다.시험결과치로 나오는 펀치의 이동거리는 동일한 시험편에 대해서도 상, 하 다이의 압축력, 윤활방법, 시험종료의 결정방법 등에 따라 변화된다. 미국에서는 볼 펀치 변형시험방법으로 규격화하여 사용하고 있다.1) 에릭슨 시험 A방법상형다이와 하형다이의 사이에 시험편의 두께 이외에 0.05㎜의 틈새를 만든 상태 에서 시행하는 에릭슨 시험방법을 말한다.2) 에릭슨 시험 B 방법상형다이와 하형다이에 시험편을 넣고 1000㎏f 의 체결하중을 항상 시험편에 가한 상태에서 시행하는 에릭슨 시험방법을 말한다.3) 에릭슨 값에릭슨 시험에서 적어도 시험편의 1개소에 뒷면에 도달하는 균열이 생길때까지 펀치 끝이 하형다이면에서 이동한 거리를 밀리미터로 표시한 수치를 말한다. ASTM 에서는 cup height 라고 정의한다3. 시험장치1).에릭슨 시험기의 주요구조는 그림 4와 같이 금속박판시험편을 구속하는 상,하형다이와 박판을 가압시키는 펀치로 구성된다.2) 상하형의 중심축의 편심은 0.

공학/기술| 2006.10.19| 14페이지| 1,000원| 조회(1,012)

충격시험, 재료시험, 충격, 샤르피, 아이조드

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[공학]초음파 탐상법(UT) 시험보고서 평가B괜찮아요

Ⅰ. 제 목- 초음파탐상법Ⅱ. 목 적1) Pulse 반사법을 이용한 초음파 탐상기를 사용하여 각종 시험편의 내부결함, 균일 등을 탐지해서 그 시험편의 양부를 판정한다.2) 초음파 탐상법의 원리와 탐상기의 기능 및 조작방법을 배운다.Ⅲ. 장 비초음파 탐상기는 초음파를 실로 이용하는 대표적인 응용기기로서 측정하고자하는 물체 내부에 초음파를 방사하는 매질이 다르거나 균열 결함시에 반사되는 신호를 검출하여 층복한 후 표시한 장비이다.그리고 Ultra A 시편이 사용되었고, 4MHz를 이용하는 탐촉자가 사용되었다.Ⅳ. 이론적 배경1. 초음파(Ultrasonic)- 수백Khz-수십MHz까지의 인간이 들을 수 없는 높은 진동수를 가진 음파. 가청음파(20Hz-20000Hz), 극저음파(20Hz이하)2. 초음파의 종류 및 특징가)Bulk Wave : 초음파의 파장이 구속에 비해 충분한 진행거리를 확보.*종파(Longitudinal wave)-Wave의 진행방향입자의 움직임이 나란하다 진행매질: 고체와 액체 통과, 기체통과 못함.*횡파(Shear wave)-Wave의 진행방향과 입자의 움직임이 수직이다.진행매질: 고체만 통과, 액체 기체통과 못함.※ 진행속도: 종파 〉횡파 (종파가 약 2배)나) Guided Wave(유도초음파) : 입자의 움직임은 종파와 횡파가 혼합된 형태를 띄며 특정한 기하학적 구속조건하에서 존재를 하고 일정한 경로를 따라 진행한다.* 표면파(Surface)-표면을 따라서 진행, 표면에만 영향* 경계층파(Interface wave)-두 가지 다른 재료사이에서 진행* 판파(plate wave)-판재에서 존재하는 파* 기타3. 초음파탐상의 송, 수신형태가) Pulse-echo type:하나의 Transducer(능동적인 sensor -Wave 송수신)로 Wave를 송수신 한다.나) Through transmission type:두 개의 transducer를 사용하여 하나는 Wave를 송신,나머지 하나는 수신한다.4. Scanning(탐상)의 종류가) A-sca 부품, 기계류의 부품 등에 이르기까지 많은 분야 의 제품들이 검사의 대상이 되며, 탐상 가능한 결함으로는 균열, 개재물, 라미네이숀 (Lamination) 등의 소재 고유의 불연속으로부터, 가공중 불연속 및 피로 균열과 같은 사용 중 불연속까지 대부분의 결함검출에 적용되고 있다. 또한 초음파 탐상을 이용한 재료의 두께측정에도 사용되어, 화학, 정유처리시설 의 보수검사 등에 종종 적용되고 있습니다. 다른 모든 비파괴검사 방법에서도 요구되는 사항이지만 ,특히 초음파 탐상검사에서는 적절한 검사를 수행하기 위하여 기술자의 자격인정, 교육훈련 및 충분한 경력을 갖추고 있어야 한다. 왜냐하면 초음파 탐상 검사는 타 비파괴검사와 비교하여 상기의 조건이 갖추어지지 않으면 중대한 판독 오류를 범할 수 있는 가능성이 특히 높기 때문이다.그러한 판독 오류의 가능성을 최소한으로 줄이고 고속으로 초정밀의 초음파 탐상 기법을 구현 위하여 컴퓨터가 사용되기 시작하였고 C-SCAN 은 그러한 목적에 의하여 고안된 초음파 검사 자동장치이다.6. 초음파 탐상의 기본 원리음(音)은 입자의 진동이고 일정한 주파수의 범위를 가지며, 귀로 들을 수 있는 진동수는 20 ～20,000 회/초( 회/초를 Hz라 하며 가청주파수라고 한다)이다. 이 이상의 진동수를 갖는 음파를 초음파(超音波)라 하고 보통 500KHz～20MHz가 초음파 탐상에 실용화되고 있다.따라서 파장이 가청 음보다 아주 짧기 때문에 광(光)의 직진성과 같은 성질이 있고, 작은 결함으로부터 나타나는 반사도 크게 보기 쉬운 성질이 있다. 초음파는 빛보다 파장이 길지만 ,보통의 전파보다는 파장이 짧다. 그러나 전파는 금속내부에 전해지지 않지만, 초음파는 X-선 보다도 물질내부에 전하기가 쉽다.가청음은 종이 등의 진동판을 전자의 힘으로 움직여 발생시키지만, 초음파의 발생은 압전 (壓電)이라 하는 물리현상을 가진 재료를 사용하고 있다. 그러한 재료중에 하나가 수정판이며, 이 수정판에 전압을 가하면 전압의 (+)(-)에따라 수정 두께방향으로 신들어, 10MHz의 탐 촉자로 SCAN하여 수신된 파형을 의미 있는 데이터로 판독하기 위해서는 최소한 100MHz의 A/D 변환이 필요한데, 이는 흔히 쓰는 1.2기가 하드디스크를 단 1분 안에 채울 수 있는 양이다. 또한 STEEL 계열의 피검체에 초음파 전달속도가 5.9 x 1000000 mm/초임을 감안한다면 100MHz A/D란 1 mm내외의 해독능력에 불과함을 알 수 있다.8. 두께측정실험( A-Scan)가)Calibration* 실험에 사용할 Transducer의 주파수를 확인하는 과정.* Oscilloscope 상에 나타나는 파형의 한 주기를 측정하여 주파수를 구한다. F = 1/t나)속도측정---------- “초음파의 진행속도는 물질의 고유한 값이며 주파수와는 무관하다.”V = ds / dt＊dt(시간):시편의 두께, 즉 초음파의 진행거리를 버어니어캘리퍼스로 측정한다.＊dt(시간):Oscilloscope상에 나타난 저면 반복 echo 신호의 시간간격을 측정한다.※주의: 화면에 나타나는 echo신호의 시간간격은 왕복한시간이다.다)두께측정* 저면 반복 echo신호의 시간간격을 읽는다.* 나)과정에서 측정된 속도를 이용하여 미지의 두께를 구한다.S = V ×dt9. 물성치 측정 실험Cl종파의 진행속도ρ시편재료의 밀도Eyoung`s modulusGshear modulusνpoission`s ratio알루미늄0.31 - 0.34아크릴0.35 - 0.4▶ 물질내를 진행하는 초음파의 속도를 측정함으로써 그 물질의 물성치(E)를구할수 있다.10. 수직 또는 T/R 탐촉자에 대한 교정1) ◀▶ 를 동시에 눌러 영문 소문자 page로 들어간다.2) ▶ 를 눌러 d page를 선택하고 하단부에 위치한 “MODE” 기능에서 Thick를 선택한다.3) ◀▶ 를 동시에 눌러 대문자 A page로 들어간다.4) 탐촉자를 V2 Block위에 놓고 Range를 50.0으로 조정하면 4개의 저면 반사에코를 얻을 수 있다. 두께가 12.5mm인 V2 Block으로 교정을 하므로, Low : 초음파의 강도선택Dual : T/R 탐촉자 사용시REJECT : Echo 신호의 높이를 감소시키는 기능(단위: %)전기적 잡음이 심한 경우 그 잡음을 제거하기 위한 기능 으로 실제 사용 중에는 절대 사용하지 않는다.FREQ : 주파수 조정기능, 사용하는 탐촉자와 장비의 주파수대를 일치 시키기 위한 기능Step : 1 - 5 , 0.5 - 7 , 2 - 10 MHz 3 step으로 구성주) 장비의 주파수 영역중 가용하는 탐촉자의 주파수가 중간 정도 에 해당되는 step을 선택하는 것이 바람직함C pageGAIN : A page 의 항과 동일a THRSH : Gate의 높낮이 조절기능 (단위: %)a START : Gate의 시작됨 조절기능 (단위: mm)a WITH : Gate의 폭 조절기능 (단위: mm)D pageGAIN : A page의 항과 동일ECHO 1 : 최초의 저면에코에 gate를 맞춤으로서 calibration후의 재질의 두께를 측정할 수 있다.*첫 번째 반사파에 gate를 맞추어야 정확한 두께를 측정할 수 있다.12 : 제1저면과 제2저면에 gate를 맞춤으로서 재질의 두께를 측정할 수 있다.MTVEL : A page의 항과 동일ZERO : 이 기능을 가지고 시편의 원래 두께를 맞춘 후 재질의 두께를 맞춘 후 재질의 두께측정을 행한다.ex) 시험편의 두께가 12.5㎜임을 알고 있을 때 화면 ECHO1에 12.3이 나왔을 경우 이 기능을 가지고 보정하여 12.5㎜에 맞춘 후 다른 재질의 두께측정을 행한다.E pageGAIN : A page 항과 동일RECALL : " Data - # "에 저장된 Data를 불러오기 위한 기능On/Off로 구성Data - # : -Data를 저장하기 위한 Data Bank (1 - 20)-1에 저장된 Data는 1에 놓고 Recall을 on하면 1에 저장된 Data를 불러올 수 있다.-2에 저장된 Data는 위와 마찬가지로 과정을 되풀이함으로써 불러올 수 있다.-지우는 것은 안되고 덮어씌우는 것은 가Horn 사용시 “Sound”를 주게 하는 기능,- - coi : + coi 와 반대의 기능- Off : Gate를 사용하지 않는 경우, 즉 CRT에 Gate가 나타나지 않음.DSPLAY : - CRT상에 나타나는 에코의 형태 지정가능.-종류 : RF, Full, Pos, Half Wave, Neg, Half Wave.FOCUS : CRT 상의 에코의 촛점조절 기능(0-255)b pageVELI : 단위 m/sec(종파)VEL2 : 단위 m/sec(횡파), 이 mode에서 종,횡파의 속도를 교정시켜 놓으면 대문자 page를 사용시 이 mode에서 교정한 값으로 종,횡파의 속도를 교정한다.dB-ST : -operator가 원하는 값으로 GAIN의 dB값을 조정.-00 GAIN에서 00부위 값을 지정하며, 여기서 지정된 값에 따라 ?혹은?를 누르면 이 값에 따라 dB값이 올라간다. - ex) 00의 값을 5로 정한다면 dB값이 5씩 올라간다. 즉 24dB라면 29, 34 와 같은 식으로 올라간다.- 조절범위 : 6.5 - 24dB 즉 00값을 6.5에서 24까지 조절할 수 있다.- 조절step : 0.5 dB 즉 00값을 0.5씩 조절할 수 있다. 위의 예와 같은 5는 0.5씩 높임으로써 10을 만들 수 있다. 즉 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, ..., 9.5, 10PRF : -Pulse 반복주기-장비에서 pulse를 반복하는 주기-step : High : 100%, Med : 50%, Low : 25%주로 Med를 쓴다.-결함으로 잘못 판단될 수 있는 유령에코가 발생할 가능성이 있을 때 PRF는 낮게 설정하는 것이 좋다.c pageDIALOG : - LCD-Display의 표기 문자의 지정기능.- English, German, French, Italian, Spanish, Symbol로 구성,㎜ / ＂ : - 이 장비에서는 ㎜와 inch중 선택해서 사용할 수 있다.- 측정단위를 변경하면 현재 설정된 모든 값은 사라지고 저장된 값 역시 지워진다.TES송된다.

공학/기술| 2006.10.19| 14페이지| 1,000원| 조회(1,715)

재료, 초음파, 비파괴검사, UT, 초음파탐상법

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[공학]인장시험 보고서 평가B괜찮아요

Ⅰ. 제 목인장시험Ⅱ. 실험목적인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험 중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험편을 축 방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다.인장시험에서 얻은 정보를 바탕으로 재료가 규격에 합당한가를 판단하는 기초자료, 여타 다른 소재로의 대체가능성 검토, 생산품의 품질관리용 재료, 신소재 개발의 기초재료 등으로 사용된다.재료가 1축 인장하중을 받을 때 하중과 연신(elongation)사이의 관계로부터 인장강도(tensile strength), 항복점(yielding point), 연신율, 흡수에너지 등 기계적 성질을 실험에 의해서 측정하고 시험기의 구조, 기능 및 조작법을 습득한다. 인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험 중에서 가장 기본적인 시험으로 , 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험편을 축 방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성 재료가 다르며, 연성 재료에서는 인장강도, 항복점, 연신율, 및 단면 수축율이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다. 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 그 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 진파단력과 POISSON비등도 포함된다.또 인장시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도값으로 , NOTCH나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장시험의 결과를 고려하여 대략 추정된다.그리고 압축하중이나 반복하중에 의한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다.즉 시험기를 사용하여 시험편을 서서히 인장하여 항복점, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축율 등을 측정하는데 목적이 있다. 재료의 인장에서 강성적 성질, 소성변형저항 및 파단 강도를 측정하는 것을 주목적으로{작업 부문조정 부문A :고장시험 공간K :속도 조절기B :압축, 굽힘, 좌굴 등 시험 공간L :하중제거, 정지 하중증가, 수동조절기C :아래 운동대(테이블)M :감도 변화 조절기D :중간 운동대(테이블)N :하중 지침판E :운동대(테이블) 구동 모터O :신연 기록기F :위 운동대P :펌프 구동-정지 스위치G :운동대 전기 조정 치Q :눈금 구분 조절기H :척 고정 스위치R :하중 증가 - 하중 제거I :램S :하중 선정기J :하중 조절기2 마이크로 메터3 버니어스 캘리퍼스4 금긋기용 펜5 시편재료{{{{{{{{{{{인장 시편의 대표적인 것은 [그림2]와 같고, 시험기에 고정되는 시험편 근처에 응력 집중이 발생하며 단순한 인장에 의한 변형과는 다른 현상을 나타내므로 끝부분을 굵게 하여 측정하려는 부분에만 단순인장에 의한 변형이 생기도록 한다. 측정 부분의 단면적은 일정하게 절삭하고 이 부분에서 연신을 측정하는 기준 길이를 설정하며, 이것을 표점거리라 한다.{[그림2] 사용시편(탄소강, Al합금, 알루미늄){[그림] 3 표준 시편Ⅳ 실험방법1 황동과 탄소강, 알루미늄 시편을 준비한다.2 시편의 중각 넥(neck)부분에 우리가 임의로 위치를 정하여 길이를 버니어캘리퍼스로 잰다. 넥 부분의 두께와 너비의 길이도 같이 잰다.3 예비용으로 넥과 손잡이 같은 부분이 이어지는 부분의 길이도 재어둔다.4 그리고 나서 시편을 인장 시험기에 건다. 이 때 양 시편의 끝이 비슷하게 잡히도록 한다. 그래야 같은 힘이 양쪽에서 잡아당기는 힘이 들어가기 때문이다.5 시편이 기울어질 경우 파단면이 비스듬하게 나올수 있으므로 시편의 기울기를 본다6 시편이 잘 잡혔는지 기계를 작동해본다. 하중이 제대로 들어가고 있으면 수치가 다 같이 올라갈 것이고 제대로 잡히지 않고 시편이 빠지고 있다면 Position의 수치만 올라갈 것이다. 이럴 경우 하중을 그만 주고 다시 시편을 꼭 잡도록 한다.7 시편이 끊어지면 프린터를 하는데 프린터가 다 되기 전까지 시험기를 건들지 않도록 한다. 시험기를 건들이로 0.2% 의 영구변형이 생기는 응력을 항복점 또는 내력으로 규정하고 있다. 그러므로 응 력-연율곡선상에서 항복점은 0.2%의 스트레인이 생기는 점에서 직선부에 평행선 을 긋고, 곡선과의 교점을 내력이라고 한다.탄소강의 탄성계수(Young's modulus) E는 20000∼22000㎏／㎟, 강성율(shear modulus) G는 7700∼8450㎏／㎟, Poisson의 비 ν는 0.28로서 이들 상수들은 탄 소량에 관계없이 거의 일정하다. 그러나 아래 그림에서 보는 바와 같이 다른 기계 적 성질들은 탄소량에 따라서 직선적으로 변화되는데, 아공석강에서의 인장강도, 경도 및 항복점 등은 탄소량에 따라 증가되고, 연신율 및 단면감소율은 탄소량에 따라 감소한다.{[그림4] 탄소강의 기계적 성질 및 조직의 관계2) 내력 (Yield Strength)인장시험때 규정된 영구변형을 일으킬 때에만 하중을 평행부의 원단면 적으로 나눈 값을 항복값이라 하나 연강처럼 항복 현상이 뚜렷하게 나타나는 것 이외의 재료에는 항복값 대신 0.2%의 영구 변형을 일으키는 응력을 내력으로 규정한다.{sig ma_y = P_y over A_0또한, 인장 시편이 견디는 최대하중을 인장하중이라 한다.3) 연신률 (Elongation Percentage)인장시험시 시험편이 파괴되기 직전에 있어 표점거리를 측정하고, 늘어난 후의 길이를 L'(mm)와 처음 표점거리 L(mm)와의 차를 처음의 표점거리 L로 나눈값을 백분율(%)로 나타낸 것을 말한다.{epsilon = L'- L over L times 100 (%)4) 단면 수축률 (Reduction of area)인장시험시 시험편의 파괴 직전에 최소 단면적 A 와 원단면적 {{ A}_{0 }와의 차를 원단면적 {{ A}_{0 }에 대한 백분율로 나타낸 것을 단면 수축률이라 한다.{Phi = A_0 - A over A_0 times 100(%)5) 인장 강도ASTM, DIN,JIS 등에서 시편에 가햐여진 최대하중을 원단면적으로 나눈 값으로 규정되어 있er x(3) stress and strain 분류Engineering(nominal) stress : {S= P over Aotrue stress : {= P over AEngineering(normal) strain : {e= {l-lo} over lo = LEFT ( l over lo RIGHT ) -1(4) Hook's Lawhomogeneous linear-elastic isotopic material 에 대해{=Eε(5) Genearalized Hook's Law (stress 와 strain 의 관계){{ ε}_{ x} = 1 over E ( { σ}_{ x}- { νσ}_{ y} ) , { ε}_{ y} = 1 over E ( { σ}_{ y}- { νσ}_{x} )whereν : Possion's ratioE : module of elasticty(6) material 의 가정·재료의 동질성과 등방성모든 고체는 원자들의 배열에서 어떤 규칙성을 가진다. 예로써 금속들은 규칙 결정 격자로 원자들이 배열되어 있고, 플라스틱은 긴고리 분자로 되어있다. 많은 재료들에서 이 구조 요소들은 임의로 배열되어 있고 한 입방정 안에 모든 좌표축의 방향들에 대해 같을 것이다. isotropic material은 재료의 성질이 위치에 독립적인 것을 말한다.{ [그림5]응력-변형(stress-strain)곡선[그림5]에 있어 곡선상의 OA는 직선으로 표시되어 있으므로 외부에 걸리는 하중과 재료의 연신이 비례하고 있는데 이 A점의 하중 WA를 시험편의 원단면적 A0로 나눈 값을 비례한도(Proportional limit)라고 한다. 또 OA구간을 넘어서 다시 하중을 증가시키면 연신량은 증가하는데, OB구간의 연신은 탄성적인 연신이므로 하중을 제거하면 길이도 처음 상태로 되돌아간다. 이와 같이 하중을 제거 시 처음 상태로 되돌아가는 한계 하중 WB를 시험편의 원단면적으로 나눈 값을 탄성한도(Elastic limit)라고 한다. 일반적으로 탄성한도와 비례한도는 서로 가까운 값이 된다.[그림5]에서 G점이 E점보다 하중이 감소되어 있는 것은 단면적의 감소로 인한 것이며, 참된 단위 면적당으로 생각하면 F'G'곡선과 같이 증가한다. 항복점이 분명하지 않은 재료에서는 항복점 대신 0.2% 의 영구 변형이 생기는 응력을 내력으로 정하여 응력-변형 곡선 위에서 0.2% 변형(Strain)이 생기는 점에서 직선부와 평행선을 긋고 곡선과 만나는 곳을 항복점이라 한다.{stress= 하중 over 단 면적 (kg_f / mm^2 ){strain= 표점간연신 거리over표점간거리{탄성계수 E= sigma over epsilon = 하중/단면적 over 늘어난길이/원 길이7) 하중 - 연신율 선도(load - elongation diagram)이론과 실제는 흔히들 다르다고 한다. [그림5]이나 [그림6]에는 항복점이 확연하게 나타나 있지만 실제 시험에서는 시험기가 안 좋아서인지 재료가 불균일 해서인지 항복점이 확실하게는 나타나지 않는다.{[그림 6] 응력-변형률 곡선시험을 정확하게 하기 위해서는 시편의 표면을 정밀하게 가공하여야 한다. 왜냐하면 응력 집중을 방지하기 위해서이다P = proportional limitE = elastic limitYU = upper yield pointYL = lower yield pointM = maximum pointF = failure일명 응력-연율 곡선이라고 부른다. 연강으로 된 시편을 인장시험기에 고정하고,하중 발생 장치로 하중을 가하면, 축 방향에는 외력에 비례되는 신연(伸延)이생기고, 이와 직각 방향에는 수축이 생기면서 횡단면적이 변한다. 시험 초기에는하중의 증가에 비로여 신연의 증가가 생겨 [그림6]에 표시된 바와 같이 직선 부분이 생기게 되면서 탄성 한계(limit of elasticity) E에 이르게 된다. 이 탄성 한계내에서 하중을 제거하면 신연은 대략 0(zero)가 되어 원상으로 복귀된다. 이 성질을 탄성(彈性, elasticity)이라고 한다.[그림6]에서 OP는 직선 부분으로 이 P를 .77

공학/기술| 2006.10.19| 15페이지| 1,000원| 조회(814)

인장시험, 재료, 시험, 하중, 기초자료

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[공학]압축시험 보고서

Ⅰ. 제 목: 압축 시험Ⅱ. 목 적재료 시험의 목적은 그 재료가 사용 목적과 조건에 적당한가를 시험하고 또한 안전한 하중의 한계와 재료의 변형능력을 시험하는데 있다. 보통 재료시험(materials testing)이라고 하는 것은 넓은 의미에서 생각할 때 기계적, 물리적, 화학적 성질등을 시험하는 것이다. 그러나 좁은 의미로는 재료의 기계적 성질(Mechanical properties)을 시험하는 것을 의미한다.재료의 기계적인 성질에는 탄성(彈性), 최대강도(最大强度), 변형률(strain), 탄성계수(彈性係數), 포와슨 비(Poisson's ratio), 경도(硬度), 인성(靭性), 피로강도(疲勞强度), 연성(延性), 크리프(Creep)등이 있다. 이와 같은 성질에 대한 외력으론 인장, 압축, 전단, 굽힘, 비틀림 등이 있는데 이러한 외력의 종류에 따라 재료의 기계적 성질이 다르므로 목적에 따라 각종 외력을 사용하여 시험하고 그 값을 결정해야 한다. 이것이 재료 시험의 목적이다.재료에 응력을 가하였을 때 변형이나 파단강도를 구하기 위하여 압축시험을 (compression test)행한다.가령 연성이 풍부한 재료의 소성가공의 판정이나 주철 베어링 합금 콘크리트와 같은 여린 재료의 파단강도의 판정에 공업적으로 사용된다.연성이 있는 재료에서는 하중축에 45를 이루는 면에 압축의 경우도 인장의 경우와 마찬가지로 최대전단응력이 생기고 이로 인하여 미끄럼변형이 생긴다.따라서 압축항복응력은 동일재료의 인장항복응력과 거의 같고 강성계수도 거의 같다.단 이들의 관계는 등방성재료로 간주될 때이며 특별히 이방성재료나 바우거지효과가 인정되는 재료에서는 인장과 압축에서 항복점 이 다르다.응력축에 45의 면상에 전단응력의 크기는 인장 혹은 압축응력의 1/2이다.이 면상에 걸리는 수직응력은 인장부하의 경우는 인장력이며 압축부하의 경우는 압축력이다.이론계산에 의하면 금속결정에서 전단항복응력 Tth는 그림 에서 보여주는 바와 같이 전단면에 걸리는 수직인장응력 n이 커질수록 감소하지만 이것기는 시편의 크기에 따라 용량을 조절 할 수 있도록 동력계의 중추가 준비되어 있다. 만약 10t의 용량 을 갖는 시험기라면 5t, 2t, 1t,등의 용량으로 조절하여 시험 할 수 있다. 유압식은 조작이 빠르고 간편하여 널리 사용되고 최근에 이것들보다 훨씬 성능이 뛰어난 것들이 생산되고 있다. 예를 들어 Schopper식 인장시험기로 하중은 수동 또는 1/4 HP전동기가 공급되며 주요 용도는 판금, 섬유, 목재, 피혁, 플라스틱등에 사용되며 재질에 따라 시편 고정 에 사용하는 특수 척이 필요하다. 압축력과 연신이 자동적으로 기록 장치에 지시된다. 또한 시험 후 귀환 운동이 빠르므로 빠른 시험을 할 수 있는 장점이 있으며, 2중 하중 눈금으로 되어 있어 비교적 정확하다.{[그림2] 만능 인장압축 시험기1) DTU-900MHB SeriesDTU-900MH 만능재료시험기는 AC Servo Motor 구동방식으로 금속 , 비금속, 콘크리트, 섬유, 스프링, 고무, 프라스틱등 모든재료의 인장, 굴곡, 영구변형, 에너지흡수 접착력등 각종 시험을 행할 수 있는 다용도의 재료시험기로서 Computer Programing에 의하여 입력과 출력을 제어할 수있는 첨단 재료시험기이다.2) DTU-900 MLCD SeriesDTU-900MLCD 만능재료시험기는 AC Servo Motor 구동방식으로 금속 , 비금속, 고분자(플라스틱 고무)등 모든 재료의 인장, 압축, 굴곡시험등을 행할 수 있으며, 시료에 따른 치구를 부착하여 다방면의 시험을 행할 수 있을 뿐만 아니라,기존의 컴퓨터식과는 달리 키보드를 치지 않아도 인체의 손가락이나 고형물(볼펜등)로 화면에 직접 터치하여 모든 동작을 작동시킬 수 있는 액정터치 스크린 방식을 채용하였으며 ,시험자의 편의에 맞게 상하좌우로 스크린을 이동하면서 시험자의 신장에 맞게 조정할 수 있는 인체공학적 배려를 하였고, 설치장소의 협소로 컴퓨터를 별도로 구매하지 않아도 자료의 저장(20개 저장) 및 출력을 시킬 수 있는 모델과(DTU-900MLCD-A),os^2 θ + {1} over {2}σsin2θ~=~σ({sin2θ} over {2} - μcos^2 θ)---------- af이 최대가 되는 되는 경사 단면에서 파괴가 이루어지므로{{df} over {dθ}~=~σ_x (cos2θ + μsin2θ) ~=~0{μ~=~ {-cos2θ} over {sin2θ}~=~-cot2θ~=~- {1} over {tanθ}~=~tan(2θ-{pi} over {2}}){μ~=~tanρ이면 {ρ~=~2θ-{pi} over {2}이 되고결국 {θ~=~{pi} over {4} - {ρ} over {2}가 된다.θ는 실험에 의해서 쉽게 구할 수 있으므로 μ와 ρ는 쉽게 결정이 된다.μ와 θ를 a식에 대입하면 f를 구할 수 있다.(주철의 경우 θ=55°, ρ=20° μ=tan20=0.364 따라서 f=0.35σ 또는 σ=2.86f가 된다. 반면 최대전단응력은 {τ_max ~=~0.47σ즉 전단강도 f는 압축강도의 0.5가 아니고 35%정도이다.)응력선에 45o의 면상에 전단응력의 크기는 인장 혹은 압축응력의 1/2이다. 이 면상에 걸리는 수직응력은 인장부하의 경우는 인장력이며 압축부하의 경우는 압축력이다. 이론계산에 의하면 금속결정에서 전단항복응력 {T_th는 [그림3]에서 보여주는 바와 같이 전단면에 걸리는 수직인장응력 {_n이 커질수록 감소하지만 이것은 다축응력 하에서의 변형의 경우에 고려하여야 할 일이다. 파괴의 경우에는 인장력은 크랙(crack)을 확대하고 압축력은 크랙을 짓누르는 작용을 하므로 여린 재료에서는 인장파괴응력에 비해서 압축파괴응력이 크다. 그러므로 담금질한 강 등 매우 여린 재료의 항복점을 구하면 인장시편보다는 압축시편을 하는 것이 바람직하다. 연성이 풍부한 재료에서는 하중의 증가에 따라서 단면적이 증대한다. 그러므로 파단시키기가 어려워진다.[그림4]에 압축에 의한 변형상황을 나타낸다. 단면은 가압판의 마찰력 때문에 변형이 구속되고 시편상 각 부분의 변형량이 불균일하게 된다. 그러므로 진응력을 구하기가 어렵다. over L----------------------(8)변형율속도 민감도{m=[{{∂lnσ} over {∂ln dot ε}}]_ε,T{=DOT ε OVER σ [ {∂σ OVER {∂ DOT ε}}]_ε,T{={{Δlogσ }over {Δlog dot ε}}{= {log σ_2 -logσ_1} over {log dotε_2 - log dot ε_1}{= { log( σ_2 over σ_1 )} over { log ( dot ε_2 over dot ε_1 ) }----------------------(9)대부분의 재료에서 나타나는 하중-변위곡선에서 항복점은 명확히 나타나지 않고 [그림5]와 같은 곡선을 그린다. 이 경우에는 0.2% offset 압축 항복강도라 하여 0.2% 변형율에서 탄성 영역에서의 기울기에 평행선을 그어 항복 강도를 구한다.압축항복강도{rm _y,0.2 = F_0.2 over A-----------------------(10)압축시험을 통해 회전 반경을 구할 수 있다.{ ) Annual Book of ASTM Standards, Section 3, Vol 03.01, E 9, 1994, pp 101{= sqrt { I over A }-----------------------(11){: 관성반경{I: 중심축에 대한 단면적의 관성모멘트{A: 단면적또한 좌굴(Buckling)방정식을 통해 임계좌굴응력을 구할 수 있다.i) 좌굴응력이 재료에 비례한도보다 작거나 같을 때 그 값은 Euler방정식에 의해 다음과 같이 계산되어질 수 있다.{S_Cr = {C pi^2 E} over { ( L over )^2}-----------------------(12)ii) 좌굴응력이 재료의 비례한도 보다 클 때 그 값은 수정된 Euler방정식에 의해구할 수 있다.{[그림5] 하중-변위곡선(6061Al){[그림6] 시편고정상태과 좌굴변형 형태{S_Cr = {C pi^2 E_I } over { ( L over )^2}-----------------------(13){S 받는 상태에서 수행되므로 압축력에 대한 물성값을 측정하여야 한다. 그리하여 압축에 의한 압축강도, 비례한도, 항복점, 탄성계수 등을 결정한다.취성재료에서는 문제가 없으나 연성재료에서는 파괴를 일으키지 않으므로 압축강도를 구하기가 힘들다.편의상 어떤 점을 파괴되는 점(균열이 발생하는 응력)이라 정의하여 그 점에서의 응력을 압축강도로 사용한다. ASTM에서는 압축 파괴되지 않는 재료에 대해서 그 금속이 완전 파손을 표시한다고 볼 수 있는 정도까지의 변형에 대한 값을 적당히 사용하기로 되어 있다. 하지만 좌굴(bucking), 바렐링(barreling), 편심의 우려가 있으므로 주의를 기한다.압축강도는 취성재료를 시험하였을 때 잘 나타난다. 그러나 연성재료에서는 파괴를 일으키지 않으므로 압축강도를 결정하기 곤란하다.그러므로 편의 상 시편에 주편이 생길 때 ,즉, 균열이 발생하는 응력으로써 압축강도를 취급하는 예도 있다.압축시험은 주로 내압에 사용되는 재료를 사용한다. 예를 들면 주철, 베어링 합금(BEARING METAL),연화, 콘크리트, 목재, 타일, 플라스틱, 경질고무에 사용된다.압축시험은 여러 가지 점에서 인장시험과 유사한 점이 많다. 압축시험에 필요한 시험편의 길이와 단면적과의 비는 시험결과에 중요한 영향을 미치게 된다. 단면적에 비교하여 길이가 지나치게 길면 가한 하중이 재료를 압축하는 힘이 되지 않고 재료를 굽히기 때문에 파괴되는 결과를 초래하고 이와 반대로 너무 짧을 때에는 실제 압축력이 표시되지 않는다. 그러므로 실용적인 길이로써 비교적 취성이 있는 재료에는 직경의 1-1.5 배로 한다.압축시험을 하여 그 재료의 탄성한계, 비례한계, 항복점등에 의한 곡선을 그려보면 인장시험의 경우와는 곡선의 기울기가 일반으로 차이가 있다. 비교적 취성이 큰 재료는 항복점 이상의 하중을 가하면 파괴된다. 이 때에 하중에 상당하는 내력을 압축력이라 한다. 인성이 크면 재료를 아무리 압축하여도 파괴되지 않으므로 압축력의 결정은 어렵다.이와 같은 재질의 항복점은 압축력으

공학/기술| 2006.10.19| 19페이지| 1,000원| 조회(1,026)

재료, 응력, 압축, 인장, 연성

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[공학]마모시험 보고서

Ⅰ. 제 목- 마모시험(磨耗試驗)(=마멸시험)Ⅱ. 목 적마모시험은 압력을 받아서 접촉하는 2물체가 상대운동을 함으로써 일어나는 재료의 일탈, 손상현상을 마모라고 한다. 마모량이 한계를 넘으면, 그 기계는 사용에 견디지 못하기 때문에 마모는 기계의 수명을 결정하는 가장 중요한 인자의 하나이다.기계 부품의 파괴 원인이 마멸에 의한 때가 상당히 많아서 재료의 마멸에 대한 저항이나 마멸의 기구, 마찰 계수 비마멸량 등을 알기 위해서 마멸 시험이 실시된다.이러한 마모현상은 각종 기계적 및 차량 운전시 주로 발생하는데 그 마찰 형식에 따라 미끄럼 마모(sliding wear), 회전 마모(Rotary Wear) 및 왕복 미끄럼 마모(Reciprocal Sliding Wear)등이 있으며 수재의 부식(腐蝕)과 함께 기계의 노후화를 주도하고 있다.상기 방식중 미끄럼 마모(Sliding Wear)형식에 의한 최신형 마찰-마모(Friction-Wear) 시험기를 사용 금속 대 금속, 금속대 비금속간의 마모현상을 시험하여 그 시험재료의 마모 특성을 규명할 수 있는 실험이다.기계적 접촉에 의한 접촉부분은 필히 마모마찰이 일어나 기계의 효율. 정밀도 및 수평에 영향을 주게 되어 고경도, 고강도인 세라믹 재료를 기계부품에 이용하고 있다. 이러한 세라믹 재료의 마모마찰 특성평가가 특별히 주요하게 되었다. 따라서 구조 세라믹의 내마모 특성을 측정한다.압력을 받아 접촉하는 2물체가 상대운동을 함으로써 일어나는 재료의 일탈, 손상현상을 마모라고 한다. 마모량이 어느 한계를 넘으면, 그 기계는 사용에 견디지 못하기 때문에 마모는 기계의 수명을 결정하는 가장 중요한 인자의 하나이다.마모에는 두 물체가 서로 미끄럼 운동을 함으로써 일어나는 이른바 미끄럼 마모외에 롤링운동, 충돌운동 등에 의한 경우도 있다. 후자에는 피로 파단기구가 강하게 작용하므로 피로 시험의 항에서 취급하였다. 이 장에서는 주로 미끄럼 마모에 대해서 설명한다. 2개 이상의 물체가 접촉하고 있는 상태에서 상대운동을 하게되면 접촉면변환 lever를 소정의 회전속도 축으로 한다. ("Low" or "High")4) 검출기 교정 Knob를 움직여 마찰력 검출기를 소정의 위치로 설정한다.5) Torque arm이 마찰력 검출기의 head에 완전히 접촉되도록 한다.6) 소정의 주 속도에서 주 속도계를 보면서 Speed volume의 knob를 회전시킨다.7) 가압력의 지시는 기록계에 의하고 Timmer는 측정시간에 맞추어 timmer S/W를 "ON" 으로 하면 시한 운전된 후 "OFF"된다.8) 측정이 끝나면 minimum하중 및 maximum하중에 의한 Average값을 구하고마찰계수를 계산한다.9) 측정 후 전원은 Recorder → 계기 S/W → 배전반 S/W의 순서로 Turn OFF시 킨다.② 시 편(황동, 알루미늄, 철)[그림3] 영목식 마모시험기의 원리Ⅳ. 이론적 배경[그림2] 처녀면마모의 방법2개 이상의 물체가 접촉하면서 상대운동을 할 때, 그 면이 감소되는 현상을 마모(磨耗, wear) 또는 마멸(磨滅)이라고 부른다. 마모에 대한 당도를 내마모성이라고도 하며, 이것을 접촉하는 상대방의 재질 및 표면 상태 등에 따라 영향을 받는다.기계부분이 회전마찰(回傳摩擦) 또는 슬라이등 마찰(sliding wear)을 할 때에는 상대적으로 마찰이 생기는데, 직접 마찰이 생기는 경우는 적고 기름(oil), 모래, 산화물들이 그 사이에 개재(介在)하는 일이 많다. 그러므로 시험 조건을 확실하게 정하는 것이 필요하다.예를 들면 기차의 레일(rail)과 타이어(tire)의 마모는 기계적 강도에만 영향을 받고, 분쇄기(粉碎機)의 마모는 충격치로 결정되며, 연마(硏磨)는 융해점(融解點)으로 결정된다. 마모의 본질은 복잡하나 직접 영향을 주는 가장 중요한 조건을 대상으로 시험하는 것이 필요하다.마모에 대한 연구들이 많으나 시험 결과에는 많은 차이가 있다. 그리고, 기름을 사용하였을 때 기름의 종류와 성질에 관계가 크고, 또한 시험편의 재질 및 조직의 영향도 크다. 열의 전도(傳道), 전기저항 등의 물리을 할 때 마찰에 의해 발생하는 열화기구를 마모라고 한다. 마모는 화학적 상호작용보다는 기계적인 상호작용의 결과로 재료 표면이 제거되는 현상이라고 정의 할 수 있다. 마찰, 마모, 그리고 윤활에 대하여 연구하는 분야를 트라이볼로지라고 한다. 윤활은 마모를 감소시키는 가장 기본적인 방법 중의 하나이다.부식이나 산화의 경우에서와 같이 마모의 원인과 기구를 이해하면, 설계개선을 통해 열화를 감소시킬 수 있고 또한 마모기구를 공정에 응용할 수도 있다. 예를 들어. 베어링, 캠, 기아 등의 응용분야에서는 마찰과 마모를 최소화하여야 하나. 연마나 정마와 같은 작업에서는 최대화하여야 한다. 강선이나 나일론 섬유로 로프를 제작할 때 인장응력을 마찰에 의해 전달하여 선들 사이의 상호작용을 극대화할 수 있도록 선을 비틀어 꼬아준다.미끄럼 마찰이 일어나면 열이 발생하고, 따라서 온도가 상승한다. 이 온도 상승은 하나 또는 두 고체 표면모두에서 풀림효과, 결정립의 조대화, 국부적 용융에 의한 미세조직의 변화를 일으키거나. 또는 단순히 반응속도를 증가시켜, 마모속도에 영향을 미친다. 따라서 앞서의 많은 경우에서와 같이 온도는 마모속도을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.일반적인 마모기구들을 아래에 설명한다.① 응착 마모응착마모는 표면의 돌출부들이 응착결합된 상태에서 마찰력이 작용하면, 원래 접촉면 혹은 이보다 위나 아래쪽을 따라 파단이 일어나게 된다. 이때의 파단 경로는 접착부의 응착결합강도와 두 접촉물체들 중 약한 재질의 결합강도 사이의 크기에 따라 결정된다. 이러한 기구에 마멸입자가 잘려 나가서 상대 표면에 응착되는 현상을 응착마모라 한다.두 미끄럼 접촉면 사이의 어떤 접합부가 마모입자를 생성할 확률을 근거로 하여, 응착마모량을 예측하기 위하여 제안된 식은 다음과 같다.V = k(WL/3P)여기서, V 는 마모체적, k는 마모계수, L은 이동거리, W는 수직하중의 크기, P는 연한 재료의 압입경도이다.진실 접촉부분이 고압을 받아 변형하고, 청정표면이 나타나 양물체간에 확산, 용융이합재료는 이상적인 후보자이다. 이 예로서 청동베어링과 열린 네트워크 구조의 기공이 존재하는 소결구리에 폴리테트라플루오으에티렌을 침투시킨 고분자함침 기공성 베어링이 있다.② 연삭마모(휘면마모)연삭마모은 경하고 거친 표면 혹은 경한 돌출부가 있는 표면과 이보다 연한 표면이 서로 미끄럼운동을 할 때 발생한다. 이러한 형태의 마멸기구는 마치 연삭기구와 같이 미소한 칩을 생성하며, 결과적으로 연한 재질의 표면에 홈이나 긁힘 자국을 남긴다. 연삭마모에 대한 저항성은 재료의 경도에 선형적으로 비례하고 있다. 따라서 재료의 경도를 증가시키거나, 수직하중을 감소시킴에 의해 연삭마모를 줄일 수 있다.◎ 연삭마모의 형태ⅰ) 두 물체 사이의 마모 --> 근원적으로 침식마모로 주로 유체나 공기와 함께 분사되는 연삭입자의 침식작용에 의해 표면의 마모를 유발시킨다.ⅱ) 세 물체 사이의 마모--> 세 물체 사이의 마모는 금속가공 공정에서 중요하며, 공작물과 다이 사이의 윤활제에 포함된 마모입자에 의해 연삭마모가 유발된다.면적 골의 투영 단면적은 다음과 같다.A∝ σd2/HA : 골의 투영단면적d : 연삭입자의 평균직경σ: 단위 면적당 걸리는 하중H : 표면경도단위 면적당 N 개의 접촉이 있고 이에 따라 제거되는 체적을 모두 더하면, 단위면적당 마모되는 체적은 다음과 같다.V = KCLσ/HL : 연삭입자가 움직인 거리C : 골로 파인 부분이 제거될 비율K : 표면과 접촉하여 물질을 제거시키는 연삭입자의 비율(연삭입자의 평균 직경이나 단위면적당 걸리는 하중 σ와는 무관하다)위 식에서 연삭 마모의 간단한 모델은 표면으로부터 제거되는 마모량은 마찰거리, 단위 면적당 걸리는 하중에 비례하고, 재료의 표면경도에 반비례한다는 것, 그리고 연삭입자의 크기에는 무관하다는 것을 말해주고 있다.상대적으로 경한 입자나 미세 돌기와의 접촉에 의해 표면으로부터 마모입자가 일탈되는 현상으로 마모면에 긁힘자국이나 끝이 파인 홈들이 나타난다. 일반적으로 경도가 높은 재료가 연삭마모에 대한 저항성이 큰 것으로 알려져 연삭작용에 의해 부식층이 파괴되거나 제거되면, 새로운 부식층이 형성되기 시작하며, 이러한 부식층의 형성과 제거 과정은 계속 반복된다.산화마모는 온도와 주행속도의 함수이며 고속 활주 시에는 표면이 접촉부 사이에서 산화할 시간이 없으므로 산화물이 적고 저속 활주 시에는 산화할 시간이 있으므로 산화물이 많이 생긴다. 그러나 산화물 층이 형성되었으나 마모량이 감소되는 경우도 있으므로 산화물 층이 생겼다고 해서 반드시 마모량이 증가되었다고 할 수 없다.따라서 모재와 표면층의 경계부에서 파괴를 일으키고 이때 마모량은 접촉부 및 표면층 성장시간의 함수로써 다음 식과 같다.ΔV = Kf?Τ(APn/H)1/2ΔV : 마모량 (㎣)Kf : 형성된 산화물의 표면이탈 확률Τ : 표면층의 성장 속도(m/sec)A : 접촉면적Pn : 수직압력H : 경도부식 마모를 줄이기 위한 방한으로는 내식성이 큰 재료들을 사용하거나 주위의 환경을 조절하거나, 또는 화학반응속도를 낮출 수 있도록 작동온도를 저하시키는 방법 등이 있다.두 물체의 상대운동이 가스나 액체 등의 부식성 분위기 하에서 일어날 때 표면에서는 전기화학반응이 일어나 부식생성물들이 한쪽 또는 양쪽 표면에 생기게 되며 이러한 부식생성물들은 대개 표면과의 접착력이 좋지 않아 계속되는 상대운동에 의해 쉽게 제거되는 일연의 과정이 부식마모이다. 그러므로 부식마모에 있어서는 부식과 상대운동, 즉 마찰이 모두 작용하게 되며 부식이 마모의 주된 요인으로 작용하는 경우에는 여러 가지 마모기구들이 복잡하게 얽혀지게 된다.산화가 발생되는 경우에 부식에 의해 형성된 산화피막이 모재와의 접착력이 좋을 때에는 금속돌기들의 응착을 방해하여 마모를 방지하는 효과를 낼 수도 있다.마모시험의 초기상태는 접촉면의 접촉상태가 불안정하고 마모량이 일정하지 않다. 이것을 초기마모라고 한다. 그 후 정상적으로 마모가 진행하도록 된다. 이것을 정상 마모라고 하며, 보통 마모시험에서는 정상 마모속도를 측정한다.⑤ 박리마모박리마모는 연질의 재료상부에 경질재료가 활주할 때 반복되이다

공학/기술| 2006.10.19| 13페이지| 1,000원| 조회(729)

기계, 마모, 미끄럼, 마멸, Wear

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