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중앙대학교 기계 제조 실험 신뢰성 A+ 보고서 모음입니다.

1.제품의 제조에서 신뢰성의 관한 조사1)신뢰성의 정의신뢰성을 정의하는 방법에는 여러 가지 방법이 있다. "무언가가 목적을 시간에 대해 만족시킨다는 것"," 장치 또는 시스템이 설계 대로 작동하는 능력", " 장치 또는 시스템의 고장에 대한 저항성", "시스템 또는 부품의 능력으로 요구되는 기능을 명백히 규정된 조건 하에서 명세된 시간동안 제공하는 것", " 기능 단위가 요구된 기능을 명세된 시간 간격동안 수행할 확률", "무언가가 곱게 고장날 능력 (고장이 나더라도 참사를 일으키지 않는 것)"신뢰성 공학자들은 통계, 확률이론, 신뢰성 이론에 의존한다. 많은 공학 기술이 신뢰성 공학에 사용된다; 신뢰성 예측, Weibull 분석, 열 관리, 신뢰성 검사 및 수명 가속 시험 등. 신뢰성 기술의 다양성, 비용, 상황에 따라 요구되는 신뢰성의 수준 차이로 대부분의 프로젝트는 신뢰성 계획을 수립하여 신뢰성 업무를 특정 시스템에 실시한다.*신뢰성공학이란?신뢰성 공학의 기능은 제품의 신뢰성 요구사항을 개발하고, 적절한 신뢰성 프로그램을 수립하고, 적절한 분석과 업무를 수행하여 제품이 그 요구사항을 만족하는 것을 보증하는 것이다. 이러한 업무는 신뢰성 공학자가 진행하는데, 보통 공인된 공학 학위를 가지고 있고, 추가적인 신뢰성 고유의 교육과 훈련을 이수받는다. 신뢰성 공학은 정비성 공학, 물류 공학과 밀접히 관련되어 있다. 다른 분야의 다양한 문제, 예를 들어 안전 공학 또한 신뢰성 공학 기술로 접근할 수 있다. 이 기사는 가장 널리 사용되는 신뢰성 공학 업무의 일부에 대한 개관을 소개한다. 더 깊이 있게 다루는 문헌을 참고에서 찾아 보기 바란다. 다양한 공학 분야에서 신뢰성 공학자를 받아들이며 신뢰성 공학 도구와 방법론을 사용하고 있다. 예를 들자면 다음과 같다:시스템 공학자는 복잡한 시스템을 설계하며 신뢰도를 명세한다.기계공학자는 어떤 신뢰도를 가진 기계나 시스템을 설계할 수 있다.자동차공학자는 신뢰성 요구 조건을 가지고 있어서 자동차 또는 부품 설계에 적용한다.전기공 및 CAL/EC 기반 확충에 기여3)신뢰성 기술의 선진국 현황-미국 : 신뢰성기술은 2차대전 중 미군의 전투장비가 전투현장에서 고장이 잦아 이를 개선하기 위해 도입되어 군사 분야에서 발전하여 우주항공 분야등을 중심으로 정착하였다. 현재는 전산업 분야의 제품개발 및 품질향상을 위한 필수적인 수단으로 신뢰성평가기술이 활용되고 있다.-일본 : 신뢰성기술을 민수산업에 성공적으로 적용하여 높은 신뢰성 및 품질을 갖는 전자제품과 자동차의 생산에 기여. 정부 및 기업위탁으로 신뢰성시험 및 신뢰성 데이터 교환이 이루어 지고있고 제품의 사고/고장 사례등 신뢰성 안정성에 관한 D/B 구축진행이 잘 되어 있다..4) 신뢰성 사고의 필요성 및 중요성① 시스템이나 제품이 고도화하고 복잡화될 뿐만 아니라 대규모화로 고장이 발생하기 쉽게 되었다.② 시스템이나 제품에 가해지는 임무 혹은 기능이 고도화되어 인간생활과 밀착하게 됨으로써 일상생활이나 사회적으로 큰 영향을 갖게 되고 그의 고장이 커다란 손해와 직결되게 되었다.③ 시스템이나 제품의 기능상의 요구를 실현시키기 위해 옛날과 같이 안전계수를 필요이상으로 추산하는 설계를 허용치 않게 됨으로써 경제적으로나 기술적으로도 합리적인 신뢰성 기술이 필요하게 되었다. 예컨대 철저하게 안전을 고려한 결과 비행기가 무거워서 비행할 수 없게 되거나 너무나 고가인 부품을 사용한 TV는 수지가 맞지 않게 되었다.④ 기술개발의 속도가 빨라 신기술, 신재료 등의 출현으로 위험이 묵과되거나 미평가 분야가 확대되어 불신뢰 또는 불안전의 근원이 되고 있다. 이로 인해 가급적 시간에 쫓기지 않고 보증이 가능한 기술이 요구되고 있다는 점이다.⑤ 사물의 복잡화에 수반되어 조직도 복잡하게 되고 인간·기계계에 있어서 인간에게 가해지는 일이 과중해져서 인간의 실수가 고장이나 사고에 큰 요인이 되고 있는 점이다.⑥ 소비자주의(consumerism)의 대두에 의해 안전·공해 문제가 기업의 제품책임 (product liability, PL)을 가중하게 되고, 이에 대처하여 기술에- 사전 대책 (알기쉬운 행동으로 가능하게 한다) 「공통·개별·적합화」? 이상 검출 - 사후 대책 (일으킨 오류를 깨달을 수 있도록 한다)?영향 완화 - 사후 대책 (오류의 파급 영향을 줄인다)2.제품의 신뢰성을 위한 실험들1)Pull Test? 실험목적- 접합부의 신뢰성은 기계적, 화학적, 전기적인 다양한 시험을 바탕으로 평가된다. 접합부에는 다양한 종류의 응력이 발생되는데 이런 다양한 종류의 응력이 반복 누적됨으로써 결국에는 파괴가 발생한다. 패키지가 제대로 동작하기 위해서는 위에서 말한 신뢰성이 좋아야 하는데 우리가 한 시험은 기계적인 측면을 측정하였다. 기계적 신뢰성 평가 항목으로는 전단 강도 시험, 인장 강도 시험, 굽힘 시험, 충격 시험, 크립 시험, 열충격 시험 등이 있는데 이중에서 인장 강도 시험을 해보았다.? 실험방법실험재료 - 시편(QFP), 인장시험기아래 그림과 같이 인장시험기를 이용해 hook를 lead부분에 걸어주고 hook의 속도에 따라 그래프가 어떻게 나오는지 관찰한다. 우리가 사실상 우리가 직접하는 것은 hook를 lead에 걸 수 있도록 인장시험기만 조작하면 된다.? Sn-3Ag-0.5Cu 의 특징- Pb-Free Soldering을 하면 인두 팁 소모가 매우 빨라진다. 이는 주석이 철 도금을 침식하기 때문임이 명백해졌다. 특히 주석 납은 주석이 60%인데 반해, Pb-Free 납은 96.5%(Sn-3Ag-0.5Cu일 경우)의 주석을 포함하고 있다. 이에 따르면 철 도금 두께가 인두 팁 수명을 좌우하게 된다(사진2, 3참조). 모재를 둘러싸는 철 도금은 평균500㎛, 최대로는 700㎛에 달한다. 철도금만 두껍게 하는 기술, 그리고 그걸 가열하는 히터 구조가 어우러져 열효율은 좋고, 긴 수명을 가지는 납땜 인두가 된다.Sn-3Ag-0.5Cu합금의 인장강도는 25℃에서 약 40.5㎫, 연신율은 55%정도이다. 또한, 120℃에서의 인장강도는 21㎫, 연신율은 44%정도이다. Sn-3Ag합금에 Cu를 첨가하더라도 실온 강도의 향상은 적금속간 화합물이 두꺼워지면 열충격 시험에 의한 전단강도 값은 금속간 화합물의 두께에 따라 감소하는 경향을 보인다. 특히 금속간 화합물 층은 취약하므로 열충격 실험 시 접합부의 균열(Crack)발생부가 된다고 한다.?Aging 처리(=시효처리)가 실험에 미치는 영향- 세계적으로 무연솔더에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 결과 Sn이 주로 함유된 합금이 주요후보로 여겨지고 있다. 하지만, 신뢰성 실험에 대한 결과들이 부족한 상태이며, 심지어 그 결과들도 서로 많은 차이를 보여주고 있다. 또한 많은 연구가 크기가 큰 벌크(bulk) 재료에 대해 이루어졌으며, 실제 패키지에 쓰이는 접합 형태의 신뢰성 연구는 상당히 부족한 실정이다. 접합부의 경우 re-flow 시의 Under Bump Metallurgy(UBM)이나 표면처리가 솔더와 반응하여 IMC(InterMetalic Compounds)를 형성하고 이로 인해 솔더의 조성도 벌크재료와 다를 수 있으며, 벌크 재료에 비해 빠른 속도로 냉각돼 미세구조 또한 다르다. 따라서 벌크 소재에서 이루어진 신뢰성 실험에 기초하여 접합부에 사용되는 소재의 신뢰성을 평가하기에는 어려움이 있다.현재 사용되는 모든 전자제품의 회로기판 상의 조립은 상당수가 대부분 솔더링을 이용한 방법을 적용하고 있다. 그러나 전자업계에서 매년 하절기에 솔더링 불량이 다수 발생하고 있고, 이로 인하여 품질비용의 증가와 많은 어려움을 겪고 있다. 그 원인은 우리나라의 고온다습한 여름 기후로 인해 도금된 제품에 매년 “여름불량”이라 하는 솔더링 불량이 복합적 환경영향에 의해 반복적이고 집중적으로 발생하고 있다.전자부품의 단자나 리드선 등의 금속선에서 통상의 저장조건에 의한 열화는 부품의 솔더링 불량을 일으키는 경우가 적지 않다. 이러한 문제는 소지금속과 도금층의 접촉계면에서 발생하는 확산에 의해, 금속간화합물이 형성되기 때문이다. 외국 기업들의 경우 소지금속과 도금층의 종류 및 조건에 따라 계면에서 발생하는 확산에 대한 다양한 연구결과가 발표되고 있다 젖어드는 특성을 시간의 변화에 따른 젖음력의 그래프로 나타내며, 솔더의 젖음력과 젖음 시간을 정령적으로 측정하는 기본 물성 평가 방법이다.- 이러한 평가를 통하여, 솔더링시 부품에 대한 솔더의 젖음 수준이 예측 가능하기 때문에 솔더 접합부의 젖음성에 의한 불량을 사전에 방지 할 수 있다.? 실험 방법실험장치 Power on & Heat on ? 시편준비 ? stb 프로그램 실행 ? jig에 시편부착 ? flux 도포 ? 실험 장치에 jig 장착 ? 솔더 산화막 제거 ? bath up(1cm) ? sensor on ? bath up(2mm) ? start ? 완료후 sensor off ? bath down jig 탈착 ? data 화면 캡쳐 후 저장◆ 실험 장비 : 젖음성 시험기 (SAT-5100)◆ 실험 조건 : 용융된 SnPb(63-37)솔더에 측정대상 샘플(Tin-도금 리드와 Cu-리드)을 침적시켜 젖음성에 대한 물성치를 확인하고 이를 비교하여 평가한다. 측정횟수는 조건 시료당 2회씩 시험한다.3)Themal Shock Test // Molding? 실험목적- Solder 접합부는 이종재료로 구성되어 있어 열팽창계수의 차이에 의한 응력이 발생하여 응력집중 현상으로 인한 파괴가 발생.(환경적인 온도변화나 전자회로의 발열, 냉각의 반복으로 인해, Solder 접합부에응력이 집중되어 발생)→ 인위적인 급격한 온도 변화 환경을 구현하여 Package의 열충격에 의한 열 피로 특성을 측정→ Thermal Shock Test 실시.?실험방법- 장비 : ESPEC TSE-11-A- 순서시료를 Tester에 넣는다 ? JEDEC JESD22-A106 Specs 중 택일 ? Thermal Shock Chamber setting ? Multimeter를 연결한다 ? 시료의 저항값을 Multimeter로 측정? Fatigue Failure- 3가지의 형상을 나타낸다 : Crack의 발생, crack의 성장, 최종파단 부분- Crack의 발생① 반복된 응력으로 인해 접합부의

공학/기술| 2014.03.30| 12페이지| 1,500원| 조회(271)

신뢰성, 중앙대, 기계제조실험

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금오공대 일반물리학 실험 A+ 보고서 모음입니다 평가B괜찮아요

1. 실험목적: 소리굽쇠나 음파발생기에서 발생된 특정 진동수의 음파로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.2. 이론: 진동수ƒ인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 λ라 하고, 이파동이 공기 중에서 전파되는 속도를 ν라 할 때 다음 관계식이 만족된다. <중 략>1) 기주공명장치에 물을 채운다.2) 실험실의 온도 t를 측정한다.(측정값:20℃)3) 소리굽쇠를 진동시킨 후 유리관입구에 가깝게 붙인다. 물통을 위 아래로 움직여 물 높이를 변화시키면서 소리가 갑자기 커지는 공명현상을 확인한다.

자연과학| 2014.03.30| 3페이지| 3,500원| 조회(2,336)

금오공대, 물리학 실험, 일반물리학, 물실, 일반물리학 실험

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아주대 분야별실험 기계설계실험 초음파 탐상 검사

- 결과 보고서 -실험 제목: 초음파의 전파 속도및 길이 측정과목명 : 기계 설계 분야 실험제출일: 2013년 10월 15일실험일자: 2013년 10월 29일실 험 조 명 :책임 수행자 :공동 수행자 :아주대학교 기계공학부- 목 차 -1. 실험 목적초음파 탐상 기기의 간단한 조작과 검사 원리, 그리고 검사 방법에 대해서 이해하고, 익히는 것을 목적으로 한다. 그리고 초음파에 대해서 알아보고, 초음파의 특징에 대해서도 알아본다.2. 실험 이론1) 비파괴 검사① 비파괴 검사 정의육안검사로 검출이 불가능한 균열이나 내부의 결함 또는 미세한 표면결함을 재료나 설비를 파괴하지 않고 조사하는 검사.② 비파괴검사의 종류○ 방사선투과검사(Radiographic Test)○ 초음파탐상검사(Ultrasonic Test)○ 액체침투탐상검사(Liquid Penetrant Test)○ 자분탐상검사(Magnetic Particle Test)○ 음향방출검사(Acoustic Emission Test)③ 비파괴검사의 특징시 험 방 법RTUTPTMT적 용 원 리투과 선량차에의한 필름농도차초음파의 반사및 투과액체의 표면 장력과모세관 현상에의한 액체침투누설자장에 자분부착대상재질금속강자성◎◎◎◎비자성◎◎◎×비 금 속◎○ 탄성등방체◎×대상결함체 적 결 함○◎○○면 상 결 함◎ 빔에수직○ 기울어진것○ 평행방향△ 기울어진것◎ 표면개구◎ 표면및표면아래결함정보형 상△ 여러방향탐상◎◎ 표면개구◎ 표면및표면아래크기길 이◎◎ 체적결함△ 면상결함○ 표면◎ 표면및표면아래높 이◎△ 조사방향변환××위 치◎△ 조사방향변환△△적 용 특 성재료특성 및 형상특성 영향이 적다탄성체의 매끈한표면 필요거친표면 및 다공성재료 적용불가자성자료만 적용주 적 용 예복잡한 형상 조립품용접부, 주조품, 단조품철강, 비철,비금속재료철강재료2) 초음파 탐상 검사① 초음파 탐상 검사 정의초음파탐상검사란 가청 주파수 이외의 주파수를 갖는 초음파를 이용하여 소재 내부에 있는 결함, 즉 균열, 기공 및 개재물 혼입 등과 같은 결함을 검출하거나 두께측정사하는 1탐촉자법, 2개를 사용하는 2탐촉자법, 또한 여러 개를 동시에 사용하는 다탐촉자법등이 있다.③ 초음파 탐상 검사의 원리초음파탐상검사는 초음파를 시험체내로 보내어 시험체내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법으로서 시험체내의 불연속부로부터 반사되는 에너지량, 손상된 초음파가 시험체를 투과하여 불연속부로부터 반사되어 되돌아올 때까지의 진행시간, 초음파가 시험체를 투과할 때 감쇠되는 양의 차이를 적절한 표준자료와 비교하여 결함의 위치와 크기 등을 측정하는 방법이다.또한 물체의 내부에 결함이 존재한다면 탐촉자(Prob : 초음파 송수신하는 장치)를 물체위로 이동시키면 결함이 존재하는 부위와 결함이 없는 부위에서의 초음파를 송수신하는 시간 간격 및 반사되는 에너지의 양이 달라진다. 이와 같은 초음파의 송수신 시간 간격 및 반사에너지양의 차이를 적절한 표준자료와 비교하면 결함의 위치와 크기를 알 수 있다. 이와 같은 검사방법을 펄스반사법(Pulse-Reflection)법이 라고 한다.④ 초음파 탐상 검사 방법초음파가 시험체내에서 진행할 때 불연속부와 같은 경계면에서는 투과 및 굴절 또는 반사를 한다. 이때 불연속부에서 반사하는 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 펄스반사법, 투과한 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 투과법, 펄스반사법과 유사하지만 공진 현상을 이용한 공진법이 있다.⑤ 초음파 검사의 장단점※ 장점- 감도가 높으므로 미세한 결함을 검출할 수 있다.- 초음파의 투과능력이 크므로 수 미터 정도의 두꺼운 부분도 검사가 가능하다.- 결함의 위치와 크기를 비교적 정확히 알 수 있다.- 탐상결과를 즉시 알 수 있으며 자동탐상이 가능하다.- 피검체의 한 면에서도 검사가 가능하다.※ 단점- 초음파탐상검사를 어렵게 하는 변수들은, 피검체의 크기, 피검체표면의 거칠기, 형상의 복잡함, 결함의 방향등으로 인하여 탐상이 불가능한 경우가 있다.- 피검체의 내부조직 즉 결정입자가 조대하거나 피검체 전체에 미세기공이나 편석, 개재물 등이 있을 때에는 탐상이 어렵게 된다.3) 초음파면 둔하고, 지향각이 작으면 예민하다② 초음파의 원리음파는 파의 일종이기 때문에 전파하는 성질을 가지며 질량을 가지고 있지는 않으나 한 곳에서 다른 곳으로 전달될 때 에너지를 가지고 있다.※ 굴절(Refraction): 하나의 매질에서 다른 매질로 통과할 때 음파의 방향이 바뀌는 현상※ 감쇄(Attenuation): 음파가 매질을 통과할 때 발생하는 음파 강도의 감쇠(a=1/2 X f)반감두께(투과심도): 처음강도의 50%로 감쇠하는 깊이※ 반사(Reflection): 초음파가 서로 성질이 다른 조직의 경계면에 직각으로 부딪쳤을 때 직각으로 되돌아오는 것경계면으로의 반사: 경계면으로 입사되 초음파의 일부가 직각방향으로 되돌아간다.※ 음향임피던스(Impedance): Z=밀도X음속 - 음에 대한 매질의 저항, 임피던스의 차에 의해 반사는 많은 영향을 받는다.※ 회절(Refrection)- 파의 굽힘(bend around)성파가 급속내의 미세한 개재물 또는 기공에 부딪힐 때 발생 - 에너지의 일부는 결합주위로 굽어지고 반사량은 상당량 감소- 정상적으로 수신되어야 할 위치의 수정이 필요3. 실험 장치- 오실로스코프 - 초음파 탐상기- 버니어 캘리퍼스 - 원통형 스틸, 사각형 알루미늄 2개- 탐촉자 - 설탕 및 숟가락- 1g단위의 무게 측정기 - 일정한 온도의 물4. 실험 방법1) 길이 및 부피 측정① 먼저, 측정 대상인 원통형 스틸, 작은 사각형 알루미늄, 홈이 있는 큰 사각형 알루미늄 을 버니어캘리퍼스로 3번씩 직접 측정 한다.② 원통형은 길이만, 작은 사각형은 부피, 큰 사각형은 두께를 측정한다.③ 오실로스코프와 초음파 탐상 장치를 키고 Ch2의 포트에 연결한다.④ 초음파 탐상 장치에 탐촉자를 연결한다.⑤ 정확한 실험을 위해 탐촉자가 닿는 부분에 물을 묻히고 초음파를 이용하여 측정한다.⑥ 정확한 값을 읽기 위해서 스톱 버튼을 누르고 시간과 진폭을 확인한다.⑦ 초음파 탐상 장치와 버니어캘리퍼스의 측정값을 비교하고 분석한다.2) 설탕 농도에 따른 초음파 속도 변화①산 과정원통형 스틸 1020시간 (mu s)41.2 / 2(왕복시간) =20.6mu s(5번 측정의 평균; 41, 42, 41, 41, 41)속도 (mm/s)스틸 1020 이라 가정하고 음속값3,240m/s = 3.24×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)20.6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 66.744 mm버니어캘리퍼스 값과 비교73.25 mm / 66.744 mm => 8.8% 오차(버니어캘리퍼스/초음파 탐상기)실험 1 분석기존에는 스테인리스였던 원통형이 녹이 슬어서 스틸 1020으로 가정하고 길이를 계산해보았다. 길이는 = 속도× 시간으로 간단히 계산하였는데 참고자료를 통해 스틸 1020의 음속을 찾아본 결과 3,240m/s라는 것을 알게 되어서 사용하였다. 결과적으로 66.7744mm의 길이가 나왔는데 이는 버니어 캘리퍼스로 잰 73.25mm에 8.8%의 오차를 가지며 10% 내의 만족할 만한 결과를 얻게 되었다. 오차의 원인과 실험의 문제점은 6. 고찰에 기술하였다.② 작은 사각형 알루미늄계산 과정작은 사각형 알루미늄의 가로 길이시간 (mu s)41.6 / 2(왕복시간) =20.8mu s(5번 측정의 평균; 42, 43, 40, 43, 40)속도 (mm/s)알루미늄의 음속값3,150m/s = 3.15×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)20.8×10 ^{-6}× 3.15×10 ^{6} = 64.57 mm버니어캘리퍼스 값과 비교30.42 mm / 64.57 mm => - 112 % 오차(버니어캘리퍼스/초음파 탐상기)계산 과정작은 사각형 알루미늄의 높이시간 (mu s)42.2 / 2(왕복시간) =21.1mu s(5번 측정의 평균; 40, 43, 43, 42,43)속도 (mm/s)알루미늄의 음속값3,150m/s = 3.15×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)21.1×10 ^{-6}× 3.15×10 ^{6} = 66.46 mm버니어캘리퍼스 값과 비교43.8 mm / 66.46 mm => - 51 % 오차(버니어캘리퍼스/초음파 탐상를 보낸 후 다시 받기까지 걸린 시간=`44.0` mu s 설탕 0g 에서의 초음파 전파 속도=` {55`mm` TIMES 2} over {44.0 mu s} SIMEQ 2.5`km/sec(2) 설탕 3g의 초음파 전파 속도물의 높이 (탐촉자에서 반사되는 지점까지의 거리)=60.1-5.1(끝``두께)=55mm 초음파 전파를 보낸 후 다시 받기까지 걸린 시간=`1.9` mu s 설탕 3g 에서의 초음파 전파 속도=` {55`mm` TIMES 2} over {1.9 mu s} SIMEQ 57.89`km/sec(3) 설탕 6g의 초음파 전파 속도물의 높이 (탐촉자에서 반사되는 지점까지의 거리)=60.1-5.1(끝``두께)=55mm 초음파 전파를 보낸 후 다시 받기까지 걸린 시간=`1.9` mu s 설탕 6g 에서의 초음파 전파 속도=` {55`mm` TIMES 2} over {1.9 mu s} SIMEQ 57.89`km/sec실험 3 분석설탕의 농도에 따라 초음파의 전파속도가 달라지는 모습을 볼 수 있었다. 특히 순수 물일 때 2.5km/s 인 속도가 설탕 3g을 넣자마자 57.89 km/s로 큰 변화를 보였다. 자세한 사항은 고찰에 기술하였다.6. 실험 고찰본 실험은 비파괴 검사의 하나인 초음파 탐상 검사를 실시하여 물체의 길이 및 부피를 측정해보고 같은 매질에서 농도의 변화에 따라 초음파의 전파 속도가 어떻게 달라지는지 확인 할 수 있었다.이번 실험에서는 초음파의 탐상 장치를 이용하였다. 따라서 원통형의 높이, 작은 사각형의 부피, 큰 사각형의 두께 및 농도에 따른 초음파 속도 변화를 관측하는 것이 주 실험이었다.첫 번째로 원통의 높이 측정은 좋은 결과가 나왔다. 결과적으로 버니어캘리퍼스로 측정한 것과 8.8%의 오차로 계산되었으며 이는 허용오차로 받아들여 질 수 있다.오차의 원인으로는 기존에 스테인리스였던 재질이 녹이 슬었기 때문에 더 이상 스테인리스로 받아들여지지 못해서 음속의 기준을 스틸 1020으로 잡았기 때문이다. 또한 녹으로 인하여 표면이 고르지 못하다.

공학/기술| 2014.03.31| 14페이지| 1,500원| 조회(245)

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- 결과 보고서 -실험 제목: 초음파를 이용한 비파괴 균열 탐상과목명 : 기계 설계 분야 실험제출일: 2013년 11월 11일실험일자: 2013년 11월 05일실 험 조 명 :책임 수행자 :공동 수행자 :아주대학교 기계공학부- 목 차 -1. 실험 목적초음파를 시험체내로 보내어 내부에 존재하는 불연속점을 검출하는데, 시험체내의 불연속점으로부터 반사되는 에너지량, 송신된 초음파가 시험체를 투과하여 불연속부로부터 반사되어 되돌아올 때까지의 진행시간, 초음파가 시험체를 투과할 때 감쇠되는 양의 차이를 적절 한 표준자료와 비교하여 결함의 위치와 크기 등을 측정한다.2. 실험 이론1) 초음파 균열 탐상 원리탐촉자는 파여진 부분, 즉 두께가 얇은 부분에서 amplitude값이 달라지면서 결함을 감지하는데 이때를 정확히 체크하여 주어진 글자를 예측하여 볼 수 있다.2) C-SCAN의 초음파 균열 탐상 방법시험체의 내부를 평면으로 표시하는 방법이다. 따라서 시험체 내부에 결함이 존재한다면 그림과 같이 결함의 크기와 위치를 나타낸다. 일반적으로 결함의 깊이 및 방향은 나타나지 않는다.?특징적인 주요장치는 전자 깊이 게이트로서 이는 초기펄스 또는 계면반사파가 나타난 후, 일정한 시간 내에 형성된 펄스만 수신하는 장치이다. 일반적으로 깊이 게이트는 표면 및 저면반사파가 나타나지 않도록 설정하여 시험체 내부에 존재하는 반사원만 나타나도록 하고 있다.3) 초음파 수직 탐상 검사오른쪽의 같이 시험체의 표면에 수직으로 종파 초음파를 입사시키는 방법이며, 수직 탐촉자가 결함의 바로 위에 위치할 때 표시기 상에서는 그림의 b와 같은 탐상도형이 나타난다. 송신펄스 T와 저면에코 B사이에 결함에코 F가 나타나며, 결함 및 저면에코의 입상점 위치(그림에서의 WF와 WB)에서 결함까지의 거리가 측정될 수 있다.초음파는 탐촉자의 중심축 상에서 가장 강하다. 따라서 탐촉자를 이동시켜서 결함에서의 최대에코가 얻어졌을 때, 그 탐촉자의 바로 아래에 결함이 있다고 판단해도 좋다. 또 표시기 위에서 결함에코의초음파 빔의 직경보다 작은 경우에는 결함의 바로 위에 수직 탐촉자가 위치했을 때 결함에코 높이는 최대가 된다. 결함의 크기가 초음파 빔의 직경보다 큰 경우에는 저면은 결함에 의해 가려지기 때문에 저면에코가 소실된다. 이 경우 탐촉자를 탐상면을 따라 이동하여 결함에코가 나타나는 탐촉자 위치의 범위를 측정하면 결함의 폭을 추정할 수 있다.3. 실험 장치①오실로스코프 ②초음파 탐상기 ③균열이 있는 시험체 ④탐촉자 ⑤자(Ruler)4. 실험 방법1) 수직 탐촉자를 탐상기의 송신측에 연결한다.2) 송신펄스가 생기면 화면 횡축에 0으로 오도록 한다3) 탐촉자로 시험체의 윗면, 옆면, 아랫면의 영역을 scan한다.4) 저면신호와 결함신호를 구별하여 결함의 위치를 찾아 기록한다.5) 기록된 데이터로 결함의 위치와 크기를 계산한다.5. 실험 결과1) 윗면(짧은 면)의 균열점 거리 및 크기 측정① 균열점1계산 과정원통형 스틸 1020시간 (mu s)34.5 / 2(왕복시간) =17.25mu s속도 (mm/s)스틸 1020 이라 가정하고 음속값3,240m/s = 3.24×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)17.25×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 55.89 mm크기2칸(0점) : 1.2칸 (균열점) = 1.5cm(탐촉자 지름) : X = 0.9cm (지름)② 같은 방식으로 윗면(짧은 면)의 거리 및 크기 계산균열점2거리(mm)7.25×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 23.49 mm크기(지름cm)2칸 : 1.3칸 = 1.5cm: X = 0.975cm (지름)균열점3거리(mm)17×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 55.08mm크기(지름cm)2칸 : 1.3칸 = 1.5cm: X = 0.975cm (지름)균열점4거리(mm)17.25×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 55.89mm크기(지름cm)2칸 : 1.4칸 = 1.5cm: X = 1.05cm (지름)균열점5거리(mm)17.6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 57.024{-6}× 3.24×10 ^{6} = 51.03mm크기(지름cm)5칸 : 2.8칸 = 1.5cm: X = 0.84cm (지름)실험 1 분석스테인리스 스틸 1020으로 가정하고 거리를 계산해보았다. 길이는 = 속도× 시간으로 간단히 계산하였는데 참고자료를 통해 스틸 1020의 음속을 찾아본 결과 3,240m/s라는 것을 알게 되어서 사용하였다. 오차의 원인과 실험의 문제점은 6. 고찰에 기술하였다. 대체로 50mm 까지만 균열이 탐상되었다. 이는 탐상 범위가 작은 것에 따른 제한사항 때문인 것으로 예상된다. 자세한 것은 고찰에 기술하였다.2) 아랫면(긴 면)의 균열점 거리 및 크기 측정① 균열점1계산 과정원통형 스틸 1020시간 (mu s)34 / 2(왕복시간) =17mu s속도 (mm/s)스틸 1020 이라 가정하고 음속값3,240m/s = 3.24×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)17×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 55.08 mm크기4.5칸(0점) : 1.5칸 (균열점) = 1.5cm(탐촉자 지름) : X = 0.5cm (지름)② 같은 방식으로 아랫면의 균열점 거리 및 크기 계산균열점2거리(mm)8×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 25.92mm크기(지름cm)4.5칸 : 1칸 = 1.5cm: X = 0.333cm (지름)균열점3거리(mm)17.25×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 55.89mm크기(지름cm)5칸 : 1.6칸 = 1.5cm: X = 0.5cm (지름)균열점4거리(mm)17.6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 57.024mm크기(지름cm)4.3칸 : 3.5칸 = 1.5cm: X = 0.542cm (지름)균열점5거리(mm)17.6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 57.024mm크기(지름cm)2칸 : 1.3칸 = 1.5cm: X = 0.975cm (지름)균열점6거리(mm)17.4×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 56.376mm크기(지름cm)2칸 : 1.2칸 = 1.5c(지름cm)2칸 : 1.3칸 = 1.5cm: X = 0.975cm (지름)균열점8거리(mm)15.2×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 49.284mm크기(지름cm)2칸 : 1.2칸 = 1.5cm: X = 0.9cm (지름)실험 2 분석이번 실험 또한 50mm이내의 균열 탐상만 측정되었다. 위의 면과 탐상되는 개수가 비슷한 것으로 보아 제대로 실험을 한 것 같다. 각 균열점 별 크기 또한 5mm~10mm로 적당한 값이 나온 것 같다. 크기는 0점의 y축 볼트값을 탐촉자의 지름으로 두고 균열점의 신호 y축 값의 볼트값과 비례식을 세워 계산하였다.3) 옆면(높이)의 균열점 거리 및 크기 측정① 균열점1계산 과정원통형 스틸 1020시간 (mu s)13.2 / 2(왕복시간) =6.6mu s속도 (mm/s)스틸 1020 이라 가정하고 음속값3,240m/s = 3.24×10 ^{6} mm/s거리 (속도×시간)6.6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 21.384 mm크기5칸(0점) : 2칸 (균열점) = 1.5cm(탐촉자 지름) : X = 0.6 cm (지름)② 같은 방식으로 옆면의 균열점 거리 및 크기 계산균열점2거리(mm)1.9×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 6.156mm크기(지름cm)5칸 : 3.8칸 = 1.5cm: X = 1.14cm (지름)균열점3거리(mm)2×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 6.48mm크기(지름cm)6칸 : 5칸 = 1.5cm: X = 1.25cm (지름)균열점4거리(mm)6×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 19.44mm크기(지름cm)6칸 : 0.8칸 = 1.5cm: X = 0.2 cm (지름)균열점5거리(mm)12.5×10 ^{-6}× 3.24×10 ^{6} = 40.5mm크기(지름cm)5칸 : 2칸 = 1.5cm: X = 0.5 cm (지름)4) 윗면, 아랫면, 옆면의 신호를 분석한 균열점의 위치① 측정된 균열점 신호의 위치② 거리를 이용한 각 점의 공통된 균열점의 위치(동그라미= 중, 4.5)(1.9, 4.4)(4.0, 2.6)(17.5, 5.7)(18.5, 5.6)(20.5, 3.3) (22.7, 4.9)6. 실험 결론 및 고찰초음파탐상 시험이란 생소했던 것으로 처음에 무엇을 위해 측정하는지를 상세히 몰랐다. 그래서 지난 시간의 초음파 원리를 생각하고 적용시켜보니 결함부위나 용접부위같이 사람이 쉽게 식별할 수 없는 곳을 기계로서 측정함으로서 쉽게 알고 위험을 미리 판단 한다는 것을 알게 되었다. 실험에서 이상한 점을 빼고는 한번만 해보았는데 여러번을 반복해서 결과치를 얻었더라면 더 좋은 결과를 얻었으리라 생각된다.이번 실험은 보이지 않는 결함을 찾는 것이어서 워낙 어렵다고 생각했던 실험이라 실제로 처음에는 어렵게 느껴졌고, 아직도 100% 잘하지는 못하지만 실습을 하면서 조금은 나아진 것 같다.제일 어려웠던 것은 저면에코를 조정하는 것이었는데, 저면에코를 잘못 조정하면 아예 값이 달라지기 때문이다. 왜냐하면 초음파의 주기가 계속 반복되는데 저면에코를 잘못 조정하게 되면 최고의 피크점을 찾지 못하고 다른 피크점으로 잘못 계산하게 되어 아예 잘못된 값이 나오기 때문에 어려우면서도 가장 중요한 것이다.균열형상이 원이란 것을 미리 알고 시작하였음에도 크기를 계산하는 것은 쉽지 않았다. 그래서 0점일 때의 전압값과 균열점의 전압값을 비교하여 비례식을 세워서 탐촉자의 지름과 균열점의 지름을 비교하였다.여기에서 측정범위에 대한 개념을 알 수 있었다. 원래 실험에서는 탐상기의 시간축은 탐상전에 화면의 횡축의 각 눈금을 표준시험편을 이용하여 조정해야한다. 그 시간축의 전체범위를 측정범위라 하고 이것을 측정범위의 조정 또는 시간축의 조정이라 한다. 하지만 실험 전 측정범위에 관해서 몰랐는데 지금 결과값을 보면 모두 50mm가 조금 넘는 범위까지만 측정된 것으로 보아, 측정범위가 넘는 균열점을 탐상되지 않은 것 같다. 그래서 윗면과 아랫면의 탐상점이 조금씩 다른 것 같다. 그리고 옆면의 탐상은 30cm의 긴 시험체를 다 탐상하지 못해서 가까이 있는 균열점 같다.

공학/기술| 2014.03.31| 9페이지| 1,500원| 조회(212)

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아주대 분야별실험 기계설계실험 초음파 가속 피로시험

- 결과 보고서 -실험 제목: 초음파 가속 피로 시험과목명 : 기계 설계 분야 실험제출일: 2013년 12월 13일실험일자: 2013년 12월 03일실 험 조 명 :책임 수행자 :공동 수행자 :아주대학교 기계공학부- 목 차 -1. 실험 목적초음파 가속 피로 시험을 통해서 일반 피로 시험과의 다른 점을 알아보고 어떠한 원리를 통해서 일반 시험과 얼마나 다른 결과 값을 나오는지 분석해 본다.2. 실험 이론1. 일반 피로시험피로 시험이란 재료의 피로에 대한 저항력을 시험하는 일이다. 기계 및 구조물에는 변형력이 일정할 때도 있고, 어떤 크기의 외력이 반복해서 가해지거나 외력이 변동하는 경우도 있다. 이럴 때 변형력의 크기가 인장시험에서의 재료의 인장강도 또는 탄성한도 이하라도 되풀이하여 외력이 장시간 가해지면 재료가 파괴되는 경우가 있다. 이것을 재료의 피로라고 한다.피로파괴를 일으키지 않는 범위의 최대변형력을 피로한도라 한다. 피로시험의 목적은 재료의 피로한도를 실험적으로 구하는 데 있다. 그러나 일반적으로는 재료의 피로에 대한 저항력을 측정하여 재료가 피로에 대해 어떻게 거동하는가를 조사하는 경우가 많다. 피로 시험은 가하는 외력의 종류에 따라① 반복인장 압축시험 ② 반복굽힘 시험 ③ 반복비틀림 시험 ④ 반복충격 시험등과 같이 분류된다. 가장 일반적으로 실시되는 시험은 시험편에 크기가 다른 외력을 가하고, 회전속도, 즉 반복하는 간격을 일정하게 유지하여 재료가 파괴되기까지의 회수를 측정하고 변형력과 반복회수와의 관계를 구하여 SN곡선을 그리는 것이다.2. 초음파 가속 피로시험산업이 발달함에 따라 기계 핵심 부품에 대한 설계 해석과 더불어 내구성이나 신뢰성에 대한 수요가 급증하며, 그 한도 또한 매우 장시간을 요구하고 있다. 일례로 자동차 내연기관 부품이나 고속철 차륜 그리고 발전 및 항공기용 블레이드 등은 108 사이클 이상의 피로수명예측을 요구하고 있다.이에 초가속 수명 시험법이란 내용으로 부품/시스템의 내구신뢰성 확보에 해외에서는 자동차분야, 우주분야, 핵분2)에서 공식적으로 발행되었으며, 1950년 Mason에 의해 처음 연구되어 현재는 전세계 유수 기업, 연구소와 대학에서 다양한 응용분야에 맞추어 개발 활용하고 있다.일반 피로 시험과의 차이점초음파 피로시험 장치는 우선 기존의 피로 장치와 차별화된 고정밀도의 성능을 요구하고 있다. 이중 발진기는 기본적으로 연속발진시 자동튜닝기능이 설정되어 있어야 할 뿐 아니라, 변위제어방식으로 0.1km 이하의 정밀 테스트를 위해서는 안전한 회로구성이 요구된다. 또한 탄성진동 전달 및 증폭시키는 부스터와 혼은 최대 내구성과 개재물로 인한 횡파의 방지를 위해 티타늄을 사용하여야 하며 정밀 변위 및 공진 주파수 측정을 위해서는 고정도의 변위 센싱 및 모니터링 시스템이 갖추어져야 한다.추가로 1초에 20,000번 사이클이라는 가속피로시험으로 기존 피로시험과는 다른 냉각장치가 별도로 구축되어 있어야 한다. 이에 기본적으로 공냉장치가 구비되어야 하지만 열전달계수가 낮은 원소나 조대한 결정구조를 가지는 소재는 펄스기능을 이용하여야 한다.3. S-N curve기계재료에 응력이 되풀이해서 작용하면, 같은 크기의 응력이 조용히 작용했을 때는 이상이 없어도, 재료가 파괴되는 경우가 있다. 되풀이해서 작용하면 재료가 피로해져서 빨리 파괴되는 것으로 생각된다. 파괴되기까지의 응력의 반복횟수는 가해지는 응력의 진폭에 상당히 영향을 받는다.이 관계를 보기 위해 응력진폭을 세로축에, 그 응력진폭을 가했을 때 재료가 파괴되기까지의 반복횟수의 로그를 가로축에 잡아 곡선을 그리면, 일반적으로 금속재료의 S-N 곡선은 응력진폭이 작을수록 파괴까지의 반복횟수는 증가한다. 그리고 응력진폭이 어느 값 이하가 되면 무한히 반복하더라도 파괴되지 않는다.이와 같이 곡선이 수평이 되기 시작하는 곳의 횟수는 강재에서 106∼107회이다. 이 S-N 곡선이 수평이 되는 한계의 응력을 재료의 피로한도 또는 내구한도라고 한다.4. PZT(Piezo actuator, 압전체)(1) 원리오른쪽의 그림에서와 같이 어느 축을 따라 인장klash가 없고 정지 시 미끄러짐이 없어 현 위치 유지를 위한 부가 장치가 불필요하고 속도와 위치 제어 구현이 용이하다. 무소음 무전자파이며, 부가장치 없이 선형운동이 가능하다. 하지만 다른 모듈들에 비해서 선형성이 낮아 신뢰성이 떨어지고 고전압이 필요하다는 단점이 있다.(2) 적용사례압전 세라믹스의 응용(전기에너지⇒역학에너지⇒전기에너지기 능응 용 예적 용전기신호처리ceramic filterSAW filter, 공진자ceramic 공진자mechanical filter두께 진동, 에너지 trap표면탄성파두께 진동, 윤곽진동진동자거리측정어군탐지소자수중 sonarback sonar초음파 탐상 probe초음파진단용 탐촉자원판, ring원판, ringunimorph원판短形板전압변환압전 변압기단형판, 적층압전세라믹스의 응용(전기에너지 ⇒ 역학에너지)기 능응 용 예적 용초음파발생초음파 세척기플라스틱 용접기초음파 가공기가습기, 간이형 세척기side mirror 물방울 제거볼트체결 랸쥬반 진동자단형판상 진동자볼트체결 랸쥬반 진동자볼트체결 랸쥬반 진동자원판 진동자원판 진동자음파발생buzzer, alarm, speaker전화기, ringerunimorph 진동자unimorph 진동자액츄에이터초음파 motorinkjet printerpart's feeder압전 fan압전 pump, valveAFM cantileverVTR head원판, ring원통, bimorphbimorph 진동자bimorph 진동자bimorph 변위소자박막 bimorph 변위소자bimorph 변위소자압전 세라믹스의 응용(역학에너지 ⇒ 전기에너지)기 능응 용 예적 용전압발생압전 착화소자원주음파, 초음파 수신hydrophonemicrophone원통, bimorph박판 bimorphsensor가속도계, 진동계유량계압전 자이로압력계, AE sensor5. 공진(resonance)① 진동계의 강제진동에서 외력의 크기를 일정하게 한 채로 주파수를 변화시킬 때 진동계의 고유진동수 부근에서 변화하여 속도, 압력 등이 극대치5. 실험 결과1) 주조재시편power(%)응력(Mpa)Cycle비고160.0%응력값테스트용,중앙에서안끊어짐235.0%65.3310,851,392시편가공 불량품, 중앙에서 안끊어짐340.0%74.45800,000시편고정 볼트 풀림, 중앙에서 안끊어짐440.0%73.151,743,356중앙에서 안끊어짐530.0%59.724,745,650중앙에서 안끊어짐620.0%86.3789,343중앙에서 끊어짐715.0%65.51,646,673중앙에서 안끊어짐810.0%59.77,641,002중앙에서 안끊어짐917.5%65.92,332,755중앙에서 안끊어짐1021.0%78.64344,438중앙에서 안끊어짐119.0%55.8311,200,770분석: 전형적인 S-N 커브가 나왔고 300만 사이클 내에서 빈도수가 가장 높게 나왔다. 그리고 피로 한계가 도달한 구간에서는 기울기가 줄어들며 평형을 이루는 것을 볼 수 있다. 오차를 줄이기 위해서 커브 피팅은 제곱법을 이용하여 Plot하였다.2) 열처리시편power(%)응력(Mpa)Cycle비고120.0%99.684,484,709중앙에서 끊어짐215.0%85.4819,301,557중앙에서 매우 벗어나서 끊어짐322.5%102.56392,476중앙에서 안끊어짐414.0%77.44687,504일찍끊어짐, 중앙에서 벗어나서 끊어짐514.0%84.5513,745,511중앙에서 끊어짐613.0%70.5917,157,037중앙에서 안끊어짐723.0%99.98366,624중앙에서 끊어짐823.0%108.31644,579924.0%105.261,061,7461014.0%81.3118,494,8961113.0%65.3228,985,943분석: 이 그래프 또한 정형적인 S-N 커브가 나왔고 주조재와 비교하여 2000만 사이클 내에서 빈도수가 고루 분포되었다. 이도 역시 올바른 실험 값으로 피로와 주기의 관계를 파악할 수 있었다.시편power(%)응력(Mpa)Cycle비고110.0%49.041,770,000측면 끊어짐, 파단후 진행. 수동 stop28.및 결론이번 실험4는 초음파를 이용하여 각 재료별 사이클과 피로 응력의 데이터를 얻을 수 있었다. 이를 통해서 재료별 처리 방법에 따라 응력이 어떻게 변하는지 알 수 있었다. 아무리 단단한 재료라도 반복적인 응력이 작용했을 때 파괴가 될 수 있다. 이를 피로라고 하는데 이번 실험에서는 고주파가 작용하면서 시편이 파단 되는 것을 직접 만져보고 눈으로 확인 할 수 있었다. 특히 양쪽 끝 부분에 손을 가져갔을 때 엄청 난 고주파에 따른 진동을 느낄 수 있었다. 이런 고주파 진동으로 인해 시편의 가운데 부분이 끊어졌는데 절단면을 자세히 보니 진동으로 끊어진 부분과 외력의 작용으로 인해 끊어진 부분이 확연하게 차이가 남을 알 수 있었다. 진동으로 끊어진 부분은 밝은 회색을 띄었지만 손으로 부러트린 부분에는 짙은 회색을 띄고 있어서 육안으로도 구분 가능할 수 있었다.결과 데이터를 살펴보면 각 재료별 비교&분석을 위해 응력진폭을 세로축에, 그 응력진폭을 가했을 때 재료가 파괴되기까지의 사이클을 가로축에 잡아 곡선을 그렸다. 데이터를 사용해서 그래프를 그리던 도중 잘 못된 자료를 삭제하면서 일반적으로 금속재료의 S-N 곡선이 응력이 작을수록 파괴까지의 반복횟수는 증가하는 경향성을 볼 수 있었고, 응력이 어느 값 이하가 되면 무한히 반복하거나 파괴되지 않는 것을 볼 수 있었다. 따라서 이러한 불온전한 데이터는 삭제를 하고 최종 커브 피팅을 할 수 있었다. 결과는 예상했던 것과 매우 흡사하게 나왔다. 기존의 고체 역학, 기계설계, 기계재료에서 많이 접한 S-N커브의 형태와 매우 유사하였고, 각 재료별 응력 또한 예상한 범위에서 도출되었다. 또한 S-N 곡선이 수평이 되는 지점인 한계의 응력 즉, 재료의 피로한도가 되는 것을 확인 할 수 있었다.각 재료별 차이를 보면 ‘ 열처리 > 주조재 > 원자재 ’의 순으로 응력이 높음을 쉽게 확인 할 수 있었다. 먼저 가장 응력이 높은 열처리는 금속 재료에 대하여 가열하여 알맞게 이용하여 금속의 성질을 변화 시키는 방법으로 재료를 단단하게 바이다.

공학/기술| 2014.03.31| 10페이지| 1,500원| 조회(338)

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