Ⅰ.실험목적충격시험의 목적은 충격력에 대한 재료의 저항을 시험하는데 있다. 재료의 인성(toughness)과 취성(brittleness)의 성질은 인장시험에서도 어느 정도 판단할 수 있으나 이것만으로는 불충분하며, 이를 충격시험에 의해 확실하게 알 수 있다.2차대전중 연합국 수송선이 용접판재가 취성파괴(brittle failure)를 일으켜 파손되면서 부터, 기존의 다른 기계적 시험 방법으로서는 충격저항에 대한 측정이 불완전하다는 점에 착안하여, 미국의 연방표준국(NBS)를 중심으로 한 다수의 연구기관들에 의해 많은 연구비와 노력이 투자되어 발전했다.실제 사용되는 기계 부분품 또는 구조물에 대한 충격 시험에는 하중이 작용하는 방식에 따라 충격인장, 충격압축, 충격굽힘(bending), 충격 비틀림 등으로 구별한다. 사용조건에 따라 동적인 시험에 해당하는 충격시험이 귀중한 자료가 됨을 알 수 있으며, 충격력을 받는 rail, 계단의 발판, 지진에 의한 충격, 돌풍을 받는 탑 등의 건설재료와 탄환의 관통현상,자동차의 스프링, 및 열차의 연결기 등 충격의 영향을 받는 것이 적지 않다.Ⅱ.이론적배경1.충격시험기의 종류Ａ) 단일충격시험단지 1회의 충격력으로 시편을 파괴하는 것이다. 이때 측정하는 것은 재료를 파괴하는 데 필요한 일의 양, 즉 재료가 흡수한 에너지이다. 이것으로 재료의 인성 또는 취성을 판단한다.Ｂ) 반복충격시험흔히 일정한 중량의 하중의 시편에 반복 타격을 가하여 파괴까지의 타격수로써 재료의 성질을 판단한다. 그러므로 이 시험은 피로 시험과 다소 유사하나, 피로 시험에 비하여 반복 횟수가 적다. 또한 1 회의 타격으로 재료에 영구 변형(permanent set)이 생기는 일도 있어, 완전히 피로 시험과는 다르다.1)Charpy 충격 시험기진자형 해머는 눈금판이 중심과 동축치 둘레를 부드럽게 회전할 수 있는 구조로, 소정의 들어올림각에서 정지시켜 빗장을 풀면 해머의 자중에 의해 낙하하여 축의 둘레를 회전시킨 것과 같이 된다. 시험편은 중심축의 직하의 지지대록 되어 있다. 파단에 요하는 에너지를 측정하기 위해 회전부의 마찰저항이나 공기 저항 등이 가능한 한 적도록 만들어져 있다.보통 강재 등에 이용되는 시험기의 용량은 30kg-m이며, 대형용은 75kg-m, 소형용은 3kg-m 또는 0.5kg-m의 것 등으로 다양하다.{{●Charpy impact testCharpy 가 처음으로 시도한 충격굽힘 시험법으로 시험편을 양단 힌지로 고정한 다음 시험편의 notch부분이 정확하게 중앙에 오도록 수평으로 놓는다.이때 시험편의 중앙점을 충격하중을 가하여 시험편의 파단되는데 소요된 흡수에너지 E(kgf·m)로 충격치를 나타낸다.한편 펜듈럼 해머의 날이 시험편의 노치 부분에 오도록 하여야 하며 핸들을 돌려서 해머가 α가 되는 각도의 위치에 고정시키고 시험편을 바른위치에 그림 2. 그림3.과 같이 놓았다가 해머를 낙하시켜서 시험편을 파괴시키고 해머가 각도β만큼 올라갔다고 하면 파괴되는데 소모된 에너지는 다음과 같다.{E= W{h }_{1 } - { Wh}_{2 } , W{h }_{1 }= Wl(1-cos alpha)where,{W { h}_{2 } =Wl(1-cos beta)따라서 소모된 에너지 E는{EPSILON = W l(cos beta - cos alpha ) 이다.{{W: 해머의 무게: 해머를 들어올렸을 때의 초기 각도: 시험편을 절단하고 상승했을 때의 각도l : 축 중심 O로부터 해머의 중심G까지의 거리(m)A : 노치부의 원래의 단면적그림 1. Charpy 충격실험의 원리{그림 2. 충격위치와 충격시편 (KS B 0809 제 4호){그림 3. 시편과 시편 지지대샤르피 충격치 U는 시험편을 절단하는데 필요한 에너지 E(kg·m)를 노치부의 원단면적(cm2)으로 나눈 값으로 표시된다. 노치부의 단면적으로 나눈 것은 단지 충격치에 대한 규약이며, 단위면적당 흡수에너지의 개념을 갖지 않는다.즉 충격치 U는{U= E over A{THEREFORE U= {W l (cos beta - cos alpha)} over A kgf CD격하고 파단에 요하는 에너지를 측정하여 재료의 인성과 취성을 측정한다. 시험방법은 Charpy 시험기에 있어서와 같으나 시험편을 한쪽만 견고하게 지지하며, 형상치수가 약간 다르고, 시험기의 용량은 대개 16.6kg-m(120ft-lb)이다.●Izod Impact test아이조드 충격시험은 충격굽힘 시험법의 하나로 샤르피 충격시험과 유사한 원리로 시행된다. 그러나 아이조드 충격시험의 srmfla 4에서와 같이 시험편을 외팔보의 지지상태에서 충격굽힘 하중을 전달하며 이때 나타나는 흡수 에너지로서 충격 치를 규정한다.{그림 4. Izod 충격실험의 원리따라서 충격치는{U= E= W l (cos beta -cos alpha) 이다.아이조드 시험에서는 언제나 초기각 α를 일정하게 하며, 시험편은 V형 노치를 갖는다.3)기타의 충격 시험기일반 시험이 아닌 특수한 연구나 목적을 위해 각종의 충격 시험기가 고안되고 있으며 그 예로 낙추로서 직접 시험편을 충격 압축하여 재료의 변형능을 해석하거나, 지그를 사용하여 충격 인장하거나, 또는 고정된 인장시험의 한쪽 끝을 무거운 원판을 고속회전시켜 원판에 붙인 hook로서 타격하여 충격 인장하는 시험기도 연구용으로 이용되고 있다. 그리고 마찬가지로 고속회전축에 체결한 비틀림 시험편의 한 끝을 클러치로 연결하여 충격 비틀림을 주는 방법도 연구되고 있다. 또한 최근에는 고속의 충격시험용으로 화약의 폭발가스, 고압질소가스, 전자충격파 등의 에너지원을 이용하는 것도 연구되고 있다. 비교적 작은 충격 에너지를 갖는 시험편에 반복충격을 가해 파괴까지의 반복수로서 비교하는 일종의 충격 피로 시험법도 있다. 시험편은 노치가 있고 환봉이나 각봉이 사용되며 반회전에 1회의 충격을 가한다.4)시편의 형태시편은 사각빔 형태로 ASTM에서 규정된 시편의 형태 및 크기를 나타내었다. 시편의 제조는 규정된 시편크기에 따라 사출성형하거나 압축성형에 의해 sheet를 만든 후 톱으로 잘라 제조한다. 이때 가공조건에 따라 고분자 사슬이 배양되거나 이방성이 발생할 경도 곡선을 이용하여 취성 파괴에 저항하는 재료를 선택하는 경우이다. 이 시험법의 중요성은 균열이나 결함의 응력 집중 효과와 재료의 파괴 특성을 고려하지 않고도, 재료의 표준 강도법으로 구조 요소의 하중 수용 능력을 계산 가능케 하여 혹독한 작동 조건하에서도 충분한 노치 인성을 갖는 재료를 선택하는 것이다.{광범위한 재료의 천이 - 온도 거동은 다음 그림에 보이는 것처럼 3가지 종류로 분류된다. 낮은 또는 중간 정도의 강도를 갖는 fcc 금속과 대부분의 hcp 소은 노치 인서잉 높기 때문에, 특별한 화학적 반응 분위기가 아닌 한 취성 파괴는 문제가 되지 않는다. 고강도 재료(σ>E/150)는 노치 인서잉 낮아서 결함이 존재하는 경우, 모든 온도와 변형 속도 하에서 탄성 영역내의 공칭 응력일 때도 취성 파괴가 발생할 수 있다. 저온에서는 취성 벽개에 의하여 파괴가 발생하는 반면에, 고온일 때 저 - 에너지 파단으로 파괴가 일어난다. 낮은 또는 중간 정도의 강도를 갖는 bcc 금속, Be, Zn 및 세라믹 재료의 노치 인서은 온도에 크게 의존한다. 즉, 저온에서는 벽개파괴가 일어나는 반면에, 고온에서는 연성 파단이 발생한다.{따라서, 온도가 증가함에 따라 노치부의 거동이 취성에서 연성으로 천이하게 된다. 금속에서는 이러한 천이가 절대 응융 온도 Tm의 0.1 ~ 0.2에서 발생하는데 비하여, 세라믹에서는 약 0.5 ~ 0.7 Tm에서 천이가 일어난다. 천이 - 온도 곡선을 이용하는 설계에서는 탄성응력 수준에서 취성파괴가 일어나지 않도록 재료의 파괴 인성이 높다. 그리고 단일 기준으로 천이 온도를 결정할 수 없으며, 에너지 - 온도 곡선이나 파괴 양상 - 온도 곡선으로부터 얻을 수 있다. 천이 온도에 관한 가장 안정하게 사용되어온 기준은 파괴 에너지의 상단에 대응하는 온도로서, 그 온도 이상에서는 100% 섬유 파괴가 발생하는 온도 {{ T}_{1 }을 선택하는 것으로, 이러한 천이 온도 기준을 파괴 천이 소성(fracture transition plastic; FT잡는 기준으로서는, 50% 벽개 -50% 전단일 때인 온도 {{ T}_{2 }를 천이 온도로 하는 규정도 있는데 이 경우를 파괴 - 양산 천이 온도(fracture - appearance transition temperature; FATT)라 한다. Charpy 시편에서 벽개 파괴가 70% 이하일 경우 응력이 항복 응력의 1/2값을 초과하지 않는 한 FATT나 그 이사으이 온도에서 파괴가 일어날 가능성은 희박하다. 파괴에너지의 상단값과 하단값의 평균값에 해당하는 온도인 {{ T}_{3 }를 천이 온도로 정의하는 경우에도 대략적으로 유사한 결과를 얻게 된다. 일반적으로 기준은 임의의 낮은 흡수된 에너지값 C에 해당하는 온도 {{ T}_{4 }를 천이온도로 규정하는 것으로서, 흔히 연성 천이 온도(ductileity transtion temperature)하 한다. 100% 벽개 파괴가 발생하는 온도인 T5를 천이 온도로 규정하는 기준도 있는데, 이 점을 무연성 온도(nil ductility temperature; NDT)라 하며, NDT는 파괴 사직 시 소성변형을 전혀 수반하지 않는 온도이다.엔진의 성능을 평가하기 위해서는 토크 그리고 동력을 구하는 것이 필요하다. 기관의 토크는 기관의 성능을 평가하는 데에 매우 중요한 인자이다. 그러나, 토크는 자동차가 어떤 속도로 주행할 수 있도록 하는 데에는 아무런 영향을 주지 못한다. 이에 동력은 자동차의 주행 속도에 영향을 주는 인자가 된다.Ⅲ. 실 험 방 법1. 표준 시험편을 준비, 확인한다.※시험편의 모양과 치수를 확인2. 시험기를 조작하여 점검한다.3. 시험편을 시험대에 고정한다.시험편을 고정할 수 있는 정도로 해머를 올려 고정한다.시험편을 수평대 위에 놓고 노치 부분이 지지대 중심에 오도록 맞춘다. 이때 시험편이 지지대에 밀착되게 한다.4. 해머를 실험 각도까지 서서히 올린다.5. 지시 바늘이 작동되도록 밀착시킨다.6. 지지 레버를 조작, 해머를 낙하시켜 시험편을 파괴시킨다.7. 지시판의 눈금을 읽는다.8. 0℃
![[실험보고서] 충격실험](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2002/04/07/data1079669-0001.jpg)
