서 론이번 3조의 실험은 재료 시험의 종류로써 여러 인장, 압축, 충격, 경도 시험을 하여 그 재료가 사용 목적 및 사용 조건에 적당한가를 시험하고 또한 안전한 하중의 한계와 재료의 변형 능력을 시험하는 데 있다.보통 재료 시험은 넓은 의미에서 생각할 때 기계적, 물리적 및 화학적 성질 등을 시험하는 것이다. 그러나 좁은 의미의 재료 시험이란 공학적 재료 시험을 말하며, 여기서는 재료의 기계적 성질등을 시험한다.기계에 사용되는 공업 재료는 다음의 3종으로 크게 분류할 수 있다.1) 금속 재료(金屬材料) : 철, 강, 비철 금속등2) 비금속 무기 재료(無機材料) : 시멘트, 콘크리트, 유리, 도자기 등3) 비금속 유기 재료(有機材料) : 목재, 고무, 플라스틱, 가죽, 페이퍼 등재료의 기계적인 성질로서 기본적인 것에는 탄성, 최대 강도, 변율, 탄성 계수, 프와송의 비, 경도, 인성, 피로 강도, 연성, 크리이프등이 있다. 이와 같은 성질에는 외력으로는 인정, 압축, 전단, 벤딩, 비틀림등이 있다. 외력의 종류에 따라 기계적 성질이 다르므로 목적에 따라 각종 외력을 사용하여 시험하고 그 값을 결정하는 것이 필요하게 된다.안전수칙, 기계 및 공구관리가. 안전수칙1. 움직이고 있는 기계에 쓸데없이 손대지 말 것.2. 기계를 작동시키기 전에는 반드시 주위에 사람이 없는지 확인 한 다음에 switch를 올려야 한다.3. 고속회전을 하는 공작기계를 취급할 때는 절대 장갑을 끼지 말 것.(예, 선반,밀링, 드릴링 등)4. 항상 작업복을 단정하게 입고, 작업에 임해야 한다. 소매자락이나 옷자락이 길게 늘어져서 기계에 말려들지 않게해야 한다.1 -5. 선반이나 그라인딩등과 같이 chip이나 입자가 비산하는 경우에는 보안경이나 마스크를 착용해야한다.6. 미끄럽거나 불안전한 신발을 신고 작업을 해서는 안된다. (예, 고무신이나 슬리퍼따위)7. 기계의 변속이나 청소는 반드시 기계를 정지시켜 놓고 하여야 한다.8. 미끄러운 곳에서 작업을 해서는 안된다. 기름 따위가 쏟아져 있을 경우 가늘게 되어도 하중은 증가하여 E 점에서 최대를 기록하고, 이 점에서 국부적인 수축 현상을 일으켜 G 점에서 드디어 파단된다. 시험편이 견딜 수 있는 최대 하중 WMAX 를 시험편의 원단면적으로 나눈 값이 인장 강도(Tensile strength)로써,sigma_B = W_MAX over A_0 (kg_f /mm^2 )이다.응력-변형 곡선에서 보는 바와 같이 최대 하중의 경우에는 시험편은 늘어나서 그 단면적이 작아졌으므로 이 강도는 참된 최대 응력을 나타내지 못하고 있으며, 편의상으로 정의한 값이다. 참된 응력은 G 점이므로W_G / A_o의 값이 된다.그림에서 G 점이 E 점보다 하중이 감소되어 있는것은 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 단면적 (kg_f / mm^2 )strain= 표점간연신거리over표점간거리탄성계수 E= sigma over epsilon = 하중/단면적 over 늘어난길이/원길이즉 기계적 성질을 계산하면 다음과 같다.■ elastic limit: 응력을 제거하면 strain 이 0으로 복귀하는 응력의 상한 치(0.03%또는0.0005%가될때의응력)■ nominal stress:σ_n " "= " "P over A_0(where :σ_n= 공칭응력, P= 하중,A_0= 원단면적 )■ actual stress :σ_a" "= " "P over A_a(where :σ_a= 실제응력 , P= 하중,A_a= 연신된 단면적 )■ strain:ε= Δl over l(where :l_0:원래 길이 ,l= 늘어난 길이 )■ tensile strength :σ_max" "= " "P_max over A_0■ yield strength:σ_y"증가율이 20∼80[%min]으로 되는 속도로 인장을 한다음 최대하중과 파단 하중점을 측정한다.시험척척은 인장 시험에서 중요한 일부분으로 정밀도가 높고 감도가 우수한 시험기라 할지라도 시편을 고정시킬 적덩한 척을 사용하지 않으면 좋은 결과를 얻기 곤란하다. 척은 시편의 형상에 따라 다음과 같은 여러 가지가 있다.(1) 봉재용(2) 평판재용(3) 선재용(4) 관용(5) 체인용봉재는 그림과 같이 고정부에 나사를 깎거나 또는 두형을 갖게 한다. 봉재용 척그림의 V형 쐐기형척은 봉재 시편에는 봉재용 쐐기를 사용하고 판재시편에는 평판 쐐기를 조립한 것이 많이 사용된다. 이와 같이 쐐기 부품만 바꾸면 봉재, 각재, 평판재의 시험에도 사용할 수 있으므로 만능 시험기에는 그림의 형식을 이용한 고정 장치가 널리 사용되고 있다. 쐐기형 척시편의 치수는 마이크로미터나 버니어 캘리퍼스 또는 이동식 측장기를 사용하여 정확하게 측정해야 한다. 보통 봉재는 지름, 판재 두께와 나비를 측정한다. 평행부는 전길이에 걸쳐 여러번 측정하여 평균값을 취해야 한다. 특히 봉재는 길이에 직각된 방향으로 여러번 측정하여 평균값으로 원단면의 치수를 결정한다. 단면적의 오차는 1% 이내로 하도록 규정되어 있다. 표점 거리의 규정 치수는 0.1%의 오차밖에 허용되지 않으므로 50mm에 대하여 0.05mm의 정밀도를 가여야 한다. 그리고 표점 거리를 표히하는 점은 펀치로 가볍게 때려 자국을 표시하든가 정밀한 분할기를 사용하는 것이 편리하다.보통 인장 강도 및 항복 응력은 0.1kg/㎟까지 정확하게 측정해야 한다.시험①시험편의 모양에 적합한 손잡이 장치를 사용하여, 시험 중 시험편에는 축 방향의 하중만이 가해지도록 하여야 한다.②하중을 가하는 속도는 가급적 균일한 것이 바람직 하며, 그 지정은 다음 어느 하나의 방법에 따른다.1)응력 증가율 2)변형 증가율 3)경과 시간②-1.하중을 가한 속도가 측정 결과에 현저한 영향을 미칠 우려가 있는 재료에 대하여는 그 재료 규격에 정한 바에 따른다. 또, 특별히 지정이로써 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 여러가지 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.그림에서 보는 바와 같이 직경 d, 높이 h로 표시되는 시편에 하중 p를 가하여 압축하였을 때 높이가 h2로 감소하고 직경이 d2로 증가하였다면 이 때 시편 임의의 단면에서 압축력에 대한 압축응력의 크기는 다음식으로 결정된다.압축응력σc= { P} over { { pi { {d }^{2 } }_{1 } } over {4 } } = { P} over { { F}_{0 } }압축률{ epsilon }_{c } = { { h}_{1 } - { h}_{2 } } over { {h }_{1 } } TIMES 100단면변화율{ PHI }_{ c} = { { F}^{′ }- {F }_{0 } } over { {F }_{0 } } TIMES 100압축시험을 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. 압축변형이와 같은 재질의 항복점은 압축력으로 정한다.연강은 일반적으로 압축탄성한계가 인장시험의 결과와 대략 일치하므로 보통 압축시험을 행하지 않는다.일반적으로 압축치는 인장시험의 결과와 일치하지만 몇가지 경우에시험기사용 기기충격 시험기버니어 캘리퍼스마이크로메터시험편시험기일반적으로 사용되는 충격 시험기에는 Charpy(KS B 5522)와 Izod(KS B 5523)의 식이 있다.1. Charpy 충격 시험기그림은 Carpy 충격 시험기이며 진자형 해머는 눈금판이 중심과 동축치 둘레를 부드럽게 회전할 수 있는 구조로, 소정의 들어올림각에서 정지시켜 빗장을 풀면 해머의 자중에 의해 낙하 하여 축의 둘레를 회전시킨 것과 같이 된다. 시험편은 중심축의 직하의 지지대 위에 정치하고 [그림 6]에서와 같이 그 중앙을 해머가 치도록 하여 고속으로 굽힘 파단 시킨다. 해머는 시험편 을 파단시키는 에너지를 잃어도 남은 에너지에 의해 반대 측으로 들어 올려지며, 이때 눈금판의 바늘을 회전시켜 해머의 움직임각을 눈금으로 읽을 수 있도록 되어 있다. 파단에 요하는 에너지 를 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.그림 Charpy충격시험기그림 Charpy충격시험기의 해머와 시험편의 위치2. Izod 충격 시험기Izod충격 시험기는 그림과 같으며, Charpy충격시험기와 마찬가지로 노치 시험편을 진자형 해머로 타격하고 파단에 요하는 에너지를 측정하여 재료의 인성과 취성을 측정한다. 시험방법은 Charpy 시험기에 있어서와 같으나 시험편을 그림에서 처럼 한쪽만 견고하게 지지하며, 형 상치수가 약간 다르고, 시험기의 용량은 대개 16.6kg-m(120ft-lb)이다.충 격 시 험 (Impact test) Izod충격시험기 및 시험편3. 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 인 장하거나, 또는 고정된 인장시험의 한쪽 끝을 무거운 원판을 고속회전시켜 원판반지름
![[재료의 기계적성질] 재료시험의 종류](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2002/03/10/data1075321-0001.jpg)
