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기계재료학 - 기계적 시험법 정리

by ¢ⓑ 2020. 10. 14.
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금속 재료의 시험에는 크게 파괴시험과 비파괴 시험으로 나뉜다.

파괴시험에는 금속조직시험, 화학적 성질시험, 기계적 성질시험이 있다.

 

금속 조직시험은 결정입도,결함,기포,비금속개재물을 통한 시험을 진행한다.

화학적 성질시험은 성분 분석(화학적 조성)을 통해 시험을 진행한다.

기계적 성질 시험은 인장,충격,경도,압축,피로,굽힘,마모,비틀림,피로,크리프,전단 시험등을 통해 진행한다.

비파괴시험에는 초음파탐상검사(UT), 방사선투과검사(RT),침투탐상검사(PT),와전류탐상검사(ECT)가 있다.

 

인장시험 : 축 방향의 인장력을 가하여 파괴되기가지의 변형과 주어진 힘을 측정하여 항복강도(항복점),인장강도(극한강도),탄성계수,연신율,단면수축률 등을 결정하는 시험이다.

-표점거리 : 평행부에 찍어 놓은 2개의 표점 사이의 거리로, 연신율 측정에 기준이 되는 길이.

-평행부 : 시험편의 중앙부에 동일한 단면을 갖는 부분

연성재료의 응력-변형률선도

비례한도 : 응력과 변형률이 선형관계를 유지하는 한도

탄성한도 : 하중을 비례한도보다 다소 높이 가하고 하중을 제거했을 때, 변형이 0으로 되돌아 오는 한도

항복점 : 항복점으로 하중의 작은 증가에도 불구하고, 큰 변형이 일어나는 점. 재료가 소성 변형이 일어나는 점.  상 항복점과 하 항복점으로 나누어지고, 하 항복점이 항복강도이다. 상 항복점은 일시적 현상

인장강도 혹은 극한강도 : 재료가 견딜 수 있는 최대응력, 재료 내 응력이 이 응력을 초과하면 재료가 파괴됨.

파단강도 : 재료가 파단 될 때 생긴 응력.

 

S-N선도(응력-반복사이클 횟수)

1.피로는 반복하중이나 변동하중을 받는 구조물, 기계부품의 설계에는 필히 고려해야 할 사항

2.변동하중은 교량위의 교통 통행이 예, 반복하중은 철도차량의 축을 예로 들 수 있음

3.응력이 높을 수록 수명이 짧아지고, 응력이 낮을 수록 수명이 길어지며 동일한 응력에서도 재료마다 수명이 다름.

4.피로한도 : 하중사이클의 횟수가 증가함에 따라 파괴에 이르는 응력은 계속 감소하며, 규정된 하중 사이클 횟수 후의 파괴에 따른 응력

5.내구한도 : 무한대 횟수의 하중 사이클에도 파손이 일어나지 않는 응력

 

경도 시험 : 금속의 단단함을 가리키는 양으로 소성변형에 대한 저항의 크기.

1. 압입에 의한 방법 - 브리넬,비커스,로커웰 경도, 변형이 되지 않는 Ball or Cone 의 침투에 대한 금속의 저항을 결정

2. 스크래치에 의한 방법 - 물체를 표준 시편으로 긁어서 어느 쪽에 긁힌 흔적이 발생하는지 관찰

3.반발에 의한 방법 - 쇼어경도, 압입체를 사용않고 낙하체를 이용하는 시험방법으로 완성제품에 주로 사용

 

브리넬 경도시험 : 일정한 지름의 강구 압입체를 일정한 하중으로 시편에 압입하는 방법

브리넬 경도 HB : 하중을 압입체와 시험편의 접촉면적을 구면의 일부로 생각하여 그 면적으로 나눈 값

HBN = P/파이Dt

 

로커웰 경도 시험 : 압입자로서 강구 또는 원뿔형의 다이아몬드제를 사용하여 일정하중을 가했을 때 생기는 압입 자국의 깊이에 의해 경도를 측정

-> 규정하중을 시험하중으로 가하여 생긴 압입자국의 깊이를 측정

B Scale : 연한 금속의 경도 시험에 사용되며 압입체의 지름은 1/16의 강구를 사용하며 규정하중은 980N으로 함.

C Scale : 단단한 재료의 경도 시험에 사용되며, 압입체는 꼭지각 120도,선단에 반지름 0.2mm인 다이아몬드제를 사용하고 규정하중은 1470N으로 함.

비커스 경도 시험 : 정사각형의 밑면을 가진 꼭지각 136도의 다이아온드 원뿔형의 압입체 사용

압입체를 임의의 하중 P로써 시험편에 압입했을때 시험편에 생긴 대각선의 길이 d를 비커스 경도계에 있는 현미경으로 측정.

특징 : 압흔 자국이 극히 작아 현미경 측정,육안 어려움, 도금층,침탄층,질화층,탈탄층의 경도시험에 적당함.

(흠집을 내선 안되는 재료에 사용)

 

쇼어경도 시험 : 압입체를 사용하지 않고 낙하체를 이용하는 반발경도 시험법

낙하체를 일정 높이에서 낙하시켜 반발높이를 측정한다. 개인측정차가 나오기 쉽고, 탄성률의 차가 큰 재료에는 부적당하다.

 

충격시험 : 재료의 인성과 취성을 시험한다.

-샤르피형 :단순보의 상태에서 시험

-아이조드형 : 내다지보(돌출보)와 외팔보의 상태에서 시험.

 

크리프시험 

크리프현상 : 응력과 온도가 일정한 상태에서 시간이 지남에 따라 변형이 연속적으로 진행되는 현상

크리프한도 : 연성재료가 고온에서 정하중을 받을 때 기준 강도.

1)초음파탐상검사 : 초음파를 시험체로 보내어 불연속을 검출하는 방법.

불연속에서는 음파가 반사되며, 반사된 음파신호를 분석하여 결함의 크기와 위치를 검사하는 방법

공기의 음속 340m/s, 다이아몬드의 음속 11,212m/s

 

2)방사선투과검사 : 투과성 방사선을 시험체에 조사하였을 때 투과 방사선의 강도의 변화, 즉 건전부와 결하부의 투과선량의 차에 의한 필름상의 농도차로부터 결함 검출

 

3)침투탐상검사 - 표면 손상 결함의 검출

 

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