[재료공학실험]Al 7075 가공조건에 따른 조직 관찰, 경도 및 충격 시험 5부






실험 결과


1. 미세 조직




2. 경도 시험

시편재질

원소재(HRB)

용체화처리(HRB)

시효경화(HRB)

1

40.5

76.5

21.3

2

41.0

77.5

21.0

3

39.7

77.3

21.0

평균

40.4

77.1

21.1

 

3. 충격 시험

시편재질

원 소 재

용체화처리

시효경화

높 이

0.77㎝

0.75㎝

0.77㎝

너 비

0.616㎝

0.6㎝

0.616㎝

단 면 적

0.474㎠

0.45㎠

0.474㎠

해머 지상각(α)

140.0°

공진각(β0)

137.0°

해머 진상각(β)

54°

45°

86°

해머무게

6㎏

3㎏

6㎏

회전반경

0.55m

손실되는 충격에너지 U0

1.132 ㎏·f·m

0.566 ㎏·f·m

1.132 ㎏·f·m

흡수되는 충격에너지 U

43.756 ㎏·f·m

23.721 ㎏·f·m

27.003 ㎏·f·m

샤르피 충격값 E

89.924(J/㎠)

51.456(J/㎠)

54.580(J/㎠)


4. 계산과정

1) 손실되는 충격에너지 U0

◦ 용체화 처리 : U = WR(cosβ0-cosα) = (3×9.8×0.55)(-0.731+0.766) = 0.5659㎏·f·m

◦ 원소재, 시효경화 : U = WR(cosβ0-cosα) = (6×9.8×0.55)(-0.731+0.766) = 1.1319㎏·f·m

 

2) 시험편의 파단에 의해 흡수되는 에너지 U는?

◦ 원소재 : U = WR(cosβ-cosα) = (6×9.8×0.55)(0.587+0.766) = 43.756㎏·f·m

◦ 용체화 처리 : U = WR(cosβ-cosα) = (3×9.8×0.55)(0.701+0.766) = 23.721㎏·f·m

◦ 시효경화 : U = WR(cosβ-cosα) = (6×9.8×0.55)(0.069+0.766) = 27.003㎏·f·m

 

3) 샤르피 충격값 E는?

◦ 원소재 E= (U-U0)/A = (43.756-1.132)/0.474 = 89.924

◦ 용체화 처리 : E= (U-U0)/A = (23.721-0.566)/0.45 = 51.456

◦ 시효경화 : E= (U-U0)/A = (27.003-1.132)/0.474 = 54.580



토의 사항

 

1. 실험 고찰

Al 7075는 알루미늄 합금중 최고의 강도를 가진 합금의 하나로 항공기 구조재, 스키용구, 방산용재료로 널리 사용되고 있다. Al 7075의 결정구조 및 강도, 충격값은 열처리에 따라 변화한다. 미세조직을 관찰함에 있어서 어려웠던 점은 현미경 관찰을 위한 시편 표면의 연마였다. 알루미늄이 연질이기 때문에 무리하게 힘을 가하면 국부적인 라운딩이 생기며, 연마지에 남겨진 입자들로 인한 스크래치가 많이 발생 되었다. 부식 시간은 수초에서 수분사이에 실시하지만 부식액의 농도, 온도, 종류 및 금속재료의 종류에 따라서 달라지며 부식액을 H2O 150㎖, HCl 6㎖, HNO3 3㎖, HF 6㎖을 사용했다.


OVER ETCHING이 될까봐 3~5초씩 여러차례 실시하며 조직을 관찰했다. 경도시험은 로크웰 경도시험을 하였다. 시험편을 경도계 앤빌에 올려 놓고 작동 순서에 있다 측정을 해서 값을 구했다. 결과값은 시효경화〈원상태〈용체처리 순으로 나왔다. 충격시험은 샤르피 시험을 하였다. 시험전에 규격에 맞게 시편을 만들었고 시험수의 결과값을 비교하기 위해 3종류의 시편의 단면적 차이를 최대한 줄여서 만들었다. 많은 오차가 발생하였는데 오차의 내용은 다음과 같다. 시효경화한 시험편은 초기 시편절단으로 발생한 잔잔한 크랙이 오차를 크게 발생시켰고, 용체화 처리된 시험편은 충격시험 초기에 해머중량을 적게 두어 한번에 깨지 못함에 있는거 같다. 이렇게 시험이 제대로 이루어지지 못하였음에 불구하고 다시 재시험을 하지 못한 것이 아쉬움으로 남는다


실험결과의 전체적으로 보면 이론적인 값고 너무나 상이한 결과값이 나왔다. 결과값의 원인에는 실험의 미숙함, 기계적인 오차가 발생했겠지만 가장 큰 원인은 과시효에 있다고 생각한다. 시효의 진행에 따라서 한번 최고치에 이른 경도가 다시 저하하여 오히려 연화하는 일이 발생하기 때문이다. 본 실험을 통해서 알루미늄 합금의 특성과 열처리를 하였을때 미세조직, 강도, 경도의 값이 변화한다는 것은 알 수 있었다.

 

 


참고 문헌


1. 재료실험입문 - 윤한기, 오환섭, 김상태, 오환교 편저, 원창출판사, 1994-02-15, (P.85~148)


2. 재료과학의 이해와 응용 - James P. Schaffer, 한국맥그로힐, 2000, (P.472~480)






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