실험 이론 및 원리 - 2

7. Lüder band

항복이 개시했을 때의 표면상황을 보면 검게 보이는 부분이 있고 아닌 부분이 있다. 검게 보이는 부분이 항복한 영역(빛의 반사에 관계가 있고, 실제는 검지 않다)이고, 기타 부분은 거의 소성변성을 하지 않은 영역이다. 이 변형영역을 Lüder band라고 하고 그 경계를 Lüder front라고 한다.

소성변형은 이 부분에서 일어나지만, 전선의 전 길이가 길수록 전파하는데 약간 낮은 응력상태로 된다. 이 때문에 전파응력, 즉 σly는 대체로 일정하지만(이것을 landing이라고 한다) 다소 요철이 생긴다. 시료전면을 Lüder band가 덮게 되면 하중은 재차 증가한다. 소성변형이 수반한 재료의 경화현상을 가공경화(work hardening)라고 한다.

Lüder band를 관찰하는 데는 다음과 같은 방법이 있다.

1) 스트레인 도료를 칠한다.

2) 표면을 전해연마(예를 들면 인산 50cc에 젤라틴을 2gr 첨가해서 1일 방치한 후, 수산 2gr을 첨가한 액에서 30~200mA/dm2으로 전해)해서 평활하게 한다.

3) 항복개시 후, 시험편을 약 250℃ 부근에서 1시간 정도 시효하고 나서 씨액(fry 씨액 : FeCl2 5gr, HCl 40cc, H2O 30cc, 알코올 25cc)에서 부식한다.

그림 5는 모서리부분의 형상과 상항복점과의 관계를 나타낸 것이다. 응력집중이 현저할수록 항복점 강하는 작게 된다. 또 그림 6은 Lüder전선의 수와 하항복점과의 관계를 나타낸 것이다. 항복점은 조직, 온도, 변형 속도에 따라서 뚜렷한 변화를 나타낸다.

그림 5 모서리부분의 형상과 상항복점과의 관계

그림 6 Lüders 전선의 수와 하항복점

그림 7은 철의 결정입경 d와 하항복응력 σly와의 관계를 나타낸 것이다 여기서 보는 바와 같이 항복점과 결정입경과의 사이에는 일반적으로 다음과 같은 관계가 있다.

σly = σ0 +Kd-½

여기는 K는 상수이다. 위의 식을 Hall-Petch 관계식이라고 한다.

그림 7 철의 하항복점 δly와 평균 결정입경 d의 관계

그림 8 하중-연신율선도의 여러 가지 형태

그림 9 내력(δ0.2)을 구하는 방법

뚜렷한 항복점 강하나 항복점 여신율, 또는 Lüder band는 철 이외에도 바나듐(V)과 같은 체심입방결정에서도 볼 수 있지만, 이것은 금속의 특성으로 반드시 일반적인 것이 아니다. 일반적으로는 그림 8에 나타난 바와 같은 곡선을 그린다.

이 경우 항복점을 구하기 위해서는 편의적으로 그림 9에 나타낸 바와 같이 적당한 변형을 부여한 후 제하하고 재차 부하한다(이때 하중을 0으로 하지 않는 것은 지그부의 느슨함을 방지하기 위해서다). 이 경사 AB에 평행하게, 0.2% 스트레인의 점 S를 지나는 직선을 긋고 응력-변형률 선도와 만나는 점 T의 응력을 가지고 항복점으로 나타낸다. 또는 이것을 0.2% 내력(0.2% proof stress)이라고 한다.

시험 기구 및 장치

1. 시험 재료

1) SM20C시편, SM45C시편, 버니어캘리퍼스, 인장시험기, 탄화규소 종이

2) 브니렐경도, 인장경도환산표, 주사 현미경

시험 방법

1. 시험 과정

1) 인장시험 자체가 수분내에 간단히 행하여지는 반면에 시편의 제작은 정밀과 시간을 요하는 작업이다. 시험편의 모양은 규격화되어 있으며 KS, JIS 및 ASTM에서 정한 여러 가지 규격이 있다. 강을 열처리할 시편의 경우에는 최종 열처리 후 탈탄층을 제거해야 하므로 1㎜미만의 여유를 두고 만들고 또한 시편 제작시에 심한 변형이나 열을 받지 않도록 냉각을 잘해야 하며 완성된 시험편은 탄화규소 종이로 깨끗이 연마한다.

2) 시험편이 봉재인 경우에는 micrometer로 직경을 측정하고 판재인 경우에는 두께와 폭을 측정하 여 단면적을 구하고 표점거리를 표시한다.