[재료역학실험]금속재료 인장시험 3부

실험 결과

1. SM20C

원시편

시험후 시편

응력-변형 곡선

2. SM45C

원시편

시험후 시편

응력-변형 곡선

3. SM20C와 SM45C 비교

시험편 전체

SM20C

SM45C

응력 변형곡선

 

4. 인장강도 시험후 결과값 정리

1) 시험 전 기본 설정값

① 직 경 : 7.99㎜

② 단면적 : A0 = π×d2/4 = π×7.992/4 = 50.265㎟

③ 표점거리 : l0 = 24.5㎜

④ 하중 : 5000kgf

⑤ 속도 : 20㎜/min

 

2) 파단 후

	SM20C	SM45C
파단시 직 경	? ㎜	? ㎜
파단시 단면적	? ㎟	? ㎟
파단후 표점거리	l = 32.5㎜	l = 31㎜

 

3) 연신률(Elongation)

연신율 δ는 시험편 파단 후에 있어서 영구 연신율, 즉 시편이 끊어질 때까지의 변형률, 혼동을 피 하기 위해 파단 연신율이라 한다. 이때, 파단 연신율 δ = (l-l0)/l0×100 으로 계산한다.

① SM20C : δ = (l-l0)/l0×100 = (32.5-24.5)/24.5×100 = 32.653

② SM45C : δ = (l-l0)/l0×100 = (324.5)/24.5×100 = 26.530

(단, l :파단후 표점거리 ,l0:시험전 표점거리)

 

4) 단면 수축률

단면수축률 φ는 시험편 파단 후의 최소 단면적과 그 원단면적의 차를 원단면적에 대한 백분율로 나타낸 값으로,

① SM20C : φ = (A-A0)/A0×100 = (x-50.265)/50.265×100 = -?%

② SM45C : φ = (A-A0)/A0×100 = (x-50.265)/50.265×100 = -?%

(A0 : 파단 전 원단면적, A : 파단 후 단면적)

시편	표점거리 변화 (㎜)	표점거리 변화율(%) 연신율	직경변화 (㎜)	단면적변화	단면적 변화율
SM20C	24.5 32.5	(32.5-24.5)/24.5×100 = 32.653	7.99 ?	50.265 ?	?%
SM45C	24.5 31	(324.5)/24.5×100 = 26.530	7.99 ?	50.265 ?	?%

 

5) 인장강도

인장강도는 인장시험의 경과 중 시험편이 견딘 최대하중을

평행부의 원단면적으로 나눈 값이다.

① SM20C : δu = 2207.8kgf/50.265㎟ = 43.923kgf/㎟

② SM45C : δu = 3165.6kgf/50.265㎟ = 62.977kgf/㎟

시 편	최대하중 Max load(kgf)	인장강도 Max stress(kgf/㎟)	항복하중 Yield load(kgf)	총연신율 Elongation(%)
SM20C	2207.8	43.923	1635.5	약 32.653
SM45C	3165.6	62.977	2816.5	약 26.530

토의 사항

1. 실험 고찰

인장성은 어떤 재료의 강도를 표시하는 가장 중요한 척도가 되는데, 본 실험에서는 시편을 늘리는데 필요한 힘과 파괴점에서의 신율이 결정된다. 탄성율은 가해진 응력과 변형도가 응력에 선비례하는 영역에서 가해진 응력이 만드는 변형도에 대한 비율이다.

탄성율은 근본적으로 경도의 척도이며, 어떤 부품을 탄성율이 측정되는 선형영역에 일치하도록 설계하려고 할 때 대단히 유용한 인자가 된다. 즉, 고무와 같은 탄성이 필요한 용도에 대해서는 파괴점에서의 신율이 대단이 높으며, 딱딱한 부품의 경우에는 반대로 신율이 대단히 낮다. 그러나 신율을 적당하게 유지함으로써 급속한 충격을 흡수하도록 설계할 수도 있다. 따라서 응력-변형곡선 이하의 면적은 충격강도를 측정하는 척도가 될수 있다. 대개의 경우 인장강도가 대단히 높고 신율이 작은 재료는 실제로 사용이 깨어지기 쉽다. 재료를 이해 할 수 있었던 실험이고 이론을 시험에 적용해 볼 수 있는 중요한 시험이었다.

항복강도와 인장강도를 알 수 있는데 먼저 항복강도란 재료가 소성변형을 일으키지 않고 견딜 수 있는 최대강도로서 즉, 항복강도이하의 하중에서 이로 인해 생기는 미세한 변형은 회복되어지며 이에 탄성영역이라고 한다. 어떤 재료에서는 인장강도보다도 항복강도의 정도를 더 중요시 여기는 재료도 있으며 예로서 금형등에 쓰이게 되는 재료는 하중에 의해 소성변형을 일으키지 않아야 하므로 항복강도가 높은 재료를 선호해야만 한다.

인장강도는, 재료에 인장하중을 계속 가하게 되면 이 재료는 결국 항복점을 넘어서서 소성변형을 일으키게 된다. 이 재료는 균일한 소성변형을 하다가 국부적으로 급격한 변형을 일으키게 되는데 즉, 네킹이란 변형이 생기게 되면 재료는 급격히 변형되어 파괴가 일어난다. 이 때의 네킹이 일어나는 시점의 강도를 인장강도라 하며 그 재료가 가지는 최대강도라 할 수 있다. 

재료에 하중이 가해지면서 탄성영역이후로 균일한 소성변형을 일으키게 되는데 이로 인해서 재료의 파단을 예측할 수 있으며 또한 그 재료가 버틸 수 있는 최대의 하중이므로 매우 중요한 기계적 성질이다. 네킹이 일어나게 되면 재료는 급격히 변형되어 순식간에 파괴에 이르게 된다. 예를 들어 건물의 구조용강으로 쓰이는 재료라 하면 인장강도가 높은 재료를 써야 건물의 수명을 예측하고 파괴가 일어나지 않은 시점에서의 예측이 가능해지므로 매우 중요하다. 반대로 인장하중이 낮은 재료라 하면 하중을 견디다 갑자기 파괴에 이르기 때문에 매우 위험할 수가 있다.

 

2. 결론

본 실험은 인장시험으로 그 목적 또한 재료의 특성을 알 수 있는 실험이었다. 평행부의 표점길이 변화를 측정했어야 했는데 시편의 평행부길이가 게이지보다 짧아서 표점길이는 측정하지 않고 일정하게 모든부분에서 늘어난다고 가정하고 실험했다. 인장시험기로 나온 그래프와 그 값들을 이해하고 분석하는 것도 이 실험의 중요한 목적 중 하나였다. 실험은 두 번 하였는데 첫 번째는 실패하여 두 번째 실험값을 결과로 작성하였다.

재료역학 강의로 파단점은 시편가운데에 일어난다고 배웠는데 실험 시편의 파단점은 위쪽에 나타났다. 항복강도, 인장강도 등에 관한 사항은 배웠었지만 그 이후 이것을 직접 실험해서 분석 후 결과를 도출해내는 것이 쉽지만은 않은 작업이었던 것 같다. 실험 레포트를 작성하면서 조금 부정확하게 알고있던 항복강도, 인장강도, 연신율 등에 대한 공부를 다시 한번하게 되어서 배움이 된 실험이었던 것 같다.

참고 문헌

1. 재료시험법, 기전연구사, 오길환 채두병 김학윤 연윤모 송건 박종건 공저, 1996

2. 금속기계 재료시험, 학문사, 김창주 著, 1993, P.273∼229

3. 비파괴검사공학, 일진사, 이의종 이주석 공저, 1999, P.320∼418

4. 신편기계금속, 성안당출판, 박용진저

5. 금속기계 재료시험, 학문사, 김창주 著

[Engineering/공학실험] - [재료역학실험]금속재료 인장시험 1부

[Engineering/공학실험] - [재료역학실험]금속재료 인장시험 2부