재료의강도/연성/경도평가기법 - jejoup.krž¬료의 강도,연성,경도평가기법.pdf · 굽힘시험, 피로시험, 열피로시험, 파괴인성시험, 크리프시험,

재료의 강도/연성/경도 평가기법

기계적 시험(Mechanical Tests)기계적 시험(Mechanical Tests)

목적: 재료의 응력( t )에 대한 재료의 저항( t i )목적: 재료의 응력(stress)에 대한 재료의 저항(strain)

관계를 구함

인장/압축 시험

경도시험

굽힘시험, 피로시험, 열피로시험, 파괴인성시험, 크리프시험,

충격시험 열충격시험 마모시험 등충격시험, 열충격시험, 마모시험 등

제 4회 생산기반 시험분석강좌

변형(Deformation)의 종류변형(Deformation)의 종류

Tension Compression

S TorsionShear Torsion


기계적 특성 평가의 필요성기계적 특성 평가의 필요성


인장시험(Tensile Test)인장시험(Tensile Test)

재료의 기본적인 기계적특성

일정한 속도로 시편을

잡아당김(인장)

주어진 변위 (ΔL) 에 필요한

하중(F)의 형태로 나타남

(하중 vs 변위 곡선)중

응력-변형선도

(stress-strain curve)(stress strain curve)


응력 변형 선도(Stress strain curve)응력-변형 선도(Stress-strain curve)

인장강

s탄성한(P ti l

인장강도(Tensile Strength)

(Proportional Limit)

x0.2% 항복강도

(0.2% Proof Stress)

x

파단강도(Fracture Strength)

연성(D tilit )

e0 002

(Ductility)


e0.002

공칭응력과 공칭변형률공칭응력과 공칭변형률

공칭응력(Engineering Stress, σE ) F : 하중A : 초기 면적

AF

E =σA0 : 초기 면적L :초기길이ΔL : 늘어난 길이

0A

공칭변형률(E i i St i )공칭변형률(Engineering Strain, εE )

0 LLLi Δ−

00

0

LLi

E ==ε


진응력과 진변형률진응력과 진변형률

진응력(Ture Stress, σT )진응력(Ture Stress, σT )

)1(0EET

LLFLFF εσσ +=⎥⎤

⎢⎡ Δ+

=⋅==

진변형률(True Strain, εT )

)1(0000

EET LALAAεσσ +⎥

⎦⎢⎣

진변형률(True Strain, εT )

)1ln(ln +=== ∫ E

L

LT LL

LdL εε

0 0∫L LL


응력의 단위 변환응력의 단위 변환






온도의 영향온도의 영향

온도 상승온도 상승

항복강도, 인장강도, 탄성계수 감소

연성 증가


변형속도(Strain Rate)와 인장강도변형속도(Strain Rate)와 인장강도


탄성계수(Young’s Modulus)탄성계수(Young’s Modulus)

항복강도항복강도

탄성계수, E


연성(Ductility)연성(Ductility)

연성(Ductility) : 파손까지의 소성변형 정도

σ

⎞⎛ LL

연신율(Elongation)

100%0

0 ×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

LLL

EL f

δE E

⎞⎛ AA

0 ⎠⎝단면수축률(Reduction of Area) ε

100%0

0 ×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

AAARA F

0 ⎠⎝취성(Brittle) : 연성이 없는 것

취성 재료(Briitle Materials) : 일반적으로 연성이 < 5%인 재료


취성 재료(Briitle Materials) : 일반적으로 연성이 < 5%인 재료

인성(Toughness)인성(Toughness)

재료가 파괴되기까지 소비한 에너지재료가 파괴되기까지 소비한 에너지

U ≈ σTS δ

(Energy = Force x distanceE A U d )


Energy = Area Under s-e curve)

가공경화(Work Hardening)가공경화(Work Hardening)

두번째 인장Re-Load

첫번째 인장

두번째 인장

Load sy2

EE

sy1

EE

Extension Extension

E = constant

항복강도 상승


탄성변형(Elastic Deformation)탄성변형(Elastic Deformation)

1 Initial 2 Small load 3 Unload

bonds

1. Initial 2. Small load 3. Unload

bonds stretch

t t

δ

return to initial

F

δ

FF Linear-

elasticHooke’s Law

δ

Non-Linear-elasticσ = Eε


δ

소성변형(Plastic Deformation)

1 Initial 2 Small load 3 Unload

소성변형(Plastic Deformation)

1. Initial 2. Small load 3. Unload

planes bonds

t t h planes still sheared

stretch & planes shear shearedshear

δelastic + plasticδplastic

F

F

δlinear elastic

linear elastic

F


δδplastic

연성파괴(Ductile Fracture)연성파괴(Ductile Fracture)


연성파괴(Ductile Fracture) - Dimple연성파괴(Ductile Fracture) Dimple


파면(Fractography)-Dimple파면(Fractography) Dimple


취성파괴(Brittle Fracture) 파면취성파괴(Brittle Fracture) 파면

입내파괴(Transgranular Cleavage)


취성파괴(Brittle Fracture) 파면취성파괴(Brittle Fracture) 파면

입계파괴(Intergranular Cleavage)


인장시험방법인장시험방법

1.시험편 결정 (KS B 0801참조)

(재료크기 및 상태, 시험기 등 고려)

2. 시험편 준비(가공 및 연마)

3. 시편 크기 측정(직경 등)

4. 표점간 거리 표시(Extensometer사용시 필요 없음)

5. 시편 장착5. 시편 장착

6. Extensometer 셋팅(Extensometer사용시)

7. 시험조건 결정(변형속도)7. 시험조건 결정(변형속도)

8. 시험시작

9 데이터 분석9. 데이터 분석

* KS B 0802 금속 재료 인장 시험 방법


* KS B 0802 금속 재료 인장 시험 방법

전형적인 인장시험편전형적인 인장시험편


인장시험편의 예 (KS B 0801)인장시험편의 예 (KS B 0801)

<봉상시험편><봉상시험편>

L

P

D

R

정형시험편

시험편의 구별 지름 (D) 표점 거리 (L) 평행부 길이 (P) 어깨부 반지름 (R)

정형시험편

4 호 14 50 약 60 15 이상

10호 12.5 50 약 60 15 이상

비례시험편

시험편의 구별 표점 거리 (L) 평행부 길이 (P) 어깨부 반지름 (R)

14A 호 5.65√A 5.5D – 7D 15 이상

A: 평행부 단면적평행부가 원형단면일 경우 L=5D, 각형단면일 경우 L=5.65D, 6각 단면인 경우 L=5.26D로 하는 것이 좋다.평행부 길이는 될 수 있는 한 P=7D로 한다.


평행부 길이는 될 수 있는 한 한다물림부의 지름은 평행부의 지름과 같은 치수로 해도 좋다. 이 경우 물림간격은 P≥8D로 한다.

인장시험기인장시험기


경도(Hardness)경도(Hardness)

국부적인 소성변형에 대한 재료의 저항 정도

록크웰(R k ll H d T t)

국부적인 소성변형에 대한 재료의 저항 정도

록크웰(Rockwell Hardness Test)

브리넬(Brinell Hardness Test)리넬( )

비커스(Vickers Hardness Test)

누프(Knoop Hardness Test)


경도시험법의 종류경도시험법의 종류


Brinell HardnessBrinell Hardness

◦◦ 압자압자 : : 강구강구 (10,5,2.5,2,1 (10,5,2.5,2,1 ㎜㎜ΦΦ))

◦◦ 하중하중 : 500: 500㎏㎏∼3000∼3000㎏㎏ ((약약3030초초))

◦◦ 압흔의압흔의 직경이직경이 강구직경의강구직경의 0.2∼0.50.2∼0.5가가 되도록되도록 조정조정

◦◦ 경도표시법경도표시법

HBS(HBS(강구강구), HBW(), HBW(초경합금구초경합금구))HBS(HBS(강구강구), HBW(), HBW(초경합금구초경합금구))

HB(s,w) = 0.102 F/S =HB(s,w) = 0.102 F/S =

◦◦ 시편시편

두께두께>>압흔깊이의압흔깊이의 1010배배, , 폭폭>4d.>4d.

측정점측정점 끝에서의끝에서의 거리거리>2d>2d

◦◦ 특징특징

대형시험편이대형시험편이 필요하나필요하나 평균값이평균값이 얻어지고얻어지고대형시험편이대형시험편이 필요하나필요하나 평균값이평균값이 얻어지고얻어지고

표면의표면의 영향이영향이 작다작다


Rockwell HardnessRockwell Hardness

◦ 압자 : 1/16”, 1/8” 강구 또는 초경합금구(F,G,B,H,E),

각도120°의 diamond 원추(C,A)

◦ 경도표시법◦ 경도표시법

HR(A,C,B,E,F,G,H)

예비하중→본하중→예비하중으로 변화시켰을 때의

압흔의 깊이의 역수

◦ 시편 : 브리넬 경도의 경우와 동일

◦ 특징 : 신속, 측정하는 사람에 따르는 오차가 작고 감도가 좋다.특징 신속, 측정하는 사람에 따르는 오차가 작고 감도가 좋다.

스케일 압 자기준하중N{kgf}

시험하중N {kgf}

경도의정의식

적용경도N{kgf} N {kgf} 정의식 경도

A

C

선단곡률반경 0.2mm

원추각120°의 diamond

588.4 { 60}

1471.0 {150}

HR=

100-h/2

40∼95

0∼70

F 588 4 { 60}98.07

{10}

F

B

G

강구 또는 초경합금구 직경 1.587mm 1/16”588.4 { 60}

980.7{100}

1471.0 {150}HR=

130-h/20∼100

H강구 또는 초경합금구 직경 3 175 1/8”

588.4 { 60}


H

E강구 또는 초경합금구 직경 3.175mm 1/8”

588.4 { 60}

980.7{100}

Vickers HardnessVickers Hardness

압자 : Di d각추 (θ 136°)◦ 압자 : Diamond각추 (θ=136°)◦ 하중

① 100kg ≥ F ≥ 5kg : 비커스 경도② 5kg ≥ F ≥ 0 2kg : 저하중 비커스 경도② 5kg ≥ F ≥ 0.2kg : 저하중 비커스 경도③ 0.2kg ≥ F : 미소 비커스경도◦ 경도표시법

◦ 시편시편① 두께 > 1.5d② 측정점 간의 거리 > 4d③ 시료끝에서 측정점까지의 거리 > 2.5d④ 경면에 가까운 표면상태◦ 특징 : 시편이 작고 적용할 수 있는 경도의 범위가 크다


미소경도시험의 비교미소경도시험의 비교

◇ 특징◇ 특징

① 비커스 미소경도 : 미소시편, 표면층, 조직과 대응한 미소부분의 경도측정이 가능

② 누프 미소경도 : 측정감도가 높고, 표면층 박판 등의 측정에 적합


경도시험법의 스케링 및 변환경도시험법의 스케링 및 변환


재료에 따른 경도시험법재료에 따른 경도시험법


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