인장시험
밀 시트 mill sheet
물건을 고를때 상처가 없는지 꼼꼼히 살펴보고 사듯이, 자동차를 생산할때 아무 철이나 쓰지 않는다
자동차학과를 들어가면 재료역학이라는 과목이 있다.
재료역학(mechanics of materials)이란
여러가지 형태의 하중을 받고 있는 고체의거동을 연구하는 응용역학으로
하중에 의한 응력, 변형률, 변위를 구한다.
재료역학의 목적은 기계나 구조물 등이 가지는 강도를 가장 합리적으로 계산하고,
사용 중에도 이상이 없도록 안전한 설계를 하기 위한 것이다.
인장시험은 재료역학이다.
인장시험을 통과한 철만을 사용하는데, 여기서 인장이란 하나의 재료를 양쪽에서 붙잡아 당길때 견디는 힘을 말한다.
철의 품질을 보증하기 위해 메이커가 규격품에 대하여 발행하는 증명서를 밀 시트라 하며 밀시트 안에 표기 되어 있는 것을 확인한다
인장 : 길게 늘리다.
응력 : 어떠한 재료에 힘을 가하면(하중) 그 재료에서는 그 힘에 반응을 하는
반대적인 힘!
인장시험에는 항복점(YP), 인장강도(TS), 연신율(EL)이 반영 되어 있다.
제품의 양끝을 잡고 당겼을때.. 늘어나지 않고 버티는 힘(물체가 어느정도 단단한지)을 강도라고 표현 한다.
제품을 당기면 어느정도의 힘까지는 제품이 늘어나지않고(변형이생기지않고) 버티게 되는데, 점점 더 많은 힘을 가해서 어느 지점의 힘이 가해질때 재료가 변형기 생기기 시작하는 그 강도를 항복강도라고 한다.
이 시점까지 재료에 가해진 힘중 가장 크게 가해진 힘을 재료의 시험전 단면적으로 나눈값을 인장강도라고 한다.
항복점(yielding point) :
처음에는 하중과 연신율이 비례하다가 어느 지점에서 이 하중과 연신율이 비례하지 않는다. 즉, 하중을 증가하지 않아도 시험편이 늘어나게 된다.
하중이란 구조물에 작용하는 외부의 힘이다.
예를 들어 의자에 사람이 앉아 있다면
의자에 앉아있는 사람의 체중과 같은 힘이 가해지고 있다는 것이다.
곧, 대상이 되는 것(의자)에 대하여 작용되는 외부력(사람의 체중)을 하중이라고 한다.
하중은 작용상태와 분포상태에 따라 나눌 수 있다.
<작용상태에 따른 하중>
인장 하중 : 잡아늘리도록 작용하는 하중
압축하중 : 눌러압축하도록 작용하는 하중
전단 하중 : 자르는것과 같이 자르는 면에 평행하게 작용하는 하중
<분포 상태에 따른 하중>
집중 하중 : 한전에집중적으로 작용하는 하중
분포 하중 : 어떤번위 내에 분포하여 작용하는 하중
YP가 항복점의 시험 결과이며, 이 항복점은 시험편이 하중의 증가 없이 연신(延伸)을 시작하는 바로 이전의
최대하중(N)을 시험편의 원단면적으로 나눈 값이다.
(항복점을 항복값이라고도 한다.물체에 외력을 가하면 물체 내부에는 변형력이 나타나며, 변형이 생긴다. 보통 변형력이 작은 동안은 변형은 응력에 비례하나, 비례한계를 넘어서 응력을 크게 해가면 어떤 값부터는 응력은 거의 증가하지 않으며 변형만이
증가하는 현상이 일어난다. 이 현상을 항복이라 한다. 항복의 현상은 연강(軟鋼)과 같은 물질에서는
분명히 나타나지만, 무른 물질에서는 거의 나타나지 않는다.
인장강도(tensile stress) :
위의 항복점에서 멈추지 않고 계속 하중을 가하면 시험편은 계속 늘어나다가
최후에는 파단(破斷-부재가 외력, 특히 인장력을 받아서 절단되는 것)되고 만다. 이때 시험편에 가한 최대하중(N)을 원단면적을 나눈 값(N/㎟)이다.
정확히 설명하자면, 스틸이 감당할 수 있는 최대 하중(응력)을 말하는 것으로,
재료를 인장시키면서 인장하중과 변형의 관계를 그려보면, 처음에는 변형이 증가함에 따라 하중이
선형적으로 증가하다가 항복점을 지나서 소성변형이 일어나기 시작한다. 그 증가율이 완만해져서,
어느 최대점을 지나면 인장에 의한 단면적의 감소로 인장하중이 다시 감소하다가 파괴하게 된다.
이 인장하중이 최대가 되는 점에서의 응력이 재료의 인장강도이다.
연신율(elongation ratio) :
인장강도 시험을 행하면 거리가 멀어지고 어느 하중에서 이 시험편은 절단되게 된다. 절단된 후에 이 시험편을
다시 접촉시키고 이 표점거리를 측정해 보면 연신율을 계산할 수 있다. 예를 들어, 절단된 후 표점거리를 측정해 보니 67mm일 경우, 이 재료의 연신율은 다음과 같다.
(67-50)/50 * 100(%) = 34(%)
이처럼 연신율은 늘어난 길이(ℓ)와 표점거리(ℓ。)와의 차이를 표점거리(ℓ。)로 나누어 백분율(%)로 나타낸다.
연신율(ε) =[(ℓ - ℓ。)/ ℓ。] x 100%
기계구조용 강에서는 20% 전후이다.
위의 밀시트에서의 연신율(EL)은 34인 것을 볼 수 있다. 일반적인 연강은 20% 전후이지만, 이 밀시트의
재료는 자동차에 들어가므로 인장강도와 연신율 등이 더 높다.
충격시험(impact test)
충격적인 힘에 잘 파괴되지 않는 성질을 인성(toughness)이라 하고, 파괴되기 쉬운 성질을 취성(brittleness)라고 한다. 이 충격시험은 충격에 대한 정도, 즉 인성과 취성의 정도를 측정하는 시험이다.
우리나라는 샤르피 충격 시험기(Charpy impact tester)를 많이 사용하고 있으며, (KS B 0809에 규정)
시험에 요구되는 시간은 0.001~0.00005초 정도의 아주 짧다. 충격시험에서 충격횟수에 따라
단일 충격 시험과 반복 충격 시험으로 나뉘는데, 단일 충격시험은 1회 충격으로 시험편을 파괴하여
충격 에너지를 측정하는 방법이고, 반복 충격시험은 일정량의 중량으로 반복적으로 파괴될 때까지 타격하여
해당 재질의 성질을 판단하는 방법이다.
충격 시험편(試驗片)에는 V자 모양이나 U자 모양의 노치(notch-기록 등을 위해 새겨 놓은 V 자나 동그라미) 표시 )가 있는데, 이 노치의 반대편에 순간적으로해 머 충격을 가해 시험편을 파단(破斷)하도록 되어 있다.
충격시험은 보통 시험편 3개를 준비하여 3개의 평균치를 사용한다.
