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Copy of REPORT

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by

휘열 이

on 9 December 2014

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What did we do?
재료강도실험 - 수요일 3조
실험 순서
목 차
1. 서론
- 목적
2. 본론
-실험순서
-인장시험
-충격시험
-조직시험
-경도시험
-SEM
3. 결론
4. 후기
KSD 0001

목적
본 시험 과정의 궁극적인 목적은 우리가 가지고 있는 시편의 종류, 열처리 종류 그리고 기계적 성질과 화학적 성질 그리고 파면유형을 알아낼 수 있다.

이휘열, 정진규, 길호종, 엄태현, 이재연, 백종수
인장시험(정진규)
10월 2일에 1공학관 211호에서 1회 진행되었다.
충격시험(길호종)
10월 9일에 1공학관 211호에서 1회 진행되었다.
인장시험
충격시험
조직분석
경도시험
S E M
인장시험
인장시험편 : KS B 0801
인장시험법 : KS B 0802
만능시험기 : KS B 5541
제 조 회 사 : SHIMADZU

시험결과-1
시험편의 종류
시험편의 측정값
빨강색 인장 시험편
파랑색 인장 시험편
시험결과-2
파단된 시편 형상
파단후 빨강색 인장 시편
파단후 파랑색 인장 시편
파단된 시험편의 측정값

시험결과-3
응력-변형률 선도 (빨강색)
응력-변형률 선도(파랑색)
인장시험 결론
충격시험
충격시험편 : KS B 0809
충격시험법 : KS B 0810
충격시험기 : KS B 5522
제 조 회 사 : 신풍
KS B 0801 시험편의 규격
KS B 0809 시험편의 규격


시험결과-1
시험편의 종류
시험편의 측정값
빨강색 충격 시험편
파랑색 충격 시험편
시험결과-2
파단된 시편 형상
파단후 빨강색 충격 시편
파단후 빨강색 인장 시편
(확대)
파단된 시험편의 측정 및 계산값

시험결과-3
파단후 파랑색 충격 시편
파단후 파랑색 충격 시편
(확대)
파단된 시험편의 측정 및 계산값
파단된 시편 형상
①흡수에너지
E = W(h1-h2) = WR(1-cosα)-WR(1-cosβ)
= WR(cosβ-cosα)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
W : 해머의 중량(kgf)
R : 해머로드 반지름(m)
α : 해머의 들어올림 각도
β : 파단후 해머의 흔들어 올림 각도

②충격값
C = E/A(kg-m/㎠)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
C : 충격치
A : 파단단면의 초기 단면적
③연성/취성 파면율
- 5% 단위로 평가, 표준사진과 비교대조 결정, 바둑판 모양의 투명 플라스틱판으로 결정.
④연성 파면율(S)
연성 파면율(%) = (F/A)×100

F = 연성 면적
A = 파면 전 면적

⑤취성 파면율(B)
취성 파면율(%) = (C/A)×100

C = 취성 면적
A = 파면 전 면적

⑥가로변형율
가로변형율=

= 파단 후 가로길이(㎜)
= 파단 전 가로길이(㎜)
충격시험 계산식
충격시험 결론
경도시험
SEM(백종수)
12월 5일 수요일 5공학관에서 1회 진행되었다.
조직검사(엄태현)
경도시험(이재연)


시험결과-1
시험결과-2

시험결과-3
①흡수에너지
E = W(h1-h2) = WR(1-cosα)-WR(1-cosβ)
= WR(cosβ-cosα)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
W : 해머의 중량(kgf)
R : 해머로드 반지름(m)
α : 해머의 들어올림 각도
β : 파단후 해머의 흔들어 올림 각도

②충격값
C = E/A(kg-m/㎠)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
C : 충격치
A : 파단단면의 초기 단면적
③연성/취성 파면율
- 5% 단위로 평가, 표준사진과 비교대조 결정, 바둑판 모양의 투명 플라스틱판으로 결정.
④연성 파면율(S)
연성 파면율(%) = (F/A)×100

F = 연성 면적
A = 파면 전 면적

⑤취성 파면율(B)
취성 파면율(%) = (C/A)×100

C = 취성 면적
A = 파면 전 면적

⑥가로변형율
가로변형율=

= 파단 후 가로길이(㎜)
= 파단 전 가로길이(㎜)
충격시험 계산식
조직분석
KS B 0805 : 브리넬 경도 시험법
KS B 5524 : 브리넬 경도 시험기
제 조 회 사 : 대규나테크
KS B 0806 : 로크웰 경도 시험법
KS B 5526 : 로크웰 경도 시험기
제 조 회 사 : 대경테크
KS B 0811 : 비커스경도 시험법
KS B 5525 : 비커스경도 시험기
제 조 회 사 : Mitutoyo
KS B 0807 : 쇼어 경도시험방법
KS B 5527 : 쇼어 경도시험기
제 조 회 사 : SATO
11월13일(쇼어), 18일(비커스), 19일(로크웰), 20일(브리넬)에 1공학관 211호에서 4차례에 걸쳐 진행하였다.
브리넬 경도 시험 결과
S E M
로크웰 경도 시험 결과
비커스 경도 시험 결과

시험결과-4
쇼어 경도 시험 결과
11월 4일,6일(마운팅),8일,11일(연마 및 현미경관찰)에 1공학관 211호에서 4차례에 걸쳐 진행하였다.
KS D 0001(강재의 검사 통칙)
KS D 0204(강의 비금속 개재물 측정방법)
-표준 도표를 이용한 현미경 시험방법
KS D 0205(강의 페라이트 및 오스테나이트 결정입도 시험법)
KS D ISO 5949(공구강과 베어링강의 탄화물 분표 평가방법)
-기준조직사진을 이용한 현미경 시험방법
KS D ISO 6509(금속 및 합금의 부식)
Scale
250 scale (눈금 1칸 0.01mm)
20μm(= 0.02mm)
파단면 시편을 절삭기를 이용하여 가공한 뒤 코팅장치를 통해 코팅을 한다.


시험결과-1
시험결과-2
①흡수에너지
E = W(h1-h2) = WR(1-cosα)-WR(1-cosβ)
= WR(cosβ-cosα)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
W : 해머의 중량(kgf)
R : 해머로드 반지름(m)
α : 해머의 들어올림 각도
β : 파단후 해머의 흔들어 올림 각도

②충격값
C = E/A(kg-m/㎠)

E : 파단에 소요된 에너지(kgf-m)
C : 충격치
A : 파단단면의 초기 단면적
③연성/취성 파면율
- 5% 단위로 평가, 표준사진과 비교대조 결정, 바둑판 모양의 투명 플라스틱판으로 결정.
④연성 파면율(S)
연성 파면율(%) = (F/A)×100

F = 연성 면적
A = 파면 전 면적

⑤취성 파면율(B)
취성 파면율(%) = (C/A)×100

C = 취성 면적
A = 파면 전 면적

⑥가로변형율
가로변형율=

= 파단 후 가로길이(㎜)
= 파단 전 가로길이(㎜)
충격시험 계산식
SEM 결론
STD11과 SM45C의 인장시험 파단면
STD11
SM45C
'A'영상 비교
'B'영상 비교
인장시험시편 'A'형상 비교
STD11인장-'A'
SM45C인장-'A'
STD11인장-'A'의 영상 좌측 하단 및 그 외의 부분 부분에 하얗게 Sheer Lip이 극소량 형성되어 있고 Sheer Lip의 주변으로 Cr탄화물이 들어가 있다. 반면, SM45C인장-'A'의 영상에서는 미세한 소성변형의 딤풀이 관찰되고 이로 인하여 SM45C인장-'A'의 파손이 연성파괴임이 입증된다. 그리고 모든 부분에 STD11인장-'A'보다 Sheer Lip이 비교적 많이 분포되어 있고 SM45C인장-'A'의 주위에는 펄라이트가 벽개 파면을 이루고 있다. 여기서 Sheer Lip은 페라이트로 구성되어 있다. 또한 두 사진을 비교해 보았을 때 SM45C인장-'A'의 벽개파면의 면적이 STD11인장-'A'의 벽개파면의 면적보다 상대적으로 넓은 것을 볼 수 있는데 이는 SM45C인장-'A'가 더 빠른 균열속도로 파괴되었다는 것을 유추 할 수 있고 다시 말해 SM45C인장-'A'가 취성화가 더 빠르게 일어났고 이로 인하여 연성적 성질을 갖는 연성파괴인 것을 알 수 있다.
STD11인장-'B'
SM45C인장-'B'
인장시험 시편 'B'형상 비교
SM45C인장-'B'에서는 SM45C의 A부분 즉 SM45C인장-'A'와 비슷한 영상을 볼 수 있었지만, STD11인장-'B'에서는 STD11인장-'A'와 같은 시편인데도 불구하고 다른 양상의 영상이 관찰되었다. 이로 미루어보아 파괴시간의 차이에 따라 다르거나 혹은 인장시험간의 오차에 의해 발생한 결임을 유추 할 수 있다.
STD11과 SM45C의 충격시험 파단면
STD11
SM45C
'A'부분 영상 비교
'B'부분 영상 비교
'C'부분 영상 비교
충격시험 시편 'A'형상 비교
STD11충격-'A'
SM45C충격-'A'
STD11충격-'A'역시 부분 적은 Sheer Lip이존재하고 벽개면이 존재하지만 STD11충격-'B','C'처럼 같은 금속임에도 불구하고 보다 적은 벽개면이 관측된다. 이는 위의 균열속도에 상응하는 결과이다. SM45C충격-'A'는 STD11충격-'A'보다 많은 Sheer Lip과 넓은 벽개면이 존재하지만 이 또한 C,B부분 보다는 좁은 벽개면을 형성한다.
페라이트와 펄라이트 조직 사진과 빨간시편 조직 사진 비교
탄소강
충격시험 시편 'C'형상 비교
펄라이트와 페라이트
(Pearlite and Ferrite)
•조직 :흰색은 페라이트, 검은색 또는 층상 부
분은 펄라이트
•부식액:3% Nital(약 10초)
•조성 : C(0.46%), Si(0.24%), Mn(0.69%),
P(0.02%), S(0.022%)
•열처리 : 930℃⨯1시간 ⇨ 공냉(노멀라이징)
•경 도 : 150 - 200HB
•인장강도: 60kgf/㎟(약 588 N/㎟)
•연신율 : 약 22%
•배율 : 500배

STD11충격-'C'
SM45C충격-'C'
STD11충격-'C'의 사진과 SM45C충격-'C'의 사진을 비교해 보았을 때 SM45C충격-'C'에 STD11충격-'C'보다 더 많은 Sheer Lip이 분포한 것을 볼 수 있다. 또한 SM45C충격-'C'에서 넓은 면적의 벽개파면을 가지고 있다. 이는 충격 시험시 충격의 시작점인 C부분은 충격치가 크기 때문에 균열속도가 빠르고 이로 인해 벽개파면이 넓은 것으로 보인다. STD11충격-'C'또한 SM45C충격-'C'보다는 작지만 이 같은 이유로 넓은 벽개 파면을 형성한다.
충격시험 시편 'B'형상 비교
STD11충격-'B'
SM45C충격-'B'
STD11충격-'B' 역시 적은 부분의 Sheer Lip이 존재하고 벽개파면이 존재하지만 STD11충격-'C'와 같은 금속임에도 불구하고 보다 적은 벽개파면이 관측된다. 이는 위의 균열속도에 상응하는 결과이다. SM45C충격-'B'는 STD11충격-'B'보다 많은 Sheer Lip과 넓은 벽개면이 존재하지만 SM45C충격-'C'부분 보다는 좁은 벽개파면을 형성한다.
참고 문헌의 조직 사진과 빨강 인장 측면 조직 사진 비교
충격시험 시편 파단면 비교
SM45C충격-'D'
시편의 방향성
빨강 충격 샘플 측면
빨강 인장 샘플 정면
SM45C충격-'D'은 STD11시편에서는 나타나지 않은 SM45C에서 육안으로 판명 할 수 있는 연성부분의 촬영 사진이다. 이 영상에서는 다른 SM45C 촬영 영상에서는 볼 수 없는 영상이 관찰되었다. 이 부분은 비교적 많은 파괴 에너지를 흡수하여 울퉁불퉁한 형상을 나타내고 있는 것으로 유추 할 수 있다. 즉, 위 사진들에서 얻은 결과 값을 종합해보면 STD11은 페라이트로 이루어진 Sheer Lip부분이 SM45C에 비해 비교적 적게 존재한다. 또 연성이 클수록 울퉁불퉁한 표면이 존재하며 반대로 취성이 크면 평평한 면이 존재하는 것도 볼 수 있다. 또한 균열속도가 클수록 넓은 벽개파면이 생성되며, 충격치가 크면 균열속도가 빨라지는 상관관계를 보았을 때 충격치가 큰 SM45C에 더 넓은 벽개파면이 존재하고 파괴의 시작 면일수록 높은 충격치에 의해 다른 면에 비해 넓은 벽개파면이 존재한다.
합금공구강 STD(JIS SKD 11)
경화, 템퍼링 조직 사진과 파랑시편 조직 사진 비교
합금공구강 STD(JIS SKD 11) 경화, 저온템퍼링 조직
합금공구강 STD(JIS SKD 11)경화, 고온템퍼링 조직
•부식액 : 5%염화 제 2철용액(FeCl₃, 12~15초)
•조성:C(1.47%),Si(0.29%),Mn(0.41%),P(0.025%), S(0.002%),Cr(11.96%),Mo(0.83%),v(0.25%)
•열처리 : 1030℃⨯30분⇨ 유냉,
520℃⨯60분⇨공냉
•경도 : 61.0HRC(JIS 58 HRC 이상)
시편의 방향성
위 표는 빨강,파랑 시편의 기계적 성질들을 비교한 표이다. 위 표에서 확인해보면 두 시험편의 인장시험 결과 연신율과 단면수축률이 파랑색 시편이 더 높은 결과를 얻을 수 있다. 그래서 파랑색 시편이 빨강색 시편보다 강도가 높은 것을 알 수 있고 높은 강도를 가진다는 것은 취성파괴가 일어났다는 것을 의미한다.
파랑 충격 샘플 정면
파랑 인장 샘플 측면
이번 Charpy 충격시험을 통해 해머의 위치에너지에 의해 시편에 가해지는 충격값을 구하는 시험을 했다. 충격값이란 다시 말해서 금속의 질긴 정도 즉 인성을 말한다. 흡수에너지는 빨강색 시편은 1.947kg-m, 파랑색시편은 0.484kg-m가 나왔다. 충격치로는 빨강색 시편이 2.434kg-m/㎠, 파랑색 시편은 0.605kg-m/㎠가 나왔다. 가로변형율도 빨강색 시편이 파랑색 시편보다 약 0.7정도 더 크게 나타났다. 이러한 결과들로 보아 빨강색 시편이 파랑색 시편보다 순간 충격에 강한 것을 알 수 있고 빨강색 시편이 연성이 더 높다는 것을 알 수 있다. 실제로도 빨강색 시편은 연성을 10% 가량 함유하고 있지만 파랑색 시편은 거의 100% 취성이라는 것을 알 수 있다. 그리고 인장 시험과 비교해봤을 때 충격시험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.
조직분석 결론
경도시험 결론
경도 시험에서 로크웰 경도 값을 구해본 결과 충격 정면 파랑색시편은 18.775HRC, 충격 측면 파랑색 시편은 20.575가 나왔다. 이것으로 보아 퀜칭과 템퍼링은 아닌 것으로 생각 할 수 있다. 그렇다면 아닐링 한 것이라고 생각 할 수 있는데 아닐링은 우리가 실험한 HBS가 아닌 HBW로 만 나와있기 때문에 정확한 값을 예측 할 수 없다. 그렇기 때문에 파랑색 시편은 어떠한 열처리를 한 재료인지 정확히 예측 할 수 없다.
경도값은 충격시험한 빨강색 시편이 정면 174.565, 측면 184.65가 나온 것으로 보아 조직시험에서 추측한 아닐링 열처리 방식을 채택한 것이 맞는 것으로 추측된다. 그리고 인장시험한 빨강색 시편의 값이 234.715HB가 나왔다. 이것은 인장시험 과정에서 파단될 때 까지 시편의 밀도가 더 높아져서 충격시험에 비해 경도값이 높은 것으로 추측 할 수 있다.
이러한 정보로 미루어 보아 빨강색 시편은 어닐링 처리를 한 S45C로 예측 할 수 있다.
합 금 강
탄 소 강
최종결론
시험편 준비 순서
SM45C에서는 딤플 및 많은 Sheer Lip이 관찰되고 STD11에서는 상대적으로 적은 Sheer Lip과 넓은 벽개파면을 관찰할수 있다. 특히 벽개파면은 균열속도가 빠를 수록 더 넓게 형성되고 높은 경도치를 가질 수록 균열속도가 빨라지게 된다. 또한 높은 취성파괴를 발생시킬수록 경도치가 높아지기 때문에 빨강색 시편은 SM45C로 연성파괴를 이루고 파랑색 시편은 STD11로써 취성파괴를 발생시킨다고 유추 할 수 있다.
후기
지금 까지 실험한 결과중 확신할 수 있는 데이터들을 토대로 유추해 보았을 때 빨간색 샘플은 탄소강인 SM45C 이고 열처리방법은 어닐링이라 알 수 있고 파란색 샘플은 합금강인 STD11이고 열처리 방법은 어닐링이라 알 수 있다.
이번 실험 중 각자에게 배정된 역할을 수행하는 과정에서 우리에게 필요한 논문이나 규격 등을 검색하고 정보를 수집, 정리, 분석 방법을 많이 배울 수 있었습니다. 그리고 이번 시험을 통해서 재료를 이해하고 선정하는 방법을 배울 수 있었습니다. 수고하셨습니다.
감사합니다.
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