기계공학실험 - 경도 및 충격실험

자료: 아이조드(Izod)형 충격 시험기
고정빔 충격법은 펜듈럼(pendulum)측정법이라고도 하며 아이조드(Izod)충격 시험 및 샤르피(Charpy) 충격시험이 이에 속한다. 아이조드 시험기는 샤르피 충격시험기와 유사한 원리로 작용한다. 그러나 사용되는 시편은 외팔보(cantilever) 상태에서 시험된다. 해머에는 돌기가 있어 이것이 수직으로 고정된 시편에 타격을 가한다.
`샤르피와 아이조드 충격시험기의 비교`
시험기의 용량은 일반으로 120ft-lbs가 많고, 타격속도 11.4ft/sec 또는 약 4m/sec가 표준으로 되어 있다. 시편은 10mm 각재의 치수가 사용되고, V형 노치의 깊이는 2mm이고 노치 끝의 반지름은 0.25mm로 되어 있다.
`샤르피와 아이조드 시편 지지형태의 비교`
재료가 인성이 크면 파괴되지 않고 단순히 굽히기만 한다. 아이조드 시험기에서는 흡수한 에너지를 갖고 그대로 충격치로 사용하기로 되어 있고, 샤르피 충격치와 같이 단면적으로 나누지 않는다.
중량이 W(Kg)이고, 해머의 중심 G까지의 길이가 R인 해머로 시험편에 충격력을 가하여 파괴 시켰을 때, 시험편 재료가 얼마만큼의 충격력에 견딜 수 있는가를 판단하는 방법이다. 이 때의 충격 에너지는 시험편이 파단 되기 전에 해머가 가지고 있는 위치 에너지(E1)와 파단 후에 해머가 가지는 위치 에너지(E2)의 차로부터 손실된 에너지를 구하여 이 값을 시험편 파괴에 소모된 에너지를 E로 생각한 것이며 다음 식과 같다.
E 〓 E1-E2 〓 WR(1-cosα)-WR(1-cosβ) 〓 WR(cosβ-cosα)
따라서 소모된 에너지는 E 〓 WR(cosβ-cosα) (kgfm)이다.
(W: 해머의 무게(Kgf), R: 해머의 회전축 중심에서부터 해머의 중심까지의 거리(m), α: 해머를 올렸을 때의 각도, β: 시험편 파괴 후 해머가 올라간 각도)
…

1) 각 시편에 대한 마이크로미터를 사용하여 두께, 폭, 노치 깊이를 측정하여 기록한다.

2) 해머의 중량, 중심축에서 해머의 중심까지의 거리, 해머가 올라간 각도를 기록한다.

3) 노치 부분이 망치 쪽을 향하게 시편을 고정시킨다. 이때 노치의 중심선이 시편을 고정하는 조임쇠면과 일치되게 한다.

4) 지시 바늘이 작동되도록 제 위치에 놓는다.

5) 지지 버튼을 눌러 시험편을 파괴(해머 낙하)한다.

6) 브레이크 핸들을 사용하여 해머를 정지시킨다.

7) 지시계의 눈금을 읽는다.

8) 각 시험편의 충격 흡수 에너지 및 충격치를 계산한다.

Ⅰ. 충격시험

① 시험기의 이상 유무를 확인하기위해 시편이 없는 상태에서 검은 바늘을 걸림쇠 좌측에 둔다.

② 핸들을 돌려 빨간 바늘이 50°가 될 때까지 해머를 올린다.

③ 핸들을 분리한 다음, 검은 바늘을 걸림쇠 우측에 둔다.

④ 작동레버를 쳐서 해머를 낙하시켜 검은 바늘이 몇 도까지 올라가는지 측정한다.

⑤ 두 각도를 비교하여 에너지가 보존되는지 확인한다.

⑥ 4호 시편의 노치가 지지대 중앙에 오도록 시편을 놓는다.

⑦ 다시 검은 바늘을 걸림쇠 좌측에 둔다.

⑧ 핸들을 돌려 빨간 바늘이 50°가 될 때까지 해머를 올린다.

⑨ 핸들을 분리한 다음, 검은 바늘을 걸림쇠 우측에 둔다.

⑩ 작동레버를 쳐서 해머를 낙하시켜 시편을 파단시킨다.

⑪ 밴드브레이크를 사용하여 해머를 정지시킨다.

① 시험기의 이상 유무를 확인하는 과정에서 초기 각도 50°에서 해머를 낙하시켰는데, 해머가 올라간 각도는 41°이었다. 따라서 이 시험기는 에너지 보존이 되지 않고 9°의 에너지 차이가 처음과 마지막에 발생한다.

② V노치 시편을 놓고 초기 각도(α) 50°에서 해머를 낙하시킨 결과 해머의 나중 각도(β)는 31°가 측