재료공학실험 - 인장시험

인장시험

1. 실험목적

인장시험은 공업용 재료의 기계적 성질을 알기 위한 가장 기본적인 시험으로써 재료강도에 관한 기본적인 설계 정보를 제공하는데 가장 널리 사용되는 재료 시험 중 하나이다.
크기 및 형상이 결정된 시편에 점차적으로 하중을 가해, 파괴가 일어날 때 까지 인장력을 가하여 재료에 대한 응력의 변화, 인장강도, 항복점, 연신, 소성변형 저항 및 파단강도, 종탄성계수, 신장, 수축등 기계적 성질를 측정기 위함이다. 인장 실험기의 원리 및 구조를 이해하고 조작법을 습득하고 또 한 하중을 가히기 시작하여 파괴점에 이르기까지 재료의 변화를 고찰하는데 주목적이 있다.

2. 실험에 관련된 이론 및 용어

응력 변형률 선도
인장시험으로부터 얻을 수 있는 기본적인 선도는 가한 하중과 변위와의 관계를 나타내는 하중 변위선도(Load Elongation Diagram)이다. 하중을 가하였을 때 단위 단면적에 작용하는 하중의 세기를 응력이라 하고, 작용하중에 대한 표점 거리의 변화량을 표점거리로 나눈 값을 변형률이라 한다. 따라서 하중 변위선도에서 하중을 원래의 단면적으로, 변위를 표점거리를 나누어줌으…(생략)

(1)극한응력(Ultimate Stress) : 항복점을 지나면 경화현상이 일어나면서 다시 하중을 증가시켜야 변형이 증가하고 어느 일정한 하중이 지나면 시편에 국부적 수축현상[Necking]이 나타나며 하중은 감소하며 변형은 증가한다. 시편에 가하여진 최대 하중을 원 단면적으로 나눈 값을 극한 응력이라 한다.

(2)항복응력(Yield stress) 혹은 항복 강도(Yield strength) : 응력이 탄성한계를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점이 발생하는데 이를 상 항복점이라고 한다. 이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하 항복점이 발생하는데, 하 항복점을 지나면 영구변형은 더욱 증가한다. 일반적으로 항복점은 하 항복점을 의미하며, 이때의 응력을 항복응력이라 한다.

(3) 항복점(yield point) : 물체에 힘을 가하면 변형이 일어나는데, 외력이 작을 때는 힘의 제거와 함께 원래의 형상으로 되돌아가는 탄성적(彈性的) 변형이지만, 일정한 크기의 외력에서, 그 이상 힘을 가하지 않아도 변형이 커지는 현상(항복)이 일어나고, 이윽고 재료가 파괴된다.

(4) 내력(yield strength) : 내력강도라고도 한다. 재료의 인장 실험에 있어서 황동이나 알루미늄합금 등의 금속재료는 항복점을 나타내지 않는다. 이처럼 명확한 항복점을 나타내지 않는 재료에서는 0.2%의 영구 변형에 대응하는 응력의 값을 내력이라고 부른다.

(5) 인장강도(tensile strength) : 항복점보다 다시 하중을 증가하여 파단(破斷)에 이르는 최대하중 P[㎏]를 시험편 원래의 단면적A[㎟]를 사용해 나눈 값이다.

(6) 비례한도(limit of proportionality) : 하중과 신장이 비례 관계를 유지하는 최대하중 시의 응력을 말한다.

(7) 탄성한도(elastic limit) : 하중을 완전히 제거했을 때에 재료가 영구변형을 남기지 않고 복귀할 수 있는 최대의 응력을 말한다. 그러나 측정 정밀도에 관계되기 때문에, 보통은 영구변형의 값을 0.01~0.03%(어떤 경우에는 0.003%, 0.001% 등)로 잡는 경우가 많다.

(8) 신장(percentage of elongation) : 인장시험편, 파단 후 시험편을 맞대어 표점 사이의 거리를 측정하고, 원래의 표점 사이 거리 Lo에 대해서 구하는 것이며, 재료의 연성(延性)을 판단하는 것에 사용한다.

(9) 수축(percentage of contraction of area) : 인장시험편이 파단된 뒤에 있어서 최소 파단