재료의 성능시험, 재료의 경화능 시험, 조미니 시험, 크리프 시험, 경도 시험

재료 성능 시험

 

<기출>

• 금속 23-2-5금속재료의 경도시험 중 브리넬, 비커스, 누프, 로크웰의 표시 방법에 대하여 설명하시오.
• 금속 19-1-13 판재의 성형성 시험 중 에릭션시험에 대하여 설명하시오
• 금속 19-2-3 강의 경화능에 대하여 정의하고, 측정방법을 3가지만 쓰시오
• 금속 19-3-3 열처리 품질평가에 적용되는 로크웰경도(Rockwell Hardness)시험과 경도측정에 가장 많이 사용되는 스케일(Scale) B, C에 대하여 설명하시오.
• 금속 16-3-6 판재의 성형성 평가에 있어서 대표적인 것으로 딥드로잉(Deep Drawing) 평가지수인 한계드로잉비(Limit Drawing Ratio, LDR)와 장출성형(Stretching) 평가지수인 한계돔높이(Limit Dome Height, LDH)에 대하여 설명하시오.
• 금속 13-1-9 KS B 0805에 규정하고 있는 금속재료의 브리넬겨도시험방법에서 사용하는 누르개(압입자)의 재질과 브리넬 경도 표시 기호를 설명하시오
• 금속 13-1-10 금속 조직시험에서 설퍼 프린트법을 설명하시오
• 금속 12-1-12 열처리 부품의 경화능 측정방법인 조미니 시험(jominy test)에 대해 설명하시오
• 19-3-3 판재성형에서 최소 굽힘 반경과 굽힘성에 영향을 주는 인자에 대하여 설명하시오.
• 18-3-5 기계재료 시험에서 크리프 시험 (creep test), 크리프 곡선, 크리프 한도에 대하여 설명하시오. 
• 18-1-4 조미니시험(Jominy end-quench test)에 대하여 설명하시오.
• 16-1-13 브리넬 경도 시험(HB)의 시험 방법 및 계산값 산출 방법에 대하여 설명하시오

 

1. 개요

 

1) 강(steel)의 정의

 철과 탄소의 합금 (강철 = 강) 

 

2) 금속재료 특성

• 소성가공이 용이함 
  : 금속결합인 결정체로 구성되어있음
• 비중이 크고, 가공이 용이한것에 비해 강도가 높음 
• 적절한 열처리를 통해 강도나 연성의 성질을 양호하게 하고 기계적 성질, 화학적 성질을 개선할 수 있음 
• 사용 후 용해하여 재활용이 가능하고, 여러 합금원소를 이용해서 다양한 성질의 재료를 만들 수 있음 
• 도금, 표면처리, 도장 등의 적용이 용이함

 

 2. 강의 경화능 시험 

 

1) 경화능(hardenability)의 정의 

 경화능은 경도와 아예 다른 개념이다 
경도는 얼마나 단단한지에 관한 이야기라면, 경화능은 재료가 열처리에 의해(담금질) 얼마나 잘 경화가 되는지, 즉 얼마나 마르텐사이트 조직이 잘 형성이 되는지에 관한 척도이다 
즉, 강이 정상적인 담금질 처리를 받을 때 최대 경도를 나타내는 능력 

• 강에 합금성분을 가하면 일반적으로 경화능이 증가함 
• 죠미니 시험(jominy test)가 경화능을 측정하는 거의 표준 시험이 됨 

2) 경화능 시험 법 종류 

• SAC법
• P-F법
• 세퍼드 PV법
• 공랭법
• 죠미니법

 

3. 강의 경화능 시험  별  특징 및 방법

 

1) 조미니법, 조미니시험 (Jominy end-quench test) 

아래 그림과 같은 표준 시험편을 가열하여, 고정구에 넣어 표준화된 물분무로 담금질함 
시험편은 가장 아래에서 빠르게 냉각되고, 상단으로 갈수록 덜 심하게 냉각됨(느리게 냉각됨) 
이러한 상태에서 냉각속도는 정확하게 결정되고, 길이 방향으로 경도를 측정하여 이 경도치를 냉각속도와 매칭시켜 해당 경도를 발생시키는데 필요한 냉각속도를 결정한다. 
이에 따라 죠미니 시험자료에 의해 필요한 경도를 얻기 위해 어떤 강이 소요되는지를 알 수 있음 

① 시험편을 준비 후 가열한다 (오스테나이트 영역에서 30분 가열 유지) 

② 시험편에 분사 냉각 후 10분간 방치한 뒤 물속에서 완냉한다 

③ 시편을 종방향으로 양쪽 0.4mm씩 연마한다 (경도 측정 조건 동일하게, 스케일 제거)

④ 수냉단 1.5mm부터 2mm 간격으로 로크웰 경도를 측정, 이 곡선을 조미니 경화곡선이라 함 

조미니 경화곡선

죠미니 시험법 개략도

 

2) 기타 경화능 측정 방법

① P-F법

담금질성을 시험하는 한 방법. 경 3/4인치×길이 3인치인 시험편을 담금질온도에서 염수(소금물)담금질하고, 이를 절단해서 파면입도(F)를 구함과 동시에 파면을 연마해서 마크로에치하여, 경화심도(P;1/61인치 단위)를 구한다. 이 P-F의 값에 의해 담금질성을 비교한다. 보통 담금질온도로서는 800°, 820°, 870˚C이며 이 각 담금질 온도에 따른 P-F로 담금질성을 표시한다.

② 세퍼드 PV법

 

③ 공랭법

 

④ 그로스만 방법

 

⑤ 화학성분으로 경화능을 예측하는 방법 

기본적으로 강의 경화가 탄소함량에 의에 제어된다는 사실에 기초함

⑥ 파괴 시험 

마르텐사이트와 펄라이트의 파괴 특성이 대조적이기 때문에 파괴시험을 통해 50% 마르텐사이트 깊이를 알 수 있음 

 

3. 강의 경도시험 

 

1) 경도의 정의 

 경도란 재료가 얼마나 단단한지를 나타내는 척도이며, 내마멸성에 직접적인 연관이 있고 강도, 인성등과 상관관계가 있으므로 가장 중요한 기계적 성질 중 하나이다 

 

2) 경도 시험 종류 

• 로크웰경도시험
• 비커스경도시험
• 브리넬경도시험
• 쇼어경도시험
• 루프경도시험 

3) 경도 시험 세부 내용 

2024.04.26 - [Mechanical Engineering Study/열처리 | 금속재료] - 강의 경도시험, 브리넬경도, 비커스경도, 누프경도, 로크웰경도, 쇼어경도

 

4. 크리프 시험 (creep test) 

 

1) 크리프현상 (Creep) 정의 

 금속이나 합금에 외력이 일정하게 계속될 경우 온도가 높은 상태에서는 시간이 경과함에 따라 연신율이 지속적으로 늘어나다 파괴되는 현상, 금속재료를 고온에서 긴 시간 외력을 걸면 시간이 경과됨에 따라 서서히 변형이 증가되는 현상 

 

2) 크리프 관련 개념

• 크리프 한도
• 크리프 곡선 

3) 크리프 시험

2024.04.26 - [Mechanical Engineering Study/열처리 | 금속재료] - 크리프(Creep), 크리프 시험, 크리프 한도, 크리프 곡선