연성의 크기는 가공소재로서 소성가공 할 수 있는 능력을 나타내는 외에, 취성파괴(脆性破壞) 여부를 판정하는 기준이 되므로 구조물 설계상에 도 중요한 인자가 된다.
- 취성(brittleness)
연성과는 반대로 파괴가 일어나기 전에 거의 소성변형을 수반하지 않는 재료를 취성 이라고 한다.
④ Charpy 충격 시험에 영향을 주는 요인
Charpy 시험의 보고서를 쓰기 위하여 많은 참고자료를 찾아본 결과 시험에서 영향을 주는 요인을 생각해 보았는데, 실험 시 온도와 탄소함유량, Notch부의 형상, 올림각(α) 이 크게 세 가지 요인으로 들 수 있다.
첫째, 실험 시 온도와 시편의 탄소함유량에 따라 충격 에너지 수치가 이론적으로 많은 차이가 있다. 왼쪽의 그래프에서와 같이 온도와 시험편의 탄소 함유량(%)에 변화에 따라서 Impact energy의 값이 다르다는 것을 알 수 있다. 하지만 우리가 시행한 밀폐된 공간의 실험실 안에서 실험이 진행되었기 때문에 결과에 큰 영향을 미치지 못하였다고 생각한다.
둘째, Notch부의 형상에 따라서 충격 시험 후 나타나는 결과 값에 차이가 있다. 우리가 한 실험에 사용한 3개의 시험편 모두 Notch부의 형
상이 각각 달랐는데, 결과 또한 많은 차이가 나타났다.
셋째, 올림각(α)의 크기에 따라 충격량의 값이 차이가 있다. 시작할 때의 올림각을 크게하여 실험을 한다면 충격량의 값도 당연히 커질 것
< 그래프-4 시험온도, 탄소량과 충격인성의 관계 > 이다. 하지만 우리가 시행한 실험에
서는 올림각을 모두 90°로 하였기 때문에 비교할 수는 없었다.
ⅱ. 결론 및 고찰
① 실험 결과의 비교 분석
이번에 시행한 Charpy 충격 시험은 총 3번의 실험을 하였는데, 시험온도나 시험편의 탄소함유량 및 재질은 동일하였으며, 올림각(α) 또한 90° 로 통일하였다. 차이점은 Notch부의 형상이 V, U, ┗┛ 으로 각기 달랐다는 점이다.
시험편1의 실험 결과는 내림각(β)가 72° 나왔으며, 이것을 이론식에 대입하면 소모된 에너지와 흡수에너지는 4.728kgfm 으로 약 4.73kgfm이었고 Notch부의 단면적이 계산결과 0.8㎠ 이었다. 소모된 에너지 및 흡수에너지를 단면적(=0.8㎠) 로 나누면 약 5.91kgfm/㎠ 가 나오는데 이 값이 충격치이다. 시험편1의 충격 후 형상을 보게 되면, <사진-3> 에 보이는 것과 같이 파단이 깎은 형상의 왼쪽 모서리부터 시작된 것을 볼 수 있었다.
시험편2의 실험결과는 내림각(β)가 80° 나왔으며, 이것을 이론식에 대입하면 소모된 네어지와 흡수에너지는 2.657kgfm 으로 약 2.66kgfm이었고 Notch부의 단면적이 계산결과 0.5㎠ 이었다. 소모된 에너지 및 흡수에너지를 단면적(=0.5㎠) 로 나누면 약 5.314kgfm/㎠ 가 나오는데 이 값이 충격치이다. 시험편2의 충격 후 형상을 보게 되면, <사진-4>에 보이는 것과 같이 파단이 깎은 형상의 약간 왼쪽부분부터 시작되었다. 그 원인을 생각해 보면, 시험편의 제작 시 우리 조는 형상크기 및 모양을 전체적으로 조금씩 크게 제작하였다. 시험편2 같은 경우에는 형상의 깊이가 짧고 폭은 넓었고, 형상을 만드는 과정에서 사람이 손으로 직접 하는 일이다보니 양쪽 다 균일하게 제작하지 못하고 어
느 한쪽에 힘을 더 들여 연마한 것 같다.
시험편3의 실험결과는 내림각(β)가 59° 나왔는데, 다른 시험편에 비해서 상대적으로 적은 각이 나온 이유는 충격을 받을 때 양단 힌지에서 완전히 분리 되지 않고 힌지의 폭만큼 구부러져서 튕겨 나왔기 때문이다. 내림각(β)를 이론식에 대입하면 소모된 에너지와 흡수에너지는 7.879kgfm 으로 약 7.88kgfm이었고 Notch부의 단면적이 계산결과 0.8㎠ 이었다. 소모된 에너지 및 흡수에너지를 단면적(=0.8㎠) 로 나누면 약 9.85kgfm/㎠ 가 나오는데 이 값이 충격치이다. 시험편3의 충격 후 형상을 보게 되면, <사진-5>에 보이는 것과 같이 파단이 깎은 형상의 오른쪽 모서리 부분부터 시작하였다. 이 원인 또한, 시험편2에서 언급했던 시편 제작 시 정확도가 충분치 못해서 발생한 것 같다.
시험편 3개의 실험을 통하여서 Notch부의 형상이 다를수록 소모된 에너지 및 흡수에너지, 그리고 충격치가 다르다는 것을 알 수 있었다. 또한 단면적은 Notch부의 형상과 밀접한 관계가 있는데, 실험결과를 비교, 분석해 보면 단면적이 작을수록 충격치는 증가한다는 것을 볼 수 있었다.
② 실험을 통해 알게 된 것과 궁금하게 된 것
이번 실험을 통하여 Charpy 충격 시험을 할 때 쓰이는 시험편의 Notch부 형상에 따라서 소모 된 에너지와 충격치가 다르게 나온다는 것을 알게 되었다. 단면적은 Notch부의 형상과 밀접한 관계가 있는데, 실험결과를 비교, 분석해 보면 단면적이 작을수록 충격치는 증가한다는 것을 볼 수 있었다. 또한, 시험편의 결과 사진에서 보이는바와 같이 시험편이 충격을 받아서 변형이 일어날 때 정중앙 부분부터 파단이 시작되는 것이 아니라 깎은 형상의 모서리 부분부터 파단이 일어난다는 것도 알게 되었다.
실험에서는 3개의 충격시험 모두 똑같은 조건으로 올림각(α)을 90°로 하였는데 올림각의 크기를 변화하여 실험을 한다면 그 결과가 궁금하다. 그리고 시험편의 탄소함유량과 시험온도에 따른 결과도 궁금하다. 마지막으로 각기 다른 Notch부의 형상을 가진 3개의 시험편을 사용하였는데, 실험한 시편의 형상과 다른 여러 종류의 시험편을 준비해서 충격시험을 해보고, 결과를 비교 분석하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① William D.Callister, Jr.“미래의 공학도를 위한 재료과학”, 교보문고 WILEY, 2001, pp 225~226
② 황호만, 한문식, “기계재료”, 淸文閣, 2002, pp 66~69
③ Willam Callister, “재료과학과 공학”, 3th edition, wiley, 1995, pp 211~215
④ 황석열, “기계공학 실험 실습”, 선학출판사, 2002, pp 충격시험
⑤ Ferdinand P.Beer, “고체역학”, 인터비젼”, 2004, pp 453~455