강의 응력-변형 특성

강철 표본의 장력 테스트

이 실험의 목적은 다음과 같은 것입니다.

• 어떤 형태로든 금속 재료의 인장 특성을 결정하기 위한 표준 실험실 시험을 학생들에게 친하게 하기 위해(ASTM E8),
• 일반적으로 사용되는 엔지니어링 금속 재료 (구조 강철 및 알루미늄)의 특성을 비교하고
• 금속의 테스트된 속성을 게시된 값과 비교합니다.

변형 제어 및 관련 테스트 및 데이터 수집 기능을 갖춘 범용 테스트 기계(UTM)를 사용할 수 있다고 가정합니다. 안전 지침에 특별한주의를 기울여 UTM 제조업체에서 제공하는 인장 테스트를 수행하기 위해 권장단계별 절차를 따르십시오. 어떤 단계에 대해도 확실하지 않은 경우 진행하지 말고 적절한 예방 조치를 따르지 않으면 주변 사람들에게 심각한 부상을 입을 수 있으므로 실험실 강사에게 의심을 명확히 하십시오. 또한 모든 비상 정지 절차를 알고 컴퓨터를 실행하는 소프트웨어에 익숙해야 합니다.

아래 절차는 일반적이며 가장 중요한 단계를 다루기위한 것입니다. 사용 가능한 장비에 따라 상당한 편차가 있을 수 있습니다.

1. 표본 준비:

1. 두 강철에 대한 원통형 시험 표본을 구하십시오, 하나는 온화하고 뜨거운 압연 (예 : A36) 및 하나의 하드 및 냉간 압연 (예 : C1018).
2. 캘리퍼를 사용하여 중간 근처의 여러 위치에서 가장 가까운 0.002로 시험 시편의 직경을 측정합니다.
3. 표본을 단단히 잡고 파일을 사용하여 약 2in. 게이지 길이를 표시합니다. 참고: 게이지 길이를 신중하게 표시하여 명확하게 새겨지도록 표시하지만, 골절로 이어질 수 있는 응력 농도가 될 만큼 깊지 않습니다.
4. 캘리퍼를 사용하여 실제 표시된 게이지 길이를 가장 가까운 0.002로 측정합니다.
5. 가능한 경우 "재료 상수"에 JoVE 비디오에 설명 된 바와 같이 스트레인 게이지를 설치합니다.
6. 잠재적인 실험 오류 및 신뢰 도차를 평가하는 데 사용되는 모든 계측기의 교정 데이터와 해상도에 대한 사용 가능한 모든 정보를 수집합니다. 이 두 가지 문제는 의미 있는 결과를 얻는 데 핵심이지만 여기에서 논의되는 내용의 범위를 벗어납니다.

2. 표본 테스트:

1. 테스트 컴퓨터를 켜고 소프트웨어를 초기화합니다. 소프트웨어 내에서 적절한 그래프 및 데이터 수집 기능을 설정해야 합니다. 최소한 응력 변형 곡선을 표시하고 부하 및 변형에 대한 디스플레이가 있습니다.
2. ASTM E8 테스트 프로토콜과 호환되는 소프트웨어 내에서 적절한 테스트 절차를 선택합니다. 사용 중인 변형률과 탄성용 및 비탄성 범위에 대한 두 개의 속도가 사용되고 있는지 여부를 참고합니다. 또한 소프트웨어에서 적절한 작업을 설정합니다(예: 기계가 15% 스트레인에서 중지하여 extensometer를 안전하게 제거하고 도달한 부하의 최대 값을 기록할 수 있도록).
3. 수동으로 시편의 전체 길이가 그립 사이에 쉽게 맞을 수 있도록 십헤드를 올립니다. 조심스럽게 그립 깊이의 약 80 %에 상단 그립에 표본을 삽입; 표본이 그립 안쪽에 정렬하여 약간 조여서 시편이 떨어지는 것을 방지합니다. 참고: 이 단계에서는 그립을 전체 압력으로 조이지 마십시오.
4. 상단 크로스헤드를 천천히 낮춥습니다. 시편이 바닥 그립 깊이의 약 80% 이내인 후에는 시편이 바닥 그립 내에 제대로 정렬되었는지 확인합니다(예: 완전히 열린 위치에 있는 바닥 그립과 함께, 시편은 하단 그립 개구부 중간에 "플로트"해야 합니다). 시험 중에 추가적인 굴곡 및 비틀림 응력을 초래하는 표본 오정렬은 장력 테스트를 수행할 때 발생하는 가장 일반적인 오류 중 하나입니다. 정렬이 좋지 않으면 기술자와 협력하여 그립을 올바르게 정렬합니다.
5. 그립을 통해 시편에 적절한 측면 압력을 적용하여 테스트 중에 미끄러짐이 발생하지 않도록 합니다. 조임 공정이 시편에 프리로드를 도입하기 때문에 이 시점에서 작은 축 하중이 있을 것입니다. 테스트 컴퓨터에 이 사전 로드를 최소화하기 위해 소프트웨어 조정이 있을 수 있습니다. 프리로드 값을 기록합니다.
6. 제조 업체의 사양에 따라 전자 extensometer를 시편에 단단히 부착하십시오. 참고: extensometer 블레이드는 표본의 게이지 마크에 정확하게 배치할 필요는 없지만 시편에 중심으로 해야 합니다.
7. 이 시점까지 모든 절차를 제대로 실행한 지 신중하게 확인합니다. 가능하면 감독자가 시편이 테스트할 준비가 되었는지 확인합니다.
8. 로딩을 시작하여 시편에 인장 부하를 적용하기 시작하고 컴퓨터 디스플레이에서 적용된 부하의 실시간 판독을 관찰합니다. 참고: 측정된 하중이 증가하지 않으면 시편이 그립을 통해 미끄러지며 다시 부착해야 합니다. 이 경우 테스트를 중지하고 2.3 단계에서 다시 시작합니다.
9. 시료 고장 전에 시편을 언로드하지 않고 테스트가 자동으로 일시 중지됩니다. 이 시점에서 extensometer를 제거합니다. 표본이 extensometer를 제자리에 놓으면 매우 비싼 장비 인 extensometer를 파괴할 것입니다.
10. 고장까지 인장 부하 적용을 다시 시작합니다. 최대 하중에 도달하면 측정된 하중이 감소하기 시작합니다. 이 시점에서, 견본은 목이 시작하고 마지막 골절은 성덕 파열을 통해 이 목 지역 내에서 이루어져야 합니다.
11. 테스트가 끝나면 크로스헤드를 들어 올리고 상단 그립을 느슨하게 하고 상단 그립에서 깨진 시편조각을 꺼냅니다. 시편의 위쪽 절반이 제거되면 아래쪽 그립을 풀고 시편의 나머지 절반을 제거합니다.
12. 값을 최대 인장 하중으로 기록하고 응력 변형 곡선의 복사본을 인쇄합니다. 디지털로 기록된 데이터를 저장합니다.
13. 골절된 시편의 끝을 함께 조심스럽게 맞추고 게이지 마크 사이의 거리를 가장 가까운 0.002에서 측정합니다. 최종 게이지 길이를 기록합니다.
14. 가장 작은 단면에서 시편의 직경을 가장 가까운 0.002로 측정합니다.
15. 골절된 표본을 그림과 다이어그램으로 문서화합니다.

3. 데이터 분석

1. 금속 재료의 각 유형에 대한 비율 신장 및 영역의 감소를 계산합니다.
   신장 =
   영역 의 감소 =
2. 각 시편에 대한 우세한 골절 모드를 설명하고 분류하고 기록합니다.
3. 도 2 및 3에 설명된 바와 같이 재료 특성을 결정합니다. 0.004까지의 균주가 익스텐터에 의해 0.004와 0.15 사이의 스트레인 게이지에 의해 주어질 수 있도록 스프레드시트로 데이터를 구성한다(extensometer의 상한은 시험에서 제거된 변형값입니다; 이 값은 시편의 변형 용량에 따라 변경됨).
4. 십자수 변위와 %신장을 사용하여 궁극적 인 변형을 추정하십시오. 스트레인 게이지를 사용하지 않는 경우 extensometer의 초기 미끄러짐을 수정해야 합니다. 하나는 인성 (스트레스 변형 곡선아래 영역)을 얻기 위해 그래프에서 사각형을 계산할 수 있습니다.
5. 교과서 또는 기타 적합한 참조를 사용하여 탄성 계수를 결정하고, 강도및 사용되는 재료의 궁극적 인 강도를 결정합니다. 게시된 값을 테스트 결과와 비교합니다.