다양한 온도 조건에서 냉간 성형 및 열연 강판의 샤르피 충격 시험

재료의 인성은 재료의 견고성 또는 파괴에 대한 저항을 특성화하는 간단한 테스트인 샤르피 V-노치 테스트를 사용하여 측정할 수 있습니다.

취성 고장은 가장 은밀한 구조적 고장 중 하나이며 경고 없이 발생합니다. 이를 피하기 위해 매우 낮은 작동 온도, 반복되는 하중 주기 또는 광범위한 용접과 관련된 응용 분야에서는 거친 재료를 사용해야 합니다. 단단한 재료는 부서지기 쉬운 방식으로 파손될 가능성이 훨씬 적습니다.

인성은 샤르피 V-노치 테스트를 사용하여 측정할 수 있습니다. 시험에는 알려진 무게의 스윙 해머로 노치가 있는 시편을 두드리고, 충격 시 시편이 흡수하는 에너지를 계산하고, 파괴 표면을 관찰하는 것이 포함됩니다.

이 비디오는 샤르피 V-노치 테스트를 수행하고 결과를 분석하는 방법을 보여줍니다.

거친 재료는 강하고 연성이 있는 재료입니다. 고장나기 전에 덜 단단한 재료보다 더 많은 에너지를 흡수할 수 있습니다. 재료의 화학적 조성과 함께 재료 가공 및 하중 상황의 변화는 재료의 인성에 변화를 일으킬 수 있습니다.

샤르피 V-노치 테스트는 재료가 사용 중에 부서지기 쉽거나 연성 방식으로 거동하는지 여부를 예측하는 데 사용됩니다. 각 테스트 시편은 국부 응력을 크게 증가시키도록 설계된 V-노치로 표준화된 치수를 가지고 있습니다. 시험하는 동안 노치가 하중 방향에서 반대쪽을 향하도록 시험 기계에서 시편을 지지합니다. 알려진 무게와 높이의 망치를 휘둘러 표본을 때립니다. 표본의 노치가 있는 면은 장력을 받습니다. 이로 인해 균열이 시편의 두께를 통해 파열로 전파됩니다.

해머의 위치 에너지는 시편을 향해 스윙할 때 운동 에너지가 됩니다. 망치가 시편에 부딪히면 소량의 에너지가 흡수됩니다. 위치 에너지의 변화는 시편을 치기 전과 후의 망치 높이를 알고 계산할 수 있습니다. 망치에 의해 손실되는 에너지는 시편이 흡수한 에너지와 같습니다. 고장 시 흡수된 에너지는 재료의 인성을 나타냅니다. 이는 응력-변형률 곡선 아래의 영역과 관련이 있으며, 가장 단단한 재료는 높은 응력과 높은 변형률을 모두 흡수할 수 있습니다.

샤르피 V-노치 충격 시험 값은 특정 시험 조건에 대해 정확하지만 재료의 상대적 거동을 예측하는 데에도 사용할 수 있습니다.

다음 섹션에서는 Charpy V-notch 충격 시험을 사용하여 고온 및 저온에서 두 가지 다른 종류의 강철의 인성을 측정합니다.

주의: 이 실험에는 움직이는 부품이 무겁고 극한의 온도가 포함됩니다. 테스트 중 모든 안전 지침과 절차를 따르십시오. 시험일 전에 원하는 재료의 시편을 샤르피 시험을 위한 표준 치수로 가공하십시오.

이 시연에서는 ASTM A36 및 C1018의 두 가지 유형의 강철을 테스트합니다. 시편을 준비하려면 콜드 박스를 사용하여 각 금속의 시편 하나를 섭씨 영하 40도까지 냉각합니다. 열판을 사용하여 각 금속의 다른 표본을 섭씨 200도까지 가열합니다. 세 번째 표본 세트를 실온에 보관하십시오.

이제 시험기를 준비합니다. 먼저 망치의 경로에 장애물이 없는지 확인한 다음 걸쇠가 걸릴 때까지 망치를 들어 올립니다. 망치가 우발적으로 해제되는 것을 방지하기 위해 잠금 장치를 고정하십시오. 해당 영역이 깨끗한지 확인한 다음 잠금 장치를 제거하고 레버를 눌러 진자를 해제합니다. 해머는 마찰이 거의 없이 자유롭게 아래로 스윙해야 하므로 다이얼에 표시된 대로 무시할 수 있는 에너지가 손실됩니다. 브레이크를 사용하여 진자를 멈추고 망치를 다시 고정한 다음 집게를 사용하여 노치가 충격 쪽에서 반대쪽을 향하도록 하여 표본을 모루의 중앙에 놓습니다.

표본이 준비되면 기계의 다이얼을 300피트 파운드로 설정합니다. 다시 한 번 해당 영역이 깨끗한지 확인한 다음 진자를 놓습니다. 망치는 시편에 충격을 가하고 반대쪽에서 위로 스윙할 때 다이얼을 움직여 시편이 흡수한 에너지의 양을 표시합니다. 게이지의 값을 기록한 다음 기계 브레이크를 사용하여 해머가 스윙하는 것을 멈춥니다. 브레이크를 작동시키면 게이지 판독값이 무효화되므로 브레이크가 적용된 후에는 판독값을 취하지 마십시오.

진자가 멈추면 표본을 회수하고 섬유질 질감이 있는 골절된 면의 면적 비율을 결정합니다. 나머지 샘플에 대해 테스트 절차를 반복합니다. 최종 테스트가 끝나면 해머를 아래 위치에 두십시오.

이제 결과를 살펴보십시오.

각 온도 그룹에서 면 중심 입방체 재료의 대표 샘플을 비교합니다. 이러한 샘플은 테스트된 온도 범위에서 거의 변화가 없음을 보여줍니다.

이제 각 온도 그룹에서 물체 중심 입방 재료의 샘플을 비교합니다. 고온에서 테스트한 샘플은 더 많은 연성과 소성 변형을 보이는 반면, 저온 그룹의 샘플은 취성 파괴의 징후를 나타냅니다.

취성 파괴로의 전환은 많은 테스트에서 흡수된 에너지를 샘플 온도의 함수로 표시하여 볼 수 있습니다. 몸체 중심의 입방 재료의 경우, 고온에서 흡수된 에너지의 명확한 상부 고원, 낮은 온도에서 낮은 고원, 그리고 그 사이에 전이 영역이 있습니다. 면 중심 입방체 재료는 감소된 온도에서 동일한 전이를 표시하지 않습니다.

사용 중인 재료의 인성을 예측하는 데 사용되는 Charpy V-notch 충격 테스트에 대해 높이 평가했으므로 이제 매일 사운드 구조를 보장하기 위해 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.

우주 탐사와 같은 극한의 온도 환경은 온도가 매우 다양하게 변하는 곳과 개 썰매 타기와 같이 온도가 영하로 떨어지는 곳에는 단단한 재료가 필요합니다.

특히 중요한 응용 분야는 교량 설계로, 저온 및 고온 샤르피 한계를 모두 포함하는 ASTM 표준을 충족해야 하는 강재가 필요합니다.

방금 JoVE의 샤르피 충격 테스트에 대한 소개를 시청했습니다. 이제 다양한 온도에서 재료에 대해 샤르피 충격 시험을 수행하는 방법과 이러한 결과가 재료 인성과 어떤 관련이 있는지 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!