재료 성질 조사를 위한 기계적 시험법, 중등임용 기계금속 문제풀이-3

[중등임용 기계금속] 재료 성질 조사를 위한 기계적 시험법

안녕하세요. 공자모입니다. 오늘은 중등임용 2000년도에 출제된 기계금속 기출문제 중 기계 재료의 성질을 조사하기 위한 기계적 시험법에 대해 공부하는 시간을 갖도록 하겠습니다. 재료 성질 조사를 위한 기계적 시험법은 시험법마다 특징을 외우고 있어야 하며, 다음 문제풀이 시간에 다룰 비파괴 시험법까지 같이 공부하셔야 합니다. 중등임용 기계금속 기출문제 풀이 시작해봅시다.

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오늘의 기출문제 (2000년도 중등임용 기계금속) 

기출문제 연도	2000년
과목	중등임용기계금속

기계 재료의 성질을 조사하기 위한 시험법에 관련된 질문입니다. 기계 재료의 기계적 성질을 파악하기 위한 주요 시험 법 중에서 3가지를 쓰시오. 재료의 비파괴 검사법 중에서 3가지를 쓰시오. - (다음 시간에)

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문제풀이 및 공부해야 할 자료

금속 재료의 시험 방법에는 강도, 경도, 인장, 충격, 피로, 압축, 굽힘, 마모, 크리프 등을 측정하는 기계적 시험과 조직과 재료의 파괴 없이 재료 결함을 측정하는 비파괴 검사가 있습니다. 인장 시험, 경도 시험, 충격 시험 그리고 피로 시험, 크리프 시험은 추후 자세히 알아보고 오늘은 기계적 시험법을 전체적으로 알아보도록 하겠습니다.

 

재료시험 주요 목적

1. 상황에 맞는 재료 선택
2. 산업 규격을 준수
3. 재료 파악으로 보다 다양한 재료 활용(생산 과정 다양화)

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인장 시험

• 재료에 인장 하중을 가하고 가해지는 하중에 따른 변형률을 측정하는 시험
• 재료의 탄성 한계, 항복점, 연신율, 최대 인장 강도 등을 측정할 수 있음
• 시험편은 KS B 0801에 모양과 치수에 따라 1~14호로 규정되어 있음

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경도 시험

• 재료의 단단한 정도를 검사하는 시험 (경도: 국부 소성 변형에 대한 재료의 저항성)
• 압입자로 재료에 하중을 가하여 변형되는 양을 측정하거나 반발력을 측정
• 대표적인 경도 시험 종류(아래 표 참고)

경도 시험	압입자	측정값	경도값 계산
브리넬 경도 시험	강구 (초경 합금구)	압입부의 깊이와 지름	압입 하중 / 압입 자국의 표면적
로크웰 경도 시험	정각 120도 다이아몬드 추	압입부의 깊이(h)	100-500h
	1/16인치 강구		130-500h
비커스 경도 시험	정각 136도 다이아몬드 압입자	압입 자국의 대각선 길이	압입 하중 / 압입 자국의 표면적
쇼 경도 시험	다이아몬드 해머 낙하	해머의 반발 높이	10,000*반발 높이 / 65*낙하 높이

1. 브리넬 경도 시험: 시편에 구를 눌러서 일정 시간 유지 후 생긴 압흔으로 경도 측정, 깊이보단 지름이 정확함. 하중 시간은 약 2~8초
2. 로크웰 경도 시험: 압입자를 사용하여 기준 하중, 시험하중, 기준 하중을 가했을 때, 전후 2회의 기준 하중에서의 압흔 차이로 표시함, 시험법이 간단함.
3. 비커스 경도 시험: 피라미드형 압입자를 사용함. 단단한 재료에 쓰는 시험법, 하중 시간은 약 30초
4. 쇼 경도 시험: 다이아몬드 해머를 일정한 높이에서 시험편에 낙하 후 반발되는 높이 측정, 5회 평균값으로 측정함.

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충격 시험 

• 충격적인 힘에 대한 재료의 충격 저항을 측정하는 시험
• 인성, 취성의 정도를 측정함

대표적인 충격 시험 종류

1. 샤르피 충격 시험법: (1)시험편을 40mm 떨어진 2개의 지지대로 지지한다. (2)노치부를 지지대 사이의 중앙에 일치하게 놓는다. (3)노치부 뒷면을 해머로 1회만 충격을 주어 시험편을 파단시킬 때의 소비된 흡수 에너지를 계산하는 시험법 
2. 아이조드 충격 시험법: (1)시험편의 한 끝을 노치부에 고정한다. (2)다른 쪽을 노치부에서 22mm 떨어진 위치에 놓는다. (3)노치부와 같은 쪽면을 해머로 1회만 충격을 주어 시험편을 파단했을 때 충격 값을 계산하는 시험법

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피로 시험 (S-N 곡선)

• 어느 일정 값보다 작은 힘을 많이 반복해도 피로 파괴가 일어나지 않음
• 반복 했을때 피로 파괴가 일어나지 않는 최대 하중을 피로 한도라 함.
• 피로 한도가 넘는 힘을 반복하면 아무리 작은 하중이라도 피로 파괴를 일으킴.
• S는 반복 하중, N은 반복 횟수로 관계 그래프를 보는 것이 중요함.

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크리프 시험 

• 재료의 허용 응력보다 작은 하중은 파괴가 일어나지 않음
• 고온에서 작은 하중이 장시간 작용하면 시간이 지나면서 변형을 일으킴 (크리프)
• 크리프 시험은 고온에서 오랜 시간 걸쳐 하중을 가해 연신율을 측정하는 시험법
• 크리프 곡선 그래프와 크리프 강도를 구하는 것이 중요함

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압축 시험

• 인장 시험과 반대 방향으로 하중이 작용하는 시험법
• 재료에 압축력을 가하여 변형량과 파괴 강도 구하는 시험

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굽힘시험

• 재료에 굽힘 하중을 가하여 가공성, 변형을 측정하는 시험 (소성가공, 용접)
• 굽힌 균열 시험과 굽힌 저항 시험이 있음

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마모 시험

• 마모 시험은 내마모성을 측정하는 시험
• 표준화된 방법은 없음
• 두 물체를 접촉한 상태에서 상대 운동을 하면 접촉면 마찰력으로 인해 재료 소모 현상이 발생하는 이를 마모라 함
• 재료의 마모에 대한 강도를 내마모성이라 함

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