인장 시험: 완전한 과학 가이드 – TESTEX

인장력을 받는 재료를 결정하는 테스트를 인장 테스트라고도 하는 인장 테스트라고 합니다. 재료의 기계적 성질을 시험하는 기본적인 방법 중 하나로 재료의 성능과 관련 규격에 적합한지 여부를 확인하는 데 사용됩니다. 이 게시물은 다음과 관련이 있습니다.

• 인장 시험이란 무엇입니까? 무엇을 테스트할 수 있습니까?
• 인장 시험과 관련된 개념 및 용어
• 인장시험기란? 어떤 재료를 시험할 수 있습니까?
• 인장 시험 준비
• 인장 시험 절차
• 인장 시험: 응력-변형의 XNUMX단계
• 인장 시험을 위한 공통 시험 표준
• 인장 시험에서 인장 강도에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

인장 시험이란 무엇입니까? 무엇을 테스트할 수 있습니까?

인장 시험은 적용된 하중에 대한 시편의 저항을 결정하기 위해 특정 조건에서 시편에 인장력을 가하는 것입니다. 예를 들어, 재료의 강도 지수 및 소성 지수는 물론 재료의 소성 변형도 도출할 수 있습니다.

인장 시험에서 얻은 데이터는 재료의 탄성 한계, 연신율, 탄성 계수, 비례 한계, 면적 감소, 인장 강도, 항복점, 항복 강도 및 기타 인장 특성을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

강도 지표

• 재료의 강도는 재료의 단위 면적당 힘(Pa)입니다.
• 1Pa = 1N/m²
• 그러나 단위 Pa는 매우 작기 때문에 실제 공학에서는 종종 MPa를 강도의 단위로 사용하는데, 예를 들어 강철의 항복 강도는 일반적으로 100~2000MPa 범위입니다.
• 1MPa = 10⁶ Pa

• 상한 항복 강도: ReH = FeH / 그래서 (So 원래 단면적을 나타냅니다. FeH 상항복점에 해당하는 축력을 나타냄)
• 낮은 항복 강도: ReL = FeL / 그래서 (So 원래 단면적을 나타냅니다. 펠 하항복점에 해당하는 축력을 나타냄)
• 인장 강도 : Rm = Fmax / 그래서 (Fmax 최대 축방향 힘)

항복 현상은 조건부 항복 한계 또는 조건부 항복 강도로 알려진 항복 한계에 대한 응력 값의 0.2% 잔류 변형을 생성하는 명백한 재료가 아닙니다. 이 제한보다 큰 외부 힘은 부품을 영구적으로 손상시키고 복구할 수 없게 만듭니다.

• 경강(고탄소강)은 강도가 높고 가소성이 낮으며 인장 공정에서 명백한 항복 단계가 없으므로 항복 강도를 직접 결정할 수 없으며 항복 강도 대신 조건부 항복 강도가 사용됩니다.
• 조건부 항복 강도: Rp0.2, 지정된 소성 연신율 0.2%에 해당하는 응력을 나타냅니다.

가소성 지표

시편을 떼어내면 탄성 변형은 사라지지만 소성 변형은 남습니다. 공학에서는 시험편을 뽑은 후 남은 변형을 재료의 소성 지수를 나타내는 데 사용합니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 소성 지표가 있습니다.

• 연신율: A = (Lu – Lo) / Lo * 100%
• 단면 수축률: Z = (So – Su) / So * 100%

인장 시험 관련 개념 및 용어

스트레스와 긴장

응력: 응력은 작용하는 영역의 힘으로 N/mm²로 표시되며 미터법 단위는 kPa 또는 MPa입니다.

변형률: 변형률은 테스트 재료의 치수 변화율이며 응력 부하로 인한 치수 변화입니다. 스트레인은 변화율이므로 단위가 없습니다.

표본 관련 용어

• 단면적 So: 시험 전 시편의 원래 단면적.
• 오리지널 스케일 Lo: 힘을 가하기 전 시편의 크기.
• 브레이크 후 거리 Lu: 파손 후 시편의 거리.
• 평행 길이 Lc: 두 개의 헤드 또는 두 개의 고정된 부분 사이의 시편 평행 부분의 길이.
• 휴식 후 신장 A: 파단 후 시편의 잔류 연신율(루 – 로)을 원래 마크 Lo로 백분율로 표시합니다.
• 단면 수축 Z: 최대 단면적 감소율(그래서 – 수) 원래 단면적에 So 시편 파단 후 백분율로 표시됩니다.

인장시험기란? 어떤 재료를 시험할 수 있습니까?

　 인장 시험기는 범용 인장 시험기로도 알려져 있습니다.. 인장 시험기는 다양한 재료의 정적 하중, 스트레칭, 압축, 굽힘, 전단, 인열, 박리 및 기타 기계적 특성 시험에 사용되는 기계적 힘 시험기입니다. 인장 강도 시험기는 재료 개발, 물리적 특성 시험, 교육 및 연구, 품질 관리 등에 없어서는 안될 시험 장비입니다. 범용 인장 시험기는 매우 널리 사용되며 다음과 같은 종류의 재료를 시험하는 데 사용할 수 있습니다.

• 고무 재료: 고무 제품, 호스, 테이프, O-링, 타이어 및 기타 고무 재료 및 제품.
• 플라스틱 재료: 플라스틱 제품, 필름, 튜브, 플레이트, 포장재, 나일론 제품, 방수 롤 및 기타 플라스틱 재료 및 제품.
• 금속 재료: 금속 제품, 스테인리스 스틸 제품, 볼트, 강선, 합금 제품 및 기타 금속 재료 및 제품.
• 건축 자재: 목재, 시트, 유리, 콘크리트, 흑연 제품 등

인장 시험 준비

샘플링 위치, 방향 및 횟수는 재료 특성 테스트 결과에 중요한 영향을 미치는 세 가지 요소입니다. 채취할 샘플의 위치, 방향 및 수는 제품 표준 ISO 377 또는 관련 계약을 따라야 합니다.

샘플링 방법

• 원료에서 직접 샘플링.
• 샘플은 제품의 중요한 부분(가장 약하고 가장 위험한 부분)에서 채취합니다.
• 철근, 볼트, 나사 또는 체인과 같은 물리적 부품을 사용한 직접 테스트.
• 캐스트 표본에 직접 테스트하거나 표본으로 가공하여 테스트합니다.

표본 처리

• 냉간 변형이나 열에 의해 기계적 성질이 영향을 받는 것을 방지합니다. 일반적으로 주로 절단으로 가공됩니다.
• 평행 단면은 매끄럽고 가공 경화가 없어야 하며 칩, 공구 자국 및 버와 같은 결함이 없어야 합니다.
• 취성 재료 클램핑 부분과 평행 단면 부분은 큰 원형 전환 반경을 가져야 합니다.
• 가공되지 않은 주조 시편의 경우 모래, 슬래그, 버, 날아가는 가장자리 등의 표면이 깨끗해야 합니다.

시편 검사 및 마킹

• 외관이 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 시험 전에 시편을 점검해야 합니다.
• 시편의 원래 표시는 일반적으로 미세한 선으로 표시되며 사용된 방법은 시편의 조기 파단에 영향을 미치지 않아야 합니다.
• 매우 얇거나 부서지기 쉬운 재료의 경우 시편을 빠르게 건조되는 착색 페인트로 평행 섹션으로 코팅한 다음 마킹 라인으로 부드럽게 스크라이브할 수 있습니다.

추가: 원래 단면적 So 시험 전에 시편을 측정하고 계산해야 합니다.

인장 시험 절차

1 표본 준비: 표준 요구 사항에 따라 표본을 준비하고 기록을 보관하십시오.

2 인장 시험기 조정 : 시험 표준에 따라 고정 장치를 변경하고 인장 시험기의 시험 조건을 조정하십시오.

3 시편 고정: 먼저 상부 척에 시편을 고정한 다음 하부 척을 적절한 클램핑 위치로 이동하고 마지막으로 시편 하단을 고정합니다.

4 확인 및 시운전: 위의 단계가 완료되었는지 확인합니다. 풀링 머신을 시작하고 소량의 프리로드(응력에 해당하는 하중은 재료의 비례 한계를 초과하지 않아야 함)한 다음 풀링 머신이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 XNUMX으로 언로드합니다.

5 인장 기계를 시작하고 인장 테스트를 수행합니다.

6 시험편과 기록지를 제거합니다.

7 버니어 캘리퍼스로 파손 후 거리를 측정합니다.

8 버니어 캘리퍼스로 넥 수축에서 최소 직경을 측정합니다.

인장 시험: 응력-변형의 XNUMX단계

• OB: 탄성 스테이지
• BC: 수율 단계
• CD: 강화 단계
• DE: 네킹 단계

금속 재료의 탄성 변형 단계에서 응력과 변형률은 Hooke의 법칙, 즉 σ = Eε에 따라 탄성 계수라고 하는 스케일 계수 E와 함께 서로 비례합니다.

전자 = σ/ε

탄성한계는 비례한계에 너무 가까워 실제 공학에서는 탄성한계 대신 비례한계를 근사화합니다.

항복강도(Yield strength) : 금속재료가 항복현상을 보일 때 시험하는 동안 힘의 증가 없이 소성변형이 일어나는 응력점에 도달한다. 상한 항복강도와 하한 항복강도를 구분해야 합니다.

• 상항복강도(Upper Yield Strength): 시편이 항복하기 전의 가장 높은 응력과 힘이 먼저 감소합니다.
• 낮은 항복 강도: 초기 과도 효과를 계산하지 않고 항복 중 가장 낮은 응력.
• 낮은 항복점에 해당하는 응력 값을 일반적으로 항복 강도라고 합니다.

항복 단계 후 곡선의 점 C가 다시 점차 상승하기 시작하여 변형률을 증가시키려면 응력을 증가시켜야 하며 재료가 변형에 저항하는 능력을 회복해야 한다는 것을 나타냅니다. 이러한 현상을 강화라고 하며 CD 단면은 다음과 같습니다. 강화 단계(공정 경화)라고 합니다.

곡선의 가장 높은 지점에 해당하는 응력 값을 재료의 인장 강도(또는 강도 한계)라고 하며 재료의 강도를 나타내는 또 다른 중요한 지표입니다.

곡선이 D점에 도달하면 시편의 약한 부분(재료가 고르지 않거나 결함이 있는 곳) 중 하나에서 변형이 크게 증가하고 유효 단면적이 급격히 감소하며 네킹 현상이 발생하고 시편이 빠르게 당겨집니다.

몇 가지 일반적인 응력-변형 곡선

(a) 곡선은 연강에 대한 응력-변형 곡선으로, 상부 및 하부 항복, 균일한 소성 변형, 넥킹 및 시편 파단이 있는 들쭉날쭉한 항복 단계가 있습니다.

(b) 곡선은 중간 탄소강에 대한 응력-변형 곡선으로, 항복 단계가 있지만 변동이 적고 거의 직선에 가깝고 균일한 소성 변형 후 네킹 후 시편 파단이 발생합니다.

(c) 곡선은 퀜칭된 중저온 템퍼링 강철의 응력-변형 곡선으로, 가시적인 항복 단계가 없고 균일한 소성 변형 후에 네킹을 생성한 다음 시편이 파손됩니다.

(d) 곡선은 항복 단계가 없을 뿐만 아니라 소량의 균일한 소성 변형을 생성한 후 갑자기 파단되는 담금질된 주철의 응력-변형 곡선입니다.

인장 시험을 위한 공통 시험 표준

• ISO-6892 1
• 금속 재료 – 인장 시험 – 파트 1: 상온에서의 시험 방법
• ISO-6892 2
• 금속 재료 – 인장 시험 – 파트 2: 고온 시험 방법
• ISO 204
• 금속 재료 – 인장에서의 일축 크리프 시험 방법
• ISO 377
• 철강 및 철강 제품 – 기계적 테스트를 위한 샘플 및 테스트 조각의 위치 및 준비
• ISO 783
• 금속 재료 – 고온에서 인장 시험
• JIS G0601
• 클래드 강판 - 기계 및 기술 테스트
• ISO 3108
• 일반용 스틸와이어로프 - 실파단하중 결정
• EN 10319
• 금속 재료 – 인장 응력 완화 시험 – 파트 1: 시험기 절차
• ISO 15579
• 금속 재료 – 저온 인장 시험
• ASTM B557M
• 가공 알루미늄 및 마그네슘 합금 제품의 인장 시험을 위한 시험편 및 방법
• DIN EN ISO 2566-1
• 강철 – 연신율 값의 변환 – 파트 1: 탄소 및 저합금강
• DIN EN ISO 2566-2
• 강철 – 연신율 값의 변환 – 파트 2: 오스테나이트계 강
• ASTM E111-04 및 ASTM E1875-00
• Young's Modulus, Tangent Modulus 및 Chord Modulus에 대한 표준 테스트 방법
• 음파 공진에 의한 Dynamic Young's Modulus, Shear Modulus, Poisson's Ratio의 표준시험법

인장 시험에서 인장 강도에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

인장 시험기 인장 시험에 영향을 미치는 주요 요인에는 샘플링 영역 및 샘플링 방법, 시편의 모양, 크기 및 정확도, 측정 장비, 테스트 장비, 테스트 환경 온도, 고정 장치 선택, 시편의 클램핑 방법, 연신 속도, 인장시편 단면적, 측정오차 등

1 샘플링 사이트 및 방법

샘플링 사이트의 차이는 연신율, 항복 강도 및 인장 강도 및 기타 성능 지표 후 금속 재료의 인장 시험에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 구성, 조직, 구조, 결함, 가공 변형 등으로 인한 금속 재료의 불균일한 분포는 동일한 배치 또는 동일한 제품의 다른 부품의 기계적 특성을 다르게 나타냅니다. 또한 시편 빌렛을 절단할 때 열, 가공 경화 및 변형에 의한 기계적 성질의 영향을 받지 않도록 해야 합니다.

2 시편 모양, 크기 및 정확도

동일한 상태의 동일한 재료에 대해 단면 형상이 다른 경우 측정 결과는 상위 항복 강도에 더 큰 영향을 미치고 하위 항복 강도에는 덜 영향을 미칩니다. 큰 단면적(큰 크기)을 가진 시편의 인장 강도는 작은 크기의 시편보다 낮고 가소성 지수도 감소합니다. 시편의 평행 길이 내 평행도 및 치수 정확도도 테스트 결과에 쉽게 영향을 미칠 수 있습니다. 시편의 평행 길이 내의 평행도 및 치수 정확도도 테스트 결과에 쉽게 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 시편의 측정 치수 값이 실제 시편의 최소 위치가 아닐 수 있어 낮은 시험 결과가 나올 수 있기 때문입니다. 따라서 시편의 모양과 치수는 표준에 따라야 합니다.

3 측정기용

치수 측정 기기 및 게이지의 정확도는 테스트 요구 사항을 충족해야 합니다. 따라서 시험을 수행하기 전에 모든 종류의 측정 장비를 교정해야 하며 동시에 게이지를 깨끗하고 깨끗하게 유지해야 합니다.

4 시험장비

시험기와 신장계는 금속 재료의 인장 시험에 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 시험 장비로 시험 결과의 정확성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전자는 힘의 값을 측정하는 데 사용됩니다. 후자는 주로 변위 또는 확장을 결정하는 데 사용됩니다. 따라서 시험기와 신장계가 시험 유효 기간 내에 있고 정기적으로 교정되는지 확인하는 것이 중요합니다.

5 시험 환경 온도

일부 금속 재료는 온도에 매우 민감하며 일반적인 금속 재료라도 테스트 온도가 너무 많이 변하면 테스트 측정이 일관되지 않을 수 있습니다. 일반적으로 체심 입방체 금속의 항복 강도는 온도가 낮아짐에 따라 급격히 증가하는 반면 면심 입방체 금속의 경우 변화가 덜 두드러집니다. 온도가 상승하면 일반적으로 금속의 항복 강도가 감소합니다.

6 클램핑 장치 선택, 시편 클램핑의 영향

치구의 잘못된 선택, 시편 클램핑, 신장계의 로딩 및 언로딩은 테스트 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 클램핑 장치와 시편의 형상 사이의 불일치와 클램핑 장치의 표면 패턴의 형상이 적합하지 않아 클램핑 장치와 시편이 충분한 클램핑 영역을 형성하지 못하고 정적 마찰이 충분하지 않으며, 인장 과정에서 클램핑 장치와 시편의 상대적인 미끄러짐이 발생하여 인장 결과에 영향을 미칩니다.

7 클램핑 방법

불합리한 클램핑 방법은 시편이 턱에서 쉽게 미끄러지거나 파손되어 부정확한 테스트 데이터 또는 낮은 테스트 데이터를 초래할 수 있습니다.

8 연신율

스트레칭 속도는 금속 재료의 응력-변형 관계에 직접적인 영향을 미칩니다. 다른 재료는 다른 속도, 다른 재료에 대한 연신 속도, 다른 재료의 크기의 영향, 낮은 강도, 재료 충격의 좋은 가소성에 민감합니다.

9 인장 시편의 단면적 결정

인장 시편의 단면적을 결정하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 금속에 대한 ISO 6892 인장 시험 방법이고 다른 하나는 재료에 대한 해당 제품 표준입니다. 일부 제품 표준은 인장 시험편의 단면적이 공칭 크기의 단면적에 의해 결정되도록 지정합니다.

10 시편 치수 측정 방법 및 측정 시 인적 오류

인장 시편은 직경에 따라 외경 마이크로미터 또는 버니어 캘리퍼스로 측정해야 합니다. 측정 방법이 정확하지 않아 인위적으로 큰 치수를 측정하게 되는 경우. 주관적인 요소와 다양한 작동 기술로 인해 측정 결과에 오류가 발생할 수도 있습니다.