본문내용
1. 서론
1.1. 실험 개요 및 목적
본 실험의 목적은 중앙대학교 기계공학부에서 진행되는 고체재료실험 수업의 일환으로 금속 재료의 기계적 특성을 실험을 통해 직접 확인하고 이해하는 것이다. 구체적으로는 6061 알루미늄 합금의 인장 실험, 충격 실험, 경도 실험을 수행하여 재료의 강도, 연성, 인성 등을 측정하고 열처리 방법에 따른 기계적 특성의 변화를 분석하고자 한다. 이를 통해 재료의 미세구조와 기계적 성질 간의 상관관계를 공학적으로 이해하고 설명할 수 있는 능력을 기르고자 한다.
금속 인장 실험에서는 6061 알루미늄 합금 시편을 준비하여 인장 실험을 수행하고, 응력-변형률 선도를 작성하여 탄성 계수, 항복 강도, 인장 강도, 연신율 등을 측정하며, 파단면 관찰을 통해 연성 거동을 확인한다. 충격 실험에서는 SM45C 강 재료를 normalizing과 quenching 열처리한 두 시편을 준비하여 샤르피 충격 실험을 진행하고, 열처리 방법에 따른 충격흡수에너지의 차이를 분석한다. 경도 실험에서는 동일한 SM45C 강 시편에 대해 로크웰 경도와 비커스 경도를 측정하고, 열처리 조건에 따른 경도 변화를 확인하며 경도와 기계적 특성의 상관관계를 고찰한다. 이를 통해 재료의 미세구조와 기계적 성질의 관계를 이해하고, 다양한 실험 데이터 분석 및 고찰 능력을 배양할 수 있을 것이다.
2. 금속 인장 실험
2.1. 실험 과정
시편의 재질은 6061 aluminum alloy로 준비한다. 캘리퍼스를 이용하여 준비된 알루미늄 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다. 시편을 grip에 고정시킨다. 하부 grip에 장착 후 crosshead를 수동으로 매우 낮은 속도로 하강시키고 상부 grip 중앙에 위치시킨 후 장착시킨다. 조교의 감독, 지시아래 인장시험을 시작하고 인장시험에서 관측할 수 있는 여러 현상(네킹 현상, 파단 현상)을 관찰한다. 알루미늄 시편이 파단 되면 grip으로부터 시편을 분리한 뒤, 파단면을 관찰하고 필요시 기록이나 사진을 남긴다. 또한, 실험 컴퓨터에서 인장시험 동안 시간마다 기록된 하중, 변위 데이터를 수집한다. 캘리퍼스를 이용하여 파단된 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다.6061 aluminum alloy는 탄성 계수 68.9 GPa, 파단 신장도 12%~17%, 경도(HB) 95, 항복 강도 276 MPa, 인장 강도 310 MPa, 푸아송 비 0.33, 파단 강도 96.5 MPa, 전단 탄성 계수 26 GPa, 밀도 2.7 g/cc와 같은 기본 물성을 가진다. 파단 전 시편의 게이지 길이는 60.00 mm, 시편 길이는 183.43 mm, 게이지 너비는 12.52 mm, 시편 두께는 4.08 mm이며, 단면적 넓이는 51.0816이다. 파단 후 시편의 게이지 길이는 66.55 mm, 시편 길이는 257.66 mm, 게이지 너비는 10.65 mm, 시편 두께는 3.82 mm이며, 단면적 넓이는 40.6830이고, 푸아송 비는 0.369086이다. 캘리퍼스의 측정 가능한 길이 범위보다 시편의 길이가 길기 때문에 세 부분으로 나누어 측정하였다.
2.2. 6061 알루미늄 합금의 기본 물성
6061 알루미늄 합금의 기본 물성은 다음과 같다.
탄성 계수는 68.9 GPa이며, 파단 신장도는 12%~17%이다. 경도(HB)는 95이고, 항복 강도는 276 MPa이며, 인장 강도는 310 MPa이다. 푸아송 비는 0.33이고, 파단 강도는 96.5 MPa이다. 전단 탄성 계수는 26 GPa이며, 밀도는 2.7 g/cc이다.
2.3. 인장 시편의 물성 측정 및 계산
캘리퍼스를 이용하여 준비된 알루미늄 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등의 물성치를 측정하였다. 파단 전 시편의 물성치는 게이지 길이 60.00mm, 시편 길이 183.43mm, 게이지 너비 12.52mm, 시편 두께 4.08mm, 단면적 51.0816이었다. 파단 후 시편의 물성치는 게이지 길이 66.55mm, 시편 길이 257.66mm, 게이지 너비 10.65mm, 시편 두께 3.82mm, 단면적 40.6830, 푸아송 비 0.369086이었다.
파단 전 시편의 치수를 이용하여 계산한 단면적은 측정값 51.0816과 동일하였다. 또한 파단 후 시편의 치수를 이용하여 계산한 단면적은 측정값 40.6830과 일치하였다. 푸아송 비는 세로변형률과 가로변형률의 비율로 계산하여 0.369086을 얻었다.
이러한 시편의 물성치와 실험 데이터를 활용하여 응력-변형률 선도를 도시할 수 있다. 실험 데이터에서 ...
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