Metallurgical Microsope Testof the SM20c specimen with 4 kinds of heat treatmentAbstractThe purpose of this test is to check heat treatment method, to test the heat treatment process, to observe the microstructure of the metal by using metallurgical microscope. Metallurgical Microscope, Mounting Press, Polisher, Emery Paper, Furnace, Etching Solution is used for this test.And we use SM20C soft steel bar(10mm*15mm) as a test specimen. Total 4 method is used for this test. Annealing, Normalizing, Quenching, Tempering. and observing result, we can find various colors, crystalline structures. and we can inference what kind of method is used. By this test we can understand heat treatment method and properties of metal.Table of Contents1. Introduction------------------------------------------- 1p(1) Purpose --------------------------------------------- 1p(2) Equipment of the experiment--------------------------- 1p(3)the explanation of the heat treatment-------------------- 1p(4)The figure o------------------------------------- 5p1.Introduction(1)PurposeWhy we do heat treatment. Because heat treatment is a main method to change properties of material, to test the heat treatment process, to Observe grains of the test-specimen on the surface of the material by using metallurgical microscope and to understand the principle of the heat treatment. and we can deeply know theories for the heat treatment by comparing result with theoretical value with this experiment.(2) Equipment of the experiment① Metallurgical Microscope: Observe grains on the surface of the test-specimen. Metallurgical Microscope is connected to the digital camera and can save the jpg image file, using the connected digital camera.② Polishing machine: the equipment is used for the polishing, polishing machine supplies water to the test-specimen. this machine consists of the revolved circular plate and motor.③ Corrosives: A corrosive is chemical liquid to polish the surface of the test specimen, a corrosive isrength than a full annealing.③ Quenching: the process to get the martensite grains, the material is cooled rapidly after the heat-up.④ Tempering: the process to relief the internal stress, increase the softness and the toughness. the material is cooled at the regular speed after heat-up. There are high temperature tempering and low temperature tempering.(4)The figure of the equilibrium condition of Fe-CA study of the constitution and structure of all steels and irons must first start with the iron-carbon equilibrium diagram. Many of the basic features of this system influence the behavior of even the most complex alloy steels.For example, the phases found in the simple binary Fe-C system persist in complex steels, but it is necessary to examine the effects alloying elements have on the formation and properties of these phases. The iron-carbon diagram provides a valuable foundation on which to build knowledge of both plain carbon and alloy steels in their immense variety.[Firugre1] equi88 wt%) and cementite (12 wt%) that occurs in some steels and cast irons2.Methods(1) Treat SM20C soft steel bars each with 4 types of heat treatment.(2) Cut heat treated test specimens in the proper size.(3cm X 3cm X 1cm)(3) Mounting: Put the test specimen in the Die of Mounting Press. Put a proper amount of Bakelite powders. Operate Heater. Put pressure at the temperature of 120~130℃ and 3.5Mpa. Sinter the Bakelite powders. Then, cool the Bakelite powders down with cooling pin and take them out.(4) Use Emery Paper to grind the grinding test specimens. Use thick Emery Paper (#120) and minute Emery Paper (#1500) in turn. In terms of the grinding method, grind the specimens in a regular direction once. Then, grind the specimens in a vertical direction to the grinding direction.(5) Polishing: Use fine Emery Paper at Polisher to grind the specimens. Then, put an abrasive (Al2O3 or Cr2O3) of Polishing Cloth with water. Grind the surfaces of the test specimens the weight of 15g per 100cc of 지만 금속의 색이 서로 다른 부분이 존재함을 볼 수있다. 이는 다른 조직들이 서로 공존하고 있다는 것을 유추 해볼 수 있다.열처리를 한 1000배의 어두운 사진에서는 작은 pearlite와 cementite가 합쳐진 모양이 관찰되며 이는 quenching을 통하여 austenite를 급랭시켜 단단한 martensite를 만든 후 tempering을 시도해 안정한 sorbite로 변화시킨 것 같다.열처리를 한 1000배의 밝은 사진에서는 ferite의 BCC격자구조가 탄소가 끼어있는 상태가 되어 격자간의 간격이 멀어지는 BCT구조의 martensite, troostite등의 조직이 보인다. martensite는 고온에서 저온으로의 변화가 일부 저지되어 강철이 매우 단단해 진 것이다. troostite는 강을 담금질했을 때만 얻을 수 있는 조직이다. 즉 강을 담금질 냉각할 때 500~600℃에서 생기며, martensite와 공존하는 것이 보통이다. 그 형상은 구상 또는 원형으로 austenite 결정립의 경계를 따라서 발생한다.4.Discussion[Figure2]열처리 안 한시편-200배 [Figure3]열처리 한 시편-200배열처리를 하기전의 시편과 열처리를 하고난 후의 시편의 차이점은 결정립의 크기가 작아지고 경계가 명확해 보인다. 이것은 annealing과 annealing과 거의 비슷하면서 좀 더 세분화되게 나타나는 nomalizing이 처리 되었을 거라 추측 할 수있다. 더 세분화되는 이유는 냉각속도의 차이 일 것이다. 또 annealing의 목적은 연화에있다. 어느정도의 온도까지 가열 후 그 온도를 유지하다가 천천히 냉각시킨다. 냉간가공의 효과를 제거하여 원래상태의 연성을 회복하기 위한 열처리 이다. nomalizing의 경우 annealing과 매우 흡사하다. annealing보다 결정립의 크기가작다. nomalizing의 목적은 결정립을 미세화하여 강도를 증가시키는데 있다. austenite화 온도까지 올려준 후 충분히 시간이 지나면 austen=153
AbstractTenisile test is a test to get many material's natural property. By exerting force on specimen the dispalacements happen. and we can draw stress-strain curve by this information. We can get Young's modulus, yield stress ultimate stress, and elongation in stresss-strain diagram, etc. In this test we draw 5 diagram. 3 is engineering stress-strain graph and 2 is true stress-strain graph. engineering stress-strain and true stress-strain has differnce because of considering change of area.In this report we will conduct tensile test and calculate properties of material.1. Introduction------------------------------------------- 1p(1) Purpose --------------------------------------------- 1p(2)engineering stress and strain---------------------------- 1p(3) True stress and strain--------------------------------- 2p(4) Elongation -------------------------------------------- 2p(5) Young's modulus ------------------------------------- 2p(6) Offset method ------------------------------------ tensile test, in addition to the proportional limit and elasticity limit such as elastic modulus, the daily dose can be determined, a line diagram showing the relationship between load and elongation applied also can be determined.A load-elongation curve is plotted by an x - y axis. A stress-strain curve can be constructed from this load-elongation curve by making the calculations. Then the mechanical data that we search for can be known by looking on stress-strain curve. Tensile tests are always carried out under the same conditions, reliable measurement results is get. In conclusion, tensile testing is important to help in the selection of the most appropriate material for many engineering projects and for developing techniques to modify a material’s properties.Through this test, we can know about material value's theory, we will learn how to obtain the stress-strain diagram and to get the tensile properties.(2) engineering stress and strainEngineering stress는 부재(시험편)에 작용하는 축방향 인장력( 나타내기위한 간단한 간단한 지표이다. 부러진 후의 최종길이에서 원래길이를 뺀 후 그것을 원래길이로나누어 100을 곱하여 얻을 수있다.%Elongation= {FinalL-originalL} over {originalL}*100(5)Young's modulusYoung's modulus는 탄성물질의 강도의정도를 나타내는 값이다. 이값은 물질의 특성을 나타낸다. 탄성구간의 stress와 strain의 비로 정의되며 Hooke`s law를 따른다E= { sigma_{Y } } over {epsilon _{Y } }(6)offset method금속 재료의 내구력을 구하는 방법의 일종인데, 오프셋법은 하중 신장 선도를 우선 구하고, 신장이 0.2%에 달하는 점에서 비례 한도까지의 직선부에 평행한 선을 그어, 이 선과 하중 신장 선도와의 교점의 하중을 인장 시험편 평행부의 원단면적에서 나눈 몫을 가지고 내구력을 구하는 하는 것이다2. Method(1)Procedure on tensile test1.Measure the dimensions of test specimen, especially, part of gauge length.2.Remove the Safety Guard and undo specimen fixings with Hexagon tool3.Fit the specimen with Hexagon tool4.Refit the Safety Guard5.Turn the Load Nut a few turns for specimen to fit correctly.6.Set the Dial Indicator to zero7.Rotate the Load Nut as much prescribed interval.8.Record Dial indicator and resume step 6 until fracture9.Remove the Safety Guard and undo the specimen fixings10.Take out a broken specimen and refiches 10 kg.3. Results(1) strain-gauge test[Figure 1]Engineering stress-strain graph그림 1은 각 4가지 재료의 Engineering stress-strain graph를 나타낸 것이다.각 재료들의 Young's modulus를 구해보면,sigma =E*epsilon 이므로 E= {sigma } over {epsilon } 이다. 식에 각 결과값을 대입하면 아래의 결과가 나온다. 단위는 Gpa이다.MaterialBrassCopperAlluminumSteelYoung's modulus(Gpa)102.08333116.6666773.13433213.04348[Table1]Young's modulus of materials(2) 환봉형 시편 유압식 인장 실험[Figure 2]Engineering stress-strain graph [Figure 3]True stress-strain graph그림 2는 mild steel의 환봉형시판 유압식인장실험의 Engineering stress-strain graph이며 그림3은 True stress-strain graph를 나타낸 것이다.Engineering stress-strain 그래프로부터 Young's modulus, Elongation, Yield strength를 구한다. 탄성구간에서의 engineering 그래프의 기울기를 추세선을 이용하여 나타낸다. 기울기는 55842가 나오므로 단위를 적용하면 55.84Gpa 이다. 또한 Elongation을 구해보면 부러진후의 최종길이90.7mm와 원래길이 70mm를 이용하여 구해보면{ 90.7-70} over { 70} *100=29.57143% 이다.마지막으로 항복강도는 눈에띄게 보이므로 근처값을 보면 348.88Mpa이다.항복강도(Yield strength)란 재료가 거시적인 소성 변형을 시작할 때의 응력. 항복점이 명확하지 않은 재료에서는 보통 0.2% 내력(offset method)을 취하여 항복 강도(응steel환봉형 유압식 인장 실험에서의 결과로 나타난 mild steel의 파단면은 우리가 이론적으로 배운 파단면과 굉장히 유사했다. ductile material의 파단직전 전형적인 패턴인 neckling 현상이 일어났는데 이후 소리와함께 끊어지며 "cup-cone"모양과 그 반대 모양으로 파단면이 관찰되었다. brittle material의 경우엔 파단면이 bulge out이라 표현하는 v자형 모양이 반복해서 나타난다. 또한 실험에서의 데이터값과 실제값을 비교했을 때 상당히 큰 오차가 나타났다. 예를들어 mild steel(값을찾을 수 없어 A36 steel로 대체)의 young's modulus는 200Gpa지만 실험값은 그보다 작은 55.84Gpa가 나타났다. 반대로 Yield strength 에서는 250Mpa가아닌 348.88Mpa가 나타났다. 다행히 %Elongation 에서는 30과 비슷한 29.57이 나타났다. 판재형 시판실험에서도 이와 비슷하게 오차가 나타났다. 두 실험의 물성치값들과 실제값들을 비교하고 오차를 표로 나타내보았다.Young's modulusElongationYield strength실험값55.84Gpa29.57250Mpa실제값200Gpa30348.88Mpa오차72.08%1.433%-39.55%[Table2] Error of mild steelYoung's modulusElongationYield strength실험값18.6Gpa7.38215.35Mpa실제값68.9Gpa12255Mpa오차73.00%38.5%15.55%[Table3]Error of alluminum오차의 원인으로는 끊어지는순간의 정확한 길이를 측정하지 못했고 끊어지는순간에서의 정확한 힘도 측정하지 못하였다. 이론에선 데이터들이 선형적인 모습을 나타내야하지만 측정값에선 정확한 선형이 아니었다. 모두 근사값을 이용하였기 때문인 것으로 추정된다. 또한 계산시에도 반올림오차등 변수가 존재하기 때문이다. 정확히 specimen을 설치하여야하지만 사람이 하는것이기에 오차가 e
Hardness testmeasurement of the hardness, sm20c specimen with heat treatment, and none.-- 41-- 2016.05.30AbstractHardness means measure of how resistant solid matter is to various kinds of permanent shape change when a compressive force is applied. The purpose of the hardness test is to obtain hardness value, speculate the strength from the hardness value or compare the treated condition or heat-treated condition of a test specimen from the hardness value. There are some methods to yield hardness, in this report Brinell hardness test was conducted.about Brinell hardness test, it is conducted to estimate HB, Brinell hardness and to compare its values with reference values. It is relatively simple and easy method to yield hardness. Through this test, we understand the definitions of all kinds of hardness and the principle, structure and function of the test equipment and learn the operating methods of the test equipment.Table of Contents1. Introduction------------------------------------- 6p5. Conclusion ------------------------------------------- 8p6. Reference -------------------------------------------- 8pIntroduction(1) Purpose경도 실험은 가장 많이 쓰이는 기계실험중 하나이다.경도는 한물체가 다른 물체로부터 외력을 받았을 때 이 외력에 대한 저항의 크기를 나타내는 척도가 된다. 일반적으로 경도 실험은 재료의 경도를 알려고 하는 목적도 있지만 경도 실험을 통하여 인장강도와 같은 재료의 다른 성질도 알수 있기 때문이다. 경도 실험의 목적에는 재료의 경도값을 알고자 하는 경우 경도 값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우또는 경도 값으로부터 시편의 가공상태나 열처리 상태를 비교하고 싶은 경우 등이 있다. 실험 종류에는 압입시험, 긋기시험, 반발시험 등이 있다. 압입 경도 시험법과 긋기 시험법은 소성 변형에 대한 저항이며, 반발 시험법은 탄성변형에 대한 저항을 나타낸다.(2) Brinell Hardness testHardness is a characteristic of a material, not a fundamental physical property. It is defined as the resistance to indentation, and it is determined by measuring the permanent depth of the indentation. More simply put, when using a fixed force (load) and a given indenter, the smaller the indentation, the harder the material. Indentation hardness value is obtained by measuring the depth or the area of the indentation using one of over 12 different test methods.The use a very high test load (3000 kgf) and a 10mm wide indenter so that the resulting indentation averages out most surface and sub-surface inconsistencies.The Brinell method applies a predetermined test load (F) to a carbide ball of fixed diameter (D) which is held for a predetermined time period and then removed. The resulting impression is measured across at least two diameters ? usually at right angles to each other and these result averaged (d). A chart is then used to convert the averaged diameter measurement to a Brinell hardness number. Test forces range from 500 to 3000 kgf.[Figure 1]Brinell hardness testHB= {2P} over {pi D(D- sqrt {D ^{2} -d ^{2}} )}D = Ball diameterd = impression diameterP = loadHB = Brinell result3.MethodsIn this test we do Brinell hardness test.1.The indenter is pressed into the sample by an accurately controlled test force.2.The force is maintained for a specific dwell time, normally 10 ? 15seconds.3.After the dwell time is complete, the indenter is removerved surface area of the indent. The indentation is considered to be spherical with a radius equal to half the diameter of the ball. The average of the two diagonals is used in the following formula to calculate the Brinell hardness.4.Results(1)Results[Table 1] diameter of indentationP(F)=187.5kgfNo.Ball diameterspecimen with no heat treatmentspecimen withheat treatmentD(mu m)d(mu m)d(mu m)125001330.94592.7221329.65562.6631374.11607.7241311.66618.48Average1336.59595.40[Figure 2]No heat treatment [Figure 3]Heat treatment(2)Calculations[Table 2] Measured Brinell hardness value P(F)=187.5kgfNo.specimen with no heat treatmentspecimen withheat treatmentHB(kgf/mm ^{2})HB(kgf/mm ^{2})1124.43669.852124.69744.413116.03636.714128.44614.41Average123.40666.34HB= {2P} over {pi D(D- sqrt {D ^{2} -d ^{2}} )}1번(열처리 O) ={2 TIMES 187.5} over {pi (2.5)(2.5- sqrt {2.5 ^{2} -1.33094 ^{2}} )} = 124.43HB(kgf/mm ^{2})1번(열처리 X) ={2 TIMES 187.5} over {pi (2.5)(2.5- sqrt {2.5 ^{2} -0.59272 ^{2}} )} = 669.85HB(kg열처리를 하지않은 시편에대해 브리넬경도값을 알아내었다. 또 열처리를 하지않은 시편과 이론 브리넬경도값과의 비교를 해보았고 그 결과 약 15%의 오차가 발생하였다.오차의 이유에 대해 고려해보면 첫 번째론, SM20C 시편 측정값의 부적황성을 생각해 볼 수있다. 가능한 정밀한 기기를 사용해서 측정하였지만 측정할때의 오차, 측정값을 계산하면서 발생하는 반올림오차등이 오차에 기여했을 것이다.두 번째론, PRESSING기계가 누를 때 가해진 힘이 정확히 187.5kfg가 아니었을 것이다. 정밀하게 눌러야 하는데 대충놓고 눌러서 완벽한 원형으로 들어가지 않고 조금씩 움직여서 눌렸을 수 있다. 세 번째론, 조원들이 기계를 사용하여 누를 때 충분한 시간없이 힘을 제거 했었다. 약 10초간 대기 후 힘을 제거해야하는데 뒤의 조원들이 밀려있단 생각에 기다림없이 바로 힘을 제거해 충분히 힘이 가해지지 않았을 수 있다.네 번째론, 시편을 사용함에 있어서 표면이 깨끗한 시편을 사용했어야 함에도 불구하고 앞뒤로 압입 자국이 많은 시편을 가지고 측정을 하였다. 압입자국이 없는 부분을 찾아서 측정하기는 했지만 뒷면 부분은 제대로 볼수가 없었기 때문에 가공경화된 부분을 측정하였을 수 있다.다섯 번째론, 정확한 zero point를 추지 않고 실험을 하였다. 여섯 번째론, 열에의한 변형이 생겼을 수도 있다. 이론값을 구할땐 열에의한 변형은 고려하지않았지만 실제 실험에선 힘을 가해줌에따라 열이 발생해 변형이 생겼을 가능성도 있다.마지막으로 시편의 상태가 완벽하지 않고 시간이 지남에따라 환경에 영향을받아 성질이 변했을 수도 있다. 위와같은 오차의 원인으로 인해 실험값과 이론값의 차이가 발생했을 것이라 생각해볼 수 있다. P(F)=187.5kgfNo.specimen with no heat treatmentTheoretical valueerror(%)HB(kgf/mm ^{2})BH(kgf/mm ^{2})1124.4314514.192124.6914.003116.0319.984128.4411.41Ave었다.
Charpy impact test-- 41-- 2016.06.02AbstractWe use charpy impact test to measure how toughness material is. We use brittle specimen, it was broken clearly, and we could calculate its impact energy and brittle/ductile fracture ratio. And using this value we could calculate the charpy impact value. Plus we could guess what material is used for the test by looking at data Table for carbon steel. Moreover analyzing the result of charpy impact test we could know which factors effect on the result and by comparing experiment value with theoretical value we could guess the reason of errors. Through this experiment we could understand what is toughness and how to get toughness with some other characteristic of material.Table of Contents1. Introduction---------------------------------------------1p(1) Purpose -----------------------------------------------1p(2) advantages---------------------------------------------1p(3) charpy impact test---------------------------------------1p2. Methods ------6p(5) prediction about specimen5. Conclusion -------------------------------------------- 6p6. Reference -------------------------------------------- 7p1.Introduction(1)Prupose물질은 자체의 고유한 특성을 가지고 있다. 이 실험은 그중 인성을 측정하는 것이다. 인성이란 재료의 강인성의 정도. 질기고 세며, 충격 파괴를 일으키기 어려운지 어떤지의 정도이다. 재료에 힘을 가하면 처음에는 탄성적으로 변형되고, 그 뒤에 소성화(외력을 제거해도 원래의 상태로 돌아가지 않는 성질)되어 마침내는 파괴된다.인성은 온도에 따라 변화가 커 상황에 따라 온도를 기록하기도 한다.결국 이 실험은 얼마나 큰 인성을 가지고 있는지 측정하는 것이다. 물체를 파괴시키는데 얼마나 큰 에너지가 필요한지 측정하고 그것을 샤르피 충격 값으로 나타낸다. 이것을 통해 우리는 인성이 무엇이지, 인성을 측정하는법을 배울 수 있다.(2)advantages이 시험의 장점은 시편의 가격이 싸고 시험이 간단하다. 또한 빠르게 할수 있고 준비가 간편하다. 그리고 넓은 범위의 온도를 아우르며 합금의 영향으로 노치인성을 비교 할 수 있다.(2) Charpy impact testThe Charpy impact test, also known as the Charpy V-notch test, is a standardized high strain-rate test which determines the amount of energy absorbed by a material during fracture. This absorbed energy is a measure of a given material's notch toughness and acts as a tool to study temperature-dependent ductile-brittle transition. It is widel900s due to the technical contributions and standardization efforts by Charpy. The test was pivotal in understanding the fracture problems of ships during WWII.Today it is utilized in many industries for testing materials, for example the construction of pressure vessels and bridges to determine how storms will affect the materials usedThe equation how much energy is needed to fracture a material is:K=W BULLET l(cos beta -cos alpha )-L .......(1.1)K : needed energy (J)W : weight of hammer(N)l : length from middle of rotation axis to middle of hammer(m)L : consumed energy because of resistance like friction, absorption of fixture (J)alpha : degree of initial point of hammer(deg)beta : lifted degree after fracture of material(deg)The charpy impact value is:Charpy``impact``value=K/A .........(1.2)A : minimum area of notch[Figure 1] charpy impact test machine2.Method(1) Open the doors of the safety cabinet and raise the pendulum until it engages with the rn -i.e set to "0°" or "50J"(4) Check that there is no obstruction to the fall and swing of the pendulum, other than the specimen, and that it is safe to release the pendulum. Close the cabinet doors.(5) Release the pendulum latching device by operating the two knobs in sequence.-Safety Knob(Pull Outward)then release Knob.(6) After the sample has been broken and the pendulum completed its initial swing, you may apply the friction brake and allow the pendulum to cease swinging before re-opening the cabinet doors.(7) Read off the energy absorbed in breaking the specimen from the position of the pointer on the dial.(8) Remove the broken specimen and prepare for the next test.4.Result(1)Result[Figure 2] Left- Section of broken specimen[Figure 3] Right- After fracture, swing degree왼쪽의 그림2는 완전히 부러진 후의 시편의 단면이다. 깔끔하게 부러진 것을 보면 취성이 강함을 예측할 수 있다. 오른쪽의 그림3은 시편과 충돌후의 해머의 최대상승 각도를 나타낸다. 사진상으로 126도 임을 확인 할 수있다. 또 충격 에너지는 작은 눈금 한칸 당 0.5J을 나타내므로 9J임을 알 수 있다.(2)Brittle/Ductile fracture ratio[Figure 4]B을 구해보면W (N)64.75l (m)0.4alpha (deg)160beta _{} (deg)126식에의해 계산된 이론값과 실제 시험에서 측정된 값을 비교해보면[Table 2] error of impact energycalculated energy(J)experimental energy(J)error(%)9.1191.22약 1.22%의 오차가 발생된다.2)charpy impact value식 (1.2)를 이용하면Charpy``impact``value=K/AA=(0.6cm)(1cm)=0.60(cm ^{2} )Charpy``impact``value=K/A=(9.11)/(0.55)=15.18J/cm ^{2}3)Reasons of error오차의 원인에 대해 생각해보면 우선 공기저항력을 고려 하지 않았을 수 있다.시편을 없앤상태로 pendulum을 놓아도 기존의 각도 까지 올라 가지 않는다. 이것은 공기저항이 원인일 것이다. 공기저항에 의해 일부 위치에너지의 손실이 있다. 또 위치에너지의 일부가 열에너지, 소리에너지로 전환 되었다. 충돌하면서 열과 소리가 발생하고 이것은 에너지의 감소를 가져온다. 그리고 충돌하면서 시편이 움직이게되는데 이것또한 움직이는데 마찰에 드는 에너지가 있기 때문에 오차의 원인으로 볼 수 있다. 그리고 pendulum을 올릴 때 사람이 하는것이기에 정확히 50J의 위치로 올리지 못했을 수 있다.위와같은 오차의 원인들로 약 1.22%의 오차가 발생했을 것이다.4)Ductile/Brittle fracture ratio[Figure 6] Brittle ratio [Figure 7] Data table for carbon steel그림6의 식을 이용하여 각각의 파면율을 구해보면 result의 결과와 같이 취성파면율이 67.8% 연성파면율이 32.2%가 나온다.5)Specimen의 종류 예상그림7의 도표상에 온도를 상온인 25도씨, impact energy 9J로 라인을 그었을 때 carbon함량 0.49%와 가장 가깝게 나타난다.6.Conclusion.