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[기계공학] 경도실험 결과 평가A좋아요

{경 도 실 험결과 리포트과목명 : 정밀기계공학실험I학 과 : 정밀기계공학과제출일 : 2003. 5. 28교수님 : 조해용 교수님학 번 : 1998035038이 름 : 강 민 수1. 목 적기계공업상, 경도시험은 재료의 검사방법으로서 일상적으로 사용되는데도 불구하고, 경도 의 개념을 경험적으로 알 수 있어도 확실히 정의하는 것은 곤란하다.일반적으로 재료의 작은 부분에 힘을 가하여 변형시킬 때, 재료가 나타내는 저항력이라고 생각된다. 저항력이 큰, 즉 딱딱한 재료는 강도와 마모성이 크고, 신율과 단면수축율이 작 으므로 그 기계적 성질도 추측할 수 있다. 측정방법은 사용목적, 시료편의 재질 등에 따라 여러 가지 종류가 있기 때문에, 경도는 [-식 경도]로 나타내며 그 각각의 경도에는 많은 경우, 이론적인 연과성이 없고 단위도 붙이지 않는다. 경도라는 용어에 대한 보통 설명은 압입저항, 마모저항, 반발저항 등으로 표시한다.2. 실험결과1) 압입자의 비교{스케일압 자예비하중주하중눈금HR 구하는 방법비 고B1''/16 강구10100BHRB=130-500hh의 단위 : mm어닐링한강, 연강C다이아몬드10150CHRB=130-500hh의 단위 : mm퀘칭2) 실험결과 데이터{12345평균브리넬경도 환산원시편87.2589.388.991.497.589.9168.0어닐링66.666.663.764.766.766.0105.4퀘 칭39.341.741.242.142.241.7334.6* 브리넬 경도값 구하는 방법우선 실험결과 데이터에서 가장 작은 데이터와 가장 큰 데이터를 무시한 뒤 나머지 3개 의 데이터의 평균을 구한다. 각각의 평균값에서 원시편과 어닐링 시편의 평균은 3.5(보정 값)를 빼주고 퀘칭한 시편의 평균값은 5.8(보정값)를 빼준다. 그리고 경도 환산표를 이용 하여 각각 구한 평균을 이용하고 보간법을 사용하여 브리넬 경도값으로 환산을 한다.* 브리넬 경도값과 로크웰경도값 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.{HB= {({ HRC+192} over { 88.3}) }^{6.21 }또는 {HRC= { 88.3HB}^{0.161 }-192{HB= { HRB+273} over {6.49-0.048HRB }또는 {HRB= { HB-42} over {0.154+0.0074HB }3. 비고 및 고찰우리는 세 종류의 시편을 가지고 경도 실험을 하였다. 경도 시험은 다른 기계적 시험보다 자주 행해진다. 비교적 저렴하고 별도로 시편을 준비할 필요가 없기 때문이다. 그리고 비 파괴적인 시험 방법으로, 시편이 파괴되거나 과도한 소성이 일어나지 않는다. 소성변형이 일어 난 부위는 단지 누름 자국뿐이다.시편의 열처리 방법에 따라 경도 값이 차이를 보였다. 어닐링은 금속을 연화시켜서 무르 게 하는 방법이고 퀘칭은 금속을 가열시켰다가 급속도로 냉각시켜 금속조직을 보다 더 단 단하게 하는 열처리이다. 이와 같이 데이터 값에서 나타나듯이 열처리의 방법에 따라 금속 조직의 변화를 파악할 수 있다.로크웰 경도값은 지시계로부터 직접 읽을 수 있으며 측정방법이 간단하므로 널리 이용되 고 있지만 시험하중의 속도, 하중유지시간, 압입체 모양의 오차 및 지시계 등에 의한 오차 의 영향에 주의해야 한다. 또 압입자와 시험면 사이에 하중에 의해 스프링적 거동이 되면 경도값은 실제보다 높게 나타나 경도치의 오차가 발생되기 때문에 시편의 고정은 견고하게 되어야 한다.시편이 너무 얇거나, 너무 시편 가장자리에서 측정하거나, 또는 누름 위치로 너무 가까이 했을 경우에는 부정확한 결과가 나온다. 시편의 두께는 적어도 누름 깊이의 10배가 되어야 한다. 누름 위치의 중심으로부터 시편 가장자리까지의 간격은 적어도 세 개의 누름자가 들 어설 정도의 여유를 가져야 한다. 다음 번에 측정할 누름 위치의 중심까지의 거리도 마찬 가지이다. 또한 시편 위에 다른 시편을 올려놓고 시험하는 것은 좋지 않다. 로크웰 경도계 를 사용함에 있어서 정확한 눈금을 맞추기가 쉽지 않았다. 그것은 보는 시선의 위치에 따 라 약간 다를 수 있기 때문이다.

공학/기술| 2003.06.07| 3페이지| 1,500원| 조회(475)

경도, 로크웰, 압입자

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[금속조직] 현미경조직관찰 평가A좋아요

{조 직 실 험예비 리포트과목명 : 정밀기계공학실험I학 과 : 정밀기계공학과제출일 : 2003. 5. 28교수님 : 조해용 교수님학 번 : 1998035038이 름 : 강 민 수1.목 적금속학적 원리를 기술 분야에 적용하려면 금속조직을 검사하는 방법을 알아서 제조과정 에서 일어나는 조직의 변화와 그 재료의 조직과 성질과의 상호관계를 연구하여야 한다. 금 속의 내부조직을 연구하는 데에 가장 많이 쓰이는 것은 현미경이며, 이것으로 금속입자의 크기, 모양, 배열을 볼 수 있고, 또 금속중의 여러 가지 상과 조직을 확인할 수 있다. 또한 금속의 조직에 미치는 열처리, 가공 및 기타 처리의 영향을 알 수 있고, 또 기계적 성질과 의 관계도 연구할 수 있다.2. 준비물연마지, 연마기, 부식액, 금속현미경, 시편평압기 등* 금속현미경의 구조와 종류a) 금속현미경의 구조금속현미경은 광원에서 들어온 입사광이 반사판유리에 45°로 입사하면, 현미경 원통 속 에 고정된 얇은 거울로 된 수직조명장치에 의해 입사광의 일부가 시편에서 다시 반사되 어, 직접 눈이나 접안경으로 들어와서 금속조직을 관찰할 수 있게 되는 것이다. 이때 사 용되는 반사판유리 대신에 직각프리즘을 사용할 수도 있다.그림 1-1는 금속현미경에 사용되는 수직조명방식의 예를 표시한 것이다 .여기서 (a)와 (c)는 반사식이고 (b)는 프리즘식이다.그림 1-2은 금속현미경의 원리를 나타내는 구조설명도이다.{(a) (b) (c)그림 1-1 수직 조명장치{그림 1-2 금속현미경의 구조b) 금속현미경의 종류1 일반광학 금속현미경2 편광 금속현미경3 위상차 현미경4 고온 금속현미경5 전자현미경현미경 조직검사법에는 종래 시편의 표면에 빛을 보내어 반사광선을 이용한 금속현미경 이 주로 사용되었으나, 그 배율이 20∼2,000배 정도이다. 최근에는 광선 대신 전자빔을 사용하여 확대상을 얻는 전자현미경이 많이 사용되고 있다.전자 현미경은 2000∼수십만 배의 확대율로 조직을 관찰할 수 있다. 얇은 박막을 통한 미세한 내부조직 검사는 안렌즈 ×8그러나 해상력은 b)의 경우가 우수하게 나타난다. 즉 접안 렌즈는 해상력과 무관하며, 단지 대물렌즈가 해상한 상을 확대하는 기능만 하게 되므로 해상력을 크게 하려면 대물렌 즈의 배율에 중점을 두고 결정한다.대물렌즈의 저배율에서 고배율의 순서로 배치하고, 검경시 검경면을 입사 광선에 대하 여 수직으로 놓고, 조동 핸들로 대체적인 초점을 맞춘 다음, 다시 미동장치에 의하여 정 밀하게 맞추어서 대안렌즈로 관찰한다.3. 실험방법{현미경 조직시험의 순서1) 시편준비시편은 검사 목적에 따라 재료의 알맞는 부분에서 채취하여야 한다. 예를 들면, 결함의 원인을 규명하기 위해서는 결함 부위에서 채취를 하여야 하고 압연이나 단조 가공을 한 재 료는 횡단면과 종단면을 각각 채취하여 조사한다.또한 탄소강의 경우, 열간가공을 한 재료의 표면은 산화, 탈탄반응을 일으키기 때문에 표 면 부근은 표준조직을 나타내지 않으므로 채취부분을 잘 결정하여야 한다. 시편의 채취 장 소가 결정되면 시편 절단기나 알맞는 공구로 절단하여 시편을 제작한다. 이 때 단단하고 취약한 재료는 파쇄하여 사용한다. 재료 절단시 주의할 점은, 기계톱이나 시편 절단 그라 인더 등으로 절단할 경우 국부적인 가열 또는 변형으로 조직이 변질되기 쉽기 때문에 비눗 물로서 윤활, 냉각을 시키면서 절단하여야 한다.보통 시편의 크기는 가로·세로 각 1∼2cm, 또는 원형 재료인 경우 직경 1∼2cm가 일반 적이나 박판, 가는 철사, 기타 작은 시편은 시편 매립제(bakelite, plastic 등)에 매몰시켜 고정 또는 기구를 사용하여 지지시킨다.2) 절단(sectioning)절단할 때 피절단물의 재질, 절단장치, 절단속도, 냉각제의 종류 등에 따라 시편이 손상을 받을 수 있다. 절단은 파괴, shearing, 기계톱(hacksaws, band saw, wire saw), 지석 (abrasive cutter), 방전절단기 등으로 할 수 있는데 이 중에서 abrasive cutting방법이 시 편에 손상을 적게 주고 사용다. 열이나 변형의 영향을 받지 않도록 계속적으로 냉각수로써 냉각시켜 가면서 행하여야 한다. 이때 절단시에 변질 을 받았다고 믿어지는 부분을 제거하여야 한다. 연한 금속(알루미늄 등)은 grinder의 지석 틈에 끼이므로 grinder를 쓰지 못한다. 줄을 아래에 두고 위에서 연마하는 것이 좋다. 시 료의 주변 모서리를 갈아내면 연마지나 연마포에 손상을 주지 않는다. 그러나 주변 근방 을 관찰할 필요가 있을 경우에는 모서리를 갈아내지 않는다. 갈아내지 않더라도 연마하면 주변부분이 둥그스럽게 되어 조직관찰을 할 수가 없다.(2) 조연마(emery paper 연마)관찰면을 평면이 되게 연마하기 위해서, 약 5㎜ 두께의 평면유리판 위에 emery paper를 올려놓고, 시료를 가볍게 누르면서 전후로 움직여 연마한다. 연마지의 조도는 뒷면에 표 시된 숫자(클수록 부드럽다)로 식별된다. 처음에는 제일 거치른 연마지로써 grinder의 연 마 자국과 직각으로 연마하여 grinder의 자국이 완전히 보이지 않을 때까지 행한다. 다음 에는 연마지를 보다 부드러운 것으로 바꾸고 앞서와 직각방향으로 연마하여 전의 연마자 국이 완전히 사라질 때까지 연마하여 순차적으로 점점 부드러운 연마지로 바꾸어 간다. 주의할 사항을 열거해 보면,(a) 관찰할 면이 평활하게 연마되는가는, 대체로 처음의 연마에서 결정되는 수가 많다. 조연마에서는 시료가 빨리 닳기 때문에 조심하여 시료를 취급하여야 한다.(b) 바로 앞의 연마지에 의한 자국이 균일하게 없어지지 않을 때에는 연마면이 평탄치 못하기 때문이다. 무리하게 국부적인 연마를 행하면 관찰할 면이 둥그스럼하게 되어 조직 관찰시에 곤란하게 된다.(c) emery paper에서도 너무 힘을 많이 가하면 관찰할 면에 소위 유동층이 생겨서 조직 이 달라진다.(d) 한 연마지로부터 다음 연마지로 옮길 떠에는 시료나 연마지에 부착된 연마 찌꺼기를 완전히 제거해야 한다. 특히 시료에 부착된 찌꺼기를 없애기 위해서는 알코올 spray 와 초음파 세척기를 이용함경로를 착실히 수행하여야 한다. 연마는 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전원판 위에 연마액(연마제의 미분 현탁액) 을 몇 방울씩 떨어뜨리면서 행한다. 이 때 회전판의 원주방향과 최종 emery paper 연마 방향(또는 앞단계의 연마자국)과 직각이 되게 하며 연마지의 자국이 완전히 소멸될 때까 지 연마한다.(a) 연마액은 보통 산화크롬(Cr2O3) 또는 알루미나(Al2O3)의 미분말을 물에 현탁시킨 것이 사용된다. 시판되는 상품중(외제이긴 하지만) "Brasso", "Silvo" 등은 적당한 윤활제 와 함께 사용하면 매우 좋은 효과를 내는 연마제이다. 그러나 일반 화약시약(Cr2O3나 Al2O3 등)을 연마용으로 사용하는 것은 부적당하다. 즉, 연마용으로 특별히 제조된 것을 사용하여야 한다.(b) 연마는 가볍게 행하여야 하며, 현탁액의 농도는 10% 이하의 묽은 것으로 사용한다. 일반적으로 연마중에 시편의 연마면을 보아서 그 면상에 현탁액이 얇게 그리고 고르게 묻 어있을 경우가 가장 양호한 때라고 보면 된다.(c) buff연마의 마지막 단계에서는 다음절에서 설명하는 부식을 행하고 다시 연마하여 부식을 지워 없애고, 또다시 부식하고, 연마하는 조작을 2∼3회 반복하면 연마의 능률을 좋게 할 뿐만 아니라 연마중에 생긴 유동층을 제거할 수 있어서 좋은 결과를 가져온다.(d) 연마가 끝나면 속히 유수중에서 탈지면 등으로 2∼3회 가볍게 문질러서 연마찌꺼기 를 제거한다. 그러나 이것으로 연마면에 부착된 연마제가 완전히 제거되지 않는다. 연마 면을 알코올에 묻힌 탈지면 등으로 가볍게 닦아내고, 알코올 spray와 초음파 세척기를 사 용, 완전히 깨끗한 연마면이 되도록 해야한다.{- 연마법 -{- 시료작성의 작업순서도 -5) 연삭 (polishing)시편을 연삭하는 이유는 크게 두 가지고 나누어 첫째, 이전 준비과정 중 변형이 일어난 층을 갈아내고 둘째, 흠이 없는 거울 같이 깨끗한 면을 만드는 것이다. 첫째 목적으로 하 는 것이 예비연삭(pre-polishing)이며, 둘어진 재료는 차별침식이 일어나므로 적당치 못하다. 전해액에 음극 과 양극을 담그고 양극에 연삭하고자 하는 시편을 연결하여 시편표면을 전기분해 하는 것 으로 전기도금의 역 현상을 이용한 것이다.6) 부식(etching)부식하지 않은 연마면에서는 모상과 색이 다른 상이라든지, 혹은 비금속 개재물 등이 있 는 경우를 제외하고는 아무런 조직을 볼 수 없다. 그리하여 적당한 산의 용액(부식액)으로 관찰할 연마면을 부식시키면 결정입계, 상경계, 상의 종류, 결정방향 등이 부식의 정도가 서로 다르기 때문에 나타나서 소위 조직을 관찰할 수 있게 된다.(1) 부식액은 금속의 종류, 조직관찰의 목적 등에 따라서 다르다. 같은 금속에 대해서도 여러 가지 부식액이 알려져 있으나 각각의 특징을 잘 이해하고 사용하여야 한다.(2) 부식시간은 일반적으로 수초에서 수분 정도이다. 그러나 부식액의 농도, 온도, 종류 등에 따라서 다름은 물론, 조직 자체에 의해서 상당히 달라진다. 부식의 정도는 몇 번 연습을 할 필요가 있다.하나의 눈짐작으로써, 연마된 거울 같은 면이 부식에 의해서 서리유리와 같이 엷게 안개 끼듯 할 때가 좋은 상태라고 보면 된다. 일반적으로 저 배율의 조직관찰에서는 조금 지나친 듯한 부식(over etching)이 좋고, 고배율의 관찰에서는 좀 부족한듯한 (under etching) 것이 좋다.(3) 부식이 적당한 정도에 이르기 직전에 유수중에서 수세한다. 이때 부식된 면에는 절대 로 손이 닿지 않게 한다. 수세후의 건조는 연마면(부식면)이 한쪽 모퉁이부터 마르도 록 더운공기를 불어가면서 건조하거나, 젖은 표면에 알코올을 약간 떨어뜨려 바람을 불어서 말리면 얼룩 같은 것이 잘 생기지 않는다.(4) 부식은 시계접시(watch glass)에 담긴 부식액 속에 시료를 담궈서 할 수도 있고, 또 탈지면에 부식액을 묻혀서 시료 연마 면에 가볍게 문지르는 방법도 있다. 어느 경 우에나 연마 면에 흠이 생기지 않게, 특히 유리접시와 연마면이 직접 닿지않게 주의 해야 한다.{시 료부식액이다.

공학/기술| 2003.06.07| 11페이지| 1,500원| 조회(2,766)

현미경, 금속조직, 연마

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[단조] 단조 결과

단 조 실 험결과 리포트과목명 : 정밀기계공학실험I학 과 : 정밀기계공학과제출일 : 2003. 5. 23교수님 : 조해용 교수님학 번 : 1998035038이 름 : 강 민 수1. 실험목적단조 실험은 인장 하중 하에서 재료의 변형 거동을 파악하기 위해 행하여진다. 단조실험은 측정하고자 하는 재료(시편)을 1 ton의 압축하중을 가하여 가열된 알루미늄 시편의 변형량을 구하여 온도와 변형량 사이의 관계를 파악 할 수 있다.2. 실험결과(1) 알루미늄의 성질알루미늄의 기계적 성질은 그 재료의 순도, 가동도, 열처리조건, 시험온도 등에 따라 달라 지며 순도가 높을수록 연하다. 99.996%의 고순도 알루미늄은 인장강도 4.8kg/ {mm }^{2 }, 연 신율 50%정도이다.상온가공에 의하여 경화된 것을 가열하면 재결정하여, 150℃정도에서 연화되기 시작하여 300∼350℃에서 완전히 연화된다. 온도가 계속 높아짐에 따라 점차 강도가 감소되나 연신 율 400∼500℃에서 극대치에 달한다. 따라서 압연, 압출 등의 가공은 이 온도 범위에서 한다. 표 1-1은 알루미늄의 기계적 성질을 나타낸 것이다.냉간가공도(%)순도 99.4%순도 99.4%순도 99.4%인장강도(kg/ {mm }^{2 })연신율(%)인장강도(kg/ {mm }^{2 })연신율(%)인장강도(kg/ {mm }^{2 })연신율(%)08.2467.7497.0483311.71210.6179.3206714.2814.4911.6108815.4714.9912.79표 1-1 알루미늄 가공재의 기계적 성질종 류상 태인 장 시 험브리넬 경도({ H}_{B })인장강도(kg/ {mm }^{2 })항복점(kg/ {mm }^{2 })연 율(%)99.996%어 닐 링 재4.81.2548.81775% 상온가공11.511.55.527표 1.2 알루미늄의 압연가공에 의한 기계적 성질변화(2) 실험의 측정 결과* 시편 : 20mm길이의 알루미늄 시편 (상온 25℃)* 하중 : 1 ton온도 (℃)*************0370시간 (분)02035506070측정길이(mm)19.9819.0012.811.310.510.2변형량(mm)0.021.07.28.79.59.8변형율(%)0.153643.547.5493. 비고 및 고찰금속을 가열하면 가열온도가 상승함에 따라서 금속은 연화한다. 0∼200℃ 까지는 변형량이 거의 일정하게 유지되는데 약 200℃∼340℃에서부터는 변형량이 갑자기 증가하다가 340℃이후부터는 다시 변형량이 비율이 다시 감소하는 것을 볼 수 있었다.측정된 결과 값으로 압축변화율, 응력 등을 구할 수 있다.* 압축 변화율 ={ { h}_{0 }-h } over {h }×100%* 응력 ={ P} over {A }이렇게 연화시키는 처리를 열처리에서 어닐링이라고 알고 있다. 어닐링은 조직을 연화시켜서 우리가 원하는 조직을 만드는 작업이다. 그리고 조직을 연화시키면 절삭가공이나 우리가 원하는 형상을 좀더 쉽게 만들 수 있다. 어닐링 할 때도 온도가 높아질수록 금속의 연화는 점점 커지나 그에 대해서 변형율이 감소하고 또 온도를 높이는데 그만큼 에너지가 더 많이 들어간다. 그렇기 때문에 온도가 높다고 열처리를 하는데 좋다고 볼 수는 없겠다.

공학/기술| 2003.05.24| 3페이지| 1,500원| 조회(501)

알루미늄, 단조, 연신율

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[기계공학] 열처리 예비 평가A좋아요

열 처 리예비 리포트과목명 : 정밀기계공학실험I학 과 : 정밀기계공학과제출일 : 2003. 5. 23교수님 : 조해용 교수님학 번 : 1998035038이 름 : 강 민 수1 열처리의 목적고체상태에서 금속의 물리적 성질을 변화시키기 위하여 금속을 가열 및 냉각하는 작업이다. 실례로 강은 절삭작용과 마멸에 해한 내성이 크도록 경화될 수도 있고, 또는 기계가공이 쉽도록 연화될 수도 있다. 적당한 열처리로써 내부응력이 제거되고 조직입자의 크기가 감소되며, 인성이 증가되거나 전연성이 있는 재료의 표면만을 단단하게 할 수 있다.2. 어닐링 (Annealing)어닐링 처리의 일반적인 목적은 다음의 제조작업공정을 용이하게 하는 조직을 만들거나 강의 경도를 감소시키는 것이다. 어닐링이란 일반적으로 완전어닐링을 의미하는데 대다수의 경우 오스테나이트상에서 용체화 처리한 후 서냉하는 조작을 말한다. 다른 형태의 어닐링은 일반적으로 사용되는 공정중의 한가지 성질을 나타내는 것이다.1) 구상화어닐링 혹은 최대 연화를 위한 어닐링분명히 간단히 열처리 조작에 속하는 이 이론은 아직도 오나전히 정립된 것은 아니지만, 등온 및 연속냉각변태곡선으로부터 구한 수치와 실제 경험에 입각한, 거의 이상적인 어닐 링공정이 개발되었다. 탄소강에 대한 고전적 구상화 언링링 온도는 그림 5.1에 나타내고, 아공석강에 대해서는{ A}_{1 }이하의 온도에서 처리하는 방법을 제시하고 있다. 그러나{ A}_{1 }이 상에서 어닐링한 후{ A}_{1 }직하에서 변태시키는 방법은 아래에 그 개론을 나타내는 바와 같 이 대체로 많이 사용되는 방법이다.그림 5.1 여러 가지 열처리작업에 사용되는 온도영역을 나타내는 철-탄소 평형 상태도그림 5.1 완전 어닐링 중 층상시멘타이트가 구상으로의 변태과정을 나타내는 도시적그림펄라이트조직인 강을 어닐링할 때 어느 정도의 시간이 지나고 나면, 층상 시멘타이트는 손 가락마디 모양의 형상이 될 것이라고 가정하고 있다. 어닐링을 계속하므로서 층상의 끝부 분에서 점차 물방울 형상으로 되하는 동안 결정립성장을 방해하는 성분이 될 수 있고, 그 결과 임계온도는 위쪽으로 이동된다. 만약 어닐링처리를 이 단계에서 도입하면 그것은 더욱 완 전한 탄화물을 석출시키게 되고, 이것은 다음의 경화처리시 결정립 성장을 저해하게 된다. 그러나 이상에서 노한 현상은 H13강이나 H6강과 같은 그 외의 중합금 내지 고합금강에 대해서는 명확하지 않다.그림 5.8 M2 고속도강, 경화 후 결정립크기와 어닐링 후 경도에 미치는 어닐링온도와 시간이 미치는 영양, 시편직경 18mm경화온도 1200℃───── 경화온도 1230℃그림 5.9 T1형 고속도가을 이중경화시킬 때 경화온도에 따른 결정립크기3) 재결정 어닐링강에 냉간가공을 실시하면 경도는 증가하나 계속해서 냉간가공을 실시하는데 견디는 능력 은 감소한다. 600℃이상에서 강을 어닐링시키면 재결정이 일어난다. 즉 변형된 원래의 결 정립을 소비하여 성장된 새로운 응력이 없는 결정립이 생성된다.어닐링시 재결정이 일어나는데 필요한 조건은 핵 생성이 개시되어 결정립성장이 될 수 있 도록 결정 내에 요구된 결함의 수를 생성시킬 수 있을 만큼 가공도가 충분히 커야 된다.대체로 재결정이 일어나기 위해서 변형은 약20%이상 감소해야 하지만 구체적인 것은 강 의 화학성분에 따라 상당히 좌우된다. 그림 5.10은 압축시 변형량과 어닐링시의 유지시간 이, En14A 저합금강의 경도에 미치는 영향을 나타내고 있다.그림 5.10 압축시 변형된 En 14A강의 경도에 미치는 680℃에서의 구상화 시간의 영향일반적으로 재결정 어닐링시에 필요한 유지시간은 650℃에서 1/2∼1시간이다. 연속 어닐 링시에 요구되는 시간은 이 보다 더욱 단축될 수 있지만, 그러한 경우에는 고온이 사용되 어야 하며 최소단면감소율에 대한 엄격한 규정이 필요하다.그림 5.11은 냉간가공에 의하여 20% 감소한 저탄소강의 현미경조직을 나타내고 있다. 이 감소율은 다음의 어닐링 처리시 재결정이 개시되는 데 필요한 양이며 어닐링처리는 750℃ 에서 10초 동안 유도가열에 의해 가 나타나서 어떤 상변태가 초래되는 경우에 나타나는 현상은 가열시도 아니고 냉각시도 아니다. 용체화 처리에 의하여 어느 정도 결정립 조대화가 초래되지만 이것은 강의 인성에 해로운 효과를 미치지 않는다./ 오스테나이트 망간강에서 실시하는 용체화처리는 인성을 뚜렷이 증가시킨다.그림 5.16 해드필드강(8%Mn)의 퀘칭온도(950∼1100℃)에 따른 조직 의존성 : (a) 950; (b) 1000; (c) 1050; (d) 1100℃ (100×)그림 5.17 해드필드강에 대한 퀘칭온도 함수로서의 경도이러한 개선은 서냉으로 인해서 탄화물석출이 훨씬 뚜렷이 나타나는 두꺼운 치수에서 더 욱 현저하다. 냉간 가공한 오스테나이트계 강을 퀘칭 어닐링시키면 경도가 최소로 되는 재결정이 나타난다. 변형도를 임계변형의 수준까지 증가시키면 비정상적인 결정립 성장이 일어난다.7) 균질화 어닐링주조 후 강을 응고했을 때 주조상태 그대로의 조직은 불균질하다. 그 다음의 제조 공정인 가열과 열간가공 작업을 실시함에 다라 조직이 상당한 범위로 균질화된다.이러한 균질화 과정에 의하여 양호한 결과를 얻어 n이해서는 약 1100℃의 고온에서 비교 적 장시간 동안, 소위 말하는 확산 어닐링 혹은 균질화 어닐링시키므로써 촉진시킬 수 있 다.3. 경화 처리경화는 강편을 임계범위 이내 도는 이상의 온도까지 가열한 다음 급랭하는 처리방법이다. 만일, 강의 성분을 모르면 예비실험이 온도범위를 경정하는데 필요하다. 수행하는 좋은 방법으로 몇 개의 작은 강시편을 다양한 온도에서 가열-담금질하고 결과를 경도 시험 또 는 현미경 검사로 알아본다. 정확한 오도가 얻어졌을 때 경도와 그 밖의 성질에서 뛰어난 변화가 있게 된다.어떤 열처리작업에서도 가열속도는 중요하다 열은 강의 외부에서 내부로 정해진 속도에 따라 흐른다. 만일 강을 너무 빨리 가열하면 외부는 내부보다 뜨거워지고 균일한 조직을 얻을 수가 없다 .시편이 불규칙한 형상이면 서서히 가열하는 것은 비틀림과 균열을 나타나 지 않게 하기 위하여 중요하다. 단면이 두고, 서랭속도에서는 높은 배율하에서 명확히 층상조직을 나타낸다.그림 17.10 최대경도와 탄소함유량3) 강의 최대경도강에서 얻을 수 있는 최대경도는 탄소함유량에 좌우된다. 크롬(Cr)과 비나듐(v) 같은 여러 가지 합금원소가 합금강의 경화속도와 깊이 경화되는 성능을 증가시키기는 한, 그 합금의 최대경도는 동일한 탄소함유량을 가진 탄소강의 경도를 초과하지 않는다. 이를 그림 17.10 에서 로크웰 C스케일 경도를 탄소함유량 %에 대하여 플롯하여 보여주고 있다. 이 곡선은 주어진 탄소 %에서 가능한 최대경도를 나타낸다. 최대경도를 얻기 위하여는 담금질할 때 탄소는 오스테나이트 안에서 완전히 용해상태에 있어야 한다. 100% 마르텐사이트를 나타 내는 강장 느린 냉각속도인 임계담금질속도를 사용하여야 한다 .마지막으로, 오스테나이트 는 조직을 연화시키기 때문에 조금이라도 잔류되지 않아야 한다.그림 17.10은 합금강과 탄소강 두 종류의 시험결과를 얻은 것이며 결과에 변화가 없음을 확인 할 수 있다. 그러나 동일 탄소함유량의 합금강과 탄소강 모두에 동일한 담금질 속도 를 사용할 수는 없다. 어떠한 강에서 얻은 최대경도라 해도 이는 마르텐사이트의 경도를 나타내며, 로크웰 C스케일로 약 66내지 67이 된다. 이 수준에 이르게 하기 위해서는 탄소 함유량이 0.60%에 같거나 초과할 필요가 있다.4. 템퍼링 (TEMPERING)급랭으로 경화된 강은 취약하고 대부분의 사용목적에 적합하지 않다. 템퍼링 또는 드로잉으로 경도와 취성이 사용조건에 적합한 점까지 감소된다. 이와 같은 성질이 감소됨에 따라, 또한 강의 인장강도가 감소하고 전연성과 강인성이 증가한다. 이 조작은 그림 17.11에 그린 바와 같이 담금질 경화된 강을 임계온도범위 이하의 온도까지 재가열한 다음 어전 the로 냉각하는 방법으로 구성된다. 이 방법은 강을 연화시키기는 하나 어닐링과는 그 내용이 매우 다르다. 템퍼링에서는 강의 물리적 성질을 정확히 조절하며 대부분의 경우 어닐링이 조절한느 범위까지 강을 연화하지 않지 가열하고 다음 냉각함으로써 중심부 조직을 다시 미세화한다. 다음에 강을 표면의 변태범위 이상의 점까지 재가열하여 굳고, 미세한 조직을 얻기 위하여 담금질한다. 표면층의 낮은 열처리온도는 과공석강은 경화작업시 통상적으로 하부임계점 바로 위에서 오스테나이트조직으로 된다는 사실에서 얻은 것이다. 제3차 템퍼링 열처리는 변형을 줄이기 위하여 실시한다.2) 탄소질화법탄소질화법은 때로는 건식 청화법 또는 나이카빙이라고 알려져 있으며 케이스하드닝의 한 방법이다. 이 공정에서는 강이 가스분위기에서 임계온도 범위 이상의 온도를 유지되면서 탄소화 질소를 흡수한다. 암모니아를 포함한 탄소량이 많은 임의의 가스를 사용한다. 생산 되는 내마멸 표면은 두께가 0.08∼0.76mm 범위가 된다. 탄소질화법의 장점은 질소가 첨 가되면 표면층의 경화두께가 현저히 증가하며 저급강의 사용이 가능한 점이다.3) 청화법청화법은 때로는 액체탄소질화법이라고도 하며, 일반 열처리에는 반응하지 않는 저탄소강 의 표면경도를 얻기 위하여 탄소와 질소의 흡수를 겸한 공정이다. 표면경화를 할 부품을{ Ac}_{1 }점 약간 위의 온도에서 용융된 시안화소다염욕에 담근다. 이렇게 담그고 있는 시간은 표면 경화층의 깊이에 따라 변한다. 다음에 부품은 단단한 표면을 얻기 위하여 물 또는 기 름에 담금질한다. 이 방법으로 0.13∼0.38mm의 표면층 깊이를 얻을 수 있다. 이 청화법은 주로 소형부품의 열처리에 사용된다.4) 질화법어느 면에서는 일반 케이스하드닝과 유사하나, 굳은 표면조직을 만들기 위하여 다른 재료 를 사용하여 열처리한다. 이 방법에는 금속을 약 510℃까지 가열하고 그 온도로 암모니아 가스와 접하는 사이에서 일정 시간을 유지한다. 암모니아가스로부터 질소가 강속으로 들어 가서 표면금속층을 통하여 미세하게 분산된 매우 굳은 질화물을 형성한다.질소는 어떤 특정 원소화는 기타 원소에 비하여 매우 큰 경화능을 가지므로 특수한 질화 합금강이 개발되어왔다 강에서의 1%내지 1.5%범위의 알루미늄은 질소가스와 결요하다.

공학/기술| 2003.05.24| 31페이지| 1,500원| 조회(747)

열처리, 어닐링, 퀜칭

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[기계공학] 경도실험 예비 평가A좋아요

경 도 실 험예비 리포트과목명 : 정밀기계공학실험I학 과 : 정밀기계공학과제출일 : 2003. 5. 23교수님 : 조해용 교수님학 번 : 1998035038이 름 : 강 민 수1.1 경도실험의 목적기계공업상, 경도시험은 재료의 검사방법으로서 일상적으로 사용되는데도 불구하고, 경도 의 개념을 경험적으로 알 수 있어도 확실히 정의하는 것은 곤란하다.일반적으로 재료의 작은 부분에 힘을 가하여 변형시킬 때, 재료가 나타내는 저항력이라고 생각된다. 저항력이 큰. 즉 딱딱한 재료는 강도와 마모성이 크고, 신율과 단면수축율이 작 으므로 그 기계적 성질도 추측할 수 있다. 측정방법은 사용목적, 시료편의 재질 등에 따라 여러 가지 종류가 있기 때문에, 경도는 [-식 경도]로 나타내며 그 가가의 경도에는 많은 경우, 이론적인 연과성이 없고 단위도 붙이지 않는다. 경도라는 용어에 대한 보통 설명은 압입저항, 마모저항, 반발저항 등로 표시한다.(1) 압입경도실험정적하중이 보울, 원추, 피라미드, 쐐기 등과 같은 압입체에 작용한다. 하중을 각종 시험 기 또는 하중장치를 통하여 작용케 할 수 있으나, 특수 시험기인 경도시험기가 사용된다. 경도시험에서는 압입체가 만든 면적, 표면적, 깊이 혹은 체적등이 측정되고, 또한 지시된 하중 및 특성된 압입자국으로부터 경도치가 계산된다. 이 방식을 이용한 것에는 다음과 같 은 것이 있다.① 브리넬 경도계② 로크웰 경도계③ 비커스 경도계④ 마이어 경도계(2) 긋기 시험시험하려고 하는 시편 위에 표준물질로써 긋기 흔적을 만든다. Mohs의 경도는 다음의 표 준물질을 사용한다.1 활석, 2 석고, 3 방해석, 4 형석, 5 인화석, 6 정장석, 7 석영, 8 황옥석, 9 강옥석,10 금강석이 형식은 표준물질로 시험 편에 긋기 흔적을 만드는 방법이기 때문에 변형과 파괴가 동 시에 포함되어 있는 판정기준이다. 압입식에서 같은 경도의 재료이더라도 여린 재료에서는 경도값이 낮아지는 경향이 있다. 이 밖에도 시험하려고 하는 시편 위에 다이아몬드 또는 굳은 재질로 SQRT { { D}^{2 }- { d}^{2}}) }(4-3)브리넬 경도시험에서 P와 D를 일정한 것을 사용하므로 (4-3)식을 사용할 때는 d의 값만 을 현미경으로 측정한다.표준시험으로서는 10mm, P가 3000kg을 사용한다. 현재는 거의 사용되고 있지 않으나 마르테스 하인경도에서는 5mm 직경의 강구를 0.05mm까지 압입할 때의 하중 P로 표시된 다. 이상의 두가지 방법은 모두 하중을 제거한 후에 생기는 합흔과 관계되고 있으나 가압 중의 자국의 깊이와 관계하는 방법도 있다. 예를 들면 가압중의 압입 깊이가 9/5000 인치 일 때의 하중을 kg으로 나타내는 모노트론 경도가 그것이나 현재는 사용되지 않고 있다. 그림 4-2와 같이 압입된 보울의 주변이 올라가거나, 움푹패이는 경우는 그림에 나타낸 t 또는 d를 측정한다.그림 4-3은 브리넬 경도께의 원리를 나타낸다. 시료를 테이블 위에 놓고, 핸들을 돌려 강 구압자를 시료에 접촉시킨다. 유압 펌프에 의해 오일을 실린더 안으로 보낸다. 소정의 압 력에 달하면 중추가 떠오른다. 이 상태에서 30sec 유지한다. 그 후, 릴리즈 밸브를 열어 하중을 제거하고, 시편의 압입자국의 직경 d를 마이크로 스코프로 0.01mm의 단위까지 측 정한다. KSB0805에서는 식(4-1)에서 구할{ H}_{B }(kg/ { mm}^{2 })을 브리넬 경도라고 하며,위를 붙이지 않고 나타내는 것으로 하고 있다.그림 4-4 하중 검정기 4-3 브리넬 경도계본 시험을 하는데는 다음의 것에 유의하여야 할 필요가 있다.-{ H}_{B }450이하의 경우에 강구압자를 사용하고, 이 이상의 경한 시험재에 대해서는 초경 합금구를 사용한다.- 시험편 표면은 압입된 자국의 직경을 0.01mm까지 읽을 수 있는 정도로 평활하게 다듬 질 하여야 한다.- 시험편의 두께는 압입된 자국의 깊이 t의 10배 이상이어야 한다. t는 t=P/πD{B }_{H }으로 주어진다.- 시험편의 폭은 압입 자국 직경의 5배 이상이어야 한다.- 시험기는 그림 4-4(mm)θ = 피라미드 대면각의 각도A = 표면적 = 4 * ({ st} over {2 })A = 4 * ({ s} over {2 }) ({ s} over {2 }) cosec ({ θ} over {2 })= ({ { d}^{2 } } over {2 }) cosec ({θ} over {2 })그러므로 (4-5),(4-6){ H}_{V }= { 2P sin { θ} over { 2} } over { { d}^{2 } }(4-7)θ= 136°이기 때문에{ H}_{V } =1.584* { P} over { { d}^{2 } }[kg/ { mm}^{2 }- 그림 4-5 비커스 경도계 압자선단부 -그림 4-6은 비커스 경도계의 원리도를 나타낸다. 조작은 다음의 요령으로 한다. 머저 캠 복귀용 페달(수동 핸들의 것도 있다.)을 조심스럽고 정확하게 올려 캠을 출발 위치에 고정 한다. 잘 연마한 실험편을 앤빌에 올려놓고, 핸들을 돌려 테이블을 올린다. 눈을 시험면 보 다 약간 높게 두면, 시험편 표면에 다이아몬드입자의 상이 보인다. 시험편이 올라감에 따 라서 다이아몬드 압자의 선단과 그 상이 점차로 접근하고, 드디어 접촉한다. 주의하여 핸 들을 더욱 돌리면, 압자축과 하중축이 접촉한다. 이 때 접촉검지기로서의 수은 마노미터의 수은이 정위치로 간다. (전기적으로 이것을 나타내는 방법도 있다.) 그림에 나타나 있지 않 지만, 캠 조작용 손잡이를 가볍게 돌리면, 캠이 움직이기 시작한다. 캠의 회전 속도는 오일 댐퍼로 조절된다. 캠의 회전에 따라서 부하 레버가 상하로 움직여서 시험편에 압흔이 생 긴다. 캠이 회전을 종료하면 압자의 하중은 제거되고, 부자가 울린다. 핸들을 역전(회전방 향이 틀리면 압자를 파손시킨다.)하여 테이블을 내리고, 그림에는 나타나지 않지만, 마이크 로 미터 자국의 대각선 길이를 측정한다.그림 4-7은 측정용 마이크로 미터의 구조를 나타낸다. 내부에 이동하는 3개의 에지가 있 다. A를 돌리면{ E}_{1 },{ E}_{2 },{ E}_{3 }가 함계 움직인다스 경도계의 하중계를 나타낸다. 압자축은 Al으로 가볍고, 이것 에 분말형태을 얹고 직적 하중을 가한다. 하중축의 좌우진동은 지지 스프링으로 방지된다.마이크로 비커스 경도계는 보통 그 압자의 교환이 가능하며 누우프라고 하고, 그림 4-10 과 같은 압자를 장치할 수 있다. 이 압자를 사용하였을 때의 압흔은 깊이는 장축대각선의 길이의 1/30로 아주 얕다. 수 g정도의 작은 하중에서 압흔을 만들고, 그의 장축대각선 길 이를 측정하여 다음의 식에 의해 누우프 경도{H }_{K}를 구한다.{H }_{K}= 14220P /{ iota }^{2 }[kg/ { mm}^{2 }]단, P는 하중 (g),iota은 자국의 길이 방향의 대각선의 길이(μ)이다.- 그림 4-10 노프 압자 - - 4-11 로그웰 경도계용 다이아몬드 압자 -1.4 로크웰 경도 시험정각 120° 다이아본드로 된 원추체(다이아몬드 콘이라고 한다)나 직경 1/16인치의 강구를 선단에 붙인 압자를 소정의 하중으로 시험편을 압입하고, 그 깊이를 직접 경도로 읽을 수 있는 방법을 로크웰 경도시험이라고 한다.그림 4-11은 로크웰 경도계용 다이아몬드 압자의 선단부를 형상으로 나타낸다.그림 4-12는 로크웰 경도계의 원리도이다.- 그림 4-12 로크웰 경도계의 원리 -시험편을 앤빌 위에 놓고, 핸들을 돌려 압자에 가까이 한다. 시료면에 압자가 접하면, 초 하중용 스프링이 압축된다. 이때 압자는 위쪽으로 움직이지만, 이것에 의해 다이얼 인디케 이터의 바늘이 회전한다. 압자와 하중이 직접 접촉하도록 할 때, 초하중용 스프링에 의해 10kg의 하중이 압자에 주어지고, 이것에 의해 압자가 약간 시험편으로 압입된다. 다이얼 인디케이터에는 보통 2개의 바늘이 있지만, 그 중 작은 쪽의 바늘은 눈금표점의 위치까지 움직이며, 이것에 의해 10kg의 초하중이 걸린 것을 알 수 있다 다이얼 인디케이터의 베젤 을 돌려 장침의 위치에 SET라고 쓴 눈금(B:30, C:0의 위치)에 맞춘다. 다음에 트리커를 조용히 돌린다. 이것에 의해서 B스케일을 사용하였을 때 의 경도는 자국의 깊이를 hmm라고 하였을 때(130-500h)이며, C스케일의 경우는 (100-500h)로 주어진다. 한편, T,N용 시험기에서는 (100-1000h)로 주어진다. (눈금 : 1/1000mm)시험편의 양면은 원칙적으로 평면이어야 하며, 서로 평행하고 깨끗이 하는 것이 중요하 다. 단성변형도 다이얼 게이지에 나타나기 때문에 그림 4-13(a)와 같은 시험은 잘못된 시 험이고 (b)와 같이 하여야 한다.- 틀린 방법 - - 올바른 방법 -- 그림 4-13 경도의 올바른 측정법 -강구는 사용 중에 영구 변형이 생겨서 하중을 가한 방향과, 지각인 방향에서의 직경 차이 가 0.01mm를 넘는 경우는 그 강구를 사용해서는 안된다고 규정되어 있으나, 이것을 일상 적으로 확인하는 것은 어려우므로 표준시료를 사용하여 그것에 기입되어 있는 것과 같은 값이 얻어지는가 여부를 조사하고, 도한 정기적으로 신품을 교환하는 쪽이 좋다.압입자의 고장이 불완전하면 오차가 발생한다. 그러므로 압입자의 강구를 교체한 경우에 는 시험기의 최대하중을 걸어 예비시험을 한 뒤에 사용한다.시험할 때 시험편위의 자국들간의 거리는 적어도 4d이상(d는 홈의 직경), 또한 시료의 가 장자리에서 2d이상인 것이 바람직하다.초하중 작동시에 표준하중 (10kg)을 서서히 가한 후 지침에 눈금판의 세트점을 맞춘다. 이 때 허용되는 지침의 기울기는 좌우 5눈금 이하로 하고, 이 범위를 넘어 지나치게 도는 경 우는 기준하중이 과대하므로, 이것을 무효로 하고 다시 새로운 위치에서 하여야 한다.KS에 의한 경도 수치는 정수 제 1자리로 한다. (예:{ H}_{R } B31,{ H}_{R }30, T 55)단{ H}_{R } C가 50이상의 경우는 소수 제 1자리를 이사삼입하여 0.5단위로 정리한다. (예 :{ H}_{R } C59.5)시험편의 두께는 자국 깊이의 10배 이상이어야 한다. 이 최소 두께 t는 다음의 식에 의해 추정된다.B 스케일 t = ( 130 -{ H}_{R

공학/기술| 2003.05.24| 15페이지| 1,500원| 조회(838)

경도, 로크웰, 비커스

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