재료시험의 정의와 분류

재료시험의 정의와 목적을 알아보겠습니다.

재료의 사용 목적 및 사용조건에 적당한가를 시험하고, 또 한 안전한 하중의 한계와 재료의 변형 능력을 검토하는 데에 있다. 기계적 시험을 하는 다음과 같습니다. 1. 각종 설계에 필요한 수치를 구하고 사용하려는 적합한 재료를 결정. 2. 실용적인 목적에는 관계없이 재료의 기본적인 기계적 성질을 조사하고, 이때 일어나는 여러 가지의 현상을 설명하고 그 기구를 고찰. 3. 기계적 시험에 의해서 어느 특정한 반응, 천이, 변태 등을 촉진시켜서 물리적 혹은 화학적 성질을 쉽게 관측할 수 있습니다. 4. 재료의 기계적 성질과 물리적 혹은 화학적 성질의 관계와 기계적 성질을 중개로 해서 다른 여러 가지 성질 사이의 관계를 알기 위함입니다.

 

재료시험의 종류에 대해 알아보겠습니다.

정적 시험에는 인장, 압축, 전단, 굽힘 및 비틀림 시험이 있으며 동적 시험에는 충격시험 피로시험이 있습니다.

 

인장시험에서 재료의 특성을 알기 위하여 가장 많이 쓰이는 일반 측정은 최대하중, 인장강도, 항복강도 및 내력, 연신율 등의 측정이며, 정밀 측정은 비례 한도, 탄성한도, 탄성계수 등을 측정하는 것입니다.

2. 연신율과 항복점

인장시험에서 연신율의 측정은 시험 편이 파단되기 전까지 생기는 전체 연신을 표점 거리로 나눈 값을 표기하며, 표점 거리와 연신 된 표점 간의 거리를 정확히 측정하여 전 측정 연신율을 계산합니다. 상사 법칙과도 비슷합니다. 실제로 재질이 일정 하명 기하학적으로 비슷한 시험 편은 동일한 연신율을 가져한다는 법칙도 있습니다.
항복점은 응력 변형 선도에서 응력이 증가 없이 많은 연신율이 생기는 점의 응력 또는 그때의 최대하중을 원 단면 적으러 나눈 값을 항복점이라고 합니다. 그러나 재질에 따라 이와 같은 점을 측정하기가 곤란할 때에는 0.2%의 영구 변형이 생기는 응력을 항목점 또는 내력으로 규정하고 있습니다.

3. 압축 시험

압축 시험의 목적은 압축력에 대한 재료의 저항력을 시험하는 것으로 압축강도, 비례한도, 항목점, 탄성계수를 결정합니다. 압축강도는 취성재료를 시험할 때는 잘 나타나지만 연성재료에서는 파괴를 일으키지 않으므로 편의상 시험 편의 좌굴이 생기는 때, 즉 균열이 발생하는 응력으로 압축강도를 결정합니다. 압축시험은 주로 내압에 사용되는즉 주철, 벽돌, 목재 등에 적용이 되며 압축시험 편의 실용적인 길이는 길이와 지름의 비가 1~3 정도의 것이 사용됩니다.

4. 굽힘 시험

굽힘 시험은 재료의 굽힘에 대한 저항력을 조사하는 굽힘 저항 시험과 전선, 연성, 균열의 유무를 시험하는 굴곡 시험으로 분류됩니다. 굴곡 시험을 항절 시험이라고도 하며 이 시험의 특징은 시험 편에 힘이 가하여지는 쪽에서 생기는 응력은 압축력이나 반대쪽에서는 인장력이 되는 것입니다. 따라서 중간에는 응력이 0이 되는 중립면이 존재합니다. 굽힘 시험에서는 시험 편의 중앙부 만곡을 측정하여 하중과 만곡의 곡선을 결정할 수 있습니다.

5. 피로시험

일반적으로 금속재료는 정적 시험에 의해서 결정되는 피로 강고보다 매우 작은 응력을 되풀이해서 작용시켰을 때 그 재료 전체에 걸쳐 혹은 국부적으로 슬립 변형이 생기는데, 이것이 시간과 더불어 점차적으로 발전해 가는 현상을 피로라고 하고, 그로 인한 파괴를 피로파괴라 합니다.

6. 충격시험

충격시험의 목적은 충격력에 대한 재료의 충격 저항, 즉 점성 강도를 측정하는 것으로 재료를 파괴할 때 재료의 인성 또는 취성을 시험한다. 충격시험에는 하중 작용 방식에 따라 충격인 자우, 충격 굽힘, 충격 비틀림 시험 등으로 구별됩니다. 대표적으로 충격시험이라 함은 충격 굽힘 시험을 말하며, 아이 조드 충격시험과 샤르피 충격시험이 있습니다.

 

 

7. 크리프 시험

재료에 일정한 하중을 가하고 일정한 온도에서 긴 시간 동안 유지하면 시간이 경과함에 따라 변형량이 증가됩니다. 이현상을 크리프라고 하며, 시험 편에 일정한 하중을 가하였을 때 시간의 경과와 더불어 증대하는 변형량을 측정하여 각종 재료의 역학적 양을 결정하는 시험을 크리프 시험이라고 합니다. 주로 기계구조물, 교량, 건축물 등 긴 시간에 걸쳐 하중을 받는 것 등에 크리프 현상이 나타납니다.