인장 시험

코일 복합체에 대한 인장 시험.시료 크기가 표준(Instron)에 맞지 않습니다.

장력 ^[1]테스트라고도 하는 인장 테스트는 기본 재료 과학 및 엔지니어링 테스트로, 샘플이 고장 날 때까지 장력을 제어하여 테스트합니다.인장 시험을 통해 직접 측정되는 특성은 최대 인장 강도, 파괴 강도, 최대 신장 ^[2]및 면적 감소입니다.이러한 측정에서 다음 특성도 확인할 수 있습니다.영 계수, 포아송 비율, 항복 강도 및 변형 경화 특성.^[3]단축 인장 시험은 등방성 재료의 기계적 특성을 얻기 위해 가장 일반적으로 사용된다.일부 재료는 2축 인장 테스트를 사용합니다.이들 테스트 기계의 주요 차이점은 재료에 하중이 가해지는 방법입니다.

인장시험의 목적

인장 시험은 다음과 같은 다양한 목적을 가질 수 있다.

응용 프로그램의 재료 또는 항목 선택
재료의 사용 시 성능을 예측합니다. 즉, 수직력과 극한력입니다.
사양, 규정 또는 계약의 요건이 충족되는지 여부를 판단하거나 확인합니다.
신제품 개발 프로그램이 예정대로 진행되고 있는지 판단하다
개념 실증 시연
제안된 특허의 효용성을 입증하다
기타 과학, 엔지니어링 및 품질보증 기능에 대한 표준 데이터 제공
기술 커뮤니케이션의 기반을 제공합니다.
여러 옵션을 비교할 수 있는 기술적 방법을 제공합니다.
법적 절차에서 증거 제공

인장 시료

알루미늄 합금으로 만든 인장 시료.왼쪽 두 표본은 둥근 단면과 나사형 어깨를 가지고 있다.오른쪽 두 개는 톱니 모양의 그립에 사용하도록 설계된 평평한 표본입니다.

시험 후 알루미늄 합금 인장 시료.파손되어 있어 파손된 표면을 검사할 수 있습니다.

시험 표본의 준비는 시험 목적과 기준 시험 방법 또는 규격에 따라 달라진다.인장 시료는 일반적으로 표준화된 시료 단면을 가진다.어깨가 두 개 있고 그 사이에 게이지(단면)가 있습니다.일반적으로 어깨와 그립 섹션은 게이지 섹션보다 33% 더 커서 쉽게 잡을 수 있습니다.게이지 섹션의 직경이 작기 때문에 이 ^[2]^[5]영역에서 변형 및 고장이 발생할 수 있습니다.

시험체의 어깨는 시험기의 다양한 그립과 결합하기 위해 다양한 방법으로 제조할 수 있습니다(아래 이미지 참조).각 시스템에는 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어 톱니형 그립을 위해 설계된 숄더는 제작이 쉽고 저렴하지만 시료의 정렬은 정비사의 기술에 따라 달라집니다.반면 핀 그립은 정렬이 양호합니다.나사산 숄더와 그립도 잘 정렬할 수 있지만 기술자는 각 숄더를 적어도 1개의 직경 길이로 그립에 나사산을 끼워야 합니다. 그렇지 않으면 검체 ^[6]파손 전에 나사산이 벗겨질 수 있습니다.

대형 주물 및 단조물에서는 일반적으로 추가 재료를 추가하는 것이 일반적이며, 이 재료는 주물에서 제거되도록 설계되어 테스트 시료를 만들 수 있습니다.이러한 시료는 입자 구조가 전체적으로 다를 수 있기 때문에 전체 공작물의 정확한 표현이 아닐 수 있습니다.더 작은 공작물이나 주물의 중요한 부분을 시험해야 할 경우 시험 시료를 ^[7]만들기 위해 공작물을 희생시킬 수 있다.바 스톡으로 가공된 공작물의 경우 바 스톡과 동일한 조각으로 시험체를 제작할 수 있다.

나노 파이버로 만들어진 전자 스펀 논와븐과 같은 부드럽고 다공질 재료의 경우, 일반적으로 기계에 장착하기 쉽고 막 ^[8]^[9]손상을 방지하기 위해 종이 프레임으로 지지된 샘플 스트립입니다.

인장 시료를 위한 다양한 어깨 스타일.키 A~C는 원형 시료용이고 키 D와 E는 평면 시료용이다.키:

A. 나사산과 함께 사용하기 위한 나사형 숄더
B. 톱니형 그립에 사용하기 위한 둥근 어깨
C. 스플릿 칼라와 함께 사용하는 버트 엔드 숄더
라. 톱니형 그립에 사용하는 플랫 숄더

마. 핀 그립을 위한 관통 구멍이 있는 평평한 어깨

시험체 명명법

시험기의 반복성은 가능한 ^[7]한 비슷하게 세심하게 제작된 특수 시험체를 사용하여 확인할 수 있다.

표준시료는 사용하는 규격에 따라 게이지 길이에 따라 원형 또는 사각형으로 제작한다.시료의 양 끝은 시험 중에 단단히 잡힐 수 있도록 충분한 길이와 표면 조건을 가져야 한다.초기 게이지 길이 Lo는 (여러 국가에서) 표준화되었으며 시료의 직경(Do) 또는 단면적(Ao)에 따라 다음과 같이 변화한다.

모식표본	미국(ASTM)	영국	독일.
시트(Lo/√Ao)	4.5	5.65	11.3
로드(Lo/Do)	4.0	5.00	10.0

다음 표는 표준 ASTM E8에 따른 시험체 치수와 공차의 예를 보여줍니다.

평탄한^[10] 시험체

모든 값(인치)	플레이트 타입(1.5인치 폭)	시트 타입(0.5인치 폭)	서브사이즈 시료(0.25인치 폭)
게이지 길이	8.00±0.01	2.00±0.005	1.000±0.003
폭	1.5 +0.125–0.25	0.500±0.010	0.250±0.005
두께	0.188 µ T	0.005 t T 0 0.75	0.005 t T 0 0.25
필렛 반지름(분)	1	0.25	0.25
전장(분)	18	8	4
축소된 섹션의 길이(분)	9	2.25	1.25
그립 섹션 길이(분)	3	2	1.25
그립 섹션의 폭(약)	2	0.75	3/8

원형 시험체^[10]

모든 값(인치)	공칭 직경의 표준 시료:		공칭 직경의 소형 시료:
모든 값(인치)	0.500	0.350	0.25	0.160	0.113
게이지 길이	2.00±0.005	1.400±0.005	1.000±0.005	0.640±0.005	0.450±0.005
직경 공차	±0.010	±0.007	±0.005	±0.003	±0.002
필렛 반지름(분)	3/8	0.25	5/16	5인치 32인치	3/32
축소된 섹션의 길이(분)	2.5	1.75	1.25	0.75	5/8

장비.

범용 시험기(Hegewald & Peschke)

인장시험은 재료시험소에서 가장 자주 실시됩니다.ASTM D638은 가장 일반적인 인장 테스트 프로토콜 중 하나입니다.ASTM D638은 극한 인장 강도, 항복 강도, 신장 및 포아송 비율을 포함한 플라스틱 인장 특성을 측정합니다.

인장 테스트에서 가장 일반적으로 사용되는 테스트 기계는 범용 테스트 기계입니다.이 유형의 기계는 두 개의 크로스헤드를 가지고 있는데, 하나는 시료의 길이에 맞게 조정되고 다른 하나는 시료에 장력을 가하기 위해 구동된다.수력 기계와 전자기 기계 ^[5]두 종류가 있다.

전기 기계 장치는 전기 모터, 기어 감속 시스템 및 1개, 2개 또는 4개의 나사를 사용하여 크로스 헤드를 위 또는 아래로 이동합니다.모터의 속도를 변경하여 다양한 크로스헤드 속도를 달성할 수 있습니다.크로스헤드의 속도와 그에 따른 부하 속도는 폐쇄 루프 서보 컨트롤러의 마이크로프로세서에 의해 제어될 수 있습니다.유압 테스트 기계는 단동 또는 복동 피스톤을 사용하여 크로스헤드를 위 또는 아래로 이동합니다.수동으로 작동하는 테스트 시스템도 사용할 수 있습니다.수동 구성에서는 작업자가 부하 속도를 제어하기 위해 니들 밸브를 조정해야 합니다.일반적인 비교 결과, 전기기계 기계는 광범위한 테스트 속도와 긴 크로스헤드 변위가 가능한 반면, 유압 기계는 높은 ^[11]힘을 발생시키는 비용 효율적인 솔루션입니다.

기계는 시험 대상 시료에 대한 적절한 기능을 가지고 있어야 한다.힘 용량, 속도, 정밀도 및 정확도의 네 가지 주요 매개변수가 있습니다.힘용량은 기계가 시료를 파괴할 수 있는 충분한 힘을 발생시킬 수 있어야 한다는 사실을 말한다.기계는 힘을 빠르게 또는 충분히 천천히 가하여 실제 적용과 동일한 효과를 낼 수 있어야 합니다.마지막으로, 기계는 게이지 길이와 가해지는 힘을 정확하고 정확하게 측정할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 긴 신장을 측정하도록 설계된 대형 기계는 ^[6]파쇄 전에 짧은 신장을 경험하는 부서지기 쉬운 재료에서는 작동하지 않을 수 있습니다.

시험체가 한쪽으로 치우치거나 각도로 어긋나면 기계가 시료에 굽힘력을 가하기 때문에 시험 기계에서 시험체의 정렬은 매우 중요하다.이것은 특히 메짐성 재료에 좋지 않습니다.왜냐하면 결과가 극적으로 왜곡되기 때문입니다.그립과 테스트 ^[6]기계 사이에 구형 시트 또는 U 조인트를 사용하여 이러한 상황을 최소화할 수 있습니다.응력-변형 곡선의 초기 부분이 선형이 아닌 곡선일 경우,^[12] 이는 시료가 시험기에서 잘못 정렬되었음을 나타낸다.

스트레인 측정은 일반적으로 신장계를 사용하여 측정되지만 스트레인 게이지는 작은 시험편이나 Poisson의 비율을 ^[6]측정하는 경우에도 자주 사용됩니다.새로운 테스트 머신에는 데이터 수집 장치(종종 컴퓨터)에 연결된 전자 센서와 데이터를 조작하고 출력하는 소프트웨어로 구성된 디지털 시간, 힘 및 신장 측정 시스템이 있습니다.그러나 아날로그 기계는 ASTM, NIST 및 ASM 금속 인장 테스트 정확도 요건을 충족하고 초과하여 오늘날에도 ^{[citation needed]}계속 사용되고 있습니다.

과정

파손 후 알루미늄 인장 시험 샘플

'컵콘' 특성 장애 패턴의 '컵' 측

컵 모양과 원뿔 모양을 나타내는 부분이 있습니다.

시험 공정은 시험 시료를 시험 기계에 넣고 파손될 때까지 천천히 연장하는 것이다.이 과정에서 가해진 힘에 대한 게이지부의 신장률을 기록한다.데이터는 검체 형상에 특정되지 않도록 조작됩니다.연신 측정은 다음과 같은 ^[5]방정식을 이용하여 공학적 변형률 θ를 계산하는 데 사용됩니다.

{\displaystyle \varepsilon = phrac {Delta L} {L_{0}} = phrac {L-L_{0}} {L_{0}}}}:

여기서 δL은 게이지₀ 길이의 변화, L은 초기 게이지 길이, L은 최종 길이이다.힘 측정은 다음 ^[5]방정식을 사용하여 공학적 응력 θ를 계산하는 데 사용됩니다.

{\displaystyle\flac} = flac {F_{n}} {A}}}

여기서 F는 인장력, A는 시료의 공칭 단면이다.이 기계는 힘이 증가함에 따라 이러한 계산을 수행하므로 데이터 점을 응력-변형 ^[5]곡선으로 그래프로 표시할 수 있습니다.

다공질 및 연질 재료를 취급할 때, 전기 스펀 나노 섬유막으로서 위의 응력식을 적용하는 것은 문제가 있다.실제로 막 두께는 측정 시 가해지는 압력에 따라 달라지며, 따라서 두께 값이 달라집니다.그 결과 얻어진 응력-변형 곡선은 높은 변동성을 나타낸다.이 경우 신뢰성 있는 인장 ^[13]결과를 얻기 위해 단면적(A)이 아닌 시료 질량에 대한 하중의 정규화가 권장된다.

인장 시험 크리프

인장 시험은 재료의 크리프를 테스트하기 위해 사용할 수 있으며, 이는 장기간에 걸쳐 일정한 응력으로 인해 재료의 느린 소성 변형이다.크리프는 일반적으로 확산 및 전위 이동의 도움을 받습니다.크리프를 테스트하는 방법은 여러 가지가 있지만, 인장 시험은 콘크리트나 세라믹과 같이 장력 및 압축성이 다르기 때문에 인장 및 압축 크리프 속도가 서로 다른 재료에 유용합니다.이와 같이, 인장 크리프를 이해하는 것은 물 유지 용기와 같이 장력을 경험하는 구조물의 콘크리트 설계 또는 일반적인 구조적 ^[14]무결성을 위해 중요하다.

크리프의 인장시험은 일반적으로 소성변형이 아닌 크리프 영역에 남아 있는 낮은 응력에도 불구하고 표준시험과 동일한 시험과정을 따른다.또한 특수 인장 크리프 시험 장비는 확산을 ^[15]촉진하기 위해 내장된 고온로 구성 요소를 포함할 수 있다.시료는 일정한 온도와 장력으로 유지되며 재료의 변형률은 스트레인 게이지 또는 레이저 게이지를 사용하여 측정됩니다.측정된 변형률에는 멱함수법 크리프 또는 확산 크리프와 같은 다양한 크리프 메커니즘을 제어하는 방정식을 사용할 수 있습니다(자세한 내용은 크리프 참조).시료 파단 후 검사를 통해 추가 분석을 얻을 수 있다.크리프 메커니즘과 속도를 이해하면 재료 선택과 설계에 도움이 됩니다.

샘플 정렬은 인장 테스트 크리프에 중요합니다.중심에서 벗어난 로드는 벤딩 응력이 샘플에 적용됩니다.벤딩은 샘플의 모든 측면에서 변형률을 추적하여 측정할 수 있습니다.다음으로 휨률은 $\varepsilon _{1}$ 면의 변형률( on 1 $\varepsilon _{1}$ \ $displaystyle$ \ $varepsilon _$ {1} )과 평균 변형률( $\varepsilon _{0}$ \ $displaystyle$ \ $varepsilon$ _ { $0$ $\varepsilon _{1}$ $\varepsilon _{0}$ 의 차이로 정의할 수 있습니다.

${\text{Percent Bending}}=blac {varepsilon _{1}-\varepsilon _{0}} {\varepsilon _{0}}\times 100$

% 벤딩은 로드된 검체의 넓은 면에서는 1% 미만이어야 하며 얇은 면에서는 2% 미만이어야 합니다.Loading Clamp의 정렬 불량 및 ^[16]샘플의 비대칭 가공으로 인해 벤딩이 발생할 수 있습니다.

표준

금속

ASTM E8/E8M-13: "금속 재료의 장력 시험을 위한 표준 시험 방법"(2013년)
ISO 6892-1: "금속 재료.인장 시험주변온도에서의 시험방법'(2009)
ISO 6892-2: "금속 재료.인장 시험고온에서의 시험 방법"(2011년)
JIS Z2241 금속재료 인장시험 방법
MPIF 시험기준 10: "분말야금(PM) 재료의 인장특성 방법" 금속재료 인장시험 표준방법" (2015년)

컴포지트

ASTM D 3039/D 3039M: "고분자 매트릭스 복합재료의 인장특성 표준시험방법"

유연한 재료

ASTM D638 플라스틱 인장특성 표준시험방법
ASTM D828 등속장비를 이용한 종이 및 판지의 인장성능 표준시험방법
ASTM D882 얇은 플라스틱 시트의 인장 특성 표준 시험 방법
ISO 37 고무, 가황 또는 열가소성 수지—인장 응력-변형 특성 측정

레퍼런스

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외부 링크

[1] Czichos, Horst (2006). Springer Handbook of Materials Measurement Methods. Berlin: Springer. pp. 303–304. ISBN 978-3-540-20785-6.

[davis1-2] Davis, Joseph R. (2004). Tensile testing (2nd ed.). ASM International. ISBN 978-0-87170-806-9.

[3] 데이비스 2004, 페이지 33

[4] 공통 재료 테스트.엔지니어링 아카이브(n.d.)https://theengineeringarchive.com/material-science/page-common-material-tests.html

[davis2-5] 데이비스 2004, 페이지 2

[davis9-6] 데이비스 2004, 9페이지

[davis8-7] 데이비스 2004, 페이지 8

[8] Maccaferri, Emanuele; et al. (2021). "How Nanofibers Carry the Load: Toward a Universal and Reliable Approach for Tensile Testing of Polymeric Nanofibrous Membranes". Macromolecular Materials and Engineering. doi:10.1002/mame.202100183.

[9] 인장시험용 나노섬유 매트 시료를 올바르게 준비하는 방법youtube.com

[davis52-10] 데이비스 2004, 페이지 52

[11] Gedney, 2005

[12] 데이비스 2004, 페이지 11

[13] Maccaferri, Emanuele; et al. (2021). "How Nanofibers Carry the Load: Toward a Universal and Reliable Approach for Tensile Testing of Polymeric Nanofibrous Membranes". Macromolecular Materials and Engineering. doi:10.1002/mame.202100183.

[14] "Tensile Creep of Concrete: Study of Its Sensitivity to Basic Parameters - ProQuest". www.proquest.com. Retrieved 21 May 2022.

[15] "Lever Arm Test Systems". www.mltest.com. Retrieved 21 May 2022.

[:0-16] Carroll, Daniel F.; Wiederhorn, Sheldon M.; Roberts, D. E. (1989). "Technique for Tensile Creep Testing of Ceramics +". Journal of the American Ceramic Society. 72 (9): 1610–1614. doi:10.1111/j.1151-2916.1989.tb06291.x. ISSN 0002-7820.

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