샤르피 충격 시험 - Toughness


영향 테스트란 무엇입니까?

충격 테스트는 금속의 취약성을 이해하고 평가하는 데 사용됩니다. 금속의 취약성은 이 금속이 상당한 변형을 겪지 않고 파열(또는 골절)을 달성해야 하는 특성 또는 특성과 관련이 있습니다.

이 시험은 제2차 세계대전에서 중요한 의미를 얻었는데, 그 때 선박은 전통적인 리벳 건설 대신 용접판을 사용하기 시작했습니다.

그때까지, 이 깨지기 쉬운 행동은 인장 시험과 같은 수행된 그밖 시험에서 예측할 수 없기 때문에 이해되지 않았습니다.

인장 시험은 일반적으로 실온에서 수행되는 단방향/단일항균 저항 시험이므로 미국의 "liberty"선박이 진행되고 있는 작업 조건을 대표하지 않았습니다:
  • 기온은
  • 낮습니다.
  • 삼액 응력 상태(X, Y 및 Z의 세 축의 전압);
  • 로드가 동적으로 적용됨(영향);
이러한 선박의 서비스 실패로 인해 인적 및 물질적 손실이 큰 후, 영향에 대한 구체적인 테스트가 개발되었습니다.

충격 저항은 온도에 의해 또한 일반적인 인장 시험에서 쉽게 구현될 수 없는 조건에 의해 크게 영향을 받습니다:
  • 균열 이나 노치의 존재;
  • 하중의 속도;
미국 수송선은 유럽의 차가운 바다에서와 달리 제조 및 테스트된 곳을 모호했습니다. 이를 통해 우리는 자유 선박의 용접과 같은 깨지기 쉬운 재료와 깨지기 쉬운 재료가 있다고 결론을 내립니다.

특정 응용 프로그램이나 부하를 견딜 수있는 충분한 강도의 모호한 재료를 사용하더라도, 의심스러운 물질이 주어진 온도 후에 약하게 파손 될 수 있다는 것을 실제로 발견되었습니다.

충격 테스트는 아래 그림에서 망치에 의한 충격으로 인한 굽힘에 표준화된 패턴 테스트 바디를 적용하는 것으로 구성됩니다.
Altura do ensaio de impacto (h e h’)
충격 시험은 시험 바디의 변형 및 골절에 사용된 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 에너지는 h진자의 초기 높이와 h'테스트 바디의 파열 후 도달한 최대 높이의 차이의 척도입니다.

참고 는 더 작은 h', 더 많은 에너지는 테스트 본문에 의해 흡수되었다. 반면에 흡수에너지(더 큰 h')가 낮아질수록 그 온도에서 물질의 동작이 더 취약해집니다.

영향 테스트의 목적

영향 테스트는 표준 요구 사항(ASME, AWS, DIN, ISO 등)에 의해 적용되며 이를 사용해야 하는 몇 가지 이유가 있습니다.

그 이유 중 하나는 저온에서 작동하는 장비의 재료를 평가하기 위한 것입니다. 보다 구체적으로, 재료의 연약한 거동을 평가하는 데 사용되며 재료의 구약한 전이 온도를 연구하기 위한 보조 도구로 작용한다.

그러나 이 평가의 결과는 의미와 해석이 제한되어 있으며 그 결과는 결정적이지 않습니다. 이러한 이유로 테스트는 동일한 조건에서 테스트된 재료의 비교로 제한되어야 합니다.

더 정량화 가능한 결과를 위해, CTOD 분석 및, 또는, 낙하 중량 테스트를 사용해야합니다.

충격 시험의 한계에 대한 설명은 시험 도중 시험 본문에 존재하는 삼각응응의 구성요소가 여러 요인에 의존하기 때문에 만족스럽게 측정할 수 없기 때문입니다.

따라서, 우리는 전체 조각이 작업 조건에서 테스트 된 경우에만 발생하는 어떤 영향에 금속의 행동에 테스트 몸에 의해 흡수 된 에너지를 관련시킬 수 없다.

또한 충격 테스트를 사용하여 용접 또는 부과된 열처리 주기와 같은 제조 조건의 성공(또는 고장)을 평가할 수도 있습니다.

또 다른 매우 일반적인 응용 프로그램은 주어진 용접 조인트에 사용되는 용접 절차의 유효성 검사입니다. 재료가 적합한지 알 면 충분하지 않으며 용접도 평가해야합니다.

표본의 종류

시험 본체는 표준(예를 들어 ASTM A370)에 의해 표준화되고 골절의 위치를 허용하고 응력의 삼각형 상태를 생성하기 위해 표준화된 측정한 노치가 제공됩니다.

일반적으로 충격 테스트를 수행하는 데 사용되는 시편은 ASTM E23 표준에 의해 지정된 탄피 시편과 이즈드 시편입니다.

이 두 가지 중, cp (증거 바디) charpy 유형의 유형은 의심의 여지없이 가장 많이 사용됩니다. 충격 테스트가 "charpy"라고도 합니다.

차피 테스트 바디

Charpy 표본은 A. B 형과 C형으로 분류되며, 10mm의 사각형 부분, 길이 55mm 및 시편 중앙에 노치가 있습니다.

타입 A는 U. Charpy 타입 표본의 형태로 키홀 및 C형의 형태로 V, 타입 B의 형태로 노치를 중앙에서 지원하며 이들 지지대 사이의 거리는 40mm이다.

아래 그림은 이 세 가지 유형의 표본의 모양, 치수 및 노치를 보여줍니다.
Três tipos de corpos de prova de charpy
Charpy 테스트 바디는 테스트 컴퓨터에서 지원됩니다.

이즈드 테스트 바디

Izod 테스트 바디는 10mm, 길이 75mm, 한쪽 끝에서 28mm, V 자형의 거리에서 10mm의 사각형 섹션을 가지고 있습니다.

더 깊은 노치 (예 이즈드와 Charpy 유형 A)를 가진 표본은 가장 모호한 금속 테스트에서 흡수 된 에너지의 차이를 보여주기 위해 사용됩니다. 이 CPS는 깨지기 쉬운 골절을 더 쉽게 일으키는 경향이 있습니다.

FoFo (주철) 또는 압력하에 주조 금속과 같은 더 깨지기 쉬운 물질을 테스트할 때, 표본은 일반적으로 노치를 필요로하지 않습니다. 재료는 이미 자연적으로 더 깨지기 쉽기 때문입니다.
Corpo de prova Izod
이지드 테스트 바디가 테스트 컴퓨터에서 설정(붙어 있음)됩니다.

감소된 표본

치수가 정상 시편(두께 11mm 미만)의 제조를 허용하지 않는 재료의 경우, 감소된 시편을 제거할 수 있다. 그러나 테스트 본문의 길이, 슬롯 반경 및 노치 각도는 일정하게 유지됩니다.

노치 가공

슬롯 가공의 작은 변화가 테스트 결과에 큰 오류를 초래할 수 있으므로 적절한 장비와 슬롯 프로파일 제어 수단이 있어야 합니다.

참고: 예를 들어, Petrobras는 표준을 통해 프로파일 프로젝터에서 노치를 검증해야 하는 데 예를 들어 charpy 충격 테스트를 수행해야 합니다.

슬롯은 브로치, 플래너 또는 밀링 머신을 통해 사용할 수 있으며 프로파일 프로젝터에 의해 프로파일을 제어해야 합니다.

충격 테스트를 따라갈 때마다 작업자에게 프로파일 프로젝터에 테스트 바디를 배치하여 노치의 준수 여부를 평가할 수 있도록 요청합니다.

노치는 열처리 후 가공해야 하며, 해당되는 경우. "keyhole"의 형태로 슬롯 처리된 시편은 낮은 절단 속도로 원형 구멍을 조심스럽게 열어야 합니다.

홈 컷은 적용 가능한 방법에 의해 수행 될 수 있지만 구멍 표면이 결함이 없도록합니다.

표본 제거

표준은 노치의 제조를 위한 방향과 방향이 시험 결과에 있는 중요한 변경을 의미하기 때문에 표본의 제거 장소를 지정합니다.

우리는 강판의 다른 위치에서 가져온 Charpy 표본에 노치의 제거 및 / 또는 위치의 세 가지 위치를 다음과 같은.
Três possibilidades de retirada e posicionamento do entalhe em corpos de prova Charpy

샤피 표본< br />에서 노치의 제거 및 위치 지정 가능성
충격 테스트에 제출된 이 바디는 다음 그래프와 같이 세 가지 곡선을 제시했습니다.
Ensaio de impacto (diferentes posições de retirada)
본체 A에서 노치는 재료의 섬유로 전환된다. 곡선 A는 이것이 흡수 된 에너지의 가장 큰 양을 제시 테스트 바디임을 보여줍니다.

섬유 방향으로 노치가 있는 테스트 바디 C(전단을 선호하는)는 가능한 에너지 흡수가 가장 낮습니다.

B-proof 바디에는 십자가 노치도 있습니다. 이 경우에만 노치는 플레이트의 코어를 가로질러 모든 섬유를 절단합니다.

곡선은 다른 두 가지에 비해 중간 상황에 있습니다. 곡선 간의 이 관계는 테스트 온도에 관계없이 일정하게 유지됩니다.

테스트 기술

영향 테스트는 아래에 주어진 계획에서 볼 수 있습니다.
Funcionamento do ensaio de charpy
노치가 있는 표준화된 시험 본체는 진자(a)의 형태로 망치의 작용에 의해 파손된다. 동작 원리는 동일한 그림의 측면 뷰(b)에 의해 분석될 수 있다.

진자도가 충격 지점에서의 운동 에너지가 고정되고 지정된 값을 가지는 방식으로 기준과 관련하여 무게 중심이 높이 h0에 있다는 정도로 위치로 이동한다고 가정합니다. 해머가 방출되고 노치의 반대편에서 테스트 바디를 친다.

피벗의 공기 저항과 마찰을 무시하고, 일단 방출되고 시험 체가 없는 경우, 진자도에너지 보존 원칙에 따라 다른 쪽에서 동일한 높이에 도달해야 한다.

시험 본문을 돌파한 후, 해머는 시험 본문을 변형시키고 분해하기 위해 흡수된 에너지에 반비례하는 높이로 상승합니다. 따라서, 해머에 의해 도달 높이가 낮을수록, 시험 체가 흡수되는 에너지가 더 많다. 이 에너지는 테스트 기계로 직접 읽습니다.

시험 체가 진자의 충격에 의해 삽입되고 파열되는 경우,이 작업에 흡수 된 에너지는 진자에 도달하게, 다른 쪽에, h0 보다 적은 최대 높이 h1. 즉, 물질의 충격 저항은 h0과 h1의 잠재적 에너지 간의 차이에 의해 주어진다.

실제로, 계측기는 에너지 차이를 직접 읽기 위해 최대 가치 표시기와 함께 졸업 된 규모를 가지고 있습니다. 에너지이기 때문에 보고서의 충격 저항은 일반적으로 줄스(J)에 기록됩니다. 그러나, 시험 체에 의해 흡수되는 에너지는 kgf/m(미터당 킬로그램 힘) 또는 lb/ft(발당 파운드) 또는 J(줄)로 표현될 수 있다. 브라질의 일부 오래된 기계는 일반적으로 kgf / m의 에너지를 표시하고 줄로 변환이 필요합니다.

charpy 분석에서, 시험 본체는 중앙 노치를 가지고 있으며 양쪽 끝에서 지원됩니다. 영향은 위와 같이 중앙에서 일어난다.

가장 일반적인 노치는 "V"유형이지만 "U"또는 구멍 엔딩 슬릿의 형태로 노치도 있습니다. V 노치 형식의 치수는 다음과 같습니다:
  • 길이 55mm;
  • 섹션 10 x 10mm;
  • 45º;
  • 깊이 2mm.

장비

테스트 장비는 기본적으로 고정 된 높이의 자유 낙하, 시험 신체의 지원 사이트 및 졸업 된 스케일의 다이얼이 들어있는 측정 기기로 구성됩니다.

이 다이얼을 사용하면 초기 높이와 진자에 의해 도달 된 최종 높이의 차이를 통해 테스트 바디를 돌파하기 위해 흡수 된 에너지를 결정할 수 있습니다.

시험에 대한 고려 사항

시험 온도는 저강도 및 중간 강도 물질에서 얻은 결과와 직접 관련이 있으므로 테스트된 시험 체체의 유형과 함께 결과에 기록되어야 한다.

영향 테스트는 일반적으로 저온에 대해 지정되지만 주변 온도 또는 주변 온도에서도 수행할 수도 있습니다.

시험 온도가 실온이 아닌 경우 표본을 기계에 삽입하고 5초 이내에 파열해야 합니다(상당한 온도 변동이 없도록). 이 외에도, 가열 및/또는 냉각 매체는 온도의 유지 보수 및 균질화를 제어해야 한다.

이 기계에서 가장 간단한 위치이기 때문에 charpy 테스트가 가장 좋습니다. CPS의 처리는 크기에 적합한 끈기있는 (발톱 유형)의 사용으로 수행 할 수 있습니다. 또한 CTOD와 같은 테스트에 비해 가장 저렴한 충격 테스트입니다.

충격 테스트를 수행할 때 는 주의해야 합니다. 예를 들어, 테스트가 시작되기 전에 기계는 진자의 자유로운 진동을 통해 기계를 검사해야 하므로 자유 낙하로 방출되는 진자도 기계 디스플레이에 제로 에너지를 나타내야 합니다.

이 절차에 따라 디스플레이가 일부 에너지 값을 기록한다는 것이 밝혀지면 테스트 본문에서 테스트 중에 얻은 결과에서 이 값을 제거해야 합니다.

테스트된 물질에서 몇 가지 결론을 도출하기 위해 충격 테스트만 수행하는 것이 좋습니다.

동일한 물질의 여러 표본의 결과가 그 자체로 다를 수 있으므로, 그 결과로 허용 가능한 평균을 갖기 위해 적어도 세 가지 테스트를 수행해야 합니다. 같은 위치에서 세 개의 표본마다 세트라고 합니다: 용접 세트 1개, ZAC 세트 1개 등...

인장 시험에서와 마찬가지로, 시험체의 골절 부위를 관찰하는 것만으로 물질의 연성을 추정할 수도 있다. 전단의 비율이 높을수록 재질이 더 모호합니다(견인 주제 참조).

결과 평가

이 분석에 대한 평가 기준은 다음과 같습니다:

  1. 에너지는 시험체에 흡수됩니다. 테스트된 시편에 흡수되는 에너지는 기계 디스플레이에서 판독됩니다.
  2. 골절의 특성과 백분율(모호하거나 깨지기 쉬운). 전단의 백분율은 밝은 면을 가지고 있는 골절 부분 영역의 함수입니다.
  3. 테스트본체의 측면 확장비율비율입니다. 측면 팽창은 시험 체의 파열 후 노치 자체의 방향으로 노치에 반대 쪽 면을 첨가하는 것입니다. 이 기준은 매우 드물며 거의 필요하지 않습니다.

충격 테스트의 주요 결과는 변형 및 파손하는 시험 체에 의해 흡수되는 에너지입니다.

에너지는 충격 전후의 해머(충격 테스트 기의 구성 요소)의 잠재적 에너지를 변화시킴으로써 계산됩니다. 흡수되는 에너지가 낮을수록 해당 온도에서 물질이 더 취약하다는 것을 기억하십시오.

charpy 표본의 아래 그림 보기:
Exemplos de corpos de prova charpy
  • cp테스트(아래);
  • 테스트 후(매체의 cp);
  • cp/ 매우 모호한 자료 (위에서부터);
재료가 파손되지 않을 것으로 예상되지 않는다는 점에 유의하십시오, 즉 우리는 아래 그림의 중간 cp로 재료가 깨질 것으로 예상됩니다. 파손되지 않는 CP는 테스트 머신과 그 가능한 감소에 손상을 일으킬 수 있습니다.

시험 결과의 평가는 허용 가능한 평균 및 최소 값이 승인된 것으로 간주하도록 정의된 표준, 사양 또는 설계에 따라 결정되어야 합니다.

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