실험1 - 경도 및 충격시험

1. 모재 경도 측정

실험기구 : Vickers 경도 측정기 ( 모델명 : FM-700 )

실험조건 : 500gf / 10s

시편 :　136° 다이아몬드 피라미드

2. 용접부 경도 측정

	윗부분	아랫부분	간격
1	188.0	194.6	1
2	194.7	209.5
3	186.7	253.5
4	273.3	295.5
5	291.3	306.5
6	295.1
7	368.4		3
8	321.1
9	311.1
10	310.5		1
11	315.5	274.3
12	236.2	246.9
13	216.3	242.4
14	221.0	194.5
15	209.6	189.4

윗부분 : 용접부 상단 아래 2mm

아랫부분 : 용접부 하단 위 2mm

 

3. 타 측정기구 측정값 환산

경도 환산표

 

	비커스 경도	브리넬 경도 환산값	로크웰 경도 환산값
1	194.3	184.87	9.575
2	174.6	166.14	4.38
3	194.7	185.23	9.675
평균값		178.75	7.88
타 조 측정 평균값		187.38	4.1
오 차		-8.63	3.78

 

 

※ 측정값의 오차가 생기는 이유

: 오차가 생기는 이유는 실험장의 분위기, 측정자의 관점, 자재의 상태 등등 여러 가지가 있을 수 있지만 경도 변환 과정에서 가장 큰 이유는 바로 측정에 이용되는 자국의 크기 차이인 것 같다. 로크웰 측정법이나 브리넬 측정법은 그 흔적들이 쉽게 육안으로 관찰이 되며 브리넬 같은 경우 관찰해야 하는 압입자국이 비커스에 비해 매우 크기 때문에 브리넬 측정에서는 예상되지 않는 오차가 비커스 경도로 환산했을 때는 그 차이가 확연하게 날 수 있음을 말해주고 있다. 로크웰 같은 경우에는 비커스 경도 10의 차이가 2~2.5의 차이와 같아서 비커스 측정값의 환산치가 다른 조의 측정값과 달라진 것 같다.

 

 

 

4. 인장 응력 환산 및 모재 추측

탄소강 자재별 특성표

 

 

비커스 경도(평균값)	인장강도[ ]	예상되는 자재	선정 이유
187.87 HV 0.5	61.34	AISI 1039	matweb -> material property table 참조

AISI(American Iron and Steel Institute) : 미국 철강 협회

matweb : 철, 비철 금속, 세라믹, 고분자 재료 등등 여러 가지 재료의 물성치를 확인할수 있는 사이트

 

 

 

 

5. 회의록

우리는 이 실험을 통해서 재료의 경도를 측정하는 방법과 용접부위의 재료 경도가 어떻게 변하는지 알아보았다. 실험결과 용접부와 모재와의 경계 부분에서 경도가 급격히 증가한 것을 알 수 있었다. 일반적으로는 구조의 자재종류만 가지고 응력을 해석하여 설계를 하였지만, 자재종류 외에 문제가 생기는 것을 실제 현장에서 발견되었다. 이 실험에서는 용접부 외에도 경계부분의 경도도 같이 올랐기 때문에 모재와 같은 변형이 생기지 않으므로 구조 설계 시 각 부분의 재료 해석이 추가로 필요한 것을 알 수 있었다.

따라서 우리는 이런 열에 의한 재료의 변형뿐만 아니라, 영향을 줄 수 있는 외부요인들을 제대로 파악해서 구조 설계 시 참고하여 안전한 설계를 해야 할 것이다.

 

실험 과정 중 측정값에 영향을 줄 수 있는 요인들이 있었다. 먼저 현미경으로 측정해야하는 미세한 실험이였기 때문에 기구가 측정하는 동안은 어떤 충격도 발생하지 않도록 하였다. 그리고 압입부위가 주위 모재의 영향을 줄 수 있으므로 압입자국의 중심거리는 최소 3d, 즉 300um 이내로 측정하지 않았다. 그리고 측정자 모두가 정숙한 가운데 실험을 하여서 보다 정확한 데이터를 얻을 수 있었다.

 

 

6. 실험 후 느낀점

난 이번 실험을 통해서 측정에 미학에 대해 한번 더 생각해보게 되었다. 측정이라는 활동은 과거 물물교환 하던 태초 원시시대부터 인류의 가장 중요한 관심사였고 또한 강대국일수록 측정기술이 많이 발달해 있었다. 그렇게 여러 가지 기준을 정하여 발전하고 발전해서 지금의 이 경도 측정기들이 되었다고 생각하니 소름이 끼칠 정도다. 측정에 관여된 다이아몬드의 시편도 그렇게 미세한 자국을 (눈에 보일 듯 말 듯 한 크기) 남기는가 하면 또 그 미세한 찍힘을 전자 현미경을 통해 측정할 수 있다는 그 사실에 정말 놀라움의 연속이였다. 난 어릴 때부터 수학을 좋아했고 숫자를 좋아해 왔다. 그러나 초등학교 때 공부하던 것을 생각해보면 우리는 고작 1cm의 십분의 일인 1mm단위까지 홈이 그려진 자를 이용해 길이는 재는 것이 전부였다. 하지만 이렇게 대학을 와서 마이크로미터 단위의 길이를 장비를 이용해 길이를 재면서 정말 현대과학의 진보에 한번 더 놀라게 된다. 그렇게 측정을 하고 기술이 개발되어도 분명히 오차는 존재한다. 하지만 그 오차를 계속 줄이고, 또 줄이고, 또 줄이다 보면 언젠가는 신이 주사위로 만든 이 세상을 어쩌면 구현할 수 있는 날도 오지 않을까?

마지막으로 문득 든 생각인데, 내가 가지고 있는 물건들 중에도 이 자국이 찍힌 물건이 적어도 하 나는 있지 않을까?