1. 인장 시험 (Tension Test,Tensile Test,Tension Testing)
ㅇ 재료의 응력 변형률 관계를 이끌어내는 가장 보편적인(표준적인) 재료 시험
ㅇ 시험 방식
- 재료의 저항성(재료의 변형 및 파괴)을 측정하기 위해,
- 시편이 끊어질 때 까지, 천천히 일정 속도로, 균일한 힘으로, 잡아당기며,
- 그때그때 변형과 힘을 측정 기록하게됨
ㅇ 시험 목적
- 힘(하중)에 의해 초래된 변형량(길이 또는 직경의 변화)을 측정함으로써,
- 재료가 하중에 견디는 능력(강도)에 대한, 재료 고유의 값을 측정
ㅇ 시험 대상 재료
- 금속,합금,플라스틱 등
- 한편, 세라믹 재료는 쉽게 시료 파괴되므로 거의 사용 안함
2. 인장 시험 방식
ㅇ 주요 규격 : 시험편의 치수,형상,하중에 대한 시험 방법 등이 규격화/표준화 됨
- (국제) ISO 6892-1 등
- (미국) ASTM E8/E8M 등
- (한국) KS B 0801 (금속 재료 인장 시험편), 0802 (금속 재료 인장 시험 방법),
KS M ISO527-1~5 (플라스틱) 등
ㅇ 시편 (Test Specimen)
- 표준 형상과 치수를 갖음
- 통상, 시편 끝단 부분을 크게하여,
. 이를 물게되는 그립 근처에서의 파단 발생을 방지 함
- 모든 측정은, 초기 단면적 Ao(초기 지름 do)과 표점 거리 lo를 기준으로 이루어짐
- 시편 단면 형상 구분 : 원형 단면, 사각 단면 등
. 원형 시편 표준 지름 : 12.8 ㎜
ㅇ 표점 거리 (Guage Length)
- 시편 길이 방향으로 펀치로 표점을 찍고,
- 시편 길이의 변형량 측정을 위한 2개의 표점(게이지 마크) 간의 기준 길이
. 게이지의 표준 길이 : 50 ㎜
- 이 부분에 신장계(Extensometer)를 부착하여 측정하게 됨
ㅇ 시험 속도 및 기록
- 순간 순간 거의 평형 상태를 이루도록 매우 천천히 하중 속도를 줌
- 가해진 하중을 일정 시간 간격으로 기록해 둠
ㅇ 시험에 의해 유도되는 주요 특성량
* 시험법이 가장 간단하면서도, 가장 많은 기계적 성질을 파악 가능
- 항복강도,인장강도,연신율,단면 수축율,탄성한계,탄성계수,포아송비 등
ㅇ 시험 결과의 해석
- 재료 마다 고유의 수직 응력과 수직 변형률 간의 관계(응력 변형률 관계)를 파악
3. 인장시험 장치 및 계기의 종류
※ 통상, 시험기에 시험편 양끝을 그립으로 고정
- 아래쪽 단단히 고정
- 위쪽은 크로스헤드에 연결하여, 이것에 인장력을 가하면, 등속도로 움직이며,
신장량이 서서히 증가함
ㅇ 인장 시험기 (KS B 5521에 규정됨)
- 기계식 만능 시험기
- 유압식 만능 시험기
ㅇ 측정 계기
- 로드셀 (Load Cell) : 하중 검출
. 축방향으로 가해지는 힘을 측정
- 신장계 (Extensometer,엑스텐서메터) : 신장 변위 검출(변위계,신장계)
. 표점거리의 늘어난 량의 측정
. 기계적 또는 광학적 기구를 이용하여 측정함
- 스트레인게이지 : 변형률을 직접 읽기 가능토록, 시편 표면에 부착됨
. 주로, 변형률이 크지 않을 때, 신장량 측정에 사용
4. 인장 시험 결과 : 응력 변형률 곡선(선도) (Stress Strain Diagram)
ㅇ 인장 시험은,
- 재료의 강도 및 강성도를 구하기 위한, 가장 기초적인 시험으로써,
- 이로부터, 응력 변형률 곡선이 얻어짐
- 이 곡선은 금속 재료의 특성 이해에 중요한 기초가 됨
ㅇ [유의사항]
- 원래는, 순간순간의 하중과 표점거리 변화량(응력과 변형률)을 구해야하나,
. 이를 사용하기 쉽지 않아서,
- 전통적으로, 시험편 초기 단면적 및 초기 표점거리를 기준으로하여,
. 공칭 응력과 공칭 변형률로부터 곡선을 그림
5. 인장 시험 결과 : 척도
ㅇ 재료가 힘을 받아 얼마나 늘어났는지를 보여주는, '연성'의 척도
- 통상, 재료의 인장 시험에서, 관찰되는 변형률로써 관찰됨
. 시험편의 표점거리에 생긴, 신장 변화량 l'을 원 표점거리 l로 나눈 백분율
.. ε = (l' - l)/l x 100 (%) = Δl/l x 100 (%)
. 즉, 변형량과 원래 치수와의 比인 변형률을, 단순화시킨 백분율
※ [참고] 용어별 미세 비교 : (변형률 구분 : 공칭 변형률, 참/진 변형률 비교)
- 공칭 변형률 : 길이 변화를 겪은 후에, 처음 길이로 길이 변화량을 나눈 값
- 참/진 변형률 : 측정되는 매 시각 마다 측정된 값
. 현재 길이를 기준으로 로그 함수를 사용하여 계산
※ [참고] 용어별 미세 비교 : (신장률, 인장률, 연신률, 팽창 계수 비교)
- 신장률 (Elongation) : 일반적으로, 늘어난 비율 (단순 길이 변화의 비율)
- 인장률 (Tensile Strain) : 재료역학에서, 변형률 수치 계산
. 재료역학적 무차원 수치. 응력 분석의 기초 데이터.
- 연신율 (Elongation at Break) : 한계점 측정, 재료가 끊어지는 순간(Fracture)의 최대 신장값
. 재료의 끈기(연성) 지표.
- 팽창 계수 (Coefficient of Extension/Expansion) : 환경적인, 변형 상수
. 하중뿐 아니라 온도에 의한 길이 변화율을 포함하는 변형 상수