[기계공학실험]금속재료의 인장시험

1. 실험의 목적
금속 재료의 항복강도, 인장강도, 연신율 등을 측정함으로써 각각의 기계적 성질과 그 특성에 대해서 알아본다.

2. 이 론
재료에 힘이 가해졌을 경우에, 외력에 대응해서 나타나게 되는 그 고유의 역학적 성질을 기계적 성질이라 하며, 이것을 평가하는 방법은 기계적 시험법이라 한다.
금속과 그 합금은 수천 년에 걸쳐 사용되어 오고 있으며, 한 부품 또는 재질과 다른 것을 비교하고자 할 때에는 어떠한 형태이든 간에 이 기계적 시험을 피할 수 없다. 과거 선인들은 탄성한계를 결정하기 위해 칼날을 구부려 본다거나, 칼날의 날카로움을 알기 위해 나무 가지를 잘라보는 것과 같은 간단한 기계적 시험을 실시하기도 하였다.
이 기계적 성질은 특히, 기본적으로 응력과 변형의 관계로 표시되며 탄성률이나 항복점, 내력, 인장강도, 압축강도, 연신율, 굽힘 강도, 충격강도, 피로한도, 경도 등은 모두 그러한 기계적 시험을 함으로써 평가할 수 있다. 이번 실험에서는 특히 인장시험을 통해 인장강도를 알아볼 것이다.
우선 재료로부터 시험편을 만들고 (KS에 의거) 인장시험기에 걸어 시험편을 축방향으로 잡아 당겨 끊어질 때까지의 변형과 여기에 대응하는 힘을 측정하여 응력-변형률 곡선을 구하는 것이다.

<응력 - 변형률 곡선>

실험에 필요한 용어를 정리해보면 다음과 같다.
• 인장응력(Tensile stress : σ) : kg/cm2
시편의 변형이 일어나기 직전 가해진 인장력을 시편의 단위면적으로 나눈 값
• 인장변형율(Tensile strain : ε) : %
시편에 미리 정의된 표선이 인장에 의하여 늘어나는 경우 그 변화율을 표시한 값(연신율)
• 항복점(Yield point)
응력·변형곡선에서 최대 인장강도를 가지는 점을 말하며 이때의 응력을 항복강도(Yield strength),
변형률을 항복점 신율(Yield elongation)이라 한다.
• 인장탄성율 또는 영율 (Tensile modulus or Young`s modulus) : kg/cm2 or MPa
변형률이 작은 구간에서 응력에 대한 변형이 직선적으로 변하는데(Hook`s law) 이 구간에서
변형률에 대한 응력의 비(인장응력/인장변형율)를 말한다.
• 파단 강도(Tensile strength at Break point) : kg/cm2 or Mpa
시편이 끊어지는 점에서의 인장강도