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카테고리: 압흔 | 항복 강도 및 피로도

 

강철 및 알루미늄의 항복률 및 인장 강도

압입을 이용한 항복 강도 및 최종 인장 강도 측정의 중요성

전통적으로 항복강도 및 극한 인장 강도는 시험편을 떼어내는 데 엄청난 힘이 필요한 대형 인장 시험기를 사용하여 테스트했습니다. 각 샘플을 한 번만 테스트할 수 있는 재료에 대해 많은 테스트 쿠폰을 적절하게 가공하려면 많은 비용과 시간이 소요됩니다. 시료의 작은 결함은 테스트 결과에 눈에 띄는 차이를 만듭니다. 시중에 나와 있는 인장 시험기의 구성과 정렬이 다르면 테스트 메커니즘과 결과에 상당한 차이가 발생하는 경우가 많습니다.

나노비아의 혁신적인 압입 방식은 기존 인장 시험으로 측정한 값에 필적하는 항복 강도 및 궁극 인장 강도 값을 직접 제공합니다. 이 측정은 모든 산업 분야에 새로운 테스트 가능성을 열어줍니다. 간단한 실험 설정으로 인장 시험에 필요한 복잡한 쿠폰 모양에 비해 시료 준비 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 작은 압흔 크기로 단일 시료에 대한 다중 측정이 가능합니다. 시료 가공 중에 생성되는 인장 시험 쿠폰에서 나타나는 결함의 영향을 방지합니다. 국부적인 영역의 작은 샘플에 대한 YS 및 UTS 측정을 통해 파이프 라인 또는 자동차 구조물의 매핑 및 국부 결함 검출이 가능합니다.
 
 

측정 목표

이 애플리케이션에서 나노베아 기계 테스터 스테인레스 스틸 SS304 및 알루미늄 Al6061 금속 합금 샘플의 항복 강도 및 최대 인장 강도를 측정합니다. 샘플은 Nanovea 압입 방법의 신뢰성을 보여주는 일반적으로 인정되는 항복 강도 및 최대 인장 강도 값에 따라 선택되었습니다.

테스트 절차 및 방법

항복 강도 및 극한 인장 강도 테스트는 나노베아 기계 시험기에서 수행되었습니다. 마이크로 들여쓰기 모드로 전환합니다. 이 응용 분야에는 직경 200μm의 원통형 평면 다이아몬드 팁이 사용되었습니다. 압입 방법의 큰 잠재력과 신뢰성을 보여주기 위해 광범위한 산업 응용 분야와 일반적으로 인정되는 항복 강도 및 최대 인장 강도 값을 위해 SS304 및 Al6061 합금을 선택했습니다. 샘플은 시험 전에 표면 거칠기나 결함이 시험 결과에 미치는 영향을 피하기 위해 기계적으로 거울과 같은 마감으로 연마되었습니다. 테스트 조건은 표 1에 나와 있습니다. 테스트 값의 반복성을 보장하기 위해 각 샘플에 대해 10회 이상의 테스트를 수행했습니다.

결과 및 토론

SS304 및 Al6061 합금 샘플의 하중-변위 곡선은 그림 3에 표시되어 있으며 테스트 샘플에 평평한 압자 자국이 삽입되어 있습니다. 나노비아가 개발한 특수 알고리즘을 사용하여 "S"자형 하중 곡선을 분석하면 항복 강도 및 궁극 인장 강도가 계산됩니다. 값은 표 1에 요약된 대로 소프트웨어에 의해 자동으로 계산됩니다. 기존 인장 시험으로 얻은 항복 강도 및 극한 인장 강도 값이 비교를 위해 나열되어 있습니다.

 

결론

본 연구에서는 스테인리스강 및 알루미늄 합금 시트 샘플의 항복 강도 및 최대 인장 강도를 평가하는 데 있어서 Nanovea Mechanical Tester의 능력을 보여주었습니다. 간단한 실험 설정으로 인장 시험에 필요한 샘플 준비 시간과 비용이 크게 절감됩니다. 압입 크기가 작기 때문에 하나의 단일 샘플에 대해 여러 측정을 수행할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 작은 샘플과 국부적인 영역에 대한 YS/UTS 측정이 가능해 YS/UTS 매핑과 파이프라인 또는 자동 구조의 국부 결함 감지를 위한 솔루션을 제공합니다.

Nanovea Mechanical Tester의 나노, 마이크로 또는 매크로 모듈에는 모두 ISO 및 ASTM 준수 압입, 스크래치 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다. Nanovea의 탁월한 제품군은 경도, 영률, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등을 포함하여 얇거나 두꺼운 코팅, 부드럽거나 단단한 코팅, 필름 및 기판의 기계적 특성 전체 범위를 결정하는 데 이상적인 솔루션입니다. 또한 옵션인 3D 비접촉 프로파일러와 AFM 모듈을 사용하면 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 압흔, 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 수행할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

주기적 나노 인덴테이션 응력-변형 측정

주기적 나노 인덴테이션 응력-변형 측정

자세히 알아보기

 

나노인덴테이션의 중요성

다음에 의해 얻은 연속 강성 측정(CSM) 나노 인덴테이션 최소 침습적 방법으로 재료의 응력-변형 관계를 보여줍니다. 기존의 인장 시험 방법과 달리 나노인덴테이션은 대형 장비 없이도 나노 스케일의 응력-변형 데이터를 제공합니다. 응력-변형 곡선은 샘플이 증가하는 하중에 따라 탄성과 소성 거동 사이의 임계값에 대한 중요한 정보를 제공합니다. CSM은 위험한 장비 없이 재료의 항복 응력을 결정할 수 있는 기능을 제공합니다.

 

나노인덴테이션은 응력-변형 데이터를 신속하게 조사할 수 있는 신뢰할 수 있고 사용자 친화적인 방법을 제공합니다. 또한 나노 스케일에서 응력-변형 거동을 측정하면 재료의 작은 코팅과 입자에 대한 중요한 특성을 연구할 수 있어 재료가 더욱 발전함에 따라 중요한 특성을 연구할 수 있습니다. 나노인덴테이션은 경도, 탄성 계수, 크리프, 파괴 인성 등 외에도 탄성 한계 및 항복 강도에 대한 정보를 제공하므로 다목적 계측 장비로 사용할 수 있습니다.

이 연구에서 나노 압입이 제공하는 응력-변형 데이터는 표면으로 1.2마이크론만 이동하면서 재료의 탄성 한계를 식별합니다. CSM을 사용하여 압자가 표면 깊숙이 이동함에 따라 재료의 기계적 특성이 어떻게 발전하는지 확인합니다. 이는 특성이 깊이에 따라 달라질 수 있는 박막 응용 분야에서 특히 유용합니다. 나노인덴테이션은 테스트 샘플에서 재료 특성을 확인하는 최소 침습적 방법입니다.

CSM 테스트는 재료 특성 대 깊이를 측정하는 데 유용합니다. 일정한 하중에서 주기적 테스트를 수행하여 보다 복잡한 재료 특성을 결정할 수 있습니다. 이는 피로를 연구하거나 다공성의 영향을 제거하여 실제 탄성 계수를 얻는 데 유용할 수 있습니다.

측정 목표

이 응용 분야에서 나노베아 기계식 테스터는 CSM을 사용하여 표준 강철 샘플의 경도 및 탄성 계수 대 깊이 및 응력-변형률 데이터를 연구합니다. 나노 스케일 응력-변형률 데이터의 제어 및 정확성을 표시하기 위해 일반적으로 알려진 특성으로 강철이 선택되었습니다. 강철의 탄성 한계를 넘어서는 높은 응력에 도달하기 위해 반경이 5마이크론인 구형 팁을 사용했습니다.

 

테스트 조건 및 절차

다음과 같은 들여쓰기 매개변수가 사용되었습니다:

결과:

 

진동 중 하중이 증가하면 다음과 같은 깊이 대 하중 곡선이 제공됩니다. 압자가 재료를 관통할 때 응력-변형률 데이터를 찾기 위해 하중을 가하는 동안 100회 이상의 진동을 수행했습니다.

 

각 사이클에서 얻은 정보로부터 응력과 변형을 측정했습니다. 각 사이클의 최대 하중과 깊이를 통해 각 사이클에서 재료에 가해지는 최대 응력을 계산할 수 있습니다. 변형은 부분 언로딩에서 각 사이클의 잔류 깊이에서 계산됩니다. 이를 통해 팁의 반경을 변형 계수로 나누어 잔류 임프린트의 반경을 계산할 수 있습니다. 재료의 응력 대 변형률을 플롯하면 해당 탄성 한계 응력이 있는 탄성 및 플라스틱 영역이 표시됩니다. 테스트 결과, 소재의 탄성 영역과 소성 영역 사이의 전이는 약 0.076 변형률, 탄성 한계는 1.45 GPa로 확인되었습니다.

각 사이클은 하나의 압입으로 작용하므로 하중을 증가시키면서 강철의 다양한 제어된 깊이에서 테스트를 실행합니다. 따라서 각 사이클에 대해 얻은 데이터에서 경도 및 탄성 계수 대 깊이를 직접 플롯할 수 있습니다.

압자가 재료로 이동함에 따라 경도가 증가하고 탄성 계수가 감소하는 것을 볼 수 있습니다.

결론

나노베아 기계식 테스터는 신뢰할 수 있는 응력-변형률 데이터를 제공합니다. CSM 압입이 있는 구형 팁을 사용하면 응력이 증가된 상태에서 재료 특성을 측정할 수 있습니다. 하중 및 압입 반경을 변경하여 다양한 재료를 제어된 깊이에서 테스트할 수 있습니다. 나노베아 기계식 테스터는 mN 미만 범위에서 400N까지 이러한 압입 테스트를 제공합니다.

 

마이크로 인덴테이션을 사용한 3 포인트 굽힘 테스트

이 애플리케이션에서 나노베아 기계 테스터, 안에 마이크로 들여쓰기 모드를 사용하여 다양한 크기의 막대 샘플(파스타)의 굴곡 강도(3점 굽힘 사용)를 측정하여 다양한 데이터를 표시합니다. 탄성 및 취성 특성을 모두 보여주기 위해 두 가지 직경이 선택되었습니다. 평평한 팁 압자를 사용하여 점 하중을 가하여 강성(영 계수)을 결정하고 샘플이 파단되는 임계 하중을 식별합니다.

마이크로 인덴테이션을 사용한 3 포인트 굽힘 테스트