ASTM E23: 금속 충격 테스트

ASTM E23 소개

ASTM E23은 금속 및 합금의 충격 강도를 측정하기 위해 ASTM International에서 개발한 세계적인 표준입니다. 샤르피 또는 이조드 충격 시험 표준인 ASTM E23은 갑작스러운 하중이나 충격 상황에서 재료의 거동을 파악하는 데 필요한 절차, 장치 및 시편 크기를 명시하고 있습니다.

충격 테스트는 금속의 인성, 즉 충격 응력 하에서 에너지를 흡수하고 파손에 저항하는 능력을 정량화합니다. 충격, 낙하 또는 기타 변형 사고와 같은 실제 조건에서 재료의 성능을 평가하는 데 사용되는 중요한 재료 특성입니다. 충격에 의한 취성 금속의 파손은 구조, 자동차, 항공우주 또는 중장비 응용 분야에 적합하지 않을 수 있으므로 ASTM E23은 재료 특성화의 중요한 측면이 됩니다.

ASTM E23의 장점

ASTM E23은 금속 가공 및 엔지니어링 분야의 표준으로 자리 잡은 몇 가지 장점을 가지고 있습니다:

1. 표준화: 이 표준은 정확한 시편 크기, 노치 형상 및 테스트 절차를 규정하고 있어 전 세계 실험실 간 결과의 일관성과 재현성을 보장합니다.

2. 다용도성: 강철, 알루미늄 합금, 구리 합금 및 특수 목적 재료와 같은 다양한 금속 및 합금에 광범위하게 적용됩니다.

3. 재료 선택: 충격 인성 테스트를 통해 엔지니어는 특히 압력 용기, 교량 및 자동차 부품과 같이 안전이 중요한 응용 분야에서 필요한 수준의 안전성과 성능을 갖춘 올바른 금속을 선택할 수 있습니다.

4. 신뢰성 및 안전성: 충격 테스트는 부서지기 쉬운 재료나 급격한 파단 재료를 제거하여 서비스 중 치명적인 상황에서 고장을 방지합니다.

5. 설계 및 시뮬레이션 데이터: 측정된 흡수 에너지는 계산 모델링과 구조 시뮬레이션을 위한 입력으로 사용됩니다.

예시: 교량의 지지 구조 설계를 위해 강철 샘플에 대한 ASTM E23 테스트를 통해 선택한 합금이 낙하물이나 자동차 사고와 같은 자연력에 의한 갑작스러운 힘의 영향을 견딜 수 있는지 확인하여 악조건에서도 구조가 계속 안전할 수 있도록 할 수 있습니다.

ASTM E23의 절차

ASTM E23 표준은 정확하고 재현 가능한 충격 인성 측정을 위한 단계별 프로세스를 규정하고 있습니다. 주요 단계는 다음과 같습니다:

1. 시편 준비:

일반적인 시편은 가공된 노치가 있는 직사각형 막대로, 일반적으로 V자형 또는 U자형입니다.

치수, 노치 깊이 및 정렬은 변동성을 줄이기 위해 정밀하게 제어됩니다.

2. 테스트 장치:

시편은 알려진 속도로 알려진 질량으로 시편을 타격하는 장치인 진자 충격 시험기에 배치됩니다.

진자는 알려진 높이에서 해제되어 시편에 부딪힐 때 에너지를 전달합니다.

3. 충격 테스트 수행

진자가 노치에서 시편에 부딪히면 시편이 부러집니다.

시편에 흡수된 에너지는 일반적으로 풋파운드(ft-lb) 또는 줄(J) 단위로 측정됩니다.

4. 데이터 해석:

흡수된 에너지는 재료의 인성을 측정하는 척도입니다. 에너지 흡수가 많을수록 연성 금속이며 취성 골절에 저항하는 능력을 나타내며, 에너지가 적을수록 취성을 나타냅니다.

일반적으로 파단 표면을 검사하여 연성 또는 취성 파단을 결정합니다.

5. 결과 보고:

ASTM E23은 시험 온도, 흡수 에너지, 노치 유형 및 시편의 크기를 보고하는 방법을 규정하는 표준으로, 결과 보고는 훌륭한 커뮤니케이션 도구가 될 수 있습니다.

사례 예시: 해양 플랫폼에 사용되는 강철 합금은 ASTM E23에 따라 영하의 온도 테스트를 거칩니다. 이 시험은 차가운 해양에서 안전을 보장하는 데 필수적인 연성-취성 전이 온도를 제공합니다.

금속 및 합금에서의 ASTM E23 적용 분야

ASTM E23은 다양한 산업에서 충격 하중 하에서 재료의 성능을 검증하는 데 사용됩니다:

-건설: 구조용 강재는 우발적인 충격이나 낙하물로 인한 충격 하중을 견딜 수 있도록 인성 시험을 거칩니다.

-자동차: 엔진 부품, 섀시 유닛 및 충돌 구조물은 충돌 안전성과 탑승자 안전을 개선하기 위해 충격 테스트를 거칩니다.

-항공우주: 항공기 합금은 혹독한 작동 조건을 견딜 수 있도록 저온 인성 테스트를 거칩니다.

-석유 및 가스: 파이프라인 강재 및 압력 용기에 대한 테스트를 통해 고압 서비스 취성 파단을 방지합니다.

-품질 관리: 제조업체는 ASTM E23을 적용하여 배치 일관성을 확인하여 자재가 선적 전에 사양을 충족하는지 확인합니다.

데이터 예시: 20°C에서 시험한 4140강 시편은 25J의 에너지를 흡수하고 추운 기후에서 구조용으로 사용할 수 있는 연성 특성을 보이는 반면, 4340강 합금은 동일한 시험 조건에서 10J만 흡수하여 취성 파괴의 위험이 더 높습니다.

다양한 유형의 충격 시험 기법

ASTM E23은 다양한 평가 요건에 맞는 다양한 기법을 제공합니다:

1. 샤르피 충격 시험:

가장 일반적인 방법으로, 진자 방향에 홈이 있는 수평 지지 막대를 사용합니다.

파단 시 흡수되는 에너지를 테스트하여 인성을 직접적으로 측정합니다.

2. 이조드 충격 테스트:

시편을 수직으로 지지하고 진자가 한쪽 끝을 타격합니다.

금속에는 덜 사용되지만 플라스틱 및 폴리머-금속 합금에는 적용될 수 있습니다.

3. 온도별 테스트:

시편을 다양한 온도(일반적으로 빙점 이하)에서 사전 조건화하여 연성-취성 전이 온도(DBTT)를 찾습니다.

북극 또는 극저온에서 재료를 사용할 때 필요합니다.

4. 계측 진자 테스트:

첨단 장비를 사용하여 충격 시 시간에 따른 힘을 측정하고, 개시 에너지, 전파 에너지 등 보다 정량적인 파단 역학 데이터를 생성합니다.

결론

ASTM E23은 금속 및 합금의 충격 인성을 테스트하기 위한 재현 가능한 표준 방법입니다. 금속이 예상치 못한 하중에서 에너지를 유지하는 방법을 알아보고 제조업체와 엔지니어는 취성 방식으로 고장 나지 않고 최고의 안전성을 제공하며 제품 수명을 가장 효율적으로 극대화할 수 있는 재료를 선택할 수 있습니다. 자동차 및 건설 분야에서부터 항공우주 및 석유 및 가스 라인에 이르기까지 ASTM E23은 높은 성능 수준의 재료를 제공하는 데 있어 중요한 도구로 사용되고 있습니다. 정확한 절차, 세심한 보고, 숙련된 기술을 결합하여 ASTM E23은 엔지니어가 더 안전하고 오래 지속되는 금속 부품을 설계할 수 있도록 지속적으로 교육하고 있습니다.