ISO 6892-1 상온의 금속 인장 시험

인장 시험은 전 세계적으로 가장 중요하고 사용 빈도수가 가장 높은 기계 기술 시험입니다. 이 시험은 부품, 물자, 기계, 자동차, 건물의 설계와 구조에서 매우 중요한 금속 사용의 강도 및 변위 물성값을 측정하는 용도로 이용합니다.

시험 과제는 재료 물성값을 신뢰성 있고 재현 가능하게 측정하여 전 세계적으로 비교할 수 있도록 하는 것입니다.

단축 인장 시험은 항복점 또는 오프셋 항복, 인장 강도 및 파단변형률에 대한 물성값을 측정할 때 사용되는 방법입니다. 하부 항복점, 항복점 연신, 최대 하중에서의 연신도 측정합니다.

금속 인장 시험에서 이 표준은 인장 시험을 수행하는 온도 범위를 네 가지, 즉 상온, 고온, 저온, 액체헬륨 온도로 구분합니다. 이 같은 여러 가지 온도 범위와 액체헬륨이라는 매질로 인해 준비해야 하는 시편 등 시험 시스템과 시험 방법에 전혀 다른 요구사항이 부과됩니다. 따라서 국제 ISO 표준은 다음과 같이 네 부분으로 구분되어 각각 위에서 언급한 온도 범위를 다룹니다.

• ISO 6892-1 상온 시험 방법
• ISO 6892-2 고온 시험법
• ISO 6892-3 저온 시험 방법
• ISO 6892-4 액체헬륨 시험 방법

이와 같은 국제 인증 ISO 표준 이외에도 미국 ASTM 표준, 유럽 EN 표준, 일본 JIS 표준, 중국 GB/T 표준도 세계적으로 적용되고 있습니다. 항공우주와 같은 전문 분야의 경우, 특정 표준이 추가로 중요하거나 필요할 수 있습니다.

항복 강도와 인장 강도를 측정할 때는 하중 측정을 1회만 정확하게 수행하면 됩니다. 하지만 그 밖의 모든 물성값의 경우 시험 도중에 신율계를 이용하여 (자동으로) 변위를 측정하거나 시편 또는 시편 잔류물을 제거한 후 수동으로 변위를 측정해야 합니다.

가장 중요하고 명확한 설명이 가능한 요구사항은 하중 측정과 하중 적용 시 시편의 연신 측정도 설명하고 있습니다.

• 하중 측정과 관련하여 ISO 6892 규격 시리즈는 ISO 7500-1 '인장 및 압축 시험기용 하중 측정 시스템의 , 검교정 및 유효성 검증'을 참조하고 있으며 1등급 이상을 요구합니다.
• 연장 측정과 관련하여 ISO 6892 규격은 ISO 9513 ‘단일축 시험에 사용되는 신율계 시스템의 검교정'을 참조하며, 오프셋 항복 측정 시 최소 1등급을 요구합니다. 다른 물성값의 측정에는 (연장 5% 이상) 2등급이 적용될 수 있습니다.

검교정 과정, 특히 그 결과와 등급의 정의는 하중 측정 및 연신 측정에 대한 규격을 설명합니다. 그중에서 후자는 시험 실무에서 매우 중요합니다. 최대 허용 편차와 분해능은 검교정을 거친 측정 시스템의 계열을 구분함으로써 도출되며, 이는 측정 시스템의 측정 불확실성 확인에 사용합니다.

• ASTM E8 규격은 힘 측정 시에는 ASTM E74를,
• 연장 측정 시에는 ASTM E83을 참조합니다.
• 국제적으로 인정되는 여러 표준은 그 내용 구성이 다를 때가 있지만, 인장 시험에서 도출한 관련 물성값이 서로 크게 차이가 나지 않도록 하기 위해 그 정의와 요구사항은 서로 일치합니다.

한 가지 주의할 예외 사항은 평가와 이에 따른 신율계의 분류입니다. ISO 9513은 편차 내에서 도달해야 할 설정값을 다루지만, ASTM E83은 최초 표점 거리와의 비율까지 고려합니다. 최초 표점 거리가 짧을 때 사용할 수 있는 신율계는 최초 표점 거리가 더 길 때 사용할 수 있는 신율계보다 더 많은 측정 요구사항을 충족해야 합니다.

금속의 인장 시험에서 ISO 9513에 따라 1등급 이상의 신율계를 사용해야 산출할 수 있는 물성값은 다음과 같습니다.

• 응력-변형 곡선의 최초 기울기 mE
• 오프셋 항복 Rp 및 Rt

금속 인장 시험에서 ISO 9513에 따라 2등급 이상의 신율계를 사용해야 산출할 수 있는 물성값은 다음과 같습니다.

• 항복점 연신 Ae
• 균일 연신 Ag 및 Agt
• 인장 강도 Rm 또는 최대 인장 하중 Fm 주변의 평탄 구간
• 파단 변위 A 및 At

항복점 (R_eH 및 R_eL)과 오프셋 항복 (R_p 및 R_t) 뿐만 아니라 하중 측정과 변위를 정확히 측정하기 위해서는 시험 속도가 중요합니다. 두 가지 시험 속도 설정 방법에서 규격은 다르게 작용하는데, B 방법에서는 응력 증가를 통해 제어되고, A 방법에서는 스트레인 레이트를 통해 제어됩니다. 스트레인 레이트나 변위 속도를 고려하는 A 방법을 사용할 것을 권장하는 이유는 다음과 같습니다.

• 시험 수행 시 변형 속도가 바뀌면 금속 재료의 물성값도 바뀝니다.
• 일반적으로 변형 속도가 높을수록 강도 값이 커집니다.
• 금속 재료의 합금 및 제품 품질에 따라 변형 속도 의존도가 매우 클 수 있으므로 해당 품질의 규격 한도를 넘을 수 있습니다.

스트레인 레이트 제어는 재료의 항복 강도와 오프셋 항복값을 측정할 때 시험 결과의 신뢰성을 크게 높입니다. ISO 6892-1은 스트레인 레이트를 통한 제어가 가능한 다음 두 가지 방법을 제시합니다.

• A1 방법 - 신율계 신호를 사용하는 자동 스트레인 레이트 제어 (폐쇄회로)
• A2 방법 - 크로스헤드 속도(물성값 측정을 위한 올바른 스트레인 레이트가 달성되는 속도)를 사전 선택하는 수동 조정 (개방회로)

A1 방법은 드라이브 콘트롤러(적응형 콘트롤러 선호)가 제공하는 최신 기술 기능을 이용하여 크로스헤드 속도를 규격에 명시된 스트레인 레이트의 공차 범위 이내로 자동 유지합니다. 이 방법은 제어 기술이 적용된 시험 시스템을 요구하지만, 시험 과정을 크게 간소화하고 크로스헤드 속도의 설정 오류를 없앱니다. 그러므로 이 제어 방법을 사용하는 것이 좋습니다.

ZwickRoell testControl II 전자 시스템은 변형률 속도를 정확하게 조정하기 위해 신율계의 측정값을 직접 사용하여 시험기의 속도를 제어합니다. 시험기 제어 매개변수는 실시간으로 자동 계산되고 적응형 방식으로 조정됩니다. 이런 과정을 적응 제어가 되는 폐쇄회로라고 하며, 1kHz로 ZwickRoell 시험기에서 실행됩니다. 이는 변형률 속도 준수를 위한 표준 규격을 충족합니다.

모든 것이 자동으로 진행되고 매우 간편하며, 작업자의 시간도 상당히 절약하는, 오차율이 낮은 신뢰할 수 있는 결과가 산출됩니다.