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역학적 시험법 중 충격시험에 관하여

충격시험

시험편 또는 물체에 순간적인 충격하중을 가하여 그 파괴에 필요한 일(에너지)을 그 물체 또는 물질의 점성, 무름정도를 나타내는 시험법을 충격시험이라고 한다. 따라서 충격강도는 그 물질 또는 물체의 순간적인 집중외력에 견디는 저항의 하한값을 나타내는 것이라고 여겨지며 재질 뿐만 아니라 그 형상이나 외력의 종류 등에 따라 다르고 정확한 무름을 나타내는 척도라고 말하지는 않는다.

충격시험의 종류는 시험편에 가한 하중에 따라서 충격굽힘시험, 낙하(낙구) 시험, 충격인장시험, 충격 비틀림시험, 충격 압축시험 등으로 분류되지만 가장 광범위하게 사용된 규격으로 다루어지고 있는 것은 충격 굽힘시험 등으로 분류되지만 가장 광범위하게 사용된 규격으로 다루어지고 있는 것은 충격굽힘시험의 샤르피(Charpy) 시험법과 아이조드(Izod) 시험법이 있다. 충격인장 시험은 이론해석이 용이한 것으로 ASTM에서는 다루어지고 있다.

1. 샤르피 충격시험

프랑스의 G.Charpy가 고안한 시험법으로 <그림 3> (a)와 같이 양끝을 지지한 시험편의 중아노치(notch)부의 돗부분을 햄머(hammer)로 때려 파단시킬때 흡수된 저충격 에너지를 내리친 부분의 원래 단면적 혹은 단위 노치폭으로 나눈 수치를 샤르피 충격강도라고 한다.

각국에서 사용되고있는 샤르피 충격시험법의 규격을 비교하여 [표 8]에 표시한다.


[ 그림3 ] 샤르피  충격시험

아이조드 충격시험

       [ 표8 ] 각국 사르피 충격 시험규격

       [ 표8] 각국 사르피 충격 시험규격

2. 아이조드 충격시험

영국의 E.G.Izod가 고안한 것으로 [그림 3] (b)와 같이 시험편의 한쪽 끝을 고정한 수직인 편지침의 자유 단측(지지대 상면에서 22mm에 위치)을 샤르피 충격장치와 원양 진자형 장치를 이용하여 노치 방향으로 부터 햄머로 타격하여 파괴 시킨다. 아이조드 충격강도는 전 충격에너지를 절이부의 원 단면적 혹은 초치폭으로 나눈 수치로 나타낸다. 시험편을 샤프리법이 보통 절입부(노치)가 있는 시험편을 사용하는 것에 반해 아이조드법을 절입부가 있는 것과 없는 것의 양자 두가지 법이 사용되고 있다.

절입부가 있는 경우와 없는 경우 양자 사이에는 직접 관계가 없는 것으로 한쪽으로부터 다른 한쪽을 수정한다는 것은 곤란하다. 일반으로 노치가 없는 시험편의 경우에는 시험편 내부의 상태에 따라서 영향을 받기 쉽다. 각국에서 사용되어지고 있는 아이조드 충격 시험법의 규격을 비교하여 [표 9]에 표시하였다.


      [ 표9 ] 각국 충격시험규격

     [ 표9 ] 각국 충격시험규격

3. 샤르피법과 아이조드법의 비교

샤르피 충격강도 아이조드 충격강도는 어느 것도 시험편의 1회의 충격으로 파단할 수 있는 에너지 E(kg-cm) 시험편의 단면적A(m2)를 사용해서 다음 식으로 부터 산출한다.

에너지 : E = W X H

충격강도 : ak = E / A

단, W는 햄머의 중량(kg), H는 충격 전후의 햄머의 중심위치의 차(cm)

보통 에너지 E는 시험기의 눈금으로 직접 읽을 수 있도록 되어있다. 부드러운 재료의 경우에는 시험편 지지대에 시험편을 끼운 아이조드법에서는 조임방식에 따라 어느정도 다른 값이 얻어지기 때문에 시험편 지지대 위에 그대로 두는 샤르피법의 경우가 좋다. 그러나 샤르피법에서는 지지대의 형상이 다르므로 시험편의 비상방향이 다르게 되고 시험기 간의 오차의 원인이 되는 점에 주의해야 한다. 파단된 시험편의 비산에 필요로하는 에너지는 토스로스(toss loss)라 하고 흡수 에너지 때문에 차이가 나는 것이 맞는 것으로 되고 있다. 아이조드 법에서는 비산되는 것이 시험편 전부일 때 시험기의 최대용량에 근사한 재질의 시험편의 경우에는 그 영향이 크게되고 아이조드법의 경우가 좋다. 따라서 재료의 충격강도와 사용된 시험기의 용량과의 관계에 의의하지 않으면 안된다. ISO, DIN, BS에서는 흡수 에너지가 측정량의 10% 이상 80% 이하 GOST에서는 10% 이상, 90% 이하로 규정하고 있다.

4. 시험조건 및 시험에 관한 유의점

(1) 시험편의 폭은 충격강도에 영향을 주지는 않지만 두께는 영향을 주며 절입 깊이는 어느정도(2~3m) 깊게 되면 영향을 주지 않는다.

(2) 시험편의 향상 치수는 각국 규격에 따라 상당한 차이를 나타내고, 그들의 충격강도의 비교시에는 충분히 주의할 것.

(3) 햄머의 타격중심과 시험편의 타격점과 엇갈리기도 하고 햄머의 날끝이 시험편에 적중되지 않는 경우에 시험편을 정리할 것.

(4) 지침 및 회전부분의 마찰에 의해 손실의 적정보정 할 것.

5. 낙하시험

낙하체(통상 강구를 사용)를 시험편의 중앙에 수직으로 자유낙하시켜 파고에너지 또는 손상의 정도 등을 구하는 시험법을 낙하충격 시험이라 한다. 얇은 필름 관상재료 및 성형재료에 주로 이용되고 있다. 이 시험방법에서는 파괴의 평가를 정량화하는 것이 곤란하고 JISK 6745의 경우에 단순히 파괴될지 어떨런지를 관찰하여 양부판정을 행할 경우가 많으므로 낙학리를 일정하게 하여 낙하거리를 변하는(충격속도는 가변)일에 따라 최소 파괴 높이 시험편의 50%의 파기할 높이 중량을 구하는 그것을 파괴 에너지로서 표시할 방법도 사용되고 있다. 시험편의 형상, 치수, 시험편의 지지방법, 지지상태, 낙하체의 중량, 낙하거리, 적용재료 등은 각국의 규격에 따라서 다르다. 또 JIS K6745-1963에서는 시험편의 두께와 강구의 낙하거리와의 관계가 명기되고 있으며 판 두께는 2.00mM 이하로 제한하고 있다.

출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)