인장 시험 (tensile test)

인장 시험 (tensile test)

아래 그림과 같이 재료의 시편을 인장 시험기에 장착하고 (재료가 끊어질때까지 천천히) 당겨서 재질의 물성을 파악하는 시험이다. 

인장 시험은 보통 상온에서 수행되나 환경 챔버 등을 이용하여 고온이나 저온에서도 시험이 가능하다. 

인장 시험기에 장착된 시험 시편 인장 시험기 (universal test machine) - 시편 장착전 

시편

시험 전에는 정해진 규격에 따라 시편을 아래와 같이 준비하고 시편을 시험기에 장착한다.  

시편규격은 소재의 형상, 표준 시험 규격에 따라 달라질 수 있다.

또한 시험기에 고정되는 시편의 부위 (Grip section) 와 장착되는 방법이 아래와 같이 여러가지가 있다.

시험편 규격의 예  여러 가지 형상의 인장 시험 시편  

측정

시험 중간에는 시험기에서 당기는 힘과 늘어나는 길이를 측정한다. 

보통 늘어나는 길이를 재는 신율계(extensometer) 라는 것이 추가로 장착된다. 이러한 이유는 인장 시험기에서 측정되는 변위가 재료의 소성 발생이전에는 매우 작아 인장 시험기에서 측정하기 어려워 미세한 변위 변화를 측정하는 신율계를 추가한다. 신율계도 종류가 있는데 보통 스트레인 게이지를 사용하는 접촉식이 많이 사용된다. 포아송비를 측정할 때는 스트레인 게이지를 시편에 직접 붙여서 시험하기도 한다.

시험 결과

시험 결과값으로 탄성계수 (elastic or young's modulus), 항복강도, 인장강도, 연신율, ROA (reduction of area), 소성 이후의 변형율-응력 선도가 나온다. 기본적인 시험 결과값은 인장시험기에서 측정된 변위와 힘이외에 추가로 신율계의 변위가 있다. 이를 프로그램 (대부분 인장시험기 판매사의 전용 프로그램) 에서 후처리를 통하여 최종 결과값을 얻을 수 있다. 간단한 엑셀의 후처리를 통해서도 구할 수 있으나 다소 번거로운 작업이 된다.

동영상 한편 느긋하게 보면 이해가 쉽다.

아래 동영상은 epsilon 사의 신율계를 장착하여 인장 시험을 하는 동영상이다. 

인장 시험 관련 규격 

금속

ASTM E8/E8M-11: "Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials" (2011)

ISO 6892-1: "Metallic materials. Tensile testing. Method of test at ambient temperature" (2009)

ISO 6892-2: "Metallic materials. Tensile testing. Method of test at elevated temperature" (2011)

JIS Z2241 Method of tensile test for metallic materials