KR100534977B1 - Method and apparatus for characterizing in-situ tensile of metallic meterial - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인장 시험이 진행되는 상태에서 금속재료의 인장 변형 현상을 실시간으로 관찰하고 그 변형 특성을 분석하는 장치와 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for observing a tensile deformation phenomenon of a metal material in real time and analyzing its deformation characteristics in a state where a tensile test is in progress.
본 발명에서 제공하는 장치와 방법에 의하면, 금속재료의 인장 변형시 발생할 수 있는 결정립 내부의 슬립선(Slip line)이나, 2차상 혹은 입계 주변의 미소균열(Micro-crack) 등을 대기 중에서 광학 현미경으로 관찰하여 변형 특성을 직접적으로 분석할 수 있으며, 또한 이러한 관찰 결과를 바탕으로 자동차용 부품으로 사용하는 금속재료의 인장 성질 특성을 이해하여 부품 적용 여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 합금 설계시 참고 자료로 이용할 수 있다. According to the apparatus and method provided by the present invention, an optical microscope can be used to detect a slip line in a grain or a micro-crack around a secondary phase or a grain boundary, which may occur during tensile deformation of a metal material. It is possible to directly analyze the deformation characteristics and to understand the tensile properties of the metal materials used as automotive parts based on these observations, and to judge the application of the parts. Can be used as a resource.
Description
본 발명은 금속재료의 인장 변형 특성 실시간 분석장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인장 시험이 진행되는 상태에서 금속재료의 인장 변형 현상을 실시간으로 관찰하고 그 변형 특성을 분석하는 장치와 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for analyzing the tensile strain property of a metal material in real time, and more particularly, to an apparatus and method for observing a tensile strain of a metal material in real time while a tensile test is in progress and analyzing the deformation property thereof. It is about.
일반적으로 금속재료의 인장 성질은 기계적 성질 중에서 가장 기본이 되는 특성으로서 재료 특성을 평가하는 기본적인 자료이다. In general, the tensile property of a metal material is the most basic property among mechanical properties, and is a basic data for evaluating material properties.
그 중에서 연신율은 재료의 가공성이나 안전성과 밀접한 관계를 갖고 있기 때문에 중요한 성질로 인식되고 있다. Among them, elongation is regarded as an important property because it has a close relationship with workability and safety of materials.
따라서, 인장 변형 특성을 체계적으로 분석하는 것은 인장 강도 특성을 이해할 뿐만 아니라, 연신율을 예측하고 이해하는데 중요한 자료를 제공한다. Therefore, systematic analysis of tensile strain properties not only understands tensile strength properties, but also provides important data for predicting and understanding elongation.
현재까지 인장 성질을 얻고 특성을 파악하는데 있어서 1축 인장 시험기를 사용하여 왔다. To date, uniaxial tensile testing machines have been used to obtain tensile properties and to understand their properties.
이러한 인장 시험기로부터 응력-변형율 곡선을 얻고, 이로부터 인장 성질의 기본적인 3요소인 인장 강도, 항복 강도 및 연신율을 얻었다. A stress-strain curve was obtained from this tensile tester, from which tensile strength, yield strength and elongation, which are the basic three elements of tensile properties, were obtained.
또한, 인장 시편에서 최종 파단이 일어난 후, 변형 및 파괴 특성을 관찰하고자 파단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)을 이용하여 관찰하고, 혹은 파단된 인장 시편을 연마하여 그 미세 조직을 관찰하였다. In addition, after the final fracture occurred in the tensile specimen, the fracture surface was observed by scanning electron microscopy (Scanning Electron Microscopy) to observe the deformation and fracture characteristics, or the fractured tensile specimen was polished to observe the microstructure.
이러한 방법은 최종 파단 이 후의 파괴 특성을 파악할 수 있으나, 변형 특성을 이해하는데 한계가 있었다. This method is able to determine the fracture characteristics after the final failure, but it is limited in understanding the deformation characteristics.
더욱이 인장 변형이 진행되는 과정을 이해하는 것은 거의 불가능하였고, 파단 이 후의 결과로 단지 추측만 할 뿐 이었다. Moreover, it was almost impossible to understand how the tensile strain progressed, and only speculation was made as a result after fracture.
따라서, 본 발명은 금속재료의 인장 변형 현상을 실시간으로 관찰하면서 그 변형 특성을 분석하는 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for analyzing the deformation characteristics of a metal material while real time observing the tensile deformation phenomenon.
본 발명에서 제공하는 장치와 방법에 의하면, 금속재료의 인장 변형시 발생할 수 있는 결정립 내부의 슬립선(Slip line)이나, 2차상 혹은 입계 주변의 미소균열(Micro-crack) 등을 대기 중에서 광학 현미경으로 관찰하여 변형 특성을 직접적으로 분석할 수 있다. According to the apparatus and method provided by the present invention, an optical microscope can be used to detect a slip line in a grain or a micro-crack around a secondary phase or a grain boundary, which may occur during tensile deformation of a metal material. Can be directly analyzed for deformation characteristics.
또한, 이러한 관찰 결과를 바탕으로 자동차용 부품으로 사용하는 금속재료의 인장 성질 특성을 이해하여 부품 적용 여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 합금 설계시 참고 자료로 이용할 수 있다. In addition, based on these observations, by understanding the tensile properties of the metal materials used as automotive parts, it is not only possible to determine whether the parts are applied, but also as a reference for designing a new alloy.
이를 위하여, 본 발명의 분석장치는 인장 시편에 하중을 가할 수 있는 시험기 본체와, 인장 시편의 양단을 고정할 수 있는 지그와, 지그측에 부착되며 응력에 비례하는 전기적 신호값을 제공하는 로드셀을 포함하는 인장 시험을 위한 장치에 있어서, 상기 시험기 본체의 내측에 위치되면서 일정한 높이를 유지하고 있으며 중앙에는 촬영을 위한 홀을 갖는 지그 프레임과, 상기 지그 프레임의 저부 중앙에 위치되면서 상기 홀을 통해 인장 시편의 조직상태를 촬영하는 광학 현미경을 포함하며, 상기 각각의 지그는 지그 프레임상에서 홀을 사이에 두고 서로 마주보며 수평으로 놓여져 인장 시편을 홀의 윗쪽에 수평상태로 고정시킬 수 있도록 된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다. To this end, the analysis apparatus of the present invention includes a tester body capable of applying a load to a tensile specimen, a jig capable of fixing both ends of the tensile specimen, and a load cell attached to the jig side and providing an electrical signal value proportional to the stress. In the device for a tensile test, comprising a jig frame having a constant height while being located inside the main body of the tester and having a hole in the center, and the tension through the hole while being located in the center of the bottom of the jig frame It includes an optical microscope for photographing the tissue state of the specimen, wherein each jig is placed horizontally facing each other on the jig frame with the holes interposed therebetween to secure the tensile specimen in the horizontal state on the top of the hole It features.
또한, 상기 지그는 일면에 자석을 갖는 블럭형태의 지지대와, 상기 지지대상에 결합되고 서로 간의 이격 및 합체가 가능하여 인장 시편을 고정할 수 있는 한쌍의 시편 고정판으로 이루어져 인장 시편 고정시 시편의 수직 및 수평상태를 잡아줄 수 있도록 된 인장 시편 수직/수평 고정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the jig is composed of a block-shaped support having a magnet on one surface, and a pair of specimen fixing plates coupled to the support and spaced and coalesced with each other to secure the tensile specimen, the vertical of the specimen And it is characterized in that it further comprises a tension specimen vertical / horizontal fixing device to hold the horizontal state.
또한, 상기 한쌍의 시편 고정판은 스프링을 구비하여 강제 이격 후 외력을 제거하면 탄력적으로 자동 합체되면서 시편을 고정시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. In addition, the pair of specimen fixing plate is provided with a spring to remove the external force after the forced separation is characterized in that it is able to fix the specimen while being automatically resilient and automatically coalesced.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분석방법은 수평으로 설치한 양편의 지그상에 인장 시편을 수평상태로 고정시키고, 인장 시편의 저부에 광학 현미경을 설치하여 인장 시편의 표면에 촛점을 맞추고 인장 시험을 수행하는 도중에 실시간으로 변형율에 따른 시편의 조직 변화를 촬영하여 균열의 성장을 관찰 분석하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the analytical method of the present invention for achieving the above object is to fix the tension specimen in a horizontal state on the jig of both sides horizontally installed, and to install the optical microscope at the bottom of the tension specimen to focus on the surface of the tension specimen During the tensile test, it is characterized by observing and analyzing the growth of cracks by photographing the change of the specimen in accordance with the strain in real time.
또한, 상기 광학 현미경으로 촬영할 시편은 부품형상으로 주조시 개량화 처리하는 동시에 주조 후 열처리한 주조용 합금을 사용하는 것을 특징으로 한다. In addition, the specimen to be photographed by the optical microscope is characterized in that the casting alloy heat-treated after casting at the same time to improve the casting process in the shape of the part.
또한, 상기 광학 현미경으로 촬영시 시편의 미세조직과 특성을 동시에 촬영하기 위하여 촛점을 맞춰 촬영하는 것을 특징으로 한다. In addition, when photographing with the optical microscope, it characterized in that the focusing in order to photograph the microstructure and characteristics of the specimen at the same time.
또한, 상기 광학 현미경으로 촬영시 시편의 슬립선을 주로 촬영하기 위하여 비초점으로 이동하여 촬영하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The method may further include a process of moving to a non-focal spot to mainly photograph the slip line of the specimen when photographing with the optical microscope.
또한, 상기 광학 현미경에 디지털 이미지 프로세싱 프로그램을 연결하여 연속적인 동영상 촬영이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다. In addition, by connecting a digital image processing program to the optical microscope it is characterized in that to enable continuous video shooting.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 금속재료의 인장 시험시 일어나는 변형 진행상황을 실시간으로 관찰하여 그 변형 특성을 분석하는 방법과 장치를 제공한다. The present invention provides a method and apparatus for observing deformation progress occurring in a tensile test of a metal material in real time and analyzing the deformation characteristics thereof.
본 발명에서 제공하는 장치는 기존에 널리 사용하고 있는 광학 현미경을 포함하며, 대기 중에서 수행하기 때문에 시험 준비 및 진행이 용이하다. The apparatus provided by the present invention includes an optical microscope widely used in the past, and is easy to prepare and proceed with the test because it is performed in the atmosphere.
더욱이 광학 현미경에 연결된 디지털 이미지 프로세싱(Digital image processing) 프로그램에 따라 연속적인 동영상 촬영도 가능하다. What's more, continuous video shooting is also possible with a digital image processing program connected to an optical microscope.
도 1에 도시한 바와 같이, 여기서는 본 발명의 장치에 대한 전체적인 구조를 보여준다. As shown in Fig. 1, the overall structure of the device of the present invention is shown here.
시험기 본체(10)의 내측으로 지그(11)를 수평상태로 놓을 수 있는 지그 프레임(14)이 배치되고, 지그 프레임(14)의 저부에는 광학 현미경(15)이 배치된다. A jig frame 14 capable of placing the jig 11 in a horizontal state is disposed inside the main body of the tester 10, and an optical microscope 15 is disposed at the bottom of the jig frame 14.
이때의 지그 프레임(14)은 광학 현미경(15)으로 인장 시편을 밑에서 촬영할 수 있도록 일정한 높이를 갖게 되고, 그 중앙에는 홀(13)이 형성되어 있어서 이곳을 통해 광학 현미경(15)을 이용한 촬영을 할 수 있게 된다. At this time, the jig frame 14 has a predetermined height so that the tensile specimen can be photographed from below by the optical microscope 15, and a hole 13 is formed in the center thereof, whereby the photographing using the optical microscope 15 is performed. You can do it.
인장 시편의 고정을 위한 양쪽 2개의 지그(11)는 지그 프레임(14)상에 놓여져 수평상태로 지지되고 그 사이에 홀(13)이 위치된다. Both jigs 11 for fixing the tensile specimen are placed on the jig frame 14 to be supported in a horizontal state, and a hole 13 is located therebetween.
이에 따라, 양쪽 지그(11) 사이에 인장 시편을 연결하면 인장 시편은 홀(13) 바로 위에 위치되므로, 광학 현미경(15)을 이용하여 인장시 가해지는 조직의 변화를 촬영할 수 있게 된다. Accordingly, when the tensile test piece is connected between both jigs 11, the tensile test piece is positioned directly above the hole 13, and thus, the optical microscope 15 can be used to photograph the change in the tissue applied during the tension.
또한, 시험기 본체(10)는 지그(11)에 하중을 인가할 수 있는 수단을 갖는 통상의 인장 시험기를 적용할 수 있으며, 각각의 지그(11)는 로드(24)를 통해 시험기 본체(10)측에 연결되어 당겨질 수 있게 되고, 일측 지그(11)에는 로드셀(12)이 부착되어 응력에 비례하는 전기적 신호값을 제공할 수 있게 된다. In addition, the tester main body 10 may apply a conventional tensile tester having a means for applying a load to the jig 11, each jig 11 is a tester main body 10 through the rod 24 It is connected to the side can be pulled, one side jig 11 is attached to the load cell 12 is able to provide an electrical signal value proportional to the stress.
특히, 시험기 본체(10)의 경우 높이를 조절할 수 있도록 되어 있으며, 이에 따라 다양한 사양의 시편을 모두 그 시험대상으로 수용할 수 있게 된다. In particular, in the case of the tester main body 10 is to be able to adjust the height, it is possible to accommodate all the specimens of various specifications as the test object.
예를 들면, 시험기 본체(10)의 포스트를 스크류형 포스트(23)로 구성하고, 이것을 모터구동수단(21)의 스크류형 모터축(22)에 결합하면, 모터 구동수단(21)의 가동에 따라 스크류형 모터축(22)이 회전하면서 스크류형 포스트(23)가 상하방향으로 움직일 수 있으므로, 시험기 본체(10)의 높이를 조절할 수 있게 된다. For example, if the post of the tester main body 10 is comprised with the screw-type post 23, and this is coupled to the screw-type motor shaft 22 of the motor-drive means 21, it will be possible to operate the motor drive means 21. Accordingly, the screw-type post 23 can move in the vertical direction while the screw-type motor shaft 22 is rotated, so that the height of the tester main body 10 can be adjusted.
이러한 시험기 본체(10)의 이동시에는 별도의 가이드수단을 구비하는 것이 바람직하다. When the tester body 10 is moved, it is preferable to provide a separate guide means.
광학 현미경(15)의 상부, 즉 지그 프레임(14) 위에 놓여지는 지그(11)는 일반적인 수직 이동식이 아닌 좌우 평형 이동식이며, 로드셀 등 나머지 그 주변의 구성요소들은 기존의 것들을 적용할 수 있고, 특히 장치의 전체적인 크기는 광학 현미경(15)의 크기에 맞게 설계되어 있다. The jig 11 placed on the top of the optical microscope 15, ie on the jig frame 14, is a left-right equilibrium movable rather than a normal vertical movable, and the remaining components such as the load cell can apply existing ones, in particular The overall size of the device is designed to fit the size of the optical microscope 15.
이때의 광학 현미경(15)은 그 촛점이 인장 시편의 저면에 맞추어지도록 세팅된다. At this time, the optical microscope 15 is set so that its focus is aligned with the bottom face of the tensile test piece.
인장 시험시 시편이 정확하게 수직 및 수평상태로 놓여 있어야만 정확한 데이터 값을 얻을 수 있다. Accurate data values can only be obtained when the specimen is placed vertically and horizontally in the tension test.
따라서, 시편을 정확하게 수직 및 수평상태로 지그에 고정시키기 위해서는 부속장치, 예를 들면 인장 시편 수직/수평 고정장치를 필요로 한다. Thus, an attachment, for example a tension specimen vertical / horizontal fixture, is required to secure the specimen to the jig precisely vertically and horizontally.
이를 위하여, 도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 상기 인장 시편 수직/수평 고정장치는 인장 시편을 고정하는 한쌍의 시편 고정판(18)과 지지대(17)로 구성되며, 이때의 시편 고정판(18)은 지지대(17)상에서 슬라이드 가능한 동시에 스프링(19)에 의한 탄력지지를 받는 구조로 조립되어 스프링에 의해 서로 붙어있는 힘으로 시편을 잡아주는 기능을 갖게 된다. To this end, as shown in Figures 2a and 2b, the tensile specimen vertical / horizontal fixture is composed of a pair of specimen holding plate 18 and the support 17 for fixing the tensile specimen, the specimen holding plate 18 at this time Is slidable on the support 17 at the same time is assembled in a structure receiving the elastic support by the spring 19 has a function of holding the specimen by the force attached to each other by the spring.
예를 들면, 지지대(17) 내에 "T"홈을 구비하고 그 속에 시편 고정판(18)을 슬라이드 가능한 구조로 조립하며 각 시편 고정판(18)의 바깥면측으로 스프링(19)을 장착하면, 시편 고정판(18)을 강제로 벌려 시편을 삽입할 수 있고, 자동적으로 스프링의 힘으로 삽입된 시편을 고정시킬 수 있다. For example, if the support 17 is provided with a "T" groove, the specimen holding plate 18 is assembled into a slidable structure, and the spring 19 is mounted on the outer side of each specimen holding plate 18, the specimen holding plate is provided. The specimen may be inserted by forcibly opening (18), and the specimen may be fixed automatically by the force of the spring.
또한, 시편 고정판(18)의 원활한 이동을 위해서는 가이드(20)를 채용하는 것이 바람직하다. In addition, for smooth movement of the specimen holding plate 18, it is preferable to employ the guide 20.
또한, 상기 지지대(17)는 시편을 포함하는 시편 고정판(18)을 수평으로 지지해주는 부분으로서, 시험기 본체(10)의 지그(11)에 부착시킬 수 있도록 그 한쪽면에는 자석(16)이 내장되어 있으며, 따라서 도 3에 도시한 바와 같이 지그(11)에 부착시킬 수 있다. In addition, the support 17 is a portion for horizontally supporting the specimen holding plate 18 including the specimen, the magnet 16 is built into one side thereof so that it can be attached to the jig 11 of the tester body 10 Therefore, it can attach to the jig 11 as shown in FIG.
이러한 인장 시편 수평/수직 고정장치를 사용하여 인장 시편을 정확히 수직 수평상태로 지그측에 고정시키는 방법을 설명하면 다음과 같다. When using the tension specimen horizontal / vertical fixing device to explain the method of fixing the tension specimen to the jig side in a vertical vertical position as follows.
양쪽의 시편 고정판(18)을 벌려서 인장 시편(100)을 끼워 넣으면 시편은 스프링(19)에 의해 자동적으로 고정된다. Opening both specimen holding plates 18 to sandwich the tensile specimen 100, the specimen is automatically fixed by the spring (19).
이렇게 시편을 고정시킨 상태에서 지지대(17)를 그 한쪽면에 노출되어 있는 자석(16)을 이용하여 스틸재로 만들어진 시험기 본체(10)의 지그(11)에 부착시킨다. In this state, the support 17 is attached to the jig 11 of the tester main body 10 made of steel using the magnet 16 exposed on one side thereof.
이때, 지지대(17)를 지그 프레임(14) 윗면에 밀착시킨 상태에서 그대로 밀어서 부착시킨다. At this time, the support 17 is pushed and attached as it is in close contact with the upper surface of the jig frame 14.
이렇게 지지대(17)를 지그(11)에 부착시키게 되면 인장 시편은 지그(11)에 수직 및 수평으로 놓이게 된다. When the support 17 is attached to the jig 11, the tensile test piece is placed vertically and horizontally on the jig 11.
계속해서, 한쪽의 지그(11)를 이용하여 시편을 고착시킨 후 반대편 지그(11)를 이동시켜서 시편의 나머지 한쪽을 고착시킨다. Subsequently, after fixing the specimen using one jig 11, the other jig 11 is moved to fix the other side of the specimen.
양쪽의 지그(11)로 시편의 양단을 고착시킨 후에 인장 시편 수직/수평 고정장치를 지그(11)로부터 분리한다. After both ends of the specimen are fixed with the jig 11 on both sides, the tension specimen vertical / horizontal fixture is separated from the jig 11.
이와 같은 본 발명에서 제공하는 인장 시편 수직/수평 고정장치는 일반적인 인장 시험장비에도 사용할 수 있는 장점을 갖는다. The tension specimen vertical / horizontal fixture provided in this invention has the advantage that it can be used in general tensile test equipment.
이하, 본 발명에 따른 분석장치를 이용하여 인장 시편에 대한 촬영을 수행하고, 이것으로부터 얻어지는 인장 시편의 조직 변화를 실시간으로 관찰 및 분석하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, a method of photographing a tensile test piece using the analysis device according to the present invention and looking at and analyzing the tissue change of the tensile test piece obtained therefrom in real time will be described.
도 4는 인장 시험 전의 시편 표면상태를 보여준다. Figure 4 shows the specimen surface state before the tensile test.
인장 시험 전 시편의 표면상태는 금속재료의 미세조직이 깨끗하게 보여야 하고, 슬립선으로 오인될 만한 긁힘 자국이 없어야 한다. The surface condition of the specimens before the tensile test shall be clear to the microstructure of the metallic material and free of scratches which may be mistaken for slip lines.
본 발명에서 일 예로서 사용하는 시편은 자동차 부품으로 널리 사용하고 있는 주조용 A356(Al-Si-Mg)합금을 사용하였으며, 부품형상으로 주조시 개량화 처리를 하였고, 주조 후에는 열처리를 하였다. The specimen used as an example in the present invention used a casting A356 (Al-Si-Mg) alloy which is widely used as an automotive part, and was subjected to an improvement treatment during casting into a part shape, and heat treatment after casting.
또한, 가공이 끝난 부품에서 인장 시편을 가공하여 준비하였다. In addition, tension specimens were prepared from the finished parts.
인장 시험을 하게 되면 도 5의 그래프에서 보여주는 인장 곡선을 얻을 수 있는데, 변형시 인장 시편의 표면은 그래프 내의 사진처럼 표면에 굴곡이 심한 현상이 일어난다. When the tensile test is performed to obtain a tensile curve shown in the graph of Figure 5, the deformation of the surface of the tensile test specimen as shown in the graph is a severe phenomenon occurs on the surface.
이러한 인장 시험을 하는 중에 변형율이 2%와 4%되는 지점(인장시편이 파괴되기 전 중간단계)에서 인장 시편의 표면 부분을 광학 현미경으로 촬영하였다. During this tensile test, the surface portion of the tensile specimen was taken under an optical microscope at strain points of 2% and 4% (middle stage before the tensile specimen failed).
이때의 인장 시편 조직의 변형 특성은 도 6에서 보여주고 있다. Deformation characteristics of the tensile specimen structure at this time is shown in FIG.
우선적으로 2% 변형시 미세 조직 내에 약간의 슬립선들이 관찰되며 미소균열도 관찰된다. First, at 2% strain, slight slip lines are observed in the microstructure, and microcracks are also observed.
또한, 전체적으로 재료 표면에 굴곡이 형성된다. In addition, curvature is formed on the material surface as a whole.
시편이 4%로 변형이 일어나면 슬립선들이 좀더 강하게 나타나고 미소균열은 좀더 크게 된다. If the specimen was deformed at 4%, the slip lines would be stronger and the microcracks would be larger.
또한, 전체적인 재료 표면도 더욱 굴곡이 심하게 된다. In addition, the overall material surface becomes more curved.
기존의 미세조직과 변형 특성을 동시에 보기 위해서 촛점을 맞추어서 촬영을 하였지만(도 6), 약간 비촛점(Defocus)으로 이동하여 광학 현미경으로 촬영하면 도 7과 같은 사진을 얻을 수 있다. In order to simultaneously view the existing microstructure and deformation characteristics were taken by focusing (FIG. 6), but slightly moved to Defocus and photographed with an optical microscope to obtain a picture as shown in FIG.
여기서는 금속재료의 미세조직은 보이지 않지만, 슬립선들을 명확히 볼 수 있다. The microstructure of the metal material is not seen here, but the slip lines can be clearly seen.
또한, 이러한 슬립선들이 모여서 생성되는 슬립밴드(Slip band)가 관찰되고, 이러한 결정립에 따라 방향성이 있는 슬립밴드와 굴곡진 표면 상태로 인해 결정립도 구분된다. In addition, a slip band generated by gathering these slip lines is observed, and crystal grains are also distinguished due to directional slip bands and curved surface states.
더 나아가서 인장 시편의 표면을 각각 2%와 4% 변형시점에서 고배율로 관찰하게 되면, 도 8에 도시한 바와 같이 미세조직 내에 있는 Si 입자들이 명확하게 보이며 그 주위에서 발생한 미소균열도 관찰할 수 있다. Furthermore, if the surface of the tensile specimen is observed at high magnification at 2% and 4% strain points, respectively, as shown in FIG. 8, the Si particles in the microstructure can be clearly seen and microcracks generated around them can be observed. .
또한, 변형율이 증가함에 따라 균열이 서로 연결되면서 성장하는 것을 볼 수 있다. In addition, it can be seen that the cracks grow as they are connected to each other as the strain increases.
이러한 균열 성장을 살펴보면, Si 입자도 균열이 일어나지만 주로 Si/Al 계면에서 균열이 발생하여 진행된다는 것을 알 수 있다. Looking at the crack growth, it can be seen that the Si particles also crack but progress mainly due to cracking at the Si / Al interface.
따라서, 위의 시편, 즉 금속재료는 Si 개량화 처리 및 열처리가 잘 되었으며, 조직에 결함이 없고 또 균일하여 인장 강도가 높을 뿐만 아니라, 연신율도 양호하다는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the above specimen, that is, the metal material has been well subjected to Si improvement treatment and heat treatment, has no defects and is uniform in structure, and has high tensile strength and good elongation.
특히, 이러한 연신율은 금속재료가 변형을 많이 하여 다량의 슬립선들을 갖고 있고, 균열 저항이 강하여 균열 생성 및 성장이 적게 되는 것과 비례하게 된다.In particular, the elongation is proportional to that in which the metal material deforms a lot and has a large amount of slip lines, and the crack resistance is strong, so that crack formation and growth are small.
이상에서와 같이 본 발명은 금속재료의 인장 변형 특성을 실시간으로 관찰 및 분석할 수 있는 장치와 방법을 제공함으로써, 금속재료의 인장 변형시 발생할 수 있는 결정립 내부의 슬립선이나, 2차상 혹은 입계 주변의 미소균열 등을 대기 중에서 광학 현미경으로 관찰하여 변형 특성을 직접적으로 분석할 수 있는 장점이 있으며, 이에 따라 위의 관찰 결과를 바탕으로 자동차용 부품으로 사용하는 금속재료의 인장 성질 특성을 이해하여 부품 적용 여부를 판단할 수 있고, 새로운 합금 설계시 참고 자료로 이용할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention provides an apparatus and a method for observing and analyzing tensile strain characteristics of a metal material in real time, thereby providing slip lines, secondary phases, or grain boundaries around grains that may occur during tensile strain of the metal material. The micro-cracks and the like have the advantage of being able to directly analyze the deformation characteristics by observation with an optical microscope in the air. Accordingly, based on the above observation results, the characteristics of the tensile properties of the metal materials used as automotive parts are understood. It can be used to determine whether it can be applied and can be used as a reference when designing a new alloy.
도 1은 본 발명에 따른 분석장치의 개략도1 is a schematic diagram of an analysis apparatus according to the present invention
도 2a,2b는 본 발명에 따른 분석장치에서 인장 시편 수직/수평 고정장치를 나타내는 사시도Figure 2a, 2b is a perspective view showing a tension specimen vertical / horizontal fixture in the analysis device according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 분석장치에서 인장 시편 수직/수평 고정장치의 사용상태를 나타내는 개략도Figure 3 is a schematic diagram showing the use state of the tension specimen vertical / horizontal fixture in the analysis device according to the present invention
도 4는 인장 시험 전 인장 시편의 표면 미세조직을 보여주는 사진Figure 4 is a photograph showing the surface microstructure of the tensile specimen before the tensile test
도 5는 인장 응력-변형율 곡선과 파단시 인장 시편의 표면상태를 보여주는 사진5 is a photograph showing the tensile stress-strain curve and the surface state of the tensile specimen at break
도 6은 인장 시험 도중 변형율 2%와 4%에서 얻어진 인장 시편의 조직을 보여주는 광학 현미경 조직 사진FIG. 6 is an optical microscopic picture showing the structure of tensile specimens obtained at 2% and 4% strain during tensile testing.
도 7은 도 6에서 얻어진 사진을 비초점으로 하여 얻은 사진FIG. 7 is a photograph obtained by making the photograph obtained in FIG. 6 out of focus
도 8은 도 6의 고배율 광학 현미경 조직 사진8 is a high magnification optical microscope tissue photograph of FIG.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 시험기 본체 11 : 지그10 tester body 11: jig
12 : 로드셀 13 : 홀12: load cell 13: hole
14 : 지그 프레임 15 : 광학 현미경14: jig frame 15: optical microscope
16 : 자석 17 : 지지대16 magnet 17 support
18 : 시편 고정판 19 : 스프링18: specimen holding plate 19: spring
20 : 가이드 21 : 모터 구동수단20: guide 21: motor drive means
22 : 스크류형 모터축 23 : 스크류형 포스트22: screw-type motor shaft 23: screw-type post
24 : 로드24: loading
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