KR101631747B1 - Measuring apparatus and method of elastic modulus for diagnosing material damages - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 압입 탄성계수 측정장치는 시편에 압입되고, 제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210, 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 시편에 압입되고, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220), 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정부(400), 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)가 상기 시편에 압입된 깊이를 측정하는 변위 센서(500) 및 상기 하중 측정부(400)가 측정한 하중 및 상기 변위 센서(500)가 측정한 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 계산부(600)를 포함할 수 있다.The present invention relates to an indentation elastic modulus measuring device for local diagnosis of material damage and a measuring method thereof. The push-in elastic modulus measuring device according to an embodiment of the present invention is press-fitted into a specimen and includes main-pressure particles 210 having a first radius of curvature, the same material as that of the main-pressure particle 210, , A negative pressure particle (220) having a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature, a load measuring part (220) for measuring a load applied to the main particle (210) A displacement sensor 500 for measuring the depth of the main pellet 210 or the subpenetration particle 220 inserted into the specimen, a load sensor 400 for measuring a load measured by the load measuring unit 400, 500) may be used to calculate the elastic modulus of the specimen.
Description
본 발명은 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡률반경이 다른 압입자를 이용하여 재질의 손상 진단을 위한 압입 탄성계수를 측정하는 장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an indentation elastic modulus measuring device for local diagnosis of material damage and a measuring method thereof, and more particularly, to an apparatus for measuring a indentation elastic modulus for diagnosing a material damage using an indentor having a different radius of curvature, ≪ / RTI >
고온, 고압에서 운용되는 금속부재의 재질손상이 축적됨에 따라 금속의 탄성특성, 즉 탄성계수의 저하가 발생하는 것으로 보고되고 있으며, 특히 수소와 같은 침식성 환경에 노출될 경우에도 재질 내부에 기공이 발생되거나 결정립계에 결함들이 축적되어 탄성특성의 저하가 유발된다. 이러한 손상부재의 탄성계수를 간편하면서도 정량적으로 측정할 수 있게 되면, 손상의 정도를 탄성계수의 변화로부터 파악하는 것도 가능해진다.It has been reported that the elastic properties of the metal, that is, the elastic modulus, are lowered as the material damage of the metal member operated at high temperature and high pressure accumulates. In particular, even when exposed to an erosive environment such as hydrogen, Or defects accumulate in the grain boundaries, resulting in degradation of the elastic properties. If the elastic modulus of such a damaged member can be measured simply and quantitatively, it is also possible to grasp the degree of damage from the change in elastic modulus.
재료의 탄성계수를 측정하는 기본적인 방법으로 재료의 탄성적인 변형을 유발하고, 이의 가역적인 회복에 필요한 힘과 변위를 측정하여 그 기울기로부터 유추하는 방법이 일반적이다. 예를 들어 단축 인장시험에서 시험편을 탄성구간 내에서 축방향으로 늘일 때의 힘-연신변위 데이터를 구하고, 이를 시험편의 연신부 단면적과 초기길이를 고려하여 응력-변형률 간의 데이터로 변환할 수 있다. 변환된 탄성변형 직선의 기울기, 즉 증가응력/연신변형률이 곧 단축 인장시험편의 탄성계수가 된다.As a basic method for measuring the elastic modulus of a material, a method of inducing an elastic deformation of a material, measuring a force and a displacement necessary for its reversible recovery, and deducing from the slope is common. For example, in the uniaxial tensile test, the force-elongation displacement data when the specimen is stretched in the axial direction in the elastic section can be obtained and converted into the stress-strain data considering the elongation sectional area and initial length of the specimen. The slope of the converted elastic deformation line, that is, the increasing stress / elongation strain, becomes the elastic modulus of the uniaxial tensile test piece.
1990년대 이후로 압입경도 시험편을 개선하여, 연속적으로 압입하중-침투변위 곡선을 측정하는 계장화 압입시험법(instrumented indentation test)이 개발되었다.Since the 1990s, instrumented indentation tests have been developed to improve the indentation hardness test specimens and continuously measure the indentation load - penetration displacement curve.
계장화 압입시험법은 운용 중인 손상부재의 강도, 잔류응력 및 파괴인성까지 측정하는 기법이 확보되어 있기 때문에 재질손상을 국소적으로 진단하는 강력한 방법이다. 특히 수백 mN 이하의 국소하중을 인가하여 마이크론 크기의 압입변형을 유발하는 나노압입시험(nanoindentation test)에서 하중제거그래프의 기울기, 즉 접촉강성(contact stifffness)으로부터 탄성계수를 평가하는 기법이 개발되었고, 이를 계장화 압입시험법에 이용할 경우에는 간단하게 재질손상을 겪은 소재의 탄성계수를 평가할 수 있게 되었다.Instrumented indentation testing is a robust method for locally diagnosing material damage because it provides techniques to measure the strength, residual stress and fracture toughness of the operating member in operation. In particular, a technique for evaluating the elastic modulus from the slope of the load removal graph, that is, contact stifffness, has been developed in a nanoindentation test, which induces a micron-sized indentation strain by applying a local load of several hundreds of mN or less. When using this method in the instrumentation indentation test method, it is possible to evaluate the elastic modulus of a material that has undergone simple material damage.
그러나 나노압입시험기법에서 개발된 하중제거그래프를 이용한 탄성계수의 평가는 계장화 압입시험에서는 과도한 소성역의 발생, 특히 압입자 주변의 심각한 재료쌓임현상으로 인해 탄성계수를 과대평가하는 양상을 나타내었고, 소재의 정량적인 탄성물성을 측정하는 데는 제약이 따랐다.However, the evaluation of the modulus of elasticity using the load removal graph developed by the nano indentation test method showed an excessive evaluation of the elastic modulus due to the occurrence of excessive fatigue zone, particularly the accumulation of material around the pressure particle, in the instrumental indentation test , There was a limitation in measuring the quantitative elastic properties of the material.
이후 Maneiro와 Rodriguez는 구형 압입시험에서 획득된 하중제거그래프로부터 Hertz가 해석한 하기의 수학식 1에 대입함으로써 탄성계수를 계산하였다.Maneiro and Rodriguez then calculated the modulus of elasticity by substituting Hertz 's equation (1) from the load removal graph obtained in the spherical indentation test.
상기 수학식 1에서 은 곡률을 가진 2개의 입자가 맞닿을 때의 하중이고, 은 유효 탄성계수이며, 는 압입자 및 시편 표면 사이의 접촉곡률반경이고, 는 탄성 압입변위를 나타낸다.In Equation (1) Is a load when two particles having a curvature come into contact with each other, Is an effective elastic modulus, Is the radius of curvature of contact between the pressure particle and the specimen surface, Represents an elastic indentation displacement.
수학식 1에서 살펴볼 수 있는 것처럼 유효 탄성계수 을 결정하기 위해서는 압입자 및 시편 표면 사이의 접촉곡률반경 의 결정이 필요하다.As can be seen from Equation (1), the effective elastic modulus The radius of curvature of contact between the compact particles and the specimen surface Is required.
특히 주 압입자(primary indenter)에 의해 시편 표면에 압흔(primary indent)이 발생한 이후에 압입하중을 제거하는 과정을 수학식 1로 표현할 경우, 접촉곡률반경인 는 하기의 수학식 2와 같이 표현된다.Particularly, when the process of removing the indentation load after primary indentation on the surface of the specimen by the primary indenter is expressed by Equation (1), the radius of curvature of contact Is expressed by the following equation (2).
상기 수학식 2에서 는 압입자의 곡률반경이고, 은 압흔의 곡률반경을 나타낸다.In Equation (2) Is the radius of curvature of the indenter, Represents the radius of curvature of the indentation.
특히 압입자의 곡률반경인 와 달리 압흔의 경우 오목한 형태로 음의 곡률반경인 을 가진다. 주 압입자의 곡률반경인 는 알려져 있으나, 압입하중을 인가하여 변형이 유발된 이후 탄성회복을 겪고 난 이후에 재료표면에 남은 압흔의 곡률반경 “”의 값은 직접 관찰을 하지 않고서는 결정이 곤란하다.In particular, the radius of curvature of the indenter In contrast to indentation, the radius of curvature . The radius of curvature of the main indenter The radius of curvature of the indentation remaining on the surface of the material after experiencing elastic recovery after the deformation is induced by applying the indentation load is known, "Is difficult to determine without direct observation.
Maneiro와 Rodriguez는 Oliver-Pharr의 하중제거그래프 분석에서 결정된 접촉깊이와 접촉반경을 최대하중 하에서 압입자 및 시편 표면 간의 접촉물성과 동일하다고 가정하고, 하중제거과정에서 이 접촉반경의 탄성적인 회복이 전혀 없다는 전제 하에 압흔의 곡률반경을 수학식 3으로 표시하였다Maneiro and Rodriguez assume that the contact depth and contact radius determined in Oliver-Pharr's load removal graph analysis are equal to the contact properties between the blob and specimen surface under maximum load, The radius of curvature of indentation is expressed by Equation 3
상기 수학식 3에서 은 압흔의 곡률반경이고, 는 압입자의 곡률반경이며, max는 최대 압입깊이이고, f는 압입하중을 완전히 제거하고 남은 잔류 압입깊이를 나타낸다.In Equation (3) Is the radius of curvature of the indentation, Is the radius of curvature of the indenter, max is the maximum indentation depth, f represents the residual indentation depth remaining after the indentation load is completely removed.
수학식 3에서 결정된 압흔의 곡률반경 을 수학식 2에 대입하여 결정된 와 하중제거곡선을 수학식 1로 최적화한 피팅 상수값 을 비교하여 환산 탄성계수 이 결정된다.The radius of curvature of the indentation determined in equation (3) Into the equation (2) And the fitting constant value optimized by the equation (1) for the load removal curve And the calculated elastic modulus Is determined.
그러나 수학식 3에서도 Oliver-Pharr의 하중제거곡선 해석방법으로 접촉깊이 및 접촉반경을 결정하기 때문에 압입자 주변의 재료쌓임에 대한 명확한 파악이 불가능하다는 문제점은 여전히 존재한다.However, since the contact depth and the contact radius are determined by the load removal curve analysis method of Oliver-Pharr in Equation (3), there is still a problem that it is impossible to clearly grasp the accumulation of material around the pressure particle.
따라서 본 발명에서는 접촉곡률반경과 압흔의 곡률반경을 보다 간편히 평가하고, 궁극적으로 재질손상을 보다 명확히 평가하기 위하여 정량적으로 탄성계수를 해석할 수 있는 압입자의 곡률반경이 서로 다른 2종 구형압입시험장치 및 그 시험방법을 제안한다Therefore, in the present invention, in order to more easily evaluate the radius of curvature of contact and the radius of curvature of the indentation, and ultimately to more clearly evaluate the material damage, a two-kind spherical indentation test apparatus And a test method thereof
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법을 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a user with an indentation elastic modulus measuring device for local diagnosis of material damage and a measuring method thereof.
구체적으로, 주 압입자 및 부 압입자를 사용함으로써 환산탄성계수가 제거된 접촉곡률반경 비 을 결정할 수 있고, 이로부터 하중제거곡선 혹은 하중재인가 곡선의 접촉곡률반경인 나 를 독립적으로 결정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.Specifically, by using the main-pressure particle and the negative indentor, the contact curvature radius ratio From which the load removal curves or the contact curvature radii of the load application curve I To be able to decide independently.
또한, 나 가 결정되었기 때문에 탄성접촉식으로부터 압입변형된 시험편의 재료쌓임변형을 무시하는 것과 같은 별다른 가정없이 탄성계수를 정량적으로 결정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.Also, I The elastic modulus can be determined quantitatively without any assumptions such as ignoring the material deformation of the specimens subjected to the press-in deformation from the elastic contact type.
또한, 재료쌓임 등에 대한 영향을 배제하고, 독립적으로 탄성계수를 결정할 수 있어, 재료손상의 영향을 뚜렷이 받는 탄성계수 고유값의 변화를 파악할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.The object of the present invention is to make it possible to determine the elastic modulus independently without influencing the accumulation of materials and so on, and to grasp the change of the elastic modulus eigenvalue which is clearly affected by the material damage.
또한, 크기가 다른 구형압입자로 하나의 압흔 내에서 하중제거곡선이나 하중재인가곡선을 획득하기 때문에 계장화 압입시스템을 여러 번 옮길 필요없이 시험이 가능하게 하는데 그 목적이 있다.The purpose of this study is to make it possible to carry out the instrumented indentation system without the need to move the instrumentation indentation system several times because it obtains a load removal curve or a load-carrying curve in a single indentation with different spherical indenters of different sizes.
또한, 주 압입자에 의한 모든 유동곡선 측정, 잔류응력 및 파괴인성 시험이 행해진 이후에 부 압입자로 교체하여 1회 하중재인가 곡선만 획득하면 탄성계수의 해석이 가능하기 때문에 다른 측정과정과 복합적으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.In addition, after all the flow curve measurement, residual stress, and fracture toughness tests are performed by the main-pressure particle, it is possible to analyze the elastic modulus by replacing the negative indentation and obtaining the one- So that it can be used.
또한, 평평한 표면이 아닌 곡면에 하중제거 또는 하중재인가를 함으로써 Hertz식의 상수인 의 값을 키울 수 있고, 이로 인해 수 N 범위에서 Hertz식을 만족시키는 피팅을 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.In addition, by removing the load on the curved surface rather than the flat surface or applying the load-carrying material, the Hertz constant And it is therefore an object of the present invention to provide fitting that satisfies the Hertz equation in the range of N.
또한, 2종의 구형압입자를 이용하여 하중재인가곡선을 형성하는 방법은 부 압입자(secondary indenter)의 반경을 주 압입자(primary indenter)의 반경에 근접하도록 조절함으로써 수십에서 수백 N을 인가하더라도 유지되는 가역적인 하중재인가곡선을 획득하는데 그 목적이 있다.In addition, the method of forming a load-applying curve by using two spherical indenters is performed by adjusting the radius of the secondary indenter to be close to the radius of the primary indenter so that tens to hundreds of N is applied The goal is to obtain a reversible load-carrying curve that is maintained.
또한, Oliver-Pharr의 해석이나 Maneiro-Rodriguez의 해석과 달리 접촉깊이나 접촉반경에 대한 정보가 불필요하기 때문에 압입자 주변의 재료쌓임 영향도 받지 않아서 포괄적인 금속소재의 물성측정에 용이하게 적용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.In addition, unlike Oliver-Pharr's interpretation or Maneiro-Rodriguez's interpretation, no information about the contact depth or contact radius is needed, so it is not affected by the accumulation of materials around the indentation particles, It has its purpose.
또한, 계장화 압입시험에서 2종의 주 압입자와 부 압입자를 동시에 압입시스템에 체결하고, 하중제거과정과 하중재인가 과정 사이에 주 압입자를 부 압입자로 교환하는 과정만 거칠 경우 부가적인 시험의 복잡함 없이 탄성계수 해석에 필요한 충분한 데이터의 축적이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.In addition, in the instrumental indentation test, when two kinds of main-pressure particle and negative indentor are fastened to the indentation system at the same time and only the process of replacing the main indentor with the indentor is performed between the load removal process and the lower- So that it is possible to accumulate sufficient data necessary for the elastic modulus analysis without complicatedness.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 압입 탄성계수 측정장치는 시편에 압입되고, 제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210), 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 시편에 압입되고, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220), 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정부(400), 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)가 상기 시편에 압입된 깊이를 측정하는 변위 센서(500) 및 상기 하중 측정부(400)가 측정한 하중 및 상기 변위 센서(500)가 측정한 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 계산부(600)를 포함할 수 있다.The push-in elastic modulus measuring device according to an example of the present invention for realizing the above-described problem is provided with a main-
또한, 상기 계산부(600)는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산할 수 있다.Also, the
수학식 1
상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.In the above equation (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the
또한, 상기 계산부(600)는 하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산할 수 있다.Further, the
수학식 2Equation 2
상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.In Equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the
또한, 상기 계산부(600)는 하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산할 수 있다.Also, the
수학식 3Equation 3
상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 압입 탄성계수 측정장치는 시편에 압입되고, 재질이 동일하며, 서로 다른 곡률반경을 갖는 복수의 압입자, 상기 시편으로부터 복수의 압입자중 적어도 하나의 압입자에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정부(400), 상기 복수의 압입자중 적어도 하나의 압입자가 상기 시편에 압입된 깊이를 측정하는 변위센서(500) 및 상기 하중 측정부(400)가 측정한 하중 및 상기 변위 센서(500)가 측정한 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 계산부를 포함할 수 있다.A press-in elastic modulus measuring apparatus according to an example of the present invention for realizing the above-mentioned problems is characterized in that a press-in elastic modulus measuring apparatus which is press-fitted into a specimen, has the same material, and has a plurality of pressure grains having different radii of curvature, A
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 압입 탄성계수 측정방법은 제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210)를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시키는 제 1 단계, 압입시킨 상기 주 압입자(210)를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 주 압입자(210)에 인가되는 제 1 하중 및 상기 주 압입자(210)가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계, 상기 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)를 압입시키면서 상기 부 압입자(220)에 인가되는 제 2 하중 및 상기 부 압입자(220)가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계, 상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 제 4 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to achieve the above-mentioned object, the method of measuring the indentation elastic modulus according to an example of the present invention includes a first step of press-fitting a main-
또한, 상기 제 4 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산할 수 있다.In the fourth step, the elastic modulus can be calculated using Equation (1) below.
수학식 1
상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.In the above equation (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the
또한, 하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산할 수 있다.Further, by using the following equation (2) And Can be calculated.
수학식 2Equation 2
상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.In Equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the
또한, 하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산할 수 있다.Further, by using the following equation (3) Can be calculated.
수학식 3Equation 3
상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 압입 탄성계수 측정방법은 재질이 동일하며 서로 다른 곡률반경을 갖는 복수의 압입자 중 제 1 압입자를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시키는 제 1 단계, 압입시킨 상기 제 1 압입자를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 제 1 압입자에 인가되는 제 1 하중 및 상기 제 1 압입자가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계, 상기 제 1 압입자의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 복수의 압입자 중 상기 제 1 압입자보다 작은 곡률반경을 갖는 제 2 압입자를 압입시키면서 상기 제 2 압입자에 인가되는 제 2 하중 및 상기 제 2 압입자가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계, 상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 제 4 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, there is provided a method of measuring a press-in elastic modulus according to an example of the present invention, comprising the steps of: pressing a first indentor among a plurality of indentations having the same material and having different radii of curvature, A second step of real-time measurement of a first load applied to the first pressure particle and a first depth in which the first presser is press-fitted while the press-fitted first presser is removed from the specimen, And a second load applied to the second indentation while pressing the second indentor having a curvature radius smaller than that of the first indentation among the plurality of indentations, A first depth, a second depth, a second depth, and a second depth in real time, and measuring the elasticity of the specimen using the first load, the first depth, To count the number may include a fourth step.
또한, 상기 제 4 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산할 수 있다.In the fourth step, the elastic modulus can be calculated using Equation (1) below.
수학식 1
상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.In the above equation (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 압입 탄성계수 측정방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체는 제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210)를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시키는 제 1 단계, 압입시킨 상기 주 압입자(210)를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 주 압입자(210)에 인가되는 제 1 하중 및 상기 주 압입자(210)가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계, 상기 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)를 압입시키면서 상기 부 압입자(220)에 인가되는 제 2 하중 및 상기 부 압입자(220)가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계 및 상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 제 4 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, a program of instructions executable by the digital processing apparatus is implemented tangibly to carry out the method of measuring the indentation elastic modulus according to an example of the present invention for realizing the above-mentioned problems, The recording medium capable of being press-fit includes a first step of press-fitting a main-
또한, 상기 제 4 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산할 수 있다.In the fourth step, the elastic modulus can be calculated using Equation (1) below.
수학식 1
상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.In the above equation (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the
또한, 하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산할 수 있다.Further, by using the following equation (2) And Can be calculated.
수학식 2Equation 2
상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.In Equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the
또한, 하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산할 수 있다.Further, by using the following equation (3) Can be calculated.
수학식 3Equation 3
상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 복수의 압입자를 이용하여 탄성계를 측정하는 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체는 재질이 동일하며 서로 다른 곡률반경을 갖는 복수의 압입자 중 제 1 압입자를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시키는 제 1 단계, 압입시킨 상기 제 1 압입자를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 제 1 압입자에 인가되는 제 1 하중 및 상기 제 1 압입자가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계, 상기 제 1 압입자의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 복수의 압입자 중 상기 제 1 압입자보다 작은 곡률반경을 갖는 제 2 압입자를 압입시키면서 상기 제 2 압입자에 인가되는 제 2 하중 및 상기 제 2 압입자가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계, 상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 제 4 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, a program of instructions executable by a digital processing apparatus is tangibly embodied in order to perform a method of measuring an elastic system using a plurality of indenters related to an example of the present invention for realizing the above-mentioned problems, A recording medium which can be read by the digital processing apparatus includes a first step of press-fitting a first indentifier among a plurality of indentations having the same material and having different radii of curvature into the specimen by a predetermined depth, A second step of measuring, in real time, a first load applied to the first indenter and a first depth of the first indenter being press-fitted while being removed from the specimen, a second step of measuring the indent of the indent due to the indentation of the first indenter And a second indenter having a radius of curvature smaller than that of the first indentifier among the plurality of indentations is press- A second step of measuring in real time a second load applied to the two-pressed particles and a second depth in which the second indentor is press-fitted, using the first load, the first depth, the second load and the second depth And calculating a modulus of elasticity of the specimen.
본 발명은 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법을 사용자에게 제공할 수 있다.The present invention can provide a user with an indentation elastic modulus measuring device and a measuring method thereof for local diagnosis of material damage.
구체적으로, 주 압입자 및 부 압입자를 사용함으로써 환산탄성계수가 제거된 접촉곡률반경 비 을 결정할 수 있고, 이로부터 하중제거곡선 혹은 하중재인가 곡선의 접촉곡률반경인 나 를 독립적으로 결정할 수 있다.Specifically, by using the main-pressure particle and the negative indentor, the contact curvature radius ratio From which the load removal curves or the contact curvature radii of the load application curve I Can be determined independently.
또한, 나 가 결정되었기 때문에 탄성접촉식으로부터 압입변형된 시험편의 재료쌓임변형을 무시하는 것과 같은 별다른 가정없이 탄성계수를 정량적으로 결정할 수 있다.Also, I The modulus of elasticity can be determined quantitatively without any assumptions such as ignoring material accumulation deformation of the specimens subjected to indentation transformation from the elastic contact type.
또한, 재료쌓임 등에 대한 영향을 배제하고, 독립적으로 탄성계수를 결정할 수 있어, 재료손상의 영향을 뚜렷이 받는 탄성계수 고유값의 변화를 파악할 수 있도록 할 수 있다.In addition, it is possible to independently determine the elastic modulus without influencing the material accumulation and the like, so that it is possible to grasp the change in the elastic modulus inherent value, which is clearly affected by the material damage.
또한, 크기가 다른 구형압입자로 하나의 압흔 내에서 하중제거곡선이나 하중재인가곡선을 획득하기 때문에 계장화 압입시스템을 여러 번 옮길 필요없이 시험이 가능하게 할 수 있다.In addition, it is possible to test without the need to move the instrumentation indentation system several times because it obtains a load removal curve or a load-applying curve within a single indentation with a spherical indentor of different size.
또한, 주 압입자에 의한 모든 유동곡선 측정, 잔류응력 및 파괴인성 시험이 행해진 이후에 부 압입자로 교체하여 1회 하중재인가 곡선만 획득하면 탄성계수의 해석이 가능하기 때문에 다른 측정과정과 복합적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.In addition, after all the flow curve measurement, residual stress, and fracture toughness tests are performed by the main-pressure particle, it is possible to analyze the elastic modulus by replacing the negative indentation and obtaining the one- Can be used.
또한, 평평한 표면이 아닌 곡면에 하중제거 또는 하중재인가를 함으로써 Hertz식의 상수인 의 값을 키울 수 있고, 이로 인해 수 N 범위에서 Hertz식을 만족시키는 피팅을 할 수 있다.In addition, by removing the load on the curved surface rather than the flat surface or applying the load-carrying material, the Hertz constant Can be increased, so that it is possible to perform fitting that satisfies the Hertz equation in the range of the number N. [
또한, 2종의 구형압입자를 이용하여 하중재인가곡선을 형성하는 방법은 부 압입자(secondary indenter)의 반경을 주 압입자(primary indenter)의 반경에 근접하도록 조절함으로써 수십에서 수백 N을 인가하더라도 유지되는 가역적인 하중재인가곡선을 획득할 수 있다.In addition, the method of forming a load-applying curve by using two spherical indenters is performed by adjusting the radius of the secondary indenter to be close to the radius of the primary indenter so that tens to hundreds of N is applied A reversible load carrying curve can be obtained.
또한, Oliver-Pharr의 해석이나 Maneiro-Rodriguez의 해석과 달리 접촉깊이나 접촉반경에 대한 정보가 불필요하기 때문에 압입자 주변의 재료쌓임 영향도 받지 않아서 포괄적인 금속소재의 물성측정에 용이하게 적용할 수 있다.In addition, unlike Oliver-Pharr's interpretation or Maneiro-Rodriguez's interpretation, no information about the contact depth or contact radius is needed, so it is not affected by the accumulation of materials around the indentation particles, have.
또한, 계장화 압입시험에서 2종의 주 압입자와 부 압입자를 동시에 압입시스템에 체결하고, 하중제거과정과 하중재인가 과정 사이에 주 압입자를 부 압입자로 교환하는 과정만 거칠 경우 부가적인 시험의 복잡함 없이 탄성계수 해석에 필요한 충분한 데이터의 축적이 가능하다.In addition, in the instrumental indentation test, when two kinds of main-pressure particle and negative indentor are fastened to the indentation system at the same time and only the process of replacing the main indentor with the indentor is performed between the load removal process and the lower- It is possible to accumulate sufficient data for the elastic modulus analysis without complication.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 은 압입자를 시편에 압입하여 시편의 탄성계수를 측정하는 종래의 계장화 압입시험법의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시례와 관련된 압입 탄성계수 측정장치의 블록 구성도(Block diagram)이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자가 시편에 압입되어 시편으로부터 제거되기 전의 상태를 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자에 시편으로부터의 하중이 인가되지 않는 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자가 압입된 깊이에 대한 주 압입자에 인가되는 하중을 나타낸 곡선이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 시편에 압입되기 전의 상태를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 시편에 압입된 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 압입된 깊이에 대한 부 압입자에 인가되는 하중을 나타낸 곡선이다.
도 7은 도 5의 곡선에서 하중이 인가되는 지점을 원점으로 한 곡선과 도 6의 곡선에서 하중이 인가되는 지점을 원점으로 한 곡선을 하나의 좌표계에 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 압입자를 이용한 탄성계수 측정방법을 나타낸 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate a preferred embodiment of the invention and, together with the description, serve to provide a further understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
Fig. 1 shows an example of a conventional instrumentation indentation test method for measuring the elastic modulus of a specimen by press-fitting an indenter into a specimen.
2 is a block diagram of an indentation elastic modulus measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3A shows a state before a main indenter according to an embodiment of the present invention is pressed into a specimen and removed from the specimen.
FIG. 3B shows a state in which no load is applied to the main-pressure particle according to an embodiment of the present invention.
4 is a curve showing a load applied to the main-pressure particle with respect to the depth of the main indenter being press-fitted according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5A shows a state before the negative indent according to an embodiment of the present invention is pressed into the specimen. FIG.
FIG. 5B shows a state in which the negative indentor is press-fitted into the test piece according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a curve showing a load applied to the negative pressure particle with respect to the depth of the indentation by the negative indentor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a curve in which the load is applied at the curve in FIG. 5 as the origin and a curve in which the load is applied at the curve in FIG. 6 as the origin, in one coordinate system.
8 is a flowchart showing a method of measuring elastic modulus using an indenter according to an embodiment of the present invention.
고온, 고압에서 운용되는 금속부재의 재질손상이 축적됨에 따라 금속의 탄성특성 저하가 유발된다. 이러한 손상부재의 탄성계수를 간편하면서도 정량적으로 측정할 수 있게 되면, 손상의 정도를 탄성계수의 변화로부터 파악하는 것도 가능해진다.As the material damage of the metal member operated at high temperature and high pressure accumulates, the elastic property of the metal is degraded. If the elastic modulus of such a damaged member can be measured simply and quantitatively, it is also possible to grasp the degree of damage from the change in elastic modulus.
재료의 탄성계수를 측정하는 기본적인 방법으로 재료의 탄성적인 변형을 유발하고, 이의 가역적인 회복에 필요한 힘과 변위를 측정하여 그 기울기로부터 유추하는 방법이 일반적이다.As a basic method for measuring the elastic modulus of a material, a method of inducing an elastic deformation of a material, measuring a force and a displacement necessary for its reversible recovery, and deducing from the slope is common.
이후, 도 1과 같이 압입자(1)를 이용하여 연속적으로 압입하중-침투변위 곡선을 측정하는 계장화 압입시험법(instrumented indentation test)이 개발되었다.Thereafter, as shown in Fig. 1, instrumented indentation test for continuously measuring indentation load-infiltration displacement curve using the
도 1 은 종래 압입자를 시편에 압입하여 시편의 탄성계수를 측정하는 계장화 압입시험법의 일례를 나타낸다.1 shows an example of a conventional instrumentation indentation test method in which a conventional indentor is pressed into a test piece to measure the elastic modulus of the test piece.
그러나 계장화 압입시험에서는 과도한 소성역의 발생, 특히 압입자 주변의 심각한 재료쌓임현상으로 인해 탄성계수를 과대평가하는 양상을 나타내었고, 소재의 정량적인 탄성물성을 측정하는 데는 제약이 따랐다.However, in the instrumentation indentation test, the elastic modulus was overestimated due to the excessive firing range, especially the serious material accumulation around the pressure particle, and there was a limitation in measuring the quantitative elastic properties of the material.
이후, Maneiro와 Rodriguez는 구형 압입시험에서 획득된 하중제거곡선으로부터 Hertz가 해석한 하기의 수학식 1에 대입함으로써 탄성계수를 계산하였다.Maneiro and Rodriguez then calculated the modulus of elasticity by substituting Hertz 's equation (1) from the load removal curve obtained in the spherical indentation test.
상기 수학식 4에서 은 곡률을 가진 2개의 입자가 맞닿을 때의 하중이고,, 은 유효 탄성계수이며, 는 압입자 및 시편 표면 사이의 접촉곡률반경이고, 는 탄성 압입변위를 나타낸다.In Equation (4) Is the load when two particles having a curvature meet, Is an effective elastic modulus, Is the radius of curvature of contact between the pressure particle and the specimen surface, Represents an elastic indentation displacement.
상기 수학식 4를 이용하면 의 값은 구할 수 있으나 이는 탄성계수 과 가 복합된 정보로써 탄성계수만을 특정하기 어렵다.Using Equation 4 above, The value of the elastic modulus and It is difficult to specify only the modulus of elasticity.
따라서 본 발명에서는 2개의 압입자를 이용하여 2개의 탄성 압입곡선으로부터 및 의 값을 구하고, 이들의 비 값인 을 구하여 및 를 구하며, 궁극적으로 탄성계수 을 해석할 수 있는 압입자의 곡률반경이 서로 다른 2종 구형압입시험을 제안한다.Therefore, in the present invention, two indentation curves are formed from two elastic indentation curves And , And their non-values To obtain And , And ultimately the modulus of elasticity We propose a two-kind spherical indentation test in which the radius of curvature of the indenter is different.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and the entire configuration described in this embodiment is not necessarily essential as the solution means of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시례와 관련된 압입 탄성계수 측정장치의 블록 구성도(Block diagram)이다.2 is a block diagram of an indentation elastic modulus measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 압입 탄성계수 측정장치는 주 압입자(210), 부 압입자(220), 구동부(300), 하중 측정부(400), 변위 센서(500) 및 계산부(600) 등을 포함할 수 있다. 단, 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 압입 탄성계수 측정장치가 구현될 수도 있다.The press-fitting elastic modulus measuring apparatus may include a main-
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.Hereinafter, the components will be described in order.
압입자는 외부 부하를 시편에 전달하며, 시편에 비해 경도가 높아서 일방적으로 대상표면에 압입되는 구성이다. 압입자의 형태로는 피라미드형, 원뿔형, 원기둥형, 사각기둥형, 구형, 비커스형, 누우프형 등이 있지만 본 발명에서는 끝단에 곡률이 존재하는 압입자를 사용한다.The indenter conveys the external load to the specimen and has a hardness higher than that of the specimen so that it is unilaterally press-fitted into the object surface. The indenter may be a pyramid, a cone, a cylinder, a square column, a sphere, a Vickers type, a nubu type, etc. However, in the present invention, an indenter having curvature at the end is used.
본 발명에서 주 압입자(210)는 끝단에 제 1 곡률반경을 갖고, 부 압입자(220)는 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는다.In the present invention, the main-
또한, 구동부(300)는 압입자에 인가되는 압입하중을 변경시키기 위해 압입자를 시편에 인가하거나 시편으로부터 제거시키는 구성이다.The driving
또한, 하중 측정부(400)는 압입자가 시편에 인가되거나 제거되는 과정에서 시편으로부터 압입자에 인가되는 하중을 측정할 수 있는 구성이다.In addition, the
또한, 변위 센서(500)는 압입자가 초기 압입위치로부터 압입된 깊이를 측정하는 구성이다.Further, the
또한, 계산부(600)는 하중 측정부(400)가 측정한 하중 및 변위 센서(500)가 측정한 깊이를 이용하여 시편의 탄성계수를 계산하는 구성이다.The
이하에서는 도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여 주 압입자(210)를 이용하여 하중제거곡선을 구하는 과정에 대해서 설명한다.Hereinafter, a process of calculating a load removal curve using the main-
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자가 시편에 압입되어 시편으로부터 제거되기 전의 상태를 나타낸다.3A shows a state before a main indenter according to an embodiment of the present invention is pressed into a specimen and removed from the specimen.
또한, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자에 시편으로부터의 하중이 인가되지 않는 상태를 나타낸다.FIG. 3B shows a state in which no load is applied to the main-pressure particle according to an embodiment of the present invention.
또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주 압입자가 압입된 깊이에 대한 주 압입자에 인가되는 하중을 나타낸 곡선이다.4 is a curve showing a load applied to the main-pressure particle with respect to the depth of the main indenter being press-fitted according to an embodiment of the present invention.
먼저, 구동부(300)를 이용하여 주 압입자(210)에 기 설정된 하중이 인가되도록 시편에 압입자를 압입시킨다. 이후, 도 3에 도시된 것과 같이 주 압입자(210)를 시편으로부터 제거하며 하중 측정부(400)를 이용하여 주 압입자(210)에 인가되는 하중을 측정하고, 변위 센서(500)를 이용하여 주 압입자(210)가 압입된 깊이를 측정한다.First, the indenter is press-fitted into the specimen so that a predetermined load is applied to the main-
측정을 한 결과로 도 4와 같이 주 압입자(210)가 시편으로부터 제거되는 과정에서 구해진 주 압입자(210)의 압입 깊이와 주 압입자(210)에 인가된 하중의 관계인 하중제거곡선을 획득할 수 있다.As a result of the measurement, a load removal curve, which is a relationship between the indentation depth of the main-
주 압입자(210)에 의한 하중제거 곡선을 획득된 이후 시편에 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)이 생긴다.A primary indent due to the indentation of the
다음으로, 도 5a, 도 5b 및 도 6을 참조하여 주 압입자(210)의 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)(secondary indenter)를 이용하여 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 2차로 압입시험을 수행하여 하중재인가곡선(reloading curve)을 획득하는 과정을 설명한다.Next, referring to FIGS. 5A, 5B, and 6, a secondary indenter having a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature of the main-
먼저, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 시편에 압입되기 전의 상태를 나타낸다.5A shows a state before a negative indent is inserted into a test piece according to an embodiment of the present invention.
또한, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 시편에 압입된 상태를 나타낸다.5B shows a state in which the negative indentor is press-fitted into the test piece according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부 압입자가 압입된 깊이에 대한 부 압입자에 인가되는 하중을 나타낸 곡선이다.FIG. 6 is a curve showing a load applied to the negative pressure particle with respect to the depth of the indentation by the negative indentor according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이 구동부(300)를 이용하여 상기 압흔의 중심부에 부 압입자(220)를 압입시키며, 하중 측정부(400)를 이용하여 부 압입자(220)에 인가되는 하중을 측정하고, 변위 센서(500)를 이용하여 부 압입자(220)가 압입된 깊이를 측정한다.As shown in FIGS. 5A and 5B, by using the
측정을 한 결과로 도 6과 같이 부 압입자(220)가 시편에 압입되는 과정에서 구해진 부 압입자(220)의 압입 깊이와 부 압입자(220)에 인가된 하중의 관계인 하중재인가곡선을 획득할 수 있다.As a result of measurement, as shown in FIG. 6, the load-applied curve, which is the relationship between the indentation depth of the
다만, 부 압입자(220)가 시편에 압입될 때에는 인가되는 하중이 과도할 경우 시편이 소성구간으로 접어들 수 있다. 즉, 부 압입자(220)를 제거하였을 때 시편이 하중을 인가하기 전의 상태로 회복되지 못할 수 있다는 것이다.However, when the
소성구간에서의 데이터는 실험결과의 오차를 발생시키기 때문에 부 압입자(220)를 시편에 인가할 때에는 다중형 압입방법(Multiple indentation)이 사용될 수 있다. 즉, 압입자에 인가되는 최대하중을 약소하게 증가시키면서 인가 및 제거를 반복하며 하중 인가 곡선을 획득한다. 최대 하중을 증가시키다 보면, 이 곡선이 탄성적인 곡선에서 벗어나는 지점에서 인가와 제거 곡선이 서로 중첩도를 잃게 된다. 즉, 중첩도를 잃은 부분은 소성변형이 발생한 것이다.Multiple indentation can be used to apply the subpenetration (220) to the specimen because the data in the firing interval will cause an error in the experimental results. That is, the load application curve is obtained by repeating application and removal while slightly increasing the maximum load applied to the pressure particle. As we increase the maximum load, the application and removal curves lose their overlap at the point where they deviate from the elastic curve. That is, plastic deformation occurred in the portion where the overlap degree is lost.
따라서 부 압입자를 이용한 하중재인가 곡선은 소성변형이 발생하지 않는 구간, 즉 인가 및 제거 곡선이 중첩되는 구간 내에서의 데이터만 사용해야 한다.Therefore, the load indentation curve with negative indentation should be used only in the section where plastic deformation does not occur, that is, in the section where the excitation and removal curves overlap.
다음으로, 도 7을 참조하여 계산부(600)가 앞에서 구한 곡선으로부터 탄성계수를 구하는 과정을 설명한다.Next, a process of calculating the modulus of elasticity from the curve obtained previously by the
도 7은 도 5의 곡선에서 하중이 인가되는 지점을 원점으로 한 곡선과 도 6의 곡선에서 하중이 인가되는 지점을 원점으로 한 곡선을 하나의 좌표계에 나타낸 것이다.FIG. 7 shows a curve in which the load is applied at the curve in FIG. 5 as the origin and a curve in which the load is applied at the curve in FIG. 6 as the origin, in one coordinate system.
시편은 모두 가역적인 변형과정을 갖기 때문에 도 7과 같은 주 압입자(210)를 이용하여 얻는 하중제거곡선과 부 압입자(220)를 이용하여 얻는 하중재인가 곡선은 하기의 수학식 5를 이용하여 나타낼 수 있다.Since all the specimens have a reversible deformation process, the load removal curve obtained using the pumped
상기 수학식 5에서 은 곡률을 가진 2개의 입자가 맞닿을 때의 하중이고,, 은 유효 탄성계수이며, 는 압입자 및 시편 표면 사이의 접촉곡률반경이고, 는 탄성 압입변위를 나타낸다.In Equation (5) Is the load when two particles having a curvature meet, Is an effective elastic modulus, Is the radius of curvature of contact between the pressure particle and the specimen surface, Represents an elastic indentation displacement.
하중 과 탄성 압입변위 는 하중 측정부(400)와 변위 센서(500)로 구할 수 있으나 은 탄성계수 과 가 복합된 정보로써 하나의 정보를 특정하기 어렵다. 따라서 다음과 같은 방법으로 접촉곡률반경 를 구한다.weight And elastic indentation displacement Can be obtained by the
먼저, 도 7과 같이 하중제거곡선과 하중재인가곡선이 획득되었을 때, 두 곡선을 수학식 4로 최적화하면 피팅상수가 각각 와 로 결정된다. 사용된 두 압입자의 재질이 동일할 경우 값이 동일하기 때문에 두 피팅상수의 비 값은 가 된다.First, when the load removal curve and the under-insertion application curve are obtained as shown in FIG. 7, if the two curves are optimized by Equation (4) Wow . If the two indenters used are of the same material Since the values are the same, the ratio values of the two fitting constants are .
한편, 주 압입자(210)에 의한 하중제거과정과 부 압입자(220)에 의한 하중재인가 과정의 서로 접촉하는 압입자 및 시험편 표면의 압흔 형상을 살펴보면, 하중제거과정에는 주 압입자(210)의 제 1 곡률반경과 압흔의 곡률반경 이 관련되어 있고, 하중재인가 과정의 경우 부 압입자(220)의 제 2 곡률반경과 압흔의 곡률반경 이 관련되어 있다. 사용된 압입자 각각의 곡률반경은 다르나 압입자와 접하는 압흔의 곡률반경은 로 공통이다. 따라서 상기 수학식 2로부터 수학식 6을 도출할 수 있다.The pressure drop particles and the indentations on the surface of the test piece, which are in contact with each other during the load removal process by the main-
여기서 은 압흔의 곡률반경이고, 는 주 압입자(210)의 제 1 곡률반경이며, 는 주 압입자와 압흔의 접촉곡률반경이고, 는 부 압입자의 제 2 곡률반경이며, 는 부 압입자와 압흔의 접촉곡률반경을 나타낸다.here Is the radius of curvature of the indentation, Is the first radius of curvature of the
다음으로, 실험적으로 구한 피팅상수의 비를 로 정의하고, 를 상기 수학식 6에 대입하여 정리하면 하기의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.Next, the ratio of the fitting constant obtained experimentally Respectively, Can be expressed as Equation (7) below. ≪ EMI ID = 7.0 >
상기 수학식 7에서 구한 또는 를 상기 수학식 5에 대입하면 환산탄성계수 을 구할 수 있다.(7) or Is substituted into the equation (5), the elastic modulus Can be obtained.
결국, 하중제거곡선과 하중재인가곡선을 Hertz에 의해 해석된 수학식 4로 최적화하여 얻은 피팅상수 와 의 비값 로부터 해석된 또는 를 대입하게 되면 최종적으로 환산탄성계수 값이 결정된다.As a result, the fitting constant obtained by optimizing the load removal curve and the load-applied curve with Equation 4 analyzed by Hertz Wow The ratio of Interpreted from or The final elastic modulus Value is determined.
다음으로, 도 8을 참조하여 압입자를 이용한 탄성계수 측정방법에 대해 설명한다.Next, with reference to Fig. 8, a method of measuring the elastic modulus using the indenter will be described.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 압입자를 이용한 탄성계수 측정방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart showing a method of measuring elastic modulus using an indenter according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210)를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시킨다(S100).First, the main-
다음으로, 압입시킨 상기 주 압입자(210)를 상기 시편으로부터 제거하며 상기 주 압입자(210)에 인가되는 제 1 하중 및 상기 주 압입자(210)가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정한다(S200).Next, the press-fitted main-
또한, 상기 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)를 압입시키면서 상기 부 압입자(220)에 인가되는 제 2 하중 및 상기 부 압입자(220)가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정한다(S300).The
이후, 상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산한다(S400).Then, the elastic modulus of the specimen is calculated using the first load, the first depth, the second load, and the second depth (S400).
탄성계수를 계산하는 방법은 다음과 같다.The method of calculating the modulus of elasticity is as follows.
상기 제 1 하중 및 상기 제 1 깊이에 대한 측정결과 및 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이에 대한 측정결과는 상기 수학식 5로 나타낼 수 있다.The measurement results for the first load and the first depth and the measurement results for the second load and the second depth may be expressed by Equation (5).
상기 결과를 수학식 5로 최적화하면 피팅상수가 각각 와 로 결정된다. 사용된 두 압입자의 재질이 동일할 경우 값이 동일하기 때문에 두 피팅상수의 비 값은 가 된다.When the above result is optimized by Equation (5), the fitting constants are Wow . If the two indenters used are of the same material Since the values are the same, the ratio of the two fitting constants is.
를 로 정의하고 상기 수학식 6에 대입하면 상기 수학식 7을 얻을 수 있다. 실험적으로 구한 피팅상수의 비 을 상기 수학식 7에 대입하여 및 를 구하고 이를 상기 수학식 5에 대입하면 환산 탄성계수 을 계산할 수 있다. To And substituting it into Equation (6), the above Equation (7) can be obtained. The ratio of the fitting constant obtained experimentally Into Equation (7) And And substituting this into the equation (5), the calculated elastic modulus Can be calculated.
한편, 압입자를 이용한 탄성계수 측정장치는 2개의 압입자뿐만 아니라 3개 이상의 압입자를 포함하여 탄성계수를 측정할 수 있다.On the other hand, the elastic modulus measuring device using an indenter can measure elastic modulus by including not only two indenters but also three or more indenters.
상기 설명한 발명은 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법을 사용자에게 제공할 수 있다.The above-described invention can provide a user with an indentation elastic modulus measuring device for local diagnosis of material damage and a measuring method thereof.
구체적으로, 주 압입자(210) 및 부 압입자(220)를 사용함으로써 환산탄성계수가 제거된 접촉곡률반경 비 을 결정할 수 있고, 이로부터 하중제거곡선 혹은 하중재인가 곡선의 접촉곡률반경인 나 를 독립적으로 결정할 수 있다.Specifically, by using the main-
또한, 나 가 결정되었기 때문에 탄성접촉식으로부터 압입변형된 시험편의 재료쌓임변형을 무시하는 것과 같은 별다른 가정없이 탄성계수를 정량적으로 결정할 수 있다.Also, I The modulus of elasticity can be determined quantitatively without any assumptions such as ignoring material accumulation deformation of the specimens subjected to indentation transformation from the elastic contact type.
또한, 재료쌓임 등에 대한 영향을 배제하고, 독립적으로 탄성계수를 결정할 수 있어, 재료손상의 영향을 뚜렷이 받는 탄성계수 고유값의 변화를 파악할 수 있도록 할 수 있다.In addition, it is possible to independently determine the elastic modulus without influencing the material accumulation and the like, so that it is possible to grasp the change in the elastic modulus inherent value, which is clearly affected by the material damage.
또한, 크기가 다른 구형압입자로 하나의 압흔 내에서 하중제거곡선이나 하중재인가곡선을 획득하기 때문에 계장화 압입시스템을 여러 번 옮길 필요없이 시험이 가능하게 할 수 있다.In addition, it is possible to test without the need to move the instrumentation indentation system several times because it obtains a load removal curve or a load-applying curve within a single indentation with a spherical indentor of different size.
또한, 주 압입자(210)에 의한 모든 유동곡선 측정, 잔류응력 및 파괴인성 시험이 행해진 이후에 부 압입자(220)로 교체하여 1회 하중재인가 곡선만 획득하면 탄성계수의 해석이 가능하기 때문에 다른 측정과정과 복합적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.Further, after all the flow curve measurement, residual stress and fracture toughness tests are performed by the main-
또한, 평평한 표면이 아닌 곡면에 하중제거 또는 하중재인가를 함으로써 Hertz식의 상수인 의 값을 키울 수 있고, 이로 인해 수 N 범위에서 Hertz식을 만족시키는 피팅을 할 수 있다.In addition, by removing the load on the curved surface rather than the flat surface or applying the load-carrying material, the Hertz constant Can be increased, so that it is possible to perform fitting that satisfies the Hertz equation in the range of the number N. [
또한, 2종의 구형압입자를 이용하여 하중재인가곡선을 형성하는 방법은 부 압입자(220)(secondary indenter)의 반경을 주 압입자(210)(primary indenter)의 반경에 근접하도록 조절함으로써 수십에서 수백 N을 인가하더라도 유지되는 가역적인 하중재인가곡선을 획득할 수 있다.In addition, the method of forming the load-applying curve by using two kinds of spherical indenters is performed by adjusting the radius of the
또한, Oliver-Pharr의 해석이나 Maneiro-Rodriguez의 해석과 달리 접촉깊이나 접촉반경에 대한 정보가 불필요하기 때문에 압입자 주변의 재료쌓임 영향도 받지 않아서 포괄적인 금속소재의 물성측정에 용이하게 적용할 수 있다.In addition, unlike Oliver-Pharr's interpretation or Maneiro-Rodriguez's interpretation, no information about the contact depth or contact radius is needed, so it is not affected by the accumulation of materials around the indentation particles, have.
또한, 계장화 압입시험에서 2종의 주 압입자(210)와 부 압입자(220)를 동시에 압입시스템에 체결하고, 하중제거과정과 하중재인가 과정 사이에 주 압입자(210)를 부 압입자(220)로 교환하는 과정만 거칠 경우 부가적인 시험의 복잡함 없이 탄성계수 해석에 필요한 충분한 데이터의 축적이 가능하다.In the instrumentation indentation test, two kinds of the main-
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.
상기와 같이 설명된 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described indentation elastic modulus measuring apparatus and method for localized material damage diagnosis are not limited to the configurations and methods of the above-described embodiments, but the embodiments are not limited thereto All or some of the embodiments may be selectively combined.
Claims (16)
상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 주 압입자의 상기 시편에 대한 압입에 의한 압흔의 중심부에 압입되고, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220);
상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 및 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중을 측정하는 하중 측정부(400);
상기 주 압입자(210) 및 상기 부 압입자(220)가 상기 시편에 압입된 깊이를 측정하는 변위 센서(500); 및
상기 하중 측정부(400)가 측정한 하중 및 상기 변위 센서(500)가 측정한 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 계산부(600);를 포함하고,
상기 계산부(600)는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산하며,
수학식 1
(상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)
상기 계산부(600)는 하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산하고,
수학식 2
(상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.)
상기 계산부(600)는 하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산하는 것을 특징으로 하는 압입 탄성계수 측정장치.
수학식 3
(상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)A main-pressure particle 210 which is press-fitted into the specimen and has a first radius of curvature;
Wherein the main indentation particles are made of the same material as the main indentation particles 210 and are pressed into the central portion of the indentation caused by the indentation of the main indentation with respect to the specimen and have a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature, (220);
A load measuring unit 400 for measuring a load applied to the main and sub-particles 210 and 220 from the specimen;
A displacement sensor (500) for measuring the depth of the pneumatic particle (210) and the sub-pressure particle (220) inserted into the specimen; And
And a calculation unit 600 for calculating the elastic modulus of the specimen using the load measured by the load measuring unit 400 and the depth measured by the displacement sensor 500,
The calculation unit 600 calculates the elastic modulus using Equation (1) below,
Equation 1
(In the above formula (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
The calculation unit 600 may calculate the difference between And Lt; / RTI >
Equation 2
(In the above equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, The first radius of curvature, Represents the second radius of curvature.)
The calculation unit 600 may calculate the sum Of the elastic modulus of elasticity.
Equation 3
(remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
압입시킨 상기 주 압입자(210)를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 주 압입자(210)에 인가되는 제 1 하중 및 상기 주 압입자(210)가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계;
상기 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)를 압입시키면서 상기 부 압입자(220)에 인가되는 제 2 하중 및 상기 부 압입자(220)가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계; 및
상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하는 제 4 단계;를 포함하고,
상기 제 4 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산하며,
수학식 1
(상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)
하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산하며,
수학식 2
(상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.)
하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산하는 것을 특징으로 하는 압입 탄성계수 측정방법.
수학식 3
(상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)A first step of press-fitting the main-pressure particle 210 having the first radius of curvature to the specimen by a predetermined depth;
A second step of real-time measuring a first load applied to the main-pressure particle 210 and a first depth into which the main-pressure particle 210 is inserted while removing the pressurized main-pressure particle 210 from the specimen, ;
Wherein the main indentation 210 is made of the same material as the material of the main-pressure particle 210 at the center of the primary indent due to the pressurization of the main-pressure particle 210 and has a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature, A third step of real-time measuring a second load applied to the sub-pressure particles 220 and a second depth into which the sub-pressure particles 220 are press-fitted while pressurizing the particles 220; And
And calculating a modulus of elasticity of the specimen using the first load, the first depth, the second load, and the second depth,
The fourth step calculates the elastic modulus using Equation (1) below,
Equation 1
(In the above formula (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
Using the following equation (2) And Lt; / RTI >
Equation 2
(In the above equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, The first radius of curvature, Represents the second radius of curvature.)
Using the following equation (3) And calculating a modulus of elasticity of the indentation.
Equation 3
(remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
제 1 곡률반경을 갖는 주 압입자(210)를 시편에 기 설정된 깊이만큼 압입시키는 제 1 단계;
압입시킨 상기 주 압입자(210)를 상기 시편으로부터 제거하면서 상기 주 압입자(210)에 인가되는 제 1 하중 및 상기 주 압입자(210)가 압입된 제 1 깊이를 실시간으로 측정하는 제 2 단계;
상기 주 압입자(210)의 압입에 의한 압흔(primary indent)의 중심부에 상기 주 압입자(210)의 재질과 동일한 재질로 이루어졌으며, 상기 제 1 곡률반경보다 작은 제 2 곡률반경을 갖는 부 압입자(220)를 압입시키면서 상기 부 압입자(220)에 인가되는 제 2 하중 및 상기 부 압입자(220)가 압입된 제 2 깊이를 실시간으로 측정하는 제 3 단계; 및
상기 제 1 하중, 상기 제 1 깊이, 상기 제 2 하중 및 상기 제 2 깊이를 이용하여 상기 시편의 탄성계수를 계산하고,
상기 제 4 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 탄성계수를 계산하며,
수학식 1
(상기 수학식 1에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)
하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 및 상기 를 계산하고,
수학식 2
(상기 수학식 2에서, 은 이며, 는 상기 주 압입자(210)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편간의 접촉곡률 반경이며, 상기 제 1 곡률반경이고, 는 상기 제 2 곡률 반경을 나타낸다.)
하기 수학식 3을 이용하여 상기 을 계산하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
수학식 3
(상기 은 이며, 상기 수학식 3에서, 은 상기 시편으로부터 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)에 인가되는 하중이고, 은 상기 시편의 탄성계수이며, 은 상기 주 압입자(210)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이고, 는 상기 부 압입자(220)와 상기 시편 간의 접촉곡률반경이며, 는 상기 주 압입자(210) 또는 상기 부 압입자(220)의 압입에 의한 상기 시편의 탄성 압입변위를 나타낸다.)There is provided a recording medium on which a program of instructions executable by a digital processing apparatus is tangibly embodied and can be read by the digital processing apparatus to perform a method of measuring elastic modulus using an indenter,
A first step of press-fitting the main-pressure particle 210 having the first radius of curvature to the specimen by a predetermined depth;
A second step of real-time measuring a first load applied to the main-pressure particle 210 and a first depth into which the main-pressure particle 210 is inserted while removing the pressurized main-pressure particle 210 from the specimen, ;
Wherein the main indentation 210 is made of the same material as the material of the main-pressure particle 210 at the center of the primary indent due to the pressurization of the main-pressure particle 210 and has a second radius of curvature smaller than the first radius of curvature, A third step of real-time measuring a second load applied to the sub-pressure particles 220 and a second depth into which the sub-pressure particles 220 are press-fitted while pressurizing the particles 220; And
Calculating a modulus of elasticity of the specimen using the first load, the first depth, the second load, and the second depth,
The fourth step calculates the elastic modulus using Equation (1) below,
Equation 1
(In the above formula (1) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
Using the following equation (2) And Lt; / RTI >
Equation 2
(In the above equation (2) silver Lt; Is a contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, The first radius of curvature, Represents the second radius of curvature.)
Using the following equation (3) Of the recording medium.
Equation 3
(remind silver In the above equation (3) Is a load applied to the main-pressure particle (210) or the sub-pressure particle (220) from the specimen, Is the elastic modulus of the specimen, Is the contact radius of curvature between the main particle 210 and the specimen, Is a radius of curvature of contact between the sub-pressure particles (220) and the specimen, Represents the elastic indentation displacement of the specimen due to the press-fitting of the main-pressure particle 210 or the sub-pressure particle 220.)
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---|---|---|---|---|
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