KR102195184B1 - 고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법 - Google Patents

고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온에서도 재료의 연신율을 정확하게 측정할 수 있도록 구현한 고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 시편(試片)의 후단을 체결하는 제1 체결부 및 시편의 전단을 체결하는 제2 체결부를 포함하며, 시편의 변형률에 대응하여 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격이 변화되는 시편 체결부; 전단이 상기 제1 체결부의 양측에 각각 체결되고, 상기 제1 체결부의 직각 방향으로 연장 형성되며, 길이 방향으로 관통 형성된 관통홀을 형성하는 두 개의 제1 연장부; 전단이 상기 제2 체결부의 양측에 각각 체결되며, 상기 제2 체결부의 직각 방향으로 상기 관통홀을 통과하고 연장 형성되는 두 개의 제2 연장부; 및 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부의 후단을 각각 체결하며, 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격 변화에 따른 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 고온 인장시험에서의 연신율을 측정하는 연신율 측정부를 포함한다.

Description

고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING ELONGATION AT ELEVATED TEMPERATURE}
본 발명은 고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온에서도 재료의 연신율을 정확하게 측정할 수 있도록 구현한 고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고온 인장시험은, 재료의 고온 인장특성을 평가하기 위한 실험으로서, 상, 하부지그 사이에 내, 외부그립을 매개로 하여 봉상 시험편을 체결조립하고, 이러한 체결상태 그대로 봉상 시험편을 분할식 노 내에 배치한 다음, 노의 열전대를 통하여 고원의 열원을 제공하면서 봉상 시험편의 인장강도를 고온의 분위기에서 실험하였다.
즉, 봉상 시험편의 양단부에는 수나사부를 형성하고, 외부그립의 내부공에 삽입되는 내부그립의 내부공에는 암나사부를 각각 형성하며, 상, 하부지그에 외부그립의 암나사부가 체결되는 수나사부를 형성함으로써, 외부그립에 삽입되는 내부그립의 암나사부에 봉상 시험편의 양단부를 나사로 조립한 상태에서, 외부그립을 상, 하부지그의 수나사부에 각각 나사결합하고 봉상 시험편을 조립하여 노내에서 고온 인장실험을 수행하였다.
기존의 고온 인장실험에서 재료 시편의 연신율 측정을 위해서는 가열로 벽면을 타공하여 석영 등 온도에 의한 변형이 적은 재료를 이용함으로써, 투명한 부분을 통해 영상 또는 레이저나 영상분석을 통한 변위측정을 수행하거나 국외에서 개발된 고가의 장비를 사용하였다.
그러나, 이러한 기존의 고온 인장실험 장치 또는 방법은 고가의 장비를 사용하여야만 하였고, 오차율이 크다는 단점을 가지고 있었다.
한국등록실용신안 제20-0152980호 한국등록특허 제10-0975293호
본 발명의 일측면은 고온에서의 시편의 변형률 측정 시 시편의 기준점 그립을 고정하고, 내열성 스테인리스 연장 강봉에 의한 측정 오차를 보정하여 재료 표점거리의 변형률만을 측정할 수 있도록 구현한 고온에서의 연신율 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 장치는, 고온에서의 연신율(延伸率)을 측정할 시편(試片)의 후단을 체결하는 제1 체결부 및 시편의 전단을 체결하는 제2 체결부를 포함하며, 시편의 변형률에 대응하여 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격이 변화되는 시편 체결부; 전단이 상기 제1 체결부의 양측에 각각 체결되고, 상기 제1 체결부의 직각 방향으로 연장 형성되며, 길이 방향으로 관통 형성된 관통홀을 형성하는 두 개의 제1 연장부; 전단이 상기 제2 체결부의 양측에 각각 체결되며, 상기 제2 체결부의 직각 방향으로 상기 관통홀을 통과하고 연장 형성되는 두 개의 제2 연장부; 및 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부의 후단을 각각 체결하며, 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격 변화에 따른 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 고온 인장시험에서의 연신율을 측정하는 연신율 측정부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 체결부는, 양측에 상기 제1 연장부가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮는 제1 체결 덮개; 시편의 하부를 지지하는 제1 받침 플레이트; 상기 제2 연장부가 이동할 수 있도록 상기 제1 체결 덮개의 양측으로부터 상기 관통홀로 각각 형성되는 두 개의 이동홀; 상기 제1 체결 덮개 및 상기 제1 받침 플레이트를 상하 방향으로 관통 삽입한 두 개의 제1 볼트; 및 상기 제1 볼트의 하부를 체결하는 두 개의 제1 너트를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 체결부는, 상기 제1 볼트 또는 상기 제1 너트에 의해 고정되는 상기 제1 체결 덮개의 상부 또는 상기 제1 받침 플레이트의 하부에 스프링 와셔를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 체결 덮개는, 하측이 개방된 "ㄷ"형태로 형성되며, 하측의 개방된 공간으로 상기 제1 받침 플레이트가 체결되어 시편을 체결할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 개방된 공간은, 하측의 입구 부분의 양측으로부터 상측 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지도록 경사면을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 받침 플레이트는, 상기 경사면에 대향하는 양측이 상기 경사면에 대응하여 경사지도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 체결부는, 시편을 체결할 수 있도록 시편에 대향하고 있는 상기 제1 체결 덮개의 하부 및 상기 제1 받침 플레이트의 상부에 나이프 엣지를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 체결부는, 양측에 상기 제2 연장부가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮는 제2 체결 덮개; 시편의 하부를 지지하는 제2 받침 플레이트; 상기 제2 체결 덮개 및 상기 제2 받침 플레이트를 상하 방향으로 관통 삽입한 두 개의 제2 볼트; 및 상기 제2 볼트의 하부를 체결하는 두 개의 제2 너트를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 체결 덮개는, 상기 제2 연장부가 체결되는 부분에 내측면에 나사산을 형성하는 체결홈을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 연장부는, 상기 체결홈에 체결될 수 있도록 상기 체결홈에 체결되는 전단에 상기 나사산에 대응하는 형태의 나사산을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 연장부는, 내부 공간의 열을 외부로 배출할 수 있도록 다수 개의 배출홀을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연신율 측정부는, 상기 제1 연장부의 후단을 체결하는 제1 그립; 상기 제2 연장부의 후단을 체결하는 제2 그립; 및 상기 제1 그립 및 상기 제2 그립이 각각 연결 설치되며, 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연신율 측정부는, 상기 제2 그립이 체결되는 상기 제2 연장부의 후단에 설치되며, 상기 제2 연장부가 상측 방향으로 이동함에 따라 상기 관통홀에 체결될 수 있도록 상부가 상기 관통홀의 하부 입구의 형태에 대응하는 형상으로 형성되는 그립 체결부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 방법은, 제1 체결부에 시편(試片)의 후단을 체결시키는 단계; 제2 체결부에 시편의 전단을 체결시키는 단계; 제2 연장부를 제1 연장부의 관통홀을 통과시킨 후 상기 제2 체결부에 상기 제2 연장부의 전단을 체결시키는 단계; 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부의 후단을 연신율 측정부에 체결시키는 단계; 시편을 가열로에 투입시키는 단계; 및 시편의 고온 인장시험에서의 변형률에 대응한 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격 변화에 따른 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율(延伸率)을 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 시편의 후단을 체결시키는 단계는, 상기 제1 체결부의 제1 체결 덮개와 제1 받침 플레이트의 사이 공간에 시편의 후단을 위치시키는 단계; 및 상기 제1 체결 덮개와 상기 제1 받침 플레이트를 제1 볼트 및 제1 너트를 이용하여 고정시켜 시편을 체결시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시편의 후단을 체결시키는 단계는, 상기 시편을 체결시키는 단계 이전에, 상기 제1 볼트 또는 상기 제1 너트에 의해 고정되는 상기 제1 체결 덮개의 상부 또는 상기 제1 받침 플레이트의 하부에 스프링 와셔를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 저비용으로도 제작이 가능할 뿐만 아니라 설치가 간편한 변형률 측정 장치를 제작할 수 있으며, 최소화된 오차율로 고온에서 재료의 연신율 측정 시험을 편리하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 가열로에 투입된 시편의 변형에 따른 연신율 측정을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 연신율 측정부를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 제1 체결부 및 제1 체결부를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 제2 체결부 및 제2 연장부를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 장치(10)는, 시편 체결부(100), 두 개의 제1 연장부(200), 두 개의 제2 연장부(300) 및 연신율 측정부(400)를 포함한다.
시편 체결부(100)는, 고온에서의 연신율(延伸率)을 측정할 시편(試片)의 후단을 체결하는 제1 체결부(110) 및 시편의 전단을 체결하는 제2 체결부(120)를 포함하며, 시편의 변형률에 대응하여 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120) 사이의 간격이 변화된다.
여기서, 연신율(延伸率, percentage of elongation)이라 함은 인장시험 때 재료가 늘어나는 비율을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 고온 인장시험에서의 시편의 연신율을 측정하기 위한 장치이다.
본 발명에 따른 상온 및 고온 인장 시험에 사용할 수 있는 강재는, KS 규격에 명시된 일반 구조용 강재(KS D 3503)와 용접 구조용 강재(KS D 3515) 등이 있으며, ASTM 또는 JIS 등의 해외 기준에 명시된 구조용 강재도 사용할 수 있다.
제1 연장부(200)는, 전단이 제1 체결부(110)의 양측에 각각 체결되고, 제1 체결부(110)의 직각 방향으로 제1 그립(410)까지 연장 형성되며, 길이 방향으로 관통 형성된 관통홀(210)(도 4 참조)을 형성한다.
제2 연장부(300)는, 전단이 제2 체결부(120)의 양측에 각각 체결되며, 제2 체결부(120)의 직각 방향으로 관통홀(210)(도 4 참조)을 통과하고 제2 그립(420)까지 연장 형성된다.
일 실시예에서, 제1 연장부(200) 및 제2 연장부(300)는, 가열로의 온도에도 변형되지 않도록 내열성 스테인리스강(Heat-Resisting Stainless Steel) 또는 베어링 강(bearing steel)으로 제작됨이 바람직하다.
연신율 측정부(400)는, 제1 연장부(200) 및 제2 연장부(300)의 후단을 각각 체결하며, 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120) 사이의 간격 변화에 따른 제1 연장부(200)와 제2 연장부(300)의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 고온 인장시험에서의 연신율을 측정한다.
본 발명에서의 인장시험에서는, 300kN 용량의 만능재료시험기(universal testing machine, 금속 재료의 기계적 강도를 조사하는 시험기이며 인장 시험, 압축 시험, 벤딩 시험을 수행)가 사용되어 시편을 도 1의 상하 화살표 방향으로 힘(P)을 가하여 인장시켜줄 수 있다.
일 실시예에서, 연신율 측정부(400)는, 제1 그립(410), 제2 그립(420) 및 측정부(430)를 포함하며, 인장시험편의 평행부의 표점 거리(標點距艦)에 생긴 길이의 변화, 즉 신장(伸張)을 정밀하게 측정하는 장치인 신장계(extensometer)로 형성될 수 있다.
제1 그립(410)은, 제1 연장부(200)의 후단을 클립 등의 체결수단을 이용하여 체결하며, 측정부(430)에 연결 설치된다.
제2 그립(420)은, 제2 연장부(300)의 후단을 클립 등의 체결수단을 이용하여 체결하며, 측정부(430)에 연결 설치된다.
측정부(430)는, 제1 그립(410) 및 제2 그립(420)이 각각 연결 설치되며, 제1 연장부(200)와 제2 연장부(300)의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율을 측정한다.
시편에 변형이 일어나기 전에는, 도 2(a)와 같이 체결부(110)와 제2 체결부(120) 사이의 이격 거리가 좁고, 제1 그립(410)과 제2 그립(420) 사이의 이격 거리가 넓다.
그러나, 가열로에 투입된 후 만능재료시험기에 의해 시편에 변형이 일어나게 되면, 시편의 변형(즉, 인장)에 따라 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120) 간의 이격 거리가 증가하고, 이에 대응하여 제1 그립(410)과 제2 그립(420) 간의 이격 거리는 줄어들게 된다.
따라서, 측정부(430)는, 시편에 직접적으로 연결되지 아니하고도, 제1 그립(410)과 제2 그립(420)의 이동 거리의 차이를 이용하여 고온 실험에서 시편이 인장을 받아 늘어난 변형률을 측정할 수 있다.
그리고, 시편의 연신율을 측정하기 위한 구성들인 제1 그립(410), 제2 그립(420) 및 측정부(430) 모두를 가열로 외부에 위치시킴으로써, 장치들의 측정에 있어서 가열로의 열로 인해 오차가 발생하는 것을 최소화시킬 수 있다.
일 실시예에서, 연신율 측정부(400)는, 두 개의 제1 연장부(200) 및 두 개의 제2 연장부(300)에 각각 연결 설치되며, 각각의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 고온 인장시험에서의 연신율을 측정할 수 있다.
이때, 연신율 측정부(400)는, 두 개의 측정부(430)에서 측정된 연실율 값을 평균 내여 연신율을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 고온에서의 연신율 측정 장치(10)는, 저비용으로도 제작이 가능할 뿐만 아니라 설치가 간편한 변형률 측정 장치를 제작할 수 있으며, 최소화된 오차율로 고온에서 재료의 연신율 측정 시험을 편리하게 수행할 수 있다.
도 3은 도 1의 연신율 측정부를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 연신율 측정부(400)는, 제1 그립(410), 제2 그립(420), 측정부(430) 및 그립 체결부(440)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 그립(410), 제2 그립(420) 및 측정부(430)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
그립 체결부(440)는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제2 그립(420)이 체결되는 제2 연장부(300)의 후단에 설치되며, 제2 연장부(300)가 관통홀(210)에서 상하 방향으로 이동함에 따라 상하 방향으로 이동하여 제2 그립(420)을 이동시켜 준다.
일 실시예에서, 그립 체결부(440)는, 제1 그립(410)과 제2 그립(420)이 기 설정된 거리(예를 들어, 3cm 내지 10cm 등) 이내로 가까워지는 것을 방지하기 위해 제2 연장부(300)가 상측 방향으로 이동함에 따라 관통홀(210)에 체결될 수 있도록 상부가 관통홀(210)의 하부 입구의 형태에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 그립 체결부(440)는, 제1 그립(410)과 제2 그립(420)이 기 설정된 거리(예를 들어, 3cm 내지 10cm 등) 이내로 가까워지는 것을 방지하기 위해 제2 연장부(300)가 상측 방향으로 이동함에 따라 제1 연장부(200)의 하부에 체결될 수 있도록 상부가 제1 연장부(200)의 하부 형태에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 그립 체결부(440)는, 시편이 가열로에 투입되기 전에는 도 4의 (a)와 같이 제1 연장부(200)와 일정한 거리를 두고 위치하게 되며, 이에 따라, 제2 그립(420)도 제1 그립(410)과 거리를 두고 대향하게 된다.
그러나, 시편이 가열로에 투입된 후 고온에서 만능재료시험기에 의해 인장되면 제2 연장부(300)가 관통홀(210)을 통해 이동함에 따라 그립 체결부(440)가 상측 방향으로 들어 올려지게 되고, 제2 연장부(300)가 멈추지 않고 계속하여 상측 방향으로 들어 올려지게 되면 도 4의 (b)와 같이 그립 체결부(440)의 상부가 관통홀(210)에 체결되어 더 이상 제2 연장부(300)가 이동할 수 없게 되고, 제2 그립(420)도 제1 그립(410)과 가까워지는 것이 멈추게 된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 연신율 측정부(400)는, 그립 체결부(440)를 이용하여 제2 연장부(300)가 설정된 범위를 넘어서 이동하는 것을 방지함으로써, 제1 그립(410)과 제2 그립(420)이 측정 범위를 넘어 서로 가까워지거나, 서로 충돌하여 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 1의 제1 체결부 및 제1 연장부를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 체결부(110)는, 제1 체결 덮개(111), 제1 받침 플레이트(112), 두 개의 이동홀(113), 두 개의 제1 볼트(114) 및 두 개의 제1 너트(115)를 포함한다.
제1 체결 덮개(111)는, 양측에 제1 연장부(200)가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮으며, 하측의 개방된 공간에 제1 받침 플레이트(112)가 삽입 체결되어 시편을 체결하며, 제1 연장부(200)가 체결된 양측에 제2 연장부(300)를 이동시키기 위한 이동홀(113)를 각각 형성한다.
이동홀(113)은, 제2 연장부(300)가 이동할 수 있도록 제1 체결 덮개(111)의 양측으로부터 제1 연장부(200)의 관통홀(210)로 각각 형성된다.
그리고, 제1 연장부(200)가 체결되는 이동홀(113)의 입구 부분에는, 제1 연장부(200)의 상단 부분에 형성된 나사산을 체결하기 위해 연장부(200)의 나사산에 대응하는 나사산을 내측면에 형성하는 체결홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 체결 덮개(111)는, 하측이 개방된 "ㄷ"형태로 형성되며, 하측의 개방된 공간(117)으로 제1 받침 플레이트(112)가 체결되어 시편을 체결할 수 있다.
이때, 개방된 공간(117)은, 하측의 입구 부분의 양측으로부터 상측 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지도록 형성된 경사면을 형성함으로써, 제1 받침 플레이트(112)가 상측 방향으로 삽입됨에 따라 경사면에 의해 밀착되어 일정 높이 이상 상승하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 제1 받침 플레이트(112)는, 경사면에 대향하는 양측이 경사면에 대응하여 경사지도록 형성함으로써, 개방된 공간(117)의 경사면에 모서리 부분만이 밀착되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
제1 받침 플레이트(112)는, 제1 체결 덮개(111)의 개방된 공간(117)에 삽입된 후 두 개의 제1 볼트(114) 및 두 개의 제1 너트(115)에 의하여 체결되어 시편의 하부를 지지한다.
제1 볼트(114)는, 제1 체결 덮개(111) 및 제1 받침 플레이트(112)를 상하 방향으로 관통 삽입한 뒤 제1 너트(115)에 의해 체결됨으로써, 제1 체결 덮개(111)와 제1 받침 플레이트(112)를 체결한다.
제1 너트(115)는, 제1 볼트(114)의 하부를 체결한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 제1 체결부(110)는, 스프링 와셔(116)를 더 포함할 수 있다.
스프링 와셔(116)는, 제1 볼트(114) 또는 제1 너트(115)에 의해 고정되는 제1 체결 덮개(111)의 상부 또는 제1 받침 플레이트(112)의 하부에 위치한다.
본 발명에서는, 제1 볼트(114)의 헤드와 제1 체결 덮개(111)의 사이에 복수 개(예를 들어, 4개 내지 6개 등)의 스프링 와셔(116)를 위치시킴으로써, 실험이 끝나는 순간까지 표점거리 물림을 효율적으로 유지시켜줄 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 제1 체결부(110)는, 나이프 엣지(118)를 더 포함할 수 있다.
나이프 엣지(118)는, 삼각 기둥 형태로 형성되며, 시편을 체결할 수 있도록 시편에 대향하고 있는 제1 체결 덮개(111)의 하부 및 제1 받침 플레이트(112)의 상부에 형성되며, 날카로운 상부 면으로 시편을 물어 만능재료시험기에 의한 인장시험에서도 시편의 고정이 유지되도록 한다.
일 실시예에서, 나이프 엣지(118)는, 제1 체결 덮개(111)의 하부 또는 제1 받침 플레이트(112)의 상부에 일체로서 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 제1 체결 덮개(111)의 하부 또는 제1 받침 플레이트(112)의 상부에 탈착이 가능하도록 모듈형식으로 제작될 수 있다.
그리고, 나이프 엣지(118)는, 시편이 좌우 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있도록 시편이 체결되는 부분에 체결홈(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)을 형성할 수 있다.
제1 연장부(200)는, 이동홀(113)의 입구가 위치하는 제1 체결 덮개(111)의 양측에 체결되며, 이동홀(113)를 통과하여 이동하는 제2 연장부(300)를 삽입시킬 수 있도록 길이 방향으로 관통 형성된 관통홀(210)을 형성한다.
그리고, 제1 연장부(200)는, 내부 공간의 열을 외부로 배출할 수 있도록 다수 개의 배출홀(220)을 형성함으로써 관통홀(210)에 삽입되는 제2 연장부(300)와의 온도 차이를 줄여 본 발명에서의 측정 오차를 최소화시킬 수 있다.
이때, 배출홀(220)은, 도 1에 도시된 바와 같이 시편과 함께 가열로에 투입되는 제1 연장부(200)의 상단 부분뿐만 아니라, 가열로에 투입되는 부분으로부터 하측으로 일정 거리(예를 들어, 제1 연장부(200) 몸통의 중간 부분 등)까지 형성되어, 불필요한 타공이 형성되는 것을 방지함이 바람직하다.
도 5를 도 1의 제2 체결부 및 제2 연장부를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 체결부(120)는, 제2 체결 덮개(121), 제2 받침 플레이트(122), 두 개의 제2 볼트(123) 및 두 개의 제2 너트(124)를 포함한다.
제2 체결 덮개(121)는, 양측에 제2 연장부(300)가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮으며, 하측의 개방된 공간에 제2 받침 플레이트(122)가 삽입 체결되어 시편을 체결하며, 제2 연장부(300)가 체결된 양측에 제2 연장부(300)를 체결하기 위한 체결홈을 각각 형성한다.
일 실시예에서, 제2 체결 덮개(121)는 제2 연장부(300)가 체결되는 부분에 내측면에 나사산을 형성하는 체결홈을 형성하고, 제2 연장부(300)도 제2 체결 덮개(121)에 형성된 체결홈에 체결될 수 있도록 체결홈에 체결되는 전단에 체결홈의 나사산에 대응하는 형태의 나사산을 형성할 수 있다.
제2 받침 플레이트(122)는, 제2 체결 덮개(121)의 개방된 공간에 삽입된 후 두 개의 제2 볼트(123) 및 두 개의 제2 너트(124)에 의하여 체결되어 시편의 하부를 지지한다.
제2 볼트(123)는, 제2 체결 덮개(121) 및 제2 받침 플레이트(122)를 상하 방향으로 관통 삽입한 뒤 제2 너트(124)에 의해 체결됨으로써, 제2 체결 덮개(121)와 제2 받침 플레이트(122)를 체결한다.
제2 너트(124)는, 제2 볼트(123)의 하부를 체결한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 제2 체결부(120)는, 도 4에 도시된 제1 체결부(110)의 제1 체결 덮개(111), 제1 받침 플레이트(112), 두 개의 제1 볼트(114) 및 두 개의 제1 너트(115), 스프링 와셔(116) 또는 나이프 엣지(118) 등의 내용이 동일하게 적용될 수 있으며, 여기서는 해당 내용의 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온에서의 연신율 측정 방법은, 제1 체결부(110)에 시편(試片)의 후단을 체결시킨다(S110).
여기서, 시편의 후단을 체결시키는 단계(S110)는, 제1 체결부(110)의 제1 체결 덮개(111)와 제1 받침 플레이트(112)의 사이 공간에 시편의 후단을 위치시키고, 제1 볼트(114) 또는 제1 너트(115)에 의해 고정되는 제1 체결 덮개(111)의 상부 또는 제1 받침 플레이트(112)의 하부에 스프링 와셔(116)를 위치시킨 후, 제1 체결 덮개(111)와 제1 받침 플레이트(112)를 제1 볼트(114) 및 제1 너트(115)를 이용하여 고정시켜 시편을 체결할 수 있다.
제2 체결부(120)에 시편의 전단을 체결시킨다(S120).
여기서, 시편의 전단을 체결시키는 단계(S120)는, 상술한 시편의 후단을 체결시키는 단계(S110)와 마찬가지로, 제2 체결부(120)의 제2 체결 덮개(121)와 제2 받침 플레이트(122)의 사이 공간에 시편의 전단을 위치시키고, 제2 볼트(123) 또는 제2 너트(124)에 의해 고정되는 제2 체결 덮개(121)의 상부 또는 제2 받침 플레이트(122)의 하부에 스프링 와셔를 위치시킨 후, 제2 체결 덮개(121)와 제2 받침 플레이트(122)를 제2 볼트(123) 및 제2 너트(124)를 이용하여 고정시켜 시편을 체결할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이 제1 체결부(110)에 시편의 후단을 체결(S110)시킨 후 제2 체결부(120)에 시편의 전단을 체결(S120)시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제2 체결부(120)에 시편의 전단을 체결(S120)시킨 후 제1 체결부(110)에 시편의 후단을 체결(S110)시켜도 무방한 바, 단계 S110와 단계 S120의 순서는 바뀌어 수행될 수 있다.
제2 연장부(300)를 제1 연장부(200)의 관통홀(210)을 통과시킨 후 제2 체결부(120)에 제2 연장부(300)의 전단을 체결시킨다(S130).
일 실시예에서, 상술한 단계 S130에서는, 제2 연장부(300)의 전단에 형성된 나사산을 제2 체결 덮개(121)의 전단 양측에 형성된 체결홈에 삽입시켜 체결할 수 있다.
제1 연장부(200) 및 제2 연장부(300)의 후단을 연신율 측정부(400)에 체결시킨다(S140).
이때, 제1 연장부(200) 및 제2 연장부(300)는 각각 두 개로 형성될 수 있는 바, 연신율 측정부(400) 역시 각각의 제1 연장부(200) 및 제2 연장부(300)에 체결되어야 할 것이다.
상술한 단계 S140에서는, 제1 연장부(200)의 후단을 제1 그립(410)에 체결시키고, 제2 연장부(300)의 후단을 제2 그립(420)에 체결시키게 된다.
상술한 S110 내지 S140까지의 단계에 의해 본 발명에 의한 연신율 측정 실험을 위한 준비가 완료되면, 시편을 가열로에 투입시킨 후(S150) 만능재료시험기를 이용하여 고온에서의 시편의 변형이 발생되도록 한다.
본 발명에서의 고온 인장시험은, ASTM(American Society for Testing and Materials, 미국 재료 시험 협회) 21M에 따라 목표 온도에 도달한 후 시편의 표면뿐만 아니라 내부까지 균일한 온도가 될 수 있도록 20분 이상 유지시간을 가지도록 함이 바람직하다.
실험 속도는, 항복강도를 측정하는 동안에는 시험편의 균일단면에서 0.005±0.002mm/min의 변형률 속도를 유지시키고, 항복강도에 도달한 후에는 크로스헤드의 운동속도를 시험편의 감소된 단면 길이의 분당 0.05±0.01 배로 증가시킨다.
상술한 단계 S150에 따라 가열로에 투입된 시편의 변형에 따라 상술한 도 2에 도시된 바와 같이 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120)가 이동하게 되며, 이에 대응하여 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120)을 체결한 제1 그립(410)과 제2 그립(420) 역시 이동하게 된다.
시편의 고온 인장시험에서의 변형률에 대응한 제1 체결부(110)와 제2 체결부(120) 사이의 간격 변화에 따른 제1 연장부(200)와 제2 연장부(300)의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율(延伸率)을 측정한다(S160).
상술한 단계 S160에서는, 두 개의 측정부(430)에서 측정된 연실율 값을 평균 내여 연신율을 보다 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 시편에 직접적으로 연결되지 아니한 측정부(430)를 이용하여, 제1 그립(410)과 제2 그립(420)의 고온에서 만능재료시험기에 의해 늘어난 시편의 변형률을 측정할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
현재 시판되고 있는 국내외의 연신율 측정 장치의 경우 매우 고가에 판매되고 있으나, 본 발명에 의할 경우 강재뿐만 아니라 기타 금속재의 고온에서의 재료시험 시 사용 가능한 연신율 측정 장치를 저비용으로 제작하도록 할 수 있다.
10: 고온에서의 연신율 측정 장치 100: 시편 체결부
110: 제1 체결부 111: 제1 체결 덮개
112: 제1 받침 플레이트 113: 이동홀
114: 제1 볼트 115: 제1 너트
116: 스프링 와셔 117: 개방된 공간
118: 나이프 엣지 120: 제2 체결부
121: 제2 체결 덮개 122: 제2 받침 플레이트
123: 제2 볼트 124: 제2 너트
200: 제1 연장부 210: 관통홀
220: 배출홀 300: 제2 연장부
400: 연신율 측정부 410: 제1 그립
420: 제2 그립 430: 측정부
440: 그립 체결부

Claims (16)

  1. 고온에서의 연신율(延伸率)을 측정할 시편(試片)의 후단을 체결하는 제1 체결부 및 시편의 전단을 체결하는 제2 체결부를 포함하며, 시편의 변형률에 대응하여 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격이 변화되는 시편 체결부;
    전단이 상기 제1 체결부의 양측에 각각 체결되고, 상기 제1 체결부의 직각 방향으로 연장 형성되며, 길이 방향으로 관통 형성된 관통홀을 형성하는 두 개의 제1 연장부;
    전단이 상기 제2 체결부의 양측에 각각 체결되며, 상기 제2 체결부의 직각 방향으로 상기 관통홀을 통과하고 연장 형성되는 두 개의 제2 연장부; 및
    상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부의 후단을 각각 체결하며, 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격 변화에 따른 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 고온 인장시험에서의 연신율을 측정하는 연신율 측정부를 포함하며,
    상기 제1 연장부는,
    내부 공간의 열을 외부로 배출할 수 있도록 다수 개의 배출홀을 형성하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 체결부는,
    양측에 상기 제1 연장부가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮는 제1 체결 덮개;
    시편의 하부를 지지하는 제1 받침 플레이트;
    상기 제2 연장부가 이동할 수 있도록 상기 제1 체결 덮개의 양측으로부터 상기 관통홀로 각각 형성되는 두 개의 이동홀;
    상기 제1 체결 덮개 및 상기 제1 받침 플레이트를 상하 방향으로 관통 삽입한 두 개의 제1 볼트; 및
    상기 제1 볼트의 하부를 체결하는 두 개의 제1 너트를 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 체결부는,
    상기 제1 볼트 또는 상기 제1 너트에 의해 고정되는 상기 제1 체결 덮개의 상부 또는 상기 제1 받침 플레이트의 하부에 스프링 와셔를 더 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 체결 덮개는,
    하측이 개방된 "ㄷ"형태로 형성되며, 하측의 개방된 공간으로 상기 제1 받침 플레이트가 체결되어 시편을 체결하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 개방된 공간은,
    하측의 입구 부분의 양측으로부터 상측 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지도록 경사면을 형성하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 받침 플레이트는,
    상기 경사면에 대향하는 양측이 상기 경사면에 대응하여 경사지도록 형성되는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1 체결부는,
    시편을 체결할 수 있도록 시편에 대향하고 있는 상기 제1 체결 덮개의 하부 및 상기 제1 받침 플레이트의 상부에 나이프 엣지를 더 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 체결부는,
    양측에 상기 제2 연장부가 각각 체결되며, 시편의 상부를 덮는 제2 체결 덮개;
    시편의 하부를 지지하는 제2 받침 플레이트;
    상기 제2 체결 덮개 및 상기 제2 받침 플레이트를 상하 방향으로 관통 삽입한 두 개의 제2 볼트; 및
    상기 제2 볼트의 하부를 체결하는 두 개의 제2 너트를 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 체결 덮개는,
    상기 제2 연장부가 체결되는 부분에 내측면에 나사산을 형성하는 체결홈을 형성하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 연장부는,
    상기 체결홈에 체결될 수 있도록 상기 체결홈에 체결되는 전단에 상기 나사산에 대응하는 형태의 나사산을 형성하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 연신율 측정부는,
    상기 제1 연장부의 후단을 체결하는 제1 그립;
    상기 제2 연장부의 후단을 체결하는 제2 그립; 및
    상기 제1 그립 및 상기 제2 그립이 각각 연결 설치되며, 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율을 측정하는 측정부를 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 연신율 측정부는,
    상기 제2 그립이 체결되는 상기 제2 연장부의 후단에 설치되며, 상기 관통홀에 체결될 수 있도록 상부가 상기 관통홀의 하부 입구의 형태에 대응하는 형상으로 형성되는 그립 체결부를 더 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 장치.
  14. 제1 체결부에 시편(試片)의 후단을 체결시키는 단계;
    제2 체결부에 시편의 전단을 체결시키는 단계;
    제2 연장부를 제1 연장부의 관통홀을 통과시킨 후 상기 제2 체결부에 상기 제2 연장부의 전단을 체결시키는 단계;
    상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부의 후단을 연신율 측정부에 체결시키는 단계;
    시편을 가열로에 투입시키는 단계; 및
    시편의 고온 인장시험에서의 변형률에 대응한 상기 제1 체결부와 상기 제2 체결부 사이의 간격 변화에 따른 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부의 이동 거리의 차이를 이용하여 시편의 연신율(延伸率)을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 연장부는,
    내부 공간의 열을 외부로 배출할 수 있도록 다수 개의 배출홀을 형성하는, 고온에서의 연신율 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 시편의 후단을 체결시키는 단계는,
    상기 제1 체결부의 제1 체결 덮개와 제1 받침 플레이트의 사이 공간에 시편의 후단을 위치시키는 단계; 및
    상기 제1 체결 덮개와 상기 제1 받침 플레이트를 제1 볼트 및 제1 너트를 이용하여 고정시켜 시편을 체결시키는 단계를 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 시편의 후단을 체결시키는 단계는,
    상기 시편을 체결시키는 단계 이전에, 상기 제1 볼트 또는 상기 제1 너트에 의해 고정되는 상기 제1 체결 덮개의 상부 또는 상기 제1 받침 플레이트의 하부에 스프링 와셔를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 고온에서의 연신율 측정 방법.
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