KIc Fracture Toughness Testing to ASTM E399 — Methods, Specimens and Result
피터 베일리 박사 작성
고강도 금속은 특히 작은 균열이 이미 존재하는 부품에 과부하가 걸리면 놀랍도록 취성적인 방식으로 파괴되는 경우가 많습니다. 국부적인 파괴에 대한 저항(전체 인장 강도와 반대)은 일반적으로 파괴 인성이라는 포괄적인 용어로 설명됩니다. 그 안에서 KIc는 임계 응력 강도에 대한 매개변수이며, 이 지점을 넘어서면 갑작스럽고 치명적인 파괴가 예상될 수 있습니다.
가장 널리 사용되는 분야는 고도로 통제된 표준화된 시험이 요구되는 항공우주 분야입니다. ASTM E399가 일반적으로 사용되지만, ISO 및 영국 표준에서도 동등한 방법을 제공합니다. KIc 파괴 인성 시험은 최종 사용자뿐만 아니라 합금 개발자 및 생산자에게 중요한 응용 분야에서 재료 성능 및 품질 관리를 위한 측정 기준을 제공합니다.
Testing
시험편은 한 면에 날카로운 노치가 있는 단단한 재료 블록으로 효과적으로 구성되도록 가공됩니다. 편리한 시험 설정 또는 생산 라인에서 얻은 재료의 사용 가능한 두께에 가장 적합하도록 다양한 표준화된 형상이 사용됩니다. 제조에 사용되는 작업 공정(예: 압연)에 상대적인 다양한 방향으로 금속의 인성을 시험하는 것이 중요합니다. 미세 구조에 따라 성능이 달라지기 때문입니다.
각 시험편은 처음에 노치에서 피로(반복) 하중을 사용하여 실제 균열을 성장시켜야 합니다. 이는 파괴가 시작될 진정으로 “날카로운” 선을 제공하기 위함입니다. 일반적으로 이 사전 균열 생성 과정은 최소 30분이 소요되지만, 재료 및 장비 성능에 따라 훨씬 더 길어질 수 있습니다. 주 시험 자체는 균열이 갑자기 또는 빠르게 시험편의 나머지 너비 대부분 또는 전체에 걸쳐 성장할 때까지 간단하고 느린 하중 증가입니다. 그런 다음 시험편을 분리하고 초기 균열의 정확한 길이와 모양을 측정하여 파괴가 발생한 기록된 힘으로부터 임계 응력 강도를 정확하게 계산할 수 있습니다.
Results
우수한 시험 장비와 시험편 제조가 있다면 이 시험은 수행하기 어려운 시험이 아닙니다. 그러나 결과는 다양한 요인에 의해 쉽게 왜곡될 수 있으므로, 국제 시험 표준은 시험편, 배치 또는 실험실 간에 비교 가능한 결과를 보장하도록 설계된 다양한 기준에 대해 매우 규정적입니다. 특히 ASTM E399는 비교 가능한 KIc 값을 선언하기 위해 충족해야 하는 최소 13가지 유효성 검사를 가지고 있으며, 데이터 분석을 위해 특정 자동화된 알고리즘 사용을 권장하도록 변경되었습니다(ASTM E3076 참조).
Bluehill Fracture는 품질 관리 환경을 위한 간소화되고 자동화된 시험 루틴을 만들 수 있는 옵션과 함께 이를 지원하는 명확한 워크플로우를 제공하도록 설계되었습니다. 또한 연구 사용자에게 높은 유연성을 제공하며, 결과가 표준 요구 사항을 충족하지 못할 경우 유효성 검사 및 중간 결과에 대한 자세한 분석을 제공합니다. 연구원 또는 계약 시험 기관이 여러 형태로 결과를 제공해야 하는 경우, 기존 데이터 세트를 다시 열어 대체 국제 표준에 따라 즉시 재분석하거나, 다른 단위(예: 미터법에서 미국 관습 단위로 전환)로 표시하거나, 대체 보고서 템플릿으로 내보낼 수 있습니다. 이 소프트웨어는 권장되는 모든 기술을 구현하며, ASTM E399, ASTM B647, ISO 12135, BS 7448-1과 같은 지원되는 표준의 최신 개정 사항을 반영하기 위해 정기적으로 업데이트됩니다.
참고: 오랫동안 사용되어 온 BS7448-1:1991은 2021년 8월 영국 표준 협회에 의해 공식적으로 철회되었으며, BS EN ISO 12135:2021로 대체되었습니다. Bluehill Fracture는 새로운 시험과 기존 데이터의 비교 가능성이 필요한 고객을 위해 BS7448-1 분석을 계속 지원합니다.