ASTM E23 07 Standard Test Methods for Notched Bar Impact ...

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ASTM E23 – 07 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials1

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ASTM E23-07 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials

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Designation: E 23 – 07 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials1 1. Scope

1.1 본 시험방법은 Charpy및 IZOD충격시험으로 금속재료의 Notched bar 충격시험을 하는 방법을 설명하였다.

본 규격에서는 시편, 시험절차, 시험보고서, Charpy충격시험기를 검사하는 시험장비(Annex A1), 추가적으로,

시편형상(Annex A3), Charpy V-notch시편의 Pre-crack, 시편방위 지정(Annex A5), 그리고 파단된 충격시편의

파면(Annex A6)에서 전단파괴 분율을 측정하는 데 요구되는 사항에 대해 설명하였다. 추가적으로, 해당정보는

Notched bar 충격시험(Appendix X1), Strike의 중앙을 측정하는 방법(Appendix X2)의 취지 하에 제공되었다.

1.2 본 시험방법은 –196 °C (–320 °F, 77 K)이하 온도에서 충격시험에 관련된 내용에 대해서는 언급하지

않았다.

1.3 SI단위로 명시된 값은 표준값으로 인정하며 Inch-pound 단위는 단순 정보용이다.

1.4 본 규격은 안전에 관해 언급하지 않았으며 사용하기 전 안전에 관련된 적합한 절차의 확립에 대한

책임은 사용자에게 있음을 알려둔다. 특정 주의사항은 Section 5에 언급하였다.

2. 참고문헌

2.1 ASTM Standards: 2

B 925 Practices for Production and Preparation of Powder Metallurgy (P/M) Test Specimens E 177 Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods E 399 Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K Ic of Metallic Materials E 604 Test Method for Dynamic Tear Testing of Metallic Materials E 691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method E 1313 Guide for Recommended Formats for Data Records Used in the Computerization of Mechanical Test Data for Metals

3. 시험장비요약

3.1 충격시험의 필수적인 사항에는: 적합한 시편(몇 개의 다른 형태 시편이 인정됨), 시편지지대 Set,

이동질량을 수용하기 위해 설치된 시편 지지대, 충격날의 이동경로에 설치된 시편을 파괴하기에 충분한

에너지를 가진 이동질량, 파단된 시편에 의해 흡수되는 에너지를 측정하는 장치가 있다.

4. Significance and Use

4.1 본 충격시험방법은 Notch와 관련되어 다축응력의 결과가 되는 단일 하중, 고속하중과 높거나 낮은

온도에 결합된 현상에 노출될 경우에 발생하는 금속의 거동과 특별히 연관성이 있다. 특정재료와 온도는

노치시편에서 충격시험의 결과가, 서비스성능과 연관될 때, 취성파괴의 가능성을 정확하게 예측하는데

사용된다. 본 내용에 대한 추가정보는 Appendix X1에 나타내었다.

5. 실험장비 작동 주의사항

5.1 안전주의사항은 이동하는 충격날, 파손된 시편조각 그리고 시편의 가열과 냉각에 관련된 위험으로부터

시험원을 보호하기 위해 숙지되어야 한다.

6. 장치

6.1 일반요구사항:

6.1.1 시험장비는 고정된 구조의 충격날형식이 되어야 한다.

6.1.2 시험장비는 Annex A1에 나타낸 요구사항을 충족시킬 수 있게 설계 및 제작되어야 한다.

6.2 검사와 조사

6.2.1 시험장비를 직접 확인하기 위한 검사절차는 A2.2와 A2.3에 나타내었다. A2.2에 명시된 대상물들은 1년

단위로 반드시 검사되어야 한다.

6.2.2 검사시편을 사용하여 간접적으로 Charpy V-notch장비를 검사하기 위한 절차는 A2.4에 나타내었다.

Charpy충격시험기는 1년 단위로 직접적으로 간접적으로 검사되어야 한다.

7. 시편

7.1 형상과 방위:

7.1.1 시편은 해당사양에 명시된 재료에서 채취되어야 한다. 시편방위는 Annex A5의 용어에 따라 지정되어야

한다.

7.1.2 시편의 형태는 시험재료의 특성에 따라 결정되는 경향이 매우 크다. 제공된 시편은 연성비철과


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강화강의 경우 동일하게 만족스럽지 못할 수도 있는데; 그러므로, 시편의 많은 형태가 인정되는 실정이다.

일반적으로, 날카롭고 깊은 Notch가 매우 고연성인 재료 및 저속의 실험속도에서 사용될 때의 차이를

구분하기 위해 요구된다.

7.1.3 그림1과 2에서 나타낸 시편은 가장 많이 사용되는 일반적인 시편이다. 이 시편형상은 특히 철 금속에

적합한데 주철은 예외이다.

7.1.4 다이캐스팅 합금에 적합한 것으로 확인된 시편은 그림3에 나타내었다.

7.1.5 분말야금재료에 적합한 일반적인 시편은 그림4와 5에 나타내었다. 분말야금충격시편은 Practice B925의

절차대로 제작되어야 한다. 이와 같은 재료의 충격시험결과는 시편방위에 의해 영향 받는다. 그러므로, 달리

명시된 바 없으면, 시험기에서 시편의 위치는 충격날이 충격방향에 평행한 표면에 충격을 줄 수 있어야 한다.

분말야금재료의 경우, 충격시험결과는 Unnotched 충격흡수에너지로 기록된다.

Notch length to edge 90 ±2°

Adjacent sides shall be at 90° ± 10 min

Cross-section dimensions ± 0.075 mm

Length of specimen (L) +0, −2.5 mm

Centering of notch (L/2) ± 1mm

Angel of notch ±1°

Radius of notch ±0.025 mm

Ligament Length: ±0.025 mm

Type A specimen ±0.025 mm

Type B and C specimen ±0.075 mm

Finish requirements 2 μm on notched surface and opposite face; 4 μm on other two surfaces

FIG. 1 Charpy (Simple-Beam) Impact Test Specimens, Types A, B, and C

NOTE 1—허용오차는 다음과 같다:

Notch length to edge 90 ±2°

Cross-section dimensions ±0.025 mm

Length of specimen +0, −2.5 mm

Angle of notch ±1°

Radius of notch ±0.025 mm

Ligament Length ±0.025 mm

Adjacent sides shall be at 90° ± 10 min


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Finish requirements 2 μm on notched surface and opposite face; 4 μm on other two surfaces

FIG. 2 Izod (Cantilever-Beam) Impact Test Specimen, Type D

NOTE 1—두 개의 아이조드 시편이 이 Bar에서 절단된다.

NOTE 2—Blow는 가장 폭이 좁은 면에 충격을 가해야 한다..

FIG. 3 Izod Impact Test Bar for Die Castings Alloys

7.1.6 Sub-size와 추가시편에 대한 권장사항은 Annex A3에 나타내었다.

7.2 시편가공:

7.2.1 열처리된 재료가 평가될 때, 시편은 최종 열처리 후에 Notch가공을 포함하여 정밀하게 가공되어야

하는데, 가공된 시편의 충격특성이 열처리 전과 후에 대해 증명되지 않았을 경우 양 쪽 경우에 대해 시험을

실시한다.

7.2.2 Notch는 매끄럽게 가공되어야 하나 정마는 일반적으로 불필요한 것으로 증명되었다. 그러나, Notch

치수의 변화는 시험결과에 심각하게 영향을 미칠 수 있으므로, 그림 1의 허용오차를 유지하는 것이

필요하다(Appendix X1.2에서 Type A시편에서 다양한 노치치수의 영향을 설명하였다). Keyhole 시편에서,

Round hole은 저속으로 조심스럽게 가공되어야 한다. Slot은 다양한 방법으로 절단될 수 있으나, Slot 반대

면의 드릴링 된 구멍이 손상되지 않게 주의해서 절단해야 한다.

7.2.3 구분표시는 시편에서 다음위치에만 표시되어야 한다: 10mm 사각 끝; 시편이 시편지지대(Note 1)에

위치될 때 시편의 옆면; Notch 반대 면의 시편측면. 표시를 해서는 안 되는 곳은, 시편의 어느 면에서건, 시편

중심선의 15mm이내가 되는 곳은 안 된다. 정전기방식 연필이 시편구분표시를 위해 사용될 수 있는데 과도한

가열은 피해야 한다.

NOTE 1—접하는 면은 90°± 10 min이 되어야 한다.

FIG. 4 Unnotched Charpy (Simple Beam) Impact Test Specimen for P/M Structural Materials


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NOTE 1—접하는 면은 90°±10min이 되어야 한다.

FIG. 5 Izod (Cantilever-Beam) Impact Test Specimen for P/M Structural Materials

NOTE 1—시편지지대에 장착될 때 장착될 시편면에 구분마크를 하기 전에 주의가 요구된다. 시험원이

조심하지 않으면, 시편은 시편지지대에 안착된 표시마크가 된 상태로 장비에 장착될 수 있다. 이 상황에서,

구한 충격흡수에너지는 신뢰할 수 없다.

8. 절차

8.1 장치의 준비:

8.1.1 시험장비는 매일, 실험 시마다, 혹은 실험직전에 사용된 장비에 대해 일반적인 절차로 점검을 실시한다.

장비검사 결과는 장비 기록지에 보관한다. 시험장비를 Annex A1과 Annex A2를 준수하여 확인한 다음, 다음과

같은 일반검사를 실시한다.

8.1.1.1 뚜렷한 손상 및 마모가 없는지 Striker와 시편지지대를 유관으로 검사한다.

8.1.1.2 다음절차를 사용하여 장비의 0점 위치를 점검한다: 무게 추를 거는 위치까지 올리고, 사용되는 범위의

최대 용량에 가깝게 Pointer를 이동시키고, 충격날의 걸쇠를 풀어준 다음, 지시된 값을 읽는다. 지시계는

측정한 값을 장비에서 에너지 제로 값으로 나타내야 한다. 장비의 각도측정에서, 측정값은 장비제조사에 의해

제공된 변환 차트에서 제로에 해당해야 한다.

NOTE 2—조준조정과 마찰손실이 보상되지 않은 장비에서, 포인터는 제로를 나타내지 않게 된다. 이런 경우,

지시된 값이 에너지로 변환될 때 회전원호에 비례한다고 가정된 마찰손실에 대해 교정이 실시되어야 한다.

8.1.1.3 마찰과 공기저항 손실이 허용오차 안에 들어오도록, 다음 절차가 권장된다: 충격날을 걸쇠 위치까지

올리고, 포인터를 제로의 –면으로 이동시킨 다음, 충격날의 걸쇠를 풀어 충격날이 앞 뒤로 5번 왕복 하도록

한다, 6번째 앞쪽으로 스윙 하기 전에, 다이얼의 스케일의 5~10% 사이에 Pointer를 설정한다, 6번째 뒤쪽

스윙 후에, 포인터가 지시한 값을 기록하고, 에너지로 측정값을 변환시킨다(필요 시). 11로 나누어 주고,

사용된 최대 눈금 값으로 나누어주고 퍼센트 마찰을 구하기 위해 값에 100을 곱해준다. 마찰과 공기저항

손실의 결과는 실험된 장비의 눈금용량 0.4%를 초과해서는 안 되며, 시험장비에서 이전에 실시된

마찰측정값의 10% 이상 변경되면 안 된다. 마찰과 공기저항 손실 값이 0.4%를 초과하거나 이전의 측정값과

상당히 차이가 나면, 지시방법, 걸쇠높이, 그리고 베어링의 마모와 손실에 대해 점검해야 한다. 그러나 장비가

최근에 사용되지 않았으면, 충격날을 50~100번 정도 왕복시키고, 장비를 수리하기 전에 마찰시험을 반복한다.

8.2 시험온도 고려인자:

8.2.1 시험온도는 대부분 재료의 충격특성에 영향을 미친다. 체심입방격자 재료의 경우, 파괴모드의 변화가

재료의 화학조성과 미세조직에 따라 해당온도범위에 걸쳐 발생한다. 시험온도는 고정된 값에서 재료거동의

특징을 나타내거나, 온도범위에 따른 변화영역을 나타내기 위해 선택될 수 있다. 시험온도의 선택은 본

시험방법 사용자의 결정사항이며 사용목적에 따라 결정된다. 상온에서 실시되는 시험의 경우 20±5℃의

온도가 권장된다.

8.2.2 시편의 온도는 조절환경에서 제거된 후, 충격장비에 의해, 파괴거동이 완료되는 시간 동안 상당히 변할

수 있는데 이 현상은 온도조절환경으로 제어될 수 있다 (Note 5참조). 가열 및 냉각매체를 끓는점 가까이에서

사용하면, 충격날이 시편과 부딪힐 때 출발한 시편이 온도허용오차 내에 있다는 것을 입증하기 위해 Note 5의

참고 데이터를 사용하거나 열전대의 교정데이터를 사용한다. 과도한 잠열이 예상되면, 파괴동안 노치 근처의

시편온도를 관찰한다.

8.2.3 온도측정장치는 적어도 6개월 마다 검사한다. 만약 Liquid in glass 온도계가 사용되면, 초기검사로도


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충분하지만, 적어도 일년에 두 번 액체의 분할과 같은 문제에 대해서도 검사되어야 한다.

8.2.4 온도 분위기 환경에서는 시편을 요구되는 시험온도의 ±1 °C (± 2 °F)이내에서 유지시킨다(8.2.4.1,

8.2.4.2참조). 가열 및 냉각 혹은 시편지지대로 시편을 운반하는 방법은 파괴 전 시편온도가 유지온도(Note

5참조)와 본질적으로 같다면 사용할 수 있다. 온도조건처리와 충격 사이에 대해 허용되는 시편온도의

최대변화는 본 규격에 명시되지 않았는데, 최대변화는 시험될 재료와 사용목적에 따라 다르기 때문이다

일반적이지 않은 온도조건과 변환방법을 사용하는 사용자는 충격 전 시편의 온도변화는 일반적으로 사용되는

매개(oil, air, nitrogen, acetone, methanol)에서 조절되고 5초 이내 충격시험 되는 같은 재료의 표준시편에 대한

온도변화와 같거나 낮아야 한다. (Note 5참조)

지금까지 사용되는 3개의 온도조절과 이동방법은 다음과 같다: 열 조절용 Liquid bath와 시편집계로 시편

지지대로 이동; 온도 조절용 Furnace와 시편지지대로 이동시키는 자동이동방법; 가열과 냉각 후에 지지대에

시편을 위치.

8.2.4.1 냉각과 가열Bath에는 적합한 용기를 사용하는데, 전극 및 시편위치 Fixture와는 다른 형태이다. 적어도

25mm의 용액에 시편을 담글 때 시편이 잠기게 하고 노치영역이 용기의 옆면이나 바닥에 25mm이상

떨어지게 하며 시편의 어떤 부분도 용기와 접촉하지 않게 한다. 시편 그룹의 중앙에 Bath의 온도를 측정하는

장치를 장착한다. Bath를 교반하고 요구되는 온도로 ±1°C (±2°F)내에서 유지한다. 시험 전에 최소 5분 동안

시편을 열 적으로 평형상태를 만드는데, 열 평형시간을 짧게 하는 것은 열전대 측정값이 다양하게 나타나지

않을 경우에 해당한다. 시험 전에 적어도 5분 동안 Bath에 시편을 취급하는데 사용하는 집게(Tong)를

내려놓고, 열 평형상태를 만든다.

8.2.4.2 온도조절에 가스 방법을 사용할 때, 가스가 시편 주변을 순환하게 하고 적어도 30분 동안 ±1°C

(±2°F)내에서 요구되는 온도를 유지시킬 수 있게 시편을 위치시킨다. 시편을 다룰 때를 제외하고 Medium에서

시편을 제거하기 위해 사용되는 집게는 사용하지 않는다.

NOTE 3—+260°C (+500°F)까지 온도는 오일을 사용하는데, ―Flash-point‖온도는 신중하게 관찰되어야 한다.

NOTE 4—–196°C (–320 °F, 77 °K)온도 시험에 대한, 표준시험절차는 대부분의 금속에 적합한 것으로

확인되었다.

NOTE 5—연구를 통해 시편은 물에서 100℃까지 가열되고 시편지지대로 이동에 필요한 5초 동안 10℃로

냉각될 수 있는 것이 밝혀졌다(1). 냉매를 사용한 다른 연구에서, 상온에서 해당 끓는점 이상에서 시편은

장비의 시편지지대로 시편의 이동 동안 시편온도가 크게 변할 수 있다는 것을 나타내었다. 추가적으로, 어떤

재료는 잠열(2)때문에 극저온 충격시험 동안 온도가 극적으로 변하기도 한다.

8.3 샤르피 충격시험 절차:

8.3.1 샤르피 시험절차는 다음과 같이 요약될 수 있다; 열평형상태의 시편을 시편 지지대에 위치시킨다;

충격날은 진동 없이 낙하시키고, 시편은 충격날에 의해 충격을 받아야 한다. 해당결과정보는 장비와 파단된

시편에서 얻을 수 있다.

8.3.2 장비에 시편을 장착시키기 위해, 그림6과 유사한 Self centering (A1.10.1참조)집게가 권장된다. 그림6에

나타낸 집게는 V-Notch시편 정렬용 이다. 만약 Keyhole시편이 사용된다면, 집게설계의 수정이 필요할 수

있다. 만약 End-centering장비가 사용되면 저-에너지 고 강도 시편이 진자로 이장비가 다시 튀는 것과 잘못된

높은 값으로 기록되는 것에 주의해야 한다. 이와 같은 많은 장치들은 장비의 영구적인 Fixture이며, 만약

시편위치에서 시편의 끝과 Centering장비가 약 13mm(0.5in)가 안되면, 파단된 시편은 충격날 쪽으로 다시 튈

수 있다.

8.3.3 시험을 실시하기 위해, 충격날을 거치위치까지 올리고, 최대측정값에서 에너지 지시값을 설정하거나,

디지털 표시장치를 초기화한다. 시편을 시편지지대에 장착하고 충격날의 Locking을 해제한다. 만약 액체 및

가스매개가 열 분위기 조건에 사용된다면, 5초 이내에서 연속적으로 시행해야 한다(표준 시편 10 x 10 x 55

mm (0.394 x 0.394 x 2.165 in.) 8.2.4 참조). 시편은 냉매에서 Centering 집게를 사용하여 제거하는데 이때

시편과 같은 온도로 조절된 상태의 집게를 사용하여, 시험위치로 시편을 이동시키고, 충격날의 잠금상태를

부드럽게 해제한다. 만약 시편이 온도 분위기 Bath에서 제거되고, 시험을 5초 이내 실시한 부분에 대해

의심스러울 경우, 시편은 시험 전에 8.2에 명시된 요구시간 동안 유지되어야 한다.


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NOTE 1—달리 명시된 바 없으면 변동 허용 값은 ±1 mm (0.04 in.).

FIG. 6 Centering Tongs for V-Notch Charpy Specimens

8.3.3.1 만약 파괴된 충격시편이 두 조각으로 구분되지 않으면, 파단 되지 않은 것으로 기록한다(파단지침에

대한 9.2.2참조). 시험장비 용량의 80%이하의 흡수에너지를 갖고 파괴되지 않는 시편은 파단된 시편의 결과

값으로 평균화 될 수 있다. 만약 개개의 값들이 나타나지 않으면, 평균값으로 파괴되지 않은 시편의 퍼센트를

기록한다. 만약 흡수에너지가 시험기용량의 80%를 초과하고 시편이 시편지지대 사이를 완벽하게 통과하면,

추정치로서의 값은 다른 값과의 평균이 유사하지 (10.1참조)않은 것으로 기록한다. 만약 파괴되지 않는

시편이 장비 지지대 사이를 통과하지 못하면(예를 들어 진자를 정지하게 만들면), 결과는 장비의 용량을

초과한 것으로 기록해야 한다. 시편은 단 1번의 충격만 가해져야 한다.

8.3.3.2 만약 시편이 장비 안에서 눌리게 되면, 결과값을 버리고 교정에 영향을 미치는 손상 및 정렬불량에

대해 철저하게 장비를 점검한다.

8.3.3.3 충격날이 상부 낙하 대기위치에 있을 때 지시계의 Jarring에 의해 야기되는 오차기록을 방지하기

위해서는, 다음시험을 위해 충격날을 잠그기 전에 지시계로부터 각 시험에 대한 값을 측정해야 한다.

8.4 Izod Test Procedure:

8.4.1 아이조드 시험절차는 다음과 같이 요약될 수 있다: 시편을 시편고정 Fixture에 위치시키고 충격날은

진동없이 떨어트린다. 결과정보는 장비와 파단된 시편으로부터 구한다. 세부내용은 다음과 같다.

8.4.2 상온이 아닌 다른 온도에서 시험은 아이조드 시편용 고정Fixture가 장비의 주요부품이기 때문이며

빠르게 냉각되거나 가열되어서는 안 된다. 결과적으로, 아이조드 시험은 상온이 아닌 다른 온도에서의 사용이

권장되지 않는다.

8.4.3 노치의 중심선이 0.125mm(0.005in)내에서 바이스의 최고상단 면에 위치시키고 시편을 지지용 바이스에

견고하게 장착한다. 최고 측정값에서 에너지 지시계를 설정하고, 충격날의 잠금상태를 부드럽게 해제한다.

아이조드 시편시험 시 Section 8.3.3.1-8.3.3.3을 포괄적으로 적용한다.

9. 충격시험으로 구할 수 있는 정보

9.1 흡수에너지는 시편의 충격순간에 대한 충격에너지와 시편파단 후 잔여에너지 사이의 차이로 구해야 한다.

이 값은 공기저항과 마찰손실에 대해 교정된 장비의 스케일 측정값으로 결정된다.

NOTE 6—에너지 측정을 위한 다른 방법은 장비의 정확성이 증명되는 경우 사용될 수 있다. 오랜 세월 동안

사용된 방법은 Optical encoder와 변형게이지식 Striker이다.

9.2 측면팽창측정방법에서 파괴경로가 시편의 양면에서 최대 팽창점을 좀처럼 2등분되지 않는다는 것을

반드시 인지해야 한다. 파단시편의 1/2는 양면, 한 면 또는 어느 면도 아닌 경우에 대해서라도 최대 팽창부를

포함할 수 있어야 한다. 그러므로, 각 시편에서 각 면의 팽창 정도는 그림 7에서와 같이 시편의 면에서

변형되지 않은 면과 비교하여 측정되어야 한다. 예를 들어, A1이 A2보다 크고, A3가 A4보다 작으면,

측면팽창은 A1+A4의 합이 된다.

9.2.1 팽창측정을 실시하기 전에, 두 개의 시편 조각은 충격시험 동안 생성될 수 있는 Burr에 대해 유관으로

검사되어야 한다; 만약 Burr가 측면팽창영향에 영향을 미친다면, 반드시 제거되어야 한다 (Emery cloth에서

연마 및 다른 적합한 방법을 사용하여), 측정될 돌기가 Burr의 제거 동안 연마되지 않도록 한다. 그리고,

돌기가 시편지지대와의 접촉, 장비의 마운팅 표면에 의해 손상되지 않은 것을 확인하기 위해 각 파괴표면을

검사한다. 측면팽창은 손상된 형태로 시편에서 측정되어서는 안 된다.


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9.2.2 측면팽창측정은 다음과 같이 기록되어야 한다. 파괴되지 않은 시편의 측면팽창은 파괴된 것으로

기록되는 경우는 시편이 Hinged halves를 같이 한번 밀어서 분리되는 경우이며 추가적으로 시편에 피로를

가하지 않고 따로따로 밀어 파단 되지 않은 시편의 측면팽창은 분리된 조각에 대해 측정한 값과 같거나 큰

것으로 기록해야 한다. 시편이 두 조각으로 분리되지 않는 경우에, 측면팽창은 Shear lip이 시험 동안

변형되는 Hinged ligament로부터 간섭 없이 접근할 수 있는 한 측정될 수 있다.

9.2.3 측면팽창은 그림8과 같은 게이지를 사용하여 쉽게 측정될 수 있다(조립과 세부사항은 그림 8참조).

이와 같은 형식의 게이지를 사용한 측정은 다음과 같은 절차로 실시된다: 압축면이 서로 마주보도록 파단된

시편을 맞추고, 파단된 시편의 한 조각을 잡고 시편지지대와 Dial gage plunger 를 향해 시편의 다른 한

조각을 눌러 측정값을 기록하며, 파단된 시편의 다른 조각에서도 유사한 방법으로 측정하고, 두 값이

작아지는 것은 무시하고, 파단시편의 다른 면과 맞춘다, 시편의 측면팽창에 대한 2면에 대하여 최대 팽창

합계를 기록한다.

FIG. 7 Halves of Broken Charpy V-Notch Impact Specimen Illustrating the Measurement of Lateral Expansion, Dimensions A1, A2, A3, A4 and Original Width, Dimension W

9.3 충격시편의 파괴표면에 대한 전단파괴 Percent는 다양한 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 사용 가능한

방법은 Annex A6에 정의되었다. 각 시험방법에 대해, 사용자는 연성파괴성장메커니즘에 의해 생성된 영역과

취성 균열진전 영역(불안전한 균열성장 메커니즘)으로 생성된 영역의 차이를 반드시 구분해야 한다. 파단

면의 일반적인 영역은 그림10과 같이 나타나며, 여기서 ― Flat 파괴영역은 불안정한 균열성장이 마이크로 초

단위로 발생한 영역이다.

FIG. 8 Lateral Expansion Gage for Charpy Impact Specimens


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FIG. 9 Assembly and Details for Lateral Expansion Gage

샤르피 충격시편 파단 면에서 Percent 전단영역은 일반적으로 총 파단영역과 Flat 파괴영역과의 구분으로

계산된다. 본 규격에서 설명된 측정방법은 거시적인 Flat 파괴영역을 추정할 수 있는 방법을

제공하지만(직접적으로 혹은 간접적으로), 불안정한 파괴의 Flat영역에 대한 파괴모드의 세부사항에 대해서는

고려할 수 없는 단점이 있다. Flat 파괴영역은 100% 벽계, 벽계와 연성-Dimple파괴형태의 혼합, 연성-

취성파괴의 혼합현상이 발생할 수 있다. 불안정한 균열성장영역 내에서 연성의 추정은 본 규격범위를

벗어나는 내용이다.

10. 보고서

10.1 장비용량범위의 80%를 초과하는 흡수에너지 값은 부정확하며 추정 값으로 기록되어야 한다. 이상적인

충격시험은 일정한 충격속도에서 실시되어야 한다. 충격날 형식 시험에서, 속도는 파괴진행에 따라 감소된다.

충격날 용량의 80%에 근접하는 충격에너지를 보유하는 시편의 경우, 충격날의 속도는 정확한 충격에너지가

더 이상 구해지지 않는 점까지 파괴동안 감소된다(초기속도의 약 45%).

10.2 일반적인 적합성 시험에서는, 다음정보를 기록한다.( 실험된 각 시편을 대상):

10.2.1 시편형태(와 크기(Full size 시편이 아닐 경우)

10.2.2 시험온도,

10.2.3 흡수에너지

10.2.4 고객과의 계약사항에 따른 다른 측정내용.

10.3 일반적인 적합성 시험과 다른 경우, 다음정보가 10.2내용에 추가적으로 기록된다.

10.3.1 측면팽창,

10.3.2 파괴되지 않은 시편,

10.3.3 파괴형태(전단 Percent, Note A6.1 참조),

10.3.4 시편방위,

10.3.5 시편위치

NOTE 7—Notched bar 충격시험데이터의 계산을 위해 권장되는 Format은 Practice E1313을 참조한다.

NOTE 8—시험온도가 상온으로 명시될 경위 실제온도를 기록한다.

11. 정밀도와 오차

11.1 실험실간 비교시험은 CVN 흡수에너지에서 변수의 원인을 확인하기 위해 낮은 에너지와 높은 에너지의

CVN 시편을 사용하였다. 29개 연구소에서의 데이터는 5개의 시편에 대한 각 연구소의 시험결과가

포함되었다. 두 가지 에너지 레벨로 제한된 것을 제외하고, Practice E691은 데이터의 설계와 분석을 위해

실시되었으며, 세부사항은 ASTM Research Report NO. RR: E28-1014.5에 나타내었다.

11.2 Precision—정밀도-아래에 나타난 정밀도 정보는 각 재료에 대해 각 실험실에서 실시한 5번 시험의 CVN


1


흡수에너지의 평균 값이다.

반복성과 재현성은 Practice E177에 정의된 내용으로 사용되었다. 시험결과 사이의 각 표준편차는 2.8의 상기

제한 값을 나누어서 구할 수 있다.

11.3 오차— 오차는 CVN흡수에너지에 대해 정의될 수 없다. 충격날 설계의 물리적 단순성은 장비와 시편

내에서 복잡한 에너지손실 메커니즘에 의해 복잡해진다. 그러므로 측정된 값이 비교될 수 있는 절대표준이

없는 실정이다.

12. Keywords

12.1 Charpy test; fracture appearance; Izod test; impact test; notched specimens; 진자 machine

NOTE 1—파괴표면에서 연성파괴영역의 전단은 파괴시작영역, 두 개의 Shear lip, 최종파괴영역을 포함한다.

Flat 및 방사형 파괴영역은 연성파괴성장이 적은 영역이다.

FIG. 10 Determination of Percent Shear Fracture ANNEXES (Mandatory Information)

A1. 충격시험기의 일반요구사항

A1.1 장비프레임은 Bubble level이 장착되거나 충격날 베어링의 축 수평에 적합하게 표면이 가공되어야 한다,

혹은, 충격날의 회전 축의 수평을 직접적으로 측정될 수 있어야 한다. 장비는 3:1000이내에서 수평이 되어야

하고 150mm(6in)이상의 콘크리트에 견고하게 고정되어야 한다. 이 방법을 사용할 수 없을 경우, 장비는

충격날 40배 이상의 질량을 갖는 기초 위에 고정되어야 한다. 볼트는 장비 제조사에서 명사한 방법으로

죄여져야 한다.

A1.2 정도 및 에너지가 보장된 스케일 및 디지털 Display에서 측정값이 에너지 범위의 0.25% 증가로

추정되거나 혹은 이하에서 구비가 되어야 한다.

A1.2.1 눈금과 디지털 Display는 공기저항과 충격날 마찰에 대해 보상될 수 있어야 한다. 측정값에서 눈금

측정의 오차는 측정범위의 0.2% 및 측정값의 0.4%를 초과해서는 안 된다. (A2.3.8)

A1.3 충격방향으로 스윙 동안 장비의 총 마찰과 공기저항 손실는 장비용량범위의 0.75%를 초과해서는

안되며 지시계에서 마찰력에 의한 충격날 에너지 손실은 장비 측정용량의 0.25%를 초과해서는 안 된다.

마찰과 공기저항 손실에 대한 계산은 A2.3.8을 참조한다.

A1.4 진자의 위치는(구속 없이 걸려있는 경우) 충격날이 시편으로부터 2.5mm(0.10in)이내가 되어야 한다.

지시계가 자유 스윙에서 제로 에너지를 나타낼 수 있게 위치될 때, Pedulum의 충격날이 시편에 대해 고정될

때 측정 범위의 0.2%내에서 측정되어야 한다. 진자의 스윙면은 3: 1000이내에서 아이조드 바이스 및 샤르피

시편지지대의 가로 축에 대해 수직이 되어야 한다.

A1.5 충격날 진자가 가로는 충격날 중심에 가해지는 진자의 유효중량의 4%에 해당하는 횡단 힘 에서

0.75mm(0.030 in.)를 초과해서는 안 된다. 진자 베어링의 축방향 움직임은 0.075mm(0.003in)를 초과해서는 안

된다.


1


A1.6 충격날 중앙에서 진자의 충격속도는 3~6m/s이상이 되어야 한다(10~20ft/s)

A1.7 걸쇠위치에서 충격날 중앙의 높이는, 지지 힘으로 나누어진 용량범위의 0.4%이내가 되어야 하고,

A2.3.5.1에 설명된 바대로 측정되어야 한다. 만약 공기저항과의 마찰이 낙하높이의 증가로 보상된다면,

낙하높이는 1%이하로 증가될 수 있다.

A1.8 시편의 초기위치에서 진자의 잠금상태를 해제하는 방법은 구속 없이 진행되어야 하며 초기 충돌, 지연,

측면진동 없이 진자의 구속을 풀어주어야 한다. 만약 같은 레버가 진자의 구속을 풀어주기 위해

사용되었다면 정지시키는 데에도 사용될 수 있는데, 이와 같은 방법은 우발적으로 맞물려서 정지되는 것을

방지하기 위해 사용될 수 있다.

A1.9 여유분의 시편은 다른 강도의 시험재료와 한 성분일 경우 성공적인 결과를 보증하기 위해 필요하다.

시편은 최소의 간섭으로 장비에서 제거되어야 한다. 샤르피장비에서 사용되는 진자는 그림 A1.1에서와 같이

3가지의 기본형상을 가지고 있다.

A1.9.1 C-형상 진자 및 Compound 진자를 사용할 경우, 파단된 시편은 진자로 다시 튀지 않으며 시편

끝에서의 여유가 적어도 13 mm (0.5 in.)일 경우 및 시편이 그림 A1.1과 같이 특정 배열로 장비의 배열이

벗어날 경우에 감소하게 된다.

A1.9.2 U-형상 진자를 사용할 경우, 진자쪽으로 파단된 시편이 다시 튀지 않도록 하기 위한 방법이

제공되어야 한다(그림 A1.1참조). 대부분의 U형상 진자 장비에서, 다음 요구사항을 충족시키기 위해 강철

덮개가 고안되고 설치되어야 한다: (a) 약 1.5mm(0.06in)의 두께 (b) 최소경도 45HRC (c) 아래면 모서리가

1.5mm(0.06in)이하의 반경 (d) 시편과 진자사이의 간격이 1.5mm(0.06in)를 초과하지 않아야 한다.

NOTE A1.1—진자내에서 Opening이 시편의 끝과 덮개 사이의 간격을 허용하는 장비에서, 이 간격은 적어도

13mm(0.5in)이며, 요구사항(a)와 (d)는 적용되지 않는다.

A1.10 샤르피 장비:

A1.10.1 노치의 중앙은 시편지 지대 사이의 중앙점 0.25mm(0.010in)이내의 위치에서 두 개의 시편 지지대

블록에 시편을 지지하고 위치시킬 수 있는 방법이 사용되어야 한다(그림 A1.2)

A1.10.2 지지대와 충격날은 그림 A1.2와 같은 형태와 치수가 되어야 한다. 진자와 지지대의 다른 치수는

진자와 파단된 시편 사이의 구속을 최소화 할 수 있게 되어야 한다.

A1.10.3 충격날의 중심은 시편지지대의 지지 모서리 사이 중심점의 0.40mm(0.016in)사이의 면 앞쪽이 되어야

한다. 충격날은 5:1000 이내의 시편 세로축에 대해 수직이 되어야 한다.

A1.11 아이조드 장비:

A1.11.1 시편의 면이 1:10000 이내에서 충격날과 평행한 위치에서 시편이 고정될 수 있게 해야 한다(그림

A1.3). Clamping 표면의 모서리는 0.4mm(0.016in)이하의 반경과 90±1°의 날카로운 각도를 가져야 한다.

Clamping 표면은 2 μm (63 μin.) 이상으로 매끄러워야 하고, 시편은 충격방향에서 가해진 죄임력으로 노치에

견고하게 고정한다. 직사각형 시편의 경우, Clamping표면은 0.025 mm (0.001in.)이내에서 평행해야 한다.

원형시편의 경우, Clamping 표면은 시편과 일치되는 형상이 되어야 하고 각 표면은 시편원주와 최소

p/2반경(90°)과 접촉해야 한다.

A1.11.2 충격날의 치수와 시편Clamp에 대한 충격날의 위치는 그림A1.3에서 나타낸 바와 같아야 한다.


1


FIG. A1.1 Typical 진자s and supports for Charpy Machines, Shown with Modifications to Minimize

Jamming

Note1–시편지지대는 장비에 장착될 때 표면 A와 시편지지대 위의 B가 0.1 μm 및 이상의 표면상태로

제조되어야 한다.

Note 2–충격날은 선단반경과 양쪽 면이 0.1 μm 및 이상의 표면상태로 제조되어야 한다.

Note 3–모든 치수허용오차는 달리 언급된 바 없으면 ±0.05mm이다.

FIG. A1.2 Charpy Striker

A2. 진자 충격시험기의 검사

A2.1 충격시험기의 검사는 2가지로 나누어진다: 하나는 직접검사인데, 본 Annex와 Annex A1의 요구사항을

충족시키는 검사내용으로 구성되었다, 그리고 다른 하나는 간접검사인데, 검사시편의 시험으로 실시된다.

A2.1.1 아이조드 장비는 연간 직접검사로 검사된다.

A2.1.2 샤르피 시험기는 연간 직접검사와 간접검사로 검사된다. 시험데이터는 가장 최근 검사일로부터

356일안에 생성된 경우에만 유효하다. 샤르피 시험기는 측정된 에너지에 영향을 미칠 수 있는 부품교체 후,

제품 수리 및 조절, 검사 간격에 상관없이 결과의 정확도에 의심이 발생할 경우 즉각적으로 검사되어야 한다.

이와 같은 제한은 부품이 측정된 에너지에 영향을 미치거나, 장비로부터 제거되거나 수정없이 재 설치되는

경우가 포함된다. (예외인 경우는 충격날 및 시편지지대가 다른 충격날 및 시편지지대를 사용하기 위해

제거된 다음 재 설치될 경우이다. A2.1.3 참조). 뚜렷한 문제점이 없는데도 마모에 영향받는 부품을 매년

직접검사를 하기 위한 목적은 아니다. A2.2에 명시된 아이템에 대해서만 정기적 검사가 요구된다. 시험기의

다른 부품들은 장비가 구입되었거나 부품이 교체되었을 때 적어도 한번 직접 검사를 실시해야 한다.

A2.1.3 샤르피 시험기는 충격날 및 시편지지대의 제거와 교체 후에는 간접검사가 즉각적으로 요구되지

않는데, 다음의 보호수단이 제공될 경우 시험장비가 검사된다: (1) 변화를 위한 Organizational 절차가

개발되고 수반된다 (2) 고 응력 저 에너지 품질조절용 시편(이 시편에 대한 파단에너지 범위에 대한 지침은

A2.4.1.1참조)은 제거 전에 시험되고 검사주기 365일 전에 이전에 검사된 충격날 및 시편지지대의 설치


1


이후에 즉각적으로 실험된다. 품질조절 시편의 실험 전 후의 결과는 서로 1.4Joules(1.0 ft-lbf) 이내이다.

(2) 고 강도 저 에너지 품질조절 시편(이 시편에 대한 파단범위의 지침 A2.4.1.1참조)은 제거 전에 그리고

이전에 검사된 충격날 및 Anvil의 설치 후에 즉각 실시한다. (3) 품질조절용 시편의 시험 전과 시험 후의

결과는 각각 1.4 Joules (1.0 ft-lbf)이내이다 (4) 비교결과는 logbook에 기록하고(5) 재 장착 전에, 충격날과

시편지지대는 마모에 대해 유관으로 검사하고 그림 A1.2에서 요구되는 허용오차를 충족하는지 검사한다.

인증된 충격검사시편의 사용은 요구되지 않으며 내부품질조절용 시편이 허용된다.

NOTE 1—달리 명시된 바 없으면, 모든 치수 허용오차는 ±0.05mm가 되어야 한다.

NOTE 2—A와 B의 Clamping 표면은 0.025mm이내에서 평면이고 평행해야 한다.

NOTE 3—충격날과 바이스의 표면마무리는 2 μm가 되어야 한다.

NOTE 4—충격날의 폭은 시험되는 시편보다 반드시 커야한다.

FIG. A1.3 Izod (Cantilever-Beam) Impact Test

A2.2 정기검사에 요구되는 부품의 직접검사:

A2.2.1 시편지지대와 충격날을 검사하고 마모를 나타내는 부품을 교체한다. 직선 모서리 및 반경 게이지가

손상정도를 확인하는 것을 보조하기 위해 사용제품과 사용되지 않은 부품 사이의 차이를 구분하는데 사용될

수 있다. (Note A2.1 검사)

NOTE A2.1—시편지지대 및 충격날 반경을 측정하기 위해, 권장되는 절차는 해당영역의 표면복제본을

만들어서 복제된 표면의 단면을 측정하는 것이다. 이 방법은 시편지지대와 충격날을 사용하여 장비 및

장비로부터 제거된 상태에서 실시될 수 있다. 판지로 Mold을 만들고, 해당영역을 테이프로 감쌉니다.

그리고 Low-shrinkage casting compound를 Mold에 부어 넣는다(Silicon rubber casting compound는 작업성이

좋다). 주물이 굳을 수 있게 하고, Mold를 제거하고, 레이저로 해당영역의 단면을 절단한다. 광학비교측정기

및 다른 장비에서 반경측정을 위해 이 단면을 사용한다.

A2.2.2 제조사 사양에 따라 시편지지대와 충격날이 장비에 단단히 조여지게 해야 한다.

A2.2.3 가능하면 덮개가 적합하게 설치되었는지 검사한다(A1,9.2참조).

A2.2.4 초기위치에서 충격날이 낙하하는 방법은 A1.8을 준수해야 한다.

A2.2.5 양 방향에서 장비의 Level을 점검한다(A1.1참조)

A2.2.6 고정용 기초볼트가 제조사 사양에 따라 조여졌는지 점검한다.

NOTE A2.2—팽창볼트 및 조임도구는 기초용으로 사용되어서는 안 된다. 이와 같은 조임도구는 볼트를

풀리게 하거나/ 장비의 하부에 조이거나 볼트를 조일 때 비정상적으로 높은 토크를 유발한다.

A2.2.7 지시계의 제로 값과 장비의 마찰감소를 8.1에 설명된 대로 점검한다.

A2.3 적어도 한번 검사되는 부품의 직접검사를 실시:

A2.3.1 샤르피 시편지지대와 지지대 및 아이조드 바이스는 그림 A1.2 및 그림 A1.3에 나타낸 치수를

준수해야 한다.

NOTE A2.3—충격시험기는 에너지 변형 및 시험기 부품의 이동에 사용되는 크기에 따라 부정확해지게 된다;

이 에너지는 시편을 파괴하는데 사용된 것으로 등록되게 된다.

A2.3.2 충격날은 그림 A1.2 및 그림A1.3에 나타낸 치수를 충족해야 한다. 마운팅 표면은 깨끗한 상태가

되어야 하며 제품이 잘 결합될 수 있도록 결함이 없어야 한다. 충격날이 A1.10.3(샤르피 시험용) 및


1


A1.11.1(아이조드 시험용)을 준수하는지 점검해야 한다.

A2.3.3 진자정렬은 A1.4와 A1.5를 준수하여 실시되어야 한다. 만약 진자에서 면의 작용 및 베어링에서 반경

작용이 명시된 제한 값을 초과하면, 베어링을 조절 및 교체해야 한다.

A2.3. 충격날 중심의 결정-샤르피 시험용 진자의 충격날 중심은 시험위치에서 Half-폭 시편을 사용하여

결정된다. 시편과 접촉하는 충격날로, 충격날에 시편의 상부 모서리를 따라 표시된 선은 충격날의 중심을

나타낸다. 아이조드 시험기의 경우, 충격날의 중심은 진자가 일반적인 시험위치에서 시편과 접촉하는 용도로

활용될 때 접촉선이 될 수 있다.

A2.3.5 위치 에너지의 결정-다음 절차는 진자 충격날 중심이 중력의 중심에 대해 진자 베어링(여기서는 회전

축이라고 함)의 중심선으로부터의 반경 선과 일치할 경우 사용된다(Appendix X2참조). 만약 충격날의 중심이

이 선으로부터 1.0mm보다 크면, 충격날 중심높이의 적합한 수정이 A2.3.8.1과 A2.3.9에 따라 실시되어야

한다, 왜냐하면 설정되거나 측정된 높이는 이 선에서 충격날의 중심일 경우 일치하기 때문이다. 시스템의

위치 에너지는, A2.3.5에서 측정된 것과 같이 진자가 낙하하는 높이와 같으며, A2.3.5.1에서 결정된 바와 같이

지지 힘을 곱한 것이다.

A2.3.5.1 지지 힘을 측정하기 위해, 두 개의 지지대와 수평으로 15:1000이내에서 진자를 지지하고, 두 개의

지지대는 하나는 베어링(회전축 중심)에서 다른 하나는 충격날의 중심에서 구성된다(그림A2.1참조). 그리고

나서 Platform scale 및 Balance와 같은 적합한 무게장치와 상호작용시키기 위해 충결날에 지지대를 배열하고,

0.4%이내에서 무게를 측정한다. 양 쪽 지지대에서 마찰을 최소화하는데 주의가 요구된다. 충격날이 원기둥

Rod와 접촉하게 한다. 지지 힘은 Scale 측정값에서 지지Rod와 Shim의 무게를 뺀 값이며 수평위치에서

진자를 유지하는데 사용될 수 있다.

A2.3.5.2 A1.7의 요구사항에 따라 진자 낙하높이를 결정한다. 샤르피 시험기에서는, Half-width(최대 폭의 중심)

시편의 상부 모서리에서 충격날 중심의 높은 위치0.1%까지 높이를 측정한다. 아이조드 시험기는 바이스 위

거리 22.66mm에서 충격날 중심의 낙하높이까지 높이를 측정한다. 높이는 충격날 중심의 높이에서 직접

측정되거나 다음 식을 사용하여 진자 각도의 변화로부터 계산될 수 있다(그림 A2.1참조).

여기서

h = 초기 충격날의 높이, m (ft),

S = 충격날 중심까지 진자거리의 길이, m (ft),

β = 낙하각도,

h 1 = 상승높이, m (ft),

α= 상승각도.

A2.3.6 마찰을 고려하지 않은 장비의 충격속도 [v]는 다음 식을 사용하여 측정한다.

여기서:

v = 속도, m/s (ft/s),

g = 중력가속도, 9.81 m/s2 (32.2 ft/s2),

h = 충격날의 초기높이, m (ft).

A2.3.7 충격의 중심은 회전축에서 시편에 충격날 중심으로의 거리 1%이내가 되어야 하는데, 최소힘이 회전

점에 전달되게 하기 위해서이다. 충격중심의 위치는 다음과 같이 결정한다.

A2.3.7.1 스톱워치나 다른 적합한 시간측정장치를 사용하여, (0.2초 이내에서 시간을 측정할 수 있는)

15°이하의 총 각도로 진자를 스윙시키고 100Cycle에 대한 시간을 기록한다. 진자의 주기는 100으로 나눈

100cycle에 대한 시간이다.

A2.3.7.2 다음 식을 사용하여 충격의 중심을 측정한다.

여기서:

L = 축에서 충격 중심까지의 거리, m (ft),

g = 순간 중력가속도(1/1000의 정확도)m/s2 (ft/s2),

π = 3.1416,

p = 스윙 주기, s


1


A2.3.8 마찰손실의 계산-진자의 마찰과 공기저항 그리고 기록기구에서의 마찰에 의한 에너지 손실은,

부정확할 경우, 시편파단에 야기된 에너지손실이 포함될 것이고, 흡수에너지가 잘못되어 높게 측정되는

원인이 될 수 있다. 각도에 대한 장비기록의 경우, 마찰손실은 일반적으로 장비제조사에서 보상되지 않으며,

에너지에서 직접적으로 장비에 기록되기 때문에, 일반적으로 진자의 시작높이를 증가시켜 보상한다.

마찰에서의 에너지 손실결정은 다음과 같이 실시한다:

A2.3.8.1 시험기에 시편없이, 최대 에너지 측정값에서 지시계로, 충격날의 시작위치에서 진자를 낙하시키고

지시된 에너지 값을 기록한다. 이 값은 마찰손실이 제조사에 의해 교정되었다면 제로의 에너지 값을

나타내야 한다. 그리고 진자를 천천히 자유 스윙을 통해 구해진 값에서 지시계가 접촉할 때까지 상승시킨다.

이 높이에서 진자를 유지하고 0.1%이내에서 시편지지대에 위치한 충격날의 중앙에서부터 Half-width시편의

상부까지 수직거리를 결정한다(A2.3.5참조). A2.3.5.1과 같이 지지힘을 결정하고 이 수적거리로 나누어준다. 이

값과 초기 위치 에너지의 아치는 진자와 지시계가 결합된 총 에너지 손실이다. 포인터의 재 설정없이,

반복적으로 포인터가 더 이상의 이동을 보이지 않을 때까지 초기 위치에서부터 진자를 반복적으로

낙하시킨다. 포인터의 최종위치에 의해 측정되는 에너지 손실은 진자 단독에 의한 것이다. 지시계 단독에

의한 마찰손실은 결합된 지시계와 진자손실 사이의 차이이고 진자 단독에 의한 것이다.

A2.3.9 지시기구 정확성은 전체범위에 걸쳐 정확하게 기록되는지 확인하기 위해 점검되어야 한다(A1.2.1참조).

각 범위의 약 0, 10, 20, 30, 50, 그리고 70 %에 해당하는 눈금표시에서 정확성을 점검한다. 충격의 중앙부를

표시하기 위해 표시한 충격날로, 진자를 상승시키고 지시계가 13 J (10 ft·lbf)를 나타내는 위치에 설정한다.

진자를 이 위치에 위치시키고 0.1%내에서 충격날의 중앙에서 시편지지대에 위치한 Half-width시편의 상부까지

수직거리를 측정한다(A2.3.5참조). A2.3.5.1에서 설명한 바와 같이 지지힘으로 충격 중앙부의 높이를 나누어

잔류에너지를 측정한다. 자유 스윙에 대한 총 마찰과 공기저항손실로 인해 이 값이 증가하는 것은 Latch에서

제로 에너지 측정값까지의 진자 스윙의 각도로 평가되는 진자 스윙 각도의 비로 나누어진다. 잠금 위치에서

위치 에너지에서 공기저항손실과 비례 마찰 그리고 잔여에너지의 합계를 뺀다(A2.3.5참조). 지시계는 A1.2.1의

제한사항 내에서 계산된 에너지와 일치해야 한다. 다른 스케일점에서 유사한 계산을 실시한다. 지시기구는

진자와 함께 초과하거나 감소하면 안된다. 다양한 높이에서 스윙을 시험하는데 시각적으로 스케일의 몇

부분에 대해 작동을 점검하기 위해서이다.


1


FIG. A2.1 Dimensions for Calculations

NOTE A2.4—각도를 나타내는 지시계는 상기 절차를 사용하여 점검되어야 한다. 스케일에서 각도측정은

변환식 및 일반적으로 시험에 사용되는 표를 사용하여 에너지 측정값으로 변환되어야 한다. 이런 식으로,

관련 식 및 테이블은 공기저항과 마찰교정에 대해 점검되어야 한다.

A2.4 간접검사:

A2.4.1 간접검사는 샤르피충격시험기의 정확성을 검사하기 위해 인증된 값의 시편시험이 요구된다.

A2.4.1.1 인증된 값의 검사시편은 낮은 정도(13 ~ 20 J), 높은 정도(88 ~ 136 J), 그리고 상당히 높은 정도(176~

244 J)로 구분되어 생산된다. 검사요구사항을 충족시키기 위해, 각기 시험되는 에너지 레벨에서 검사시편

설정에 대해 측정되는 평균 값은 1.4 J (1.0 ft·lbf) 및 5.0%이내에서 검사시편의 인증 값과 일치해야 하거나

A2.4.1.2 검사시편의 다른 Source가 사용될 수 있는데 해당참고 값이 Boulder, CO에서 NIST에 의해 유지되고

작동되는 3개의 참고장비에 대해 확립될 경우에 해당한다.

A2.4.2 샤르피충격시험기의 검사범위는 장비에서 시험된 최저와 최고에너지 시편의 참고값으로 표현된다.

이와 같은 값은 샤르피충격시험기가 보유한 최대 용량이 시험될 두 가지의 에너지 수위에 비해 너무 낮은

경우를 제외하고 두 가지 및 이상의 흡수에너지 수위에서 검사시편의 실험으로 결정된다. 이런 경우,

흡수에너지의 한 가지 수위는 간접검사를 위해 사용될 수 있다.

A2.4.3 검사시편을 시험하기 전에 충격시험기의 이용 가능한 범위를 결정한다. 충격시험기의 이용 가능한

범위는 최저 값에서 스케일 및 출력장치의 분해능이나 최고 값에서 장비의 용량에 따라 결정된다.

A2.4.3.1 스케일 및 출력장치의 분해능은 장비의 이용가능 범위의 최저 제한값을 확립한다. 최저 제한값은 15

J (11 ft-lbf)에서 스케일 및 출력장비의 분해능을 25배 곱한 것과 같은 값이다.

NOTE A2.5—아나로그 스케일에서, 분해능은 스케일에서 구분될 수 있는 에너지의 최소 변화이다. 이 값은

일반적으로 15 J (11 ft-lbf)의 에너지에서 스케일 상의 2개의 인접 구분표시에서 차이 값의 1/4~1/5이다.

NOTE A2.6—디지털출력은 일반적으로 고정되어 분리된 각도 분해능을 갖는 디지털 엔코더와 같은 장비와


1


함께 사용된다. 이와 같은 형식의 출력장치 분해능은 15J에서 일정하게 측정될 수 있는 에너지에서의

최소변화이다. 이와 같은 형식의 장비 분해능은 일반적으로 스윙 동안 최종 Digit에서 변하지 않는데

왜냐하면 분해능은 진자의 각도위치기능과 스윙에 대해 변하기 때문이다. 흡수에너지의 실시간 출력이 되는

검사모드가 구비된 장치의 경우, 진자는 출력장치의 최소변화를 관찰하기 위해 15J 영역에서 천천히 움직일

수 있다

A2.4.3.2 시험기 상한제한값의 적합한 범위는 시험기 용량의 80%이다.

A2.4.4 충격시험기의 적합한 용량범위 이내에 있는 검사시편만 실험되어야 한다. 시험 장비의 적합한

최대범위를 검사하기 위해, 장비의 적합한 범위 이내에서 이용 가능한 검사시편의 최저와 최고 에너지

수위에 대해 시험하였다. 시험된 최대와 최저 인증 값의 비가 4보다 크면, 중간에너지시편에 대한 3번째

실험이 요구된다(만약 시편이 일반적으로 이용할 수 있다면).

NOTE A2.7—Low, High, Super high 검사시편에 대해 주어진 에너지 범위의 상한경계에 대해 시험될 수 있는

최고 에너지 수위의 검사시편을 결정하기 위해 사용한다. 대안으로, 시험의 최소 에너지 수위를 결정하기

위해 검사시편에 대해 주어진 하한 경계를 사용한다.

A2.4.4.1 만약 Low 에너지 검사시편이 시험되지 않으면(High와 Super-high만 시험됨), 검사범위의 하한경계는

시험된 최저에너지 검사의 1/2 에너지가 되어야 한다.

NOTE A2.8—예를 들어, High 에너지 시편의 인증된 값이 100J이면, 최저 하한 값은 50J이 될 것이다.

A2.4.4.2 만약 공급된 샤르피 시험기 용량에 대해 최대 에너지 검사시편이 시험되지 못하면, 검사된 범위의

상한 값은 시험된 최고 에너지 시편 인증 값의 1.5배가 되어야 한다.

NOTE A2.9—예를 들어, 시험이 진행된 장비의 최대 용량이 325 J (240 ft-lbf)이고 Low와 High에너지

검사시편만 시험되었다면, 검사 범위의 상한 경계는 150J (100 J * 1.5 = 150 J)이 되고, 실험된 High에너지

시편은 100J의 인증된 값을 갖는 것으로 가정할 수 있다. 장비의 인증된 값을 검사의 최대 범위를 검사하기

위해, Low, High, Super-high 검사시편이 시험되어야 하는데, 왜냐하면 Super-high시편은 325 J 용량의

장비에서 시험될 수 있기 때문이다. (325J의 80%는 260J이고, Super-high 시편의 인증된 값은 260J을

초과하지 못한다) Table A2.1을 참조한다.

TABLE A2.1 Verified Ranges for Various Machine Capacities and Verification Specimens Tested A

이 예제에서, High에너지 검사시편은 100J의 인증 값을 갖는 것으로 가정한다.

A3. 추가적인 충격시편 형상

A3.1 Sub-Size시편- 재료의 양이 그림 1과 2에서와 같이 표준충격시편을 만드는데 충분하지 않으면, 작은

시편을 사용할 수 있는데, 다른 크기의 시편에서 구한 결과를 직접적으로 비교해서는 안된다(X1.3). 표준과

다른 샤르피 시편이 요구되거나 명시될 때, 그림A3.1에서 선택하는 것이 권장된다.

A3.2 추가시편-시험시편 준비의 경제성을 고려하여, 원형 및 직사각형 단면의 특별한 시편이 외팔보 빔

시험을 위해 사용되기도 한다. 이와 같은 시편은 그림A3.2와 A3.3시편X,Y와 같이 나태내었다. 시편 Z는

Philpot시편으로 불리기도 하는데, 초기 고안자의 이름이라고 한다. 강한 재료의 경우, 진자에 의한

평면Struck의 가공이 종종 생략되기도한다. Y와 Z형식은 그림A1.3과는 다른 바이스가 요구되는데, 바이스의

각 반쪽은 시편이 물리는 부분과 잘 맞는 Semi-cylindrical recess를 가지고 있다. 앞서 언급하였듯이, 결과는

다른 크기 및 형상의 시편에서 구해진 결과 값과의 비교는 신뢰성있는 비교가 될 수 없다.

아래는 Sub-size시편의 길이, 노치각도, 노치반경을 그림1에 나타낸 것이다; 깊이(D) 노치깊이(N), 폭(W)은

아래에 나타낸 바와 같이 다양하다.


1


NOTE 1—원형시편은 표준 시편이다(그림1)

NOTE 2—허용가능한 변동 폭은 아래와 같다.

단면치수는 ±1 %, ±0.075 mm (더 작은 경우)

노치 반경 ±0.025 mm

Ligament 길이 ±0.025 mm

노치표면의 마무리요구사항은 2 μm; 다른 두 표면에서는 4 μm

FIG. A3.1 Non-Standard Charpy (Simple-Beam) (Type A) Impact Test Specimens

Y 형식시편의 노치직경은 ±0.025 mm이다.

FIG. A3.2 Izod (Cantilever-Beam) Impact Test Specimens, Types X and Y

평면은 시편의 세로방향 중심선과 평행해야 하며 2:1000이내에서 노치의 바닥과 평행해야 한다.


1


FIG. A3.3 Izod (Cantilever-Beam) Impact Test Specimen (Philpot), Type Z

A4. PRECRACKING CHARPY V-NOTCH 충격시편

A4.1 범위

A4.1.1 본 Annex는 표준 샤르피 V 노치 충격시편(CVN)의 피로Pre cracking에 대한 절차를 설명하였다. 본

Annex는 Pre cracked 샤르피 충격시험과 피로Pre cracking 절차에 대한 정보를 나타내었다.

A4.2 Significance and Use

A4.2.1 4장 역시 Pre cracked 샤르피 V노치 충격시편에 사용된다.

A4.2.2 피로-Pre cracked CVN시편은 일반적으로 표준 V노치 시편(3,4,5,6,7,8)보다 Test Method E604의

충격인성시험과 Test Method E399와 같은 파괴인성 시험에서 보다 더 좋은 상호관계를 나타내는 것으로

확인되었다. 또한, 좀 더 날카로운 노치는 노치 충격인성과 재료의 천이온도에서 좀 더 보수적인 평가를

나타낸다(9,10).

A4.3 장치

A4.3.1 피로균열장비는 응력분포가 시편두께에 대해 대칭이 되어야 한다; 그렇지 않으면, 균열은 균일하게

성장하지 못한다. 응력분포는 예상되는 균열면에 대해 대칭이 되어야 한다: 그렇지 않으면, 균열은

면에서부터 심하게 벗어나게 되며 시험결과에 심각한 악 영향을 끼치게 된다.

A4.3.2 사용이 권장되는 Fixture는 그림A4.1에 나타내었다. 지지대 롤러 사이의 일반적인 스팬거리는

4D±0.2D인데, 여기서 D는 시편의 깊이이다. 롤러의 직경은 D/2와 D사이가 되어야 한다. Ram의 반경은 D/8과

D사이가 되어야 한다. 이 Fixture는 시편에 힘이 가해짐에 따라 지지 롤러가 회전하고 별도로 약간씩 움직일

수 있게 함으로서 마찰영향을 최소화 할 수 있게 고안되었으며 구름접촉이 허용된다. 롤러는 스팬길이를

설정하고 저 인성 스프링(고무밴드) 대신에 고정되는 Stopper에 대해 초기위치가 설정된다. Fixture, Roller,

Ram은 고강도 강으로 제작되어야 한다(40HRC이상).

A4.4 시편

A4.4.1 Pre cracked 샤르피 시편의 치수는 기본적으로 그림1의 형상이다. 노치 깊이에 피로균열 연신길이를

더한 값은 그림A4.2에서와 같이 N 값이 된다. 재료의 양이 표준시편을 만들기 어려울 경우, 작은 시편을

폭을 감소하여 만들 수 있다; 그러나 다른 크기에 측정된 시편의 결과는 직접적으로 비교해서는 안

된다(X1.3) .


1


FIG. A4.1 Fatigue Precracking-Fixture 설계

A4.4.2 피로균열은 충격시험될 같은 열처리 조건의 재료로 실시되어야 한다. 피로균열과 시험 사이에는

어떠한 중간처리도 허용되어서는 안된다.

A4.4.3 샤르피 충격시편에서 무디게 가공된 V노치로 인해, 피로균열 시작이 어려울 수 있다. 초기균열시작은

V노치로 날카로운 반경의 압축 및 밀링에 의해 촉진될 수 있다. 균열 Tip에 지나친 변형이 가해지지 않게

주의해야 한다.

A4.4.4 피로균열 표면흔적의 예상경로에 수직으로 시편의 각 면에 두 개의 연필 선을 표시하는 것이

권장된다. 첫 번째 선은 대략적으로 균열연신이 2/3정도 완료되는 점을 나타내야 한다. 이 점에서, 시편에

가해지는 응력강도는 감소해야 한다. 두 번째 선은 최대 균열연신 점을 나타내야 한다. 이 점에서, 피로

Precraking은 종료되어야 한다.

A4.5 Fatigue Precracking 절차

A4.5.1 가해지는 하중의 이동선이 1mm이내에서 지지롤러 중심사이를 통과하게 시험Fixture를 장착한다.

공칭길이의 1%이내로 스팬거리를 측정한다. 스팬의 1mm이내에서 롤러사이에 균열Tip시편을 위치시키고,

직사각형은 회전 축에 2°이내로 위치시킨다.

A4.5.2 잔여Ligament가 과도한 소성에 의해 변형되지 않고 유지될 수 있는 Precraking동안 사용할

초기하중을 선택한다. 만약 하중주기가 일정하게 유지되었으면, 최대 K(응력강도)와 K범위는 균열길이에 따라

증가될 것이다; 최대K 값이 균열Tip에서 지나친 소성변형을 방지하기 위해 초과되지 않도록 주의해야 한다.

이를 위해서는 피로균열이 연신됨에 따라 하중을 연속적으로 감소시키는 것이 요구된다. 최소하중은 최대

Eq의 10%에서 유지되는 반면 일정하게 사용되는 최대하중은 Eq A4.1과 A4.2로 계산될 수 있다.

A4.1 균열Tip에서 허용소성영역크기가 보장되는 재료에 대해 최대하중과 응력강도(K)값을 관계지어 설명한다.

최대하중이 Eq A4.2를 사용한 재료의 경우 제한하중인 것을 확인하기 위해 최대 하중을 확인하는 것이

권장된다. 대부분 진전된 균열 흔적은 최종 균열길이의 2/3에 해당하는 첫 번째 선에 도달되며, 0.6Kmax가

초과되지 않게 최대 하중을 감소시킨다.

A4.5.3 피로주기는 일반적으로 사인파장형태로 나타나며 최고 Practical frequency에 가깝다. 부적합한 환경이

없는 상태에서 약 100Hz까지 Pre crack 생성에서 특징적인 주파수 영향에 대해 알려진 바는 없다; 그러나,

15~30Hz의 주파수가 일반적으로 사용된다. 광학적인 방법으로 균열성장을 주의깊게 관찰한다. 저배율

현미경이 본 목적에 유용하다. 구분할 수 있는 성장이 첫 번째에서 발견될 때 만약 균열성장이 한 면에서

발견되면, 거동에 대한 원인과 진단대책을 결정하기 위해 피로주기를 정시시킨다. Fixture에서 단순히 시편을

돌리는 것으로 문제를 해결할 수 있다. 대부분의 진전된 균열 흔적이 Mark에 중간 정도 도달할 때, Fitxture에

대해 시편 방향을 돌리고 피로주기를 완료한다. 시편양면에서 시편흔적이 노치와 균열의 요구되는

전체길이가 나타날 때까지 피로주기를 계속 가한다. 피로균열은 V노치의 Tip을 지나 약 1mm를 연장시키지만

3mm를 초과해서는 안된다. 약 2mm의 피로균열연신이 권장된다.

A4.5.4 피로균열이 온도T1에서 실시되고, 시험이 다른온도 T2에서 실시되면, T1>T2, 최대 응력강도는 각각,

T1과 T2의 온도에서 재료의 항복응력 비로 나누어진 온도 T1에서 재료의 K max의 60%를 초과해서는 안된다.

피로균열동안 소성영역크기의 조절은 피로균열이 상온에서 완료될 때 그리고 시험이 낮은 온도에서 실시될

때 중요하다. 이런 경우, 상온에서 최대응력강도는 저온에서 최대응력에 해당하는 소성영역크기보다 작게끔

낮은 값으로 유지되어야 한다.


1


FIG. A4.2 Charpy (Simple-Beam, type A) Impact Test Specimen

A4.6 계산

A4.6.1 시편은 최대응력강도Kmax 및 하중 값에서 피로로 Pre crack되거나 3점 굽힘 시편을 사용해야 한다.

여기서:

P max = Pre craking동안 가해지는 최대하중

K max = 최대인장강도=

여기서 r y = 는 0.5mm보다 작거나 같아야 하는 야기된 소성영역크기의 반경.

D = 시편 깊이,

W = 시편 폭,

S = 스팬,

f (N/D) = 기하학인자(Table A4.1참조).

A4.6.2 f (N/D)계산을 위해 Test Method E399의 해당내용을 확인한다. Table A4.1은 CVN precracking의 f

(N/D)에 대해 계산된 값을 나타내었다. EqA4.2는 피로균열에 사용된 하중이 재료에 대해 계산된 제한하중

이하가 되도록 확인하는데 사용되어야 한다.

여기서:

P L = 재료의 제한하중.

A4.7 균열길이 측정

A4.7.1 파괴 후에, 다음 3위치에서 최대 1%까지 초기노치에 피로균열 길이를 더한 값을 측정한다:

균열선단의 중심, 시편표면과 균열선단의 교차부, 중심 사이의 중간길이.이 3가지 측정값의 평균을

균열길이로 사용한다.

A4.7.2 두 개의 균열길이 측정값 사이의 차이가 평균 값의 10%를 초과하거나, 균열선단의 부품이 평균값의

5%보다 장비 노치에 가까울 경우, 시편은 버려야 한다. 또한 양쪽 표면흔적의 길이가 평균균열길이의

80%보다 작으면, 시편은 버려야 한다.

A4.8 보고서

A4.8.1 실험된 각 시편에 대해 다음정보를 기록한다: 사용된 시편의 형태(표준시편이 아닐 경우 크기),

시험온도, 에너지 흡수, Test Method E23요구사항에 추가적으로 평균 Precrack길이를 기록한다.

A4.8.2 다음정보는 추가정보로서 기록할 수 있다: 측면팽창, 파단 출현 등이 있는데 에너지 흡수를

기록하는데 같은 방법으로 유용하게 사용될 수 있다.

A5. 시편방위

A5.1 시편축의 지정

A5.1.1 L축은 공정에 의한 입계유동 주 방향과 일치한다. 이 축은 일반적으로 세로방향이 된다(그림 A5.1,

그림A5.2그리고 그림.A5.3 참조)

A5.1.2 S축은 힘의 주 작용방향과 일치한다. 이 축은 일반적으로 최단 가로방향이된다.

A5.1.3 T축은 L과 S축에 수직이다. 이 축은 일반적으로 가로방향이 된다.

A5.1.4 L과 T축을 따라 균일한 변형으로 생산된 단조제품의 표면과 평행한 시편은 T시편으로 불린다.

A5.1.5 입계유동이 한 방향에서만 확인되는 단조제품의 균일한 입계 유동에 수직한 시편은, T와 S시편이

같아야 하므로, S시편으로 불린다.

A5.2 노치방위의 지정:

A5.2.1 노치방위는 파괴가 진전하는 방향에 의해 지정된다. 이 글자는 Hyphen으로 지정된 시편축으로


1


구분된다. 균일한 경우에(그림A5.3), 파괴가 두 면에 걸쳐 진행할 경우, 두 개의 글자가 노치의 방위를

나타내기 위해 요구된다.

TABLE A4.1 Calculations of f(N/D)

A6. DETERMINATION OF THE PROPORTION OF SHEAR FRACTURE SURFACE

A6.1 이와 같은 파괴출현방법은 천이온도이상에서 100% 전단파괴가 발생하고 천이온도 이하에서 벽계파괴가

발생한다는 개념에 기초하였다. 적어도 이 개념은 철 베이스의 체심입방격자이고 연성에서 취성으로 변환

되는 특성이 있는 재료에 적합하게 나타난다, 그러나 균열성장동안 일정하지 않은 혼합된 파괴모드를

나타내는 재료에서의 해석은 복잡하다. 천이온도범위에서, 파괴는 섬유모양의 찢어짐에 의해 노치의 밑에서

시작된다. 노치로부터 짧은 거리는, 종종 시편 중앙부에서 방사상 표시가 수반되는 파괴기구가 벽계 및

혼합기구로 바뀜에 따라 불안정한 균열성장이 발생하며, 수 마이크로 초 후에 불안정한 균열성장이 정지된다.

최종파괴는 잔여 Ligament와 연성모드에서 시편의 측면에서 발생한다. Shear lip가 시편의 측면에 생성됨에

따라, 잔여 Ligament 파괴 부에서 플라스틱을 부착한다. 이상적인 경우에, 섬유모양(연성)파괴의 ―Picture

frame‖은 벽계(취성)파괴된 비교적 평평한 영역을 둘러싸게 된다. 하단에 사용된 5가지 방법은

충격시편표면에서 연성파괴 Percent를 결정하는데 사용될 수 있다. 시편이 충격시험 후에 두 조각으로

나누어지지 않는 벽계 파괴가 어떤 벽계(취성)파괴의 증거 없이 발생한 경우에, Percent 전단파괴가 100%인

것으로 간주될 수 있고 시편은 파괴되지 않은 것으로 기록해야 한다.

FIG. A5.1 Fracture Planes Along Principal Axes


1


FIG. A5.2 Fracture Planes—Cylindrical Sections

FIG. A5.3 Fracture Planes not Along Principal Axes

NOTE A6.1—5개의 퀜칭 및 템퍼링된 8219강과 아래 설명한 미세조직적으로 4종류의 1040 강에 대한

Percent 전단에 대해 시험소간 비교 데이터를 측정하였다: (1) A6.1.1방법을 사용한 결과는 시스템적으로

Percent전단을 너무 낮게 평가하였다(A6.1.4방법과 비교). A6.1.2방법을 사용한 오차는 불규칙하다 (3)

A6.1.4방법을 사용한 개별측정의 일반적인 변동 값은 1040강의 경우 5~10%이다.

A6.1.1 그림10과 같이 파괴표면에서 파괴영역의 길이와 폭을 측정하고 측정단위에 따라 Table A6.1이나

Table A6.2로부터 Percent전단을 결정한다.

A6.1.2 시편의 파괴표면을 그림A6.1과 같은 파괴표면 차트와 비교한다.

A6.1.3 파괴표면을 확대하고 사전 교정된 Overlay 차트와 비교하거나 Planimeter를 사용하여

Percent전단파괴를 측정한다.

A6.1.4 적합한 배율에서 파괴표면을 촬영하고 Planimeter를 사용하여 Percent전단파괴를 측정한다.

A6.1.5 파괴표면을 디지털 이미지로 촬영하고 이미지분석소프트웨어를 사용하여 Percent전단파괴를 측정한다.

TABLE A6.1 Percent Shear for Measurements Made in Millimetres

NOTE 1—100%전단은 A및 B가 제로일 때 기록된다.

TABLE A6.2 Percent Shear for Measurements Made in Inches

NOTE 1—100%전단은 A 및 B가 제로일 때 기록된다.


1


FIG. A6.1 Fracture Appearance APPENDIXES (Nonmandatory Information) X1. NOTES ON SIGNIFICANCE OF NOTCHED-BAR IMPACT TESTING

X1.1 노치거동:

X1.1.1 샤르피 V 노치(CVN) 충격시험은 강(Steel)제품의 기계적 시험, 연구, 조달사양에 대해 지난 30년 동안

광범위하게 사용되어왔다. 파괴기구변수와의 연관성이 이용 가능할 경우, 최소작동온도와 최대하중속도에

노출되는 피로균열시편의 파괴에 대한 탄성-소성 및 소성거동을 보증할 수 있는 CVN인성을 명시하는 것이

가능하다.

X1.1.2 면심입방격자 금속과 합금, 비철금속과 오스테나이트계 강의 큰 그룹의 노치거동은 일반적인

인장특성으로 평가될 수 있다. 만약 인장에서 취성이 있으면, 노치가 있을 경우 취성이 발생하게 되는데,

반면 인장에서 연성이 있으면 노치가 있을 경우에도 연성이 있을 것이다, 단 일반적으로 예리하고 깊은

노치는 제외한다(표준 샤르피 및 아이조드 시편보다 훨씬 날카로움). 낮은 온도에서도 이런 재료의 특성은

변경되지 않는다. 노치조건에서 Ferrite 강의 거동은 인장시험에 의해 나타나는 특성으로 예측되지 못하는

것과 비교된다. 이와 같은 재료연구를 위해 샤르피와 아이조드 형태시편은 매우 유용하게 사용된다.

인장시험에서 일반적인 연성을 나타내는 금속도 노치조건에서 시험되거나 사용될 경우 취성모드에서도

파괴될 수 있다. 노치조건은 주 응력 혹은 다 축응력, 응력집중에 수직방향으로 변형시키기 위해 강제구속을

포함한다. 샤르피와 아이조드 시험은 구조의 민감도를 평가하는데 직접적으로 사용되지 못하지만 노치

취성거동에 대한 강의 민감도를 결정하는데 유용한 방법이라는 것을 입증했다.

X1.2 노치영향:

X1.2.1 다축응력의 조합에서 노치결과는 주 응력, 그리고 노치 Base에서의 응력집중에 수직인 방향에서


1


변형에 대한 구속과 연관성이 있다. 상당히 가공된 노치조건은 일반적으로 권장되지 않는데, 노치는

취성파괴의 갑작스럽고 완벽한 파괴를 일으키는 실제 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 어떤 재료는 매우

낮은 온도에서도 연성모드로 변형될 수 있는 반면 다른 재료는 균열이 발생하기도 한다. 거동에서 이런

차이점은 재료의 결합강도와 항복점에 대한 관련성에 대해 가장 잘 상통하는 내용이 된다. 취성파괴의 경우,

결합강도는 상당한 소성변형이 발생하고 결정립에서 파괴가 발생하기 전에 초과된다. 연성 및 전단형태

파괴의 경우, 상당한 변형이 먼저 선행되며 파괴된 표면은 결정립 파괴대신 연성파괴를 나타낸다. 중간

부분에서는, 파괴가 적절한 변형 후에 진행되며 파괴 면에서 부분적인 결정립과 연성파괴형태를 나타난다.

X1.2.2 노치 가공된 Bar에 하중이 가해지면, 공칭응력은 파괴를 일으키는 노치에 가해지게 된다.

벽계파괴로부터 결합를 유지하거나 결합상태를 고정하는 특성은 ―결합강도‖이다. Bar는 공칭응력이

결합강도를 초과할 때 파괴된다. Bar의 변형 없이 파괴가 발생하는 것은 취성 파괴에 해당한다.

X1.2.3 시험에서, 측면영향 때문에 정상적인 성능은 파괴이전에 소성변형이 발생하는 것이 훨씬 더

일반적으로 발생한다. 공칭응력에 추가적으로, 가해지는 응력 역시 공칭응력에 약 45°인 전단응력을 생성한다.

탄성거동은 전단응력이 재료의 전단강도와 변형 혹은 소성항복을 초과하자마자 종료된다. 이 조건은

연성파괴에 해당한다.

X1.2.4 취성 및 연성거동은 전단응력이 전단강도를 초과하기 전에 공칭응력이 결합강도를 초과하느냐에 따라

결정된다. 노치거동의 몇 가지 중요한 인자가 이것으로부터 수반된다. 만약 노치가 더 날카롭고 과감하게

가공되었다면, 노치Root에서 공칭응력은 전단응력에 비교하여 증가될 것이고 Bar는 좀더 취성파괴 되기 쉽게

된다 (Table X1.1). 또한, 변형속도가 증가함에 따라, 전단강도는 증가하며 취성파괴의 가능성도 증가하게

된다. 다른 방법으로는, 온도를 상승시키고, 노치를 가공하고 변형속도는 같게 하는 방법인데, 전단강도는

낮아지고 전단파괴에 이르는 연성거동은 상승하게 된다.

TABLE X1.1 Effect of Varying Notch Dimensions on Standard Specimens

.

X1.2.5 노치치수의 변동폭은 시험결과에 심각한 영향을 미친다. E4340 강 시편 시험은 샤르피 시험결과에서

치수변동폭의 영향을 나타내었다(Table X1.1참조).

X1.3 크기영향:

X1.3.1 시편의 폭이나 깊이를 증가시키는 것은 비틀림에 노출되는 금속의 체적을 증가시키는 경향이 있으며,

이 인자에 의해 시편이 파단될 때 에너지 흡수가 증가되는 경향이 있다. 그러나 크기의 증가에서, 특히 폭은,

구속의 정도를 증가시키는 경향이 있으며 취성파괴를 야기시키기 위한 경향으로, 흡수된 에너지의 양이

감소될 수 있다. 만약 표준크기 시편이 취성파괴의 가장자리에 있을 경우, 특히 중요하며, Double width시편은

실질적으로 표준 폭의 1보다 파단에 있어 적은 에너지가 요구된다.

X1.3.2 재료의 크기가 표준시편으로 사용되기 불가능하다면, 예를 들어 재료가 6.35 mm (0.25-in.)Plate인 경우,

Sub size시편이 사용된다. 이와 같은 시편은 (그림 A3.1) 그림1의 Type A시편을 참조한다.

X1.3.3 구해진 에너지 값과 다른 크기 및 형상의 시편과의 일반적 상호관계는 특별한 것이 없으나, 제한된

상호관계는 특정재료와 특정시편에 기반을 둔 사양목적으로 확립될 수 있다. 다른 한편으로 공정변동의

상대적인 영향에 대한 연구에서, 선택된 노치가 있는 임의 선택된 시편을 사용한 평가는 적합한 시험에서

가장 일반적인 방법이 될 수있다.

X1.4 온도영향:

X1.4.1 시험조건 역시 노치거동에 영향을 미친다. 그래서 현저한 특징비교가 시편파괴시험을 통해 실시되거나

에너지 값을 Plotting에 의해 그리고 온도에 따른 노치 Bar의 시험에서 파괴출현 온도에 대해 실시되는데

노치가 있는 경우 강의 거동은 온도영향에 대해 실시된다. 시험온도가 벽계파괴를 시작하기에 충분히 낮은

온도일 경우, 흡수된 에너지가 상당히 급격하게 떨어지거나 저온 쪽으로 비교적 점진적으로 감소하는 경향을

나타낼 수 있다. 에너지 값에서 이러한 감소는 시편이 파괴에서 결정립 출현을 나타내기 위해 시작할 때

시작된다. 물러지는 영향이 발생하는 천이온도에서 부품의 크기 및 시편의 노치형상에 따라 상당히 다르게

나타난다.


1


X1.5 시험장비:

X1.5.1 시험장비는 충분히 견고해야 하는데 그렇지 않으면 고강도 저 에너지 재료의 시험에서 진자 축

위쪽으로 혹은 시험장비의 Base의 아래로 지나친 탄성에너지 손실이 발생할 수 있다. 만약 시편지지대,

Striker, 장비고정지지볼트가 견고하게 죄여지지 않게 되면, 108 J (80 ft·lbf)의 범위에서 연성재료의 시험은 122

~ 136 J (90 to 100 ft·lbf) 를 초과한 값을 나타내게 된다.

X1.5.2 샤르피시험 고유의 문제점은 고강도, 저 에너지 시편이 저온에서 시험될 때 발생한다. 이 경우

시편들은 측면방향보다는 진자 스윙방향에 노출시키지 않도록 한다. 파단된 시편조각이 장비부품에 다시

튀지 않고 스윙을 완료하기 전 진자와 접촉시키기 위해, 장비 모델에 따라 수정이 필요할 수 있다. 이와 같은

수정사항은 장비의 설계내용과 다를 수 있다. 기본적인 문제점이 같지만 파단된 시편이 스윙하는 진자에

다시 튀지 않도록 예방하기 위한 수정은 반드시 이루어져야 한다. 설계가 가능하면, 파단된 시편은 시편의

측면을 벗어날 수 있으며 진자가 지시편지지대를 통해 통과할 때까지 지정된 위치에서 파단된 시편을

유지하기 위한 설계가 필요한 상태일 수 있다. 시편은 일반적으로 약 5.2 m/s (17 ft/s)의 속도에서 진자의

스윙에 의해 충격이 가해지는데 종종 저 에너지 고강도 강재 시편은 15.2 m/s (50 ft/s)를 초과한 속도에서도

충격에 의해 파단되지 않는 경우가 있다. 파단된 시편에 의해 진자에 가해진 힘이 충분할 경우, 진자는

천천히 하강할 것이고 높은 에너지 값을 나타낼 것이다. 이 문제는 14~34J(10 ~25 ft-lb)범위에서 다양한

조사에 의해 기록된 샤르피 시험결과와 많은 불일치를 나타낸다. 그림 A1.1은 간섭을 줄임으로 인해

적합해진 수정사항에 대해 나타내었다.

X1.6 충격속도:

X1.6.1 충격속도는 강재의 노치거동에 영향을 미칠 수 있을 만큼 다양하다. 충격시험은 천이온도 이상 및

이하에서 정적 시험보다 높은 흡수에너지 값을 나타내는데, 예를 들자면, 천이온도 이하에서 반대의 값이

참값이 되는 경우이다.

X1.7 서비스와 상호관계:

X1.7.1 샤르피와 아이조드 시험이 대량, 큰 구조물의 부품에 일반적으로 사용되는 강재의 연성 및 취성

거동을 직접적으로 예측하는 용도로 사용되지 않는 반면, 이 실험은 실제 성능과 연관성이 확립된 경우

적합성 시험 및 같은 철강에서 다른 품목을 구분하거나 다른 강재 사이에서 선택하는 시험으로 사용될 수

있다. 이 시험은 상온이 아닌 다른 온도에서 시험을 실시할 경우 필요할 수 있다. 이런 경우, 전체시편의

서비스 온도 및 천이온도는 크기와 노치형상이 다르기 때문에 샤르피와 아이조드 시험에 요구되는

천이온도를 제공할 수 없게 된다. 화학분석, 인장, 경도시험은 취성파단에 대한 민감도 혹은 취성거동을

야기하는 저온의 영향을 파악하는데 중요한 공정인자의 영향을 나타낼 수 없다.

X2. 제안된 측정 방법

X2.1 무게 중심에 대한 충격 중심위치:

X2.1.1 충격 중심이 조립된 시험기에만 표시되기 때문에, 조립된 시험기에 사용할 수 있는 유일한 방법은

다음과 같다:

X2.1.1.1 모든 방법에 기본이 되는 사실은 마찰 힘이 무시된다는 것이고, 무게의 중심이 베어링에 의해

지지되는 진자 회전 축 아래에 수직이라는 것이다(여기에서는 Free hanging 진자로 간주함). Paragraph A1.3은

아주 작은 값으로 충격시험기에서 마찰힘을 제한하였다. 요구되는 측정은 Transit, Clinometer, Cathometer와

같은 특별한 장비를 사용되어 실시되었다. 그러나, 간편한 장비들은 충분한 정확성으로 측정을 실시하기 위해

다음에 설명된 바와 같이 사용되었다.

X2.1.1.2 프레임으로부터 연직 추를 매단다. 연직 추선은 Striking edge의 스윙 면에 시각적으로 나타내야

한다.

X2.1.1.3 큰 물체를 진자의 latch side에 가까운 기초에 위치시킨다. 뒤쪽이 가벼워 질 때, 큰 물체와 진자

사이의 최소 간격을 구분할 수 있게 큰 물체의 위치를 조절한다. (그림 X2.1참조)

X2.1.1.4 충격 중심에서 Striking모서리에 대해 가볍게 눌려진 Scale 및 Depth gage로, 연직 추 선과 Striking

edge사이의 수평거리를 측정한다(그림 X2.1에 치수 B).

X2.1.1.5 유사한 방법으로, 연직 추 선에서 Clamp block 및 진자의 확장된 끝까지 회전축을 통해 수평

면에서의 거리를 측정한다.(그림 X2.1에서 치수 A)

X2.1.1.6 측정 A에 접촉한 표면에서 시험기 프레임에서 베어링과 진자가 연결된 Shaft의 가공된 표면까지의

방사상 거리를 측정하기 위해 Depth gage를 사용한다.

X2.1.1.7 측정 C와 접촉된 같은 위치에서 Shaft의 직경을 측정하기 위해 Outside caliper 및 Micrometer를

사용한다.( 그림 X2.1에서 치수 D)

X2.1.1.8 식에서 측정된 치수를 대신한다.

여기서:

X = 무게 중심을 통한 회전 중심에서 선까지 Strike 중심의 편차


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X3. 비표준 시편용 실험 지침

X3.1 비표준시편을 시험할 때(그림 A3.1참조), 시편 지지높이는 Strike의 중심이 유지될 수 있게 변경되어야

한다(A2.3.4와 A2.3.7 참조). 이 변화를 지키기 위해, 새로운 시편 지지대가 제작되거나 혹은 Shim이 실험에

방해되지 않게 안전한 방법으로 시편지지대에 추가될 수 있다.

X3.2 Strike 요구사항의 중심을 유지하기 위해, 다음 절차는 비표준시편을 시험할 때 사용되어야 한다.

시편지지대의 높이는 비표준시편의 중심선이 표준 시편의 중심선과 일치하도록 변경되어야 한다. 높은

시편지지대는 Sub-size시편을 시험할 때 사용하고 낮은 시편지지대는 큰 시편을 시험할 때 사용되어야 한다.

X3.3 비표준시편의 수직높이를 측정한다. Sub-size시편을 시험할 때, 표준높이시편(10mm)에서 이 값을 빼고

2로 나누어준다. 이 값이 표준 시편지지대 높이로 추가되어야 한다. 표준보다 큰 시편의 경우 이 빼기의

결과는 마이너스 값이 된다. 그러므로, 지지대의 두께는 계산된 양만큼 감소되어야 한다.

FIG. X2.1 Measurement of Deviation of Center of Strike from

Vertical Plane through Axis of Rotation when 진자 is

Hanging Free REFERENCES (1) Nanstad, R. K., Swain, R. L. and Berggren, R. G., ―Influence of Thermal Conditioning Media on Charpy Specimen Test Temperature,‖ Charpy Impact Test: Factors and Variables, ASTM STP 1072, ASTM, 1990. (2) Tobler R. L. Et al.,― Charpy Impact Tests Near Absolute Zero,‖ Journal of Testing and Evaluation, Vol 19, 1 1992. (3) Wullaert, R. A., Ireland, D. R., and Tetelman, A. S., ―Radiation Effects on the Metallurgical Fracture Parameters and Fracture Toughness of Pressure Vessel Steels,‖ Irradiation Effects on Structural Alloys for Nuclear Reactor Applications, ASTM STP 484, ASTM, 1970, pp. 20–41. (4) Sovak, J. F., ―Correlation of Data from Standard and Precracked Charpy Specimens with Fracture Toughness Data for HY-130, A517-F, and HY-80 Steel,‖ Journal of Testing and Evaluation, JTEVA, Vol 10, No. 3, May 1982, pp. 102–114. (5) Succop, G. and Brown, W. F., Jr., ―Estimation of KIc from Slow Bend Precracked Charpy Specimen Strength Ratios,‖ Developments in Fracture Mechanics Test Methods Standardization, ASTM STP 632, W. F. Brown, Jr., and J. G. Kaufman, Eds., ASTM, 1977, pp. 179–192. (6) Tauscher, S., ―The Correlation of Fracture Toughness with Charpy V-notch Impact Test Data,‖ Army Armament Research and Development Command, Technical Report ARLCB-TR-81012, 1981. (7) Wullaert, R. A., Ireland, D. R., and A. S. Tetelman, ―Use of the Precracked Charpy Specimen in Fracture Toughness Testing,‖ Fracture Prevention and Control, pp. 255–282. (8) Barsom, J. M. and Rolfe, S. T., ―Correlations Between KIc and Charpy V-notch Test Results in the Transition-Temperature Range,‖ Impact Testing of Metals, ASTM STP 466, ASTM, 1970, pp. 281–302. (9) Mikalac, S., Vassilaros, M. G., and H. C. Rogers, ―Precracking and Strain Rate Effects on HSLA-100 Steel Charpy Specimens,‖ Charpy Impact Test: Factors and Variables, ASTM STP 1072, J. M. Holt, Ed., ASTM, 1990. (10) Sharkey, R. L. and Stone, D. H., ―A Comparison of Charpy V-notch, Dynamic Tear, and Precracked Charpy Impact Transition- Temperature Curves for AAR Grades of Cast Steel.‖

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ASTM E23 07 Standard Test Methods for Notched Bar Impact ...

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