금속 재료의 시험과 검사법 파단면 단깍기 설퍼 프린트법

금속 재료는 여러 가지 가공 공정을 거치면서 각종 결함이 생기고 사용 중에도 피로나 여러 원인에 의해 결함을 일으키는 경우가 있다. 소재에서부터 제조 공정이나 사용 중에서도 필요에 따라 시험 검사를 하여 결함을 검사하고 대책을 강구해야 한다. 금속 재료나 제품의 성질 및 결함을 알기 위한 시험 검사로는 기계적 시험, 매크로 조직시험, 현미경 조직 시험, 비파괴 시험 및 감별법 등이 이용된다.

 

매크로 조직 시험

재료의 조직 검사에 있어서 육안으로 관찰하거나 또는 10배 정도의 확대경을 사용하여 조직을 검사하는 것을 매크로 조직시험이라 한다. ㅣ매크로 조직 시험으로는 파단면 검사법, 단깎기 검사법, 설퍼 프린트 법, 매크로 부식 법 등이 이용된다.

[매크로 조직 시험으로 검출할 수 있는 내용]

1. 청동 중의 Pb, 강 중의 S과 같은 함유 원소의 편석에 의한 불균일 조직

2. 슬래그, 황화물, 산화물과 같은 비금속 물질의 개재 여부

3. 결정의 크기, 결정의 성장 구조 등의 파악 및 주조, 단조, 용접 가공 과정의 제조 방법

4. 균열, 블로 홀, 편석 등의 금속 결합

5. 육안 조직 검사는 결정립 지름이 0.1mm 이상의 것으로 조직의 분포 상태, 모양, 크기 또는 편석의 유무로 내부 결함을 판정한다. 

 

▶파단면 검사법

파단면 검사법은 결함 유무, 파괴의 원인, 열처리 적부, 과열의 유무, 열처리 균열, 백점, 흑연화, 피로 파단면, 각종 흠 등을 검사할 수 있다.

가. 파단면 검사시 달라지는 양상

1). 파단면은 갑자기 파단할 때와 천천히 파단할 때

2). 한 번 파단할 때와 여러 번 반복하여 파단할 때 및 파단력의 대소 관계

나. 백점은 단련 방향에 노치를 넣어 파단하면 원형의 흰 반점으로 나타난다.

다. 피로에 의해서 강재가 파단할 때는 그 파단면은 특징적인 모양을 나타낸다.

1). 강재 중에 생긴 미세한 균열을 기점으로 하여 균열이 서서히 다른 부분으로 전달되어 파단면이 방사상 또는 조개껍데기 모양으로 나타난다.

2). 균열이 어느 정도 진행되면 나머지 부분은 급격히 파괴되고 그 부분의 파단면은 거칠게 되므로 이와 같이 특징적인 파단면을 나타날 때에는 피로 파괴로 볼 수 있다.

 

▶단 깎기 검사법

육안으로 검출할 수 있는 핀홀, 블로홀 등에 의한 흠, 비금속 게재물의 흠, 모재와 같은 이물질의 개재의 의한 흠을 육안으로 조사하여 강재의 품위를 판정하는데 이용한다.

가. 검사 방법

1). 시험편 각 단의 다듬질면에 있어서 흠의 길이와 그 수를 측정한다.

2). 흠의 길이 : 바탕 흠의 번호로 표시한다.

3). 바탕 흠의 수 : 시험편의 각 단마다 동일한 흠 번호에 속하는 흠의 수를 세어서 이것을 100 x 100㎟ 당의 수로 환산한다.

 

▶설퍼 프린트법

설퍼 프린트 법은 강재 중의 S의 분포 상태를 검출하는 데 사용되는 검사법으로, 흠의 검출과 고우스트 라인의 검출 등에 이용된다.

고우스트 라인 :P, S 등이 편석 되어 있는 강괴를 압연하여 판, 봉, 관으로 만들 때 편석 부분이 늘어나 긴 띠 모양으로 이룬 것을 말한다.

 

▶매크로 부식 법(강산 부식 법)

강재의 표면이나 단면에 대하여 적당한 부식액으로 부식시켜 결함을 육안으로 검출하는 검사법을 매크로 부식 법이라 한다.

 

현미경 조직 시험

현미경 조직 시험은 금속 재료의 조직을 시험하거나 결함을 검사하는데 많이 이용되고 있으며 금속 현미경을 사용하여 금속 조직을 관찰할 수 있다.

 가. 금속 현미경으로 관찰할 수 있는 범위

1). 금속이나 합금의 조성과 기계적 성질과의 관계, 균열의 성장 상황

2). 금속 조직의 구분 및 결정 입도의 크기, 모양, 배열 상태, 파단면의 모양과 상태 

3). 열처리 등의 가공 상태 및 비금속 게재물의 종류와 형태, 크기, 분포 상태

나. 현미경 조직 검사의 구분

1). 광학 금속 현미경 조직 시험 : 보통, 고온 편광, 위상차, 간섭 금속 현미경 시험

2). 섬프 시험 편에 의한 조직 시험

3). 전자 현미경 조직 시험

다. 광학 금속 현미경

반사형 금속 현미경에서는 광원으로 전구를 사용하여 시료에 광선을 투사하여 이때 시료 표면에서 반사하여 나오는 광선을 현미경의 렌즈를 통하여 관찰한다.

라. 고온 금속 현미경

고온 금속 현미경은 상온 이상의 온도에서 금속 조직을 관찰하기 위하여 사용되며, 시험 편을 진공 중에서 가열하여 열 부식에 의해서 나타나는 조직을 관찰한다.

마. 전자 현미경

전자 현미경은 파장이 짧은 전자 속이 전기장 또는 자기장에 들어가면 힘을 받아 굽어지는 원리를 이용한 것이다.

바. 주사 전자 현미경

사. 편광 현미경