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ISO 10113에 따른 r-값 측정

ISO 10113에 따른 수직 이방성(r-값) 측정

오프셋 항복, 인장 강도, 소성 연장, 파단변형률, 경화지수(n-값) 외에 r-값, 즉 수직 이방성은 인장 시험에서 측정하는 일반 물성값 중 하나입니다. 이 모든 값은 금속의 특성을 규정하는 데 사용되며, R&D 분야와 품질 및 인수 시험에서 측정합니다. 관련 표준 규격으로는 ISO 10113, ASTM E517, JIS Z2254 등이 있습니다.

ISO 10113에 따른 r-값이란 무엇인가요?

"r-값은 단축 인장 응력에 노출된 금속 시편에서 “폭의 진 소성 변형과 두께의 진 소성 변형 간의 비율”입니다(DIN EN ISO 10113의 정의).

그러므로 r-값을 계산하려면 균일 연신이 진행될 때 폭과 두께의 진 소성 변형을 측정해야 합니다. 그러나 두께 변화보다는 길이 변화를 측정하는 것이 더 쉽기 때문에 이 표준은 최대 하중 Ag까지의 범위에서 일정한 부피라는 모델(균일 연신)에 기반을 둡니다. 부피가 최대 하중 Ag에서의 소성 신율계 r- 변형까지 일정하다고 가정하면, 두께 변화를 길이 변화로 대체하여 r-값을 측정할 수 있습니다.

r-값의 의미

r-값이 1이라면 그 재료는 폭과 두께의 변형이 같은 정도로 변화하는 등방성 재료입니다. 이 값이 1보다 크면 폭의 변형이 더 큽니다. 이 값이 1보다 작으면 두께의 변형이 더 큽니다.

ISO 10113에 따른 절차와 방법

ISO 10113 표준은 r-값의 측정을 위한 세 가지 절차와 두 가지 방법도 정의합니다.

세 가지 절차: 자동 절차의 경우, 신율계로 연신과 폭 변형을 모두 측정합니다. 신율계로 연신만 측정하는 반자동 절차가 있고, 폭 변형과 연신을 모두 수동으로 측정하는 수동 절차가 있습니다.

수동 절차와 반자동 절차에서는 r-값이 단일점 방법을 통해 측정됩니다. 이때 r-값은 어느 정도의 소성 인장 상태에서 측정됩니다(예: 2% 및 5%의 소성 연신에서 값 측정을 통해).

자동 절차에는 전개 과정, 즉 전체 변형 범위를 다루는 회귀법이라는 방법도 추가로 있습니다. 특정 변형 범위에서의 종방향 진 소성 변형과 폭의 진 소성 변형을 통해 얻은 데이터를 이용하여 기울기를 계산합니다.

이 회귀법은 단일점 방법(보통 2 또는 5%의 소성 연신에 기초하여 측정)에서처럼 한 번의 스냅샷이 아니라 전체 범위에 걸쳐 평균을 구하기 때문에 r-값이 더 신뢰할 수 있다는 점에서 권장되는 방법입니다.

ISO 10113 변경: 전체 측정 길이 평가

2020년까지는 ISO 10113에 따른 r-값을 측정할 때 금속 재료에서 균일 연신 Ag까지의 범위에서 평행부 길이 내에 끝이 가늘어지는 현상이 나타나지 않았다는 가정에만 기초하였습니다. 이에 따라 시편 중앙에서 폭을 일부 측정하였고 그 값이 전체 표점 거리에 적용된다고 가정합니다. 그러나 실제로는 균일 연신이 진행되는 동안 이미 끝이 가늘어지는 현상이 재료에 따라 더 많이 또는 적게 일어납니다. r-값이 1보다 큰 재료는 이 거동을 명확히 측정할 수 있으며, 이는 여러 연구를 통해 확인된 사실입니다.

즉, 더 현실적인 측정값을 구하기 위해서는 전체 표점 거리에 걸쳐 r-값을 측정해야 한다는 뜻입니다. 그래야 재료의 끝이 가늘어지는 부분까지 포함되기 때문입니다.

이러한 이유로 2020년 8월부터 ISO 10113 표준의 개정 작업이 시행되었습니다.

r-값의 재현성을 높이기 위한 표준 ISO 10113의 변경(2020-08)

2020년판부터 ISO 10113(2020-08)은 “순간적인 폭 감소의 측정을 위해 이왕이면 전체 표점 거리에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는 여러 위치에서 폭의 변화를 측정할 수 있는 신율계”를 사용할 것을 권장합니다.

표준이 이와 같이 변경되면서 현실적인 시편 결과값이 측정되고 재현성은 높아질 것입니다. 또한 이 방법은 폭 변형과 연신에 동일한 양의 시편을 사용하기 때문에 이해하기가 더 쉽습니다.

ZwickRoell은 표준의 이 같은 권고에 따라 videoXtens T-160 HP를 제공하고 있습니다. 이 시험기는 전체 측정 범위에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는 10개의 측정축을 통해 측정을 합니다. 이 장치는 시험을 위해 특수 설계되었기 때문에 ISO 10113에 따른 현실적인 r-값을 생성할 뿐 아니라 매우 값 또한 매우 정확합니다.

ISO 10113에 따른 다양한 재료의 r-값 예시

강철rm-값

r-값

딥 드로잉강 DC041.850.70
IF강 DC062.150.55
등방성강 H250G11.050.00
TRIP강 TRIP7000.85-0.02
이상강 H300X0.95-0.10
스테인리스강 X5CrNi18-101.00-0.30
알루미늄 AlMg5Mn(연성)0.66-0.21
알루미늄 AlSi1,2Mg0,4 (T4)0.640.20
구리 Cu0.80 - 0.95
청동 CuSn1.00
황동 CuZn37 연성0.91-0.03

T-160 HP를 이용한 r-값 측정

videoXtens T-160 HP로 ISO 10113에 따른 r-값 측정

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