최근 제품들이 소형화, 경량화 되어가는 추세에 따라 고정밀, 고강도의 스프링 소재의 필요성이 강조되고 있으며 경량화를 목적으로 소재가 박판화 되어가고 있다. 그러나 소재가 박판화 되면 미소한 품질의 변화가 제품 강도에 크게 영향을 미치기 때문에 박판 스프링 품질의 균일성 등이 문제점으로 나타난다. 그리고 박판 소재의 두께가 짧게 되면 각종규격에 강도규정 및 시험방법이 명확하지 않으므로 박판 스프링의 특성을 명확히 하는 것은 중요한 연구과제이다. 한편 전세계적으로 박판 스프링의 용도가 점차 확대되고 있는 시점에서 국내의 경우는 박판 스프링용 소재를 아직도 일본과 유럽 등 선진 외국에서 수입해서 사용하고 있는 실정이며, 박판 스프링 소재의 국산화 및 사용환경을 고려한 특성 평가에 대한 자료가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 국산 박판 스프링 소재로 개발된 탄소공구 강대인 SK4M소재와 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H소재에 대하여 상온 및 온간 온도에서의 기계적 성질을 검토하였다. 박판 스프링 재료로는 중 및 고탄소강, 저합금강, 스프링강, 스데인리스강과 같은 강재료 및 인청동, ...
최근 제품들이 소형화, 경량화 되어가는 추세에 따라 고정밀, 고강도의 스프링 소재의 필요성이 강조되고 있으며 경량화를 목적으로 소재가 박판화 되어가고 있다. 그러나 소재가 박판화 되면 미소한 품질의 변화가 제품 강도에 크게 영향을 미치기 때문에 박판 스프링 품질의 균일성 등이 문제점으로 나타난다. 그리고 박판 소재의 두께가 짧게 되면 각종규격에 강도규정 및 시험방법이 명확하지 않으므로 박판 스프링의 특성을 명확히 하는 것은 중요한 연구과제이다. 한편 전세계적으로 박판 스프링의 용도가 점차 확대되고 있는 시점에서 국내의 경우는 박판 스프링용 소재를 아직도 일본과 유럽 등 선진 외국에서 수입해서 사용하고 있는 실정이며, 박판 스프링 소재의 국산화 및 사용환경을 고려한 특성 평가에 대한 자료가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 국산 박판 스프링 소재로 개발된 탄소공구 강대인 SK4M소재와 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H소재에 대하여 상온 및 온간 온도에서의 기계적 성질을 검토하였다. 박판 스프링 재료로는 중 및 고탄소강, 저합금강, 스프링강, 스데인리스강과 같은 강재료 및 인청동, 베릴륨동과 같은 비철계 동합금이 있다. 특히 박판 스프링용 강대는 양질의 강괴를 열간 압연하여 플림, 혹은 고용화 열처리를 한 후 냉간압연을 반복적으로 한 것으로 모두 냉간압연 강대이다. 탄소공구 강대인 SK4M재의 경우에는 960℃에서 담금질 후 350℃에서 뜨임 열처리한 조직으로 템퍼드-마르텐사이트 기지에 백색 탄화물로 구성되어 있고 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H소재는 조질압연에 의해 오스테나이트 조직이 치밀해 지고 있음을 볼 수 있으며 한편 조질압연의 정도가 큰 STS301CSP-H재의 경우가 STS301CSP-3/4H재에 비해 오스테나이트 조직은 더욱 치밀하고, 집합조직 내에 더욱 많은 슬립발생에 의한 쌍정조직을 갖고 있음을 관찰하였다. 경도실험 결과 탄소공구 강대인 SK4M이 담금질-뜨임 열처리 된 것으로 경도가 가장 크게 나타났으며 평균 경도값은 HV584이다. 스테인리스강대인 STS301CSP-3/4H 소재보다 조질압연이 많이 된 STS301CSP-H소재의 경도값이 크게 나타났으며 그 크기는 각각 HV444와 HV488로 나타났다. 인장실험 결과 열처리 강대인 탄소공구 강대 SK4M은 상온에서 160℃로 시험온도가 증가함에 따라 탄성계수, 인장강도, 항복강도는 서서히 저하하였고 이들 특성값 중에는 항복강도가 가장 크게 저하하여 시험온도의 영향을 많이 받는 것을 알 수 있었다. 그러나 변형률은 상온에 비해 160℃에서 약간 상승하는 것을 알 수 있었다. 한편 냉간압연 가공도의 차이에 의하여 경화된 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H재의 인장강도 및 항복강도는 상온 특성값은 국내외 규격범위 내에 모두 들어있고 시험온도가 상온에서 200℃로 증가함에 따라 이들 특성값은 서서히 모두 저하하였다. 그러나 변형률은 시험온도 범위에서 계속적인 저하를 나타내는 현상을 볼 수 있었다. 크리프시험 결과 SK4M재, STS301CSP-3/4H재 및 STS301CSP-H재 모두 크리프 하중이 인장강도의 20%로 낮은 경우에는 본 실험에서 적용한 크리프 온도의 크기에 무관하게 크리프 초기 변형률 및 100시간 경과 후의 크리프 변형률 모두 약 0.23%이하의 크기를 갖음을 볼 수 있으며, 크리프 하중이 인장강도의 50%에서는 본 실험에서 적용한 크리프 온도 범위에서 나타나는 크리프 초기 및 100시간이 경과한 후의 크리프 변형률이 약 0.5∼0.58% 정도로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 피로실험 결과 시험재료중 열처리 강대인 SK4M재의 피로한도가 93.8㎏f/㎟으로 가장 크게 나타났으며 내구한도비[피로한도/인장강도)가 약 0.5로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 또한 조질압연에 의한 경화 처리재인 STS301CSP-H재의 피로한도는 67.41㎏f/㎟으로 내구한도비는 약 0.45의 크기를 나타내고 있으며 STS301CSP-3/4H재의 피로한도는 64.5㎏f/㎟으로 내구한도비는 약 0.5%임을 알 수 있었다.
최근 제품들이 소형화, 경량화 되어가는 추세에 따라 고정밀, 고강도의 스프링 소재의 필요성이 강조되고 있으며 경량화를 목적으로 소재가 박판화 되어가고 있다. 그러나 소재가 박판화 되면 미소한 품질의 변화가 제품 강도에 크게 영향을 미치기 때문에 박판 스프링 품질의 균일성 등이 문제점으로 나타난다. 그리고 박판 소재의 두께가 짧게 되면 각종규격에 강도규정 및 시험방법이 명확하지 않으므로 박판 스프링의 특성을 명확히 하는 것은 중요한 연구과제이다. 한편 전세계적으로 박판 스프링의 용도가 점차 확대되고 있는 시점에서 국내의 경우는 박판 스프링용 소재를 아직도 일본과 유럽 등 선진 외국에서 수입해서 사용하고 있는 실정이며, 박판 스프링 소재의 국산화 및 사용환경을 고려한 특성 평가에 대한 자료가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 국산 박판 스프링 소재로 개발된 탄소공구 강대인 SK4M소재와 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H소재에 대하여 상온 및 온간 온도에서의 기계적 성질을 검토하였다. 박판 스프링 재료로는 중 및 고탄소강, 저합금강, 스프링강, 스데인리스강과 같은 강재료 및 인청동, 베릴륨동과 같은 비철계 동합금이 있다. 특히 박판 스프링용 강대는 양질의 강괴를 열간 압연하여 플림, 혹은 고용화 열처리를 한 후 냉간압연을 반복적으로 한 것으로 모두 냉간압연 강대이다. 탄소공구 강대인 SK4M재의 경우에는 960℃에서 담금질 후 350℃에서 뜨임 열처리한 조직으로 템퍼드-마르텐사이트 기지에 백색 탄화물로 구성되어 있고 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H소재는 조질압연에 의해 오스테나이트 조직이 치밀해 지고 있음을 볼 수 있으며 한편 조질압연의 정도가 큰 STS301CSP-H재의 경우가 STS301CSP-3/4H재에 비해 오스테나이트 조직은 더욱 치밀하고, 집합조직 내에 더욱 많은 슬립발생에 의한 쌍정조직을 갖고 있음을 관찰하였다. 경도실험 결과 탄소공구 강대인 SK4M이 담금질-뜨임 열처리 된 것으로 경도가 가장 크게 나타났으며 평균 경도값은 HV584이다. 스테인리스강대인 STS301CSP-3/4H 소재보다 조질압연이 많이 된 STS301CSP-H소재의 경도값이 크게 나타났으며 그 크기는 각각 HV444와 HV488로 나타났다. 인장실험 결과 열처리 강대인 탄소공구 강대 SK4M은 상온에서 160℃로 시험온도가 증가함에 따라 탄성계수, 인장강도, 항복강도는 서서히 저하하였고 이들 특성값 중에는 항복강도가 가장 크게 저하하여 시험온도의 영향을 많이 받는 것을 알 수 있었다. 그러나 변형률은 상온에 비해 160℃에서 약간 상승하는 것을 알 수 있었다. 한편 냉간압연 가공도의 차이에 의하여 경화된 스테인리스 강대인 STS301CSP-3/4H 및 STS301CSP-H재의 인장강도 및 항복강도는 상온 특성값은 국내외 규격범위 내에 모두 들어있고 시험온도가 상온에서 200℃로 증가함에 따라 이들 특성값은 서서히 모두 저하하였다. 그러나 변형률은 시험온도 범위에서 계속적인 저하를 나타내는 현상을 볼 수 있었다. 크리프시험 결과 SK4M재, STS301CSP-3/4H재 및 STS301CSP-H재 모두 크리프 하중이 인장강도의 20%로 낮은 경우에는 본 실험에서 적용한 크리프 온도의 크기에 무관하게 크리프 초기 변형률 및 100시간 경과 후의 크리프 변형률 모두 약 0.23%이하의 크기를 갖음을 볼 수 있으며, 크리프 하중이 인장강도의 50%에서는 본 실험에서 적용한 크리프 온도 범위에서 나타나는 크리프 초기 및 100시간이 경과한 후의 크리프 변형률이 약 0.5∼0.58% 정도로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 피로실험 결과 시험재료중 열처리 강대인 SK4M재의 피로한도가 93.8㎏f/㎟으로 가장 크게 나타났으며 내구한도비[피로한도/인장강도)가 약 0.5로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 또한 조질압연에 의한 경화 처리재인 STS301CSP-H재의 피로한도는 67.41㎏f/㎟으로 내구한도비는 약 0.45의 크기를 나타내고 있으며 STS301CSP-3/4H재의 피로한도는 64.5㎏f/㎟으로 내구한도비는 약 0.5%임을 알 수 있었다.
This study examined the effects of the testing temperature on the mechanical properties of the carbon tool steel(SK4M) and stainless steel (STS301CSP-3/4 & H) for flat spring. Hardness test and fatigue test were performed at room temperature(20℃). Tensile test and creep test were performed at temper...
This study examined the effects of the testing temperature on the mechanical properties of the carbon tool steel(SK4M) and stainless steel (STS301CSP-3/4 & H) for flat spring. Hardness test and fatigue test were performed at room temperature(20℃). Tensile test and creep test were performed at temperature range 20℃∼200%. The micro-vickers hardness values of SK4M was HV584 and ST301CSP-3/4H was HV443 also STS301CSP-H was HV488. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of SK4M at 160℃ test temperature were decreased 0.92 time, 0.97 time and 0.82 time those of SK4M at 20℃ test temperature, respectively. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of STS301CSP-3/4H at 160℃ test temperature were decreased 0.83 time, 0.86 time and 0.78 time those of STS301CSP-3/4H at 20℃ test temperature, respectively. But the strain of STS301CSP-3/4H at 160℃ test temperature were decreased 0.21% at 20℃ test temperature, respectively. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of STS301CSP-H at 160℃ test temperature were decreased 0.53 time, 0.94time arid 0.91 time those of STS301CSP-H at 20℃ test temperature, respectively. But the strain of STS301CSP-H at 160℃ test temperature were decreased 0.19% at 20℃ test temperature, respectively. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (80℃∼160℃) and creep stress (37.4kgf/㎟∼93.6kgf/㎟) of SK4M was 0.572%. The fatigue limit of SK4M was 94kgf/㎟. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (100℃∼200℃) and creep stress (25.78kgf/㎟∼64.45kgf/㎟) of SK4M was 0.532%. The fatigue limit of STS301CSP-3/4H was 64kgf/㎟. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (100℃∼200℃) and creep stress (29.96kgf/㎟∼74.906kgf/㎟) of STS301CSP-H was 0.572%. The fatigue limit of STS301CSP-H was 67kgf/㎟.
This study examined the effects of the testing temperature on the mechanical properties of the carbon tool steel(SK4M) and stainless steel (STS301CSP-3/4 & H) for flat spring. Hardness test and fatigue test were performed at room temperature(20℃). Tensile test and creep test were performed at temperature range 20℃∼200%. The micro-vickers hardness values of SK4M was HV584 and ST301CSP-3/4H was HV443 also STS301CSP-H was HV488. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of SK4M at 160℃ test temperature were decreased 0.92 time, 0.97 time and 0.82 time those of SK4M at 20℃ test temperature, respectively. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of STS301CSP-3/4H at 160℃ test temperature were decreased 0.83 time, 0.86 time and 0.78 time those of STS301CSP-3/4H at 20℃ test temperature, respectively. But the strain of STS301CSP-3/4H at 160℃ test temperature were decreased 0.21% at 20℃ test temperature, respectively. The Elastic modulus, tensile strength and yield strength of STS301CSP-H at 160℃ test temperature were decreased 0.53 time, 0.94time arid 0.91 time those of STS301CSP-H at 20℃ test temperature, respectively. But the strain of STS301CSP-H at 160℃ test temperature were decreased 0.19% at 20℃ test temperature, respectively. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (80℃∼160℃) and creep stress (37.4kgf/㎟∼93.6kgf/㎟) of SK4M was 0.572%. The fatigue limit of SK4M was 94kgf/㎟. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (100℃∼200℃) and creep stress (25.78kgf/㎟∼64.45kgf/㎟) of SK4M was 0.532%. The fatigue limit of STS301CSP-3/4H was 64kgf/㎟. The maximum creep strain for l00hr at creep temperature (100℃∼200℃) and creep stress (29.96kgf/㎟∼74.906kgf/㎟) of STS301CSP-H was 0.572%. The fatigue limit of STS301CSP-H was 67kgf/㎟.
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