압축잔류응력이 인가된 재료의 피로수명 평가를 위한 온도 가속수명시험 설계 : 쇼트피닝 가공의 고온 및 부식 환경에서 피로거동에 미치는 효과 Design of thermal accelerated life testing for fatigue life evaluation on compressive residual stress-induced materials원문보기
본 연구에서는 신뢰성평가기술인 가속수명시험 평가 방법을 금속재료의 피로수명 향상기술인 쇼트피닝가공의 피로수명 평가에 적용하여 가속시험 결과로부터 가속계수를 추정하고 정상상태의 수명분포를 예측하기 위한 최적의 가속수명시험 설계조건을 제시하였다. 가속수명시험 방법은 제품의 신뢰성 평가를 위한 방법으로 짧은 시간 내에 제품의 신뢰성을 추정하기 위하여 정상 사용조건보다 가혹한 조건에서 실험을 진행한다. 이미 현장에서 제품의 최종개발단계에서 제품의 개발비용을 줄이기 위한 방법으로 가속수명시험을 사용되고 있다. 쇼트피닝 가공은 재료의 피로강도 특성을 향상시키는 표면가공 기술로 부품의 고강도화 및 경량화를 위해 사용되고 있으며, 특히 ...
본 연구에서는 신뢰성평가기술인 가속수명시험 평가 방법을 금속재료의 피로수명 향상기술인 쇼트피닝가공의 피로수명 평가에 적용하여 가속시험 결과로부터 가속계수를 추정하고 정상상태의 수명분포를 예측하기 위한 최적의 가속수명시험 설계조건을 제시하였다. 가속수명시험 방법은 제품의 신뢰성 평가를 위한 방법으로 짧은 시간 내에 제품의 신뢰성을 추정하기 위하여 정상 사용조건보다 가혹한 조건에서 실험을 진행한다. 이미 현장에서 제품의 최종개발단계에서 제품의 개발비용을 줄이기 위한 방법으로 가속수명시험을 사용되고 있다. 쇼트피닝 가공은 재료의 피로강도 특성을 향상시키는 표면가공 기술로 부품의 고강도화 및 경량화를 위해 사용되고 있으며, 특히 반복하중을 받는 기계부품에 사용되고 있는 기술이다. 피닝 가공의 효과를 검증하기 위한 방법으로 피로수명 실험을 수행해야한다. 하지만, 피로수명 실험에서 많은 시간과 노력이 요구되어 피로수명 평가 시간이 큰 부담으로 작용되고 있다. 때문에 쇼트피닝가공의 효과성 검증단계에 가속수명시험 방법을 적용하기위해 활용 범위가 넓어지고 있는 알루미늄 7075-T6 재료의 최적화된 피닝 강도를 적용하여 가속수명평가를 진행하였고, 피닝 가공의 효과성 검증을 위해 현장 구조물의 위험요소로 작용하고 있는 부식 피로특성 평가를 통해 피닝 가공의 피로거동특성 모델을 제시하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 쇼트피닝가공 효과로 24주의 부식기간 동안에 피닝 가공한 시험편은 약 4.5%의 피로강도의 감소를 보였고, 피닝 가공하지 않은 시험편은 약 43.8%의 피로강도 감소를 보였다. 재료의 특성상 산화막 부동태화 현상으로 일정기간 이후로는 더 이상의 부식이 발생하지 않았지만, 피닝 가공의 부식 환경에 대한 효과성을 검증하였다. 가속수명평가의 가속수준 결정을 위해 온도별 피로시험을 실시한 결과 약 250℃(523K) 지점을 피닝 효과가 유효한 온도로 결정하여 3수준(373K, 423K, 473K)의 온도범위를 선정하여 ALTA6.0 프로그램을 이용해 가속수명 평가를 진행하였다. 평가결과 특성수명을 기준으로 아이링 평가 모델의 수명 예측 결과가 실제 정상상태의 수명결과와 약 4% 차이로 가장 낮은 오차율을 보였다. 또한, 평가 모델의 신뢰도를 높이기 위해 STS304 재료를 이용한 수명평가 방법에서도 아이링 수명-스트레스 관계 모델을 사용한 경우에 가장 낮은 오차가 발생하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과로 압축잔류응력이 인가된 금속재료의 피로수명 평가에 있어 평가 시간의 단축을 위한 방법으로 활용 될 것으로 사료되며, 앞으로 피닝 분야에 적용되어 비용절감 및 경쟁력 확보가 기대된다.
본 연구에서는 신뢰성평가기술인 가속수명시험 평가 방법을 금속재료의 피로수명 향상기술인 쇼트피닝가공의 피로수명 평가에 적용하여 가속시험 결과로부터 가속계수를 추정하고 정상상태의 수명분포를 예측하기 위한 최적의 가속수명시험 설계조건을 제시하였다. 가속수명시험 방법은 제품의 신뢰성 평가를 위한 방법으로 짧은 시간 내에 제품의 신뢰성을 추정하기 위하여 정상 사용조건보다 가혹한 조건에서 실험을 진행한다. 이미 현장에서 제품의 최종개발단계에서 제품의 개발비용을 줄이기 위한 방법으로 가속수명시험을 사용되고 있다. 쇼트피닝 가공은 재료의 피로강도 특성을 향상시키는 표면가공 기술로 부품의 고강도화 및 경량화를 위해 사용되고 있으며, 특히 반복하중을 받는 기계부품에 사용되고 있는 기술이다. 피닝 가공의 효과를 검증하기 위한 방법으로 피로수명 실험을 수행해야한다. 하지만, 피로수명 실험에서 많은 시간과 노력이 요구되어 피로수명 평가 시간이 큰 부담으로 작용되고 있다. 때문에 쇼트피닝가공의 효과성 검증단계에 가속수명시험 방법을 적용하기위해 활용 범위가 넓어지고 있는 알루미늄 7075-T6 재료의 최적화된 피닝 강도를 적용하여 가속수명평가를 진행하였고, 피닝 가공의 효과성 검증을 위해 현장 구조물의 위험요소로 작용하고 있는 부식 피로특성 평가를 통해 피닝 가공의 피로거동특성 모델을 제시하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 쇼트피닝가공 효과로 24주의 부식기간 동안에 피닝 가공한 시험편은 약 4.5%의 피로강도의 감소를 보였고, 피닝 가공하지 않은 시험편은 약 43.8%의 피로강도 감소를 보였다. 재료의 특성상 산화막 부동태화 현상으로 일정기간 이후로는 더 이상의 부식이 발생하지 않았지만, 피닝 가공의 부식 환경에 대한 효과성을 검증하였다. 가속수명평가의 가속수준 결정을 위해 온도별 피로시험을 실시한 결과 약 250℃(523K) 지점을 피닝 효과가 유효한 온도로 결정하여 3수준(373K, 423K, 473K)의 온도범위를 선정하여 ALTA6.0 프로그램을 이용해 가속수명 평가를 진행하였다. 평가결과 특성수명을 기준으로 아이링 평가 모델의 수명 예측 결과가 실제 정상상태의 수명결과와 약 4% 차이로 가장 낮은 오차율을 보였다. 또한, 평가 모델의 신뢰도를 높이기 위해 STS304 재료를 이용한 수명평가 방법에서도 아이링 수명-스트레스 관계 모델을 사용한 경우에 가장 낮은 오차가 발생하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과로 압축잔류응력이 인가된 금속재료의 피로수명 평가에 있어 평가 시간의 단축을 위한 방법으로 활용 될 것으로 사료되며, 앞으로 피닝 분야에 적용되어 비용절감 및 경쟁력 확보가 기대된다.
In this study, the accelerated life testing(ALT) which is a reliability test was applied to the fatigue life test of shot peening processing, a technique to improve the fatigue life of metallic materials, and then the optimal accelerated life test design conditions were suggested to estimate acceler...
In this study, the accelerated life testing(ALT) which is a reliability test was applied to the fatigue life test of shot peening processing, a technique to improve the fatigue life of metallic materials, and then the optimal accelerated life test design conditions were suggested to estimate acceleration factors and assess the life distribution in a normal state on the basis of the accelerated life test result. As a method of evaluating the reliability of products, the accelerated life test is conducted in a more severe condition than a normal use condition to estimate the reliability of products in a short time. It has been already used as a way of reducing the development expenses of products in the final development stage of products in the industry. As a surface treatment technique to improve the fatigue strength characteristics of materials, shot peening processing is used for the high intensity and weight lightening of parts, especially for machine parts under cyclic loading. To verify the effect of peening processing, it is needed to carry out the fatigue life test. However, this fatigue life test requires lots of time and effort, and particularly time spent on the fatigue life evaluation plays a role as a great burden. To apply the accelerated life test in the stage of verifying the effectiveness of shot peening processing, therefore, the optimized peening intensity of 7075-T6 aluminum alloy, whose range of application has been wider, was applied to carry out the accelerated life test. Besides, to verify the effectiveness of peening processing, this study evaluated the corrosion fatigue characteristics, which function as risk factors of field structures, and suggested a fatigue behavior characteristic model of peening processing through the corrosion fatigue test result, and the result is as below. Due to the effect of shot peening processing, the specimen processed with peening for 24 weeks' corrosion period showed the reduction of fatigue strength by about 4.5%, while the specimen not processed with peening showed the reduction of fatigue strength by about 43.8%. Owing to the phenomenon of oxide film passivation based on the characteristics of materials, no more corrosion took place after a certain period of time, but this study could verify the effectiveness of peening processing on the corrosion environment. As a result of carrying out the fatigue test at different temperatures to determine the acceleration level for the accelerated life test, it was found that the peening effect was valid around the spot of 250℃(523K), and the temperature ranges of 3 different levels (373K, 423K, 473K) were selected to carry out the accelerated life test by using the ALTA6.0 program. On the basis of the characteristic life of the test result, there was about 4% difference found between the life assessment result of the Eyring evaluation model and the life assessment result in a normal state, which was the lowest measuring efficiency. Moreover, even in the life assessment test using STS304 to increase the reliability of the evaluation model, the lowest measuring efficiency was found when the Eyring life stress relation model was used. With the result obtained through this study, it is expected that this test will be utilized as a way of reducing the assessment time for the fatigue life test of metallic materials approved with compressive residual stress, and it will help reduce expenses and secure stronger competitiveness by being applied to the peening industry.
In this study, the accelerated life testing(ALT) which is a reliability test was applied to the fatigue life test of shot peening processing, a technique to improve the fatigue life of metallic materials, and then the optimal accelerated life test design conditions were suggested to estimate acceleration factors and assess the life distribution in a normal state on the basis of the accelerated life test result. As a method of evaluating the reliability of products, the accelerated life test is conducted in a more severe condition than a normal use condition to estimate the reliability of products in a short time. It has been already used as a way of reducing the development expenses of products in the final development stage of products in the industry. As a surface treatment technique to improve the fatigue strength characteristics of materials, shot peening processing is used for the high intensity and weight lightening of parts, especially for machine parts under cyclic loading. To verify the effect of peening processing, it is needed to carry out the fatigue life test. However, this fatigue life test requires lots of time and effort, and particularly time spent on the fatigue life evaluation plays a role as a great burden. To apply the accelerated life test in the stage of verifying the effectiveness of shot peening processing, therefore, the optimized peening intensity of 7075-T6 aluminum alloy, whose range of application has been wider, was applied to carry out the accelerated life test. Besides, to verify the effectiveness of peening processing, this study evaluated the corrosion fatigue characteristics, which function as risk factors of field structures, and suggested a fatigue behavior characteristic model of peening processing through the corrosion fatigue test result, and the result is as below. Due to the effect of shot peening processing, the specimen processed with peening for 24 weeks' corrosion period showed the reduction of fatigue strength by about 4.5%, while the specimen not processed with peening showed the reduction of fatigue strength by about 43.8%. Owing to the phenomenon of oxide film passivation based on the characteristics of materials, no more corrosion took place after a certain period of time, but this study could verify the effectiveness of peening processing on the corrosion environment. As a result of carrying out the fatigue test at different temperatures to determine the acceleration level for the accelerated life test, it was found that the peening effect was valid around the spot of 250℃(523K), and the temperature ranges of 3 different levels (373K, 423K, 473K) were selected to carry out the accelerated life test by using the ALTA6.0 program. On the basis of the characteristic life of the test result, there was about 4% difference found between the life assessment result of the Eyring evaluation model and the life assessment result in a normal state, which was the lowest measuring efficiency. Moreover, even in the life assessment test using STS304 to increase the reliability of the evaluation model, the lowest measuring efficiency was found when the Eyring life stress relation model was used. With the result obtained through this study, it is expected that this test will be utilized as a way of reducing the assessment time for the fatigue life test of metallic materials approved with compressive residual stress, and it will help reduce expenses and secure stronger competitiveness by being applied to the peening industry.
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