상용차 차축 부품용 Microalloyed HSLA steel 후판의 고온 압축변형 특성에 관한 연구 Thermo-mechanical properties of microalloyed HSLA steel for the application of an axle component of commercial vehicles원문보기
최근 자동차 부품의 고안전 및 경량화에 대한 요구로 자동차 부품은 갈수록 고강도화가 진행되고 있다. 저합금 고강도강인 HSLA(High Strength Low Alloy) steel 소재는 조직 미세화 및 석출강화를 위해 매우 미량의 Nb, V, Ti의 원소를 첨가한 소재를 말한다. 본 연구에서 사용되어진 0.05% Nb-0.01% Ti-0.07% V microalloyed HSLA steel 후판 소재는 일반 steel 후판에 비해 강도가 높고 용접성이 좋아 향후 자동차 경량화용 ...
최근 자동차 부품의 고안전 및 경량화에 대한 요구로 자동차 부품은 갈수록 고강도화가 진행되고 있다. 저합금 고강도강인 HSLA(High Strength Low Alloy) steel 소재는 조직 미세화 및 석출강화를 위해 매우 미량의 Nb, V, Ti의 원소를 첨가한 소재를 말한다. 본 연구에서 사용되어진 0.05% Nb-0.01% Ti-0.07% V microalloyed HSLA steel 후판 소재는 일반 steel 후판에 비해 강도가 높고 용접성이 좋아 향후 자동차 경량화용 열간성형 소재로 그 사용이 확대될 전망이다. 따라서 본 microalloyed HSLA steel 소재의 열간성형을 위한 고온변형 메카니즘 규명 시, 열간성형 공정조건 제어, 제품품질 향상, 공정최적화 등을 효과적으로 수행할 수 있으며 이를 통해 microalloyed HSLA steel 소재의 열간성형 제품 개발을 확대시킬 수 있다. 본 논문에서는 고온에서의 압축유동응력 분석과 변형률에 따른 미세조직변화 분석, 2D 모델의 열간성형 해석을 실시하여 온도 및 변형률속도에 따른 변형기구를 고찰하였다. 고온압축시험을 통해 유동응력변화를 분석한 결과, 변형률속도 1.0 s-1에서는 응력-변형률 곡선이 탄성구간 이후 점차 증가하는 가공경화곡선을 나타냈으며, 변형률속도 0.002 s-1에서는 응력-변형률 곡선이 일정한 정상상태구간을 나타내어 변형률속도가 낮을 경우 동적회복과 재결정현상이 좀 더 활발한 것으로 판단되었다. 시험을 통해 얻어진 응력-변형률 곡선 분석결과, 온도 및 변형률속도 보상지수인 Z 값과 가공경화지수 n, 강도계수인 K의 상관관계는 Z의 로그 값에 선형 1차 함수 그래프로 회귀분석 할 수 있었으며, 따라서 고온에서의 유동응력 모델을 온도와 변형률속도의 영향이 고려된 Z의 함수로써 다음과 같이 나타낼 수 있었다.
: 변형률속도 1.0 s-1 : 변형률속도 0.002 s-1
고온압축 변형률 별 EBSD 미세조직 분석 결과, 미세조직 변화는 온도, 변형률속도, 변형량에 따라 변화함을 알 수 있었다. 온도가 낮고 변형률속도가 빠른 경우 변형 중 동적재결정에 필요한 시간과 에너지가 충분하지 않아, 압축변형된 조직이 대부분 관찰되었으며 결정립계의 소경각이 증가하는 것으로 나타나 전위의 이동에 의한 다각화가 동적 재결정의 주요한 현상으로 예측되었다. 또한, 온도가 높고 변형률속도가 느린 경우, 미세한 등축조직이 다수 존재하였으며, 이러한 미세 등축조직은 대경각 으로 이루어져 있어 결정립계에서 새로운 결정이 나타나는 동적 재결정에 의한 현상으로 예측된다. 따라서 빠른 변형률속도에서 나타난 응력-변형률 곡선에서의 응력상승은 변형이 진행됨에 따라 전위들의 생성 및 이동에 의한 가공경화 현상이 비교적 활발하였으며, 느린 변형률속도에의 정상상태 응력은 회복 및 새로운 결정립들이 결정립계에서 생성되는 활발한 동적 재결정에 의한 것으로 판단된다. 고온 성형해석 결과, 온도 923K에서는 스프링백이 발생하였으나 923K 이상에서는 스프링고 현상이 발생하였다. 스프링백량은 펀치 모서리부 곡률이 작을수록 감소하였으며, 이는 성형 시 펀치부와 접촉하는 소재 면에서 압축응력이 상대적으로 큰 것이 원인으로 분석되었다. 스프링고 발생의 원인은 온도가 1,023K 이상에서 후판소재가 펀치 저면부에서 처짐으로 인해 다이와 접촉이 발생하며 응력상태의 역전 및 크기 변화에 의해 나타난 것으로 예측되었다.
최근 자동차 부품의 고안전 및 경량화에 대한 요구로 자동차 부품은 갈수록 고강도화가 진행되고 있다. 저합금 고강도강인 HSLA(High Strength Low Alloy) steel 소재는 조직 미세화 및 석출강화를 위해 매우 미량의 Nb, V, Ti의 원소를 첨가한 소재를 말한다. 본 연구에서 사용되어진 0.05% Nb-0.01% Ti-0.07% V microalloyed HSLA steel 후판 소재는 일반 steel 후판에 비해 강도가 높고 용접성이 좋아 향후 자동차 경량화용 열간성형 소재로 그 사용이 확대될 전망이다. 따라서 본 microalloyed HSLA steel 소재의 열간성형을 위한 고온변형 메카니즘 규명 시, 열간성형 공정조건 제어, 제품품질 향상, 공정최적화 등을 효과적으로 수행할 수 있으며 이를 통해 microalloyed HSLA steel 소재의 열간성형 제품 개발을 확대시킬 수 있다. 본 논문에서는 고온에서의 압축유동응력 분석과 변형률에 따른 미세조직변화 분석, 2D 모델의 열간성형 해석을 실시하여 온도 및 변형률속도에 따른 변형기구를 고찰하였다. 고온압축시험을 통해 유동응력변화를 분석한 결과, 변형률속도 1.0 s-1에서는 응력-변형률 곡선이 탄성구간 이후 점차 증가하는 가공경화곡선을 나타냈으며, 변형률속도 0.002 s-1에서는 응력-변형률 곡선이 일정한 정상상태구간을 나타내어 변형률속도가 낮을 경우 동적회복과 재결정현상이 좀 더 활발한 것으로 판단되었다. 시험을 통해 얻어진 응력-변형률 곡선 분석결과, 온도 및 변형률속도 보상지수인 Z 값과 가공경화지수 n, 강도계수인 K의 상관관계는 Z의 로그 값에 선형 1차 함수 그래프로 회귀분석 할 수 있었으며, 따라서 고온에서의 유동응력 모델을 온도와 변형률속도의 영향이 고려된 Z의 함수로써 다음과 같이 나타낼 수 있었다.
: 변형률속도 1.0 s-1 : 변형률속도 0.002 s-1
고온압축 변형률 별 EBSD 미세조직 분석 결과, 미세조직 변화는 온도, 변형률속도, 변형량에 따라 변화함을 알 수 있었다. 온도가 낮고 변형률속도가 빠른 경우 변형 중 동적재결정에 필요한 시간과 에너지가 충분하지 않아, 압축변형된 조직이 대부분 관찰되었으며 결정립계의 소경각이 증가하는 것으로 나타나 전위의 이동에 의한 다각화가 동적 재결정의 주요한 현상으로 예측되었다. 또한, 온도가 높고 변형률속도가 느린 경우, 미세한 등축조직이 다수 존재하였으며, 이러한 미세 등축조직은 대경각 으로 이루어져 있어 결정립계에서 새로운 결정이 나타나는 동적 재결정에 의한 현상으로 예측된다. 따라서 빠른 변형률속도에서 나타난 응력-변형률 곡선에서의 응력상승은 변형이 진행됨에 따라 전위들의 생성 및 이동에 의한 가공경화 현상이 비교적 활발하였으며, 느린 변형률속도에의 정상상태 응력은 회복 및 새로운 결정립들이 결정립계에서 생성되는 활발한 동적 재결정에 의한 것으로 판단된다. 고온 성형해석 결과, 온도 923K에서는 스프링백이 발생하였으나 923K 이상에서는 스프링고 현상이 발생하였다. 스프링백량은 펀치 모서리부 곡률이 작을수록 감소하였으며, 이는 성형 시 펀치부와 접촉하는 소재 면에서 압축응력이 상대적으로 큰 것이 원인으로 분석되었다. 스프링고 발생의 원인은 온도가 1,023K 이상에서 후판소재가 펀치 저면부에서 처짐으로 인해 다이와 접촉이 발생하며 응력상태의 역전 및 크기 변화에 의해 나타난 것으로 예측되었다.
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