[논문]구상 흑연 주철의 고온 변형 거동

유위도; 나영상; 이종훈

[국내논문] 구상 흑연 주철의 고온 변형 거동
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Hot deformation behavior of GCD-50 cast iron has been investigated by employing the compressive test. Phenomenological deformation behaviors, which were modeled based on the dynamic materials model and the kinetic model, have been correlated with the microstructural change taken place during compression. Microstructural investigation revealed that the adiabatic shear band caused by the locallized deformation was taken place in low temperature and high strain rate. On the other hand, the wavy and curved grain boundaries, which repersent the occurrence of dynamic microstructure change such as dynamic recovery and dynamic recrystallization, were observed in high temperature and low strain rate. Deformation model based on hyperbolic sine law has also been suggested.

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문제 정의

본 연구의 목적은 GCD-50 주철에 대한 고온 물성연구를 통하여 제품의 신뢰성을 향상시키고 최적 설계를 위한 데이터를 확보하는데 있다.
값이고, 区는 정상상태에서의 응력이다. 식 (1>은 응력이 높은 경우 식 (2)의 지수법칙으로 표현되기도하며, 응력이 낮은 경우 식 (3)의 멱수법칙으로 표현되는 경우도 있으나 본 연구에서는 비선형 다중회귀분석을 통해 하이퍼볼릭 사인법칙을 이용하여 소재의 변형거동을 표현하고자 하였다. 식 (1)에서 W는 정상상태의 응력을 의미하지만 실제 실험에서 e를 얻기는 쉽지 않으며 일반적으로 z 대신 임의의 변형량에서의 응력 또는 최대응력 队에 대해서도 식(1)이 잘 맞는 것으로 알려져 있다[2].

제안 방법

광학현미경 및 전자현미경을 이용하여 GCD-50 소재의 미세조직을 관찰하였다. 미세조직을 관찰하기 위해 표면 연마 후 나이탈 용액 (HNO₃ 3 m/+알코올 100 m/) 을 이용하여 에칭을 수행하였다.
미세조직을 관찰하였다. 미세조직을 관찰하기 위해 표면 연마 후 나이탈 용액 (HNO₃ 3 m/+알코올 100 m/) 을 이용하여 에칭을 수행하였다.
수행하였다. 압축시험기는 열간 가공성 시험기인 Thermec-Master 시험기를 이용하였으며 시험편에 열변형이 발생되지 않도록 5°C/sec^ 가열속도를 유지하면서 유도가열 방식으로 시험편을 가열하였다. 압축시험은 진공상태에서 압축율 50% 까지 진행되었으며 압축 후 질소가스를 이용하여 급냉하였다.
압축시험은 직경 8 mm, 길이 12 mm의 시편을 이용하여 온도 500°C-700°C, 변형율 속도 10-L10-3/sec 범위에서 수행하였다. 압축시험기는 열간 가공성 시험기인 Thermec-Master 시험기를 이용하였으며 시험편에 열변형이 발생되지 않도록 5°C/sec^ 가열속도를 유지하면서 유도가열 방식으로 시험편을 가열하였다.
자동차의 exhaust manifblder 소재로 사용되는 GCD- 50 구상 혹연 주철에 대해 압축실험을 수행하였다. Exhaust manifbldei의 경우 부품의 두께가 얇아서 실제 부품으로부터 시험편을 채취할 수 없기 때문에 그림 1과 같은 Y-block 형태의 주물을 제조한 후 시험편을 채취하였다.
Exhaust manifbldei의 경우 부품의 두께가 얇아서 실제 부품으로부터 시험편을 채취할 수 없기 때문에 그림 1과 같은 Y-block 형태의 주물을 제조한 후 시험편을 채취하였다. 주조는 실제 부품의 주조와 같은 조건으로 수행하여 데이터의 적용 가능성을 최대화 하였고 주조된 강괴에 대해 주물의 건전성을 파악하기 위해 X-ray를 이용하여 비파괴 검사를 수행한 후 주조 결함이 발생되지 않은 부위에서 시험편을 채취하였다. 본 연구에 사용된 GCD-50 주철의 조성은 표 1과 같다.

대상 데이터

수행하였다. Exhaust manifbldei의 경우 부품의 두께가 얇아서 실제 부품으로부터 시험편을 채취할 수 없기 때문에 그림 1과 같은 Y-block 형태의 주물을 제조한 후 시험편을 채취하였다. 주조는 실제 부품의 주조와 같은 조건으로 수행하여 데이터의 적용 가능성을 최대화 하였고 주조된 강괴에 대해 주물의 건전성을 파악하기 위해 X-ray를 이용하여 비파괴 검사를 수행한 후 주조 결함이 발생되지 않은 부위에서 시험편을 채취하였다.
주조는 실제 부품의 주조와 같은 조건으로 수행하여 데이터의 적용 가능성을 최대화 하였고 주조된 강괴에 대해 주물의 건전성을 파악하기 위해 X-ray를 이용하여 비파괴 검사를 수행한 후 주조 결함이 발생되지 않은 부위에서 시험편을 채취하였다. 본 연구에 사용된 GCD-50 주철의 조성은 표 1과 같다.

이론/모형

나타내었다. 최대응력 및 변형량은 진변형진응력 곡선의 1차 미분값이 0인 점을 택했으며 미분전에 Savitzky-Golay 법 [1] 을 적용하여 데 이터 smoothing을 수행하였다.

성능/효과

1) GCD-50 주철의 최대 유동 응력은 온도가 증가하고 변형속도가 감소할수록 감소하였다. 초기에 변형이 진행됨에 따라 급격한 가공경화가 발생하였으나 최대응력을 지난 후 변형량에 따라 유동 웅력이 감소하는가 공 연화 현상을 보였다.
2) 가공 연화 현상은 온도가 중가하고 변형속도가 감소할수록 증가한다. 고온, 저변형속도 조건에서는 동적 회복 및 동적재결정에 의해 가공 연화 현상이 발생하며 저온, 고변형속도에서는 주로 단열가열과 shear band의 형성에 의해 가공 연화 현상이 발생한다.
각 온도에서의 기울기는 n' 값에 해당하며 변형속도감도(m)는 IE에 의해 얻을 수 있다. 변형속도가 빠르고 온도가 낮을수록 m 값이 작게 나타나는 경향을 보였으나 전체적으로 변형속도의 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다. 5o(rc에서는 m=0.
변형속도가 감소할수록 감소하였다. 초기에 변형이 진행됨에 따라 급격한 가공경화가 발생하였으나 최대응력을 지난 후 변형량에 따라 유동 웅력이 감소하는가 공 연화 현상을 보였다.

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