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문제 정의
- 프로펠러의 제작은 날개표면에 다듬질 이외는 어떠한 처리도 행하질 않고 있다. 그러나 본 연구에서는 Air Jet 아isel을 이용하여 경도, 인장 강도 및 피로강도의 증대효과를 얻고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 새로운 방법을 고려하였다.
- 본 연구에서는 이와 같은 점에 착안하여 프 로펠러의 강도특성을 평가하여 프로펠러 재료 들의 인장강도 및 피로강도가 다른 강재에 비해 어느 정도 수준인가를 파악하고자 하였으며, 나아가서, 강도가 낮게 평가될 경우는 강도의 개선 방안을 모색하고자 하였다.
제안 방법
- liquid penetration test)을 실시하여 편석 등의 결함을 검사하였다. 마지막으로, 이들 재료를 샌드 페이퍼(sand paper) #1, 00師으로 마무리 가공하였다.
- 먼저, 에어 제트치즐에 의한 시험편 표면의 경 도를 측정하였다. 시험편을 에머리 페이퍼(240 번~600번)와 알루미나 분말(0.
- 본 연구에서는 강도의 개선을 위해 시험편의 양면을 번갈아 가면서 약 1분 동안 피닝 (peening)을 실시하였다. 강도의 강화는 연신율 의 저하를 초래할 수가 있다.
- 강도의 강화는 연신율 의 저하를 초래할 수가 있다. 선급에서는 연신 율도 규정하고 있으므로 본 연구에서도 피닝 전후의 연신율의 변화를 측정하였다. Table 3에 그 결과를 선급의 규정치와 함께 나타내었다.
- 시험편 제작을 위한 소재는 프로펠러 제작현장 에서 주물형 프로펠러 제작과 동일 조건으로 제작 하였다. 시험편 제작을 위한 주형(髒 型:500x250x70)을 먼저 제작하였으며, 용해온도를 고강도 황동주물 1종(HBsCl)은 980℃, 알루미늄 청동주물 3종(A1BC3)은 l, 180℃일 때 용탕을 주형 에 주입하여 약 72시간 동안 자연냉각을 하였다. 이어서, 냉각된 소재를 밀링머신으로 면을 가공하고 초경 팁이 부착된 원형 날을 이용한 Cutting Machine으로 절삭유를 충분히 공급하면서 Fig.
- 먼저, 에어 제트치즐에 의한 시험편 표면의 경 도를 측정하였다. 시험편을 에머리 페이퍼(240 번~600번)와 알루미나 분말(0.5 μ )로 연마한 후 마이크로 비커스 경도기 (digital micro hardness tester)를 이용하여 1mm 간격으로 9 곳을 즉정하였다. 경도의 측정 결과를 Table 4에 나타내었다.
- 시험편 제작을 위한 주형(髒 型:500x250x70)을 먼저 제작하였으며, 용해온도를 고강도 황동주물 1종(HBsCl)은 980℃, 알루미늄 청동주물 3종(A1BC3)은 l, 180℃일 때 용탕을 주형 에 주입하여 약 72시간 동안 자연냉각을 하였다. 이어서, 냉각된 소재를 밀링머신으로 면을 가공하고 초경 팁이 부착된 원형 날을 이용한 Cutting Machine으로 절삭유를 충분히 공급하면서 Fig. 1 과 같은 板狀의 모양으로 제작하였다. 절단된 판 상의 시험편 재료를 다시 밀링머신에서 5.
- 인장시험은, 30Ton 용량의 동적 만능 시험기 를 이용하여 동일조건하에서 각각 10개씩의 시 험을 실시하였다. 주조제품의 경우 강도에 존재하는 확률통계적 변동이 크기 때문에 보다 객관 성을 유지하기 위하여 10개씩의 시험을 기획하였다.
- 1 과 같은 板狀의 모양으로 제작하였다. 절단된 판 상의 시험편 재료를 다시 밀링머신에서 5.0mm의 두께로 가공한 후 염색침투 탐상시험(P.T. liquid penetration test)을 실시하여 편석 등의 결함을 검사하였다. 마지막으로, 이들 재료를 샌드 페이퍼(sand paper) #1, 00師으로 마무리 가공하였다.
- 인장시험은, 30Ton 용량의 동적 만능 시험기 를 이용하여 동일조건하에서 각각 10개씩의 시 험을 실시하였다. 주조제품의 경우 강도에 존재하는 확률통계적 변동이 크기 때문에 보다 객관 성을 유지하기 위하여 10개씩의 시험을 기획하였다. 피로시험은 ±10ton 용량의 전기유압식 피로 시험기를 이용하여 실시하였고 응력비는 0.
- 프로펠러의 두께는 날개 끝단으로 갈수록 점 점 얇아지며 제반 파괴는 이 날개의 끝단에서 이뤄지므로 인장 및 피로시험편의 형상을 판상 의 형태로 제작하여 최 대한 날개 끝단과 같은 조건을 부여하도록 하였다. 인장시험편은 비철 금속용 시험을 위한 제5호의 형상으로 Fig.
- 주조제품의 경우 강도에 존재하는 확률통계적 변동이 크기 때문에 보다 객관 성을 유지하기 위하여 10개씩의 시험을 기획하였다. 피로시험은 ±10ton 용량의 전기유압식 피로 시험기를 이용하여 실시하였고 응력비는 0.1 로 하였다.
대상 데이터
- 에어 제트치즐(air jet chisel)은 금속표면의 녹이나 불순물을 제거하기 위하여 사용되는 도구 이다. 본 연구에서는 강도의 개선을 위해 선박 수리나 파이프류 수리과정에서 녹제거용으로 많이 사용하고 있는 에어 제트 치즐을 이용하였다. Fig.
- 시험편 제작을 위한 소재는 프로펠러 제작현장 에서 주물형 프로펠러 제작과 동일 조건으로 제작 하였다. 시험편 제작을 위한 주형(髒 型:500x250x70)을 먼저 제작하였으며, 용해온도를 고강도 황동주물 1종(HBsCl)은 980℃, 알루미늄 청동주물 3종(A1BC3)은 l, 180℃일 때 용탕을 주형 에 주입하여 약 72시간 동안 자연냉각을 하였다.
- 4에 나타내었다. 인장강도 (tensile strength) 와 항복강도 (yield strength: 0.2% proof stress) 모두 각각 10개씩의 시험결과의 평균치를 나타낸 것이고, 다른 재료와의 비교를 위하여 다른 문헌⑺의 SM45C의 값을 인용하였다. 그림으로부터 알 수 있는 바와 같이 인장강도, 항 복점 모두 SM45C와 비슷한 값을 나타냄을 알 수가 있다.
- 프로펠러의 두께는 날개 끝단으로 갈수록 점 점 얇아지며 제반 파괴는 이 날개의 끝단에서 이뤄지므로 인장 및 피로시험편의 형상을 판상 의 형태로 제작하여 최 대한 날개 끝단과 같은 조건을 부여하도록 하였다. 인장시험편은 비철 금속용 시험을 위한 제5호의 형상으로 Fig. 2와 같이 가공을 하였다. 시험편의 두께는 5mm로 하였다.
- 피로시험편은 인장시험편의 형상을 조금 변형 하여, Fig. 3과 같이 8개의 볼트 구멍과 R40의 노치형상으로 제작하였다. 시 험편에 큰 반경 의 노치를 준 것은 가능한 한 피로 파괴가 시험편 중앙에서 일어나게 하여 시험편 그립부나 기타 부분에서의 파괴를 피하여 데이터의 오차를 줄 이기 위함이다.
성능/효과
- (1) 인장시험 결과, A1BC3, HBsCl 모두 인장강도나 항복강도가 일반구조용 탄소강이나 기 계구조용 탄소강 등과 비슷한 정도를 나타내었다.
- (2) A1BC3, HBsCl 모두 피로강도가 낮고 피로한도까지 의 응력레 벨의 폭이 상당히 넓 은 특성이 있다. 따라서, 인장강도의 특성이 타 재료와 비슷하다 하더라도 피로강도를 필히 고려하여 야 하며, 피로강도의 향상을 위한 연구가 필요 할 것으로 사료된다.
- (3) 에어 제트치즐에 의한 피닝을 실시한 결과, 경도는 A1BC3에서 4%, HBsCl에서는 70% 증가하였고, 인장강도는 각각 2.7%, 10%씩 증가 했으며, 피로강도는 각각 40%, 111%씩 증가하였다.
- 7% 증가하였다. HBsCl 의 경우는 영률이 3.7% 증가, 항복점은 3.2% 증가했고 인장강도는 10.4% 증가하였다. Fig.
- 따라서 인장 시험과 피로시험을 통하여 강도특성을 명백히 하였다. 두 재료 모두 인장강도는 일반구조용 탄소강이나 기계구조용 탄소강 등과 비슷한 값을 나타냈으나, 피로강도는 상당히 낮은 경향이 있어 피로강도의 개선이 필요함을 밝혔고, 에어 제트치즐을 이용한 피닝을 이들 재료에 실시하여 강도의 개선 가능성을 확인하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
후속연구
- (2) A1BC3, HBsCl 모두 피로강도가 낮고 피로한도까지 의 응력레 벨의 폭이 상당히 넓 은 특성이 있다. 따라서, 인장강도의 특성이 타 재료와 비슷하다 하더라도 피로강도를 필히 고려하여 야 하며, 피로강도의 향상을 위한 연구가 필요 할 것으로 사료된다.
- 한편, 에어 제트치즐을 이용한 피닝에 대해서는 공기압의 세기나 시행시간 등에 따른 좀더 구체적인 연구가 진행되어야 하고 사용의 간편 성까지 고려한다면 에어 제트치즐의 이용은 프 로펠러재의 강도개선에 유용한 방안임을 알 수 있다.
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