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문제 정의
- 따라서 본연구 에서는자동차나 철도의 현가 장치재료로 사용되고 있는 스프링 강에 쇼트피 닝 가공을 실시하여 세 가지 부식 용액(6% FeCh수용액, 10% HNO3 + 3% HF수용액, 3.5% NaCl수용액)에서의 압축 잔류응력과 부식생성 기구해석 및 공식(6%FeCk 수용액)과 입 계부식(10% HNO3 + 3% HF 수용액)에서 의 쇼트피닝의 효과에 대해서 알아보고자 한다.
- 이러한 연구결과를 통주]] 부식 환경에서의 부식으로 인한 손상을 줄이고, 각종 부품이나 구조물의 설계 시 피로수명 평가자료로 활용을 함으로써 안전설계에 기여하고자 한다.
제안 방법
- 경 도측정 은 로크웰 경 도 측정 기 를 사용하여 시 험편의 단면부를 채취 하여 열경 화성 수지 에 고정하고 폴리 싱 작업을 한 후, 측정하중은 500g을 적용하여 압흔 간격을 2mm로 하여 측정하였다
- 크다고 볼 수 있다. 또한 RCP 시험편과 CIS 시험편의 비교에 있어서 RCP시험편이 비 방향(-측 방향)의 전위를 형성 하였다. 이는 부식생성물 제거로 인해 부동태 피막이 파괴되어져 부식환경에 대해 효과적으로 차단하지 못하였기 때문으로 판단된다.
- 하여 측정하였다. 또한 부게 감소량은 침지 전에 미소선자서울(HR-200)로 중량을 측정하고 침지 후 15일 간격으로 시험편을 꺼내어 부식 생성물을 완전히 제거한 후 그 중량변화로서 측정하였다
- 부식 수용액 은 부시 형 태 중 공식 과 입 계부식 그리고 일반해수환경에서의 쇼트피닝 효과를 알아보기 위해 용존산소를 제거하지 않은 6% FeCh 수용액 10% HNO3 + 3% HF수용액, 3.5% NaCl수용액을 선성하여 상온(25℃)에서 360일 등안 침지 실헌하였다. 실험에 사용된 시험편은 부식생성물을 제거하고 다시 침지한시험편(Removal corrosion product: RCP)과 계속 친 지 시 험편(Continuous immersed specimen: CIS)사이의 그 차이를 비교하고자 RCP와 CIS를 구분하였다
- 부식 전위는 부식 용액 중에 변동된 전위를 안정 화시킨 후에 측정하였으며, 기준선극으로는 염화은전드;(Ag/AgCl electrode)을 시험편 작업 전극(Work electrode)으로 하여 측정하였다. 또한 부게 감소량은 침지 전에 미소선자서울(HR-200)로 중량을 측정하고 침지 후 15일 간격으로 시험편을 꺼내어 부식 생성물을 완전히 제거한 후 그 중량변화로서 측정하였다
- 쇼트피 닝 가공은 판스프링 제 조용 쇼트피 닝 기 를이용하여 Table 3고} 같은 조건하에서 실시하였으며 시험편 표면에 균일한 쇼트피닝 가공면을 얻기 위해 양면을 쇼트피닝 가공하였다.4)
- 5% NaCl수용액을 선성하여 상온(25℃)에서 360일 등안 침지 실헌하였다. 실험에 사용된 시험편은 부식생성물을 제거하고 다시 침지한시험편(Removal corrosion product: RCP)과 계속 친 지 시 험편(Continuous immersed specimen: CIS)사이의 그 차이를 비교하고자 RCP와 CIS를 구분하였다
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시헌편은 와이어로드 상태의 압연 스프링강(SAE 5155)이며, Table 1 에 화학적 성분을 나타내었고, Table 2는 열처리(Quenching & Tempering)한시편의 기계적 성질로서, 연속식 가스로에 서 970℃, 유지 시 간은 20분간 가열 한 후 퀜 칭 오일 40~80℃에서 5분간 담금질을 실시하였고, 연속식 뜨임로에서 490℃로 80분간 유지하는 템퍼링을 시행하였다.
- 침지시험에 사용된 시험편은 CT시험편으로 하였고, 그 형상과 치수를 Fig. 1에 나타내었다. 또한, Fig.
성능/효과
- 1) 쇼트피닝 시험편의 표면에서의 경도는 평균 116.8(HrB)이고, 언피닝 시험편은 115.4(HrB)로서 전체적으로 경도의 변화는 없다고 판단된다.
- 15는 각 부식조건에서 360일 침지 후 시험편의 표면조도를 측정하여 나타낸 것이다. 10% hno3 + 3% HF수용액의 경우 언피닝 시험편은 약 1.27거]1 (1.57网12.00/如), 쇼트피 닝 시 험편은 약 0.76배(1.68 ㎛71'29㎛)로 쇼트피닝 시험편의 경우 침지 기간이 길어 질수록 표면조도 값이 감소하는 경향을 나타내었다.
- 2) 부식전위의 변화에 있어서 세 가지 부식액 모두 쇼트피닝 재가 언피닝재보다 안정화된 전위를 보여주며 부식에 대한 저항이 언피닝재 보다 쇼트피닝 재가 크다고 볼 수 있다. 또한 RCP 시험편과 CIS 시험편의 비교에 있어서 RCP시험편이 비 방향(-측 방향)의 전위를 형성 하였다.
- 10~11은 3% HF + 10% HNCh수용액에서 360일 동안 침지시켜 무게감소량 측정한 그래프이다. 3% HF + 10% HN6수용액은 3.5% NaCl 수용액 보다 산화성 산(oxidizing acid)으로 큰 부식성을 가지고 있음에도 불구하고 초반 쇼트피 닝과언피닝 재의무게감소량은 적었지만 180일 이후부터는 3.5% NaCl 수용액의 무게감소량이 감소되지만 3% HF + 10% HNCh수용액은 상승세를 보였다. 또한 Fig.
- 3) 무게감소량에 있어서 쇼트피닝재가 언피닝재에 비해 용액에 따라 0.1 ~0.8(mg/days)정도의 적은 무게 감소를 보이며 쇼트피닝의 잔류응력으로 인한 내식성이 증가한 것으로 해석된다. 또한 6% FeCh가 가장 많은 감소량을 나타났으며 Fe3++e-Fe2+의 환원 반응으로 극의 산화 속도를 가속화 시킴으로써 부식속도가 증가된 것으로 판단된다.
- 4) 상온에서 쇼트피닝 시험편의 표면조도는 Ra가 1.50㎛ Ry가 6.95㎛로 측정되 었고, 언피닝 시험편은 Ra가 0.22㎛ Ry가 L86㎛로 나타났다. 그리고 각 부식조건에서 360일 침지 후 시험편의 표면 조도를 측정한 결과 10% HNO3 + 3% HF 수용액의 경우 언피닝 시험편은 약 1.
- 6% FeCh에서 언피닝재와 쇼트피닝재의 무게 감소량은 RCP 시험편에서 언피닝재가0.783 (mg/days), CIS시험편에서 1.3~ 1.6 (mg/days) 많은 감소량을 보였다. 실험에 사용된 3가지 용액 중 FeCl3 용액실험에서 가장 큰 무게감소량을 보였는데 이는 FeCh가산을 생성할 뿐만 아니라 앞서 언급했던 리닥스쌍 (Fe*e-~Fe2+)을 생성하여 산화력을 추가적으로 제공함으로써 부식을 가속화시 키고 있기 때문이다.
- 공식(6% FeCh)에서의 부식전위의 양상을, 보면 전위가 초기 에는 증가하다가 점차 일정한 전위 값W 형성하는 것을 알 수가 있다. 이 결과를 보면 시험편 표면에 Cl-이온의 농도가 증가함에 따라 다음과 같은 식 (1)의 반응에 의해 공식이 개시되는것을 알 수가 있다.
- 22㎛ Ry가 L86㎛로 나타났다. 그리고 각 부식조건에서 360일 침지 후 시험편의 표면 조도를 측정한 결과 10% HNO3 + 3% HF 수용액의 경우 언피닝 시험편은 약 1.27배(1.57㎛→ 2.00㎛), 쇼트피닝 시험편은 약 0.76배(1.68㎛→ 1.29㎛)로 쇼트피닝 시험편의 경우 침지 기간이 길어질수록 표면조도 값이 감소하는 경향을 나타내었다.
- 또한 6% FeCh가 가장 많은 감소량을 나타났으며 Fe3++e-Fe2+의 환원 반응으로 극의 산화 속도를 가속화 시킴으로써 부식속도가 증가된 것으로 판단된다. 그리고 세 가지 부식 액 모두 시간이 갈수록 쇼트피닝재와언피닝재의 무게감소 비율이 작아지는 것으로 봐서 부식 이 진전됨 에 따라 쇼트피닝의 잔류응력효과의 감소로 인한 것으로 판단된다.
- 5% NaCl수용액에서 360일 동안 침지시켜 얻은 무게감소량을 나타내고 있는 그래프이다. 대체로 RCP 시편은 쇼트피닝재와 언피닝재의 차이는 언피닝재가 약 0.12 (mg/days)의 많은 감소량을 보였다. CIS 시편 역시 90일(+ 0.
- 8(mg/days)정도의 적은 무게 감소를 보이며 쇼트피닝의 잔류응력으로 인한 내식성이 증가한 것으로 해석된다. 또한 6% FeCh가 가장 많은 감소량을 나타났으며 Fe3++e-Fe2+의 환원 반응으로 극의 산화 속도를 가속화 시킴으로써 부식속도가 증가된 것으로 판단된다. 그리고 세 가지 부식 액 모두 시간이 갈수록 쇼트피닝재와언피닝재의 무게감소 비율이 작아지는 것으로 봐서 부식 이 진전됨 에 따라 쇼트피닝의 잔류응력효과의 감소로 인한 것으로 판단된다.
- 5% NaCl 수용액의 무게감소량이 감소되지만 3% HF + 10% HNCh수용액은 상승세를 보였다. 또한 Fig. 10~11에서 RCP시험편의 경우 언피닝재가 쇼트피닝 재보다 약 0.717(mg/days), CIS시험편의 경우 기간별로 0.5~0.7(mg/days)의 많은 무게 감소량을 나타났으며 무게 감소 비율에 있어서 점차 감소한 것으로 나타났다. 이는 앞서 언급한 잔류응력층과 성장 응력과의 상호작용으로 인한 부동태 피막의 파괴로 인한 것으로 판단된다.
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