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[국내논문] 제동 디스크용 주철의 물성 및 열피로 특성평가
Evaluation of Thermal Fatigue Lifetimes of Cast Iron Brake Disc Materials 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.8, 2012년, pp.835 - 841  

구병춘 (한국철도기술연구원 신교통연구본부) ,  임충환 (STX 메탈주식회사 기술연구소)

초록
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철도차량의 제동 디스크에 사용될 수 있는 주물재료 4 종에 대해 인장강도, 압축강도, 경도, 비열, 비중, 열전도도 등 여러 특성값을 측정하였다. Ni, Cr, Mo 의 조성비에 따라 인장강도, 압축강도, 경도 등을 조절할 수 있었다. 이들 재료에 대해 열피로 시험을 수행할 수 있는 장치를 사용하여 원통형 시편에 대해 열크랙의 발생과 길이를 측정하여 재료의 내열성을 평가하였다. 그리고 열피로 시험과정을 유한요소법으로 해석하고 Manson-Coffin 식과 주변형률을 이용하여 열피로수명을 평가하여 시험결과와 비교, 검토하였다. 해석에 의한 예측수명은 관찰영역의 균열의 총 길이가 $40{\mu}m{\sim}1mm$ 사이에 있을 때의 수명에 해당함을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We measured the mechanical and thermal properties of four types of cast irons used for manufacturing the brake discs of railway vehicles. It was found that these properties could be controlled by varying the composition of Ni, Cr, and Mo. Thermal fatigue tests were carried out by using a thermal fat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 철도차량용 제동디스크 소재로 사용 가능한 고 내열성 주철재료 3 종과 실제로 사용되고 있는 주물 소재에 대해 기계적, 물리적 여러 특성값을 측정하고, 열피로 시험기를 이용하여 열크랙의 발생과 진전 특성을 평가한 후, 유한 요소 열해석과 피로수명 예측모델을 사용하여 효율적인 열피로 수명예측 방법을 개발하고자 하였다.

가설 설정

  • 유한요소 해석에서 시편 표면에 가해지는 최대 (500℃), 최소(40℃)의 온도와 가열 및 냉각 시간을 실제 열피로 시험조건과 동일하게 부여하였으며 시편의 가열부위에서 유도전류에 의해 발생하는 온도분포는 일정하다고 가정하였다. 해석에는 상온 및 고온에서의 특성시험을 통해 얻은 각 재질들의 기계적, 열적 물성치가 사용되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제동패드와 제동디스크 마찰면에 작용하는 접촉압력의 크기는 얼마인가? 철도 차량은 승용차에 비해 중량이 훨씬 무겁고 제동디스크의 단위면적당 작용하는 부하도 크다. 제동패드와 제동디스크 마찰면에 작용하는 접촉압력의 크기는 0.5~2MPa 정도로 매우 작지만 마찰열에 의한 열응력은 디스크 재료의 항복응력을 초과할 정도이므로 디스크의 손상에 미치는 영향은 기계적 하중에 의한 것보다는 주로 마찰열에 의한 것이라고 할 수 있다. 따라서 안전성과 신뢰성 확보, 그리고 유지보수 관점에서 고 내열성 디스크 개발은 많은 연구자들의 관심을 끌어 왔다.
Ni, Cr 을 함유한 합금 주철의 특징은? 따라서 안전성과 신뢰성 확보, 그리고 유지보수 관점에서 고 내열성 디스크 개발은 많은 연구자들의 관심을 끌어 왔다. Mackin 등(1)은 자동차용 제동 디스크를 대상으로 유한요소해석을 통하여 균열의 발생수명을 예측하였고, Yamabe 등(2)은 트럭용 고 내열성 디스크 재질을 개발하고 시험기를 이용하여 균열의 발생과 진전특성을 평가하였는데 결정 내에 분포된 흑연 입자의 수가 많을 수록 균열의 진전이 작음을 보였고, Sakamoto 등(3)은 철도차량용 주물 제동디스크를 개발하고 시험평가를 실시하여 Ni, Cr 을 함유한 합금 주철이 높은 내열성을 가짐을 보여 주었다.
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참고문헌 (8)

  1. Mackin, T. J., Steven C. N., Ball, B. C., et al., 2002, "Thermal Cracking in Disc Brakes," Engineering Failure Analysis, vol. 9, pp. 63-76. 

  2. Yamabe, J., Takagi, M., Matsui, T., Kimura T. and Sasaki, M., 2002, "Development of Disc Brake Rotors for Trucks with High Thermal Fatigue Strength," JSAE Review, Vol. 23, pp. 105-112. 

  3. Sakamoto, H. and Hirakawa, K., 2005, "Fracture Analysis and Material Improvement of Brake Discs," JSME International Journal, Series A, Vol. 48, No. 4, pp. 458-464. 

  4. Fissolo, A., Marini, B., Nais, G. and Wident, P., 1996, "Thermal Fatigue Behaviour for a 316L Type Steel," Journal of Nuclear Materials, Vol. 233-237, pp. 156-161. 

  5. Lim, C. H. and Goo, B. C., 2011 "Development of Compacted Graphite Cast Iron for Railway Brake Discs," Metals and Materials International, Vol. 17, No. 2, pp. 199-205. 

  6. Lee, H. Y., Kim, J. B. and Lee. J. H, 2002 "Test and Analysis of Thermal Ratcheting Deformation for 316L Stainless Steel Cylindrical Structure," Trans. Of the KSME A, Vol. 26, 479-486, pp. 479-486. 

  7. Bannantine, J. A., Comer, J. J. and Handrock, J. L., 1990, Fundamentals of Metal Fatigue Analysis, Prentice Hall. 

  8. American Society of Mechanical Engineers, 1977, Cases of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Case N-47-12 (1592-2), ASME, New York. 

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