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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Al 7075-T6와 Al 2024-T3를 이용하여 이종간의 마찰교반용접을 시행하고 피로균열진전 특성과 파면을 관찰함으로써, 공구의 회전하는 방향에 따른 피로균열진전 수명의 차이를 확인하고자 한다.
제안 방법
- 마찰교반용접은 공구의 회전방향에 따라 우측, 좌측으로 회전을 하며 용접을 시행한다. 따라서 이러한 공구의 회전방향의 영향을 관찰하기 위하여 실험을 수행하였고, 사용된 재료인 Al 7075-T6와 Al 2024-T3를 Fig. 1과 같이 압연방향과 용접방향을 같게 하여 교반용접을 시행하였으며, 본 시험에서는 방향성을 달리 하여 AB 시험편은 용접되는 방향을 바라보고 좌측에는 Al 7075-T6, 우측 에는 Al 2024-T3를 놓고 용접을 진행하였으며(이하 AB시험편) GH 시험편은 반대로 좌측에 Al 2024-T3 우측에 Al 7075-T6를 두고(이하 GH시험편) 용접을 진행하였고, 공구는 반시계방향으로 회전을 하며 교반을 하였다. 또한, 마찰교반용접의 가장 중요한 변수는 접합속도와 회전속도이다.
- 본 연구에서는 이종재인 Al 2024-T3와 Al 7075-T6에 마찰교반용접을 시행한 후 피로균열진전시험을 실시하고 그 파면을 관찰함으로서 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에 사용된 시험기는 서보 유압피로시험기(MTS 810, 100kN)을 사용하였으며 일정진폭 하중제어방식으로 반복인장을 가하였다. 예비 크랙의 삽입조건은 주파수 9Hz, 적용하중파형은 정현파, 일정하중진폭 으로 노치선단에서 2.5mm 삽입하였으며 실험조건은 상온에서 주파수 10Hz, 정현파, 응력비 R=0.3에서 실시하였다. 피로균열의 길이측정은 COD(Crack opening displacement)게이지를 사용 하여 컴플라이언스법으로 측정하였다.
- 피로균열진전 실험 후 파단 된 시험편의 파면 관찰을 위하여 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 이용하였으며, 2영역에 해당하는 ∆K=12MPa·m0.5부분과∆K=15MPa·m0.5부분을 관찰하였다.
대상 데이터
- 2 와 같이 제작하였다. 본 연구에 사용된 시험기는 서보 유압피로시험기(MTS 810, 100kN)을 사용하였으며 일정진폭 하중제어방식으로 반복인장을 가하였다. 예비 크랙의 삽입조건은 주파수 9Hz, 적용하중파형은 정현파, 일정하중진폭 으로 노치선단에서 2.
- 본 연구에서 사용된 재료는 폭 190mm, 길이 460mm, 두께 5 mm의 판재로서 Al 7075-T6와 Al 2024-T3를 사용하였으며, Table 1과 Table 2는 각각 본 실험에 사용된 재료의 화학적 조성과 기계적 특성을 나타낸 것이다.
이론/모형
- 시험편의 채취는 응력의 변형을 최대한 고려하였으며 용접 부의 중앙을 균열의 진전되는 방향으로 하여 압연방향과 용접 방향이 동일하게 T-L방향으로 노치선단은 곡률반경을 최대한 0에 가깝게 와이어 컷팅 가공을 하였고, 시험편의 규격은 ASTM E647에 의하여 Fig. 2 와 같이 제작하였다. 본 연구에 사용된 시험기는 서보 유압피로시험기(MTS 810, 100kN)을 사용하였으며 일정진폭 하중제어방식으로 반복인장을 가하였다.
- 3에서 실시하였다. 피로균열의 길이측정은 COD(Crack opening displacement)게이지를 사용 하여 컴플라이언스법으로 측정하였다. 피로균열진전 실험 후 파단 된 시험편의 파면 관찰을 위하여 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 이용하였으며, 2영역에 해당하는 ∆K=12MPa·m0.
성능/효과
- 1) 피로균열진전 시험을 상온에서 실시한 결과 Al 2024-T3의 피로균열진전 수명이 가장 길고 Al 7075-T6의 피로균열진전 수명이 가장 짧았으며 AB 시편은 Al 2024-T3 대비 약 88%의 사이클로 나타났다.
- 2) 마찰교반용접의 이종간의 접합시에는 공구가 회전하는 방향에 따라 재료의 위치 배열이 피로균열진전 수명에 많은 영향을 미치며, Al 2024-T3가 공구의 전진측 방향에 놓여져 마찰교반용접된 AB방향의 시험편이 GH방향의 시험편에 비해 비교적 높은 피로균열진전 수명으로 나타났다.
- 3) Advancing side에 보다 연성적인 재료인 Al 2024-T3가 위치한 AB 시험편의 경우에는 취성적 파면 형태에 가까우나, GH 시험편의 경우에는 연성적 파괴의 흔적인 딤플과 플래트가 관찰된다.
- , 2009). Al 2024-T3와 Al 7075-T6와 마찰교반용접한 AB, GH시험편을 비교하여 볼 때 Al 2024-T3의 스트라이에이션의 간격이 가장 좁게 관찰되었으며 AB시험편 GH시험편 순으로 좁았으며 Al 7075-T6의 스트라이에이션 간격이 가장 크게 나타났다. 이는 피로균열진전실험의 결과와도 잘 부합이 되며, 스트라이에이션의 간격 크기가 크다는 것은 균열성장속도와 대응해보면 피로균열진전 수명이 낮게 평가됨을 검증할 수 있다.
- 1에서 설명했던 것과 같다. Al 7075-T6의 피로균열진전수명이 가장 짧고 Al 2024-T3의 피로균열진전수명이 가장 길었으며 AB방향의 시험편과 GH방향의 시험편 중 AB방향의 시험편이 좀 더 나은 피로균열진전수명을 보이고 있다. AB 시험편과 GH 시험편의 수명의 차이가 나는 것은 Al 7075-T6에 비해 낮은 강도를 가지지만 보다 긴 피로균열진전 수명의 특징을 가지는 Al 2024-T3가 공구의 전진 측에 놓여져 교반 되어지는 것이 길게 된 원인이라 생각된다.
- 56⨉10-4이다. Al7075-T6 모재 시험편에 비해 GH, AB 시험편의 순으로 균열성장속도가 늦으며 Al 2024-T3시험편의 균열성장속도가 가장 느림을 알 수 있었고 용접 시편 간에도 성장속도가 확연히 다름을 확인할 수가 있었다. 이렇듯이 시험편의 이종간의 접합시 에는 공구가 회전하는 방향에 따라 재료의 위치 배열이 피로균열진전 수명에 많은 영향을 미치고 있음을 확인 할 수가 있었다.
- 모재인 Al 2024-T3와 Al 7075-T6를 비교하여 볼 때 피로균열의 진전이 느린 Al 2024-T3가 오히려 m값이 큰 이유는 Al 7075-T6가 StageⅡ(중간속도영역)구간에서는 더 느린 진전을 한다는 것을 의미 하고 StageⅡ를 지나 StageⅢ에 이르러서는 임계균열크기에 달하여 급격한 파단이 일어났다는 것을 의미한다. 마찰교반용접한 시험편 AB와 GH를 비교 하여 볼 때 GH시편이 AB시편에 비해 m값이 크므로 균열진전속도가 더 빠르다는 것을 확인할 수 있다. 본 실험의 결과로 균열초기의 da/dN값에서부터 마찰교반용접한 시험편과 모재 시험편의 차이를 확인할 수 있었다.
- 마찰교반용접한 시험편 AB와 GH를 비교 하여 볼 때 GH시편이 AB시편에 비해 m값이 크므로 균열진전속도가 더 빠르다는 것을 확인할 수 있다. 본 실험의 결과로 균열초기의 da/dN값에서부터 마찰교반용접한 시험편과 모재 시험편의 차이를 확인할 수 있었다. 응력확대계수가 \(\Delta K\)=13MPa·m0.
- Al7075-T6 모재 시험편에 비해 GH, AB 시험편의 순으로 균열성장속도가 늦으며 Al 2024-T3시험편의 균열성장속도가 가장 느림을 알 수 있었고 용접 시편 간에도 성장속도가 확연히 다름을 확인할 수가 있었다. 이렇듯이 시험편의 이종간의 접합시 에는 공구가 회전하는 방향에 따라 재료의 위치 배열이 피로균열진전 수명에 많은 영향을 미치고 있음을 확인 할 수가 있었다.
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