[논문]A356 알루미늄 합금의 파단 충격에너지에 대한 수축공결함의 영향

황성철; 곽시영

doi:10.7777/jkfs.2014.34.1.022

A356 알루미늄 합금의 파단 충격에너지에 대한 수축공결함의 영향
Effect of Shrinkage Defect on Fracture Impact Energy of A356 Cast Aluminum Alloy 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.34 no.1, 2014년, pp.22 - 26

황성철 (과학기술연합대학원대학교 가상공학과) , 곽시영 (한국생산기술연구원 사이버설계센터(과학기술연합대학원대학교 가상공학과))

Abstract ▼ AI-Helper

Internal defects, such as shrinkage during casting, cause stress concentrations and initiate cracking. Therefore, it is important to understand the effects of internal defects on the mechanical properties including the impact behavior. This study evaluates the effects of internal casting defects on the impact performance of A356 Al-alloy castings. The internal shrinkage defects in the casting impact specimen are scanned using an industrial Computed Tomography (CT) scanner, and drop impact tests are performed with varing impact velocities on the A356 casting aluminium specimen ($10mm{\times}10mm$ section area) in order to locate the fracture energy under an impact load. The specimens with defects with a diameter less than 0.35 mm exhibit equivalent fracture impact energies of approximately 32 J and those with a 1.7 mm diameter defect reduced the fracture impact energy by 35%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 내부에 수축공 결합을 가진 A356 주조 알루미늄 합금 시편에 대하여 CT(3차원 단층촬영기)를 통해 내부 결함의 크기 등 기하학적 형상을 조사하고 각 시편에 낙하 충격시험을 실시하여 파괴치(파괴낙하속도, 충격에너지)와 결함의 상관관계에 대하여 연구하였다.
본 장비의 낙하추 하중은 25kg이며 낙하추의 높이, 속도, 에너지로 충격 시험을 수행할 수 있다. 본 시험에서는 낙하추의 속도를 조절하여 시편의 파괴 유무를 판단하고자 하였다.
본 연구에서는 알루미늄 A356-T6 합금 충격시편에 대해 CT를 활용하여 건전시편과 수축공 결함시편을 분류하고 충격시험을 수행하여 내부 수축공의 충격 특성에 대한 영향을 평가하였다.
수축공 내부의 결함을 검출하기 위하여 본 논문에서는 독일 HWM(Hans Walischmiller Gmbh)사의 비파괴 검사용 단층촬영 장비인 산업용 CT를 활용하여 수축공의 내부결함을 확인하였다. Fig.

제안 방법

내부 결함이 존재할 경우의 재료의 충격특성에 대한 연구는 초기 Breznak[1]등에 의해 Ni-Cr-Mo 주강의 내부 결함 시편에 대한 충격시험을 통해 파괴 인성을 평가하였다. 근래에는 해석 기술이 발달함에 따라 F.
인장 특성을 파악한 후 충격시험을 수행하였으며, 충격시편은 KS D6008에 따른 인장시편을 금형을 이용하여 주조하고 Fig. 2와 같은 블록형 규격으로 제작하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 충격 시험 전 시편의 인장 특성을 파악하기 위해 Table 1과 같은 조성의 T6 열처리된 A356 알루미늄 합금을 사용하여 인장 시편을 Fig. 1과 같이 제작하고 인장시험을 수행하였다.
총 14개의 시편에 대해 결함검사를 수행하여 4개의 건전한 시편을 확보하였다. 나머지 10개의 결함 시편의 경우 Fig.

성능/효과

1) 10 × 10 단면 충격시편에서 0.35 mm(단면높이의 3.5%)이하 수축공은 시편의 파괴충격치에 큰 영향을 주지 않았다.
2) 10 × 10 단면 충격시편에서 1.7 mm(단면크기의 약 17%)이상 수축공은 건전시편에 비해 약 65%의 파괴충격치를 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주조는 무엇인가?	주조는 액체금속을 응고시켜서 고체금속을 만드는 공정으로 변형저항이 가장 적은 액체상태의 금속을 이용하기 때문에 단조 또는 용접 등 기타 제조방법에 비해 복잡한 형상도 쉽게 제조할 수 있는 특징이 있다. 하지만 액체 금속이 고체 금속으로 응고하는 과정은 필연적으로 체적변화를 수반하게 되고 수축공과 같은 내부결함을 내포하게 된다.
	자동차 산업에 알루미늄의 적용이 증가하는 이유는 무엇인가?	근래 글로벌 에너지 위기가 닥치면서 자동차 산업을 중심으로 연비에 직접적으로 영향을 주는 차체 및 부품의 경량화가 이슈로 떠오르면서 알루미늄의 적용이 증가하고 있다. 주조 알루미늄 합금의 사용이 증가함에 따라 알루미늄 함금의 신뢰성에 대한 요구가 커져가는 있으며 특히 갑작스런 충격을 받을 가능성이 있는 자동차를 비롯한 여러 기계장치들은 충격으로부터 엔진 등 중요부품의 성능유지와 또는 사용자의 안전을 위하여 충격하중을 고려한 설계가 필수적이다.
	주조의 문제점은 무엇인가?	주조는 액체금속을 응고시켜서 고체금속을 만드는 공정으로 변형저항이 가장 적은 액체상태의 금속을 이용하기 때문에 단조 또는 용접 등 기타 제조방법에 비해 복잡한 형상도 쉽게 제조할 수 있는 특징이 있다. 하지만 액체 금속이 고체 금속으로 응고하는 과정은 필연적으로 체적변화를 수반하게 되고 수축공과 같은 내부결함을 내포하게 된다. 이로 인하여 설계자들은 주조부품의 수축공 결함에 대한 막연한 불안감을 가지고 있어서 사용을 주저하거나 주조부품에 대해 과도한 안전율을 고려해서 설계하고 있다.

참고문헌 (6)

E. S. Breznak, Constantine Vishnevsky and John F. Wallace. Steel Foundry Research Foundation, "The Effect of Internal Shrinkage Discontinuities on the Fatigue and Impact properties of Cast steel sections".
F. Galvez, D. Cendon, N. Garcia, A. Enfedaque, V. Sanchez-galvez, "Dynamic fracture thoughness of a high strength armor steel", Engineering Failure Analysis, 16 (2009) 2567-2575.

상세보기
M. Riesner, M. P. Zebrowski, and R. J. Gavalier, "Computer Simulation of Wheel Impact Test", The Sixth International Conference on Vehicle Structural Mechanics, Society of Automotive Engineers, pp. 269-275 in Proceedings of Detroit, MI, 1986.
H Hooputra, H Gese, H Dell and H werner, "A Comprehensive Failure Model for Crashworthiness simulation of Aluminium Extrusions", 2004 International Journal of Crash, (2004) 449-463.
Y. -L. Loh, "Finite Element Impact Analysis and Test of 13 Degree Disc Wheel and a Study on its Failure Criteria", M.S. Thesis, National Taiwan University, 2004.
Seong-Woo jo, Jae-Woo Park and Si-Young Kwak, "Finite Element Analysis Method for Impact Fracture Prediction of A356 Cast Aluminum Alloy", Journal of Korea Foundry Society, 33(2) (2013) 63-68.

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