알루미늄 6061-T6는 $Mg_2Si$와 ${\beta}-Al_5FeSi$로 구성되며, 피로 손상도가 증가하면 ${\beta}-Al_5FeSi$주변에서 기공이 발생하고 성장하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 우선 알루미늄 6061-T6 시편에 대한 SEM 촬영을 통해 이러한 현상을 확인하였다. 이후, 피로 손상도에 따라 이 시편의 전위댐핑 (dislocation damping), 정합변형률 (coherency strain), 및 기공 (void)이 감쇠계수와 비선형인자에 미치는 영향을 실험적으로 관찰하였다. 그 결과 비선형인자는 피로 손상도가 증가에 따라 증가하다가 피로수명 75% 이후에서는 감소하는 것을 확인하였다. 이는 전위댐핑과 정합변형률이 증가할수록 비선형인자는 증가하지만, 기공이 증가하면 초음파의 산란이 커져 비선형인자가 감소하는 것으로 해석할 수 있다. 따라서, 피로에 따라 조직변화가 복잡하게 나타나는 재료의 열화 평가에 있어서는 비선형인자를 주의하여 활용하여야 한다는 결론을 얻었다.
알루미늄 6061-T6는 $Mg_2Si$와 ${\beta}-Al_5FeSi$로 구성되며, 피로 손상도가 증가하면 ${\beta}-Al_5FeSi$주변에서 기공이 발생하고 성장하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 우선 알루미늄 6061-T6 시편에 대한 SEM 촬영을 통해 이러한 현상을 확인하였다. 이후, 피로 손상도에 따라 이 시편의 전위댐핑 (dislocation damping), 정합변형률 (coherency strain), 및 기공 (void)이 감쇠계수와 비선형인자에 미치는 영향을 실험적으로 관찰하였다. 그 결과 비선형인자는 피로 손상도가 증가에 따라 증가하다가 피로수명 75% 이후에서는 감소하는 것을 확인하였다. 이는 전위댐핑과 정합변형률이 증가할수록 비선형인자는 증가하지만, 기공이 증가하면 초음파의 산란이 커져 비선형인자가 감소하는 것으로 해석할 수 있다. 따라서, 피로에 따라 조직변화가 복잡하게 나타나는 재료의 열화 평가에 있어서는 비선형인자를 주의하여 활용하여야 한다는 결론을 얻었다.
It is known that in aluminum 6061-T6, which is composed of $Mg_2Si$ and ${\beta}-Al_5FeSi$, void nucleation grows around ${\beta}-Al_5FeSi$ of Al606-T6. In this work, growth of voids was checked by scanning a 6061-T6 specimen with SEM observation. The effects of disl...
It is known that in aluminum 6061-T6, which is composed of $Mg_2Si$ and ${\beta}-Al_5FeSi$, void nucleation grows around ${\beta}-Al_5FeSi$ of Al606-T6. In this work, growth of voids was checked by scanning a 6061-T6 specimen with SEM observation. The effects of dislocation damping, coherency strain and voids on ultrasonic attenuation and nonlinearity parameters were experimentally measured. It was observed that a nonlinearity parameter increases until 75 percent of fatigue life and decreases after that. From the results, the authors inferred that dislocation damping and coherency damping increase nonlinearity parameters and void nucleation decreases them as ultrasonic scattering increases with void. The application of nonlinearity parameters in estimating degradation of materials with complex microstructures through fatigue process, therefore, should be carefully considered.
It is known that in aluminum 6061-T6, which is composed of $Mg_2Si$ and ${\beta}-Al_5FeSi$, void nucleation grows around ${\beta}-Al_5FeSi$ of Al606-T6. In this work, growth of voids was checked by scanning a 6061-T6 specimen with SEM observation. The effects of dislocation damping, coherency strain and voids on ultrasonic attenuation and nonlinearity parameters were experimentally measured. It was observed that a nonlinearity parameter increases until 75 percent of fatigue life and decreases after that. From the results, the authors inferred that dislocation damping and coherency damping increase nonlinearity parameters and void nucleation decreases them as ultrasonic scattering increases with void. The application of nonlinearity parameters in estimating degradation of materials with complex microstructures through fatigue process, therefore, should be carefully considered.
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문제 정의
Wang 등[13]은 알루미늄 6061-T6 파단면에 기공이 형성됨을 발견한 바 있다. 본 연구에서는 알루미늄 6061-T6가 피로손상 도중에 기공이 발생하는지 확인하기 위하여 Fig. 6과 같이 SEM 촬영을 하였으며, 미세조직은 총 8 지점에서 측정하고, 기공율을 평균하였다. 그 결과, 피로손상도가 증가함에 따라 기공의 수가 늘어남을 알 수 있다.
제안 방법
1) 선형초음파 인자인 감쇠계수 평가를 이용하여 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다. 전위밀도, 정합변형률, 기공 밀도가 증가함에 따라 단순 증가함을 알 수 있었다.
2) 비선형인자를 측정하여 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다. 피로수명 55%까지 비선형인자가 증가하였으나, 75%부터는 줄어들어 피로수면 85%일 때는 알루미늄 신재의 비선형인자와 거의 같아짐을 알 수 있었다.
본 연구에서는 피로에 의해 기공이 생성되는 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 감쇠계수, 비선형인자를 측정하여 비교하였다. 두 초음파인자에 영향을 주는 것은 전위 댐핑, 정합 변형률과 기공이므로, 초음파 측정 결과와 SEM 분석을 이용하여 알루 미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다.
본 연구에서 초음파 감쇠계수를 측정하기 위해 C-scan 장비를 이용하였으며, 면적스캔을 함으로써 피로에 의한 국부적 손상데이터를 취득하여 신뢰성을 확보하였다. 초음파 발생을 위해 PR5800 펄서리시버를 사용하였다.
본 연구에서는 피로에 의해 기공이 생성되는 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 감쇠계수, 비선형인자를 측정하여 비교하였다. 두 초음파인자에 영향을 주는 것은 전위 댐핑, 정합 변형률과 기공이므로, 초음파 측정 결과와 SEM 분석을 이용하여 알루 미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다.
2 (단위: mm)과 같이 시편을 준비하였다. 피로시험은 Instron 8081 시험기를 이용하여 수행하였으며, zero to tension 피로시험을 수행하였고, 교번응력, 평균응력을 124Mpa로 하였다. 시편은 신재, 피로수명의 55%, 75%, 85% 사이클을 시험하여 총 4개로 준비하였다.
대상 데이터
Al6061-T6 시편은 두께 10 mm, 가로 20 mm, 세로 10 mm로 준비하였다. 윗면과 아랫면이 광학적으로 거의 평평하고 평행한 샘플로 만들기위해 기계 가공 하여 연마하였고, 연마된 시편을 9um, 6um, 3um의 diamond paste로 랩핑을 하여 평평하고, 윗면과 아랫면이 1~2um 평행도를 갖는 시편으로 준비하였다.
C-scan 영상 데이터 분석을 위하여 Borland C++을 이용하여 프로그램을 구현하였다. 감쇠계수 측정을 위해 10, 20MHz, 직경 0.25인치인 수침형 원형탐촉자를 사용하였다. X-Y 축으로 10mm×20mm 영역스캔을 하였으며 간격은 0.
피로시험은 Instron 8081 시험기를 이용하여 수행하였으며, zero to tension 피로시험을 수행하였고, 교번응력, 평균응력을 124Mpa로 하였다. 시편은 신재, 피로수명의 55%, 75%, 85% 사이클을 시험하여 총 4개로 준비하였다.
Al6061-T6 시편은 두께 10 mm, 가로 20 mm, 세로 10 mm로 준비하였다. 윗면과 아랫면이 광학적으로 거의 평평하고 평행한 샘플로 만들기위해 기계 가공 하여 연마하였고, 연마된 시편을 9um, 6um, 3um의 diamond paste로 랩핑을 하여 평평하고, 윗면과 아랫면이 1~2um 평행도를 갖는 시편으로 준비하였다.
4mm의 5, 10MHz LiNbO3를 사용하였으며, 신호증폭을 위해 Pre-amp는 Ritec Inc.의 BR-640A를 사용하였다.
본 연구에서 초음파 감쇠계수를 측정하기 위해 C-scan 장비를 이용하였으며, 면적스캔을 함으로써 피로에 의한 국부적 손상데이터를 취득하여 신뢰성을 확보하였다. 초음파 발생을 위해 PR5800 펄서리시버를 사용하였다. 신호를 분석하기 위하여 200MS/s 속도의 A/D보드를 사용하였다.
톤버스트를 발행시키기 위한 함수발행기 (AFG-3002), 함수발생기에서 발생된 입력을 200~300V의 고전압신호로 증폭시켜주기 위한 Power amplifier (150 A100B)를 사용하였다 (Fig. 5 참조). Power amplifier에서 증폭된 신호는 고조파 왜곡신호가 발생하므로 이를 억제하기 위해 5MHz Low pass filter (Franklin Innovation Inc.
피로시험을 수행하기 위하여 알루미늄 6061-T6는 Table 1의 구성을 가진 재료를 준비하였고, ASTM 규격에 의거하여 Fig. 2 (단위: mm)과 같이 시편을 준비하였다. 피로시험은 Instron 8081 시험기를 이용하여 수행하였으며, zero to tension 피로시험을 수행하였고, 교번응력, 평균응력을 124Mpa로 하였다.
데이터처리
신호를 분석하기 위하여 200MS/s 속도의 A/D보드를 사용하였다. C-scan 영상 데이터 분석을 위하여 Borland C++을 이용하여 프로그램을 구현하였다. 감쇠계수 측정을 위해 10, 20MHz, 직경 0.
이론/모형
5 참조). Power amplifier에서 증폭된 신호는 고조파 왜곡신호가 발생하므로 이를 억제하기 위해 5MHz Low pass filter (Franklin Innovation Inc.)를 적용하였다. 탐촉자는 지름 6.
성능/효과
3) 비선형인자는 선형초음파 인자보다 재료의 열화를 측정하는 도구로 많이 사용하지만, 피로에 의해 미세조직 변화가 알루미늄 6061-T6처럼 복잡하다면, 선형초음파 인자보다 열화 측정에 민감한 비선형인자를 측정하는데 주의를 기울여야 한다.
이는 감쇠에 대한 것으로 이보다 큰 감쇠계수를 갖는 공업재료들은 2차 고조파 측정이 더 어려울 것이다. 따라서, 제안한 개선된 압전형 수신기법을 이용하면, 기본주파수와 2차 고조파 신호를 아날로그상에서 분리하여 증폭하기 때문에 2차 고조파 신호가 충분히 크게 측정되어 비선형 인자의 측정오류를 줄일 수 있다.
7은 피로손상이 진행됨에 따른 기공율을 나타낸다. 신재의 기공율이 0.16%이며, 피로도가 85%까지 진행될 때, 1.3%까지 약 8.1배 증가함을 알 수 있다.
전위 댐핑이나 정합 변형률이 증가함에 따라 비선형인자가 증가하지만 기공의 영향으로 인한 산란 효과로 인하여 피로수명 75%부터 감소하는 경향을 확인할 수 있다. Fig.
1) 선형초음파 인자인 감쇠계수 평가를 이용하여 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다. 전위밀도, 정합변형률, 기공 밀도가 증가함에 따라 단순 증가함을 알 수 있었다.
2) 비선형인자를 측정하여 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다. 피로수명 55%까지 비선형인자가 증가하였으나, 75%부터는 줄어들어 피로수면 85%일 때는 알루미늄 신재의 비선형인자와 거의 같아짐을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알루미늄 6061의 장점은 무엇인가?
알루미늄 6061-T6는 합금 중 가장 경제적이고 활용도가 높은 열처리형 Al-Mg-Si계 합금으로 주로 플랜트, 선박, 차량 및 육상구조물 등에 널리 이용된다. 특히 ,알루미늄 6061은 T6 열처리를 통해 강도를 향상 시킬 수 있으며 경량이고 부식저항성이 우수하여 의료용, 소방용, 산업용 분야에서 고압용기 제작에 널리 이용되고 있다.
알루미늄 6061-T6이란 무엇인가?
알루미늄 6061-T6는 합금 중 가장 경제적이고 활용도가 높은 열처리형 Al-Mg-Si계 합금으로 주로 플랜트, 선박, 차량 및 육상구조물 등에 널리 이용된다. 특히 ,알루미늄 6061은 T6 열처리를 통해 강도를 향상 시킬 수 있으며 경량이고 부식저항성이 우수하여 의료용, 소방용, 산업용 분야에서 고압용기 제작에 널리 이용되고 있다.
알루미늄 6061-T6의 피로손상의 증가 요인은 무엇인가?
1) 선형초음파 인자인 감쇠계수 평가를 이용하여 알루미늄 6061-T6의 피로손상 평가를 수행하였다. 전위밀도, 정합변형률, 기공 밀도가 증가함에 따라 단순 증가함을 알 수 있었다.
참고문헌 (14)
Wang, Q. G., "Microstructural effects on the tensile and fracture behavior of aluminum casting alloys A356/357", Metall Mater Trans A, 34(12), 2887-2899, (2003)
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Agarwal, H., Gokhale, A. M., Graham, S., Horstemeyer M. F., "Void growth in 6061-aluminum alloy under triaxial stress state", Materials Science Engineering A, 341(1-2), 35-42, (2003)
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Truell, R., Elbaum, C., Chick, B.B., Ultrasonic methods in solid state physics, Academic Press, New York and London, (1969)
Na, J. K., Yost, W. T., Cantrell, J. H., Kessel, G. L., "Effect of surface roughness and nonparallelism on the measruement of the acoustic nonliearity parameter in steam turbine blades", Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 19, 1417-1424
Gauster, W.B., Breazeale M.A., "Detector for measurement of ultrasonic strain amplitudes in solid", 37(11), Review of Scientific Instruments, 1544-1548, (1966)
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