인코넬 718강의 UNSM처리재의 고온하의 피로특성에 관한 연구 Inconel 718 and UNSM Treated Alloy Study on the Rotary Bending High Temperature Fatigue Characteristics under a Light Concentrating System원문보기
고온기기의 부재로 널리 사용되는 인코넬 718을 사용하여 UNSM 표면처리법에 의한 처리효과를 기기의 사용조건을 고려한 실온, $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ 및 $600^{\circ}C$ 의 세 가지 온도레벨하의 대기 중에서 고온피로 시험을 실시하여 각 시험편의 온도에 따른 피로특성을 연구하였다. 이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)은 할로겐(Halogen) 램프를 사용한 집광식인 가열방식을 선택한 새로운 피로시험기를 사용하였다. 인코넬 718의 고온피로강도는 상온에 비하여 감소하였다. 그러나 설계응력레벨에서는 상온의 내구한도와 유사한 경향을 나타내었다. UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력레벨에서 크게 향상되었다. 미처리재의 $300^{\circ}C$와 $500^{\circ}C$ 사이의 온도 영향은 거의 없었지만, $600^{\circ}C$에서는 높은 응력레벨에서 피로수명이 짧아졌지만, 낮은 설계응력레벨에서는 상온의 S-N선도보다 피로수명이 증가되는 경향을 나타내었다.
고온기기의 부재로 널리 사용되는 인코넬 718을 사용하여 UNSM 표면처리법에 의한 처리효과를 기기의 사용조건을 고려한 실온, $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ 및 $600^{\circ}C$ 의 세 가지 온도레벨하의 대기 중에서 고온피로 시험을 실시하여 각 시험편의 온도에 따른 피로특성을 연구하였다. 이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)은 할로겐(Halogen) 램프를 사용한 집광식인 가열방식을 선택한 새로운 피로시험기를 사용하였다. 인코넬 718의 고온피로강도는 상온에 비하여 감소하였다. 그러나 설계응력레벨에서는 상온의 내구한도와 유사한 경향을 나타내었다. UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력레벨에서 크게 향상되었다. 미처리재의 $300^{\circ}C$와 $500^{\circ}C$ 사이의 온도 영향은 거의 없었지만, $600^{\circ}C$에서는 높은 응력레벨에서 피로수명이 짧아졌지만, 낮은 설계응력레벨에서는 상온의 S-N선도보다 피로수명이 증가되는 경향을 나타내었다.
This study investigated the influence of high temperature and UNSM on the fatigue behavior of Inconel 718 alloy at RT, 300, 500, and $600^{\circ}C$. Fatigue properties of Inconel 718 were reduced at high temperatures compared to those at room temperature. However, the endurance limit was ...
This study investigated the influence of high temperature and UNSM on the fatigue behavior of Inconel 718 alloy at RT, 300, 500, and $600^{\circ}C$. Fatigue properties of Inconel 718 were reduced at high temperatures compared to those at room temperature. However, the endurance limit was similar to that of the room temperature sample at the design stress level. High-temperature fatigue characteristics of the UNSM-treated specimen were significantly improved at the design stress level as compared to the untreated specimens. Specifically, the influence of temperature on the S-N curves at the design stress level of the UNSM-treated specimen showed the tendency of longer fatigue lives than those of untreated ones. Researchers can obtain rotary fatigue test results simply by heating specimens with a halogen lamp to precise temperatures during specific operations.
This study investigated the influence of high temperature and UNSM on the fatigue behavior of Inconel 718 alloy at RT, 300, 500, and $600^{\circ}C$. Fatigue properties of Inconel 718 were reduced at high temperatures compared to those at room temperature. However, the endurance limit was similar to that of the room temperature sample at the design stress level. High-temperature fatigue characteristics of the UNSM-treated specimen were significantly improved at the design stress level as compared to the untreated specimens. Specifically, the influence of temperature on the S-N curves at the design stress level of the UNSM-treated specimen showed the tendency of longer fatigue lives than those of untreated ones. Researchers can obtain rotary fatigue test results simply by heating specimens with a halogen lamp to precise temperatures during specific operations.
따라서 본 연구에서는 고온기기의 부재로 널리 사용되는 인코넬 718을 사용하여 초음파 나노결정 표면처리법(UNSM) 의한 처리효과를 기기의 사용조건을 고려한 실온, 300℃, 500℃ 및 600℃의 4가지 온도레벨하의 대기 중에서 고온피로시험을 실시하며 각 시험편의 온도에 따른 피로특성을 연구하였다. 이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)을 실시하면서, 53Hz와 20Hz의 특성도 비교, 검토하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 고온기기의 부재로 널리 사용되는 인코넬 718을 사용하여 초음파 나노결정 표면처리법(UNSM) 의한 처리효과를 기기의 사용조건을 고려한 실온, 300℃, 500℃ 및 600℃의 4가지 온도레벨하의 대기 중에서 고온피로시험을 실시하며 각 시험편의 온도에 따른 피로특성을 연구하였다. 이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)을 실시하면서, 53Hz와 20Hz의 특성도 비교, 검토하였다. 특히 본 연구에서는 할로겐(Halogen) 램프를 사용한 집광식 가열방식을 선택한 새로운 고온회전굽힘피로시험기를 사용하였다.
이때 고온회전굽힘피로시험(R=-1)을 실시하면서, 53Hz와 20Hz의 특성도 비교, 검토하였다. 특히 본 연구에서는 할로겐(Halogen) 램프를 사용한 집광식 가열방식을 선택한 새로운 고온회전굽힘피로시험기를 사용하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 직경 3mm의 어닐링된 합금강 인코넬 718 시험편(Ni 52.5%, Cr 19%, 인장강도1,117 MPa, 연율 31%)을 사용하였다. 시험편은 954 ℃에서 30분간 유지한 후 공냉하였다.
성능/효과
UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력 레벨에서 크게 향상되었다. 650 MPa에서 약 100배 이상의 수명증가 효과가 나타났다. 또 UNSM 처리된 시편의 3가지 온도영향은 미처리재보다 적었다.
인코넬 718의 고온피로강도는 300 ℃와 500 ℃ 사이의 온도 영향은 거의 없었지만, 600 ℃에서는 높은 응력레벨에서 피로수명이 짧아졌지만, 낮은 설계응력레벨에서는 상온의 S-N선도보다 피로수명이 증가되는 경향을 나타내었다. UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력 레벨에서 크게 향상되었다. 650 MPa에서 약 100배 이상의 수명증가 효과가 나타났다.
인코넬 718의 고온피로강도는 300 ℃와 500 ℃ 사이의 온도 영향은 거의 없었지만, 600 ℃에서는 높은 응력레벨에서 피로수명이 짧아졌지만, 낮은 설계응력레벨에서는 상온의 S-N선도보다 피로수명이 증가되는 경향을 나타내었다. UNSM 처리된 고온피로특성은 미처리재에 비하여 설계응력 레벨에서 크게 향상되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
할로겐 램프를 사용한 집광식 가열방식을 선택한 새로운 고온회전굽힘피로시험기의 특징은?
즉 가열과 냉각이 빨라서 실험준비의 소요시간이 매우 짧고 전기손실이 매우 적었다. 일반적인 전기저항식의 고온회전피로시험기에서 생기는 진동과 소음은 없었고, 운전이 간단하며 쉽고, 열손실을 줄이기 위하여 사용되는 유리섬유(glass fiber)는 필요가 없는 것이 이 장비의 특징이었다. Fig.
고온피로시험기를 장시간 안전하게 사용하기 위한 주요기기는 무엇이 있는가?
2의 3번 온도)가 650 ℃로 상승할 때 할로겐 램프가 자동으로 정지된다. 시험기를 장시간 안전하게 운용하기 위한 주요기기로는 무진동 공기공급기, 냉각수 펌프, 냉각수 탱크, 집광식 가열로, 냉각공기 모듈, 전압조정기 등이 있다. 본 시험기의 집광식 고온로는 반사율을 최대로 높이기 위하여 금도금으로 되어 있고, 시험편 중심부에 집광이 되도록 내부형상이 설계되어 있다.
고온하에서의 재료특성과 균열의 성장거동에 관한 기초적인 데이터가 요구되는 이유는?
최근 고온기기(이산화탄소 감축, 에너지 다양화에 따른 수소발전소 및 수소차의 개발 및 상용화 등)의 개발과 용도의 다양화에 따른 고온기기의 설계, 보수, 잔존수명예측 및 안전성평가 등에 필요한 고온하에서의 재료특성과 균열의 성장거동에 관한 기초적인 데이터가 절실히 요구되고 있다.(1~4) 이에 따라 파괴역학의 확장과 더불어 고온하의 균열성장거동에 관한 보고가 있지만 대부분의 자료는 대형관통균열의 성장거동에 국한된 것이다.
참고문헌 (13)
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