선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 STS 304 압연강재의 정적 인장시험, 경도시험 및 금속조직시험을 통하여 STS 304 압연강재의 정적 기계적 물성치를 조사하였다. 이 결과를 이용하여 STS 304 압연강재의 저주기 피로시험 조건을 설정하였으며, 저주기 피로수명 예측평가는 Coffin-Manson 식을 통해 평가하였다.
제안 방법
- 인장시험의 경우 Ramp rate 2 mm/min의 속도로 유압식 만능재료시험기를 사용 하여 정적 인장시험을 실시하였다. 경도시험은 CSM 사의 Nano-indentation을 이용하여 STS 304 압연 강재의 표면경도를 정밀측정 하였다. 경도시험은 저 주기 피로시험 시 실제 하중이 걸리는 시험편 gage length 부위를 단면으로 절단하고, 이 부분의 경도를 측정하였다.
- 경도시험은 CSM 사의 Nano-indentation을 이용하여 STS 304 압연 강재의 표면경도를 정밀측정 하였다. 경도시험은 저 주기 피로시험 시 실제 하중이 걸리는 시험편 gage length 부위를 단면으로 절단하고, 이 부분의 경도를 측정하였다. 경도시험의 균일성을 보장하기 위해 경도시험편의 경우도 emery paper를 이용하여 #2000까지 정밀 연마를 실시한 후 5 mm 간격으로 5회 측정하여 평균 경도값으로 결정하였다.
- 경도시험은 저 주기 피로시험 시 실제 하중이 걸리는 시험편 gage length 부위를 단면으로 절단하고, 이 부분의 경도를 측정하였다. 경도시험의 균일성을 보장하기 위해 경도시험편의 경우도 emery paper를 이용하여 #2000까지 정밀 연마를 실시한 후 5 mm 간격으로 5회 측정하여 평균 경도값으로 결정하였다.
- 4079% 이상의 변형률이 가해질 때 항복이 발생하여 소성변형이 생기는 것을 의미한다. 따라서 소성변형이 발생할 것으로 예상되어지는 0.4079%의 Strain값보다 더 높은 0.6%, 0.8%, 1.0%의 세 가지 변형률 조건으로 변형률을 제어하여 실험을 진행하였다. 변형률 비는 (R = -1), Full reversed triangle waveform으로 선택하여 실험을 진행하였다.
- 변형경화현상은 재료가 반복응력을 받으면서 전위(dislocation)의 고착에 의한 경화현상으로 생각된다. 또한 각 변형률에 대하여 특정 사이클에서의 이력곡선의 면적을 비교하였다. 이력곡선의 면적을 비교한 결과, 사이클이 증가 할수록 이력곡선의 내부면적이 감소하는 것을 볼 수 있다.
- 조직시험의 경우 emery paper를 이용하여 #400, #600, #800, #1200, #2000, #4000의 순서로 연마를 실시하였고, 6 µm 및 3 µm의 diamond paste를 이용하여 최종 연마를 실시하였다. 미세조직 관찰을 위해 HNO3 10 ml, HCl 20 ml, Glycerol 30 ml를 첨가하여 만든 에칭액을 사용하여 5초 간격으로 에칭을 실시한 후 광학 현미경으로 조직을 관찰하였다.
- 0%의 세 가지 변형률 조건으로 변형률을 제어하여 실험을 진행하였다. 변형률 비는 (R = -1), Full reversed triangle waveform으로 선택하여 실험을 진행하였다. 저주기 피로시험의 조건을 Table 2에 정리하였다.
- 변형률 제어방식으로 시험을 진행하기 위해서 Gage length가 25 mm인 고성능 Extensometer를 시험편에 부착하여 정밀 strain을 측정하였다.
- 본 연구에서의 저주기 피로시험은 정적 인장시험 결과에서 얻은 데이터를 기초로 하여 저주기 피로시험 조건을 결정하였다. 정적 인장시험 결과에서 0.
- 시험에 사용된 STS 304 압연강재의 미세조직을 관찰하기 위하여 조직시험을 실시하였다. 조직시험의 경우 emery paper를 이용하여 #400, #600, #800, #1200, #2000, #4000의 순서로 연마를 실시하였고, 6 µm 및 3 µm의 diamond paste를 이용하여 최종 연마를 실시하였다.
- 저주기 피로시험 조건을 결정하기 위해서 우선, STS 304 압연강재에 대해서 정적 인장시험 및 경도시험을 수행하였다. 인장시험의 경우 Ramp rate 2 mm/min의 속도로 유압식 만능재료시험기를 사용 하여 정적 인장시험을 실시하였다. 경도시험은 CSM 사의 Nano-indentation을 이용하여 STS 304 압연 강재의 표면경도를 정밀측정 하였다.
- 저주기 피로시험을 실시하기 위해 시험편은 직경이 6 mm인 봉상형 시험편으로 ASTM-E606[6] 규격에 따라 시험편을 정밀가공 하였다. 저주기 피로시험 시표면거칠기에 의한 영향을 없애기 위해서 가공된 시험편 표면에 emery paper를 이용하여 #2000까지 정밀연마를 수행하였다. 시험편의 형상을 Fig.
- 저주기 피로시험 조건을 결정하기 위해서 우선, STS 304 압연강재에 대해서 정적 인장시험 및 경도시험을 수행하였다. 인장시험의 경우 Ramp rate 2 mm/min의 속도로 유압식 만능재료시험기를 사용 하여 정적 인장시험을 실시하였다.
- cycles 이하의 파단수명을 갖는 높은 응력범위 하에서 이루어지는 탄성변형 영역과 소성변형 영역을 모두 포함하는 큰 응력 하에서 이루어지는 피로시험법이다. 저주기 피로시험은 소성변형이 포함되기 때문에 시험편의 변위가 달라질 수 있으므로 변형률 제어방식 상태에서 피로시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 1에 나타내었다. 또한, 시험에 사용된 STS 304 강재의 화학조성은 Table 1에 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 STS 304 강재는 압연공정을 통해 기계적 강도를 향상시킨 소재이다.
- 조직시험의 경우 emery paper를 이용하여 #400, #600, #800, #1200, #2000, #4000의 순서로 연마를 실시하였고, 6 µm 및 3 µm의 diamond paste를 이용하여 최종 연마를 실시하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 Coffin-Manson에 의해 제안된 소성변형률과 피로수명 사이의 관계식인 식 (3)으로 피로 수명을 평가하였다.
- 본 연구에서는 STS 304 압연강재의 정적 인장시험, 경도시험 및 금속조직시험을 통하여 STS 304 압연강재의 정적 기계적 물성치를 조사하였다. 이 결과를 이용하여 STS 304 압연강재의 저주기 피로시험 조건을 설정하였으며, 저주기 피로수명 예측평가는 Coffin-Manson 식을 통해 평가하였다.
- 저주기 피로시험을 실시하기 위해 시험편은 직경이 6 mm인 봉상형 시험편으로 ASTM-E606[6] 규격에 따라 시험편을 정밀가공 하였다. 저주기 피로시험 시표면거칠기에 의한 영향을 없애기 위해서 가공된 시험편 표면에 emery paper를 이용하여 #2000까지 정밀연마를 수행하였다.
성능/효과
- 0.6%, 0.8%, 1.0%의 세 가지 변형률에서 전부 cycle이 증가할수록 동일한 변형을 가하기 위한 응력 값이 증가하는 변형경화현상을 일으키다가 파단이 일어나는 것을 알 수 있다. 변형경화현상은 재료가 반복응력을 받으면서 전위(dislocation)의 고착에 의한 경화현상으로 생각된다.
- 0%에서 2,785 cycles의 피로수명을 가짐을 알 수 있었으며, Coffin-Manson이 제안한 소성변형률과 피로수명의 관계를 통한 피로수명 예측을 하였다. 또한 전변 형률 0.6%, 0.8%, 1.0% 세 가지 모든 변형률에서 각 사이클 당 최대인장응력을 비교한 결과 시험 재료에 반복경화 현상이 나타남을 알 수 있었다. 히스테리시스 루프의 면적을 계산하여 재료가 반복응력에 의해 변형됨에 따라 각 사이클에서의 소성변형에너지 값이 감소함을 알 수 있었다.
- 3에 나타내었고, 기계적 물성치를 Table 3에 나타내었다. 본 시험에 사용된 STS 304 열간 압연강재 시험편의 인장강도는 733.1 MPa, 연신율은 41.1%로, 일반 주조공정을 통해서 제작된 시험편보다 정적 인장강도 특성이 우수함을 알 수 있었다.
- 4에 STS 304 압연강재의 현미경 조직사진을 나타내었다. 이 사진에서 전형적인 STS 304 압연강재의 Austenite 조직이 나타남을 알 수 있었고, 압연공정의 결과로 조직이 길쭉한 형태로 나타나는 것으로 판단된다. Fig.
- 또한 각 변형률에 대하여 특정 사이클에서의 이력곡선의 면적을 비교하였다. 이력곡선의 면적을 비교한 결과, 사이클이 증가 할수록 이력곡선의 내부면적이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이것은 재료가 피로현상을 받으면서 특정 변형률까지 변형되는데 소모되는 소성변형에너지 값이 감소함을 나타낸다.
- 저주기 피로시험 결과, 각 변형률에서의 피로수명은 0.6%의 총 변형률에서 79,818 cycles의 피로수명, 0.8%에서 15,744 cycles의 피로수명 그리고 1.0%에서 2,785 cycles의 피로수명을 가짐을 알 수 있었으며, Coffin-Manson이 제안한 소성변형률과 피로수명의 관계를 통한 피로수명 예측을 하였다. 또한 전변 형률 0.
- 본 연구에서의 저주기 피로시험은 정적 인장시험 결과에서 얻은 데이터를 기초로 하여 저주기 피로시험 조건을 결정하였다. 정적 인장시험 결과에서 0.2% offset 항복강도는 378.8 MPa이었고, 이때 0.4079%의 Strain이 측정되었다. 이것은 0.
- 0% 세 가지 모든 변형률에서 각 사이클 당 최대인장응력을 비교한 결과 시험 재료에 반복경화 현상이 나타남을 알 수 있었다. 히스테리시스 루프의 면적을 계산하여 재료가 반복응력에 의해 변형됨에 따라 각 사이클에서의 소성변형에너지 값이 감소함을 알 수 있었다.
후속연구
- 특히, STS 304 압연강재는 일반 탄소강과는 다소 다른 응력-변형률 거동을 보이며, 원소재의 성질을 유지하면서 상당량의 소성변형이 발생하는 경향성과 더 높은 탄성구간과 항복강도를 갖는다는 선행연구 결과들이 보고되고 있다[5]. 이 연구를 기반으로 STS 304 소재를 압연공정을 통해 가공경화 시켰을 때, 더 높은 저주기 피로에 대한 저항성이 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.