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유한요소해석 및 실험에 의한 S45C 시편의 고주파 유도경화에 관한 연구
A Study on High Frequency Induction Hardening of S45C Specimen by FEA and Experiment 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.5, 2018년, pp.1 - 7  

박관석 (대성종합열처리) ,  최진규 (경상대학교 대학원 기계항공공학부, ERI) ,  이석순 (경상대학교 대학원 기계항공공학부, ERI)

초록
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본 연구에서는 전자기-열 연동 모사를 기반으로 한 고주파 유도경화 해석방법을 제안하였다. 고주파 유도가열 해석 시 온도에 따른 재료의 물성치 변화 및 냉각 요소를 고려한 유한요소해석 및 이를 S45C 시편을 이용한 고주파 유도경화 실험결과와 비교하였다. S45C 시편을 마이크로 비커스를 사용하여 경도를 측정하여 경화깊이를 확인하였고 이를 유한요소해석 결과와 비교하였다. 고주파 유도가열 해석결과 온도는 S45C의 A2변태점인 $750^{\circ}C$도 이상 가열되었으며, 급랭 시 $200^{\circ}C$이하였다. 유한요소해석결과와 실험에 의한 경화깊이 차이는 0.2mm 수준인 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we proposed a high frequency induction hardening analysis method based on electromagnetic-thermal co-simulation. In the high frequency induction heating analysis, the results of the finite element analysis (FEA) (considering the change of the material property and the cooling factor a...

주제어

#유도경화   #고주파 유도가열   #전자기-열 연동 모사   #비커스 경도  

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서 온도에 따른 S45C의 물성치 변화를 고려한 고주파 유도경화 해석 및 실험에 관하여 수행하였다. 유한요소해석을 이용한 냉각해석 시 냉각수의 경막계수를 구하는 것은 실제로 구할 수 없어서 기존의 자료를 참고하였다.
  • 기존의 고주파 유도가열 및 경화 연구는 온도에 따른 재료의 물성치 및 냉각 요소를 고려하지 않았다. 본 연구에서는 온도에 따른 재료의 물성치 변화 및 냉각 요소를 고려한 유한요소해석 및 이를 S45C 시편을 이용한 유도경화 실험결과와 비교하여 해석결과를 입증하 였다. 이 결과를 이용하여 전자기-열 연동 모사를 기반으로 한 고주파 유도경화 해석 방법을 제안하였다.

가설 설정

  • 유도 된 전압에 의해 전류가 흐르게 되고 이 전류를 와전류(Eddy current)라고 한다. 와전류가 흐르면 시편의 전기저항에 의해 줄열이 발생한다. 시편에 발생한 줄열은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고주파 유도가열의 장점은 무엇인가 최근 환경규제의 강화에 따른 생산 공정의 녹색화 및 에너지 고효율화가 요구되고 있다. 고주파 유도가열은 기존의 가스나 기름을 이용한 가열방식과 다르게 전기를 이용하여 열에너지를 만들기 때문에 친환경적이고 경제적이며 응용범위가 넓고 가격, 생산성, 환경 문제에 대한 강점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해 다양한 산업체에서 고주파 유도가열에 의한 열처리를 사용하고 있으며, 특히 자동차 산업에서 부품의 국부 경화열처리 기술로 가장 많이 사용되고 있다.
고주파 유도가열은 무엇인가 고주파 유도가열(High frequency induction heating)은 유도가열 코일에 고주파 교류전류가 흐르게 되면 발생하는 자기장이 가열물을 투과할 때 발생하는 와전류(Eddy current)를 이용하여 가열하는 방법으로 짧은 시간에 급속가열이 가능하다.[1]
최근 어떠한 방법으로 고주파 유도경화 연구가 진행되고 있는가 기존의 고주파 유도경화 연구는 Guterres 등[2]과 같이 시편 실험을 통하여 연구를 진행하였다. 하지만 최근 컴퓨터 소프트웨어와 하드웨어의 발전으로 유한 요소해석을 활용한 고주파 유도가열 및 경화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Lee 등[3]은 SCM440 환봉을 고주파 유도가열 후 온도측정 실험결과와 유한 요소해석 결과를 비교하였으며, Oh 등[4]은 유한요소 해석을 통하여 유도가열 코일의 반경, 간격 등의 설계 인자에 따라 온도분포를 계산하였다.
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