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문제 정의
- 본 논문에서는 항공우주 산업분야에서 가장 많이 사용되고 있는 Al 7075-T6 소재에 대해서 피 닝강도에 따른 수명변화를 통하여 최적의 피닝강 도를 찾고 쇼트피닝 가공에 따른 피로특성을 확 인하고자 한다.
- 피로수명의 극대값을 갖는 피닝강도의 최적조건을 실험적으로 탐색하기 위해 피닝강도에 따른 피로수명의 변화를 확인하였다. Fig.
제안 방법
- 가장 우수한 피로수명 향상을 가지는 피닝강도 조건을 탐색하기 위해 적용 웅력을 322MPa로 정하고 아크하이트의 변화에 따른 피로수명의 변화를 실험적으로 알아보았다. 이때 피로수명의 극대값을 갖는 피닝강도를 최적피닝강도라 결정 하였고 이를 기준으로 하여 최적피닝강도에 미치지 못하는 언더피닝강도(under peening intensity)와 과도한 피닝강도를 갖는 오버피닝강도 (over peening intensity)를 선택하였다.
- 이때 압입하중은 25gf, 압입시간은 20초로 하였다. 또한 표면조도계 (Mitutoyo SV-624)를 이용하여 중심선 평균거칠기(Ra), 최대 거칠기(Rmax), 10점 평균 거칠기(Rz)를 측정하였다. 측정구간은 1.
- 쇼트피닝 장비는 임펠러 투사방식인 쇼트피닝머신(Multi table type PTMY00)을 이용하였으며 투사시간을 4min으로 고정하고 쇼트볼의 투사속도를 I4m/s에서 70m/s로 점차 증가시키면서 알멘 스트립에 가공하여 아크하이트 변화를 츠정하였다. 또한 피로특성을 알아보기 위해 피로 시험편의 양 단에 마스킹테이프를 감아 쇼트피닝에 의한 요철의 발생을 방지하였으며 시험편의 중앙부 위를 쇼트피닝 가공하였다. Table 4에 쇼트피닝가공조건을 나타냈으며 Fig.
- 본 연구에 사용된 시험편의 재료는 항공용 소재로 잘 알려진 Al 7075-T6 소재로서 재료의 화학 적 성분과 기계적 성질은 Table I과 Table 2와 같다. 또한 피로특성을 알아보기 회전굽힘 피로시험 편을 제작하였으며 시험편의 최소직경을 8mm로 하였다. Fig.
- 이때 피로수명의 극대값을 갖는 피닝강도를 최적피닝강도라 결정 하였고 이를 기준으로 하여 최적피닝강도에 미치지 못하는 언더피닝강도(under peening intensity)와 과도한 피닝강도를 갖는 오버피닝강도 (over peening intensity)를 선택하였다. 선별된 세 종류의 피닝강도에 따른 시험편의 표면부 경도를 측 정하기 위해 중앙부위를 다이아몬드 커터기로 절단하여 채취한 후 절단면을 연마하였으며 마이크 로 비커스 경도계(M0K-E3)를 사용하여 시험편의 표면에서부터 깊이방향으로 0.4mm까지 0.02mm씩 측정하였다. 이때 압입하중은 25gf, 압입시간은 20초로 하였다.
- 선별된 아크하이트에 따른 피로특성을 알아보기 위해서 각각의 피닝강도별로 S-N선도를 구하고자 회전굽힘 피로시험을 실시하였다. 시험장비는 Ono식 피로시험기를 사용하였으며 응력비는 -1로 하였으며 회전수는 1800~2200rpm으로 하였다.
- 쇼트피닝 장비는 임펠러 투사방식인 쇼트피닝머신(Multi table type PTMY00)을 이용하였으며 투사시간을 4min으로 고정하고 쇼트볼의 투사속도를 I4m/s에서 70m/s로 점차 증가시키면서 알멘 스트립에 가공하여 아크하이트 변화를 츠정하였다. 또한 피로특성을 알아보기 위해 피로 시험편의 양 단에 마스킹테이프를 감아 쇼트피닝에 의한 요철의 발생을 방지하였으며 시험편의 중앙부 위를 쇼트피닝 가공하였다.
- 선별된 아크하이트에 따른 피로특성을 알아보기 위해서 각각의 피닝강도별로 S-N선도를 구하고자 회전굽힘 피로시험을 실시하였다. 시험장비는 Ono식 피로시험기를 사용하였으며 응력비는 -1로 하였으며 회전수는 1800~2200rpm으로 하였다.
- 341mmA를 벋어나기 시작하면서부터 수명이 점차 감소하는 경향을 나타냈다. 이때 최대 피로수명을 갖는 피닝강 도를 최적 피닝강도로 결정하였다. 최적의 피닝 강도를 기준으로 하여 Fig.
- 가장 우수한 피로수명 향상을 가지는 피닝강도 조건을 탐색하기 위해 적용 웅력을 322MPa로 정하고 아크하이트의 변화에 따른 피로수명의 변화를 실험적으로 알아보았다. 이때 피로수명의 극대값을 갖는 피닝강도를 최적피닝강도라 결정 하였고 이를 기준으로 하여 최적피닝강도에 미치지 못하는 언더피닝강도(under peening intensity)와 과도한 피닝강도를 갖는 오버피닝강도 (over peening intensity)를 선택하였다. 선별된 세 종류의 피닝강도에 따른 시험편의 표면부 경도를 측 정하기 위해 중앙부위를 다이아몬드 커터기로 절단하여 채취한 후 절단면을 연마하였으며 마이크 로 비커스 경도계(M0K-E3)를 사용하여 시험편의 표면에서부터 깊이방향으로 0.
- 피닝강도에 따른 피로수명 변화롤 통하여 A17075-T6의 최적 피닝강도 조건을 탐색하고 언 더피닝과 오버피닝에 대한 피로특성을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 시험편의 재료는 항공용 소재로 잘 알려진 Al 7075-T6 소재로서 재료의 화학 적 성분과 기계적 성질은 Table I과 Table 2와 같다. 또한 피로특성을 알아보기 회전굽힘 피로시험 편을 제작하였으며 시험편의 최소직경을 8mm로 하였다.
- 사용된 쇼트볼은 경강선을 일정한 크기로 잘라서 만든 컷트와이어 쇼트볼을 사용하였다. 쇼트볼의 직경은 0.
- 또한 표면조도계 (Mitutoyo SV-624)를 이용하여 중심선 평균거칠기(Ra), 최대 거칠기(Rmax), 10점 평균 거칠기(Rz)를 측정하였다. 측정구간은 1.2mm로 하였고, 탐촉자의 속도는 lmm/s로 하였다.
성능/효과
- (1) 피로강도가 322MPa일 때 피닝강도별 피로수 명 변화를 확인한 결과 아크하이트가 0.341mmA 일 때 최대 수명을 나타냈다.
- (2) 쇼트피닝 가공하지 않은 시험편의 경도는 약 186Hv, 언더피닝 시험편의 경도는 약 208Hv, 최적 피닝은 약 217Hv, 오버피닝은 약 233Hv로 나타났고 표면에서 피닝강도가 증가할수록 표면부의 경도값도 증가하였다.
- (3) 피닝강도가 0.341mmA인 시험편의 경우 피로 한도가 322.1 MPa, 0.197mmA 인 시험편은 282.7MPa, 0.498mmA인 시험편은 302.9MPa로서 0.341mmA를 갖는 시험편이 0.197mmA인 시험편 에 비해 피로한도는 13.9%, 피로수명은 386.5%의 증가를 나타냈고 피닝강도 0.498mmA인 시험편은 0.341mmA인 시험편에 비해 피로한도는 6.3%감소 하였고 피로수명은 233.9%가 감소하였다.
- (4) 최적피닝강도에 의해 쇼트피닝 가공된 시험편은 쇼트피닝 가공하지 않은 시험편에 비해 피로 한도가 57%, 피로수명은 4,086% 증가하였다.
- 10에 나타냈다. 결과로부터 언더피닝의 경우에는 표면부에 요철이 거의 없는 양호한 상태를 나타낸 반면에 오버 피닝의 경우에는 소성변형이 너무 크게 발생하여 표면부의 요철과 함께 미세한 균열 등이 나타났다.
- 34hnmA의 피닝강도로 가공된 시험편에 대한 S-N 선도 결과를 나타낸 것이다. 결과로부터 피닝강도가 0.341mmA인 시험편의 경우 피로한도가 322.1MPa이고 피닝강도가 0.197mmA 인 시험편은 282.7MPa, 피닝강도가 0.498mmA인 시험편은 302.9MPa로서 피닝강도 0.341mmA인 시 험편이 0.197mmA 인 시험편에 비해 피로한도는 13.9%, 피로수명은 약 386.5%의 증가를 나타냈다. 또한 피닝강도 0.
- 6은 피닝강도별 피로수명의 변화를 나타낸 것이다. 결과로부터 피닝강도가 커질수록 초기에는 피로수명값이 증가하다가 아크하이트가 0.341mmA 일 때 최대 피로수명사이클을 얻었으며 0.341mmA를 벋어나기 시작하면서부터 수명이 점차 감소하는 경향을 나타냈다. 이때 최대 피로수명을 갖는 피닝강 도를 최적 피닝강도로 결정하였다.
- 5%의 증가를 나타냈다. 또한 피닝강도 0.498mmA인 시험편은 0.34ImmA 인 시험편에 비해 피로한도는 6.3% 감소하였고 피로수명은 233.9%가 감소하는 경향을 나타냈다.
- 선별된 피닝강도에 따른 표면조도의 변화를 알 아본 결과 Table 5에서 보는 바와 같이 피닝 강도 가커질수록 최대 표면거칠기(Rmax), 중심선 평균 거칠기(Ra), 10점 평균거칠기(Rz)값이 모두 커지 고 있음을 알 수 있었다. 피로수명이 극대로 나타난 0.
- 5와 같은 결과를 얻었다. 쇼트볼의 투사속도가 증가할수록 아크하이트의 값도 증가하였다. 이는 쇼트볼이 지니고 있는 투사에너지가 알멘스트립의 표면에 전이되면서 투사속도가 빠를수록 에너지의 전이 또한 커지게 되기 때문이다.
- 498mmA인 각각의 시험편에 대한 표면부의 경도를 측정한 결과이다. 쇼트피닝 가공하지 않은 시험편의 경도값은 약 18iv로 나타났고 언더피닝의 경우 약 208Hv, 최적피닝의 경우 약 2Hv, 오버피닝의 경우 약 233HV값을 나타냈으며 피닝강도가 증가할수록 표면부의 경도값도 각각 증가함을 알 수 있었다.
- 쇼트 피닝 가공에서 양질의 가공조건을 찾기 위한 쇼 트피닝의 강도를 좌우하는 변수들에 관한 연구들이 많이 수행되어 왔으며 Aoki 등은 쇼트피닝 조건을 서로 다르게 적용하여 피로강도의 효과를 연구하였다. 이 결과로 쇼트볼의 투사밀도를 높 이거나 투사속도 및 쇼트볼의 경도를 증가시키면 피로강도가 증가함을 확인하였다. 또한 일부 몇 몇 연구자들에 의해서는 피로손상을 받은 금속재료에 대한 재피닝 연구도 있었으며(3) 실제로 사 용중인 항공기나 여러 기계부품에 쇼트피닝 가공 하여 사용시간 누적에 따른 피로손상을 막고 수 명을 연장시키기 위해 재피닝 가공을 적용하기도 하였다
- 선별된 피닝강도에 따른 표면조도의 변화를 알 아본 결과 Table 5에서 보는 바와 같이 피닝 강도 가커질수록 최대 표면거칠기(Rmax), 중심선 평균 거칠기(Ra), 10점 평균거칠기(Rz)값이 모두 커지 고 있음을 알 수 있었다. 피로수명이 극대로 나타난 0.341mmA의 피닝강도를 갖는 시험편의 경우에 최대 거칠기(Rmax)는 34.88/®, 중심선 평균 거칠기값(Ra)는 6.595, 10점 평균거 칠기(Rz)는 24.085㎛로 나타났다.
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