초록 ▼

고 온도하에서 사용되는 구조물의 대부분은 기동, 정지, 출력 변동 및 온도 변화에 따라 피로 손상 등을 받게 된다. 이들의 고온 강도설계에는 재료의 저 사이클 고온 피로 강도에 관한 많은 실험 재료가 요청되고 있다. 저 사이클 고온 피로 수명은 변형률 폭, 응력 폭, 온도, 변형률 속도, 분위기 및 유지시간 등에 의하여 크게 영향을 받으므로 이들의 피로 수명에 미치는 영향을 명확히 하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 오우스테나이트계 스테인레스 강인 국내산 sus 316 강을 1100℃x 1시간의 용체화 소둔 처리를 하여

고 온도하에서 사용되는 구조물의 대부분은 기동, 정지, 출력 변동 및 온도 변화에 따라 피로 손상 등을 받게 된다. 이들의 고온 강도설계에는 재료의 저 사이클 고온 피로 강도에 관한 많은 실험 재료가 요청되고 있다. 저 사이클 고온 피로 수명은 변형률 폭, 응력 폭, 온도, 변형률 속도, 분위기 및 유지시간 등에 의하여 크게 영향을 받으므로 이들의 피로 수명에 미치는 영향을 명확히 하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 오우스테나이트계 스테인레스 강인 국내산 sus 316 강을 1100℃x 1시간의 용체화 소둔 처리를 하여 대기중의 고온도인 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 및 650℃에서 3각 파형 변형률 제어(Strain Control)로 변형률 속도를 40%/min로 하여 양진 인장 압축 저 사이클 고온 피로 시험을 한 것이다. 시험기는 전기식 써어보 유압 피로 시험기인 인스트론 1350형을 사용하고, 고온로와 온도 조정기 및 인장 압축용 축과 그립 및 신상계 부착 장치는 자작한 것을 사용 하였다. 연구 내용은 저 사이클 고온 피로 수명에 미치는 소성 변형률, 탄성 변형률, 온도 및 응력의 영향과 파단면의 파괴 거동을 금속 조직학적으로 고찰하였으며 그 결과는 다음과 같다.
1. 소성, 탄성 및 전 변형률의 각 증가에 따라 피로 수명이 감소한다. 소성 변형률과 고온 피로 수명의 관계는 Manson-Coffin의 Δε(sup)(p)N(sup)(α)(sub)(f)=C?이 성립되며 온도에 따라 α와 C?은 각각 0.432-0.629 및 29.483-58.043 이다.
2. 온도의 증가에 따라 피로 수명은 감소하나 탄성 변형률과 피로 수명의 관계에서는 큰 영향을 주지 않는다. 3. 소성 변형률의 증가에 따라 발생 응력이 증가하나 온도 증가에 대하여 증가률이 작아진다.
4. Manson-Coffin식의 지수 α와 반복 변형률 경화 계수 m와의 관계는 Morrow 및 Tomkins의 곡선 사이에 존재한다.
5. 고온 인장 시험에서 하중-변형 곡선의 톱니형 기복은 결정입자간의 가공 경화 효과와 고온에 인한 연화 효과의 상호 작용으로 보여진다.
6. 항복점 응력이 600℃에서 현저히 증가한 것은 탄화 석출물이 입계 미끄럼을 억제한 효과로 보인다.
7. 항복점 응력이 600℃에서 상승 하였으며 탄화 석출물이 시험중에 입계에 발생하여 입계 미끄럼을 억제한 효과로 보인다.
8. 소성 변형률이 클수록 또는 반복 주파수가 작을수록 반복 변형률 경화로 인한 응력 증가률이 현저하다.
9. 입계 파괴는 온도 550℃이상, 소성 변형률 3%이상, 반복 주파수 5%이상에서 발견되었다.
10. 크랙 발생 전파는 온도, 소성 변형률 및 반복 주파수에 따라 입내, 입계, 쌍점 경계의 단독 또는 혼성형으로 발생한다.
11. 최종 파단면은 온도와 반복 주파수가 높을수록 소성 변형률이 낮을수록 크랙 발생점이 증가하고 이들이 이루는 경계인 봉우리(ridge)가 많아진다. 소성 변형률이 큰 경우는 파단면의 경사가 커진다.

Abstract ▼

Fully reversed, push-pull low-cycle fatigue tests under triangular cyclic mode of strain control have been conducted in air at each temperature of 450, 500, 550, 600, and 650℃ and at a strain rate of 40%/min on the domestic austenitic stainless steel SUS 316 after solution treatment for 1 hr. at 110

Fully reversed, push-pull low-cycle fatigue tests under triangular cyclic mode of strain control have been conducted in air at each temperature of 450, 500, 550, 600, and 650℃ and at a strain rate of 40%/min on the domestic austenitic stainless steel SUS 316 after solution treatment for 1 hr. at 1100. As an experimental equipment for high temperature fatigue tests, an electric servo-hydraulic fatigue testing machine (Instron Model 1350) equipped with the self-made high temperature furnace, temperature controller, push-pull rod, specimen grips and extensometer setting device was utilized. The important results obtained in this study hy experimental and microstructural examinations for the effects of plastic strain range, elastic strain range, total strain range, temperature and stress on push-pull low-cycle high temperature fatigue life and for the flucture behavior of the fractured surfaces are as follows:
(1) The relationship between plastic strain range and fatigue life is concluded to the Manson-Coffin rule Δε(sup)(p)N(sup)(α)(sub)(f)=C?and the values of and α and C?are resulted in 0.432 through 0.629 and 29.483 through 58.043, respectively, according to the temperatures.
(2) The relationship between the exponential α in Manson- Coffin rule and the cyclic strain hardening cofficient m exists between the curves of Morrow and Tomkins.
(3) The intergranular cracks were observe at the temperature above 550℃, in the plastic strain range above 3% and at the cyclic frequency above 5%.
(4) The initiation and propagation of cracks occurred independently or compositely nt transgranulars, intergranulars and twin boundaries depending on temperature, plastic strain range and frequency .

목차 Contents

• 제1장 서론...13
• 제2장 실험방법...16
• 제1절 시험편 재질과 형상치수...16
• 제2절 실험장치...17
• 제3절 실험방법...18
• 제3장 실험결과 및 고찰...19
• 제1절 단축인장 크리이프의 이론...19
• 제2절 시효처리가 크리이프 강도에 미치는 영향...21
• 1.크리이프 곡선...21
• 2.크리이프 파단 수명시간과 크리이프 응력의 관계...24
• 3.크리이프 변형률 속도와 크리이프 응력의 관계...24
• 4.크리이프 파단 수명시간과 크리이프 변형률속도의 관계...26
• 5.입계 및 입내의 경도에 미치는 시효처리의 영향...27
• 제3절 크리이프의 크랙발생과 전파 거동...27
• 1.파단면 및 종단면에서의 크랙발생과 전파 거동...27
• 2.시험편 표면에서의 크랙발생과 거동...30
• 제4절 시효처리에 의한 석출물의 크리이프 파괴에 미치는 영향...31
• 1.시효처리에 의한 석출물의 관찰...31
• 2.석출물에 의한 입계의 미끄럼 저지에 대한 고찰...32
• 제4장 결론...34
• 참고문헌...36
• 1.서론...65
• 2.실험장치 및 실험방법...67
• 2.1.시험편...67
• 2.2.실험장치...71
• 2.3.실험방법...75
• 3.실험결과 및 고찰...77
• 3.1.저 사이클 고온 피로 파단 수명과 변형률에 미치는 영향...77
• 3.1.1.실험결과 값...77
• 3.1.2.변형률과 피로 파단 수명의 관계식...78
• 3.1.3.${\Delta}{\epsilon}_p,{\Delta}{\epsilon}_e,{\Delta}{\epsilon}_t와 N_f$...80
• 3.2.응력의 변화에 미치는 각 인자의 영향...85
• 3.2.1.소성 변형률이 응력의 변화에 미치는 영향...85
• 3.2.2.하중-변형 선도에서 응력에 미치는 온도의 영향...89
• 3.3.저 사이클 고온 피로 파괴의 거동...94
• 3.3.1.크랙 발생과 전파 거동...94
• 3.3.2.파단면...100
• 4.결론...101
• 참고문헌...103