초록 ▼

항공기 엔진부재로 사용되는 Superalloy인 Waspaloy의 작은 표면피로균열(Small Surface Fatigue Crack)은 재질, 환경, 형상 및 하중의 반복주기 등에 의해 영향을 받기 때문에 이것의 발생과 성장을 예상하는 것은 매우 어렵고, 이것을 분석, 평가할 정량적인 자료를 국내외에서 거의 찾아볼 수가 없다. 본 연구에서는 상온에서 F100 엔진의 압축기에 사용되는 최대작용 응력조건에 대한 축하중 피로시험을 실시하여 작은 표면노치에 따른 초기 균열발생거동 및 성장 특성을 파괴역학적으로 연구분석하여 항공기의 설계,

항공기 엔진부재로 사용되는 Superalloy인 Waspaloy의 작은 표면피로균열(Small Surface Fatigue Crack)은 재질, 환경, 형상 및 하중의 반복주기 등에 의해 영향을 받기 때문에 이것의 발생과 성장을 예상하는 것은 매우 어렵고, 이것을 분석, 평가할 정량적인 자료를 국내외에서 거의 찾아볼 수가 없다. 본 연구에서는 상온에서 F100 엔진의 압축기에 사용되는 최대작용 응력조건에 대한 축하중 피로시험을 실시하여 작은 표면노치에 따른 초기 균열발생거동 및 성장 특성을 파괴역학적으로 연구분석하여 항공기의 설계, 보수, 검사, 수명평가 등의 중요 data base로 활용하며 관련 전문인력을 양성, 배출하여 시너지효과를 갖고자 하였다.
본 연구용 재료는 Ni기 Waspaloy에서 최근 항공기 사고시 검출된 작은 표면노치를 대상(표면 길이 1-4mm, 깊이 0.04mm 균일)으로 NDI(비파괴검사)로 검출되는 작은 표면노치를 3종류로 가공한 후 유압식 피로시험기로 항공기 엔진의 최대작동조건인 최대응력 1,103MPa, 최소 응력 55.3MPa의 축하중, 응력비 0.05, 주파수 3Hz, 사인파형의 하중제어피로시험을 실시하였다. 이 실험중 시험편에 비치마크를 형성시킨 후 SEM을 이용하여 표면균열길이, 깊이, 연성 줄무늬 간격(Ductile striation spacing, DSS) 및 줄무늬 밀도 등을 정밀측정하고 파괴역학적으로 분석하여 국내외적으로 정량적인 기초자료가 미진한 Superalloy소재에 대한 정량화된 데이터를 발표, 축적 및 활용하도록 하였다.

Abstract ▼

It is very hard to forecast the growth of surface fatigue crack not only engine of aircraft but also on various structures since the initiation and growth of surface cracks get influenced by repeated load cycles and shapes of cracks etc. Surface cracks have been studied recently to obtain an underst

It is very hard to forecast the growth of surface fatigue crack not only engine of aircraft but also on various structures since the initiation and growth of surface cracks get influenced by repeated load cycles and shapes of cracks etc. Surface cracks have been studied recently to obtain an understanding of the mechanism of fatigue process associated with the cracks, fatigue life assessment, inspection of cracks or defects, and the integrity of structures. In case like turbine disks and compressor that applied to aircraft's engine under high temperature condition, very minor defects that exist on surfaces are found prior to application of nondestructive inspection(NDI) or during application of it. But very minor defects are still main reason of damaging aircraft.
This study performed to obtain the quantitative fatigue data by the initiation and growth behaviors of surface fatigue cracks from small notch in Waspaloy to improve the durability of material for light weight design and made good circumstances by letting human resources for the space and aircraft research field in domestic. We investigated the surface fatigue crack behaviors including initial surface crack appearances depend on the three kinds of artificial notch length by applying an axle load level of the maximum stress 1,103 MPa with stress ratio of 0.05. Test piece was made to satisfy the standard indicated in ASTM E647-05. Notch of specimen's surface was processed to be 1㎜, 2㎜ and 4㎜ in length using an electric discharging machine and depth was constantly 0.04㎜ for all specimens. A hydraulic fatigue tester was used a sinusoidal wave at 3Hz in room temperature. To confirm the shape of crack growth, we used the beach mark method. SEM was used to confirm the length and depth of a surface crack by measuring ductile striation space(DSS) and striation density on the beach mark.

목차 Contents

• 최종보고서 ...1
• 목차 ...2
• I. 연구 계획 요약문 ...3
• 1. 국문 요약문 ...3
• II. 연구 결과 요약문 ...4
• 1. 한글요약문 ...4
• 2. SUMMARY ...5
• III. 연구 내용 및 결과 ...6
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ...6
• 2. 국내.외 기술 개발 현황 ...7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ...8
• 3.1 실험 재료 ...8
• 3.2 피로시험편 ...10
• 3.3 실험 및 분석방법 ...12
• 3.4. 실험결과 및 고찰 ...15
• 3.4.1 초기 균열크기(Initial flaw size) ...15
• 3.4.2 연성 줄무늬 간격(Ductile Striation Spacing) ...18
• 3.4.3 표면균열 발생수명과 균열밀도 ...24
• 3.4.4 균열 형상비(Aspect Ratio)의 변화 ...28
• 3.4.5 균열길이와 반복수와의 관계(2a-N Curve) ...31
• 3.4.6 파단면(Fractograghy)의 특징 ...34
• 3.5. 실험결과의 파괴역학적 정리 ...37
• 3.5.1 응력확대계수에 의한 정리 ...37
• 3.6. 결 론 ...43
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ...44
• 5. 연구결과의 활용 계획 ...45
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ...45
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ...47
• 8. 참고 문헌 ...47
• 9. 연구 성과 ...51
• 10. 기타사항 ...51
• 별첨1. 대표연구성과 ...52
• 자체평가 의견서 ...53