적외선 열화상측정법을 이용한 Al6061의 피로한도 예측

Abstract

적외선 열화상측정법을 이용한 금속의 피로한도 예측은 기존의 계단식측정법(staircase method)에 비해 피로한도의 빠른 예측이 가능하다. 그러나 대부분의 연구는 피로 및 인장시험 시 열발생이 큰 금속에 집중되어있기 때문에 열발생이 작은 Al6061에 대한 열화상측정법의 적용가능성을 분석하고자 한다. 인장시험은 변위속도 1 mm/min, 3 mm/min, 5 mm/min로 실시하였다. 피로시험은 압축반복응력, 인장반복응력, 완전교번응력으로 진행하였으며, 1개의 시편으로 2000 cycles 시험을 진행하고 단계적으로 응력수준을 증가시키면서 시편이 파단 될 때까지 시험을 진행하였다. 인장시험을 통해 열탄성효과(Thermoelastic effect) 및 소산열을 측정하였다. 인장속도가 빠를수록 열탄성효과로 인한 온도감소속도가 빨랐으며 소산열에 의한 온도상승이 빨랐다. 피로시험결과 압축반복응력인 경우 피로파괴보다 먼저 좌굴파괴가 발생하여 피로한도값이 매우 낮게 예측되었다. 인장반복응력인 경우 초기 인장부하상태로 인한 열탄성효과 때문에 온도감소가 발생하여 Two Curve Method(TCM)로 예측한 피로한도값과 계단식측정법과의 오차가 61%가 발생하였다. 피로시험초기 열탄성효과로 감소한 온도를 보정하여 One Curve Method(OCM)와 TCM으로 새로운 피로한도값을 예측한 결과, 계단식측정법과의 오차가 17%와 23%로 감소하였으며 OCM이 TCM보다 더 정확한 예측이 가능했다. 완전교번응력인 경우 평균응력이 0이였기 때문에 OCM과 TCM으로 예측한 피로한도값의 오차가 다른 응력비에 비해 낮게 나타났으며, OCM으로 예측한 피로한도값이 TCM으로 예측한 피로한도값보다 정확하게 나타났다. Al6061의 경우 응력비에 상관없이 탄성영역의 열탄성효과를 제외한 온도변화가 미미하여 OCM이 TCM에 비해 더 정확한 예측이 가능했다.