알루미늄 합금 주물의 기공이 피로수명에 미치는 영향

Abstract

알루미늄 합금 주물은 비강도(secific-strength), 내식성(corrosion resistance), 주조성(castability) 등이 우수하여 자동차 엔진부품, 펌프 케이스, 자동화 로봇 부품 등 산업 전반에 걸쳐 그 사용 영역이 넓어지고 있다. 그러나 주조 공정상에서 기공(pore), 게재물(intermetallic particles), 산화막(trapped oxide film)과 같은 결함(defect)이 발생하게 되며 이러한 결함들로 인하여 재료의 기계적 특성(mechanical properties) 등이 저하되는 것으로 알려져 있다. 특히, 기공은 피로수명에 직접적인 영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다. 그러므로 알루미늄 합금 주물의 피로 수명을 평가함에 있어서 재료에 내재된 기공의 분포를 알고 그 기공이 피로 특성에 미치는 영향을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 주물의 주입온도를 달리하여 기공의 특성이 다른 두 가지 시험편을 제작하여 기공의 특성이 기계적 성질 및 피로 수명에 미치는 영향에 대하여 검토하였으며, 선형파괴역학(LEFM)을 사용하여 균열의 시점이 되는 기공의 크기로부터 피로 수명을 예측할 수 있는 관계식을 제시하였다. 또한, 기공의 분포를 극치 분포(extreme value distribution)로 평가하였고, 이로부터 특정 파손 확률에 따른 피로 수명을 예측하였다.; Porosity is well known to be a potent initiator of fatigue cracks in cast aluminum alloys. This article addresses the observed fatigue life of a cast AC4C-T6 aluminum alloy due to the presence of porosity. Two types of specimens containing a controlled amount of porosity were produced by the difference of melting temperature, and the amount of pore is inspected by CT-scanning. Moreover, Fatigue tests were conducted under 4 level-stress amplitude conditions and all of the fatigue-test specimens were observed of SEM in order to find that pore was main domain of fatigue crack and its projected area to calculate equivalent diameter in all of test specimens. Besides, model using the rate of fatigue crack propagation was established to know the relationship between the porosity and the resultant of fatigue life. Moreover, pore distribution is expressed of extreme value distribution and fatigue life is predicted at specified failure rate with pore distributions.