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전위의 운동과 고조화파

전문가 제언: ○ 금속재료의 피로성질은 재료가 견디는 반복응력의 값, 즉 피로강도, 또는 피로균열의 발생ㆍ전파거동을 분석하고 설계하는 기술로 반복응력을 받는 부재를 설계하는 데 매우 중요하다. 반복되는 응력에 따른 피로의 메커니즘은 전위의 증식과 이동 등의 영향을 많이 받는다.

○ Total Strain Controlled 형식의 저주기피로(low cycle fatigue) 과정은 소성변형단계, 미세균열의 형성단계, 균열성장 및 파괴단계로 진행된다. 이 중에서 전위는 가공경화, 반복강화 및 반복연화에 의한 소성변형단계와 밀접한 관계가 있다.

– 어닐링열처리된 재료에서는 이동성 전위가 집단 내로 축적되어 반복강화가 일어나며, 냉간가공이나 석출 강화된 재료에서는 전위의 재배열에 의한 셀(cell) 조직형성 등으로 반복연화가 일어난다. 따라서 전위의 운동에 따른 고조화파를 활용하여 재료의 피로거동을 비파괴검사로 분석하는 경우에는 재료의 가공 상태를 파악하는 것이 중요하다.

– 저주기피로 과정 중 포화단계에서 전위의 거동은 wavy slip을 갖는 Cu와 Ni, planar wavy slip을 갖는 오스테나이트 스테인리스강 등 재료의 종류에 따라 다르다. 따라서 전위의 운동에 따른 고조화파를 활용하여 재료의 피로현상을 분석하는 경우에는 재료의 종류를 구분하여 비파괴검사를 실시해야 한다.

○ 응력변위의 비선형성을 직접 계측하는 것은 어려운데 반해 비선형성을 반영하는 특성의 고조화파는 수신파형의 주파수 해석으로 용이하게 얻을 수 있으므로 비선형적 평가를 행하는 것은 매우 유력한 수단이 된다.

○ 일본의 Asahi Kasei사에서 배진폭과 연관이 있는 3차 고조화파와 전위의 증식과의 상관관계를 조사하여 금속재료의 피로거동을 분석한 본 자료는 실험실 성격이 강한 재료의 미시적 거동현상을 현장실용성이 높은 비파괴검사 분야에서 활용하려는 과학기술자의 노력을 보여주는 것으로 높이 평가하고 싶다.

저자: Takuichi IMANAKA, ASAHI KASEI
자료유형: 학술정보