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열적-기계적 부하에 노출된 AZ91 마그네슘 합금의 피로수명

전문가 제언: ○ 마그네슘 합금은 경량이고 비강도가 크기 때문에 연비를 고려해야 하는 자동차 산업에 크게 기여할 수 있다. 마그네슘 합금의 가장 큰 약점인 성형성 불량 문제도 많은 연구노력을 통해 상당히 개선되고 있기 때문에 마그네슘 합금 부품의 수요가 빠르게 늘어나고 있다. 그러나 자동차 부품들은 주기적인 하중과 온도의 변화로 인한 피로현상에 노출된다. 따라서 마그네슘 합금 부품의 열적-기계적 피로수명(Thermo-mechanical Fatigue, TMF)을 예측하는 것이 매우 중요하다.

○ 본 연구에서는 AZ91+RE 마그네슘 주조합금을 사용하여 변형률 제어 방식으로 실온(RT), 고온(HT)에서의 LCF(Low Cycle Fatigue)와 OP-TMF(Out of Phase TMF) 시험을 수행하여 각 조건에서의 피로거동을 분석하였다. 동일한 기계적 변형률 폭에서의 피로수명은 HT-LCF ≫ RT-LCF > OP-TMF의 순으로 나타났다. 피로수명 데이터를 기존의 피로수명 예측 모델과 저자들이 제안한 새로운 모델과 비교하여 후자가 실험결과와 더 잘 일치하는 것을 보였다.

○ 마그네슘 합금의 피로거동에 대한 지금까지의 연구는 주로 상온에서의 LCF와 HCF에 집중되어 왔다. HT 조건에서의 피로에 대한 연구는 매우 드물고, TMF의 경우는 더 심하다. 여러 연구자들이 변형률 제어 방식의 LCF 및 HCF 피로시험을 통해 마그네슘 합금의 피로수명을 Manson-Coffin-Basquin 이론이나 Smith-Watson-Topper 기준 또는 새로운 모델을 이용하여 예측하였다. Varvani-Farahani, Riedler 등이 마그네슘 합금의 TMF 수명에 대한 에너지 기반 모델을 제안한 바 있다.

○ NTIS 자료 검색에 의하면 2000년 이후의 마그네슘 합금의 피로거동과 관련된 국내 연구결과는 논문 3건(국내 1, 해외 2)에 불과하다. 그러나 이 논문들조차도 모두 열적 피로 또는 기계적 피로를 따로 다루었기 때문에 그 두 가지가 병행하여 일어나는 본 연구의 주제인 열적-기계적 피로와는 무관하다. 자동차 산업분야에서 마그네슘 부품의 이용이 빠르게 증가하고 있는 추세에 발맞추어 국내의 연구진들도 열적-기계적 피로거동에 주목할 필요가 있다.

저자: Mohammad Azadi, Gholam Hossein Farrahi, Gerhard Winter, Wilfred Eichlseder
자료유형: 니즈학술정보