스틸코드잔류응력의새로운 측정방법과잔류응력이내피로성에 … · iso 12107...
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R&D CenterR&D Center 1
스틸코드스틸코드 잔류응력의잔류응력의 새로운새로운
측정방법과측정방법과 잔류응력이잔류응력이 내피로성에내피로성에
미치는미치는 영향영향
JUNE 2010
R&D CenterR&D Center 2
목 차
1. 고탄소 강선의 인장강도별 적용분야
2. 고탄소 강선의 기계적 특성 영향인자
3. 소선 피로특성의 종류 및 해석
4. 소선 피로특성 및 표면결함 측정방법
5. 기존 잔류응력 분석방법
6. 신규 FIB-DIC법의 소개
7. 잔류응력 및 피로특성
8. 결론
R&D CenterR&D Center 3
고탄소 강선의 인장강도별 적용분야
<ref. J. of Mater. Sci. 39 (2004) p.3889>
STEEL CORD (> 2750 MPa)
SAW WIRE (> 3300 MPa)
PC WIRE (> 1700 MPa)ROPE WIRE (> 2000 MPa)
CABLE WIRE (> 1250 MPa)
High strength
고탄소 강선의 기계적 특성 요구
• 고강도• 우수한 내피로성
고탄소 강선의 인장강도 변천
R&D CenterR&D Center 4
인장강도와 내피로성과 같은기계적 특성은,
다음 두 요소에 크게 영향을 받는다.
내적인자(미세조직)
- Lamellar spacing1)
-ferrite/cementite간 계면면적2)
외적인자
- 표면잔류응력3)
- 표면결함4)
1)G. T. Gray et al., Met. Trans. A, 16A, (1985).7532)M. A. Daeubler et al., Metallurgical Transactions A, 21A April (1990) 925
3) Renz P et al., Wire I Int 1996, 64. 4)I. Verpoest et al., Int. J. Fatigue, October (1985) 199
고탄소 강선의 기계적 특성 영향인자
R&D CenterR&D Center 5
Rod Descaling Coating 1st drawing Patenting Decaling Coating
• 내피로성• 인장강도
기계적 특성
제조조건의 변화
합금원소 첨가
such as
신선
열처리
shot peening
C, Cr, V..such
as
will beimproved by 문제
However,
• formation of 2nd
cementite phase• segregation of carbide (Cr-,V-)
목표
2nd drawing Patenting Decaling Coating 3rd drawing Stranding Tire cords
Zn Coating Stranding Bridge cable
제조 프로세스
기계적 특성 영향인자의 개선방향
R&D CenterR&D Center 6
고탄소 강선의 기계적 특성 영향인자 분석방법
영향인자 분석방법 문제점
lamellar spacing SEM•국부영역만 관찰
•관찰위치별 산포가 큼
•국부영역만 관찰
•수치화 곤란, 시간이 많이 걸림
•관찰위치별 산포가 큼
•국부영역만 관찰
•분석결과의 산포가 큼
•시간이 많이 걸림
Stress relaxation
•측정자에 따른 산포가 큼.
•반복측정시 산포가 큼
FIB-DIC* •국부영역만 관찰
Roughness tester
•세선에서 측정이 어려움.
•국부영역만 관찰
내적인자
(미세조직)SEM
XRD
3D-profiler
표면결함
ferrite/cementite간 계면면적
표면잔류응력
외적인자
R&D CenterR&D Center 7
소선 피로특성의 종류 및 해석
*신뢰수준 95%에서 파괴확률이 10% 미만이 되는 한계 피로수명**신뢰수준 95%에서 파괴확률이 10% 미만이 되는 한계 피로응력
피로특성 결과의 해석은 하기 국제표준에 따라 평가함.
ISO 12107 Metallic materials-Fatigue testing-Statistical planning and analysis of data
구분저주기 피로특성
(소성영역에서의 피로, strain-life)
고주기 피로특성(탄성영역에서의 피로, stress-life)
파면형태
파괴기구
주요인자
균열의 전파가 피로수명의 대부분을 차지함.
표면특성은 피로수명에 영향을 주지 않음.
재료인성이 높을 수록 저주기 피로특성은증가함.
균열의 발생이 피로수명의 대부분을 차지함.
표면특성이 피로수명에 많은 영향을 미침.
재료강도가 높을 수록 고주기 피로특성은증가함.
평가방법 한계피로수명* 한계피로응력**
압축 방향 균열
인장 방향 균열
연성 찢어짐 파단균열 진행 방향
연성 찢어짐 파단
균열의 발생 균열의 전파 파단
슬립 변형 모형도
R&D CenterR&D Center 8
소선 피로특성의 측정방법
PretensionW(N)=400MPa×π×r2
Fixing Clamps
Driven Disc
Filament
Pin
Low cycle fatigue test(C-type fatigue tester)
High cycle fatigue test(RBT fatigue tester)
Fatigue stress(Mpa)=1.198×young’s modulus×d×L(mm)
R&D CenterR&D Center 9
표면결함의 평가방법 – 3D profiler
R&D CenterR&D Center 10
Hi-stardetector
Laser/videomicroscopeEulerian
cradle
laser spot
wir
e ax
is
<ref. J. G. Bae, Master thesis, 2006>
X-ray (XRD)
XRD에 의한 잔류응력의 측정
Equipment & Parameters
Diffractometer D8 DISCOVER with GADDSTube 2.2 kW Co Long Fine Focus
(mounted for Point Focus)Primary Optics parallel Graphite MonochromatorMono-cap ∅ 0.1 mmX-ray Radiation
CoTilt Angles ψ 0°, 9°, 18°, 27°, 36°, 45°Stepsize Δ2θ 0.02° (used for line integration)Stress Calculation sin2 ψ -Method Elastic Constant 1/2s2 13.40 ⋅ 10-6 mm2/N
공시재 및 시험결과와이어로드 화학성분 : 0.82wt%C습식신선 감면율 96.9% (Φ1.68mm → Φ0.298mm)
Sample A : 평균감면율14%, 사상감면율 9%.Sample B : 평균감면율 16%, 사상감면율 9%.Sample C : 평균감면율 14%, 사상감면율 5%.
Results of the residual stress measurement by XRD
Sample BSample A Sample C
52% of themean value
21% of themean value
74% of themean value
-
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
1,600
Resi
dual
stre
ss (M
Pa)
R&D CenterR&D Center 11
<ref. J. G. Bae, Master thesis, 2006>
Sample-A (Φ=0.298)εϕψ - sin2ψ - Function, ϕ = 0° (-360°)Normal Stress s11 = (+1065 ± 274) MpaError range(%) = (1339-791)/1065*100 = 52%
Sample-C (Φ=0.298)εϕψ - sin2ψ - Function, ϕ = 0° (-360°)Normal Stress s11 = (+679 ± 252) MpaError range(%) = (1339-791)/1065*100 = 74%
Sample-B (Φ=0.298)εϕψ - sin2ψ - Function, ϕ = 0° (-360°)Normal Stress s11 = (+1105 ± 118) MpaError range(%) = (1223-987)/1105*100 = 21%
X-ray (XRD)
• 잔류응력 측정결과의 산포가 큼 (중심값의 21~74%)
XRD에 의한 잔류응력의 측정
R&D CenterR&D Center 12
d0 (mm)
d1(mm)
ρ0(mm)
ρ1(mm)
σR(MPa)
N 10 10 10 10 10
Min. 0.120 0.087 199 24 345
S.D. 0.000 0.003 79 5 123
Max. 0.121 0.102 460 40 705
Ave. 0.121 0.097 325 31 497
2 2 2 3 3( d d ) ( d d ) 2 ( d d ) ( d d )0 1 0 1 0 1 0 1M a 2 28 2 3 ( d d )0 1
⎧ ⎫+ − − −⎪ ⎪= +⎨ ⎬+⎪ ⎪⎩ ⎭
gσ 1 1M E Ib1 0
⎡ ⎤= −⎢ ⎥
⎣ ⎦g
ρ ρ
( )2 22 2 2 21 8 d d ( d d ) d d ( d d )4 4 1 0 1 0 0 1 1 0I d d1 0 2 2 2 21 6 8 9 1 8 1 8d d d d1 0 1 0
⎧ ⎫ ⎧ ⎫+ +⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎡ ⎤= − + + +⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎢ ⎥⎣ ⎦ + +⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎩ ⎭ ⎩ ⎭g
ππ π π
Where,Ma :moment at removed area , Mb :moment of curvature with/ without etching, σ: residual stress, d0 : Wire diameter without etching, d1 : Wire diameter with etching, E: Young’s modulus, I : 2nd moment with etching, ρ0 : curvature without etching, ρ1 : curvature with etching
• 잔류응력 측정결과에서 표준편차가 매우 높음.• 와이어에서 잔류응력을 측정하기 위한 적절한 방법 개발이 필요함.
Stress relaxation method
Equipment & parameters 공시재 및 시험결과와이어로드 화학조성 : 0.82wt%C소선경 : Φ0.12mm
ρ1ρ2
after etching
wire
d 0 /2 d 1 /2
Removed areawith nital (20%)
Stress relaxation에 의한 잔류응력의 측정
R&D CenterR&D Center 13
h
a - σR
h
a θ
x FFMaterialsUx
2`
IFx IR
A
KU K daE F
∂=
∂∫2
0
2(1 ) a IFx IR
v KU K daE F− ∂
=∂∫
∟
∟
∟
2 [ ]`
IF IIF IIIFx Fnocrack IR IIR IIIR
A
K K KU U K K K daE F F F
∂ ∂ ∂= + + +
∂ ∂ ∂∫
2
1 20
2 1.1215(1 ) a
x RvU f f da
Eσ× −
= ∫
Where KIR = 1.12σ √πa f1 (a/h), f 1 (a/h) = (1-a/h)(1/2-s) (1+λa/h)
KIF = (2F/√πa) f2(θ) f1(a/h), f2(θ) = cosθ(1+[2(1-ν)]-1sin2θ) x (1.12+0.18sech (tanθ))
θ = tan-1(x/a)
E (GPa) ν
DLCSi
199204
0.20.3
Materials properties
Before etching, Ufnocrack =0
Only Mode is occurred. II=III=0
Where E` = E for plane stressE`=E/(1-v2) for plane strainE`=E/(1-v2) at Plane strain
Analytic approximation
FIB-DIC에 의한 잔류응력 측정방법이란?
Advanced Stress relaxation method
Ref. - J.W.Hutchinson et al.,Adv. Appl. Mech. 29 (1992) p.63
R&D CenterR&D Center 14
•• 왜왜 최적화가최적화가 필요한가필요한가??
aa bb cc
dd Current (I, pA)
Length (L,μm)
Width (w, μm)
Depth (a, μm)
Shape of contour( = displacement)
a 100 38.0 1.0 3.4 Best
b 100 38.0 1.0 2.2 Good
c 300 38.0 1.0 3.4 Worst
d 100 38.0 0.2 3.4 Worst
• 실험조건이 최적화 되지 않으면, 금속선재에서 잔류응력을 측정할 수 없음.
FIB-DIC법의 최적화
R&D CenterR&D Center 15
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
10. Residual stress10. Residual stress
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
3. Reference line3. Reference line
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 16
Wire
zy
x
FIB SEM
FIB ⊥ interesting plane
FIB equipment cond.
Acc. voltage 5 to 30 kV
SEM Resolution 4 nm at 30 kV
Current Characteristics
10 pA @ 5 kV 1 pA @ 30 KV
Interest region
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
3. Making reference line3. Making reference line
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 17
Wire
zy
x
FIB ⊥ interesting plane
Interest region
• Milling condition : 40 pA @ 5 kV
FIB1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference line
10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 18
Wire
zy
x
FIB ⊥ interesting plane
Interest region
reference mark
SEM1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference line
10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 19
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference lineWire
zy
x
FIB ⊥ interesting plane
Interest region
Slot
xa
ux
w
L
y• Milling condition
: 100 pA @ 30 kV• Slot condition :
depth = 3.4, width =1, length 38 μm
SEM
slot
FIB
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 20
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference lineWire
zy
x
FIB ⊥ interesting plane
Interest region
Slot
xa
ux
w
L
y• Milling condition
: 100 pA @ 30 kV• Slot condition :
depth = 3.4, width =1, length 38 μm
SEMFIB
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
depth
C protecting layer
10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 21
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference line
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
Software with a resolution of 1/100th in a pixel
1st SEM image 2nd SEM image
10. Residual stress10. Residual stress
contour image
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 22
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference line
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
a - σR a θ
x FFUx
Pearliteh
x FnocrackU U=
where UF nocrack : Displacement with no crackEo : Young’s modulus @ plain strainKI~III : stress intensity factor @ mode I~IIIKR : // generated by residual stress
2 [ ]IF IIF IIIFIR IIR IIIR
A
K K KK K K daE F F F
∂ ∂ ∂+ + +
∂ ∂ ∂∫o
2
0
2 1.1215(1 ) a
x RvU fda
Eσ× −
= ∫
2 IFx IR
A
KU K daE F
∂=
∂∫owhere KIR = 1.1215σR√πa
KIF = 2F√πa-1/2f(θ) cosθ(1+[2(1-ν)]-1sin2θ)(1.12+0.18sech(tanθ)), θ = tan-1(x/a)
Eo =E/(1-ν2)-1
σσRR ((--1 1 GPaGPa), ), E (210 E (210 GPaGPa),),νν (0.3) (0.3) forfor carbon steelcarbon steel10. Residual stress10. Residual stress
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 23
1. Selection of interested area1. Selection of interested area
2. DIC pattern generation2. DIC pattern generation
4. 14. 1stst SEM image captureSEM image capture
9. Calculation of analytic9. Calculation of analyticdisplacement displacement
8. Digital image correlation 8. Digital image correlation by VICby VIC--2D2D
7. Ion milling & 37. Ion milling & 3rdrd SEM image SEM image capturecapture
3. Making reference line3. Making reference line
5. Ion milling (slot making)5. Ion milling (slot making)
6. 26. 2ndnd SEM image captureSEM image capture
10. Residual stress10. Residual stress 8 10 12 14 16 18 20 22
94
96
98
100
102
104
106
108
110
Calculated Ux (nm)
Mea
sure
d ux
(nm
)
Contour map showing displacement
ux = Ψ Ux + Φ
Error range
ux : Measured displacementUx : Analytic displacement
under σVR (virtual stress)Ψ : Residual stressΦ : Translation in SEM
Residual stress (σR = Ψ) in interested area
Wire center
FIB-DIC법에 의한 잔류응력 측정단계
R&D CenterR&D Center 24
공시재
습식신선 감면율 96.8% (Φ1.68mm → Φ0.30mm)10m 길이 시편을 1m 간격으로 등분하여 각 평가방법으로 분석함 (n=10)
1) NT : Tensile strength 2,910MPa, 0.72wt% Carbon steel.2) HT : Tensile strength 3,260MPa, 0.82wt% Carbon steel.3) ST : Tensile strength 3,520MPa, 0.92wt% Carbon + 0.2wt% Chromium steel
잔류응력의 측정
FIB-DIC methodSlot dimension : 3.4㎛ in depth, 1㎛ in width, 38㎛ in length.
Current stress relaxation methodEtching Condition : 30% HNO3 (1ℓ, 20℃), 60sec.
잔류응력 분석방법 비교 : FIB-DIC법 & stress relaxation법
피로특성 평가 (ISO 12107에 따름)C형 피로 – strain life RBT 피로 – stress life
표면결함 측정
3D profiler 측정
R&D CenterR&D Center 25
8 10 12 14 16 18 20 22 24 2621
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
D Linear Fit of Data1_D
Y=0.610x+35.07
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
20
22
24
26
28
30
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
C Data1C
Y=-0.545x+32.88
8 10 12 14 16 18 20 22 24 2620
22
24
26
28
30
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
B Linear Fit of Data1_B
8 10 12 14 16 18 20 22 24 2652
54
56
58
60
62
64
66
68
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
B Linear Fit of Data1_B
Y=-0.602x+34.75 Y=0.736x+48.66
Eq. σR (MPa) Error range(%)
Y=0.610x+35.07 610 3.0
2.8
1.6
1.8
1.5
Mean σR (MPa) 619 -
Y=-0.545x+32.8 545
Y=-0.602x+34.7 602
Y=0.736x+48.66 736
Y=0.602x+24.15 602
Y=0.602x+24.15
잔류응력 분석방법 비교 : FIB-DIC 분석결과 (NT)
5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
B Linear Fit of Data1_B
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
R&D CenterR&D Center 26
5 10 15 20 25 30
12
14
16
18
20
22
24
26
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
B Linear Fit of Data1_B
Y=0.884x+8.91
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
28
29
30
31
32
33
34
35
Mea
. ux
(nm
)
Cal. ux (nm)
D Linear Fit of Data1_D
Y=0.678x+37.2
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2626
28
30
32
34
36
Mea
. ux
(nm
)
Cal. ux (nm)
B Linear Fit of Data1_B
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Cal. ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
C Linear Fit of Data1_C
Y=0.751x+37.76Y=0.823x+37.2
10 15 20 25 30 35 40
48
50
52
54
56
58
60
62
64
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
D Linear Fit of Data1_D
Y=0.930x+39.4 Eq. σR (MPa) Error range(%)
Y=0.884x+8.91 884 1.5
1.2
1.3
1.0
1.1
Mean σR (MPa) 813.2 -
Y=0.678x+37.2 678
Y=0.751x+37.76 751
Y=0.823x+37.2 823
Y=0.930x+39.4 930
잔류응력 분석방법 비교 : FIB-DIC 분석결과 (HT)
R&D CenterR&D Center 27
5 10 15 20 25 3030
35
40
45
50
55
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
B Linear Fit of Data1_B
Y=-1.017 x+35.23
5 10 15 20 25 3012
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
D Linear Fit of Data1_D
Y= 0.961x+6.44
5 10 15 20 25 3010
15
20
25
30
35
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
B Linear Fit of Data1_B
5 10 15 20 25 3010
15
20
25
30
35
Cal. Ux (nm)
Mea
. ux
(nm
)
C Linear Fit of Data1_C
Y=1.001 x+5.83Y= 1.017x+4.93
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
26
28
30
32
34
36
38
40
42
Mea
. ux
(nm
)
Cal. Ux (nm)
D Linear Fit of Data1_D
Y=-0.8806x+47.85 Eq. σR (MPa) Error range(%)
Y=1.017 x+35.23 1017 2.2
1.4
1.0
1.2
1.2
Mean σR (MPa) 975.2 -
Y= 0.961x+6.44 961
Y=1.001 x+5.83 1001
Y= 1.017x+4.93 1017
Y=-0.8806x+47 880
잔류응력 분석방법 비교 : FIB-DIC 분석결과 (ST)
R&D CenterR&D Center 28
잔류응력 분석방법 비교 : FIB-DIC법 & stress relaxation법
* 표면결함은 전체 0.03~0.04㎛로 동일함 (∵신선조건 동일)
잔류응력 비교(FIB-DIC & stress relaxation) 및 피로특성
NT HT ST
한계피로응력(Mpa)
한계피로수명(회)
FIB-DIC(S.D=70)
Current(S.D=408)
FIB-DIC(S.D=101)
Current(S.D=180)
FIB-DIC(S.D=58)
Current(S.D=160)
960 10321004
316300295-2,000
-1,500
-1,000
-500
-
500
1,000
1,500
2,000
Res
idua
l stre
ss (M
Pa)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
한계
피로
응력
(MPa
)/한
계피
로수
명(회
)
1500
1000
500
0
R&D CenterR&D Center 29
결 론
• 고주기 피로특성(stress life)은 알려진 바와 같이 소선 TS가 높을 수록 증가하였다.
그러나, 그 증가폭은 표면 인장잔류응력이 증가할 수 록 감소하였다.
* 인장잔류응력 : NT – 960MPa, HT – 1004MPa, ST – 1032MPa
* 피로한계응력 : NT - TS의 33%, HT – TS의 31%, ST는 TS의 29%
• 저주기 피로수명(strain life)은 표면품질보다 소선의 가공량등 인성에 더 많은
영향을 받는다. 동일한 가공량에서는 소선TS가 증가할 수 록 향상되었다.
☞ 소선의 표면 인장잔류응력을 낮추면 고주기 피로특성을 향상시킬 수 있음.
• 고주기 피로특성(stress life)은 알려진 바와 같이 소선 TS가 높을 수록 증가하였다.
그러나, 그 증가폭은 표면 인장잔류응력이 증가할 수 록 감소하였다.
* 인장잔류응력 : NT – 960MPa, HT – 1004MPa, ST – 1032MPa
* 피로한계응력 : NT - TS의 33%, HT – TS의 31%, ST는 TS의 29%
• 저주기 피로수명(strain life)은 표면품질보다 소선의 가공량등 인성에 더 많은
영향을 받는다. 동일한 가공량에서는 소선TS가 증가할 수 록 향상되었다.
☞ 소선의 표면 인장잔류응력을 낮추면 고주기 피로특성을 향상시킬 수 있음.
• FIB-DIC 잔류응력 측정시 1회 측정시 Error range(그래프에서 기울기 편차)는
3.0% 이하로 양호하였다.
• 반복실험에서 FIB-DIC 측정시 표준편차가 70~101로 기존방법의 160~408대비
25~50% 수준으로 우수하였다.
☞ FIB-DIC법으로 기존대비 보다 정밀하게 소선의 잔류응력 측정이 가능함.
• FIB-DIC 잔류응력 측정시 1회 측정시 Error range(그래프에서 기울기 편차)는
3.0% 이하로 양호하였다.
• 반복실험에서 FIB-DIC 측정시 표준편차가 70~101로 기존방법의 160~408대비
25~50% 수준으로 우수하였다.
☞ FIB-DIC법으로 기존대비 보다 정밀하게 소선의 잔류응력 측정이 가능함.