마이크로 샘플을 사용한 재료 토토 사이트 기술

Nakahara Tsunehiro, Kimura Takahiro

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Nakahara Tsunehiro, 재료 및 구조 기술 부서, 기술 재단 센터, 기술 개발 본부
Kimura Takahiro, 기술 개발 본부, 재료 및 구조 기술 부서, 기술 재단 센터

핵 및 열 발전소의 저하 토토 사이트 및 용접 조인트 및 생체 물질의 토토 사이트부터 마이크로 사원을 사용한 재료 토토 사이트 기술은 다양한 산업 분야에 적용되었습니다. 특히, 작은 펀치 테스트는 작은 샘플에서 시편을 처리하기가 비교적 쉽기 때문에 다양한 기계적 특성을 토토 사이트하는 데 효과적입니다. 이 논문은 작은 펀치 테스트의 방법, 기본 원리 및 유용성을 간략하게 설명합니다.

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1. 소개

마이크로 사원을 사용한 재료 토토 사이트 기술은 핵 및 전력 발전소의 구조적 구성 요소의 손상을 토토 사이트하는 방법으로 개발되고 개발되었습니다.^{(1) ~ (3)}. 최근에는 용접 조인트의 기계적 특성, 임플란트 생체 물질 및 에어로 엔진 재료와 같은 다른 산업 분야에 적용되었습니다.^{(4) ~ (7)}. 구조물의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 실제 제품을 사용한 토토 사이트가 효과적이며 크기와 일치하는 토토 사이트 방법이 필요합니다.

작은 샘플을 사용한 테스트 방법으로서, 소형 표준 테스트를 사용하여 Subsize 표준 테스트^{(8) ~ (11)}, 계약 테스트^{( 12 )}, 작은 펀치 (SP) 시험^{( 13 )，( 14 )}9517_9671^{( 15 )}소형 벌지 피로 (SBF) 피로 특성을 토토 사이트하기위한 테스트^{( 16 )}와 같은 응용 프로그램 기술 또한 개발되었습니다. 이러한 테스트 기술에 대한 연구는 주로 금속 물질에 대해 수행되었으며 인장, 크리프, 피로 및 골절 강인함과 같은 기계적 특성과 관련이 있습니다.^{(13) ~ (19)}. 따라서 이러한 기술은 더 넓은 범위의 산업 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다. 이 기사에서는 방법, 기본 원칙 및 유용성을 설명합니다.

2. 작은 펀치 테스트

그림 1SP 테스트의 개략도를 보여줍니다. SP 테스트는 얇은 디스크 모양의 시편이 상단과 하부 다이 사이에 고정 된 다음 원통형 펀처를 사용하여 시편을 뚫어야하는 테스트 방법입니다. SP 테스트에서 일반적으로 사용되는 시편은 직경이 3 ~ 10mm이고 두께는 0.5mm이며 단일축 인장 시편보다 적은 재료를 사용하여 국부 토토 사이트를 가능하게합니다.

SP 테스트는 막의 들여 쓰기 및 스트레칭으로 인해 굽힘이 굽히기 때문에 불균일 한 변형과 ​​다중 축 응력 및 균주를 유발하기 때문입니다.^{( 3 )，( 17 )，( 18 )}, 얻은 결과의 해석은 복잡합니다.그림 2금속 재료의 SP 테스트에서 얻은 전형적인 하중 변위 곡선입니다. 이것은 다음과 같이 이전 실험 및 분석 연구에 의해 해석 될 수 있습니다^{( 20 )，( 21 )}．

• 지역 I : 전체 시편이 탄력적으로 변형되는 영역
• 지역 II : 탄성 변형에서 플라스틱 변형으로 전환되는 영역
• 영역 III : 마법 스트레스로 인해 막이 연장되는 영역
• 영역 IV : 시편의 두께가 감소하고 공극이 형성되고 성장하는 플라스틱으로 불안정한 영역
• 지역 V : 균열이 자라고 깨는 지역

다양한 연구원들이 SP 테스트 결과에서 기계적 특성을 공식화하려고 시도하고 있습니다^{( 3 )，( 13 )，( 18 )}. 예를 들어, García et al.^{( 18 )}시편을 사용하여 각각 0.5 mm의 두께로 절단 된 시편을 사용하여 SP 테스트로부터의 항복 응력 및 인장 강도를 추정하기 위해 (1)과 (2)를 제안했다.

여기, t₀시편의 초기 두께, p_y하중 변위 곡선과 수평 축의이 곡선의 원점에서 탄젠트입니다.₀/10 직선 오프셋과의 교차점. 또한, p_max및 d_max하중 변위 곡선의 최대 부하와 그 당시 변위입니다. 방정식 (1), P_yt₀ ²두께의 영향을 제거하여 샘플 준비에서 변화의 영향을 줄입니다. 한편, 식 (2)의 인장 강도 추정 방정식에서 시편의 두께는 최대 부하에 도달하기 전에 감소하고 t₀최대 부하의 변위뿐만 아니라 d_max또한 사용됩니다.

Ota et al.^{( 22 )}다중 수지에서 SP 및 인장 테스트를 수행했으며 SP 테스트를 통해 수지 재료의 기계적 특성의 적용 가능성을 확인했습니다. 결과적으로, 식 (1)을 사용하여 0.2% 베어링 용량이 동일한 방식으로 변환 될 수 있음이 확인되었다. 반면, 인장 강도는 식 (2)의 p_max및 d_max로 표현할 수 없었기 때문에 지역 II에서 지역 III으로의 전환점의 부하 P는_a및 변위 양 D_a| 정의되었고 방정식 (3)을 사용하여 전환을 시도했습니다.

그림 3다양한 수지 물질에 대한 SP 테스트 결과를 식 (2) 및 (3)에 따라 인장 강도로 변환 한 결과를 보여줍니다. 식 (2)을 사용한 전환 결과는 인장 시험 결과보다 강도 측면에있는 반면, 식 (3)을 사용한 변환 결과는 인장 시험 결과와 비교적 일치한다. 영역 II에서 영역 III으로의 전환점을 사용하는 이유는 영역 III 및 플라스틱 불안정성 이후의 다축 응력 하에서 변형의 영향을 피하기 때문입니다.

기타, 탄성 계수에 SP 테스트 적용^{( 23 )}파괴적인 강인함^{( 24 )，( 25 )}또한 제안되었습니다.

이러한 방식으로, SP 테스트는 결과를 복잡하게 해석하는 방법이지만 재료의 기계적 특성과 상관 관계가 있으며 부피가 제한된 재료 및 제품의 작은 부분을 토토 사이트하는 효과적인 방법입니다.

3. 작은 펀치 크리프 테스트

SPC 테스트는 테스트 온도로 가열되는 전기 용광로에서 수행되며, 공과 펀치를 통해 시편 중앙에 일정한 하중 F를 적용하여 테스트 시편의 중심에 일정한 하중 F가 적용됩니다. 이 테스트 방법을 사용하면 테스트 시간과 시편의 파손 시간으로 인해 시편의 변위를 측정 할 수 있습니다. 테스트 시편과 지그의 모양은 SP Test (그림 1)와 동일하지만, 전기 용광로에서 가열하는 동안 테스트되기 때문에 시편의 산화를 억제하기 위해 아르곤 (AR) 가스와 같은 불활성 가스가 흐름에 의해 테스트됩니다. SPC 시편의 일반적인 치수는 디스크 또는 직경이 7-10mm 인 10mm 정사각형 플레이트이며, 두께는 0.5mm^{( 26 )}．

Kubo Shirara^{( 27 )}열 전력 보일러에 사용되는 2.25CR-1MO 스틸 용접 조인트를 사용하여 단일 축 크리프 테스트 및 SPC 테스트를 수행하여 용접 조인트의 나머지 수명 토토 사이트 방법을 확인했습니다. 이 방법에서 크리프 손상 속도는 DC이고 크리프 손상 속도는 d_SP가 식 (4)에 표시된 손상 합의에 대한 d는 0.8 ~ 1.2의 범위 내에있는 것으로 나타났습니다.그림 4선형 손상 규칙에 따라 크리프 손상 값 및 SPC 손상 값의 토토 사이트 결과를 보여줍니다.

여기,

, t_i단축 크리프 테스트가 중단되기 전 테스트 시간입니다. t_r단일 샤프트 크리프 테스트의 휴식 시간, t '_ris t_i| t ″_rSPC 테스트의 파손 시간은 단일 샤프트 크리프 테스트 시편의 용접 조인트와 동일한 재료의 새로운 재료로 수집 및 테스트되었습니다.

이 관계에서, 크리프 데미지 율 d_cSPC 테스트로 토토 사이트할 수 있습니다. 또한, 기본 재료 및 용접 금속이 수집 된 경우에도, 열 영향을받는 구역 (HAZ)이 SPC 시편 중심에 분포되도록, 손상 합계는 0.8 내지 1.2 범위에 있었다. 이것은 표면에서 샘플링하여 실제 용접 조인트의 나머지 크리프 수명을 토토 사이트할 수 있음을 시사합니다.

SPC 테스트는 크리프 특성을 토토 사이트하는 테스트 방법이지만, 위에서 언급했듯이 SPC 테스트에서는 응력 σ 대신로드 F가 적용됩니다. 따라서 결과를 일반적인 단일 샤프트 크리프 테스트와 비교하려면이 하중을 응력으로 변환해야합니다. 부하/응력^{( 28 )}의 변환 공식 F/σ의 경우, 예를 들어 FM (최대 부하), U_m(최대 부하에서의 변위) 및 테스트 시편 두께 및 U_MC(SPC 테스트에서 최소 변위 속도에 도달하면 변위)^{( 29 )，( 30 )}와 같은 많은 방법이 제안되었습니다.그림 5SPC 테스트를 사용한 크리프 나머지 수명 토토 사이트 흐름의 예를 보여 주지만 상기 방법을 사용하여 적절한 응력 조건으로 변환하면 일반적인 단일 축 크리프 테스트와 마찬가지로 실제 제품의 크리프 수명을 토토 사이트하는 데 사용할 수 있습니다.

4. 작은 벌지 피로 테스트

SBF 시험은 Komazaki et al.^{( 16 )}에 의해 개발 된 디스크 형 테스트 시편을 사용하여 피로 특성을 토토 사이트하기위한 테스트 방법입니다.그림 6SBF 테스트의 회로도를 보여줍니다. 유압 챔버는 구리 포장으로 고정 된 시편에 인접하여 제공되며, 시편은 유압 압력을 사용하여 플레이트 두께의 방향으로 시편을로드하도록 구성됩니다. 서보 밸브를 전환함으로써 일정한 압력 유압이 테스트 조각의 양쪽에서 번갈아 가며 두 스윙에 대한 피로 테스트를 초래합니다. SBF 시편의 단면 모양과 치수가 설명되어 있습니다.그림 7에 표시됩니다. 시험 조각의 한쪽은 평평한 표면이 있고 다른 쪽은 오목한 표면을 가지므로 구리 포장의 고정 된 부분에서 응력 농도로 인해 고장이 발생하지 않습니다. 또한, 한쪽을 평평한 표면으로 만들면 피로 수명에 영향을 미치는 것으로 생각되는 재료의 표면을 떠날 수 있습니다.

SBF 테스트는 SP 및 SPC 테스트와 마찬가지로 다축 응력이 있으므로 단일 축 피로 테스트와 비교할 때주의가 필요합니다. 여기, 우리는 니켈 (NI) 기반 Inconel을 소개합니다^®우리는 718을 타겟팅하는 사례 연구를 소개합니다. SBF 테스트는 유압 챔버의 압력이 특정 값으로 떨어질 때 장치를 자동으로 중지하도록 설정하여 수행됩니다. 자동 정지 후, 방사형 균열은 중심에서 발생하며 일부 시편은 누락 된 부분이있는 것으로 관찰됩니다. 즉, 시험은 시편이 파손될 때 끝납니다. 테스트 시편 평면 중앙 근처에 스트레인 게이지를 붙여서 시험 동안의 변형은 얻어진다. 또한, 표적화 할 테스트 재료의 강도 수준이 스트레인 게이지의 강도에 비해 매우 높으면,이 시험에서와 같이 스트레인 게이지의 수명에는 영향을 미치지 않는다고 생각된다.

그림 8시편 중심의 두께 t와 압력을 변화시켜 SBF 테스트에서 파열로 이어지는 변형과 사이클 수 (피로 수명)의 관계를 보여줍니다. 이 그림은 또한 기존의 피로 검사 (일축 피로, 초음파 피로, 회전 굽힘 피로)의 결과를 표시합니다. 이 둘의 피로 수명 사이에는 특정 상관 관계가 있었지만 SBF 테스트의 피로 수명은 기존의 피로 테스트보다 더 긴 수명쪽으로 이동했습니다.

Yoshizaki et al.^{( 31 )}단일 축 피로 테스트의 결과는 SUS316에 대한 SBF 테스트 결과와 일치하고 표면 균열 길이의 비율에 따라 피로 수명을 정규화했다고보고했습니다. 마찬가지로, 우리는 균열 길이가 1.6 mm에 도달하는 Inconel 718에 대한 SBF 테스트 결과를 표준화하려고 시도했으며, 이는 SBF 시편의 평행 부분에 해당합니다._1.6, 각각 SBF 테스트의 피로 수명 n_f (SBF), 단일 축 피로 테스트의 피로 수명 n_f(UA)로 정의하면 다음과 같은 관계가 제공됩니다.

이 관계에서 식 (9)에 대한 다음 변환 공식이 얻어집니다.

(9) 방정식을 사용한 정규화 결과그림 9에 표시됩니다. 그림에서, SBF 테스트의 피로 수명은 기존의 피로 테스트 결과와 잘 일치한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서, SBF 테스트는 재료의 피로 특성을 토토 사이트하는 방법으로 효과적이며 피로 수명을 예측할 수 있다고 제안되었다. 앞으로는 온도를 높이기위한 테스트 방법 개발도 노력할 계획입니다.

5. 결론

이 기사에서는 SP 테스트에 중점을 둔 마이크로 사원을 사용한 재료 토토 사이트 기술을 소개합니다. SP 테스트에서, 파단 영역은 시편의 모양과 하중 방법으로 인해 다축이된다. 이는 테스트마다 차단 강도가 다르다는 것을 의미하므로 상대 수명을 계산하기 위해 단일 샤프트 테스트 결과와 비교해야합니다. 그러나 구조물의 나머지 수명을 토토 사이트할 때 실제 장비 재료를 사용하여 악화의 정확도를 정확하게 알 수 있습니다. 따라서 SP 테스트와 같은 마이크로 샘플을 사용한 재료 토토 사이트 기술은 시험 시편을 처리하기 쉽고 수집 후 실제 기계에 거의 영향을 미치지 않으므로 구조 부재의 국부적 기계적 특성을 토토 사이트하는 데 효과적입니다. 우리는 테스트 기술의 적용 가능성을 개발하고, 정교함을 개선하며, 심지어 테스트 방법을 표준화하기 위해 노력할 것입니다.

　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

볼륨 64, 이슈 2 특별 기능 에너지 및 스마트 기술 지속 가능한 미래를 지원하는 스마트 기술