피로파괴 S-N곡선 피로한계 피로수명 금속재료기술사 서브노트 답안 풀이 해설

#피로파괴 #S-N곡선 #피로한계 #피로수명 #피로파괴인자 #표면효과 #균열전파과정 #피로파괴과정 #쇼트피닝 #Striation #Beachmark #답안 #풀이 #해설

 

Q. 피로파괴에 대하여 설명하시오.

Q. S-N곡선의 피로한계에 대하여 설명하시오.

Q. 피로균열, 파괴단계에 대하여 설명하시오.

Q. 재료의 피로 수명을 연장시키는 방법에 대하여 설명하시오.

---

I. 피로파괴

1. 파괴부분의 외형에 거의 변형을 일으키지 않는 취성파괴 형태
2. 재료에 걸리는 응력이 재료가 견딜 수 있는 응력 이하에서 반복적으로 발생하였을 때, 파괴되는 현상
3. 재료의 항복강도, 인장강도 보다 월등히 낮은 응력에서 파괴되는 것으로 재료 선정에 있어서, 안전한 설계에 있어서 중요한 설계인자.

 

II. S-N 곡선과 피로한계

1. 재료에 걸리는 응력(stress)의 S와 반복 횟수의 N에 대한 파괴 곡선(그래프)을 S-N곡선이라 한다.
2. 피로 한계는 재료의 응력이 무한히 반복되어도 파괴하지 않는 한계점을 말하며 주로 연강에서 나타나고
3. Al합금과 같은 비철금속에서는 나타나지 않고 계속 하강한다.
4. 실제 피로시험을 무한히 반복할 수 없으므로 연강의 경우 10^8 사이클 지점을 피로 한계로 한정하기도 한다.
(Al합금은 10^7 사이클)

S-N곡선 피로곡선

III. 피로파괴 과정

1. 피로균열은 단계별로 나타나며 피로의 시작점에서부터 점차 피로균열이 전파되면서 결국 파괴되는데
2. 피로균열은 비치 마크의 전파 형태가 나타난다.
3. 피로파괴 과정 3단계
 1) 균열 생성 : 응력집중에서 균열 형성
 2) 균열 전파 : 균열이 응력 사이클마다 조금씩 전파됨
 3) 최종 파손 : 진전하던 균열이 임계 크기에 도달하면 매우 빠르게 파손
4. 균열 전파 과정
 1) Beach Marks (해변 무늬) : 균열 생성 위치로부터 퍼져나가는 능선의 모습, 육안 관찰 가능, 각각의 해변 무늬 띠는 균열 성장이 일어나는 기간을 의미한다.
 2) Striations (피로 줄무늬) : 현미경 관찰만 가능하며, 각각 줄무늬는 균열 첨단이 진전 거리를 나타낸다.

Beach marks & striations

IV. 재료의 피로수명 연장 방법

1. 피로 수명을 연장시키는 방법에는 환경적인 요인을 제거하는 응력 제거, 반복 하중 제거, 방식 등이 있으며,
2. 침탄, 질화, 고주파 경화 처리, 도금, 도포 등의 표면처리, 표면경화 응력 집 중부를 제거하는 표면효과 
3. Shot peening으로 재료 표면에 압축 응력을 부여하여 피로수명을 연장하는 방법 등이 있다.
4. 피로파괴 인자로는 시험편의 형상, 표면상태, 평균 응력, 응력 비, 시험온도 등이 영향을 끼친다.

#피로파괴 #S-N곡선 #피로한계 #피로수명 #피로파괴인자 #표면효과 #균열전파과정 #피로파괴과정 #쇼트피닝 #Striation #Beachmark