피로파괴 고찰 노치효과 Notch 피로수명 금속재료기술사 서브노트

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2020/05/19 - [금속재료 기술사] - 피로파괴 S-N곡선 피로한계 피로수명 금속재료기술사 서브노트

피로파괴 S-N곡선 피로한계 피로수명 금속재료기술사 서브노트

 

피로파괴의 고찰

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.

재료는 정적인 하중에서의 노치부는 소성변형에 의하여 응력집중이 제거되어 균일한 응력분포를 나타낼 수도 있으나, 탄성한계 이상으로 인장하면 소성변형되고 이에 따라 재료는 경화하며, 이것을 반복하면 탄성하계는 이전보다 증가한다.

반복하중을 보다 정밀한 측정을 통하여 살펴보면 하중 제거시에도 시편은 소성변형을 하여 수축을 하며 재 하중시에는 수축되었던 만큼 연신되는 것을 알수 있다.

실제로 이러한 현상들은 반복하중에서 항상 일어나는 것으로 재료가 소성적으로 반복 변형됨에 따라 어느 곳에서는 변형능력이 감소하여 결국 파단된다.

이와 같이 정적하중에서는 영구히 견딜 수 있는 응력일지라도 반복해서 하중을 작용시키면 재료가 파괴되는 것을 피로파괴라 하며 응력의 진폭이 항복응력보다 낮은 상태에서도 발생하는 특징이 있다.

노치효과

반복하중으로 인하여 발생되는 피로파괴는 재료의 노치 등에 의하여 응력이 국부적으로 상승하는 곳에서 시작하며, 노치부에 높은 값의 응력집중이 발생한다.
따라서, 설계자는 반복하중이 작용하는 구조물에서는 소재의 조직이나 표면상태에 많은 필요조건이 요구되며, 표면부의 긁힌 곳이나 녹슨 부분, 노치부를 피해야 하며 용접부위나 리벳구멍 등 어쩔 수 없는 경우에는 이러한 노치효과를 고려해야 한다.

 

 

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.

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