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경도측정을 통한 SUH35 합금의 크리프 잔여 수명 예측
전남규(Namgyu Jun),석창성(Chang-Sung Seok),구재민(Jae-Mean Koo),최재구(Jaegu Choi),이종민(Jongmin Lee),남덕현(Dukhyun Nam),김가연(Gayeon Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.9
SUH35 합금은 내열성, 내부식성이 뛰어난 합금으로서 주로 자동차 엔진의 배기밸브의 소재로 사용된다. 자동차 엔진밸브는 연소가스에 의해 고온 및 밸브시트와의 접촉으로 인장하중에 노출되며 이에 따라 미세조직 변화에 의한 내구성능감소가 나타난다. 따라서 재료에 가해진 손상량을 측정하여 부품의 잔여수명을 예측하는 기술은 매우 중요하다. Goto 등은 고온설비에서의 경도 값 감소현상을 이용하여 부품의 잔여 크리프 수명을 예측하는 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 Goto 등의 모델을 참고하여 SUH35소재의 크리프 잔여수명을 예측하기 위해 열화 시킨 시편에 대한 경도측정 및 크리프 시험을 수행하였다. 경도와 크리프 하중의 상관관계를 분석하여 크리프 파단곡선을 통해 잔여수명을 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. The SUH35 alloy is considered an alloy with excellent heat resistance and corrosion resistance properties, and is mainly used as a material for the exhaust valve of an automobile engine. Vehicle engine valves are exposed to high temperatures by combustion gases and to tensile loads by contact with the valve seat. As a result, a deterioration of the durability performance due to changes in the microstructure appears. Therefore, a technique of measuring the extent of damage to the material and predicting the remaining lifetime of the part is critical. Goto and others proposed a method to predict the remaining creep life of parts based on the reduction of the hardness value in high-temperature equipment. In this study, a hardness measurement and creep test were performed on degraded specimens to predict the residual creep life of the SUH35 material. Based on the analysis, the relationship between the degree of degradation and the creep stress was derived and a method of predicting the residual creep life using the creep rupture curve was proposed.
동적거동을 고려한 자동차용 엔진밸브의 피로특성 평가방법
전남규(N. G. Jun),박기범(K. B. Park),이종민(J. M. Lee),석창성(C. S. Seok) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
자동차용 엔진밸브는 엔진내부에서 배기가스에 의한 고온과 반복인장응력을 받아 피로파괴의 위험이 있으며, 특히 엔진 구조(설치 환경)에 따라 엔진밸브의 동적거동이 결정되는 특징을 가진다. 엔진밸브의 동적거동은 엔진밸브에 가해지는 응력의 양상과 밀접한 상관관계를 가지기 때문에 엔진(밸브트레인)개발 시 엔진밸브의 내구 안전성을 확보하기 위해서는 엔진구조에 따른 엔진밸브의 동적거동과 피로특성에 대한 연구가 필수적이다. 일반적으로 기계부품의 피로특성 평가는 제품의 안전성을 위한 중요한 요소이다. 주기적인 인장응력으로 인해 피로파괴의 위험이 있는 기계부품들의 경우, S-N 선도를 통한 피로수명 평가방법이 일반적이나 자동차용 엔진밸브는 주기적인 인장응력과 더불어 동적거동에 의한 동하중을 받기에 이를 고려한 피로수명평가방법이 요구된다. 이에 본 연구에서는 엔진밸브의 동적거동에 영향을 미치는 주요 설계인자를 도출하여 엔진 구조에 따른 엔진밸브의 동적거동을 운동방정식의 형태로 나타내였으며 밸브헤드와 밸브시트간의 충돌속도에 의해 엔진밸브의 최대충돌응력이 결정됨을 확인하였다. 또한 FEM 해석을 통해 엔진밸브의 운동방정식으로부터 최대충돌응력을 구하고 피로시험을 통해 최대충돌응력-피로수명 관계를 획득하였다. 엔진밸브 설치환경에 따른 엔진밸브의 피로특성을 평가할 수 있는 최대충돌응력-피로수명 모델을 제시하였으며 해당 모델 사용시 엔진밸브의 설치환경이 피로수명에 미치는 영향을 분석할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 통해 엔진설계 시 엔진부품의 안전성을 확보하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.