페라이트 스테인리스 강의 Chaboche's Model 파라미터 및 저주기 피로거동

Abstract

본 연구에서는 자동차용 배기 다기관에 사용되는 재료의 특성을 평가하고 거동을 적절히 묘사하는데 중점을 두었다. 가솔린 엔진 혹은 디젤 엔진이 작동하면서 폭발 행정에 의하여 발생하는 고온의 가스에 직접적으로 노출이 된다. 그러므로 실제 사용 조건과 유사한 고온에서의 기계적 피로를 해석하여야 하고 재료의 파손을 예측할 수 있는 신뢰성 해석이 중요하다. 이를 위하여 429LM2 스테인리스 강, 436L스테인리스 강의 고온에서의 변형 거동 및 저주기 피로 거동 관찰하고 분석하였다. 그리고 이를 통하여 실제 자동차용 배기 다기관의 거동을 해석할 신뢰성 있는 고온 특성계수를 구하였다. 본 연구에서 위의 목적으로 수행한 피로시험에서 600℃ 이상에서의 저주기 실험의 문제점을 규명하기 위하여 열물성치 시험을 시행하였다. 이로 인하여 680℃ 부근에서의 페라이트 스테인리스 강의 흡열반응을 관찰하였고 이를 미루어 상변태가 있음을 추가실험에서 엔탈피의 변화율을 통하여 직접적으로 확인이 가능하였다. 이러한 실험을 통하여 상변태가 발생하는 구간을 찾아내었고 기존에 실험이 어려웠던 고온에서의 저주기 피로실험을 수행함에 이를 극복하는 실험적 방법을 제안하였다. 최종적으로 자동차용 배기 다기관의 거동을 해석하기 위하여서 비탄성 구성식을 도입 하여야 한다. 이를 위하여 비탄성 구성식중 점소성구성식의 가장 대표적인 식인 Chaboche Model을 도입하였다. 본 모델은 기존의 다른과 비교하여 탄성계수 등의 상수들로부터 독립적인 장점이 있으며, 또한 피로거동을 묘사함에 있어서 경우에 따라 유연한 파라미터의 수의 조정이 가능하고 이로인하여 최소한의 실험데이타로 거동을 묘사할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 페라이트 강의 경우 피로 거동시 탄성계수가 고정된 값으로 유지되지 않는 단점이 있어 최적의 선택이었다. 또한 페라이트 스테인리스 강은 누적 소성변형율에 따른 강화기구와 300-500℃ 사이에 스테인리스 강에서의 특징인 동적변형시효(DSA) 강화현상 및 취성강화로 인하여 같은 변형에 대한 응력의 정도가 변하는 거동을 보여준다. 본래의Chaboche Model 은 이를 반영하지 못하여 본 연구에서 적절한 회귀분석 방법과 변수를 개선하여 실제 이러한 특이현상에 대한 것도 고온특성계수를 구함에 있어 반영하였다.