KR100269225B1

KR100269225B1 - 금속재료의 피로균열진전율 측정장치

Info

Publication number: KR100269225B1
Application number: KR1019980016294A
Authority: KR
Inventors: 김종엽
Original assignee: 이중구; 삼성테크윈주식회사
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR19990084497A

Abstract

금속재료의 피로균열진전율 측정장치가 개시된다. 개시된 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는, 금속재료의 피로균열진전율을 측정하기 위한 것으로, 상기 금속재료가 내부에 설치되며, 상기 금속재료를 소정 온도로 가열시키기 위한 가열수단이 마련된 내열로와, 상기 금속재료에 형성된 균열이 진전되도록 상기 금속재료의 균열형성부위에 소정 반복응력을 가하는 하중부여수단 및 상기 금속재료에 형성된 균열의 크기를 와류탐상검사에 의해 측정하기 위한 것으로, 중공을 가지는 케이스와, 상기 케이스의 중공에 마련된 철심에 권선된 코일을 구비하여 상기 금속재료의 균열부위에 자장을 형성하는 측정부와, 상기 측정부를 상기 금속재료에 대하여 소정 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 구비한 측정수단을 포함한다.

Description

금속재료의 피로균열진전율 측정장치

본 발명은 금속재료의 피로균열진전율(Fracture Toughness) 측정장치에 관한 것이다.

통상적으로 인장강도보다 낮은 반복하중이 작용하는 금속재료에 균열이 있는 경우에, 그것을 기점으로해서 반복하중을 증가시키지 않더라도 균열이 커져서 파괴한다. 이때, 균열이 커지는 속도가 빠른 재료를 피로균열진전율이 크다고 하며, 균열이 커지는 속도가 늦은 재료를 피로균열진전율이 작다고 한다. 도 1은 이러한 금속재료의 기계적 성질 중 하나인 피로균열진전율을 측정하기 위해서 이용되는 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 시험대상인 금속재료인 시편(11)이 마련되며, 이 시편(11)에는 소정 간극을 가지는 홈(11a) 및 홈(11a)의 길이방향으로 초기 균열(11b)이 형성된다. 그리고, 시편(11)에 형성된 균열(11b)의 균열면에 수직으로 소정 반복응력이 작용하여 초기 균열(11b)이 진전되도록 시편(11)에 반복응력을 작용시키는 하중부여수단(12)이 설치된다. 그리고, 하중반복수단(12)에 의해 시편(11)에 소정 반복응력이 작용하여 시편(11)에 형성된 균열(11b)이 진전됨에 따라 변하는 균열개구변위(Crack Opening Displacement, 13)를 측정하는 균열개구변위 게이지(이하: COD 게이지, 14)가 시편에 마련된 홈에 설치된다. 여기서, 균열개구변위(13)는 균열을 가진 고체가 예를 들면, 균열면에 수직인 반복응력을 받는 경우 상대하는 균열면의 하중축에 평행인 임의의 2점 사이의 변위이다. 그리고, 미설명 부호 15는 COD 게이지(14)로부터 측정되는 데이터를 처리하는 제어부이다.

그리고, COD 게이지(14)를 이용하여 시편(11)에 형성된 균열(11b)이 진전됨에 따라 변하는 상술한 균열개구변위(13)를 측정하는 방법은 다음과 같다. 우선, 하중부여수단(12)에 의해 시편(11)에 반복응력이 작용하지 않은 상태에서 시편(11)에 형성된 초기 균열(11b)에 대한 균열개구변위(13)를 측정한다. 그리고, 하중부여수단(12)에 의해 시편(11)에 소정 반복응력을 가하여 시편(11)에 형성된 균열(11b)을 점진적으로 진전시키면서 균열개구변위(13)를 각각 측정하게 된다.

상술한 바와 같이, 통상적으로 금속재료의 피로균열진전율을 측정하기 위해서는 시험대상인 금속재료의 시편(11)에 초기 균열(11b)을 형성한 후 소정 반복응력을 가하여 균열(11b)의 진전되는 상태를 측정하는 방식이 이용된다. 그리고, 고온하에서 금속재료의 피로균열진전율을 측정하기 위해서는 상술한 바와 같은 장치가 고온이 적용되는 노(16)에 설치되어 측정이 이루어진다. 하지만, 종래의 기술에서는 COD 게이지(14)를 이용하여 시편(11)에 형성된 균열(11b)의 균열개구변위(13)를 측정하게 되는데, 이 COD 게이지(14)는 최고 사용온도가 약 300℃ 내지 500℃이므로 500℃이상의 고온에서는 사용할 수 없었다. 따라서, COD 게이지(14)를 이용하는 종래의 금속재료의 피로균열진전율 측정장치로는 약 500℃ 이상의 고온에서는 시험이 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 고온하에서 금속재료의 피로균열진전율을 안정적으로 측정할 수 있도록 개선된 금속재료의 피로균열진전율 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 금속재료의 피로균열진전율 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,

그리고, 도 2는 본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

21.시편 21a.균열

22.가열수단 23.내열로

24.하중부여수단 25.측정부

26.구동부 27.제어부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는, 금속재료의 피로균열진전율을 측정하기 위한 것으로, 상기 금속재료가 내부에 설치되며, 상기 금속재료를 소정 온도로 가열시키기 위한 가열수단이 마련된 내열로와, 상기 금속재료에 형성된 균열이 진전되도록 상기 금속재료의 균열형성부위에 소정 반복응력을 가하는 하중부여수단 및 상기 금속재료에 형성된 균열의 크기를 와류탐상검사에 의해 측정하기 위한 것으로, 중공을 가지는 케이스와, 상기 케이스의 중공에 마련된 철심에 권선된 코일을 구비하여 상기 금속재료의 균열부위에 자장을 형성하는 측정부와, 상기 측정부를 상기 금속재료에 대하여 소정 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 구비한 측정수단을 포함한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치의 일 실시예로서, 그 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 이 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는 약 500℃ 내지 900℃의 고온 상태에서 금속재료의 피로균열진전율 측정을 가능하도록 한 것으로, 시험대상인 금속재료의 시편(21)이 마련되며, 이 시편(21)의 소정 부위에는 초기 균열(21a)이 형성된다. 그리고, 시편(21)은 소정 가열수단(22)이 마련된 내열로(23)에 설치된다. 이 내열로(23)에 설치된 가열수단(22)은 약 500℃ 내지 900℃의 고온상태까지 내열로(23) 내부를 가열하여 시편(21)이 고온 상태에서 시험이 이루어질 수 있도록 한다. 그리고, 시편(21)에 형성된 초기 균열(21a)이 진전되도록 균열(21a)이 형성된 부위에 소정 반복응력을 가하는 하중부여수단(24)이 설치된다. 이 하중부여수단(24)은 예컨대, 시편(21)에 형성된 초기 균열(21a)면에 수직방향으로 힘이 작용하여 초기 균열(21a)이 진전되도록 시편(21)에 소정 반복응력을 작용시킨다.

그리고, 시편(21)에 형성된 균열(21a)의 크기를 측정하는 측정수단이 설치된다. 이 측정수단은 예컨대, 중공을 가지는 케이스(25b)와, 이 케이스(25b) 중공에 마련된 철심(25c)에 권선된 코일(25a)을 구비하여 시편(21)의 균열부위에 자장을 형성하는 측정부(25)와, 이 측정부(25)를 시편(21)에 대하여 소정 방향으로 이동시키기 위한 구동부(26)를 구비하여 이루어진다.

그리고, 상기 측정수단을 제어하기 위한 제어부(27)가 마련된다. 이 제어부(27)는 측정부(25)로부터 입력되는 신호를 처리하며, 구동부(26)를 제어하여 측정부(25)를 시편(21)에 대하여 적절하게 이동시킨다. 이를 상세하게 설명하면, 시편(21)에 대한 와류탐상검사를 실시하기 위해서, 제어부(27)는 구동부(26)를 동작시켜 측정부(25)의 단부가 시편(21)의 균열부위에 위치하도록 한다. 그리고, 측정부(25)의 코일(25a)에 소정 전류가 인가되면 시편(21)의 균열부위에 자장이 형성되어 와전류가 발생한다. 이때, 제어부(27)는 와전류를 측정부(25)로부터 입력받아 시편(21)의 균열(21a)의 정도를 판단하게 된다.

상술한 바와 같은 와류탐상검사를 통하여 시편(21)에 형성된 균열(21a)의 크기를 정확하게 측정하기 위해서는 시편(21)의 균열부위에 형성되는 자장의 크기가 커져야 한다. 이러한 자장은 코일(25a)의 전기전도도가 우수할수록, 케이스(25b)와 철심(25c)의 전기전도도가 낮을수록 크게 발생하게 된다.

따라서, 측정부(25)에 이용되는 코일(25a)의 재질은 내열성 및 전기전도도가 우수한 예컨대, 구리(Cu)인 것이 바람직하다. 구리의 용융온도는 약 1080℃이므로 약 500℃ 내지 900℃의 온도로 유지되는 내열로(23)에서 이용이 가능하다. 그리고, 측정부(25)에 이용되는 케이스(25b) 및 철심(25c)의 재질은 고온에서 안정적이며, 전기전도도가 낮고 와전류투과가 용이한 예컨대, Sus304인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치를 이용한 시편에 대한 시험은 다음과 같이 이루어진다.

우선, 시편(21)에 형성된 초기 균열(21a)에 대한 크기를 측정하기 위해서 측정부(25)를 균열(21a)이 형성된 위치로 이동시켜서 초기 균열(21a)의 크기를 측정한다. 그리고, 가열수단(22)을 이용하여 시험조건에 의해 설정된 고온 상태로 내열로(23) 내부를 유지시킨다. 그리고, 하중부여수단(24)을 이용하여 시편(21)에 반복응력을 가함으로써 시편(21)에 형성된 초기 균열(21a)을 진전시키면서 각각 균열(21a)의 크기를 측정한다.

그리고, 본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는 와류탐상검사에 의해 시편(21)에 형성된 균열(21a)의 크기를 측정하는데, 이 와류탐상검사를 실시하는 측정부(25)는 내열성 및 전기전도도가 우수한 재질인 코일(25a)과 전기전도도가 낮으며, 와전류투과가 용이한 케이스(25b) 및 철심(25c)으로 이루어지므로 약 500℃ 내지 900℃의 고온하에서도 측정이 가능하다.

그리고, 측정부(25)는 시편(21)에 대하여 이동가능한 구조이므로, 균열(21a)에 대한 측정이 실시되지 않을 때는 측정부(25)를 저온의 위치 예컨대, 내열로(23)의 밖으로 이동시켜서 측정부(25)를 보호한다. 따라서, 내열로(23)를 약 500℃ 내지 900℃의 고온으로 유지시킨 상태에서 측정부(25)를 시편(21)에 대하여 적절하게 이동시킴으로써, 시편(21)에 형성된 균열(21a)이 진전되는 상태를 안정적으로 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는 가열수단을 구비한 내열로에 설치된 시편을 약 500℃ 내지 900℃의 고온으로 유지시킨 상태에서 와류탐상검사에 의해 시편에 형성된 균열의 크기를 안정적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속재료의 피로균열진전율 측정장치는 약 500℃ 내지 900℃의 고온하에서 금속재료의 피로균열진전율에 대한 시험을 안정적으로 실시할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

금속재료의 피로균열진전율을 측정하기 위한 것으로,

상기 금속재료가 내부에 설치되며, 상기 금속재료를 소정 온도로 가열시키기 위한 가열수단이 마련된 내열로;

상기 금속재료에 형성된 균열이 진전되도록 상기 금속재료의 균열형성부위에 소정 반복응력을 가하는 하중부여수단; 및

상기 금속재료에 형성된 균열의 크기를 와류탐상검사에 의해 측정하기 위한 것으로, 중공을 가지는 케이스와, 상기 케이스의 중공에 마련된 철심에 권선된 코일을 구비하여 상기 금속재료의 균열부위에 자장을 형성하는 측정부와, 상기 측정부를 상기 금속재료에 대하여 소정 방향으로 이동시키기 위한 구동부를 구비한 측정수단;을 포함하는 금속재료의 피로균열진전율 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 측정부에 이용되는 코일의 재질은 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 금속재료의 피로균열진전율 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 측정부에 이용되는 케이스 및 철심의 재질은 Sus304인 것을 특징으로 하는 금속재료의 피로균열진전율 측정장치.