KR101401257B1 - Monitoring method of metallic glass deformation, bending test method and apparatus for the monitoring method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질 금속재료에 대한 변형정도 모니터링 방법에 관한 것으로, 굽힘 변형 또는 반복적인 굽힘 동작이 수행되는 비정질 금속재료의 전기저항을 측정하여 전단띠 형성 등 재료의 변형에 따른 전기저항의 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 비정질 금속재료 시편에 대한 굽힘시험 방법은, 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링 방법을 적용하는 기준을 설정하기 위한 리본형 비정질 금속재료 시편에 대한 굽힘시험 방법으로서, 리본형 비정질 금속재료 시편에 대하여 인위적인 굽힘 동작을 수행하면서, 상기 비정질 금속재료 시편의 전기저항을 측정한다. 그리고 이를 위한 굽힘시험 장치는, 굽어진 비정질 금속재료 시편의 양쪽 끝이 각각 고정되는 고정면이 서로 마주보며 이격되어 배치된 한 쌍의 지지부재; 상기 지지부재 중에 적어도 하나를 상기 고정면과 수평한 방향으로 직선 왕복운동시키는 이동수단; 및 상기 지지부재에 고정된 비정질 금속재료 시편의 저항을 측정하는 저항계를 포함한다.
본 발명은, 비정질 금속재료의 소성변형에 수반되는 전단띠 증가여부를 저항의 변화를 통하여 측정함으로써, 비정질 금속재료의 변형거동과 특성을 정확하게 시험할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method of monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material, wherein the electrical resistance of the amorphous metal material subjected to bending deformation or repetitive bending operations is measured to measure the change in electrical resistance due to deformation of the material, .
The bending test method for the amorphous metal material specimen of the present invention is a bending test method for a ribbon type amorphous metal material specimen for setting a standard to which a method of monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material is applied, The electrical resistance of the amorphous metal material specimen is measured while performing an artificial bending operation. And a bending test apparatus for the bending test apparatus comprises a pair of supporting members spaced apart from each other and having fixed surfaces on which both ends of the curved amorphous metal material specimen are fixed; Moving means for linearly reciprocating at least one of the support members in a direction parallel to the fixing surface; And an ohmmeter measuring resistance of the amorphous metal material specimen fixed to the support member.
The present invention has the effect of accurately testing the deformation behavior and characteristics of an amorphous metal material by measuring the increase in shear band caused by plastic deformation of the amorphous metal material through a change in resistance.
Description
본 발명은 비정질 금속재료의 변형정도를 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 비정질 금속재료의 굽힘/굽힘 피로 변형시 변형량에 따른 전기적 특성 변화에 관한 상관관계를 통해 비정질 금속재료의 변형정도를 모니터링하는 방법과 그 모니터링 방법을 위한 굽힘시험 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material, and more particularly, to a method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material by monitoring the degree of deformation of the amorphous metal material And a bending test method and apparatus for the monitoring method.
일반적으로, 소성변형은 재료가 가진 탄성한계 이상의 형태변형이 가해진 뒤에 원래의 형태로 돌아가지 못하여 발생하는 영구적인 모양의 변형을 말한다. 이렇게 힘을 가하여 소성변형으로 모양을 바꿀 수 있는 성질을 가소성이라고 한다.Generally, plastic deformation refers to a permanent deformation that occurs due to failure of the material to return to its original shape after the shape deformation exceeds the elastic limit of the material. This is called plasticity, which is the ability to change shape by plastic deformation.
결정질 재료에서 소성변형은 그 재료의 구조와 재료 내에 존재하는 결정학적 결함들과 밀접한 상관관계를 가지며, 재료 내부에 존재하는 선결함인 전위(dislocation)의 이동을 통해 소성변형이 이루어진다.Plastic deformation in crystalline materials is closely related to the structure of the material and to the crystallographic defects present in the material and plastic deformation occurs through the movement of dislocation, a line defect present inside the material.
그러나 비정질 재료는 원자들이 무질서하게 배열된 상태여서 전위가 존재하지 않기 때문에 결정질 재료에 대한 변형 메커니즘으로 비정질 재료의 변형거동을 설명하지 못하였다. 이후에 계속적인 연구를 통하여, 비정질 재료는 물질의 자유부피(free volume) 생성과 관련된 전단띠(shear band)의 생성과 전파를 통해서 소성변형이 이루어지는 것으로 알려져 있다. 한편, 실제 재료의 사용 환경과 유사한, 소성변형을 수반하지 않는 응력의 반복에 의하여 재료가 파괴되는 피로파괴에 있어서도 비정질 재료는 자유부피의 변화와 전단띠 생성 및 전파가 중요한 역할을 한다.However, the amorphous material does not explain the deformation behavior of the amorphous material due to the deformation mechanism for the crystalline material because the atoms are randomly arranged and no potential exists. Through subsequent studies, amorphous materials are known to undergo plastic deformation through the generation and propagation of shear bands associated with the formation of free volume of materials. On the other hand, in the fatigue fracture, in which the material is broken by repetition of the stress which is not accompanied by the plastic deformation, similar to the use environment of the actual material, the change of the free volume and the shear band generation and propagation play an important role in the amorphous material.
따라서 금속계 비정질 재료의 변형거동을 이해하기 위해서는 전단띠가 어떻게 생성되고 전파하는지에 대한 이해가 필요하다. 이를 위하여 본 발명의 발명자는 굽힘 동작 수행 과정에서 발생하는 전단띠를 관찰하기 위하여, 조명과 광학현미경을 통해서 전단띠를 촬영하는 장치를 개발하여 출원 및 등록받았다.(대한민국 등록특허 10-1093347)Therefore, in order to understand the deformation behavior of metal amorphous materials, it is necessary to understand how the shear band is generated and propagated. For this purpose, the inventor of the present invention has developed a device for photographing a shear band through illumination and an optical microscope in order to observe the shear band generated in the process of performing the bending operation, and has been filed and registered (Korean Patent No. 10-1093347).
그러나 광학현미경을 통해 굽힘시험시 전단띠를 촬영하여 분석하는 것은 국부적인 영역에 국한된 전단띠의 생성 및 전파 거동만을 관찰할 수 있고, 촬영된 이미지에 나타난 전단띠의 수를 직접 카운트해서 계산하기 때문에 분석결과 산출에 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서 더욱 간단하고 정교한 방법으로 비정질 재료의 변형시 생성되는 전단띠의 형성 거동을 예측해 사용 환경에서 변형정도를 모니터링하는 방법 및 장비에 대한 개발이 계속 요구되고 있다.However, by analyzing the shear band during the bending test through the optical microscope, only the generation and propagation behavior of the shear band localized in the local region can be observed, and the number of shear bands shown in the captured image is directly counted There is a disadvantage that it takes time to calculate the analysis result. Therefore, there is a continuing need to develop a method and an apparatus for monitoring the degree of deformation in the use environment by predicting the formation behavior of the shear band generated in deformation of the amorphous material by a simpler and more sophisticated method.
그리고 대한민국 등록특허 10-1093347에서는 굽힘피로시험을 위하여 한 쌍의 지지부재 사이에 시편을 U자 형상으로 굽혀서 위치시킨 뒤에 지지부재 사이의 거리를 반복적으로 조절하는 방법을 적용하였다. 그러나 지지부재 사이의 간격을 조절하여 유발된 시편의 변형거동은 시편의 일부분에만 변형에 의한 응력이 집중되어 비정질 재료 자체의 총 변형특성을 파악하기에는 어렵다. 또한, 실제로 사용되는 재료에 가해지는 응력과 차이가 있어 비정질 금속재료의 정확한 변형특성을 측정하지 못하였다.
In Korean Patent No. 10-1093347, a method of repeatedly adjusting the distance between the support members after bending the specimen in a U-shape between a pair of support members for bending fatigue test was applied. However, the deformation behavior of the specimens induced by adjusting the spacing between the support members is difficult to grasp the total deformation characteristics of the amorphous material itself due to the concentration of stress due to deformation only in a part of the specimen. In addition, there is a difference between the stress applied to the material actually used and the precise deformation characteristics of the amorphous metal material can not be measured.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 리본 형태의 비정질 금속재료의 굽힘/굽힘 피로 변형시 변형량에 따른 전기적 특성 변화에 관한 상관관계를 통해 비정질 금속재료의 변형정도를 모니터링하는 방법과 그 모니터링 방법을 위한 굽힘시험 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method of monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material through correlation between changes in electrical characteristics of bending / bending fatigue deformation of ribbon- And a bending test method and apparatus for the monitoring method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링 방법은, 비정질 금속재료에 대한 변형정도 모니터링 방법으로서, 굽힘 동작이 수행되는 비정질 금속재료 시편의 전기저항을 측정하여 전단띠 형성에 따른 전기저항의 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material, the method comprising the steps of measuring an electrical resistance of an amorphous metal material sample to be subjected to a bending operation, And a change in electrical resistance is measured.
본 발명의 발명자들은 비정질 합금의 소성 변형 특성을 측정할 방법을 연구하는 과정에서, 우선적으로 시편을 굽어진 변형부와 변형부의 양쪽에서 위치하며 서로 평행하게 마주보는 직선부로 구분되도록 한 상태에서, 직선부와 맞닿아 있는 부분을 서로 다른 속도로 움직이면서 간격을 조종함에 의해 시편에 변형을 가하여 전단띠 생성을 유발하는 것과 동시에 전기저항의 변화를 모니터링 할 수 있는 장치를 개발하였다. 이를 통해, 비정질 금속재료 내에 형성된 전단띠(shear band) 수에 따라서 비정질 금속재료의 전기저항이 직선적으로 증가하는 것을 확인하고, 이러한 특성을 이용하여 전기저항의 변화를 측정함으로써 비정질 금속재료 내에 자유부피 변화 및 전단띠의 형성 및 전파와 관계된 비정질 합금의 변형 정도를 확인하는 변형정도 모니터링 방법을 발명하였다.The inventors of the present invention have studied the method of measuring the plastic deformation characteristics of an amorphous alloy in a state where the specimen is divided into a straight portion which is located at both the deformed portion and the deformed portion which are bent and parallel to each other, We developed a device that can detect the change of electrical resistance while inducing the generation of shear band by applying the deformation to the specimen by controlling the gap while moving the part touching the part at different speeds. Through this, it was confirmed that the electrical resistance of the amorphous metal material linearly increased according to the number of shear bands formed in the amorphous metal material, and by measuring the change of electric resistance by using this property, And a deformation degree monitoring method which confirms the deformation degree of the amorphous alloy related to the formation and propagation of the shear band.
그리고 본 발명의 비정질 금속재료 시편에 대한 굽힘시험 방법은, 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링 방법을 적용하는 기준을 설정하기 위한 리본형 비정질 금속재료 시편에 대한 굽힘시험 방법으로서, 리본형 비정질 금속재료 시편에 대하여 인위적인 굽힘 동작을 수행하면서, 상기 비정질 금속재료 시편의 전기저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.The bending test method for the amorphous metal material specimen of the present invention is a bending test method for a ribbon type amorphous metal material specimen for setting a standard to which a method of monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material is applied, The electric resistance of the amorphous metal material sample is measured while performing an artificial bending operation with respect to the amorphous metal material sample.
굽힘 동작이 수행되는 비정질 금속재료의 저항을 측정하여 변형정도를 모니터링하기 위해서는 해당 금속재료에 대하여 굽힘시험을 수행하여 얻어진 기준 데이터가 필요하며, 이는 리본형 비정질 금속재료 시편에 인위적인 굽힘동작을 인가하면서 저항을 측정하는 방법으로 얻을 수 있다.In order to measure the resistance of the amorphous metal material on which the bending operation is performed and to monitor the degree of deformation, reference data obtained by performing a bending test on the metal material is required. This is done by applying an artificial bending operation to the ribbon- And measuring the resistance.
이때, 비정질 금속재료 시편에 대하여 반복적인 굽힘 동작이 수행되도록 하기 위하여, 시편을 U자 형상으로 구부려서 굽어진 변형부와 변형부의 양쪽에서 위치하며 서로 평행하게 마주보는 직선부로 구분되도록 한 상태에서, 직선부가 마주하는 간격을 유지하면서 직선부 중에 적어도 한 부분을 직선방향으로 왕복운동(reciprocating motion) 시켜 변형부가 형성된 위치가 이동하도록 하였다.In this case, in order to perform repetitive bending operations with respect to the amorphous metal material specimen, in a state in which the specimen is bent in a U-shape and is located at both of the bent portion and the deformed portion and is divided into parallel straight facing portions, At least one portion of the rectilinear portion is reciprocatingly moved in a linear direction while maintaining a gap between the adjacent rectilinear portions.
본 발명은 리본형태의 비정질 금속재료 시편을 U자형으로 구부리고 한쪽 끝만을 길이방향으로 직선왕복운동시킴으로써, 굽어진 부분의 위치 변화에 따라서 시편을 굽혔다가 완전히 펴는 것과 같은 형태변화를 반복하여 실제 사용환경과 유사한 재료의 피로 특성을 파악할 수 있다.The present invention relates to an amorphous metal material specimen which is bent in a U-shape in the form of a ribbon and linearly reciprocating only one end in the longitudinal direction, thereby repeatedly deforming the specimen in accordance with a change in the position of the bent portion, And fatigue characteristics of materials similar to those of the prior art.
또한, 직선부가 마주하는 간격을 조절하여 변형부의 길이를 변경함으로써, 시편의 변형률을 조절할 수 있으며, 직선부의 왕복운동 거리(sliding distance)가 한 사이클 동안 변형이 일어나는 영역의 총 길이보다 짧은 것이 바람직하다.Also, it is preferable that the strain of the specimen can be adjusted by changing the length of the deformed portion by adjusting the gap between the straight portions, and it is preferable that the sliding distance of the straight portion is shorter than the total length of the region where deformation occurs during one cycle .
비정질 금속재료 시편에 대하여 소성변형을 유발하는 굽힘 동작이 수행되도록 하기 위한 다른 방법으로, 시편을 U자 형상으로 구부려서 굽어진 변형부와 변형부의 양쪽에서 위치하며 서로 평행하게 마주보는 직선부로 구분되도록 한 상태에서, 직선부가 마주하는 간격 및 간격 변화 속도를 변화시키는 방법도 가능하다.Another method for performing a bending operation to cause plastic deformation of the amorphous metal material specimen is to bend the specimen in a U-shape and to place it in a straight line segment which is located at both the bent portion and the deformed portion and parallel to each other , It is also possible to change the interval and interval changing speed at which the straight line faces each other.
본 발명의 다른 형태에 의한 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 장치는, 굽어진 비정질 금속재료 시편의 양쪽 끝이 각각 고정되는 고정면이 서로 마주보며 이격되어 배치된 한 쌍의 지지부재; 상기 지지부재 중에 적어도 하나를 상기 고정면과 수평한 방향으로 직선 왕복운동시키는 이동수단; 및 상기 지지부재에 고정된 비정질 금속재료 시편의 저항을 측정하는 저항계를 포함한다.A bending test apparatus for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material according to another aspect of the present invention includes: a pair of support members spaced apart from each other with fixed surfaces on which both ends of a curved amorphous metal material specimen are fixed; Moving means for linearly reciprocating at least one of the support members in a direction parallel to the fixing surface; And an ohmmeter measuring resistance of the amorphous metal material specimen fixed to the support member.
이때, 지지부재 사이의 간격을 모터와 마이크로미터를 활용하여 조절하는 간격조절 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to further include a gap adjusting means for adjusting the gap between the support members by using a motor and a micrometer.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 모니터링 방법은, 비정질 금속재료의 소성변형에 수반되는 자유부피 변화와 전단띠 증가여부를 저항의 변화를 통하여 측정함으로써, 비정질 금속재료의 변형거동과 특성을 정확하게 시험할 수 있는 효과가 있다.The monitoring method of the present invention constructed as described above can precisely test the deformation behavior and characteristics of an amorphous metal material by measuring the change in free volume and the increase in shear band accompanying the plastic deformation of the amorphous metal material through a change in resistance There is an effect that can be.
또한, 본 발명의 굽힘시험 방법은 리본형태의 비정질 금속재료 시편을 U자형으로 구부리고 한쪽 끝만을 길이방향으로 직선왕복운동시킴으로써, 굽어진 부분의 위치 변화에 따라서 시편을 굽혔다가 펴는 것과 같은 형태변화를 반복하여 재료의 실제 사용환경과 유사한 조건에서 변형특성을 파악할 수 있다.In addition, the bending test method of the present invention is a bending test method in which a specimen of a ribbon-like amorphous metal material is bent into a U-shape and only one end of the specimen is linearly reciprocated in the longitudinal direction, thereby changing the shape of the specimen as it is bent and spreaded according to the change in the position of the bent portion The strain characteristics can be grasped repeatedly under conditions similar to the actual operating environment of the material.
본 발명은 플렉서블 디바이스 등 전자부품에 활용되는 이종재료의 표면에 코팅된 형태의 비정질 소재 등에 대한 변형정도를 모니터링 하는데도 유용하게 활용할 수 있다. The present invention can be usefully used for monitoring the degree of deformation of an amorphous material coated on the surface of different materials used for electronic parts such as flexible devices.
도 1은 비정질 금속재료 내에 형성된 전단띠의 수와 전기저항의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 금속재료 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 실시예의 굽힘시험을 수행하는 경우에 리본형태 시편의 변형상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 실시예의 굽힘시험 방법에 의해 시험되는 시편을 변형정도에 따라서 구역을 분리한 도면이다.
도 5는 본 실시예의 굽힘시험 방법에 의해 시험되는 시편에 가해지는 힘을 계산하기 위한 모형을 나타낸다.
도 6은 본 실시예의 굽힘시험 결과에 의한 비정질 금속재료 시편의 피로파괴 그래프이다.
도 7은 본 실시예의 굽힘시험 에 따른 비정질 금속재료 시편의 저항 변화를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing a correlation between the number of shear bands formed in an amorphous metal material and electrical resistance.
2 is a schematic diagram showing a bending test apparatus for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a deformation state of a ribbon-shaped specimen in the case of performing the bending test of this embodiment.
Fig. 4 is a view showing a specimen to be tested according to the bending test method of this embodiment, which is divided into zones according to the deformation degree.
Fig. 5 shows a model for calculating a force applied to a specimen to be tested by the bending test method of this embodiment.
6 is a fatigue fracture graph of an amorphous metal material specimen according to a bending test result of this embodiment.
7 is a graph showing the resistance change of the amorphous metal material specimen according to the bending test of this embodiment.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명의 발명자들은 비정질 합금의 소성 변형 정도를 모니터링할 방법을 연구하는 과정에서, 비정질 금속재료 내에 형성된 전단띠(shear band)의 양에 따라서 비정질 금속재료의 전기저항이 변화하는 것을 확인하였다.The inventors of the present invention found that the electrical resistance of the amorphous metal material changes according to the amount of the shear band formed in the amorphous metal material in the process of monitoring the degree of plastic deformation of the amorphous alloy.
도 1은 비정질 금속재료 내에 형성된 전단띠의 수와 전기저항의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 도시된 그래프는 Zr50Cu40Al10 비정질 합금에 대하여 측정된 값이다. 도시된 것과 같이, 비정질 합금 내에 형성된 전단띠의 수가 증가할수록 비정질 합금의 저항도 증가한다.1 is a graph showing a correlation between the number of shear bands formed in an amorphous metal material and electrical resistance. The graph shown is a value measured for a Zr 50 Cu 40 Al 10 amorphous alloy. As shown, the resistance of the amorphous alloy increases as the number of shear straps formed in the amorphous alloy increases.
이러한 특성을 이용하여 비정질 금속재료의 전기저항의 변화를 측정함으로써, 비정질 금속재료 내에 자유부피 변화 및 전단띠 형성 등의 구조적 변화와 관계된 비정질 합금의 변형정도를 확인하는 변형정도 모니터링 방법을 발명하였다.By measuring the change in the electrical resistance of the amorphous metal material using these characteristics, a deformation degree monitoring method is disclosed which confirms the degree of deformation of the amorphous alloy related to structural changes such as free volume change and shear band formation in the amorphous metal material.
한편, 비정질 금속재료의 저항을 측정하여 변형정도를 모니터링하기 위해서는 해당 금속재료에 대하여 굽힘시험을 수행하여 얻어진 기준 데이터가 필요하며, 이에 본 발명자들은 리본형 비정질 금속재료 시편에 인위적인 굽힘동작을 인가하면서 저항을 측정하는 굽힘시험 방법을 발명하였다.Meanwhile, in order to monitor the degree of deformation of the amorphous metal material by measuring the resistance, reference data obtained by performing a bending test on the metal material is required. Accordingly, the present inventors have found that, by applying an artificial bending operation to a ribbon- A bending test method for measuring resistance was invented.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 금속재료 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 장치를 나타내는 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a bending test apparatus for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material according to an embodiment of the present invention.
본 실시예의 시험 장치는 베이스(100) 위에 평행하게 마주보며 위치하는 한 쌍의 지지부재(300a, 300b)와 지지부재(300a, 300b)에 설치된 리본형태의 비정질 금속재료의 저항을 측정하는 저항계(500)를 포함하여 구성되며, 하부 지지부재(300a)를 수평방향으로 직선 왕복운동시키는 이송수단(400)과 상부 지지부재(300b)를 고정하고 지지부재(300a, 300b) 사이의 간격을 조절할 수 있는 수직부(200)를 구비한다. The test apparatus of this embodiment includes a pair of
베이스(100)는 여러 구성부분들을 고정하고 지지하는 부분이다.The
지지부재(300a, 300b)는 측정대상인 리본형태의 비정질 금속재료 시편을 고정하고, 시편에 굽힘 변형에 의한 응력을 가하는 부분이다. 지지부재(300a, 300b)는 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b)로 구성되며, 한 쌍의 지지부재는 서로 마주하며 소정거리 이격되어 평행하게 배치된다. 지지부재(300a, 300b)의 서로 마주하는 면의 사이에 측정대상 시편이 위치되며, 측정대상 시편의 양 단이 한 쌍의 지지부재에 각각 고정된다.The
수직부(200)는 베이스(100) 위에 설치되며, 상부 지지부재(300b)의 위치를 고정하여 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b)가 일정한 간격을 유지하도록 한다. 특히, 수직부(200)는 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b) 사이의 간격을 조절하기 위하여 상부 지지부재(300b)의 높이를 조절하는 장치를 구비한다. 또한, 지지부재 사이의 간격을 일정한 속도로 줄이거나 늘이는 것이 가능하도록 모터를 이용하여 시스템(도시되지 않음)을 구축하였다. The
이송수단(400)은 베이스(100) 위에 설치되어, 하부 지지부재(300a)를 수평방향으로 직선왕복운동 시키는 부분이다. 이송수단(400)은 모터의 회전력을 모터에 연결된 로드(410)의 직선왕복운동으로 변환하는 구조가 일반적이며, 로드(410)에 연결된 하부 지지부재(300a)를 직선왕복운동 시킨다. 특히, 이송수단(400)은 하부 지지부재(300a)가 직선왕복운동하는 거리를 조절할 수 있는 장치를 구비한다.The conveying means 400 is a portion provided on the
저항계(500)는 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b) 사이에 고정된 측정 대상 시편의 저항을 측정하는 부분이며, 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b)에 각각 형성된 전극에 연결된다.The
도 3은 본 실시예의 굽힘시험을 수행하는 경우에 리본형태 시편의 변형상태를 나타내는 모식도이다.3 is a schematic view showing a deformation state of a ribbon-shaped specimen in the case of performing the bending test of this embodiment.
리본형태의 비정질 금속재료 시편(10)은 하부 지지부재(300a)와 상부 지지부재(300b)의 사이에 U자 형태로 굽어져 위치하며, 각 지지부재(300a, 300b)의 전극(310a, 310b)에 접촉된다. The ribbon-shaped amorphous
시편(10)은 지지부재(300a, 300b)에 접하여 직선상태를 유지하는 직선부(10a)와 지지부재(300a, 300b)의 사이에서 곡선으로 굽어져 변형된 변형부(10b)로 구분할 수 있으며, 하부 지지부재(300a)가 수평방향으로 직선왕복운동을 함에 따라서 변형부(10b)의 위치가 변한다. 변형부(10b)의 위치변화에 따라서 시편을 굽혔다가 완전히 펴는 것과 같은 변형상태를 반복할 수 있다.The
이때, 하부 지지부재(300a)가 직선왕복운동하는 거리에 따라서 시편의 변형부위에 차이가 생긴다. At this time, there is a difference in the deformation portion of the specimen depending on the distance that the
본 실시예의 굽힘시험 방법에서는 하부 지지부재(300a)의 직선왕복운동에 따라 시편의 변형부(10b)의 위치가 변경되기 때문에 시편 내에서 변형된 곡선상태가 이동하는 영역이 생기게 되며, 이 영역의 총 거리보다 하부 지지부재(300a)의 직선왕복운동 거리가 짧게 진행되는 것이 바람직하다. 이 경우에 변형부(10b)의 위치가 변경되어도 시편의 일부분은 계속 변형된 곡선상태를 유지하며 일정한 응력만을 받게 되고, 일부분은 직선상태와 곡선상태(굽힘 변형된 상태)를 반복하며 피로 조건 하게 있게 된다.In the bending test method of this embodiment, since the position of the
도 4는 본 실시예의 굽힘시험 방법에 의해 시험되는 시편을 변형 정도에 따라서 구역을 분리한 도면이다.Fig. 4 is a view showing a specimen to be tested according to the bending test method of this embodiment, which is divided into zones according to the deformation degree.
도면에서, 시편의 양쪽 끝에 16으로 표시된 부분은 계속하여 직선상태를 유지하는 부분이고, 시편의 가운데에 12로 표시된 부분은 계속하여 곡선의 변형상태를 유지하는 부분이며, 16과 12의 사이에 14로 표시된 부분은 하부 지지부재의 직선왕복운동에 따라서 직선상태와 변형상태를 반복하는 부분이다. 따라서 12번 부분에는 상시적인 변형응력이 인가되며, 14번 부분에는 일시적인 변형응력이 반복적으로 가해진다. 굽힘피로시험을 수행하는 경우에 12번 부분은 지속적인 응력을 받지만 소성변형보다 작은 응력이므로 문제가 없으며, 14번 부분은 반복적인 응력을 받아서 피로파괴가 발생할 수 있다.In the figure, the portion indicated by 16 on both ends of the specimen continues to be in a straight line state, and the portion indicated by 12 in the center of the specimen continues to be the deformed state of the curve. Is a portion that repeats the linear state and the deformation state in accordance with the linear reciprocating motion of the lower support member. Therefore, the constant deformation stress is applied to the 12th part, and the temporary deformation stress is repeatedly applied to the 14th part. When the bending fatigue test is carried out, the
한쪽 14번 부분 끝에서 12번 부분 끝까지의 거리는 변형부의 길이에 해당되고 하부 지지부재와 상부 지지부재 사이의 간격에 의해서 결정되며, 시편에서 14번 부분 하나의 길이가 하부 지지부재의 직선왕복운동 거리이다. 따라서 지지부재 사이의 간격이 일정한 상태에서 하부 지지부재의 직선왕복운동 거리가 길어지면, 14번 부분이 길어지면서 12번이 짧아진다. The distance from the end of the
이때, 직선왕복운동의 거리가 변형부의 길이보다 길어지면, 14번 부분이 가운데 쪽에서 중첩되어 하부 지지부재가 1회 왕복운동하는 동안에 2번의 굽힘 변형을 받는 부분이 형성되기 때문에 주의하여야 한다. At this time, if the distance of the linear reciprocating motion is longer than the length of the deformed portion, care should be taken that the portion where the 14th portion is overlapped at the center and the lower supporting member is subjected to the bending deformation twice during one reciprocating motion is formed.
한편, 시편에 가해지는 힘은 다음과 같이 계산할 수 있다.On the other hand, the force exerted on the specimen can be calculated as follows.
도 5는 본 실시예의 굽힘시험 방법에 의해 시험되는 시편에 가해지는 힘을 계산하기 위한 모형을 나타낸다.Fig. 5 shows a model for calculating a force applied to a specimen to be tested by the bending test method of this embodiment.
시편에 가해지는 힘을 계산하는 식을 단순화하기 위하여, 위에 그림과 같이 몇 가지 가정을 한다. 우선, 변형부는 정확한 반원을 형성하며 변형부가 형성하는 반원의 반지름은 r이다. 그리고 응력-변형률 곡선의 상수는 탄성변형 영역과 소성변형 영역의 직선 구역으로 구분된다.To simplify the equation for calculating the force applied to the specimen, some assumptions are made as shown above. First, the deformed part forms an exact semicircle, and the radius of the semicircle formed by the deformed part is r. And the constant of the stress - strain curve is divided into the elastic strain zone and the plastic zone.
아래 그림과 같이, 반원형으로 굽어진 시편에 가해지는 응력이 항복응력보다 약하거나 같은 경우에는 전체적으로 탄성변형만 발생하지만, 응력이 항복응력보다 강한 경우에는 탄성변형과 소성변형이 동시에 발생한다.As shown in the figure below, if the stress applied to the semicircular specimen is weaker or equal to the yield stress, only the elastic deformation as a whole occurs. However, when the stress is stronger than the yield stress, both elastic deformation and plastic deformation occur simultaneously.
먼저, 응력이 항복응력보다 작거나 같은 경우 시편에 가해지는 힘(P)은 다음과 같다.First, the force (P) applied to the specimen when the stress is less than or equal to the yield stress is as follows.
그리고 응력이 항복응력보다 큰 경우 시편에 가해지는 힘(P)은 다음과 같다.And the stress (P) applied to the specimen when the stress is greater than the yield stress is as follows.
여기서, D는 지지부재 사이의 간격이고, E는 영률(Young's modules) 값이고, σY는 항복응력이고, w는 시편의 폭이며, d는 시편의 두께이다. 상기 수식에서 동일한 시편에 대하여 변화가 가능한 값은 지재부재 사이의 간격 D이며, 지지부재 사이의 간격이 좁아질수록, 즉 변형량이 커질수록 시편에 가해지는 응력이 커지는 것을 알 수 있다.Where D is the spacing between the support members, E is the Young's modulus value, Y is the yield stress, w is the width of the specimen, and d is the thickness of the specimen. In the above equation, a value that can be changed with respect to the same specimen is the spacing D between the support members. It can be seen that as the distance between the support members becomes narrower, that is, as the amount of deformation increases, the stress applied to the specimen increases.
이하에서는 실제 시편에 대하여 본 실시예의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 장비 및 방법을 적용한 결과를 살펴본다.Hereinafter, results of applying the bending test equipment and method for monitoring the deformation degree of the present embodiment to actual specimens will be described.
시편은 Zr50Cu40Al10 비정질 금속재료를 폭 4mm, 두께 0.085mm 및 길이 70mm의 리본형태로 제작하였다. Zr50Cu40Al10 비정질 금속재료의 영률은 1.01×105kg/mm이다.The specimen was made of Zr 50 Cu 40 Al 10 amorphous metal material in the shape of ribbon with width of 4 mm, thickness of 0.085 mm and length of 70 mm. Zr 50 Cu 40 Al 10 The Young's modulus of the amorphous metal material is 1.01 × 10 5 kg / mm.
도 6은 본 실시예의 굽힘시험 결과에 의한 비정질 금속재료 시편의 피로파괴 그래프이다. y축은 시편의 변형률이며, x축은 굽힘시험 회수이다. 6 is a fatigue fracture graph of an amorphous metal material specimen according to a bending test result of this embodiment. The y-axis is the strain of the specimen, and the x-axis is the number of bending tests.
앞선 수식에서 나타난 것과 같이 본 실시예의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험에서 변형률은 시편에 가해지는 응력과 관련되며 변형률이 커질수록 응력이 커진다. 굽힘시험 회수는 하부 지지부재가 직선왕복운동을 하여 제자리로 돌아오는 것을 1회로 계산하였다. 파괴시점은 저항계에서 시편이 단락되는 것으로 확인이 가능하다.As shown in the above equation, in the bending test for the deformation degree monitoring of this embodiment, the strain relates to the stress applied to the specimen, and the larger the strain, the greater the stress. The number of bending tests was calculated once that the lower support member made a linear reciprocating motion and returned to its original position. The breakdown point can be confirmed by shorting the specimen in the ohmmeter.
그래프에 따르면, 변형률이 감소하여 시편에 가해지는 응력이 감소할수록 시험 횟수가 증가하며, Zr50Cu40Al10 비정질 금속재료는 약 1.082%의 변형률에서 피로한도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.The graph shows that as the strain decreases and the stress applied to the specimen decreases, the number of tests increases and the Zr 50 Cu 40 Al 10 amorphous metal material exhibits a fatigue limit at a strain of about 1.082%.
이를 통하여, 본 실시예의 굽힘시험 장치를 이용하여 리본형태의 비정질 금속재료의 굽힘피로시험을 수행하여 피로한도를 구하여 변형정도 모니터링에 적용할 수 있는 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the bending fatigue test of the ribbon-shaped amorphous metal material was carried out by using the bending test apparatus of this embodiment, and the fatigue limit was obtained and it was applicable to the monitoring of the degree of deformation.
도 7은 본 실시예의 굽힘시험 에 따른 비정질 금속재료 시편의 저항 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the resistance change of the amorphous metal material specimen according to the bending test of this embodiment.
비정질 금속재료는 굽힘피로시험에서 3단계의 과정을 거치는데, 본 실시예의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험에서 3단계 과정이 저항값의 변화를 통해서 명확하게 표시되는 것을 확인할 수 있다.The amorphous metal material is subjected to a three-step process in the bending fatigue test. In the bending test for monitoring the degree of deformation of the present embodiment, the three-step process is clearly shown through the change of the resistance value.
제1단계는 비정질 금속재료의 내부에서 자유 부피가 증가하는 영역이 형성되는 확장(dilatation)거동 단계이며, 전기저항 변화 기울기가 7.94×10-6을 나타내어 매우 조금씩 증가한다.The first step is a step of dilatation in which a region where the free volume increases in the amorphous metal material is formed, and the slope of the electrical resistance change is 7.94 × 10 -6 and increases very little.
제2단계는 자유 부피 증가 영역의 뭉침 또는 연결 현상의 결과로 전단띠가 생성되고 전파되는 단계이며, 전기저항 변화 기울기는 2.94×10-5을 나타내어 저항이 상대적으로 빠르게 증가한다.In the second step, the shear band is generated and propagated as a result of the bunching or connecting phenomenon of the free volume increase region, and the resistance change slope is 2.94 × 10 -5, and the resistance increases relatively quickly.
제 3단계는 전단띠가 활성화되어 크랙이 생성되고 전파되는 단계이며, 전기저항 변화 기울기가 6.45×104을 나타내어 전기저항이 급격하게 증가한다.In the third step, the shear band is activated and cracks are generated and propagated. The slope of electrical resistance change is 6.45 × 10 4, and the electrical resistance increases sharply.
이상의 결과를 통해서 비정질 금속재료의 전기저항 변화는 비정질 금속재료의 변형정도를 반영하는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 굽힘시험결과를 바탕으로 전기저항 변화를 진단 패치 등을 사용하여 모니터링 함으로써 비정질 금속재료의 변형 정도를 평가 및 예측할 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be confirmed that the electrical resistance change of the amorphous metal material reflects the degree of deformation of the amorphous metal material. Based on the results of the bending test, the electrical resistance change is monitored using a diagnostic patch, It can be estimated and predicted.
또한, 이상에서는 리본 형태의 시편에 대한 굽힘시험에 대하여 기재하였으나, 이러한 굽힘시험 결과가 리본 형태의 비정질 금속재료의 모니터링에만 적용되는 것은 아니다. 무정형 구조를 가지는 비정질 금속의 특성을 적용하여 리본 시편 변형시의 저항 변화와 벌크 시편 변형시의 저항 변화사이의 상관관계를 도출함으로써, 리본형 시편의 굽힘시험 결과를 벌크 시편의 유효 수명 예측 및 변형정도 모니터링에 적용할 수 있다.
The bending test for the ribbon-shaped specimen has been described above. However, the results of the bending test are not limited to the monitoring of the ribbon-shaped amorphous metal material. The bending test results of ribbon type specimens were compared with the effective life prediction and deformation of bulk specimens by applying the characteristics of amorphous metal with amorphous structure to derive the correlation between the resistance change at the time of deformation of the ribbon specimen and the resistance change at the deformation of the bulk specimen. It can be applied to the degree monitoring.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 시편 10a: 직선부
10b: 변형부 100: 베이스
200: 수직부 300a, 300b: 지지부재
310a, 310b: 전극 400: 이송수단
410: 로드 500: 저항계10:
10b: Deformation portion 100: Base
200:
310a, 310b: Electrode 400:
410: load 500: ohmmeter
Claims (8)
굽힘 동작이 수행되는 비정질 금속재료의 전기저항을 측정하여 자유부피 변화 및 전단띠 형성에 따른 전기저항의 변화율을 측정하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링 방법.
A method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material,
And measuring the electrical resistance of the amorphous metal material on which the bending operation is performed to measure a change in free volume and a rate of change in electrical resistance according to formation of the shear band.
리본형 비정질 금속재료 시편에 대하여 인위적인 굽힘 동작을 수행하면서, 상기 비정질 금속재료 시편의 전기저항의 변화율을 측정하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 방법.
A bending test method for a ribbon-like amorphous metal material specimen for setting a criterion to which a method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material according to claim 1 is applied,
A bending test method for monitoring the degree of deformation of an amorphous metal material, characterized in that an amorphous metal material specimen is subjected to an artificial bending operation while measuring the rate of change of electric resistance of the amorphous metal material specimen.
상기 비정질 금속재료 시편에 대하여 수행되는 인위적인 굽힘 동작이,
상기 시편을 U자 형상으로 구부려, 상기 시편을 굽어진 변형부와 상기 변형부의 양쪽에서 위치하며 서로 평행하게 마주보는 직선부로 구분되도록 한 상태에서,
상기 직선부가 마주하는 간격을 유지하면서 상기 직선부 중에 적어도 한 부분을 직선방향으로 왕복운동시켜 상기 변형부가 형성된 위치가 이동하도록 함으로써 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 방법.
The method of claim 2,
Wherein an artificial bending operation to be performed on the amorphous metal material specimen is performed,
The specimen is bent in a U-shape, and the specimen is divided into a bent portion located at both of the bent portion and the deformed portion and a straight portion facing each other in parallel,
Wherein the bending for monitoring the degree of deformation of the amorphous metal material is performed by repeating at least one portion of the straight line portion while reciprocatingly moving the linear portion while keeping the gap between the straight portions, Test Methods.
상기 직선부가 마주하는 간격을 조절하여 상기 변형부의 길이를 변경함으로써, 시편의 변형률을 조절하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 방법.
The method of claim 3,
Wherein a strain of the specimen is adjusted by adjusting a distance between the straight line portion and the length of the deformed portion.
상기 직선부의 왕복운동 거리가 상기 변형부 영역의 총 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 방법.
The method of claim 3,
Wherein the distance of the reciprocating motion of the straight line portion is shorter than the total length of the deformed portion region.
상기 비정질 금속재료 시편에 대하여 수행되는 인위적인 굽힘 동작이,
상기 시편을 U자 형상으로 구부려, 상기 시편을 굽어진 변형부와 상기 변형부의 양쪽에서 위치하며 서로 평행하게 마주보는 직선부로 구분되도록 한 상태에서,
상기 직선부가 마주하는 간격 및 간격 변화 속도를 변화시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속재료의 변형정도 모니터링을 위한 굽힘시험 방법.
The method of claim 2,
Wherein an artificial bending operation to be performed on the amorphous metal material specimen is performed,
The specimen is bent in a U-shape, and the specimen is divided into a bent portion located at both of the bent portion and the deformed portion and a straight portion facing each other in parallel,
Wherein the straight line portion is performed by changing the gap and the interval changing rate of facing each other, and the bending test method for monitoring the degree of deformation of the amorphous metal material.
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| KR940022077A (en) * | 1993-03-31 | 1994-10-20 | 베른트 콜프, 마르틴 크나우어 | Specimen Analysis System |
| KR20110109192A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 현대제철 주식회사 | Apparatus for measuring plastic strain ratio |
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