KR101925717B1 - 축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법 - Google Patents

축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방법에 의하면, 국제 표준으로 제정된 신장플랜지성 측정 방법에 비해 소량의 시편을 가지고도 축소 크기 효과 없이 판상 금속재료의 신장플랜지성을 정확히 측정할 수 있고, 국부적인 영역의 신장플랜지성을 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, (a) (a) 구멍확장성 시험에 관한 유한요소해석을 이용하여 소정 치수의 축소 시험편을 전산모사하여 구멍확장성 시험용 축소 시험편의 치수를 정하는 단계; (b) (a) 단계에서 정한 축소 시험편과 동일한 재질의 표준 시험편을 사용하여, 표준 시험법에 규정된 펀칭 공정을 수행하는 단계; (c) 상기 펀칭 공정을 수행한 시험편의 구멍 주변부의 전단결함 분포 양상을 관찰하고, 구멍확장성비를 측정하는 단계; (d) 상기 축소 시험편과 표준 시험편의 전단결함 분포 양상과 구멍확장성비를 비교하여, 상기 축소 시험편의 신장플랜지성 측정 신뢰성을 검증하는 단계; 및 (e) 측정 신뢰성이 검증된 축소 시험편의 치수를 사용하여 신장플랜지성을 측정하는 단계;를 포함한다.

Description

축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법 {Method of evaluating stretch-flangeability with small scale specimen without specimen size effects}
본 발명은 축소 크기의 시편으로 판상 금속재료의 정확한 신장플랜지성을 평가하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 ISO 16630 국제 표준 신장플랜지성 측정 방법인 구멍확장성 시험의 표준 시험편에 비해 시편 크기를 줄여도, 성형성 시험에서 중요한 요소인 시험편 크기에 따라 성형성 평가 결과 차이가 나는 시편 크기 효과 없이, 표준 시험편을 이용한 측정과 동일한 값의 신장플랜지성을 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 환경규제 및 안전규제가 강화되는 추세에 대비하기 위해, 자동차 산업에서는 차체 부품에 초고강도 강판을 적용시킴으로써 차체 중량을 감소시키고, 안정성을 증대시키려는 연구를 지속하고 있다.
초고강도강을 적용시켜 중량을 획기적으로 감소시키고자 하는 부위는 자동차의 휠, 디스크, 로어암 등의 샤시 부품인데, 이러한 샤시 부품에 초고강도 강판을 적용하기 위해서는, 복잡한 성형 공정 중 가장자리에 파단이 일어나는 것에 저항하는 능력을 나타내는 성형성 지표인 신장플랜지성(Stretch-flangeability)이 매우 중요한 요소이다.
판상 금속재료의 자동차용 부품 적용에 중요한 성형성 지표인 신장플랜지성은 ISO 16630 국제 표준 평가법에 따라 구멍확장성비(Hole Expansion Ratio, HER)를 통해 측정한다.
그런데 상기 표준 평가법의 경우 다른 기계적 물성 평가법에 비해 과도하게 큰 크기의 시험편을 요구하고 있어, 판재를 대량 생산하지 못하는 개발 단계에서 강재의 신장플랜지성 및 판재의 국부적인 신장플랜지성을 측정하지 못한다는 단점이 있다.
또한, 신장플랜지성 평가에 큰 크기의 시편을 요구하는 표준 평가법 때문에, 자동차용 부품에 적용할 초고강도 강판의 개발 시에 신장플랜지성 평가 및 피드백을 위한 시간이 오래 걸리는 등의 문제가 있다.
ISO 16630:2009, Metallic MaterialsSheet and stripHole expanding test, International Organization for Standardization, http://www.iso.org (2009). Y. Bao, T. Wierzbicki, On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space, Int. J. Mech. Sci. 46 81-98 (2004). Y. Bai, T. Wierzbicki, Application of extended MohrCoulomb criterion to ductile fracture, Int. J. Fracture 161 1-20 (2010). N. Bonora, D. Gentile, A. Pirondi, G. Newaz, Ductile damage evolution under triaxial state of stress: Theory and experiments, Int. J. Plasticity 21 981-1007 (2005).
본 발명의 과제는 신장플랜지성을 측정함에 있어 표준 시험편에 비해 현저하게 축소된 시험편을 사용하면서도 시편 크기 효과 없이 판상 금속재료의 신장플랜지성을 신뢰성 있고 경제적으로 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 구멍확장성 시험에 관한 유한요소해석을 이용하여 소정 치수의 축소 시험편을 전산모사하여 구멍확장성 시험용 축소 시험편의 치수를 정하는 단계; (b) (a) 단계에서 정한 축소 시험편과 동일한 재질의 표준 시험편을 사용하여, 표준 시험법에 규정된 펀칭 공정을 수행하는 단계; (c) 상기 펀칭 공정을 수행한 시험편의 구멍 주변부의 전단결함 분포 양상을 관찰하고, 구멍확장성비를 측정하는 단계; (d) 상기 축소 시험편과 표준 시험편의 전단결함 분포 양상과 구멍확장성비를 비교하여, 상기 축소 시험편의 신장플랜지성 측정 신뢰성을 검증하는 단계; 및 (e) 측정 신뢰성이 검증된 축소 시험편의 치수를 사용하여 신장플랜지성을 측정하는 단계;를 포함하는, 신장플랜지성 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동의 응력삼축비를 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 분석하여 표준 변형 거동의 기준으로 하고, 상기 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동의 응력삼축비 분석하여 상기 표준 시험편과의 비교를 통해 상기 축소 시험편의 형상 및 치수의 유효성을 검증하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 축소 시험편의 초기 구멍 반지름은 초기 구멍의 중심으로부터 시편의 모서리까지의 거리의 1/4 이내이고, 구멍 확장 시 사용되는 60° 원추각을 갖는 펀치의 지름이 초기 구멍 지름의 1.5배~10배 범위를 갖는 것을 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 전산모사된 축소 시험편의 변형 거동과 표준 시험편의 변형 거동을 비교하여 유사하지 않을 경우, 상기 치수를 조절하여 유사할 때까지 반복하여, 축소 시험편의 치수를 정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 축소 시험편 두께의 최소값은 평가 대상 재료의 결정립 크기의 10배 이상으로 할 수 있다.
이는 두께 방향으로 결정립의 개수가 너무 적을 때, 기계적 물성의 차이를 야기하는 결정립 크기 효과(Grain size effects)를 유발하는 것을 방지하기 위한 것으로, 평가 재료의 결정립 크기의 10배 이하 두께는 응력삼축비 분석을 통한 변형 거동 양상이 유사하더라도 평가 범위에서 제외하는 것이 보다 바람직하기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 전산모사 시에, 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형거동 분석을 했을 때, 구멍확장성비 20% 이상 영역에서 Inner, Middle, Outer 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내인 경우, 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동과 유사하다고 판단할 수 있다.
표준 구멍확장성 시험 시, 파괴가 개시되는 Outer 영역에서의 응력삼축비 분석 시, 일축 인장 변형거동이 주요 변형 거동이다. 일축 인장 변형거동이 주요한 응력삼축비의 범위는 0.3~0.5 사이이고, 대부분의 판상 금속재료의 파단이 일어나는 구멍확장성비 20% 이상 영역에서는 Inner, Middle, Outer 영역 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내의 범위이다. 이에 따라, 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형거동 분석을 했을 때, Outer 영역의 응력삼축비가 0.3~0.5 이내이고, 대부분 판상 금속재료의 파단이 일어나는 구멍확장성비 20% 이상 영역에서 Inner, Middle, Outer 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내라면, 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동과 유사하다고 판단할 수 있다. 또한, 이를 바탕으로, 축소 시험편과 표준시험편의 응력삼축비를 비교하여 구멍 확장 변형 시 비슷한 응력삼축비를 갖는 축소 시험편의 두께 범위를 찾을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 표준 시험법은, 판상 금속재료의 표준 신장플랜지성 측정 방법인 ISO 16630 구멍확장성비 시험법일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (c) 단계에서는, 펀칭 공정 후 생성된 전단 결함면은 미세하고 단차가 있어 광학 현미경으로는 관찰이 어려울 수 있으므로, 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)을 통해 구멍 주변부의 전단 결함면의 각 부분을 관찰할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (d) 단계에서는, 축소 시험편과 표준 시험편의 전단결함 분포 양상 및 구멍확장성비 평가 결과를 비교하여 상기 축소 시험편의 측정 신뢰성을 검증하는데, 펀칭 공정 후 초기 구멍 주변부에 생긴 전단결함의 분포 양상은 구멍확장성비에 영향을 미치는 주요한 인자의 하나이므로, 축소 시험편과 표준 시험편을 사용한 구멍확장성비를 평가할 때, 도 5와 도 6 및 표 1에 나타낸 것과 같이 비슷한 형상 및 분포를 갖는 전단결함면을 가질 경우 신뢰성이 있다고 판단할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 (d) 단계의 측정 신뢰성 검증 시, 상기 축소 시험편의 구멍확장성비 평가 값이 상기 표준 시험편의 구멍확장성비 평가 값의 0.9배~1.1배인 경우, 신뢰성이 있다고 판단할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 축소 시험편을 사용하여 판상 금속재료의 신장플랜지성을 측정하는 방법에 의하면, 적은 양의 소재로도 판상 금속재료의 신장플랜지성을 신뢰성 있게 측정할 수 있으며, 국부적인 영역의 신장플랜지성도 측정할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 개발 중인 강재의 신장플랜지성을 빠르고 정확하게 평가를 할 수 있어 평가 및 피드백을 할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 판상 금속재료 중 신장플랜지성 평가가 필요한 경우에도 적은 양의 시편으로 경제적으로 신장플랜지성을 평가할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 시편 크기 효과가 없는 축소 시험편의 크기 및 형상을 결정하는 절차를 통해, 평가 당사자가 원하는 신장플랜지성 평가용 시편의 형상을 결정할 수 있어, 시편 형상의 자유도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 ISO 16630 국제 표준 규격에 따라 구멍확장성 시험을 통해 판상 금속재료의 신장플랜지성을 평가하는 시편 및 평가 금형에 대한 예시도이다(Dd: 구멍확장성 시험 금형의 내경, Dp: 구멍확장성 시험 펀치의 지름).
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 시편 크기 효과가 없는 축소 시험편을 활용하여 구멍확장성 시험을 통해 판상 금속재료의 신장플랜지성을 평가하는 시편 및 평가 금형에 대한 예시도이다.
도 3은 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 구멍확장성 시험 시, 표준 시험편(a)과 본 발명에 의한 시편 크기 효과가 없는 축소 시험편(b)의 변형 거동을 분석한 예시도이다(PEEQ: 등가 소성 변형률, TRIAX: 응력삼축비).
도 4는 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 구멍확장성 시험 시, 표준 시험편(a)과 본 발명에 의한 시편 크기 효과가 없는 축소 시험편(b)의 구멍확장성비에 따른 구멍 주변부의 변형 분포를 도시한 것이다.
도 5는 ISO 16630 국제 표준 규격에 따라 표준 시험편의 중심에 펀칭 가공을 통해 제작한 초기 구멍 주변부의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 의한 시편 크기 효과가 없는 축소 시험편의 중심에 펀칭 가공을 통해 제작한 초기 구멍 주변부의 주사전자현미경 사진이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법에 대해 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시 예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.
도 1은 ISO 16630 국제 표준 규격에 따라 구멍확장성 시험을 통해 판상 금속재료의 신장플랜지성을 평가하는 시편 및 평가 금형에 대한 예시도이다(도면에서, Dd: 구멍확장성 시험 금형의 내경, Dp: 구멍확장성 시험 펀치의 지름). 도 1에 도시된 바와 같이, 표준 시험편은 그 크기가 상당하여 시험을 수행하는데 많은 양의 소재가 요구된다.
본 발명은 도 1의 표준 시험편과 같이 많은 양의 소재를 사용하지 않는 축소 시험편을 사용할 뿐 아니라 시험편의 형상 자유도도 가지면서, 표준 시험편에 준하는 구멍확장성 시험을 결과를 얻기 위하여, 다음과 같은 과정을 통해 축소에 따른 크기 효과를 없애는 방법을 통해, 축소 시험편의 구멍확장성 시험의 신뢰성을 확보하였다.
전산모사 단계
전산모사 단계는 유한요소해석을 이용하여 축소 시험편의 치수를 예비적으로 결정하는 단계이다.
이 단계에서는 표준 시험편과 연구자가 임의로 정한 소정 치수를 갖는 축소 시험편을 60° 원추각을 갖는 펀치로 구멍확장성 시험을 진행하는 것을 전산모사하여 변형 거동을 비교한다. 이때, 변형 거동 양상을 나타내는 대표적인 지표인 응력삼축비(Stress triaxiality) 값을 사용한다.
본 발명의 실시예에서는, 시험편 전체 지름 10mm, 초기 구멍 지름 2mm인 원형의 형상을 갖는 시험편을 축소 시험편으로 선정하였다. 한편, 상기 초기 구멍의 반지름은 구멍확장시험 시 시편의 안정적인 고정을 위해, 초기 구멍의 중심으로부터 시편의 가장자리까지의 거리의 1/4 이내가 되도록 정하였다.
또한, 구멍확장을 수행할 60° 원추각을 갖는 펀치 지름의 경우, 평가 재료의 예상되는 구멍 확장비에 따라 초기 구멍의 지름의 1.5배~10배 범위에서 평가 시 시편을 고정하는데 방해가 되지 않는 범위가 되도록 정하였다.
이상과 같은 과정을 통해 축소 시험편과 이 축소 시험편에 적용할 펀치 지름의 치수를 결정한 후, 유한요소해석을 통해 표준 시험편과 축소 시험편의 구멍확장성 시험을 전산모사하였다.
도 1은 표준 시험편의 전산모사에 사용한 시험편 치수와 구멍확장성 시험 평가 장치의 개략도이고, 도 2는 축소 시험편의 전산모사에 사용한 시험편 치수와 구멍확장성 시험 평가 장치의 개략도이다.
도 2에서 확인되는 바와 같이, 축소 시험편에 대한 구멍확장성 시험을 실제로 수행할 경우에는, 펀치가 가동되는 방향에 소형 카메라를 설치하여 변형 과정에 대한 화상 데이터를 얻고, 이 화상 데이터를 컴퓨터로 분석할 수 있도록 하였다.
도 3은 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 구멍확장성 시험 시, 표준 시험편(a)과 본 발명에 의한 축소 시험편(b)의 변형 거동을 분석한 예시도(PEEQ: 등가 소성 변형률, TRIAX: 응력삼축비)이고, 도 4는 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 구멍확장성 시험 시, 표준 시험편(a)과 본 발명에 의한 축소 시험편(b)의 구멍확장성비에 따른 구멍 주변부의 변형 분포를 도시한 것이다.
도 4에서 "Inner"는 시험편의 구멍주변부에서 시편이 펀치에 맞닿는 시편 하단 영역을 의미하고, "Middle"은 시험편의 구멍주변부에서 시편 중심 영역을 의미하며, "Outer"는 시험편의 구멍주변부에서 시험편과 펀치가 맞닿는 영역의 반대쪽 영역을 의미한다. 시편에서 각 영역은 도 4의 우측 그래프 내에 개략적으로 표시하였다.
표준 구멍확장성 시험 시, 파괴가 개시되는 Outer 영역에서의 응력삼축비 분석 시, 일축인장 변형거동이 주요 변형 거동이다. 일축인장 변형거동이 주요한 응력삼축비의 범위는 0.3~0.5 사이이고, 대부분의 판상 금속재료의 파단이 일어나는 구멍확장성비 20% 이상 영역에서는 Inner, Middle, Outer 영역 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내의 범위이다.
이에 따라, 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형거동 분석을 했을 때, Outer 영역의 응력삼축비가 0.3~0.5 이내이고, 대부분 판상 금속재료의 파단이 일어나는 구멍확장성비 20% 이상 영역에서 Inner, Middle, Outer 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내라면, 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동과 유사하다고 판단할 수 있다.
도 3(b) 및 도 4(b)에서 확인되는 바와 같이, 0.3mm ~ 0.7mm 두께 범위에서 도 3(a) 및 도 4(a)의 표준 시험편의 구멍확장성 시험 변형 시의 거동과 유사한 변형 거동을 보임을 확인하였다.
이상과 결과를 반영하여, 시편 준비의 편의성과 평가 장치의 측정 가능 하중 범위를 고려하여 축소 시험편의 두께를 0.5 mm로 정하였다. 이때, 예시 시험에서 사용한 4가지 고강도 강재들의 평균 결정립도는 10㎛ 이내이므로, 0.3mm ~ 0.7mm의 두께 범위 내에서는 결정립 크기 효과가 발생하지 않으므로 결정립 크기 효과를 고려하여 특정 두께를 배제하지는 않았다.
만약, 도 4와 같이 평가를 원하는 크기의 축소 시험편이 표준 시험편의 변형 거동이 유사한지 확인하는 과정에서 유사하지 않다고 판단될 경우, 해당 시편 형상에서 중심부의 초기 구멍 크기 혹은 시편 두께를 조절해 가며 표준 시험편의 변형 거동과 유사할 때까지 축소 시험편의 응력삼축비 분석을 반복한다.
이때, 두께 방향으로 결정립의 개수가 너무 적을 때 기계적 물성의 차이를 야기하는 결정립 크기 효과(Grain size effects)를 방지하기 위해, 평가 재료의 결정립 크기의 10배 이하 두께는 응력삼축비 분석을 통한 변형 거동 양상이 유사하더라도 평가 범위에서 제외하는 것이 바람직하다.
구멍확장성 시험 및 신뢰성 평가
표준 시험편과, 전술한 전산모사 단계를 통해 치수가 정해진 축소 시험편을, 각각 도 1 및 도 2의 구멍확장성 시험 장치를 통해 실제 평가를 수행한다.
본 실시예에서는 자동차용 강판에 주로 적용되는 고강도 강판인 TWIP강, DP강, TRIP강 등 4종이 사용되었다.
구체적으로, 표준 구멍확장성 시험은 60° 원추각을 갖는 지름 50 mm의 펀치를 가지고 에릭슨 유압 만능 성형시험기 (모델명 145-60, 에릭슨사, 독일)을 사용하여 수행하였다. ISO 16630 기준에 따라 90 x 90 mm 정사각 시편의 중심에 직경 10 mm의 초기 구멍을 펀칭 공정을 통해 제조하고, 200 kN의 고정력으로 시험장비에 고정한 후 펀치의 속도를 10 mm/min 로 구멍확장을 진행하여 시험을 수행하였다. 또, 축소 크기의 구멍확장성 시험은 60° 원추각을 갖는 지름 5 mm의 펀치를 가지고 만능시험기 (모델명 RB-302, R&B사, 한국)을 사용하여 수행하였다. 본 발명의 절차에 따라, 지름 10 mm의 원형 시편의 중심에 직경 2 mm의 초기 구멍을 펀칭 공정을 통해 제조하고, 충분한 고정력으로 시험장비에 고정한 후, 펀치의 속도를 1 mm/min로 구멍확장을 진행하여 시험을 수행하였다.
그리고 구멍확장성 시험을 하기 전의 시험편에 대하여, 동일 재질의 시료에서 표준 구멍확장성 시험편과 축소 구멍확장성 시험편의 초기 구멍을 펀칭 공정을 통해 가공했을 시 생기는 구멍 주변부의 전단결함 분포 양상을 각각 주사전자현미경을 통해 관찰하고 비슷한 결함 분포를 갖는지를 비교하였다.
그 결과, 도 5와 도 6에서 확인되는 바와 같이, 표준 시험편과 축소 시험편의 전단결함 분포 양상이 유사하였으며, 이를 표로 정리하면 표 1과 같다.
시험편명 Rollover zone,
길이(비율)		 Shearing zone,
길이(비율)		 Fracture zone,
길이(비율)
표준 시험편 100㎛(7.3%) 405㎛(29.5%) 869㎛(63.2%)
축소 시험편 49.2㎛(10.7%) 153.8㎛(33.5%) 256.4㎛(55.8%)
도 5 및 6과 상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 표준 시험편과 축소 시험편은 비슷한 형상 및 분포를 갖는 전단결함면을 가진다.
아래 표 2는 표준 시험편과 축소 시험편의 구멍확장성비를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
재종 축소 시험편
구멍확장성비(%)		 표준 시험편
구멍확장성비(%)
CR TWIP1100 31.63 ± 1.20 31.97 ± 3.37
DP980 30.96 ± 0.80 30.04 ± 2.43
DP780 28.92 ± 0.57 27.85 ± 0.53
TRIP780 22.65 ± 1.38 23.95 ± 1.49
축소 시험편의 구멍확장성비 평가 값이 표준 시험편의 구멍확장성비 평가 값의 0.9배~1.1배인 오차범위 내에 있다면 신뢰성이 있다고 할 수 있다.
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 시험된 4가지 강종 모두 표준 시험편 대비하여, CR TWIP1100강의 오차범위는 ±3.20%, DP980강의 오차범위는 ±3.00%, DP780강의 오차범위는 ±2.79%, TRIP780강의 오차범위는 ±2.40%로 나타나, 표준 시험편의 평가 값의 오차 범위 내에서 정확하게 신장플랜지성을 측정할 수 있음이 검증되었다.
이상과 같은 과정을 통해 정한 축소 시험편 치수를 갖는 시험편으로 신장플랜지성을 평가할 경우 시편의 크기 효과를 없앨 수 있으며, 판재를 대량 생산하지 않는 연구개발 단계의 강재의 신장플랜지성 및 판재의 국부적인 신장플랜지성을 효율적으로 측정할 수 있게 되어, 초고강도 강판의 개발 시 신장플랜지성 평가를 보다 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. (a) 구멍확장성 시험에 관한 유한요소해석을 이용하여 소정 치수의 축소 시험편을 전산모사하여 구멍확장성 시험용 축소 시험편의 치수를 정하는 단계;
    (b) (a) 단계에서 정한 축소 시험편과 동일한 재질의 표준 시험편을 사용하여, 표준 시험법에 규정된 펀칭 공정을 수행하는 단계;
    (c) 상기 펀칭 공정을 수행한 시험편의 구멍 주변부의 전단결함 분포 양상을 관찰하고, 구멍확장성비를 측정하는 단계;
    (d) 상기 축소 시험편과 표준 시험편의 전단결함 분포 양상과 구멍확장성비를 비교하여, 상기 축소 시험편의 신장플랜지성 측정 신뢰성을 검증하는 단계; 및
    (e) 측정 신뢰성이 검증된 축소 시험편의 치수를 사용하여 신장플랜지성을 측정하는 단계;를 포함하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동의 응력삼축비를 유한요소해석을 이용한 전산모사를 통해 분석하여 표준 변형 거동의 기준으로 하고,
    상기 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동의 응력삼축비 분석하여 상기 표준 시험편과의 비교를 통해 상기 축소 시험편의 형상 및 치수의 유효성을 검증하는 단계를 포함하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 축소 시험편의 초기 구멍 반지름은 초기 구멍의 중심으로부터 시편의 모서리까지의 거리의 1/4 이내이고,
    구멍 확장 시 사용되는 60° 원추각을 갖는 펀치의 지름이 초기 구멍 지름의 1.5배~10배 범위를 갖는 것을 적용하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    전산모사된 축소 시험편의 변형 거동과 표준 시험편의 변형 거동을 비교하여 유사하지 않을 경우, 상기 치수를 조절하여 유사할 때까지 반복하여 축소 시험편의 치수를 정하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 축소 시험편 두께의 최소값은 평가 대상 재료의 결정립 크기의 10배 이상으로 하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표준 시험법은, 판상 금속재료의 표준 신장플랜지성 측정 방법인 ISO 16630 구멍확장성비 시험법인,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 측정 신뢰성 검증 시, 상기 축소 시험편의 구멍확장성비 평가 값이 상기 표준 시험편의 구멍확장성비 평가 값의 0.9배~1.1배인 경우, 신뢰성이 있다고 판단하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전산모사 시에, 축소 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형거동 분석을 했을 때, 구멍확장성비 20% 이상 영역에서 Inner, Middle, Outer 모두 응력삼축비가 0.3~0.5 이내인 경우, 표준 시험편의 구멍확장성 시험 시의 변형 거동과 유사하다고 판단하는,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 치수의 조절은, 시험편 형상에서 중심부의 초기 구멍 크기 또는 시편 두께인,
    축소 크기의 시편으로 시편 크기 효과가 없는 신장플랜지성을 측정하는 방법.
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