KR102354564B1 - 시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 용액에 소재가 침지된 상태에서, 응력을 소재에다 지속적으로 인가하여 수소지연파괴 특성을 평가하는 시험 장치에 관한 것으로, 이는 용액을 수용하고, 양측벽에 관통공을 구비하며, 소재가 적어도 부분적으로 내부에서 침지되는 침지챔버; 상기 소재의 양단부에 연결되어, 상기 침지챔버의 외부에서 상기 소재에 하중을 가하는 하중인가부재; 및 상기 침지챔버의 관통공을 폐쇄하여 용액의 누출을 방지하는 실링부재를 포함하고, 상기 소재가 상기 침지챔버에 수평하게 배치된다.

Description

시험 장치 {Test apparatus}

본 발명은, 부식 환경에서 소재의 수소지연파괴 특성을 평가할 수 있는 시험장치에 관한 것이다.

자동차의 연비 향상 및 충돌 안전성 향상의 관점에서 차체 또는 부품의 재료인 강재의 고강도화 및 경량화가 요구됨에 따라 인장강도가 1GPa급 이상인 강재에 대한 수요가 급증하고 있다. 이러한 기가급 강재는 수소취성에 대한 내구성이 확보되어야 한다.

수소취성이란 강재 내의 수소가 응력 집중 부위로 이동하여 강도를 저하시킴으로써 강재에 조기 파단이 일어나는 현상으로서, 기가급 강재에서 쉽게 발생한다.

수소는 직접적인 관찰이 어렵고 지연파괴에 장기간이 소요되기 때문에, 지연파괴의 현상을 모사하여 수소취성의 특성을 분석하고 빠른 평가 결과를 얻을 수 있는 다양한 방법들이 제안되고 있다.

이러한 방법들 중에서, 실제 부식 환경에 유사한 5%의 염수 환경에서 응력을 인가하여 부식을 가속화시킴으로써, 강재가 실제 부품으로 제조되어 사용되는 과정에서 발생할 수 있는 수소지연파괴의 위험성을 평가하는 방법이 확대되고 있으나, 이러한 수소지연파괴 특성을 평가할 수 있는 적절한 장치가 없는 실정이다.

(특허문헌 1) KR 2031412 B1

본 발명은, 실제 부식 환경과 유사한 수소유입 거동을 보이는 용액에 소재가 침지된 상태에서, 부품으로 되었을 경우에 받을 수 있는 통상의 응력보다 높은 수준의 응력을 소재에 지속적으로 인가하여 수소유입 및 국부적인 집적을 가속화시킴으로써, 수소지연파괴 특성을 평가하는 시험 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치는, 용액을 수용하고, 양측벽에 관통공을 구비하며, 소재가 적어도 부분적으로 내부에서 침지되는 침지챔버; 상기 소재의 양단부에 연결되어, 상기 침지챔버의 외부에서 상기 소재에 하중을 가하는 하중인가부재; 상기 침지챔버의 관통공을 폐쇄하여 용액의 누출을 방지하는 실링부재; 및 상기 침지챔버를 상기 침지챔버의 밑에서 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 소재가 상기 침지챔버에 수평하게 배치되며, 상기 지지부는, 베이스부와, 상기 베이스부에 높이 조절이 가능하게 설치되어 상기 침지챔버를 밑에서 지지하는 승강부재를 포함하고, 상기 베이스부는, 상기 베이스부는 프레임에 높이차를 두고 배치된 2개의 수평판을 포함하고, 상기 수평판에는 내주면에 나사산이 형성된 나사홀이 구비되며, 상기 승강부재는, 상기 침지챔버의 밑면을 지지하는 판형상의 헤드부와, 상기 헤드부에 일단이 고정되고, 외주면에 나사산이 형성된 샤프트를 포함하여, 상기 샤프트가 높이차를 두고 배치된 2개의 상기 수평판의 나사홀에 나사결합할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 실제 부식 환경과 유사한 수소유입 거동을 보이는 용액에 소재가 침지된 상태에서, 부품으로 되었을 경우에 받을 수 있는 통상의 응력보다 높은 수준의 응력을 소재에 지속적으로 인가하여 수소유입 및 국부적인 집적을 가속화시킴으로써, 수소지연파괴의 발생 여부와 저항성을 평가할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 시험 장치가 하우징에 수용된 상태를 도시한 사시도이다.

제조된 특정 부품의 사용 환경이 정해진 상태에서 소재의 수소지연파괴의 위험성 여부를 알아보는 것은 설계자의 입장에서 매우 중요한 일이다.

수소지연파괴의 위험성을 확인하기 위해서는, 응력, 변형량, 확산성 수소량의 임계치를 알아야 한다. 설계 단계에서 부품이 결정되면, 인가 응력, 변형량, 부식 환경 등이 결정된다고 볼 수 있다.

여기서, 부품의 형상에 의해 결정되는 변형량이 동일하다는 가정하에, 부식 환경 중 물성에 따른 응력을 인가한 상태에서 소재 내에 침투하는 수소유입에 의한 수소지연파괴의 현상을 관찰하게 된다.

이를 위해서, 일정한 하중을 특정 시간 동안 인가하는 것이 용이한 인장 시험 장치와, 소재에 응력이 인가되는 동안 부식 환경을 조성할 수 있는 침지 수단이 구성되어야 한다.

특히, 실제 환경에서 수소유입에 의한 지연파괴는 그 시간을 한정할 수 없으므로, 평가하고자 하는 소재는 적정 농도의 염수, 염산 용액, 황산 용액, 질산 용액 또는 티오시안산암모늄(NH₄SCN) 용액 등에서 장시간 누수 없이 침지된 상태로 유지될 수 있어야 한다.

시험을 진행하는 동안 침지 상태가 유지되면서도 인장 응력이 가해진 소재에 추가적인 하중이 부가되지 않도록 자중(自重)이나 간섭에 의한 문제가 없어야 한다.

시험을 진행하는 과정에서 소재와 침지수단 사이에서 발생 가능한 틈새 부식에 의한 영향이 최소화되어, 수소지연파괴 특성에 의해서만 시험이 지배받도록 되어야 한다.

응력이 인가된 상태에서 부식 환경에 의한 수소유입으로 인해 지연파괴가 발생하는 경우, 그 진행 과정이 육안으로 쉽게 관찰될 수 있어야 한다.

또한, 시험 후 소재를 분리하는 과정에서 부식성이 강한 용액이 유출, 심지어 쏟아져 내려 인장 시험 장치를 손상시킬 우려가 없어야 한다.

본 발명에서는, 전술한 조건들을 만족시키면서, 소재에 수소유입 및 부식을 가속시키는 환경을 부여한 상태에서 일정한 하중을 특정 시간 동안 인가하는 것을 유지하여 수소지연파괴가 발생하는지를 쉽게 관찰하고 평가할 수 있는 시험 장치를 제안한다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 시험 장치가 하우징에 수용된 상태를 도시한 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치는, 용액(1)을 수용하고, 양측벽에 관통공(11)을 구비하며, 소재(2)가 적어도 부분적으로 내부에서 침지되는 침지챔버(10); 소재의 양단부에 연결되어, 침지챔버의 외부에서 소재에 하중을 가하는 하중인가부재(20); 및 침지챔버의 관통공을 폐쇄하여 용액의 누출을 방지하는 실링부재(30)를 포함하고, 소재가 침지챔버에 수평하게 배치될 수 있다.

침지챔버(10)는 시험 중에 소재(2)가, 부식 환경을 조성하는 용액(1) 내에 담겨진 채로 유지될 수 있으며, 외부에서 소재에 하중을 인가하여 소재가 변형 또는 파단이 발생하더라도 용액의 누수가 발생하지 않도록 된 용기이다.

이를 위해 침지챔버(10)는 산성의 용액(1)에도 영향을 받지 않는 내산성 재질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 시험 중 소재의 변형 및 파단이 육안으로 쉽게 관찰 가능하도록 그 내부가 보이는 투명한 재질로 구성될 수 있다.

또한, 침지챔버(10)는, 장시간의 시험 진행에 따른 용액(1)의 증발에 대비하여 추가로 용액을 공급할 수 있도록, 상부에 개폐가 가능한 덮개(12)를 구비할 수 있다. 이러한 덮개는 힌지(13)에 의해 침지챔버에 장착될 수 있다.

침지챔버(10)의 양측벽에는 소재(2) 또는 하중인가부재(20)가 관통할 수 있는 관통공(11)이 형성될 수 있다. 이 관통공의 내주면은 경사면으로 형성되어, 실링부재(30) 또는 소재(2)의 착탈이 편리하게 이루어질 수 있다.

하중인가부재(20)는, 예를 들면 신축 가능한 작동로드(21)를 갖추고서 소재(2)의 단부에 인장력을 가하여 재료의 물성 평가를 위한 하중을 제공할 수 있는 유체압 실린더나 전기식 액츄에이터 등이 채택될 수 있다.

소재(2)의 양단부에 각각 연결되는 하중인가부재(20)들 중 어느 하나는 고정되고, 다른 하나는 그 작동로드(21)가 이동되도록 작동할 수도 있다.

하중인가부재(20)의 작동로드(21)와 소재(2)는 핀(22)에 의해 연결될 수 있으며, 이를 위해 작동로드의 단부와 소재의 단부에는 서로 대응되는 위치에 핀의 삽입을 위한 연결공(3; 23)이 각각 형성될 수 있다.

하중인가부재(20)와 소재(2) 사이의 연결은 이에 한정되지 않으며, 다른 임의의 파지부가 채택될 수 있다.

실링부재(30)는 소재(2) 또는 하중인가부재(20)의 작동로드(21)와, 침지챔버(10)의 관통공(11) 사이의 밀봉을 확보하기 위한 부재로서, 고무 또는 수지 등과 같이 탄성 및 내산성 있는 재질로 만들어질 수 있다. 더욱이, 실링부재는 시험 동안 발생할 수 있는 틈새 부식을 확인할 수 있도록 투명한 재질로 만들어지는 것이 좋다.

또한, 실링부재(30)는 그 축방향을 따라 소재(2) 또는 하중인가부재(20)의 작동로드(21)가 관통할 수 있는 적정한 크기의 삽입홀(31)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 삽입홀의 두께와 폭은 소재의 단면 크기, 즉 소재의 두께와 폭에 대응되는 크기를 가질 수 있다.

이러한 실링부재(30)에 의해, 침지챔버(10) 내 소재(2)는 물리적인 저항과 용액(1)의 누수 없이 용액 내에 침지된 채로 부식 환경에 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 침지챔버(10)의 측벽에 있는 관통공(11)의 내주면이 경사면으로 형성된 경우에, 실링부재(30)의 외주면도 대응되는 경사면을 가질 수 있으며, 이에 따라 예컨대 소재(2)와의 마찰에 의해 관통공으로부터 실링부재가 이탈되는 것을 방지함은 물론, 실링부재 또는 소재의 편리한 착탈이 이루어질 수 있게 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치는, 침지챔버(10) 내에 있는 소재(2)가, 침지챔버(10) 및 실링부재(30)의 자중이나 간섭에 의한 하중을 받지 않고서 수평을 유지할 수 있도록 침지챔버를 지지하는 지지부(40)를 더 포함할 수 있다.

지지부(40)는, 베이스부(41)와, 이 베이스부에 높이 조절이 가능하게 설치되어 침지챔버(10)를 지지하는 승강부재(42)를 포함할 수 있다.

베이스부(41)는 프레임(43)과, 이 프레임에 고정되게 배치된 적어도 하나의 수평판(44)을 포함할 수 있다.

도면에는, 베이스부(41)가 프레임(43)에 높이차를 두고 배치된 2개의 수평판(44)을 구비한 예가 나타나 있다.

수평판(44)에는 내주면에 나사산이 형성된 나사홀(45)이 구비됨과 더불어, 시험의 준비나 진행 중 또는 종료시 용액(1)의 누수가 일어난 경우에 이 용액을 배출하기 위한 배수홀(46)이 구비될 수 있다.

승강부재(42)는 대략 판 형상의 헤드부(47)와, 이 헤드부에 일단이 고정되고 외주면에 나사산이 형성된 샤프트(48)를 포함할 수 있다. 이러한 승강부재는 그 샤프트가 베이스부(41)에 있는 수평판(44)의 나사홀(45)에 나사결합하고, 헤드부가 침지챔버(10)의 밑면을 지지하게 된다.

도면에는, 승강부재(42)의 샤프트(48)가 프레임(43)에 높이차를 두고 배치된 2개의 수평판(44)을 동시에 관통하여 헤드부(47)가 더욱 안정되게 평형을 유지하면서 침지챔버(10)를 지지할 수 있도록 된 예가 나타나 있다.

승강부재(42)의 샤프트(48)가 수평판(44)의 나사홀(45)에 나사결합한 채로 회전하게 됨으로써, 승강부재, 즉 헤드부(47)의 높이가 조절 가능하게 되고, 이에 따라 침지챔버(10)의 높낮이가 조정되어 침지챔버 내 소재(2)가 자중이나 간섭에 의한 하중을 받지 않고 하중인가부재(20)에 의한 인장 응력만 받게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 장치는, 침지챔버(10)와 지지부(40)를 함께 수용하는 하우징(50)을 더 포함할 수 있다.

하우징(50)은 그 양측벽에 관통구멍(51)이 형성되고, 이 관통구멍을 하중인가부재(20)의 작동로드(21)가 관통하여, 하중인가부재가 하우징의 외부에서 소재(2)에 인장력과 같은 하중을 가하도록 배치될 수 있다.

하우징(50)에도, 시험의 준비나 진행 중 또는 종료시 침지챔버(10)로부터 용액(1)의 누수가 일어난 경우에 이 용액을 배출하기 위한 배출구멍(미도시)이 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명을 이용한 시험에서는, 소재에 수소를 강제로 유입시키기 위한 용액(1)을 제조하고, 예컨대 강재 등으로 된 소재(2)를 소정의 형상으로 가공한다.

소재(2)가 양측 관통공(11)을 통해 예를 들어 침지챔버(10)를 통과하도록 배치한 후, 소재의 양단부를 거쳐 침지챔버의 양측 관통공에 실링부재(30)를 끼운다. 또한, 침지챔버(10)의 밖에 위치한 소재의 양단부 각각에는 하중인가부재(20)의 작동로드(21)를 핀(22)에 의해 연결한다.

그 후에, 침지챔버(10) 내에 용액(1)을 넣어 소재(2)를 침지한 상태에서 하중인가부재(20)를 통해 소재에 일정한 하중을 인가하고 특정 시간 동안 유지한다.

이로써, 크랙의 발생 유무에 따라 소재는 수소지연파괴의 발생 여부와 저항성을 확인할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 실제 부식 환경과 유사한 수소유입 거동을 보이는 용액에 소재가 침지된 상태에서, 부품으로 되었을 경우에 받을 수 있는 통상의 응력보다 높은 수준의 응력을 소재에다 지속적으로 인가하여 수소유입 및 국부적인 집적을 가속화시킴으로써, 수소지연파괴의 발생 여부와 저항성을 평가할 수 있는 효과를 얻게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 용액 2: 소재
3: 연결공 10: 침지챔버
11: 관통공 12: 덮개
13: 힌지 20: 하중인가부재
21: 작동로드 22: 핀
23: 연결공 30: 실링부재
31: 삽입홀 40: 지지부
41: 베이스부 42: 승강부재
43: 프레임 44: 수평판
45: 나사홀 46: 배수홀
47: 헤드부 48: 샤프트
50: 하우징 51: 관통구멍

Claims (10)

1. 용액을 수용하고, 양측벽에 관통공을 구비하며, 소재가 적어도 부분적으로 내부에서 침지되는 침지챔버;
   상기 소재의 양단부에 연결되어, 상기 침지챔버의 외부에서 상기 소재에 하중을 가하는 하중인가부재;
   상기 침지챔버의 관통공을 폐쇄하여 용액의 누출을 방지하는 실링부재; 및
   상기 침지챔버를 상기 침지챔버의 밑에서 지지하는 지지부
   를 포함하고,
   상기 소재가 상기 침지챔버에 수평하게 배치되며,
   상기 지지부는,
   베이스부와,
   상기 베이스부에 높이 조절이 가능하게 설치되어 상기 침지챔버를 밑에서 지지하는 승강부재
   를 포함하고,
   상기 베이스부는,
   상기 베이스부는 프레임에 높이차를 두고 배치된 2개의 수평판을 포함하고, 상기 수평판에는 내주면에 나사산이 형성된 나사홀이 구비되며,
   상기 승강부재는,
   상기 침지챔버의 밑면을 지지하는 판형상의 헤드부와,
   상기 헤드부에 일단이 고정되고, 외주면에 나사산이 형성된 샤프트를 포함하여, 상기 샤프트가 높이차를 두고 배치된 2개의 상기 수평판의 나사홀에 나사결합하는 시험 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 침지챔버는 내산성의 투명한 재질로 만들어진 시험 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 관통공의 내주면은 경사면으로 형성되고,
   상기 실링부재의 외주면은 상기 관통공의 경사면과 대응되는 경사면을 갖는 시험 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하중인가부재는 신축 가능한 작동로드를 갖추고,
   상기 작동로드의 단부가 상기 소재에 연결되는 시험 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 실링부재에는 상기 소재의 단면 크기에 대응하는 크기를 가진 삽입홀이 형성되고,
   상기 실링부재는 상기 소재의 양단부를 거쳐 상기 침지챔버의 양측 관통공에 각각 끼워지는 시험 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 침지챔버와 상기 지지부를 함께 수용하는 하우징을 더 포함하는 시험 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징은 양측벽에 관통구멍이 형성되고,
    상기 관통구멍을 상기 하중인가부재에 구비된 작동로드가 관통하여, 상기 하중인가부재가 상기 하우징의 외부에서 상기 소재에 하중을 가하도록 배치된 시험 장치.

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