KR20020051073A - 강판의 가공 취성 특성 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재의 2차 가공 취성 특성을 보다 간단하고 넓은 변형량의 범위에서 측정 및 평가함으로써 2차 가공 취성의 발생 여부를 분석할 수 있는 강판의 가공 취성 특성 평가방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 방법은, V 자형 홈(2)이 형성된 하부 금형(1)의 상부에 시험편(5)을 위치한 후 V 자형 선단부에 일정한 곡률(R)을 갖는 상부 펀치(4)를 사용하여 시험편(5)에 굽힘 변형을 가하는 단계와, 굽힘 변형된 시험편(5)을 안착시킬 수 있도록 경사면(8)이 형성된 시험편 받침대(6)에 시험편(5)을 안착시키는 단계와, 시험편 받침대(6)에 안착된 시험편(5)의 굽힘 변형부위에 인장력 부가장치(7)로 인장력을 부가하여 2차 가공 취성 특성을 측정하여 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강판의 가공 취성 특성 평가방법{Test method for brittle fracture of cold rolled steel sheet after forming}

본 발명은 강판의 가공 취성 특성 평가방법에 관한 것이며, 특히, 강판이 갖고 있는 가공 후 취성 특성을 보다 간단하고 넓은 변형량 범위에서 평가할 수 있도록 V 굽힘 시험을 이용하여 강판의 2차 가공 취성을 평가하는 방법에 관한 것이다.

자동차의 차체 경량화에 대한 사회적인 요구로 인하여 자동차 생산에 있어서 부품의 무게를 줄이면서 요구 강도를 유지할 수 있는 부품의 적용이 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여 고강도 강판의 자동차 부품 적용이 매우 증가하고 있다. 그러나, 일부 고강도 강판에 대하여 그 성분 또는 제조 공정상의 이유로 인하여 재료가 심한 압축 변형을 받게되면, 가공 후 취성이 증가하여 약간의 외부 충격에도 쉽게 파손이 일어나는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 강판의 2차 가공 취성이라고 한다.

도 1에는 성형된 부품에 대하여 2차 가공 취성이 발생한 예를 보여주고 있다. 2차 가공 취성은 압축 변형량이 증가할수록 주위 온도가 낮을수록 쉽게 발생한다. 일반적으로 극저온에서 발생하는 재료의 2차 가공 취성은 중요하지 않지만 상온에서 나타나는 재료의 2차 가공 취성은 소재의 품질과 직결되는 매우 중요한 문제이다. 2차 가공 취성에 따른 불량 발생의 우려가 있는 소재에 대해서는 부품에 적용하기에 앞서 적용 예정 부품에 작용되는 압축 변형량을 측정하고 소재가 동일한 압축 변형량에서 2차 가공 취성 특성을 나타낼지의 여부에 대하여 평가가 이루어져야 한다.

소재의 2차 가공 취성 특성의 평가는 일정 압축 변형량을 소재에 작용한 후 시험 온도를 변화시키면서 시편에 충격을 작용하여 취성 파괴가 발생하는지를 평가한다. 시편에 압축 변형량을 가하는 방법은 도 2에 나타난 것과 같이 원형컵의 딥드로잉 시험을 수행하여 시험중 컵의 벽부분에서 발생하는 압축 변형을 이용한다. 시편에 작용하는 압축 변형량은 블랭크의 크기를 변화시켜서 드로잉비의 변화를 이용하여 변경한다. 드로잉비를 증가시킴에 따라 소재에 작용하는 압축 변형량은 증가하나, 소재에 따라서 한계 드로잉비가 정해져 있기 때문에 한 번에 작용하여 줄 수 있는 압축 변형량에도 한계가 있다. 일반적인 판재들의 한계 드로잉비는 2.3이하이다. 딥드로잉에서의 드로잉비와 최대 압축 변형량은 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, DR은 드로잉비를 나타낸다.

수학식 1로부터 한계 드로잉비 2.3을 이용하면 드로잉 시험으로 가할 수 있는 압축 변형량이 57%가 최대임을 알 수 있다. 그러나, 실제로 소재가 부품에 적용되는 경우 딥드로잉 성형으로 얻을 수 있는 압축 변형량보다 더 큰 압축 변형이 작용하는 경우에는, 한 번의 딥드로잉으로는 동일한 압축 변형량을 얻을 수 없기때문에, 도 3에 도시된 바와 같은 재드로잉 성형을 통해 벽부분에 작용하는 압축 변형량을 증가시킨다.

그러나, 딥드로잉 시험을 통하여 소재의 벽부분을 압축 변형하고, 이를 이용하여 소재의 2차 가공 취성을 평가하는 방법은 여러 가지 치수의 블랭크를 준비하여야 하고, 딥드로잉과 재드로잉 등의 시험을 수행하여야 하기 때문에 시험이 복잡하고 어렵다. 특히, 성형 부품에서 2차 가공 취성이 발생하는 대부분의 성형부위는 도 4에 나타난 것과 같이 굽힘 가공을 받은 부위이다. 이들 굽힘 부위의 경우에는 표면 굽힘에 의하여 국부적으로 압축이 일어나기 때문에 이러한 변형량을 측정하는 것이 매우 어렵다. 그리고, 딥드로잉 성형시에 컵의 벽부분에 작용하는 변형은 압축 변형과 함께 인장 변형도 작용하기 때문에 정확히 정량화하기가 매우 어렵고, 실제 부품에서 발생하는 굽힘 변형량을 정확히 재현하기 어렵기 때문에 보다 간단한 방법으로 보다 넓은 범위의 압축 변형량을 성형 부품의 그것과 유사한 소재에 작용할 수 있는 시험 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소재의 2차 가공 취성 특성을 보다 간단하고 넓은 변형량의 범위에서 측정 및 평가함으로써 2차 가공 취성의 발생여부를 분석할 수 있는 강판의 가공 취성 특성 평가방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 드로잉 성형 부품에 대한 2차 가공 취성 발생예를 도시한 사진이고,

도 2는 딥드로잉 시험에 의한 2차 가공 취성 평가방법과 부위별 응력작용 형태를 도시한 도면이고,

도 3은 재드로잉 공정의 모식도이고,

도 4는 실부품의 주요 변형형태와 2차 가공 취성 발생예를 도시한 사진이고,

도 5는 본 발명에 따른 압축 변형률 작용 시험장치의 개략도이고,

도 6은 본 발명에 따른 굽힘 부위의 응력 작용 형태를 도시한 모식도이고,

도 7은 본 발명에 따른 압축 변형 부위에 인장 변형 부가과정을 도시한 도면이며,

도 8은 본 발명에 따른 2차 가공 취성 발생이 예상되는 성형 부품의 형상을 도시한 사진이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 하부 금형 2 : V 자형 홈

3 : 홈 4 : 상부 펀치

5 : 시험편 6 : 시험편 받침대

7 : 인장력 부가장치 8 : 경사면

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, V 자형 홈이 형성된 하부 금형의 상부에 시험편을 위치한 후 V 자형 선단부에 일정한 곡률을 갖는 상부 펀치를 사용하여 시험편에 굽힘 변형을 가하는 단계와, 굽힘 변형된 시험편을 안착시킬 수 있도록 경사면이 형성된 시험편 받침대에 상기 시험편을 안착시키는 단계와, 상기 시험편 받침대에 안착된 상기 시험편의 굽힘 변형부위에 인장력 부가장치로 인장력을 부가하여 2차 가공 취성 특성을 측정하여 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 강판의 가공 취성 특성 평가방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 5는 본 발명에 따른 압축 변형률 작용 시험장치의 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 굽힘 부위의 응력 작용 형태를 도시한 모식도이며, 도 7은 본 발명에 따른 압축 변형 부위에 인장 변형 부가과정을 도시한 도면이다.

본 발명의 시험법은 도 5에 도시된 바와 같이 개발된 V 굽힘 시험 금형을 이용하여 이루어진다. 시험용 하부 금형(1)은 직각으로 V 자형 홈(2)을 갖도록 가공되며, 이런 V 자형 홈(2)의 선단부에는 시험시 가하여질 수 있는 두께방향으로의 압축 변형의 작용을 방지하기 위하여 폭 5mm 정도의 사각 홈(3)이 형성되어 있다. 이러한 사각홈(3)이 형성되지 않을 경우에는 굽힘 시험 말기에 시험편(5)이 상부 펀치(4)와 하부 금형(1)에 의하여 두께방향으로 압축 변형이 작용하게 된다. 이것은 시험시 선택된 상부 펀치(4)에 의해 결정되는 압축 변형량에 대하여 추가적으로 압축 변형이 작용하기 때문에 시험의 정확성을 저하시키는 역할을 하게 된다.

상기 상부 펀치(4)는 V 자형 선단부에 일정한 곡률을 갖도록 가공된다. 이때, 가공되는 곡률들은 시험하고자 하는 압축 변형량에 의해 결정된다. 시험재(5)가 곡률 R의 펀치(4)를 이용하여 굽힘 변형을 도 6과 같이 받을 경우 시험재(5)의 두께방향으로 작용하는 변형량은 수학식 2와 같이 표현된다.

여기서, R은 굽힘 곡률, t는 시험재의 두께, Y는 중심에서 부터의 거리를 각각 나타낸다.

굽힘 시험시 압축 변형은 굽힘 부위의 안쪽에서 발생하여 Y = -0.5t인 부위, 즉 굽힘 부위의 안쪽 판재의 표면에서 최대의 압축 변형량이 작용하며, 이 때 최대 압축 변형량과 굽힘 곡률, 시험재 두께와의 관계는 수학식 3과 같다.

수학식 3으로부터 시험하여야 할 압축 변형량과 시험재의 두께가 주어지면 시험에 사용될 상부 펀치의 곡률이 결정된다.

압축 변형이 가해진 시험편(5)은 도 7에 도시된 바와 같이 개발된 장치를 이용하여 압축 변형 부위에 인장력을 부가하여 시험편(5)의 2차 가공 취성의 발생 여부를 분석한다. 즉, 압축 변형된 시험편(5)을 안착시켜 고정하도록 경사면(8)이 형성된 시험편 받침대(6)와, 이런 시험편 받침대(6)에 고정되는 압축 변형된 시험편(5)에 인장력을 부가하는 인장력 부가장치(7)에 의해 인장력을 부가하여시험편(5)의 2차 가공 취성의 발생 여부를 분석하게 된다.

아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 장치들을 사용하여 시험편의 2차 시험 취성 여부를 판단하는 과정을 실험예를 통해 설명하겠다.

도 8은 본 발명에 따른 2차 가공 취성 발생이 예상되는 성형 부품의 형상을 도시한 사진이다. 도 8에 도시된 바와 같이 굽힘 변형을 받은 부품을 기존의 소재와는 다른 새로운 소재로 제작하여 새로운 소재를 해당 부품에 적용하였을 때 2차 가공 취성에 의한 파괴의 발생 가능여부를 확인하여 새로운 소재의 해당 부품에 대한 적용 가능성을 검토하기 위하여, 먼저 기존 부품의 최소 굽힘 반지름을 측정한다. 도 8에 도시된 기존 부품의 경우 최소 굽힘 반지름이 1 mm로 나타났다.

그런 다음, 부품에 새로이 적용될 소재를 폭 40mm, 길이 300mm가 되게 절단하여 절단면의 버어를 제거하고, 가장자리 절단시 발생한 이물질들을 제거하여 시험편을 준비한다. 그리고, 기존 부품의 최소 굽힘 반지름이 1mm이기 때문에, 굽힘 펀치의 굽힘 곡률이 1mm인 것을 사용하여 새로 제작된 소재가 다른 부품의 시험편을 V 굽힘 시험을 행한다. 즉, 도 5에 도시된 상부 펀치(4)와 하부 금형(1)을 사용하여 시험편의 V 굽힘 시험을 실시한다.

이렇게 하여 V 굽힘된 시험편을 기존 시험법의 시험 환경을 고려하고 냉동고 속에 장시간 보관하거나 액체 질소를 사용하여 영하 10℃의 온도가 되게 한 다음, 이 시험편을 도 7에 도시된 시험편 받침대(6)에 안착시켜 고정한 후 인장력 부가장치(7)로 인장력을 부가하여, 새로운 시험편의 2차 가공 취성 특성을 측정하고, 해당 부품에 대하여 새로운 소재를 적용할 지의 여부를 판단하게 된다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 강판의 가공 취성 특성 평가방법은 소재의 2차 가공 취성 특성을 보다 간단하고 넓은 변형량의 범위에서 측정 및 평가함으로써 2차 가공 취성의 발생여부를 분석하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 강판의 가공 취성 특성 평가방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 강판의 가공 취성 특성을 평가하는 방법에 있어서,

   V 자형 홈이 형성된 하부 금형의 상부에 시험편을 위치한 후 V 자형 선단부에 일정한 곡률을 갖는 상부 펀치를 사용하여 시험편에 굽힘 변형을 가하는 단계와, 굽힘 변형된 시험편을 안착시킬 수 있도록 경사면이 형성된 시험편 받침대에 상기 시험편을 안착시키는 단계와, 상기 시험편 받침대에 안착된 상기 시험편의 굽힘 변형부위에 인장력 부가장치로 인장력을 부가하여 2차 가공 취성 특성을 측정하여 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 가공 취성 특성 평가방법.