냉간압연강 번역(한국어 원본)잔류응력은 주위 환경과 열적인 평형상태에 있으면서 외부 하중이 작용하지 않을 때 결정 재료의 내부에 존재하게 되는 응력으로 내부응력(Locked-in stress) 또는 자체응력(Self-stress)이라고 한다.1) 주조, 압연, 성형, 스탬핑, 기계가공, 용접, 몰딩(Molding)등과 같은 거의 모든 가공공정에서 잔류응력이 발생되고 있으나 후처리에 의해 제거되거나 약화될 수 있다. 이러한 잔류응력은 재료에 부하되는 응력 패턴에 따라 구조물에 상이한 영향을 미친다. 특히 피로와 같은 반복수 의존형 파괴는 재료표면의 잔류응력에 많은 영향을 받고 있으며 이러한 잔류응력을 정확히 모니터링할 수 있다면 실기 부품의 안전성 유지와 보수 기간 및 잔존수명 예측에 유용하게 사용될 수 있다.
잔류응력의 측정방법으로는 구멍뚫기방법(Hole-drilling method), X선 회절법(X-ray diffraction method), 초음파법(Ultrasonic testing method), 자기장 측정법(Magnetic field method)등을 들 수 있다. 그 중 Hole-drilling법2)은 잔류응력이 존재하는 금속표면에 구멍을 뚫어 잔류응력을 이완시켜 측정하는 방법으로 정확한 잔류응력을 측정할 수 있다. 그러나 측정 조건에 따른 정량적 값의 변화가 생기고 시험을 파괴적으로 행하기 때문에 재료 열화에 따른 연속 측정이 곤란하다. 또한, 자기장 측정법은 강자성체의 금속에만 적용할 수 있는 방법으로 측정 재료에 상당한 제한을 받는다.
한편 X선 회절법을 이용한 잔류응력 측정은 스트레인 게이지의 표점거리를 재료의 격자면 간격 d로 대신한 격자 변형률 Δd/d의 변화량에 기초를 두고 있다.3) 즉, 재료에 외력이 작용하게 되면 격자면 간격 d가 변화하게 되어 X선 회절시 회절각 2θ값이 변화하는 것으로 부터 잔류응력을 측정할 수 있다. 이러한 방법은 재료 표면에 X선을 조사하여 그 회절각을 측정하여 응력을 산출하기 때문에 비파괴적으로 수행할 수 있고 X선 침투깊이가 수십 ㎛정도이므로 표면층의 잔류응력을 측정할 수 있으며 피측정물의 면적이 작을 때도 사용할 수 있다.
白岩4)등은 0.08%C의 4㎜ 냉간압연강판에 탄성 변형률을 받을 때 Cr-Kα특성 X선을 이용하여 2θ-sin2ψ선도를 고찰한 결과 재료의 이방성으로 인하여 비선형성이 나타난다고 주장하였다.
또한 한5)등은 Cr-Kα특성 X선을 이용하여 0.03%C의 0.7㎜ 냉간압연강판에서 발생된 잔류응력을 측정하였으나 2θ-sin2ψ선도에서 강한 비선형성을 나타내어 측정이 어렵다고 하였다.
栗田6)등은 집합조직을 가지는 탄화규소강(silicon carbide)의 Cr-Kα 특성 X선 응력측정에서 시험편에 가한 응력과 7종류의 ψ각에 대한 회절각의 변화를 고찰하였다. 결과 비선형적인 2θ-sin2ψ선도의 값들에 대해 최소자승법을 이용하여 기울기를 구한 뒤 통계학적 방법7)～8)을 도입하여 응력을 산출하였다. 그러나 이 방법은 ψ값의 선택에 따라 2θ-sin2ψ선도의 기울기 값의 차이가 크고 ψ값이 많아야 한다는 점과 통계적인 과정을 거쳐야 한다는 번거로움이 있다.
X선 회절법을 이용한 응력 측정법은 측정 대상 재료가 등방등질이라는 조건, 특정 결정면이 브래그 회절 법칙(Braggs law)을 만족시켜 하중 변화에 따라 회절각의 변화가 일어난다는 조건과 격자면에서 발생되는 변형률과 응력에 대한 미시적 탄성 이론을 기초로 하고 있다. 그러나 압연 등에 의해 집합조직을 가지게 되면 재료가 등방성이라는 가정은 성립되지 않게 된다.
따라서 본 연구에서는 자동차 현가 부품(Suspension component)인 로우어 암(Lower arm)이나 어퍼 암(Upper arm)으로 사용되는 열간압연강판인 SPHD강과 냉간압연강판인 SPCD강을 이용하여 각각의 Cr-Kα특성 X선과 Mo-Kα1특성 X선에 따른 탄성변형률과 소성변형률에서의 2θ-sin2ψ선도를 파악하여 응력측정의 가능성을 고찰함으로써 실제 압연강에 대한 잔류응력을 측정하였다. |
냉간압연강 번역(영어 번역본)Residual stress is a kind of stress that exists inside a crystalline material when no external load is exerted on it. Such stress is also called locked-in stress or self-stress. Although residual stress occurs in almost every processing such as casting, rolling, molding, stamping, machine work, and welding, it can be reduced or eliminated by post-processing. Residual stress also has different effects on structures, depending on the stress pattern loaded onto materials.
Especially, repetition-dependent destruction such as fatigue is much affected by the residual stress of the material surface. If we can monitor such residual stress accurately, it will be very useful to maintain safety and to predict repair period and remaining life of practice components.
Methods for measuring residual stress include Hole-drilling method, X-ray diffraction method, Ultrasonic testing method, and Magnetic field method. Among them, Hole-drilling method can accurately measure the residual stress, as it is a method that measures the stress by drilling a hole on the metal surface where the stress exists. However, it is difficult to measure continuously because quantitative value changes depending on measurement condition and it is in the end a destructive method. In addition, since magnetic field method can be applied only to ferromagnetic metal, the scope of materials that can be measured through this method is very limited.
Meanwhile, residual stress measurement through X-ray diffraction method is based on the change of Δd/d, grid strain rate, which is material’s lattice plane distance, d, which replaced gauge length of strain gage. In other words, when external force is applied to the material, it changes the lattice plane distance d. This induces a change in diffraction angle, 2θ value, during X-ray diffraction, from which the residual stress can be measured.
Such method can be conducted without destruction of the material because the stress is calculated by measuring the diffraction angle of the X-ray irradiated to the surface of the material. In addition, the X-ray penetrates only about tens of ㎛, which enables measurement of the residual stress of the surface. This also allows that the method can be used when the area of the measured material is small.
白岩and others argued that when 4mm Cold Rolled Steel of 0.08%C receives elastic strain, and 2θ-sin2ψ curve observed through Cr-Kαcharacteristic X-ray shows non-linearity because of the anisotropic character of the material.
In addition, Han and others argued that, using Cr-Kα characteristic X-ray, they measured residual stress of 0.03%C 0.7㎜ cold rolled iron but exhibits strong non-linearity in 2θ-sin2ψ curve, which makes measurement difficult.
栗田et all studied the change in diffraction angles of the 7 types of ψ angles from Cr-Kα characteristic X-ray stress test of silicon carbide, which shows texture in stress measurement, with level of stress applied on the sample. They used the least square method on 2θ-sin2ψ curve values to obtain the slope, and consequently used statistical methods to calculate the stress. However, this method is inconvenient in that the value of the 2θ-sin2ψ curve is greatly affected by the ψ value, it requires a large number of ψ values, and statistical procedures are necessary.
Stress measuring method through X-ray diffraction method is based on the following conditions: (1) the material measured is isotropic and homogeneous; (2) each crystallized surface suffices Bragg’s law and diffraction angle changes according to the change of loaded weight; (3) micro elasticity theory about strain rate occurring on grid plane and stress holds. However, when the material has texture due to rolling, the assumption that the material is isotropic does not hold any more.
Therefore, the current study actually measured residual stress on rolled steel by studying the possibility of a stress test through obtaining 2θ-sin2ψ curves of the elastic strain and plastic strain from Cr-Kα and Mo-Kα characteristic X-ray on each SPHD steel and SPCD steel, which are hot rolled steel and cold rolled steel respectively, both used in the lower arm and upper arm, which are suspension components in cars. |
