運搬 構造用鋼의 腐蝕疲勞龜裂進展 壽命 特性에 미치는 쇼트피닝 影響

Abstract

운반 구조용 현가재 SAE 5155강의 부식피로균열진전 수명특성에 미치는 쇼트피닝의 영향을 연구하기 위하여 Ambient재와 6%FeCl₃ 수용액, 10%HNO₃+3%HF 수용액 그리고 3.5%NaCl 수용액 등 세 가지 부식 수용액에 30일(1개월), 90일(3개월), 180일(6개월), 360일(12개월)동안 침지 부식 후 언피닝재와 쇼트피닝재의 피로균열진전 시험을 통하여 피로균열진전거동에 미치는 부식의 형태와 영향 그리고 피로균열진전 특성과 피로수명 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 부식 환경에서는 쇼트피닝 가공 시 재료에 형성된 압축잔류응력이 부식의 진행에 따라 생성된 성장응력과의 상호작용에 의해 보호피막의 생성시간이 길어져 언피닝재에 비해 부식에 대해 저항성이 높은 것으로 나타났다. (2) 각 부식 수용액에서의 피로균열진전속도는 전반적으로 쇼트피닝재가 언피닝재에 비해 낮은 피로균열속도를 나타내었다. 이는 압축잔류응력이 균열진전과정에서 균열선단의 구속력으로 작용하여 피로균열진전속도 지연효과가 나타난 것으로 판단되며, 부식 환경에서의 피로균열진전거동은 상온과 달리 균열선단에서의 화학적 손상과 기계적 손상의 복합작용으로 빠른 균열속도를 나타내었다. (3) 하한계응력확대계수에는 상온보다 부식 환경에서 낮은 값을 보였다. 이는 낮은 주파수와 응력확대계수범위에서는 균열선단에서의 전기화학적 작용으로 부분적인 부식피트 발생 및 성장으로 낮은 값을 나타낸 것으로 판단된다. (4) 피로수명에 있어서 상온에서는 shot peening 시험편이 Un peening 시험편보다 453%증가하였고, 세 가지 부식액에 침지시킨 후 6% FeCl₃ 수용액의 경우 294%, 10% HNO₃ + 3% HF수용액의 경우는 488%, 3.5% NaCl수용액에서는 366%로 입계부식에서 쇼트피닝 효과가 크게 나타나고 있음을 알 수 있으며, 피로균열진전 da/dN=C(△K)^(m)식 에서의 피로균열진전지수와 균열상수와의 비교에서 언피닝재가 쇼트피닝재보다 낮은 피로균열진전지수 값을 나타내었고 균열상수는 그와 반대의 경향을 나타내었다. (5) 무부식재와 세 가지 부식 수용액에서 침지 후의 피로균열진전 하한계 특성은 무부식재(Ambient)가 가장 높게 나타나고 그리고 6%FeCl₃ 수용액에 침지 후 부식재가 가장 낮은 하한계(△K_(th))를 나타내었고 쇼트피닝재가 언피닝재에 비하여 높게 나타났다. 이는 쇼트피닝에 의한 압축잔류응력의 영향으로 쇼트피닝재가 높게 나타났으며 균열선단의 전기화학적 작용으로 부식피트 발생 및 성장으로 부식 환경에서 낮은 하한계를 나타낸 것으로 판단된다. (6) 각 부식 수용액에서의 피로균열진전속도는 전반적으로 쇼트피닝재가 언피닝재에 비해 낮은 피로균열진전속도를 나타내었다. 이는 압축잔류응력이 피로균열진전과정에서 균열선단의 구속력으로 작용하여 속도가 지연되어 낮은 것으로 판단된다.

Light-weight new materials that have high strength and corrosion resistance have become vital to auto industries. However, there are a lot of problems with developing such materials in that they require a huge amount of money, great deal of time and effort. In this study, residual stress was utilized to improve fatigue strength and fatigue life, which leads to high corrosion resistance. To see how the corrosion resistance rises, we conducted following experiment. After immersing structural gap-bridging SAE 5155 steel for transport in 3.5%NaCl, 10%HNO3+3.5%HF, 6%FeCl3 for 365 days, which is corrosive condition, we got corrosion fatigue crack. And then, the compressive residual stress was applied on the surface of materials by shot peening processing depending on each shot velocity, which is the method of improving fatigue life and strength. It was shown that shot peening materials show longer fatigue life than un-peening materials in corrosion conditions. The threshold stress intensity factor range decreased in shot-peened materials in corrosion environments. Compressive residual stress of shot-peened surface had more resistance to fatigue crack propagation than un-peened materials. The fatigue crack growth rate of the shot-peened materials was lower than that of the un-peened materials. The difference of the weight loss between shot-peened materials and un-peened materials was significant in the beginning of the corrosion, but as time passed by, the difference got smaller and in the end they almost did not show difference. Therefore, it was found that shot peening materials have more resistant to corrosion environment than un-peening materials have. This means that compressive residual stress, which is formed on the surface of materials in the process of shot peening processing, plays a role of protective coating film when corrosion progresses.