Estimation of Fracture Toughness Degradation of High Temperature Materials by Nonlinear Acoustic Effects

비선형 음향효과에 의한 고온 재료의 파괴인성 열화도 평가

In order to develop an ultrasonic evaluation method for properties degradation of high temperature materials, a number of Cr-Mo-V steel samples were heat-treated and their damage mechanism was examined. Ultrasonic parameters such as velocity, attenuation, and more recently developed nonlinear acoustic parameter were measured. The nonlinear acoustic parameter was found to be most sensitive to material degradation mainly attributed to the precipitation of impurities in grain boundaries. When compared to the electrical resistivity results, the nonlinear parameters showed similar behavior. There existed a relatively good correlation between the nonlinear parameter and the fracture appearance transition temperature (FATT) obtained by Charpy V-notch impact test. Based on the relationship between the FATT and the fracture toughness ($K_{IC}$), correlation between the nonlinear parameter and $K_{IC}$ was established.

고온 장시간 사용재의 열화로 인한 파괴인성의 저하를 초음파 방법으로 평가하기 위하여 Cr-Mo-V 강을 실험실에서 인공 열화처리하여 열화로 인한 손상 기구를 규명하고, 열화도에 따른 초음파 파라미터의 변화를 체계적으로 관찰하였다. 초음파 파라미터로서 속도, 감쇠와 보다 최근에 개발된 비선형 음향 파라미터를 사용하였는데, 비선형 음향 파라미터가 가장 민감한 변화를 보였다. 또한 전기비저항 측정 결과와 비교할 때 두 방법 모두 전체적으로 유사한 거동을 보였다. Charpy V-notch 충격시험으로부터 구한 파면양상 천이온도(FATT)와 비선형 파라미터 사이에는 비교적 좋은 상관관계가 성립하였으며, FATT와 파괴인성($K_{IC}$) 사이의 관계식에 근거하여 열화된 발전설비 재료의 파괴인성을 초음파 비선형 파라미터의 측정을 통하여 간접적으로 구할 수 있음을 보였다.