Abstract
The firing pin of modern automatic rifles detonates the primer of loaded ammunition via a hammer. During this process, the firing pin receives an impact load and repetitive force throughout the life of the rifle. An endurance test of a rifle showed that the firing pin breaks prematurely at 96.26% of life. Accordingly, a case study was conducted through cause analysis and a reconstruction test. Optical microscopy and scanning electron microscopy of the broken surface of the firing pin showed that a crack began in the circumferential direction of the surface, resulting in a fatigue crack to the core after repeated impact. Crack growth and fatigue destruction occurred at the end due to the repetitive impact and was estimated using a notch. For verification, a sample that produced a 0.03mm circumferential notch was broken at 64.25% of life in the reconstruction test. A test of breakage according to the notch types showed that a 0.3mm and a 0.5mm one-side notch were broken at 66.53% and 50.76%, respectively, and a 0.03mm six-point notch was broken at 85.65%. The endurance life of a sample firing pin with a rough surface and tool mark was examined, but an approximately 381 ㎛ internal crack formed. Through this study, failure for each notch type was considered. These results show that quality control of the notch and surface roughness is essential for ensuring the reliability of a component subjected to repeated impact.
현대의 자동소총의 공이는 공이치기에 의해 타격을 받아 장전된 탄약의 뇌관을 기폭 시키는 역할을 한다. 이 과정에서 공이는 충격하중을 받게 되며 소총의 수명주기 동안 반복적인 힘을 받게 된다. 소총의 내구도 시험에서 전체의 96.26% 진행 중 공이가 조기에 파손되는 현상이 발생하였다. 이에 따라 원인분석과 재현시험을 통해 파손현상 사례연구를 실시하였다. 파손이 발생한 공이의 파단면을 현미경 및 SEM 분석결과 반복충격에 의해 표면 원주방향 전체에서 균열이 시작해 심부로 피로균열이 발생했다. 반복충격에 의해 균열이 성장하다 마지막에 피로파괴가 발생하였으며, 노치에 의한 것으로 추정되었다. 검증을 위해 원주방향 0.03mm의 노치를 생성한 공이로 재현시험결과 동일한 형태의 파단면을 가지면서 전체 수명의 64.25%에서 파손되었다. 파손사례연구를 위한 노치형태별 재현시험결과 한쪽 측면 노치 0.3mm, 0.5mm의 공이는 각각 65.53%, 50.76%에서, 6개 지점의 노치 0.03mm는 85.65%에서 파손되었다. 마지막으로 표면 거칠기가 거칠고 툴 마크가 육안으로 확인이 가능한 공이는 내구수명을 만족하며 381㎛의 내부균열이 진행되었다. 본 연구를 통해 노치형태별 파손에 대해 고찰하였으며, 반복충격을 받는 부품의 신뢰성 확보를 위해 노치와 표면 거칠기 품질관리가 중요한 것을 알 수 있다.