항공기 터빈 디스크에 사용될 수 있는 니켈기 초내열 분말야금 합금의 피로균열진전 거동이 실제운전 환경을 고려하여 상온 및 $650^{\circ}C$에서 연구되었다. ASTM E647에서 제시하는 직류전위차법을 이용하여 실시간으로 균열의 진전을 측정하였다. 또한 피로균열진전 시험은 응력비 0.1과 0.5의 두가지 조건에서 수행되었다. 시험결과들은 응력비와 온도 조건 모두 피로균열진전 거동에 영향이 있음을 보여주었으며, 응력비와 온도가 증가함에 따라, 니켈기 초내열 분말 야금 합금의 피로균열성장 속도는 증가하게 관찰되었다. 본 연구에서 사용된 니켈기 초내열 분말 야금 합금은 현재 개발 중인 소재로써 보다 정량적인 시험결과의 분석을 위해, 본 연구의 피로균열진전 시험결과와 기존에 연구된 Inconel-100 소재의 피로균열진전거동에 대한 상호 비교분석이 수행되었다. 피로균열진전 파단면의 분석은 SEM 촬영을 통하여 수행하였다.
It is very difficult to find not only optimized welding condition but also fatigue characteristics of the dissimilar weld. In this study. Low carbon steel (SS41) and austenitic stainless steel (STS304) were welded by GTAW welding with STS309 stainless wire rod and Single Edge Notch specimens were used for the examination of fatigue behavior on welding heat cycle. The fatigue crack growth rate in HAZ of SS41 was the highest. The second was in STS304 bond line and the lowest was in HAS of STS304.
대형 용접 구조물에 대한 피로설계 수명의 예측은 일반적으로 Palmgren Miner과 등가손상도 방법 또는 선형누적손상도 방법을 사용한다. 또한 용접 구조물에서 피로 균열이 발생되면 잔존 수명은 S-N 곡선과 선형 파괴역학에 기초하여 예측되고 있다. 본 연구에서는 면외거셋 용접이음의 3차원 피로균열 진전거동과 피로수명을 예측하기 위하여 피로 시험을 실시하였다. 면외거셋 용접이음의 3차원 피로균열진전해석은 NX NASTRAN 및 FRANC3D를 이용하여 유한요소 해석을 실시하였다. 면외거셋 용접이음의 균열 형상비, 초기균열 크기 및 응력비에 미치는 영향을 검토하기 위하여 피로균열진전 해석을 실시하였다. 또한 초기균열크기, 균열 형상비와 응력비의 변화에 따른 3차원 피로균열진전 해석 결과와 피로시험결과를 비교하였다. 피로균열진전 해석결과, 피로균열 진전속도와 응력확대계수와의 관계에서 피로시험과 유사하게 나타남을 확인하였으며, 면외거셋 용접이음의 피로수명을 추정할 수 있음을 확인하였다.
In this paper, high strength pressure vessel steels having the same chemical compositions were manufactured by the two different steel-making processes, such as vacuum degassing(VD) and electro-slag remelting(ESR) methods. After the steel-making process, they were normalized at $955^{\circ}C$, quenched at $843^{\circ}C$, and finally tempered at $550^{\circ}C$ or $450^{\circ}C$, resulting in tempered martensitic microstructures with different yielding strengths depending on the tempering conditions. Low-cycle fatigue(LCF) tests, fatigue crack growth rate(FCGR) tests, and fracture toughness tests were performed to investigate the fatigue and fracture behaviors of the pressure vessel steels. In contrast to very similar monotonic, LCF, and FCGR behaviors between VD and ESR steels, a quite difference was noticed in the fracture toughness. Fracture toughness of ESR steel was higher than that of VD steel, being attributed to the removal of impurities in steel-making process.
Post weld heat treatment(PWHT), at more than 600.deg. C, is essential to remove residual stress and hydrogen in weld HAZ and improve fatigue characteristics. However, residual stress during PWHT is responsible for PWHT embitterment and it promotes precipitation of impurities to grain boundary. In this paper, the effect of stress simulated residual stress on fatigue failure was evaluated by fatigue test, microhardness test and fractograph. The obtained results are summarized as follows; (1) The fatigue crack growth rate(da/dN) of parent and heat treated parent was affected by microstructure due to heat treatment and it depended on stress intensity factor (.DELTA.k). (2) The fatigue strength of weld HAZ was dependent on applied stress during PWHT and da/dN after PWHT was slower than as-weld. (3) Softening amount of weld HAZ was bigger than any other due to PWHT. Hardness value of weld HAZ was affected by heat treatment under the applied stress of 10 $kgf/mm^2$, but beyond 20 $kgf/mm^2$ it was increased by the applied stress rather than heat treatment. (4) Beyond the applied stress of 20 $kgf/mm^2$ during PWHT, intergranular fracture surface was observed and its amount was increased with applied stress during PWHT. (5) Effect of applied stress during PWHT on aspect of fracture surface was larger rather than that on fatigue crack growth behavior.
이 연구에서는 덮개판 형상이 피로특성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해서 강교량을 구성하는 구조세목 중 덮개판 필렛용접부를 대상으로 일련의 피로실험을 실시하였다. 피로실험결과 덮개판 형상에 따라 피로강도에 다소 차이를 나타내고 있었으나 국내 및 외국의 피로설계기준을 만족함을 알 수 있었다. 또한 비치마크실험결과로부터 피로균열 발생점은 용접지단부의 형상에 밀접하게 관련되어 있음을 확인할 수 있었으며, 용접지단부의 여러 곳에서 동시다발적으로 발생한 피로균열이 반타원형의 표면균열의 형태로 성장하고 이 균열이 서로 합체되어 관통균열의 형태로 성장함으로써 결국 파단에 이르렀다. 한편, 파괴역학적 해석결과로부터 기존의 제안식 및 유한요소해석에서 구한 균열보정 계수 중기하학적형상보정계수가 가장 지배적임을 알 수 있었으며, 피로균열성장속도와 유한요소해석에서 구한 응력확대계수범위 사이의 관계로부터 덮개판 필렛용접부의 피로수명을 산정 할 수 있었다.
평면 굽힘부식피로 시험기를 사용하여 선박용 알루미늄합금재의 부식피로파양에 관한 연구를 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 비저항이 증가함에 따라서 초기 부식피로균열발생까지의 반복회수는 지연되고, 그 부식감수성은 감소하는 양상을 나타낸다. 2. 비저항이 감소할수록 Paris rule의 실험상수 m 값은 작아지면서 응력강도 계수값에 비해 부식에 의한 영향이 더욱 민감해 진다. 3. 알루미늄 5086 합금의 부식피로균열은 입계균열파양의 양상을 보이고 있다. 4. 응력강도계수값이 증가함에 따라 부식감수성은 감소되어지고 응력강도계수값이 40kg.mm super(-3/2) 이상일 때 부식감수성은 거의 균일하게 된다.
It was known that the fracture incidences of offshore structure were mostly originated from the surface defects. Especially, in the case of the welded structures, since the welded region has some defects and incomplete beads which are apt to behave like the surface cracks, it has been necessary to evaluate the environmental effects on crack growth at HAZ for the design crack growth behaviour at multi-pall HAZ for SWS41 steel under free corrosion and cathodic protection(-0.9V vs Ag/Agcl) conditions. The results are summarized as follows ; (1) Crack growth rate of the as weld in air was faster than that of the parent and PWHT specimens over all .DELTA.K rang. (2) In free corrosion test, surface crack growth rate of the as welded was decreased in comparison with that of the parents. (3) In fatigue test under cathodic protection, cathodic electric potential(-0.9V vs Ag/Agcl) for the SWS41 steel parent was effective, while for the as welded ineffective. (4) There was a tendency that the exponent(m) of the Paris' equation was decreased in order of microhardness magnititude in air and under cathodic protection conditions and vise versa in free corrosion. (5) Fracture surface has dimples and ductile striations in air test, but transgranular cracks and brittle striations under cathodic protection test.
This paper proposes elastic stress intensity factors and crack opening displacements (CODs) for a slanted axial through-wall cracked cylinder under an internal pressure based on detailed 3-dimensional (3-D) elastic finite element (FE) analyses. Based on the elastic FE results, the stress intensity factors along the crack front and CODs through the thickness at the center of the crack were provided. These values were also tabulated for three selected points, i.e., the inner and outer surfaces and at the mid-thickness. The present results can be used to evaluate the crack growth rate and leak rate of a slanted axial through-wall crack due to stress corrosion cracking and fatigue. Moreover, the present results can be used to perform a detailed Leak-Before-Break analysis considering more realistic crack shape development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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