Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
13
ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ์งJ. Kor. Inst. Surf. Eng.Vol. 42, No. 1, 2009.
<์ฐ๊ตฌ๋ ผ๋ฌธ>
์๋ฃจ๋ฏธ๋ 5456-H116 ํฉ๊ธ์ ๋ํ์ฌ ์ต์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ
ํ๋ก์ธ์ฑ ์กฐ๊ฑด ๊ท๋ช ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ ํ๊ฐ
๋ฐ์ฌ์ฒ , ๊น์ฑ์ข *
๋ชฉํฌํด์๋ํ๊ต ๊ธฐ๊ด์์คํ ๊ณตํ๋ถ
Evaluation of Mechanical Characteristic and Investigation on Optimum Condition
in Friction Stir Processing for 5456-H116 Al Alloy
Jae-Cheul Park, Seong-Jong Kim*
Division of Marine System Engineering, Mokpo Maritime University, Jeonnam 530-729, Korea
(Received December 10, 2008 ; revised January 17, 2009 ; accepted February 27, 2009)
Abstract
Friction stir welding(FSW) was developed as a new solid state welding technique by The Welding Institute(TWI). On the basis of FSW, a new processing technique, friction stir processing (FSP), has recently beendeveloped. FSP has been applied to cast aluminum alloy to modify the microstructure to enhance mechanicalcharacteristic. FSP is a new solid state processing technique for microstructural modification in metallic mate-rials. FSP has been applied to aluminum alloy to modify the microstructure to enhance mechanical char-acteristic. In this study, we investigated optimum condition friction stir processing with the evaluation ofmechanical characteristic for 5456-H116 Al alloy. The mechanical characteristics of base metal similar within 15 mm/min, 250 RPM with full screw probe. This condition is concluded that optimum friction stir pro-cessing condition. The result of this investigation will be able to application for repair of welding part foraluminum ship.
Keywords: 5456-H116 Al alloy, Friction stir processing (FSP), Mechanical characteristic
1. ์ ์ธ
์ต๊ทผ ๊ตญ๊ฐ์ ์ฐจ์์์ ํ๊ฒฝ๊ท์ ๊ฐ ๊ฐํ๋๋ฉด์ ์ง
๋ 2006๋ ๋ถํฐ ๋ ธํ์ด์ ๋์ฑ ์ฌ์ ์ผ๋ก ์ ์กฐ ์ด์
๊ฑด์กฐ ์ ํ๊ฒฝ์ค์ผ์ ์ฐ๋ ค๊ฐ ์๋ ์ฌ์ ๊ฐํํ๋ผ์คํฑ
(Fiber-Rein forced Plastic, ์ดํ FRP) ์ด์ ์ ๋ํ
์ง์์ ์ค๋จํ๊ณ ํ๊ฒฝ ์นํ์ ์ธ ์ ๋ฐ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ฌ์ฉ
ํ ๊ฑด์กฐ๋ฅผ ๊ถ์ฅํ๊ณ ์๋ค. FRP ์ฌ๋ฃ๋ก ๊ฑด์กฐ๋ ์ด
์ ๋ฐ ์ค์ํ ๋ ์ ์ ๋ฐ ๋ฑ์ ์ดํญ ์ค์ ์ถฉ๋ใํ์ฌ
์ฌ๊ณ ๋ฐ์ ์ ์ธ๋ช ํผํด ๋ฐ ํ๊ฒฝ์ค์ผ ๋ฑ ์ธ์ , ๊ฒฝ์
์ ์์ค๊ณผ ํจ๊ป ๋ํ์ฌ๋์ ์ํ์ด ํฌ๊ณ ํ์ ์
๋ฐ์๋๋ ํ๊ฒฝ์ ํด ๋ฌผ์ง์ ๋ํ ๋์ฑ ์ด ๋ฏธํกํ ์ค
์ ์ด๋ค. ์ด์ ๋ํ ๋์์ผ๋ก ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ ๊ฑด์กฐ์
๋ํ ๋ง์ ๊ด์ฌ์ด ๊ณ ์กฐ๋๊ณ ์๋ค. ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ์
๊ฐ์ ์ ๋นํ์ฌ ๋น๊ฐ๋๊ฐ ๋์ ๊ฒฝ๋ํ์ ์ํด ๊ณ ์
ํ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ๋ฉฐ, ์ฐ๋ฃ ์ ๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ณ ๋ถ๊ฐ ๊ฐ์น, ๋
์ ๋ด์์ฑ์ ์ํ ์ ์ง ๋ณด์๊ฐ ์ฉ์ดํ๊ณ ํ์ ์
70~80% ์ด์์ ์ฌํ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ์ฌ ํ๊ฒฝ ์นํ์ ์ด
๋ฏ๋ก ํด์ํ๊ฒฝ ์ค์ผ๊ท์ ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋์ฒด์ ๋ฐ์ผ๋ก ์ฑํ
๋จ์ผ๋ก์จ ์ด์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ฐ๋ฐ์ด ํ์ํ ์ค์ ์ด
๋ค1). ๊ตญ๋ด์ ์ค์ํ ์กฐ์ ์๋ ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ๊ฑด์กฐ์
๊ด๋ จ์ฌ๋ฃ์ ํน์ฑ ํ์ , ๋๋ฃ ์ ํ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ฉ์ ๊ธฐ์
๋ ฅ ๋ถ์กฑ ๋ฑ์ ์ด์ ๋ก ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ๊ฑด์กฐ์ ์ด๋ ค์
์ด ๋ง์ผ๋ฉฐ, ํนํ ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ ๊ฑด์กฐ ์ ์ ๋ฐ์ ํ
์ง์ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ธ์๋ ์ฉ์ ๋ถ์ ๋ณํ
๊ณผ ๊ฒฐํจ์ด๋ฉฐ, ๋ค์ํ ์ฉ์ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ์์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฐ๋ผ
์์ ์ฑ์ ๋ฌธ์ ๋ฐ ์ธ๊ด ๋ฑ ์ ๋ฐ์ ํ์ง์ด ๊ฒฐ์ ๋
๋ค2). ๊ธฐ์กด์ ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ํฉ๊ธ์ ์ ํฉ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๋ถํ์ฑ
๊ฐ์ค๋ฅผ ์ด์ฉํ MIG(Metal Inert Gas)์ TIG(Tungsten
Inert Gas) ์ฉ์ ์ด ์ฃผ๋ก ์ฌ์ฉ๋์ด ์์ผ๋ ์๊ธฐ ๊ธฐ์ *Corresponding author. E-mail : [email protected]
14 ๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ /ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20
๋ค์ ์๋ฃจ๋ฏธ๋์ ํน์ฑ ์ ๋์ ์ด์ ์ํ ๋ณํ ๋ฐ
๊ณ ์จ ๊ท ์ด๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐํจํ์์ด ์๋ฐ๋๊ณ ์ฉ์ ํ ๋
๊ฐ์ํ์์ ์ฉํด๋์ง ๋ชปํ ์์๊ฐ์ค๊ฐ ๊ธฐ๊ณต์ ํ์ฑ
ํ๊ฒ ๋์ด ์์๊ท ์ด์ ์ ๋ฐํ ์ ์๋ค3,4). ๋ฐ๋ผ์ ์ด
๋ฌํ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ทผ์์ ์ธ ํด๊ฒฐ์ฑ ์ผ๋ก 1991๋ ์๊ตญ
์ TWI(The Welding Institute)์์ ๊ฐ๋ฐ๋ ๊ธ์์
๊ณ ์์ ํฉ๋ฐฉ์์ธ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ์ฉ์ (Friction stir welding,
์ดํ FSW) ๊ธฐ์ ์ ๊ฐ๋ฐํ์ฌ5) ๋ค์ํ ์ฐ์ ๋ถ์ผ์์
๊ด๋ฒ์ํ๊ฒ ์ ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ด๋ จ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ
์งํ๋๊ณ ์๋ค6-11). ์ด๋ฌํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ์ฉ์ ๊ธฐ์ ์ ๋ง
์ฐฐ๊ต๋ฐ ์ ํฉ ๊ณผ์ ์์ ๋น์๋ชจ์ฑ ๊ณต๊ตฌ์ ๋ชจ์ฌ๊ฐ์
์๋์ ์ธ ์ด๋์ ํตํด์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ง์ฐฐ์ด๊ณผ ๊ธฐ๊ณ์
ํ์ ์ํด์ ์ฌ๋ฃ ๋ด๋ถ์ ์ฌ๊ฒฐ์ ์ด ํ์ฑ๋๊ณ ๊ฒฐ์
๋ฆฝ์ด ๋ฏธ์ธํ ๋๋ค. ์ด๋ ์ฌ๋ฃ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ์ ์ด๋ก
์ธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๋ ์ฐ๊ตฌ์๋ ์ ์ฉ๋๊ณ
์๋ค12).
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ์ฉ์ ๊ธฐ์ ์ ํน์ฑ์ ์์ฉ
ํ์ฌ ์ฌ๋ฃ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ณํ์ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ๋ฏธ์ธํ์ ์
ํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํ ๊ธฐ์ ๋ก ๋ง์ฐฐ๊ต
๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ(Friction stir processing ์ดํ FSP) ๊ธฐ
์ ์ ๋ํ์ฌ ์ฐ๊ตฌํ์์ผ๋ฉฐ, ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ์ฉ ์ฌ๋ฃ
๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ 5456- H116 ํฉ๊ธ์ ๋ํ์ฌ ๋ค์ํ ๊ณต
์ ๋ณ์๋ฅผ ์ ์ฉํจ์ผ๋ก์จ ์ต์ ์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ
์กฐ๊ฑด์ ๊ท๋ช ํ๊ณ ์ ํ๋ค.
2. ์คํ๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ๋ชจ์ฌ๋ Al-Mgํฉ๊ธ(5000๊ณ์ด)
์ค์์ 5456-H116์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ชจ์ฌ์ ํฌ๊ธฐ๋
150 mmร150 mmร5 t์ ํ์ฌ๋ก ๊ฐ๊ณตํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ชจ
์ฌ์ ๋กค๋ง๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ค์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ ์ง
๊ฐ 3o, ํ์ ๋ฐฉํฅ์ ๋ฐ์๊ณ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ๊ณ ์ ํ์ฌ ์ค์
ํ์๋ค.
๊ณต์ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ผ ๋ชจ์ฌ์ ํน์ฑ๊ฐ์ ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น
๋ ์ธ์๋ฅผ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํด ๊ณต๊ตฌ์ ํ์, ์ด์ก์๋ ๋ฐ
ํ์ ์๋ ๋ณ์ ๋ฑ ๋ค์ํ ๋ณ์๋ฅผ ์ ์ฉํ์๋ค.
ํ 1์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ ์ฉ ์ ๊ณต์ ๋ณ์์
๋ํ์ฌ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ณต๊ตฌ์ ํ์์ ํ๋ฃจ๋ธ์ ๋
์ฌ์ฐ ์ ๋ฌด์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๋์ฌํ ํ๋ฃจ๋ธ(Full screw
probe)์ ๋ฌด๋์ฌํ ํ๋ฃจ๋ธ(Non-screw probe) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ
ํ๋ฉด๊ฐ์ง์ ์ํ ์ํตํ ํ๋ฉด๊ณต๊ตฌ(Surfacing)๋ฅผ ์ฌ
์ฉํ์๋ค.
ํ๋ฃจ๋ธ๊ฐ ์๋ ๊ณต๊ตฌ์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ์์ ๊น์ด 4.5 mm,
ํผ์น 1 mm, ์ง๊ฒฝ์ด 6ฮฆ์ธ ๊ณต๊ตฌ๋ก ํ๋ฃจ๋ธ๋ฅผ ๊ณ ์์ผ
๋ก ํ์ ํ๋ฉด์ ๋ชจ์ฌ์ ๋ด๋ถ์ ์ฝ์ ํ ํ ๋กค๋ง๋ฐฉํฅ
์ผ๋ก ์ด์ก์ํค๋ ๋ฐ๋ฉด, ์ํตํ ํ๋ฉด์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ๋ชจ์ฌ
Table 1. Parameter of friction stir processing
Parameter
Full screw probe Non-screw probe Surfacing
Tool type Shoulder dia. Pressure depth Probe dia. Tilt angle Rotate dir.
Full screw probe20ฮฆ 4.5 mm 6ฮฆ
3oCounter
clockwise
Non screw probe
Surfacing 25ฮฆ 1 mm ยท
Traveling speed (mm/min) 15, 22,32, 61, 124, 267, 507, 720
Rotating speed (RPM) 75, 150, 250, 500, 1100, 1800, 3600
Fig. 1. Schematic diagram of FSPed direction and
tensile test specimen.
๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ/ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20 15
์ ํ์ ํ๋ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ 1 mm ์์ ํ์ฌ ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ค
์ํ์๊ณ , ํ๋ก์ธ์ฑ์ ๋จ๋ฉด(Single)๊ณผ ์๋ฉด(Double)
์ผ๋ก ๋๋์ด ์ค์ํจ์ผ๋ก์จ ์ธ๋ถ์ ์ธ ๊ณต์ ๋ณ์๋ฅผ ์
์ฉํ์๋ค. ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์๋ฃ ํ ์ํธ์ ๊ธฐ๊ณ
์ ํน์ฑ์ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ ์์ ์ธ์ฅ์ํ๊ธฐ
(Instron 8516)๋ก 0.2 mm/min์ ์ธ์ฅ์๋๋ก ์ธ์ฅ์
ํ์ ์ค์ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1์์ ๋ณด๋๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์ธ์ฅ์ํธ์ ํ๋ก์ธ์ฑ
๋ฐฉํฅ์ ์์ง์ผ๋ก ๊ฐ๊ณตํ์์ผ๋ฉฐ, ํ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ 50 mm,
๋จ๋ฉด์ ์ 30 mm2๋ก ํ์๋ค. ๋ํ ์ธ์ฅ์ํ ํ ์ํธ
์ ํ๋จ๋ฉด์ ์ฃผ์ฌ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(Scanning Electron
Microscope)์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ด์ฐฐํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ
๋ก์ธ์ฑ์ ์ํ ์ํฅ์ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ํธ์ ํก
๋จ๋ฉด์ Keller ์ฉ์ก์ ์นจ์ ์์ผ ์์นญํ ํ ๊ดํํ
๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ฏธ์ธ์กฐ์ง์ ๋ณํ์ ์์ฑ์ ๋ ๊ฑฐ๋
์ ๊ด์ฐฐํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ง์ดํฌ๋ก ๋น์ปค์ค ๊ฒฝ๋๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉ
ํ์ฌ 9.807 N์ ์ธ๊ฐํ์ค์ผ๋ก ์ ์ง์๊ฐ์ 10์ด๋ก
ํ์ฌ 1 mm ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๊ฒฝ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค.
3. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
๊ทธ๋ฆผ 2๋ 5456-H116 ์ํธ์ ๋ํ์ฌ 800 RPM์
์ ๊ณต๊ตฌํ์๊ณผ ์ด์ก์๋์ ๋ณํ๋ก ๋ค์ํ ์กฐ๊ฑด์์
๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ค์ํ์์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณต๊ตฌ์ ํ
์์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ํ์ ์ธ ์ํธ์ ์ธ๊ด์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
๋์ฌํ ํ๋ฃจ๋ธ์์๋ ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ๋น๋๊ฐ ๊นจ๋ํ ํ
์์ ๋ํ๋ด๊ณ ์์ผ๋, ๋ฌด๋์ฌํ ํ๋ฃจ๋ธ์์๋ ์ด
์ก ์ด๊ธฐ๋ถํฐ ์ข ๋ฃ ์๊น์ง ๊ฒฐํจ์ด ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. ์ด๋
์๋์ ์ผ๋ก ์ ๋์ฌํ ํ๋ฃจ๋ธ์ ๋นํด ๋ฌด๋์ฌํ ํ๋ฃจ
๋ธ์ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ํ๋ฃจ๋ธ์ ๋ชจ์ฌ์ ์ ์ด๋ฉด์ ์ด ์ ๊ธฐ ๋
๋ฌธ์ ๋ง์ฐฐ์ด์ด ๋ถ์กฑํ์์ผ๋ฉฐ, ํ์ ํ๋ ํ๋ฃจ๋ธ์ ์ค
๋ฅธ๋์ฌ์ ์ํ ์ถฉ๋ถํ ์ฉ์ ์ด ๋ฐ์ํ์ง ์์๊ธฐ ๋
Fig. 2. Appearance in friction stir processing for 5456-
H116 specimen surface with tool type in 15 mm/
min and 800 RPM.
Fig. 3. Comparison of mechanical characteristics with tool type and traveling speeds.
16 ๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ /ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20
๋ฌธ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๋ํ ํ๋ฉด๊ฐ์ง์ ๋จ๋ฉด์ธ ๊ฒฝ์ฐ, ๋น
๋๋ฉด์ด ๊นจ๋ํ๊ณ ์นฉ ๋ฐ์๋์ด ์ ์์ผ๋, ์๋ฉด์ธ ๊ฒฝ
์ฐ์๋ ํฐ ์นฉ์ด ๋ฐ์ํ์๊ณ ๋น๋๋ฉด์ด ๋ฐ๋ฆฌ๋๋ ๋ฑ
๋จ๋ฉด์ ์ด ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ ์๋ฉด
ํ๋ฉด๊ฐ์ง ์ ์ ์ด๋ฉด์ด ์ด์ ์ํฅ์ผ๋ก ๊ธ์์ด ์ฐํ
๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3์ ๊ณต๊ตฌํ์ ๋ฐ ์ด์ก์๋ ๊ณต์ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ผ
๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ค์ํ์ฌ ๊ฐ ์กฐ๊ฑด์์ 3ํ ์ด
์ ์ธ์ฅ์ํ ํ ์ต๋์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํญ๋ณต๊ฐ๋, ์ฐ์ ์จ ๋ฐ
ํก์์๋์ง์ ํ๊ท ์ ์ํธ ๋น๊ตํ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค. ๊ณต
๊ตฌํ์์ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์
ํธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ ๊ณต๊ตฌ์ ์ฌ๋ฃ
๊ฐ์ ๋ง์ฐฐ๋ฉด์ ์ด ๊ฐ์ฅ ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ต๋ฐ ์ ๋ง์ฐฐ์ด
์ ๋ฐ์๋์ด ๊ฐ์ฅ ๋ง๊ณ ๊ทธ๋ก ์ธํด ์ฌ๋ฃ์ ์ถฉ๋ถํ
์ฐํ๋ก ์์ฑ์ ๋์ด ๋ฐ์ํ์ฌ ๊ต๋ฐ์์ฉ์ด ์ํํ์
๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๋ฐ๋ฉด, ๋ฌด๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ์ธ ๊ฒฝ์ฐ
๋ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ณด๋ค ๋ง์ฐฐ๋ฉด์ ์ด ์๋์ ์ผ๋ก ์๊ณ
์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ฐํ์ํค๊ธฐ ์ํ ๋ง์ฐฐ์ด์ด ์ถฉ๋ถํ ๋ฐ์ํ์ง
๋ชปํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๊ต๋ฐ์์ฉ์ด
์ํํ์ง ๋ชปํ์ฌ ๋น๋๋ฉด์ ๋ฐ์๋ ๊ฒฐํจ์ ์ํด์
๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ด ํ์ ํ ๊ฐ์ํ์๋ค. ํ๋ฉด๊ฐ์ง์ ๊ฒฝ
์ฐ๋ ๋จ๋ฉด ํ๋ฉด๊ฐ์ง ๋ณด๋ค ์๋ฉด ํ๋ฉด๊ฐ์ง์ ์ค์ํ
์์ ๋, ๋ค๋์ ์นฉ ๋ฐ์์ ์ํ ๋น๋๋ฉด์ ํ๋ฆฌ ํ
์๊ณผ ๊ณผ๋ํ ๊ต๋ฐ์ ์ํด ๋ฐ์๋ ๋ง์ฐฐ์ด์ ์ํ ์
ํฅ์ผ๋ก ๊ธ์๋ด๋ถ๊ฐ ์ฐํ๋จ์ผ๋ก์จ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ด ๊ฐ
์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๊ณต๊ตฌ์ ํ์์ ๋ฐ๋ฅธ ์คํ ๊ฒฐ
๊ณผ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์ํธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋
ํ๋๋ค. ๋ํ, ์ด์ก์๋๊ฐ ๋ฎ์์๋ก ์ ์ด๋์ด ํฌ๊ณ
์์ฑ์ ๋์ด ์ํํ๊ฒ ์ด๋ฃจ์ด์ ธ์ 15 mm/min์ ๊ฒฝ
์ฐ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์ํธํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค.
๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๊ณต๊ตฌ์ ํ์ ๋ฐ ์ด์ก์๋ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ฅธ
๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ์์ ์ด์ก
์๋๋ 15 mm/min์ธ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ํ๋จ
๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4๋ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ด์ก์๋
15 mm/min์์ ํ์ ์๋ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ
๋ก์ธ์ฑ์ ์ ์ฉํ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์กฐ๊ฑด๋ณ ์ํธ์ธ๊ด์ ๋ํ
๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. 75 RPM๊ณผ 3600 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ๋น๋๋ฉด
์ด ๊ฑฐ์น ๊ฑฐ๋ ๊ฒฐํจ์ด ๋ฐ์ํ์์ผ๋ฉฐ ๊ทธ ์ธ ๋๋ถ๋ถ์
์กฐ๊ฑด์์ ๋น๋๋ฉด์ด ๊นจ๋ํ๊ณ ์นฉ์ ์ ๊ฒ ๋ฐ์ํ์๋ค.
75 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ๋ฎ์ ํ์ ์๋๋ก ์ธํ์ฌ ๋ง์ฐฐ์ด
๋ฐ์๋์ด ๋ถ์กฑํ์ฌ ์ํํ ์์ฑ์ ๋์ด ์ผ์ด๋์ง ๋ชป
ํ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ฉฐ, 3600 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ์ถฉ๋ถํ ๋ง์ฐฐ
์ด์ ๋ฐ์์ผ๋ก ์ ์ด๋์ด ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์์ฑ์ ๋์ ์ํ
ํ์์ผ๋, ์คํ๋ ค ๊ต๋ฐํจ๊ณผ๋ ๊ฐ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ
๋๋ค. ํํธ, ๋ชจ๋ ํ์ ์๋ ์กฐ๊ฑด์์ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ข ๋ฃ
์ exit hole์ด ์ ์์ผ๋ก ํ์ฑ๋์ง ์์๋ค. ์ด๋ ์ธ
๊ด์์ผ๋ก ํ์ธํ ์ ์๋ ์ฌ๋ฃ์ ๋ด๋ถ์ ๊ฒฐํจ์ด ๋ฐ
์ํ์์ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ ๋ด๋ถ ๊ฒฐํจ์ ์ธ
์ฅ์ํ ์ ์ฌํ์ฑ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5๋ ํ์ ์๋ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ
์ฑ ๋ ์ํธ์ ์ธ์ฅ์ํ ํ ๊ฐ๊ฐ์ ์ต๋์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํญ
๋ณต๊ฐ๋ ๋ฐ ํก์์๋์ง๋ฅผ ์ํธ ๋น๊ตํ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค.
75 RPM๊ณผ 3600 RPM์ ์ ์ธํ ๋๋ถ๋ถ์ ์ด์ก์๋
์กฐ๊ฑด์์ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์น๋ฅผ ๋ํ๋ด์์ผ
๋ฉฐ, ๊ทธ ์ค 250 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ต๋์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ 340 MPa,
์ฐ์ ์จ์ 22.7%์ด๊ณ , ํก์์๋์ง๋ 10140 Kgf-mm
๋ก ๋ชจ์ฌ์ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ ๊ฐ์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ฐ๋ฉด์ ํญ
๋ณต๊ฐ๋๋ 150 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ 185 MPa์ด๊ณ , 250 RPM
์ ๊ฒฝ์ฐ๋ 174 MPa์ด๋ฏ๋ก 150 RPM์์ ๊ฐ์ฅ ์ํธ
ํ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค. ํํธ, ๋น๋๋ฉด์ ๊ฒฐํจ์ด ๋ฐ์
๋ 75 RPM๊ณผ 3600 RPM์ ์ต๋์ธ์ฅ๊ฐ๋, ์ฐ์ ์จ,
ํญ๋ณต๊ฐ๋ ๋ฐ ํก์์๋์ง ๋ฑ ๋ชจ๋ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์์
ํ์ ํ ์ ํ๋ ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ํ์ ์
๋ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฐ ์ฐจ์ด๋ ๊ด์ฐฐ๋์ง
์์์ผ๋ฉฐ, ํ 2์ ์ธ์ฅ์ํ์ ํตํด์ ์ป์ด์ง ๊ฐ์
ํ๊ท ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
์ง๊ธ๊น์ง์ 5456-H116 ํฉ๊ธ์ ๋ํ์ฌ ๊ณต๊ตฌ์ ํ
์, ์ด์ก์๋ ๋ฐ ํ์ ์๋์ ๋ํ ๋ค์ํ ๋ณ์๋ฅผ ์
์ฉํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ, 15 mm/min์
์ด์ก์๋์ 250 RPM์ ํ์ ์๋์์ ์ ๋์ฌํ ๊ณต
๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์ํธํ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์
๋ค. ๋น๋ก ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ด ๋ชจ์ฌ๋ณด๋ค ๊ธฐ
๊ณ์ ํน์ฑ์ด ํฅ์๋์ง ์์์ผ๋ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ ๊ฐ์
๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ ๋ฐ์๋๋ ๋ง์ฐฐ์ด
์ ์ํ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ฑ์ฅ์ ๊ธฐ์ธํ์ฌ ์ด์ํฅ๋ถ์ ๊ฐ๋์
Fig. 4. Appearance in friction stir processing for 5456-
H116 specimen surface with rotating speeds.
๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ/ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20 17
ํ ํ์ ๋๋ฌธ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค.
์ธ์ฅ์ํธ์ ํ๋จ์ ๋๋ถ๋ถ ๊ต๋ฐ๋ถ์ ์ด์ -๊ธฐ๊ณ์
์ํฅ๋ถ์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด ๋๋ ์ด์ ์ํ ์ํฅ์ ๋ฐ์ ์ด์
ํฅ๋ถ์์ ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. 75 RPM๊ณผ 3600 RPM์ธ ๊ฒฝ์ฐ
์ ์ธ์ฅ์ํธ์ ์ฐ์ฑ์ ํน์ฑ์ ๋ณด์ด์ง ์๊ณ ๋น๋๋ฉด
์ ์์ฑ๋ ๊ฒฐํจ๋ถ์์ ์๋ ฅ์ด ์ง์ค๋๋ฉด์ ํ๋จ์ด
๊ธ์ํ ์ด๋ฃจ์ด์ง ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ, ํ๋จ๋ถ์
๋ ๊ต๋ฐ๋ถ์ ์ด์ -๊ธฐ๊ณ์ ์ํฅ๋ถ์์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์
ํ๋จ ๋์์์ ๊ด์ฐฐํ ์ ์์๋ค. ์ด๋ ์ด์ ํ ๊ต
๋ฐํจ๊ณผ์ ๊ธฐ์ธํ์ฌ ์์๊ฐ์ ์ ์๋ฐ๋์ฐจ ๋๋ ๋ฐ์
๋ ๊ฒฐํจ์ ์ํ ์ํฅ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ์ต์ ์กฐ๊ฑด์ธ
250 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ 1๊ฐ์ ์ํธ์ด ํํ๋ถ์์ ํ๋จ์ด
๊ด์ฐฐ๋์์ผ๋ฉฐ, ๋๋จธ์ง๋ ์ด์ํฅ๋ถ์์ ํ๋จ๋์๋ค.
๋ํ ๊ทธ ์ธ ๋ค๋ฅธ ํ์ ์๋ ๋ณ์ ์กฐ๊ฑด์์๋ ์ ์ฌํ
์ฐ์ ์จ์ ๋ํ๋ด์๊ณ ํ๋จ์ ๋ชจ๋ ์ด์ ์ํฅ์ ๋ฐ
์ ์ด์ํฅ๋ถ์์ ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. ์ด๋ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋ ์
ํธ์ ์ด์ํฅ๋ถ๊ฐ ๊ต๋ฐ๋ถ๋ณด๋ค ๊ธฐ๊ณ์ ์ฑ์ง์ด ๋์ฑ
์ทจ์ฝํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6์ 5456-H116ํฉ๊ธ์ ๋ชจ์ฌ์ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด
์ผ๋ก ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ ํ๋จ๋ฉด์ ์ฃผ์ฌ
์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ด์ฐฐํ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ชจ์ฌ์ ๊ฒฝ
์ฐ๋ ร200๋ฐฐ์จ์ ์ฌ์ง์ ๋ณด๋ฉด, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ์ฐ์ฑํ
Fig. 5. Comparison of mechanical characteristics with various rotating speeds.
Table 2. Comparison of mechanical characteristics with rotating speeds at 15 mm/min in full screw probe
5456-H116 Al alloyMax. tensile strength
(MPa)Yield strength
(MPa)Elongation
(%)Absorption energy
(Kgf-mm)Time-to-fracture
(min)
Base metal vertical dir. 350 206 23.11 11076.83 58.11
75 RPM 111 49 0.64 62.26 1.64
150 RPM 337 185 20.04 8828.71 50.52
250 RPM 340 174 22.74 10140.26 57.20
507 RPM 331 147 21.33 9096.98 53.68
1100 RPM 324 143 19.32 7911.95 48.59
1800 RPM 324 151 17.98 7373.25 45.53
3600 RPM 190 133 3.60 822.47 9.55
18 ๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ /ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20
๋ฉด์ ๋ํ์ ์ธ ํ์์ธ ๋คํ(Dimple)๊ณผ ์ฌ์ด๋ฆฝ(Shear
lip)์ ๊ด์ฐฐํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ร500๋ฐฐ์จ๊ณผ ร1000๋ฐฐ์จ
์์ ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ์ค๋ฒฝ๊ฐ(quasi-cleavage) ์ทจ์ฑํ๋ฉด์
ํ์์ ๊ด์ฐฐํ ์ ์๋ค. ์ต์ ์กฐ๊ฑด์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก
์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ ํ๋จ๋ฉด ๋ถ์๊ฒฐ๊ณผ, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ๋คํ
ํ๋ฉด๊ณผ ์ฌ์ด๋ฆฝ์ด ํ์ฑ๋์์ผ๋ฉฐ, ๋ถ๋ถ์ ์ธ ์ค๋ฒฝ๊ฐํ
ํ๋ฉด์ ํ์ฑ์ ๊ด์ฐฐํ ์ ์์๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๋ชจ์ฌ
์ ๋งค์ฐ ์ ์ฌํ ํ๋จ๋ฉด์ ๋ํ๋ด์์ผ๋, ๋ชจ์ฌ์ ๊ฒฝ
์ฐ๊ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ ๋นํ์ฌ ์ฌ์ด๋ฆฝ์ด ๋ณด๋ค ๋ง
์ด ๊ด์ฐฐ๋์์ผ๋ฏ๋ก ๋์ ์ฐ์ ์จ์ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ผ๋ก
ํ๋จ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 7์ ์ด์ก์๋ 15 mm/min, ํ์ ์๋ 250 RPM
์์ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ํ
๋ก์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ ํก๋จ๋ฉด์ ๋ํ ๊ฒฝ๋๋ถํฌ์ ํ๋ก
์ธ์ฑ์ ์ํ ์์ฑ ์ ๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ํ๋ด๊ณ ์๋ค. ๋ชจ
์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ํ๊ท 91 Hv๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ํํธ, ํ๋ก์ธ
์ฑ ๋ ์ํธ์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ๊ต๋ฐ๋ถ์์ ๋ชจ์ฌ ๋๋น 95%์ธ
86.8 Hv๋ฅผ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ ๊ฐ๊ณต์ ์ํด์ ์ฝ 5~6 Hv
์ ๋์ ๊ฒฝ๋์ ํ๊ฐ ์์์ ์ ์ ์์๋ค. ์ด์ํฅ๋ถ
๋ 76~83 Hv ์ ๋๋ก ํ์ ํ ๊ฒฝ๋์ ํ๋ฅผ ๋ํ๋ด์
๋๋ฐ ์ด๋ ๊ต๋ฐ์ ์ํด ๋ฐ์๋๋ ๋ง์ฐฐ์ด์ ์ํ ๊ฒฐ
์ ๋ฆฝ ์ฑ์ฅ์ ๊ธฐ์ธํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๋ํ ์ํธ์
Advancing side์ ๋นํด Retreating side์ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ์ด
์ํฅ๋ถ๊ฐ ๋์ฑ ๋๊ฒ ํ์ฑ๋์๋๋ฐ ์ด๋ ํ์ ๋ฐฉํฅ๊ณผ
์ด์ก๋ฐฉํฅ์ด ์๋ฐ๋ ์ด๋์ผ๋ก ์ธํด ๊ต๋ฐํจ๊ณผ๊ฐ ์ ํ
ํ๊ณ ๋ฐ์๋๋ ์ด์ด ์ง์ ๋จ์ผ๋ก์จ ์ด์ ์ํ ์ํฅ
์ด ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค. ๋ฐ๋ฉด์ Advancing side
์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ํ์ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ์ด์ก๋ฐฉํฅ์ด ๋์ผํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์
๊ต๋ฐ์ด ์ํํ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ธก๋๋ค7). ์ธ์ฅ์ํ์
ํตํ์ฌ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์๋ฅผ ํ์ธํ ๋ฐ ์์ง๋ง, ๊ฒฝ
๋๋ฅผ ์ธก์ ํจ์ผ๋ก์จ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๋ณํ๋ฅผ ๋๋ต์ ์ผ๋ก
์ ์ถํ ์ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋ ์ํธ์ ๊ฒฝ๋
์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ, ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ํด์ ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก
๊ฒฝ๋๊ฐ ๊ฐ์ํ์์์ ์ ์ ์์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8์ ๋์ผ ์ด์ก์๋ 15 mm/min์์ ํ์ ์
๋ ๋ณ์์ ๋ํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ ์๋์ ์ผ๋ก
๊ฐ์ฅ ์ํธํ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ธ ๋ ์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ํ
Fig. 6. Analysis of fractography after tensile test for BM
and FSPed specimen at optimum condition.
Fig. 7. Hardness of FSPed specimen at optimum
condition.
Fig. 8. Comparison of microstructure of cross-section in
150 and 250 RPM.
๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ/ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20 19
์ฌ ์์ฑ์ ๋์ ๊ฑฐ๋์ ๋น๊ตํ์๋ค. ํ์ ์๋ 150 RPM
๊ณผ 250 RPM์ ๋ํด์ ์ํธ์ ํก๋จ๋ฉด์ 1๋ถ 30์ด
๋์ Keller ์ฉ์ก์ผ๋ก ์์นญ ํ ํ ๊ต๋ฐ๋ถ์ ๋ฏธ์ธ์กฐ
์ง์ ๊ดํํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ร100๋ฐฐ์จ๋ก ๊ด์ฐฐํ
๊ฒ์ด๋ค. ๊ฐ RPM์กฐ๊ฑด์์ B์ E๋ถ๋ถ์ ํ๋ฃจ๋ธ์
์ํด ์ง์ ์ ์ผ๋ก ๊ต๋ฐ๋์ด์ง SZ(๊ต๋ฐ๋ถ)์ด๋ฉฐ, A, D,
C, F ๋ฐ H๋ ๋๊น(nugget)๋ถ์ TMAZ(์ด์ -๊ธฐ๊ณ์
์ํฅ๋ถ)์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์ ๋ํ๋ด๊ณ ์๋ค. ๋ํ G๋ ์ด์
์ํ ์ํฅ์ ๋ฐ์ HAZ(์ด์ํฅ๋ถ)์ด๋ฉฐ, I๋ BM์
๊ด์ฐฐํ ๊ฒ์ด๋ค. 150 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ A์ D ๋ฐ F๋ถ๋ถ
(๋๊น๋ถ์ TMAZ์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด)์ด ๋งค๋๋ฝ๊ฒ ํ์ฑ๋์ง
๋ชปํ์๋ค. ๋ฐ๋ฉด์, 250 RPM์ ๊ฒฝ์ฐ๋ A, C, D ๊ทธ
๋ฆฌ๊ณ F๋ถ๋ถ์ด ๋น๊ต์ ๋๋ ทํ๊ฒ ํ์ฑ๋์์์ ๊ด์ฐฐ
ํ ์ ์๋ค. ๋ํ ๋ ์กฐ๊ฑด์์ ๊ณตํต์ ์ผ๋ก Advancing
side๊ฐ Retreating side๋ณด๋ค ๊ณ๋ฉด์ด ๋งค๋๋ฝ๊ฒ ํ์ฑ๋
์๋ค. ์ด๋ ๊ณต๊ตฌ์ ํ์ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ์ด์ก๋ฐฉํฅ์ ์๋ฐ๋
๋ ์ด๋์ผ๋ก ๊ต๋ฐํจ๊ณผ๊ฐ ๊ฐ์๋์ด ๊ณ๋ฉด์ ํ์ฑ์ด
์ํํ๊ฒ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ๋ชปํ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค13).
๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ์ ์ํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ ํฅ์์
๊ธ์์ํํ์กฐ์ฑ, ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ์ ๋ฏธ์ธํ ์ ๋ ๋ฐ ์ด์ ์
ํ ์ํฅ, ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ํ๋ก์ธ์ฑ ํ ํ๋ฉด๊ฐ๊ณต์ฒ๋ฆฌ์
๋ฐ๋ผ ๋ค์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ, ์์ฐ์ฌ 5456-H116 ํฉ๊ธ
์ ๋ํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ ์ฉ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ
์ ๋ชจ์ฌ์ ์ ์ฌํ๋ ๋ณด๋ค ํฅ์๋์ง๋ ์์๋ค. ๋ง์ฐฐ
๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๊ธฐ์ ์ ๊ธ์ ์์ฒด์ ๊ฒฐํจ ์ ๊ฑฐ์ ๊ฒฐ
์ ๋ฆฝ ๋ฏธ์ธํ ๋ฐ ์ฐ์ง์ฌ๋ฃ์ ํ๋ฉด ๊ฒฝํ ๋ฑ์ ๋ชฉ์ ์ผ
๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ฉฐ14), ํนํ ์ฃผ์กฐํฉ๊ธ์ ์ ์ฉ ์ ์๊ธฐ ์
์ธ๋ค๋ก ์ธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ํฅ์๋๊ฐ ๋๋ค7-9).
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ์ฉ ํฉ๊ธ์ธ 5456-H116
์ ๋ํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๊ธฐ์ ์ ์ฉ ์ ์ป์ด์ง
๊ฒฐ๊ณผ๋ ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ ๋ฐ์ ๋ถ๋ถ์ ์ธ ํ์์ด๋ ๊ธฐ์กด
์ฉ์ ๋ถ ์์๋ถ์์ ๋ํ ์๋ฆฌ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ์์ฉ ๊ฐ๋ฅํ
๋ฉฐ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ ๋ฐ์ ์ด์ฉ์ ๋์์ด ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ
๋ฃ๋๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
์๋ฃจ๋ฏธ๋ ํฉ๊ธ ์ ๋ฐ์ฉ ์ฌ๋ฃ์ธ Al-Mg๊ณ 5456-H116
ํฉ๊ธ์ ๋ํ์ฌ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๊ธฐ์ ์ ์ฉ ์ ๊ณต
๊ตฌ์ ํ์, ์ด์ก์๋ ๋ฐ ํ์ ์๋ ๋ฑ ๋ค์ํ ๊ณต์
๋ณ์๋ฅผ ์ ์ฉํ์ฌ ์ต์ ์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์กฐ๊ฑด์
๊ท๋ช ๊ณผ ๋์์ ๋ชจ์ฌ์์ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋น๊ตใ๋ถ์
ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ป์ ์ ์์๋ค.
1. ๊ณต๊ตฌ์ ํ์์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์ ์ฉ
์ ํ๋ฃจ๋ธ์ ๋์ฌ์ฐ์ด ์๋ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ์ ๊ฒฝ์ฐ
๊ฐ ๋ชจ์ฌ์์ ๊ต๋ฐ์์ฉ์ ์ํ ์ถฉ๋ถํ ๋ง์ฐฐ์ด์ด ๋ฐ
์ํ์ฌ ์์ฑ์ ๋์ด ์ํํ๊ณ , ์ฐํ๋ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ค๋ฅธ
๋์ฌ ํจ๊ณผ๋ก ์ธํ์ฌ ํ๋ฆฌํ์์ ์ต๋ํ ๋ฐฉ์งํจ์ผ๋ก
์จ ์ํธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
2. ์ด์ก์๋ ๋ณ์์ ๋ํ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์
์ ์ฉ๋์ด์ง ์กฐ๊ฑด ์ค์์ 15 mm/min์ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๊ฐ์ฅ
์ํธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋๋ค. ์ด์ก์๋๊ฐ ์ฆ๊ฐ
ํ ์๋ก ์ ์ด๋์ด ๊ฐ์ํ๊ณ ๋ชจ์ฌ์ ์ถฉ๋ถํ ์ฐํ๊ฐ
์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ๋ชปํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ด ํ์ ํ ์
ํํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ํ๋๋ค.
3. ํ์ ์๋ ๋ณ์์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ์
์ ์ฉ๋์ด์ง ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ ๋ณํ๋ ์ผ์
ํ ๊ฒฝํฅ์ด ๋ํ๋์ง ์์์ผ๋ฉฐ, ํ์ ์๋๊ฐ 250 RPM
์ธ ๊ฒฝ์ฐ, ์ถฉ๋ถํ ๋ง์ฐฐ์ด์ ๋ฐ์๊ณผ ์ํํ ์์ฑ์ ๋
์ด ์ด๋ฃจ์ด์ ธ์ ์ํธํ ๊ธฐ๊ณ์ ํน์ฑ์ ๋ํ๋๋ค.
4. ์ด์ก์๋ 15 mm/min, ํ์ ์๋ 250 RPM์์
์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ์ฑ ๋
์ํธ์ ํก๋จ๋ฉด ๊ฒฝ๋ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ต๋ฐ๋ถ์์ ๋ชจ์ฌ ๋
๋น 95%์ธ 86.8 Hv๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ํํธ, ์ด์ํฅ๋ถ๋
๊ต๋ฐ์ ์ํด ๋ฐ์๋๋ ๋ง์ฐฐ์ด์ ์ํ ๊ฒฐ์ ๋ฆฝ ์ฑ์ฅ
์ ๊ธฐ์ธํ์ฌ ๊ฒฝ๋๊ฐ์ด ํ์ ํ ๊ฐ์ํ์๋ค. ๋ํ,
Retreating side์ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ Advancing side๋ณด๋ค ์ด์
ํฅ๋ถ์ ๋ฒ์๊ฐ ๋๊ฒ ํ์ฑ๋์๋๋ฐ ์ด๋ ๊ณต๊ตฌ์ ํ
์ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ์ด์ก๋ฐฉํฅ์ด ์๋ฐ๋จ์ผ๋ก์จ ๊ต๋ฐํจ๊ณผ๊ฐ ์
ํ๋๊ณ ์ด์ด ์ง์ ๋จ์ผ๋ก์จ ์ด์ ์ํ ์ํฅ์ด ์ฆ๊ฐ
ํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋๋ค.
5. 5456-H16ํฉ๊ธ์ ๋ํ ์ต์ ์ ๋ง์ฐฐ๊ต๋ฐ ํ๋ก์ธ
์ฑ ์กฐ๊ฑด์ ์ด์ก์๋ 15 mm/min, ํ์ ์๋ 250 RPM
์์ ์ ๋์ฌํ ๊ณต๊ตฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
ํ ๊ธฐ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๊ต์ก๊ณผํ๊ธฐ์ ๋ถ์ ํ๊ตญ์ฐ์ ๊ธฐ์ ์ฌ๋จ์
์ง์ญํ์ ์ธ๋ ฅ์์ฑ์ฌ์ ์ผ๋ก ์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ ๊ฒฐ๊ณผ์.
์ฐธ๊ณ ๋ฌธํ
1. ๊น์ฑ์ข , ์ฅ์๊ธฐ, ํ๋ฏผ์, ํด์ํ๊ฒฝ์์ ํํ 13 (2007)
223.
2. ๊น์ฑ์ข , ํ๊ตญ ๋ง๋ฆฐ์์ง๋์ด๋งํํ์ง 30 (2006) 540.
3. ์ค์ฌ์, ๊น์ํธ, ํ๊ตญํ๋ฉดํํ์ง, 30 (2008) 121.
4. ๊น์คํ, ๊น์ํธ, ํ๊ตญํ๋ฉดํํ์ง, 41 (2008) 109.
5. W. M. Thomas, E. D. Nicholas, J. C. Needham,
M. G. Murch, P. Templesmith, and C. J. Dawes,
GB Patent Application No. 9125978.8, (1991), US
Patent No. 5460317, (1995).
6. C. J. Dawes and W. M. Thomas, Weld. J., 75
(1996) 41.
7. Z. Y. Ma, S. R. Sharma, and R. S. Mishra, Materials
Science and Engineering, A 433 (2006) 269.
20 ๋ฐ์ฌ์ฒ ์ธ /ํ๊ตญํ๋ฉด๊ณตํํ 42 (2009) 13-20
8. K. Nakata, Y. G. Kim, H. Fujii, T. Tsumura, and
T. Komazaki, Materials Science and Engineering,
A 437 (2006) 274.
9. Z. Y. Ma, S. R. Sharma, and R. S. Mishra, Scripta
Materialia, 54 (2006) 1623.
10. M. Mahoney, R. S. Mishra, T. Nelson, J. Flintoff,
R. Islamgaliev, Y. Hovansky, in: K. V. Jata, M. W.
Mahoney, R. S. Mishra, D. P. Field (Eds.), TMS.
(2001) 205.
11. J.-Q. Su, T. W. Nelson, and C. J. Sterling, Materials
Science and Engineering, A 405 (2005) 277.
12. ๊ถ์ฉ์ฌ, ๋ํ ์ฉ์ ใ์ ํฉํํ, ์ถ๊ณ ํ์ ๋ํ ๋ฐํ
๋ ผ๋ฌธ, (2003) 253.
13. ๊ถ์ฉ์ฌ, ๋ํ ์ฉ์ ใ์ ํฉํํ, 25 (2007) 228.
14. ์ด์ฐฝ์ฉ, ์ด์ฌํ, ์ต๋ํ, ์ก๊ฑด, ์ฐ์ค๋ชจ, ์ ์น๋ถ, ๋ํ
์ฉ์ ยท์ ํฉํํ, ์ถ๊ณํ์ ๋ฐํ๋ํ ๋ฐํ๋ ผ๋ฌธ, (2006)
248.