[금속 가공학1-5] 금속 가공 기초 / 변형 속도와 마찰 효과/ 인장시험 strain rate

[금속 가공학1-5] 금속 가공 기초 / 변형 속도와 마찰 효과 

 

 

이번 포스팅은 금속가공 기초 단원의 마지막인   변형속도와 마찰에 대해서 설명해 보도록 하겠습니다.

 

변형속도와 마찰이 금속 가공에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.

 

 

[1] 변형 속도의 효과

 

금속을 가공할때에는 온도나 응력과 같은 파라메터가 전부라고 생각 하기 쉬운데 변형속도 또한 금속 가공에 중요한
요소입니다. 

 

변형속도가 금속가공에 미치는 영향을 정리해보겠습니다.

 

 

**우선 같은 온도 &응력의 상황에서 변형속도가 증가한다면 ?

- 높은 유동 응력을 가진다 (high flow stress)
- workpiece의 온도가 증가
- 윤활 잘되어 있는 상황이라면 마찰력이 크게 감소한다. 

 

**하지만, 변형속도가 너무 빠르다면

- 국부적으로 변형되거나 열간 균열이 발생할 수 있다 (크랙의 원인이 될 수 있다.)

 

 

**압축 테스트에서의 True-strain rate 구하는법 (수식)

압축 테스트 true-strain rate

 

                                                     v는 변형 속도 / h 변형 중의 실시간 높이

 

 dε 는 높의 변형으로  dh/h로 표현 할 수 있고

v는 거리/시간으로  최종적으로 v/h로 표현 할 수 있다.

 

결국 true-strain rate는 변형 중인 높이와 변형속도를 통하여 구할 수 있다.

 

 

** 변형속도와 유동 응력의 관계

 

변형 속도와 유동응력 관계

C상수 / m 변형율과 flow stress의 기울기 관계 값

 

변형율과 온도가 일정한 상황에서  변형 속도와 유동 응력 는 아래 그래프와 같은 관계를 가진다.

 

strain rate와 flow stress

 

이때 변형속도와 유동응력을 모두 log값으로 나타내었을 때  직선 그래프가 나타나며 이때 기울기 값이 m이다.

 

m 값이 큰 재료는  변형속도에 따라 영향을 받는 유동응력이 크다는 뜻이다. 

 

이러한 m 값은 같은 재료에서도 온도에도 영향을 받는다.

변형속도/유동응력의 온도 영향

 

일반적인 금속 재료는 RT 환경에서 m 값이 0.1 이하로 알려져 있다.

 

즉, 상온 변형 및 인장/ 압축 시험에서는 변형 변형 속도가 응력에 미치는 영향이 거의 없다

 

하지만, 고온 환경에서는 변형속도에 따른 효과가 RT 환경 보다 뚜렷하다.

 

이는 고온 변형 및 고온 인장/압축 시험에서는 변형속도를 느리게 하였을 때 유동응력을 크게 낮출 수 있다. 

 

기계적 물성 평가 시에 정해진 규격 안에서 변형속도를 가장 느리게 시험하는 것이 가장 높은 물성을 나타낼 수 있습니다.

 

 

 

** 정리

- 위와 같은 사항들을 종합 하였을때 금속 가공에서의 변형속도는  금속가공에 영향을 미치기 때문에 최적의 공정의

최적의 조건을 위해서는 고려해야 될 항목이라고 할 수 있다.

 

 

[2] 마찰의 효과

 

 

마찰은 수식 증명 보다는 왜 마찰을 고려해야되는지 윤활을 통하여 마찰을 감소시키면 좋은 이점이 무엇 인지에 대해서만 설명하도록 하겠습니다. 

마찰에 의한 shearing stress

 

위의 압축시험에서 파란색 시험편은 위아래로 접족이 있고 마찰력을 받게 되는데

 

이때 생성되는 shearing stress가  시편의 중앙으로 모이게 됩니다.   이는 즉 시편의 중앙부가 국부적으로 높은 응력을 받게 된다 뜻입니다.

 

부분적으로 높은 응력을 받게되면 전체적으로 안정적인 금속 변형이 일어나기 힘들어 집니다. 

 

그러나, 마찰력은 다른 금속가공에 영향을 미치는 요소들과 다르게  윤활을 통하여 크게 감소 시킬 수 있습니다.

 

 

**윤활 (lubricant)의 기능

- 금속 변형 힘을 감소 시키는 효과 (마찰력 감소 ->shearing stress 감소 -> 가공에 드는 힘 감소)

- 성형성과 가공성 증가

 

- 금속 가공기구의 마모양 감소 

 

- 금속 가공 후 미려한 표면 상태

 

 

 

 

*** 여기까지 [1 단원]으로 정리 하였던 금속 가공의 기초 파트를 마무리 하게 되었습니다.

 

금속 가공의 기초 단원은

 

소성 변형이 무엇인지? / 유동 응력 + 변형속도 + 마찰이 금속가공에 미치는 영향 등을 정리하였습니다.

 

이후 부터는 해당 과목의 업로드 계획에 맞춰 단조 / 압연 / 압출 공정에 대해서 정리할 계획입니다.