재료 피로 현상이란?
재료의 피로 현상은 반복적인 응력과 변형이 가해질 때 발생하는 기계적 성능 저하 과정입니다. 이 과정에서는 국부적이며 점진적인 구조적 변화가 나타나며, 시간이 지남에 따라 영구적인 손상이 축적됩니다. 이러한 현상은 재료가 반복 하중을 받을 경우 흔히 관찰되며, 결과적으로 균열이 발생하거나 최종적으로 파단에 이를 수 있습니다. 이는 적용된 하중이 재료의 최대 강도보다 낮더라도 발생할 수 있습니다.
피로가 진행되는 과정에서 재료는 미세한 수준의 소성 변형을 겪을 수 있습니다. 이러한 국부적 변형이 지속적인 응력 아래에서 누적되면, 점차 거시적인 손상으로 이어져 최종적으로는 재료 또는 부품의 파단으로 이어질 수 있습니다.
피로 시험은 어떻게 수행되는가?
피로 시험은 시편을 피로 시험기에 장착한 뒤, 사전에 설정된 하중이나 응력을 가한 뒤 하중을 제거하거나 반대 방향으로 언로드하는 동작을 반복하는 방식으로 수행됩니다. 시험은 설정된 반복 횟수에 도달하거나, 시편이 파단될 때까지 계속됩니다. 시험 조건과 목적에 따라 반복 횟수 또는 파단 여부가 종료 기준이 될 수 있습니다.
피로 시험의 목적은 무엇인가?
피로 시험의 주요 목적은 재료가 반복 하중을 받을 때 예상되는 사용 수명을 파악하는 것입니다. 하지만 피로 강도와 균열 저항성도 매우 중요한 평가 요소입니다. 피로 수명은 특정 하중 조건에서 재료가 견딜 수 있는 전체 반복 횟수를 의미합니다. 또한 피로 시험은 시편이 특정 반복 횟수 동안 견딜 수 있는 최대 하중 수준을 결정하는 데에도 사용됩니다. 이러한 특성은 반복적이고 변동하는 하중을 받는 부품의 안전성과 내구성이 중요한 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다.
포뮬러 1 자동차 섀시부터 치과용 임플란트까지, 반복 하중이 작용하는 부품의 설계에서는 피로 현상을 이해하고 시험하는 과정이 필수적입니다. 피로 시험은 제품의 사용 수명을 예측하고, 다양한 응력 조건에서 구성 요소가 얼마나 신뢰성 있게 작동하는지 평가하는 데 도움을 줍니다.
피로 시험의 종류
- 고주기 피로 시험: 약 1~5000 Hz 범위의 주파수에서 수행되는 표준 피로 시험.
- 고주기 피로 시험(DIN 50100): 약 1~5000 Hz 범위의 주파수에서 수행되는 표준 피로 시험.
- 회전봉 굽힘 피로 시험(DIN 50113).
- 인장-압축 피로 시험.
- 인장, 언로딩, 압축을 조합하여 반복 하중에 대한 피로 강도를 평가하는 시험.
- 기가사이클 피로 시험: 초음파 진동 등을 이용해 약 1 × 10^9 회 이상의 반복 하중을 짧은 시간에 가하는 피로 시험.
- 피로 균열 전파 시험기: 반복 하중 조건에서 균열의 전파 속도를 평가하는 장비.
HCF 고주기 피로
VHCF 초고주기 피로
초고주기 피로 시험
가장 일반적인 피로 시험
- ASTM D3479 – Tension-Tension Fatigue of Polymer Matrix Composite Materials
- ASTM D7774 – Flexural Fatigue Test Equipment for Plastic Materials
- ASTM E2207 – Equipment for Testing Axial-Torsion Fatigue in Thin-Walled Tubular Materials
- ASTM E2368 – Thermomechanical Fatigue Test Equipment
- ASTM E466 – Controlled-Load, Constant-Amplitude Fatigue Testing of Metals
- ASTM E467 – Constant Force Axial Fatigue Test System – Testing Machines
- ASTM E606 – Strain-Controlled Fatigue Testing at High and Low Cycles
- DIN EN 6072 – Aerospace Series – Metallic Materials – Test Methods – Constant Amplitude Fatigue Testing
- DIN 50100 – Controlled Load Fatigue Tests – Performance and Evaluation of Cyclic Tests with Constant Load Amplitude on Metal Specimens and Components
- ISO 1099 – Metallic Materials – Fatigue Tests – Controlled Axial Force Method
- ISO 7206 – Testing of Hip Implants
- ISO 14801 – Equipment for Fatigue Testing of Dental Implants
- ISO 15024 – Interlaminar Fracture toughness Testing for Plastic Composite Materials – Testing Machines
- ISO 22675 – Facilities for Fatigue Testing of Protective Ankle and Foot Devices
피로 시험기
EA 시리즈
전기 기계식 액추에이터
UD 시리즈
선형 시험기
TM 시리즈
비틀림 시험 시스템
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