인발 Ti-6Al-4V합금의 단면 감소율 변화에 따른 미세조직 분석 및 유한요소해석에 관한 연구 :

이동섭

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이동섭 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 백응률

발행연도: 2017

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이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

인발 Ti-6Al-4V합금의 단면 감소율 변화에 따른 미세조직 분석 및 유한요소해석에 관한 연구

이동섭 신소재공학과 2017.01 학위논문

2016

인발 Ti-6Al-4V합금의 단면 감소율 변화에 따른 유한요소해석에 관한 연구

이동섭 , 백응률 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2016.11 학술대회자료

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Ti-6Al-4V합금의 경우 타이타늄 합금 생산량의 60% 정도를 차지하고 있고 열처리를 이용하여 용도에 맞게 미세조직과 기계적 성질을 만들 수 있다. 그러나 대부분의 타이타늄 합금의 경우 특히 Ti-6Al-4V 합금은 기계가공의 어려운 점들이 있어서 부품 제조 시 단조 및 초소성 성형 등 정형 성형(Near net shaping)으로 제품의 대부분을 생산하고 있다. 최근 성형 해석 프로그램을 활용하여 공정최적화를 얻기 위한 연구들을 하고 있으나, 제품의 품질과 형상 정밀도 향상을 위해 성형결함을 예측하는 연구는 아직 미흡한 상태이다. 따라서, 본 논문에서는 DEFORM 2D를 이용하여 단면 감소율 변화에 따른 Ti-6Al-4V합금 1Pass 시 인발 성형 해석을 수행하였고 최대 임계 가공조건을 도출하였다. 실제 인발 공정을 통해 생산된 제품을 성형해석 결과와 매칭하여 미세조직 분석도 진행하였으며 Ti-6Al-4V합금 인발 성형 결함을 예측함으로써 소성가공에 사용되는 금형설계에 도움이 되고자 하였다.
1Pass시 단면 감소율 변화(15%, 21%, 27%, 30%, 32.2%, 33%, 35%)에 따른 인발공정을 유한요소해석을 진행하였다. 단면 감소율 32.2%이하일 경우 연성파괴가 발생하지 않을 것으로 예측되나 33%부터 연성파괴가 발생하여 인발이 불가능하였다.
유한요소해석의 결과의 타당성에 대해 알아보기 위해 실제 인발공정을 진행하였다. 실험결과 유한요소해석에 예측된 것처럼 단면 감소율 32.3%이하까지 인발이 가능했으나 35%부터 인발이 불가능하였다. Rod, 단면 감소율(15%, 21%, 27%, 30%, 32.2%)의 중심부, 중심부와 표면사이, 표면 β결정립과 β결정립 사이의 거리를 횡단면에서 측정한 미세조직을 분석하였다. 소성가공의 양이 많으면 많을수록 중심부에서 표면으로 갈수록 결정립이 미세해지는 것을 알 수 있었다. Rod, 단면 감소율(15%, 21%, 27%, 30%, 32.2%)의 중심부, 중심부와 표면사이, 표면 β종횡비를 종단면에서 측정한 미세조직을 분석하였다. 소성가공의 양이 많으면 많을수록 중심부에서 표면으로 갈수록 β종횡비가 증가하는 것을 알 수 있었다.
이 결과를 토대로 유한요소해석의 결과와 인발실험을 통해 확보한 소재를 미세조직 분석한 결과 경향성이 일치함을 확인할 수 있었다.

Ti-6Al-4V alloy accounts for about 60% of the titanium alloy production, and heat treatment can be used to make microstructure and mechanical properties to suit the application. However, Ti-6Al-4V alloys, especially in most of the titanium alloys, have difficulty in machining, and most of the products are produced by near net shaping such as forging and super plastic forming in parts manufacturing. Recently, there have been studies to obtain process optimization by using a molding analysis program. However, studies for predicting molding defects have not yet been made to improve product quality and shape accuracy. Therefore, in this paper, DEFORM 2D was used to perform the drawing-forming analysis for 1-pass Ti-6Al-4V alloys according to the reduction rate of the section, and the maximum critical working conditions were derived. The microstructure analysis was also performed by matching the products produced through the actual drawing process with the results of the molding analysis, and it was intended to help the mold design used in the plastic working by predicting the Ti-6Al-4V alloy draw-forming defects.
The finite element analysis of the drawing process was performed according to the change of the reduction in area(15%, 21%, 27%, 30%, 32.2%, 33%, 35% It is predicted that ductile fracture will not occur when the reduction in area is 32.2% or less, but it is impossible to pull out due to ductile fracture from 33%. The actual drawing process was carried out to investigate the validity of the results of the finite element analysis. As a result of the finite element analysis, it was possible to draw down to the reduction in area of 32.3% or less, but it was impossible to draw from 35%. The microstructures measured in the cross section of the distance between βgrain and βgrain center part, half part and surface part of the rod, the reduction in area (15%, 21%, 27%, 30%, 32.2% It was found that the larger the amount of plastic working, the finer the grain becomes from the center to the surface. β aspect ratio were measured at center part, half part and surface part of the rod, the reduction in area (15%, 21%, 27%, 30%, 32.2% It was found that as the amount of plastic working increases, the β aspect ratio increases from the center to the surface.
Based on these results, it was confirmed that the results of the finite element analysis and the microstructural analysis of the materials obtained through the drawing tests agree with each other.

#인발 #Ti-6Al-4V

Ⅰ.서론 1
Ⅱ.이론적배경 3
2.1 타이타늄 재료특성 3
2.2 타이타늄 합금 7
2.3 α+β합금의 기계적 성질 11
2.4 인발역학 14
2.5 유효응력 19
2.6 연성파괴 21
Ⅲ.실험방법 23
3.1 인장 시험 23
3.2 인발 유한요소해석 25
3.3 인발 실험 및 미세조직 관찰 28
Ⅳ.실험 결과 및 고찰 30
4.1 인발 유한요소해석 결과 30
4.2 인발 실험 결과 및 미세조직 분석 40
Ⅴ.결론 52
Ⅵ.참고문헌 54

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