나노/마이크로 압입인장물성 평가를 위한 구형압입자의 압입크기효과 해석

Abstract

계장화압입시험법은 시험방법이 간단하고 비파괴적이며 시험편 의 크기 제한이 없다는 장점으로 인하여 최근 노후화된 기기나 가동 중인 산업 설비의 건전성과 안전성 평가에 널리 이용되고 있다. 특히, 구형압입자를 사용한 유동특성 평가방법은 국내규격 (KS) 및 국제규격(ISO)에 제정되어, 일축인장시험을 대체할 수 있는 훌륭한 시험법으로 각광받고 있다. 하지만, 최근 전자, 기 계, 항공산업의 비약적인 발전에 따른 소재의 미세화 및 경박화 로 인하여, 벌크 재료와 비교하여 나노/마이크로 구조재료의 전 위 거동특성이 다르기 때문에 그 탄소성 특성을 효율적으로 분 석하는 것이 어렵다. 이에 본 연구에서는 나노/마이크로 압입인 장물성 평가를 위하여 압입자 반지름에 의존하여, 전위 거동이 달라지며 나타나게 되는 구형압입자의 압입크기효과(Indentation Size Effect)를 분석하고자 한다. 우선 유한요소해석을 통하여 구형압입자 하부의 응력장(stress field)을 분석하였으며, Nix- Gao 및 Swadener의 GND(Geometrically Necessary Dislocation) 모델에 대한 검증을 실시하였다. 서로 다른 반지름을 가지는 구 형압입자(0.5 μm, 3.3 μm, 8.5 μm, 25 μm, 100 μm, 250 μm) 를 사용하여 압입실험을 수행하였으며, 접촉면적에 대한 광학분 석을 통하여 압입자 반지름에 의존하여 달라지는 경도값을 분석 하였다. 또한, 나노/마이크로 범위에서의 물성평가에 있어서 이 슈가 되는 구형압입자의 불완전성에 대한 보정도 시행하였다.