인장 테스트의 문제
초고장력강은 자동차 산업에서 널리 사용되고 있는 재료이며 일부 구조용 차체 보강재, 범퍼 보강재, 도어 임팩트 빔, 시트 프레임 및 메커니즘에 일반적으로 사용됩니다.
초고장력강은 별 5개의 충돌 등급을 달성하고 구성품 중량을 최대 40%까지 줄이는 데 기여하고 있습니다. 또한 이 강종으로 OEM 업체들은 시장 경쟁력이 우월한 보다 혁신적인 부품 설계를 개발하면서 비용을 절감하고 생산 시 효율성을 높일 수 있습니다.
많은 OEM 업체들은 이러한 장점에도 불구하고 여전히 더 부드러운 강종을 선택하여 경쟁 우위를 선택할 수 있는 기회를 놓치고 있습니다. 그 이유는 이러한 업체들은 성형성을 고려할 때 인장 시험의 연신율 결과에만 의존하기 때문입니다.
"인장 테스트는 가장 많이 사용되는 테스트"라고 SSAB의 선임 성형 전문가인 Lars Troive 박사는 설명합니다. "이 테스트의 계획은 시편을 파단될 때까지 잡아당기는 것입니다. 그런 다음 길이가 얼마나 길어졌는지 측정합니다. 이를 연신율로 간주합니다. 예를 들어, 길이가 80 mm인 테스트 표본이 균열되기까지 88 mm가 된다면 연신율은 10%가 됩니다.”
그는 계속해서 설명합니다: "인장 테스트는 강재 성형성을 판단하기 위해 오랫 동안 가장 일반적으로 시행해 온 관행이었지만, 현대적이고 더욱 강한 강종을 파악하기에는 이 방법은 맞지 않습니다. 그 이유는 이러한 강도가 더 높은 강종들은 다르게 거동하여, 기존의 연강과 비교해 볼 때 국부적 소성 변형이 더 심하게 나타나기 때문입니다.”
초고장력강의 거동을 예측하는 보다 정확한 방법은 성형 한계 곡선이라고도 하는 성형 한계 다이어그램(FLD)을 생성하는 것입니다. 하나의 단일 FLD는 다양한 시편 형상을 사용하여, 여러 차례 재료 결함 테스트, 즉 펀치 돔 테스트를 수행한 결과를 그래픽으로 설명하고 있습니다. 각각의 시편(즉 강철 블랭크)은 고유한 폭 대 길이 비율을 갖고 있어 결함이 생길 때까지 다양한 형태로 변형됩니다. 이 시편들은 자신만의 변형 경로를 따라 서로 다르게 변형됩니다.
FLD 테스트를 수행하기 전에 각 시편을 먼저 흰색으로 칠한 후, 스프레이 페인트를 이용하여 검은색 도트를 무작위로 “스펙클 패턴”으로 분산시켜 덮습니다. 검은색 패턴과 명암 대비가 잘 드러나도록 백색 베이스 색상을 적용했습니다.
테스트를 진행하는 동안 프레스에 내장된 두 대의 카메라가 스펙클 패턴을 촬영합니다. 카메라는 전체 성형 작업이 진행되는 동안 각 도트의 움직임을 캡처하며, 이를 통해 결함이 나타날 때까지의 변형 경로를 판단할 수 있게 됩니다. 각기 다른 (블랭크) 형상에서 펀치 돔 테스트를 실시할 때, 각 테스트별로 2개의 값을, 즉 주요 변형과 경미한 변형의 값을 얻게 됩니다. 그런 다음 획득한 모든 변형 값을 연결하는 하나의 선을 이용하여 X- 및 Y-다이어그램으로 FLP를 그립니다. 이 곡선은 강재가 분할(균열)될 위험이 높은 성형 한계를 나타냅니다.