레일강의 균열발생·천이 및 피로균열진전거동 = Behavior of the Crack Initiation, Transition and Fatigue Crack Growth of Rail Steel

국문 초록 (Abstract)

궤도용 차량의 안전성 확보를 위한 연구의 일환으로서 레일강의 균열 발생 조건과 모재와 용접부에 대한 정적파괴거동 및 단일모드 하중하의 피로균열진전거동을 검토하였다. 레일에서 횡방향 균열의 원점은 표면하층균열이며 이는 최대전단응력에 의해 발생하였다. 또한 표면하층균열의 크기가 증가함에 따라 균열의 진전은 전단모드에서 혼합모드로 천이될 가능성이 증가하였다. 용접부의 평면변형률 파괴인성은 조직의 조대화와 경도의 상승으로 인하여 모재에 비하여 약 10% 저하하였다. 용접부의 제 2단계 영역의 피로 균열진전속도는 낮은 ${\Delta}K$ 영역에서 모재에 비하여 저하하였으나 높은 ${\Delta}K$영역에서는 이의 차이가 소멸되었으며 이러한 경향은 R=0.1의 낮은 응력비에서 현저하였다. 이는 용접부의 미시조직이 모재에 비하여 성장하였기 때문이라고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the present study, crack initiation criteria, static failure and tensile mode fatigue behavior for a rail steel are evaluated to assure the railway vehicle's safety. The transverse fissure, which is the most critical damage in the rail, is initiated by the maximum shear stress and its location is subsurface. In addition, the possibility of transition from the shear mode to the mixed mode increases with increasing the length of subsurface crack. Because of the brittleness by the welding, the fracture toughness of the welded part is lower than of the base metal. For low ${\Delta}K$, the stage II fatigue crack growth rates of the welded part is slower than of the base metal but, for high ${\Delta}K$, this different behavior for fatigue crack growth rate is nearly diminished. These trends are more remarkable for low stress ratio, R=0.1. It is believed that this behavior is caused by the change of the microstructure which that of the welded part is coarser than of base metal.