[재료공학원리] 자동차 머플러에 대한 재료 연구
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- 목차
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Part 1 - Introduction
1. 연구 배경 및 동기
2. 머플러란?
3. 머플러에 요구되는 성능
Part 2 - Conclusion
- 본문내용
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3. 머플러에 요구되는 성능
1) 내열성
엔진에서 고온의 배기가스가 배출되는 통로이기 때문에 고온에서의 안정성이 필요하다.
- 연료의 연소를 통해 고온과 고압의 배기가스가 배출됨
- 소재의 온도가 100~400℃ 상승하며 가열 및 냉각을 반복적으로 겪음
- 머플러의 배기 진동과 반복적인 thermal stress로 인한 creep 거동으로 인해 재료의 손상 발생
→ 가열 및 냉각을 반복적으로 겪기 때문에 thermal stress 하에 최소한의 머플러의 성능을 발현할 수 있는 내열성 요구
2) 열팽창계수
고온 환경이기 때문에 설계했던 효율적 구조를 잃게 되면 성능에 악영향을 주므로 작은 열팽창계수가 요구된다.
- 열팽창 계수는 일정한 압력하에 있는 물질의 열팽창과 온도 사이의 비율
- 열팽창 계수가 크면 열 균열이 발생하여 재료가 파괴될 위험 존재
- 열로 인한 stress을 효과적으로 분산시키기 위해 높은 열 전도도 필요
- 가열과 냉각이 반복되는 머플러에서는 중요
- 따라서 재료를 설계할 때 고려해야 할 수치
* 열균열(Hot cracking)
- 보통 머플러를 mold 형태로 주조하기 보다는 용접을 통해 제조
- 용접부의 열 균열 발생에 주목!
- 저온 균열과 고온 균열이 있음
- 저온 균열 : 용접 작업 후 실온 근처로 냉각된 뒤에 시간의 경과에 따라 발생. 고강도 강일수록 발생 빈도가 증가
- 고온균열 : 용접 금속의 응고 도중 또는 냉각중의 비교적 고온에서 발생. 입계를 따라 전파. 균열의 표면 상태가 노출된 곳은 산화와 착색.
3) 내식성
머플러의 부식으로 인한 구조의 손상은 소음감소 성능에 악영향을 주므로 부식에 견딜 수 있어야 한다. 또한, 머플러의 이용 환경은 고온이며, 배기가스 내의 화학물질에 의한 부식이 일어나기 쉬운 환경이기 때문에 부식성을 고려할 필요가 있다.
* 내부 부식
- 낮은 소음기의 작동 온도로 인하여 배기가스 중의 수분이 냉각. 결국 머플러 내부에 응축수로 잔존
- 응축수는 주로 SO42-, CO32-, NH4+, NO3-, Cl-, CH3COO-로 구성. 이온들의 영향으로 소음기의 내부부식이 발생
* 외부 부식
- 해양성 성분인 염분 및 제설제와 산성비에 의해 재료의 외면에서 부식이 일어나는 현상
- 제설작업을 위해 염화칼슘을 사용, 염화 칼슘은 자동차의 차체를 부식.
- 참고문헌
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1) An introduction to stainless steel, J.Gordon Parr, American Socitey for Metals, 1965
2) 재료특성, 열처리&실험, 최정영,박규서, 도서출판골드, 1999
3) 금속재료 데이터 북, 한국공업표준협회, 1989
4) 열처리 가이드 북, 한국열처리공학회, 보문각, 1994
5) Corrosion, L. L. Shreir. Newnes-Butterworths, 1976
6) Thermal fatigue of metals, Andrz더 Weronski, Marcel Dekker, 1991
7) Phase transformations in metals and alloys, D. A. Porter, Taylor&Francis, 2004
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