RS D 0025 철도차량용알루미늄합금압출재 RS D 0025 : 2003 신뢰성전문위원회심의 2003년 9월 22일제정산업자원부기술표준원발행
신뢰성전문위원회명단 성명 소속 직위 ( 위원장 ) 이순복 KAIST 교수 ( 위원 ) 기술표준원 당연직 고문수권수호권일수김재곤김정규김희진박동호서문호유동수이덕근이종희이중휘최희천 산업자원부자동차공업협동조합 ( 주 ) 케이제이테크수출보험공사한양대학교학연산클러스터사업단한양대학교 ( 주 ) 광명전기한림대학교건국대학교삼성전자 ( 주 ) 한국부품소재사업진흥원항공우주연구원산업기술시험원 EPRI 당연직전무대표본부장교수교수상무교수교수상무본부장센터장연구위원소장 ( 간사 ) 기술표준원 당연직 기술위원회 명단 성명 소속 직위 ( 위원장 ) 강정윤 부산대학교 교수 ( 위원 ) 담당관담당관담당관전치혁이종수윤원영이준희남원종차상원이승준구명회반덕영박창남우용택박상득 산업자원부자본재산업총괄과산업자원부기초소재산업과기술표준원신뢰성과포항공과대학교포항공과대학교부산대학교동아대학교국민대학교수원대학교아주대학교창원특수강고려제강 ( 주 ) FAG한화베어링 ( 주 ) ( 주 ) 포스코삼성전자 ( 주 ) 당연직당연직당연직교수교수교수교수교수교수교수소장소장상무부장부장 ( 간사 ) 이중주 포항산업과학연구원 센터장 제정자 : 산업자원부기술표준원장개정 : 원안작성협력자 : 포항산업과학연구원심의위원회 : 신뢰성전문위원회 제정 : 2003년 9월 22일산업자원부공고제2003-193호
신뢰성평가기준 RS 철도차량용알루미늄합금압출재 D 0025 : 2003 Extruded Aluminium Alloy for Rolling Stocks Frame 서문 (Introduction) 이기준을적용하기위해서는이기준서에인용되고있는모든기준도동시에참고하여야한다. 철도차량소재인알루미늄합금압출재의소재의건전성확보를통한신뢰성향상을위해본기준이제정되었다. 시험평가별로 KS 와국제규격 (ISO) 을적용시켰으며필요시국제적으로인정되는특정국의규격을수정또는수정없이적용하여 2003 년에 RS D 0025 가제정되었다. 1. 적용범위 (Scope) 이기준은철도차량용알루미늄합금압출재 (1) 에대한신뢰성평가시험방법에대하여규정한다. 주 (1) 이규격에서말하는알루미늄합금압출재는압출후기계가공직전의최종압출제품이어야하며압출방식이나작업조건에구애받지않는다. 2. 인용규격 (Normative references) 다음에나타내는규격은이규격에인용됨으로써이규격의규정일부를구성한다. 이러한인용규격은그최신판을적용한다. ISO 6362-4 Wrought Aluminium and Aluminium Alloy Extruded Rods/Bars, Tubes and Profiles - Part 4 : Tolerances on Shape and Dimensions ISO 209-1 Wrought Aluminium and Aluminium Alloys - Chemical Composition and Forms of Products - Part 1 : Chemical Composition ASTM B 221M Standard Specification for Aluminum and Aluminum-Alloy Extruded Bars, Rods, Wire, Shapes, and Tubes KS D 6759 알루미늄 및 알루미늄 합금 압출형재 ISO 6362-2 Wrought Aluminium and Aluminium Alloy Extruded Rods/Bars, Tubes and Profiles - Part 2 : Mechanical Properties) KS A 3325 형광램프의 광원색 및 연색성에 따른 구분 ASTM B 557M Standard Test Methods of Tension Testing Wrought and Cast Aluminum-and Magnesium-Alloy Products ASTM E 34 Standard Methods for Chemical Analysis of Aluminum and Aluminum-Base Alloy ISO 1099 Metals - Axial Load Fatigue Testing -First Edition KS B 0803 금속 재료 굽힘 시편 KS B 0804 금속 재료 굽힘 시험 KS E 0897 알루미늄 맞대기 용접부의 초음파 경사각 탐상 시험방법 및 시험 결과의 등급 분 류 방법 3. 용어의정의 (Definition of Terms) a) 다이라인 : 소재조직이나금형의문제로인해압출재표면이압출방향으로길게홈이파여지는현상. - 1 -
b) 중공형압출형재 : 내부에하나이상의다양한형상의구멍 (hole) 이존재하는압출형재 c) 확산주광 : 일출 3 시간후부터일몰 3 시간전까지사이에직사광선을피함북창으로부터의빛 4. 합금의범위철도차량용알루미늄합금압출재의화학성분은 6.3에따라측정하고표 1에의거하여평가한다. 표 1에명시되지않은합금의경우 KS D 6759( 알루미늄및알루미늄합금압출형재 ) 를따른다. 단 KS D 6759에도명시되지않은합금의경우 ISO 209-1 또는 ASTM B 221 의화학성분규정을따르며시험보고서에적용한규격을반드시명시한다. 표 1 철도차량용 주요 알루미늄 합금의 성분 합금 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 기타 Each Total Al 6005A 0.50-0.9 0.35* 0.30 0.50 0.40-0.7 0.30 0.20 0.10 0.05 0.15 잔여 6061 0. 40-0. 8 0. 7 0. 15-0.4 0 0. 15 0. 8-1. 2 0.04-0. 35 0. 25 0. 15 0. 05 0. 15 잔여 6N01 0. 4-0. 9 0. 35 0. 35 0. 50 0.4 0-0. 80 0. 30 0. 25 0. 10 0. 05 0. 15 잔여 * 범위가 명시되지 않은 수치는 상한치를 말함. 5. 샘플링방법 5.1. 제품제조방법의범위압출재를생산하는압출기및열처리로등의제작공정상의장비에대한한정은두지않으며용접의경우 MIG(Metal Inert Gas) 용접방식으로제한하되용접봉이나작업공정상의변수에대하여는한정하지않는다. 5.2 채취시험편채취위치는제한하지않지만제품의양끝단에서채취할것을권장한다. 단최종공정을마친후 3일이상이경과된제품에서채취한다. - 단위미터당중량이 10kg 이하인경우 1000kg 당 1개이상의시편을채취한다. 단, 한로트 (lot) 의중량이 1000kg 이하일경우로트당 1개의시편을채취한다. - 단위미터당중량이 10kg 초과, 20kg 이하인경우 2000kg 당 1개이상의시편을채취한다. 단, 한로트의중량이 2000kg 이하일경우로트당 1개의시편을채취한다. - 단위미터당중량이 20kg 초과인경우 3000kg 당 1개이상의시편을채취한다. 단, 한로트의중량이 3000kg 이하일경우로트당 1개의시편을채취한다. 6. 일반검사기준 6.1. 표면검사철도차량용알루미늄합금압출재의표면검사는원칙적으로는확산주광아래에서시행하며표면에얼룩이나찍힘, 긁힘, 뜯김등이없어야하고심한다이라인 (Die Line) 등이없어야하며유효면이아닌경우사용자와생산자간의협의에의해결정한다. 인공조명아래에서할경우, 조도는 300 lx 이상으로하되광원은 ISO 10526(CIE Standard illuminants for Colorimetry) 에규정하는 D65 표준광원으로 KS A 3325( 형광램프의광원색및연색성에따른구분 ) 에규정하는연색 AAA 램프를사용한다. 배경은무광택의흑색, 회색등무채색인것이바람직하다. - 2 -
6.2. 치수치수측정은최종생산공정후표면처리전에실시하고, 측정항목및그에따른허용공차는 ISO 6362-4의규정을따른다. 측정기기의종류에대한제약은없으나반드시국가공인기관의검교정을마친측정기기를사용하여야하며측정기기에대해충분히교육을받은작업자에의해서측정되어야한다. 6.3. 성분분석화학성분분석은반드시압출재의최종공정후에 ASTM E34 에의해이루어져야한다. 성분분석기기의종류및시험법에대한제약은없으나국가공인기관이아닌사내검사의경우반드시검교정이된기기를사용해야한다. 시료의경우표면등의이물질을검사전에제거해야한다. 성분검사를위한시편채취는 ASTM E 55 의규정을따른다. 7. 신뢰성 평가기준 7.1. 인장시험 철도차량용 알루미늄 합금 압출재의 인장강도, 항복강도, 및 연신율은 8.2에 따라 측정하며 측정 항목은 강도, 항복강도, 연신율로 한정하며 각 항목에 대한 규정치는 표 2에 준한다. 단 표 2에 명기되지 않은 합금이나 열처리의 경우 KS D6759에 따르며 KS D6759에 명시되지 않은 경우 ISO 6362-2(Wrought Aluminium and Aluminium Alloy Extruded Rods/Bars, Tubes and Profiles - Part 2:Mechanical Properties) 또는 ASTM B 221 을 따르며 시험보고서에 적용규격을 반드시 명 시한다. 압출 SEAM부 (2) 의 인장 및 항복강도는 압출재 기준의 70% 이상이어야 하며 연신율은 30% 이상 이어야 한다. 용접재의 경우 인장, 항복강도는 모재 규정치의 60% 이상이어야 하며 연신율은 모재 의 50% 이상 이어야 한다. 용접재의 경우 용접방법 및 용접 형상, 소재 재질에 따라 상당한 차이 가 발생하므로 본 규정은 철도차량용 열처리형 알루미늄 합금 중 MIG용접기를 이용하여 용접한, 두께가 5mm 이하의 압출소재에 사용할 것을 권장한다. 그 외의 경우는 참고용으로만 사용할 것 을 권장한다. 주 (2) 용어의 설명은 해설서를 참조 표 2. 알루미늄 합금 모재의 인장특성. 합금 열 처 리 두께및직경 (mm) 최대인장강도 (MPa) 항복강도 (MPa) 연신율초과이하최소최대최소최대 (%) 6005A T5... 3.3 260... 215... 7 6.3 25.0 260... 215... 9 T51... 16.0 240... 205... 8 6061... 6.3 260... 240... 8 T6, T6511 6.3... 260... 240... 10... 6.0 245... 205... 8 T5 6N01 6.0 12.0 225... 175... 8 T6... 6.0 265... 235... 8 7.2. 변형시험 - 3 -
철도차량용알루미늄합금압출재의변형시험은 8.3에따라실시한다. 시험후시편의응력집중부 ( 굽힘및변형부위 ) 가완전분리파단되어서는않되며파면의 25% 가취성파괴의양상을나타내서는안된다. 7.3. 굽힘시험철도차량용알루미늄합금압출재의굽힘시험은 8.4에따라실시한다. 모재, 용접부에서파단이나 2mm 이상의균열이발생해서는안되며 SEAM부의경우파단이나시편전체폭의 20% 이상의균열이발생하여서는않된다.( 단, 굽힘시험은굽힘가공이요구되는제품에한하여수행한다 ) 7.4. 용접부건전성평가용접부내에다음직경이모재두께의 1/8 이상또는 0.5 mm 이상의기포, 게재물이존재해서는않되며 0.5 mm 이상의균열이존재하여서는않된다. 7.5. 수명평가기준상기품질평가기준을모두만족하는용접부피로시험편 4개로수명시험을했을때, 25 년사용시간에등가되는피로부하 10 6 cycle(b 5 수명 ) 을신뢰수준 90% 로보장하기위한시험시간 9,016,662 cycle에피로하중을 2배로적용하여얻은가속계수로부터산출된가속시험시간 27,000 cycle 로가속시험후 4개모두파괴되지않아야한다. 8. 신뢰성평가방법 8.1. 시험의일반조건특별히지시되지않는한시험하는장소는실온 20± 5 로하며, 햇빛의직사, 증기, 먼지등에의해시험에나쁜영향을끼치지않는한습도맟통풍이극히적은실내로하며최종생산공정후 48시간동안시험소에서보관후시험한다. 8.2. 인장시험알루미늄합금압출재의인장시험은 ASTM B 557M 에규정된시편및방법으로시험을수행한다. 가능한한표 3의표준시편으로제작하며불가피한경우소형시편을제작하여시험한다. 용접재의경우그림 2와같이용접선이시편의중앙에오도록한다. 그림 1. 인장시편의형상 표 3 인장시편치수 - 4 -
치 수 (mm) 표준시편 소형시편 G - 게이지 길이 50.00± 0. 10 25.00± 0. 10 W - 게이지 폭 12.5 0± 0. 05 6. 00± 0. 05 T - 두께 원재료 두께 원재료 두께 R ( 최소값 ) 12.5 6 L - 시편전체길이 ( 최소값 ) 200 100 A - ( 최소 ) 57 32 B - 그립길이 ( 최소 ) 50 30 C - 그립부 폭 20 10 (a) 압출재 (b) 용접재그림 2 압출재및용접재인장시편형상 8.3. 변형시험중공형압출재를길이 150 mm(± 20 mm) 로절단후시편에서시험부위를표시후 MTS 등을이용하여끝이둥근가압봉으로시편에압력을직접가하여압출재의파단형상을관찰한다. 이때가압봉은 SEAM LINE을가압하여파단을유도한다. 압출재상부를가압할경우그림 2와같이전체적으로변형이가해지므로특히 RIB (3) 부위 SEAM의변형및파단을효과적으로관찰할수있다. 이시험은중공형압출형재 (Hollow Profile) 에만적용한다. 가압봉의하강속도는 1mm/ 초로하며전체높이의 30% 까지가압한다. 가압봉의직경은 100± 25mm로한다. ( 주3) 용어의설명은해설서를참조 그림 2. 변형시험개략도 - 5 -
8.4. 굽힘시험알루미늄합금압출재의굽힘시험은 KS B 0803( 금속재료굽힘시편 ) 의규정에의해시편을제조하며 KS B 0804( 금속재료굽힘시험 ) 에따라시험을실시한다. 시험전시편표면을불균일할경우매끈히연마한후시험을실시한다. 그림 3. 굽힘시편형상및치수 8.5. 용접부건전성평가용접부건전성평가는용접부내부의게재물이나기공, 균열등을검사하기위하여실시하며비파괴검사방법을사용한다. 비파괴검사방법에는방사선, 초음파등다양한검사방법이사용되나사용방법및장비에대한제한은두지않는다. 8.6. 피로시험알루미늄합금압출재용접부의피로시험은 ISO 1099에따라시험을수행한다. 시편의형상및치수는그림 4에나타내었으며세부치수는 ISO 1099의규정을따른다. 상기규격에서제시된판상형태의두가지시편형상 ( 그림 4 참조 ) 중시편가공및시험결과의균일성확보를위해그림 4 의 b를권장시편으로한다. 용접부의피로시편은인장시편 ( 그림 2) 과동일한방법으로제작한다. 세부시험조건은표 4에나타내었다. 그림 4. 피로시험편형상및치수 표 4. 피로시험조건 - 6 -
항목조건 시료수 4 개 응력방향 및 파형 단축인장, Sine Wave 최대응력 (σ max ) 140MPa 최대응력 (σ min ) 0 R( 응력비 ) 0 피로주기 20Hz 온도상온 - 7 -
신뢰성평가기준철도차량용알루미늄합금압출재 2003 년 9 월 22 일발행 편집겸기술표준원장 발행인 발행산업자원부기술표준원 427-010 경기도과천시중앙동 2 ( 02) 509-7 232~4 Fax (02) 509-7415 http://www.ats.go.kr 인쇄 제본 산업자원부기술표준원 이기준에대한의견또는질문은포항산업과학연구원신뢰성평가센터 ( 054-279-6583) 로 연락하여 주십시오. 또한 신뢰성 평가기준은 부품 소재전문기업등의육성에관한특별 조치법 제25 조의 규정에 따라 신뢰성전문위원회에서 심의되어 확인, 개정 또는 폐지 됩니다 - 8 -
RS D 0025 : 2003 Extruded Aluminium Alloy for Rolling Stocks Frame Ministry of C ommerce, Industry and Energy Agency for Technology and Standards - 9 -