WC-Co 소결 경질합금은 우수한 기계적 성질을 가지며 냉간 단조용 다이와 절삭 공구를 포함한 많은 산업 분야에서 널리 사용된다. 미세구조 변화를 갖는 WC-20wt%Co 소결 경질합금의 인장 및 피로 성질을 조사하였다. BSE 미세구조 이미지의 선형 절편(linear intercept) 방법을 이용하여 코(Co) 결합재 함량, WC 입자 크기, 결합재 평균 자유행로(binder mean free path), 연속성(contiguity)과 같은 미세구조 파라미터를 얻었다. 인장 및 피로 시험을 위해 WC-20wt%Co 소결 경질합금의 표준 시편을 제작하였다. 일축 인장 응력-변형률 곡선과 인장-압축 피로 S-N 곡선을 얻었다. Co 함량이 더 높은 22Co-Cr 합금은 결합재 평균 자유행로가 가장 크고 연속성이 가장 낮게 나타났다. 미세한 WC 입자를 갖는 submicron 크기의 20Co-d_wc 합금은 미세한 WC 입자 분포로 인해 결합재 평균 자유행로가 가장 낮았다. 미세한 WC 입자를 갖는 20Co-d_wc 합금은 다른 합금들에 비해 가장 높은 인장강도와 피로강도를 나타냈다. 소성 변형성이 우수한 FCC Co 상 함량이 높은 22Co-Cr 합금은 더 높은 피로 성질을 보였다. 22Co-Cr 합금의 피로 수명은 압축 평균 응력 수준이 증가함에 따라 증가하였다. 축 방향 인장 및 피로 성질에 근거하여, 냉간 단조용 WC-20wt%Co 소결 경질합금 다이에 대한 합리적인 피로 수명 예측을 추정할 수 있다.

WC-Co 소결 경질합금은 우수한 기계적 성질을 가지며 냉간 단조용 다이와 절삭 공구를 포함한 많은 산업 분야에서 널리 사용된다. 미세구조 변화를 갖는 WC-20wt%Co 소결 경질합금의 인장 및 피로 성질을 조사하였다. BSE 미세구조 이미지의 선형 절편(linear intercept) 방법을 이용하여 코(Co) 결합재 함량, WC 입자 크기, 결합재 평균 자유행로(binder mean free path), 연속성(contiguity)과 같은 미세구조 파라미터를 얻었다. 인장 및 피로 시험을 위해 WC-20wt%Co 소결 경질합금의 표준 시편을 제작하였다. 일축 인장 응력-변형률 곡선과 인장-압축 피로 S-N 곡선을 얻었다. Co 함량이 더 높은 22Co-Cr 합금은 결합재 평균 자유행로가 가장 크고 연속성이 가장 낮게 나타났다. 미세한 WC 입자를 갖는 submicron 크기의 20Co-d_wc 합금은 미세한 WC 입자 분포로 인해 결합재 평균 자유행로가 가장 낮았다. 미세한 WC 입자를 갖는 20Co-d_wc 합금은 다른 합금들에 비해 가장 높은 인장강도와 피로강도를 나타냈다. 소성 변형성이 우수한 FCC Co 상 함량이 높은 22Co-Cr 합금은 더 높은 피로 성질을 보였다. 22Co-Cr 합금의 피로 수명은 압축 평균 응력 수준이 증가함에 따라 증가하였다. 축 방향 인장 및 피로 성질에 근거하여, 냉간 단조용 WC-20wt%Co 소결 경질합금 다이에 대한 합리적인 피로 수명 예측을 추정할 수 있다.

열간 압연 저탄소강 위에 형성된 기판과 산화스케일 사이의 접착 강도는 인공 박리 결과에 대한 하이브리드 수치-실험 분석을 통해 평가하였다. 스케일의 계면 파괴는 스크래치 테스터로 재현되었으며, 계면 파괴의 개시는 미세 관찰과 함께 기계적 반응을 검토함으로써 확인하였다. 계면에서의 임계 인장(traction)은 유한요소법을 이용한 수치 역해석으로 정량적으로 해석하였다. 또한 잔류 응력이 접착 강도에 미치는 영향도 조사하였다. 마지막으로, 식별된 접착 강도의 타당성은 선행 연구에서 보고된 에너지 방출률과의 해석적 비교를 통해 확인하였다.

WC-Co 소결 탄화물은 우수한 기계적 특성을 가지며 냉간 단조 다이와 절삭 공구를 포함한 많은 산업 분야에서 널리 사용된다. WC-Co 소결 탄화물은 액상 소결(Liquid phase sintering, LPS) 공정으로 제조되며, 치밀화를 위한 새로운 소결 공정이 개발되었다. 본 연구에서는 WC-20wt%Co 소결 탄화물의 원통형 봉상 인장 및 피로 시편을 진공 소결(VS), 저압 소결(LP), 소결 HIP(S-HIP), 그리고 진공 소결 후 HIP(VS+HIP)과 같은 상용 소결 방법을 이용하여 제작하였다. 소결 방법이 미세조직, 인장 특성 및 피로 수명에 미치는 영향을 조사하였다. 추가적인 HIP 처리 후 상대 밀도와 WC 입자의 평균 크기가 증가하였으며, 또한 큰 비정상 WC 입자들이 관찰되었다. 인장 시험에서 VS+HIP 시편은 치밀화에 기인하여 인장 특성(최대 인장강도, 연신율)의 편차가 최소화되었다. 단축 인장-압축 피로 시험을 바탕으로 WC-20wt%Co 소결 탄화물의 SN 곡선을 logσa = -0.11244logNf +3.66817로 도출하였다. 더 나아가 HIP 공정에서의 WC 입자 크기 증가는 VS+HIP 시편의 피로 수명을 VS 시편보다 낮게 만들었다. 그러나 소결 공정 동안 WC-Co 소결 탄화물에 고압을 적용한 경우 내부 결함과 피로 수명의 표준편차가 감소하였다.

세 가지 유형의 셀프-천공 리벳팅(SPR) 접합부, 즉 강/알루미늄, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)/알루미늄, 알루미늄/알루미늄을 구성하였다. 이때 상부 시트의 재료는 서로 다르게 하되, 하부 시트는 동일한 알루미늄 합금으로 하였다. 상부 시트 재료가 접합부의 품질과 기계적 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 상부 시트 재료의 특성이 리벳 천공 공정 및 그에 따른 상호맞물림(interlock) 거리의 지배적 요인이 된다. 고강도강 상부 시트는 상대적으로 더 높은 리벳 세팅 힘(settting force)을 요구하며, 리벳 테일(rivet tail)의 조기 플레어링(flaring)을 유발하여 더 큰 상호맞물림 거리를 초래한다. 비록 CFRP는 CFRP 섬유를 관통하여 리벳을 관통시키기 위해 가장 높은 리벳 세팅 힘이 필요하지만, SPR 공정으로 인한 CFRP의 손상과 그에 따른 리벳 테일의 플레어링 감소 때문에 CFRP/알루미늄 접합부는 가장 작은 상호맞물림 거리를 보인다. 강도 시험에서 손상된 CFRP 시트는 CFRP/알루미늄 접합부에서 리벳 헤드의 CFRP로부터의 인출(rivet head pullout)을 유발하였고, 이는 가장 낮은 겹치기 전단(lap-shear) 및 교차인장(cross-tension) 강도를 나타냈다. 반대로 강/알루미늄 접합부는 상대적으로 더 큰 상호맞물림 거리로 인해 가장 높은 강도를 보였다. 실험 분석에 더하여, 시뮬레이션을 통해 다양한 상부 시트 재료에 따른 리벳 관통(penetration) 및 플레어링 메커니즘을 규명하였으며, 각각의 접합부 품질과 강도를 함께 확인하였다.

시멘트 카바이드는 카바이드의 미세 입자가 결합금속 기지(matrix) 내에 내포된 복합 재료의 한 종류이다. 이는 우수한 기계적 성질로 인해 긴 사용 수명을 가진다. 본 연구에서는 시멘트 카바이드인 WC-Co의 전반적인 인장 거동을 특성 미세구조 파라미터를 고려하여 조사하였다. 표준 인장 시험편의 응력-변형률 곡선을 측정하여 인장강도와 파괴까지의 연신율을 평가하였다. 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 WC 카바이드 입자의 평균 크기와 연속성(contiguity), 그리고 Co(코발트) 결합재의 평균 자유행로(mean free path)를 분석하였다. 결합금속의 여러 체적 분율에 대해 기계적 특성과 미세구조적 특징 사이의 구체적 상관관계를 조사하고 규명하였다. Co 함량과 Co 결합재의 평균 자유행로는 비례 관계를 보였으며, 인장강도는 Co 함량과는 반대의 경향을 나타냈다. 또한 영률(Young’s modulus)과 연신율과 관련하여 Co 상의 결정 구조에 따라 큰 차이가 나타나는 것이 확인되었다. 더 나아가 인장 시험편의 파단 표면의 토폴로지(topology)를 조사함으로써, 불규칙한 공극의 존재가 측정값의 통계적 분산(statistical variance)에 기여할 수 있음을 규명하였다.