인간의 편의와 안락함을 추구하기 위해 만들어진 기계 및 구조물은 광범위한 재료들이 복합적으로 사용되며, 이러한 재료들은 하나의 구성물로 되기 위해서 서로 강하게 체결을 하게 된다. 그중에서도 볼트(Bolt), 키(Key), 리벳(Ribet), 핀(Pin)과 같은 겹침 이음 구조로 체결된 결합부의 접촉면이나 동력을 전달하는 ...
인간의 편의와 안락함을 추구하기 위해 만들어진 기계 및 구조물은 광범위한 재료들이 복합적으로 사용되며, 이러한 재료들은 하나의 구성물로 되기 위해서 서로 강하게 체결을 하게 된다. 그중에서도 볼트(Bolt), 키(Key), 리벳(Ribet), 핀(Pin)과 같은 겹침 이음 구조로 체결된 결합부의 접촉면이나 동력을 전달하는 스플라인(Spline), 기어(Gear) 등의 접촉면에 외부의 힘에 의한 미세한 진폭의 상대운동과 반복하중을 받게 되면 마모현상이 발생하게 되는데 이러한 현상을 프레팅(Fretting)이라 한다. 프레팅은 결합체의 접촉면에서 발생하는 미세한 진폭의 미끄럼 운동이 접촉면에 손상을 가하여 피로 균열이 발생하면서 재료가 파괴되는데 항공기, 원자력 발전소, 고속철도 차량, 자동차, 교량, 건축물 등에서 프레팅 현상이 발생되고 있다. 또한 프레팅 현상이 발생되는 곳에서는 일반 피로 수명의 20-50% 정도로 수명이 감소되며 접촉부의 내부에서 균열이 초기에 발생하기 때문에 초기 균열의 관찰은 매우 어렵다. 이러한 프레팅 현상은 마찰계수, 시험편의 재질, 접촉면압, 응력과 진폭, 상대슬립 진폭, 온도, 주변 환경 등 많은 요인들이 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 프레팅 현상을 일으키는 기계요소는 대부분이 정적상태로 겉보기엔 정지마찰상태에 있지만, 실제로는 접촉면에 미세한 슬립이 발생한다. 슬립정도에 따라 Gross slip 영역, Partial slip 영역, Stick 영역으로 구분되고, 한 영역에서 다른 영역으로 한번 이상 천이가 발생할 경우 Mixed slip 영역으로 정의하고 있다. Fretting mapping approach와 Third body concept theory 에 의해 프레팅 마모와 프레팅 피로가 프레팅에 의한 표면 파손의 주된 원인임이 밝혀졌다 Gross slip 영역의 경우 주로 마모에 의해 표면이 손상된다. 즉 응착마모, 연삭마모 등 일반적 미끄럼 마모에서 발생하는 파손 기구에 의해 표면이 손상된다. Partial slip의 경우 슬립부와 스틱부의 경계 지역에서 반복적인 하중에 의해 균열이 생성되어 성장한다. 즉 피로에 의한 접촉표면의 파손이 Partial slip 영역에서의 주된 파손형태이다. Mixed slip의 경우 마모와 피로에 의한 파손이 복합적으로 발생하며, 환경에 따라 부식과 함께 표면이 파손된다. 즉 각 영역에 따라 표면손상을 이해하기 위한 분석법, 손상을 저감하기 위한 표면설계와 수명평가 및 검사 방법이 달라진다. 따라서 프레팅 현상을 겪는 기계요소와 구조물의 접촉부가 어느 프레팅 영역에 있는지 파악하는 것이 프레팅 관련 연구의 출발이자 핵심이다. 이러한 접촉 분야에 대한 연구는 아직 지속적으로 발전하고 있으며, 경제적으로 장비 및 재료의 성능과 내구성 면에서 상당한 영향을 미치고 있다. 프레팅 현상에는 프레팅 피로(Fretting fatigue), 프레팅 마모(fretting wear), 프레팅 부식(Fretting corrosion) 등이 있다. 프레팅 피로는 접촉영역에서 Stick 영역과 Slip 영역으로 나누어지는 부분슬립형태이며, 프레팅 마모는 접촉면 전체에서 상대슬립이 발생하지 않는 Stick slip 영역, 접촉면에서 상대슬립이 발생하는 Gross slip영역, 상대슬립이 발생하는 영역과 발생하지 않는 영역이 함께 있는 Partial slip 영역으로 나눌 수 있다. 프레팅 부식은 외부환경으로 인해 산화되어 부식되어 새로운 표면층이 들어나게 되는 Gross silp 형태이다. SCM415(크롬 몰리브덴강) 합금은 기계적 성질이 우수하며 가공성이 뛰어나고, 다른 기계구조용강과 비교해 상대적으로 가격이 저렴하기 때문에 항공 및 차량용 축, 기어 등의 기계요소의 소재로 많이 사용되고 있다. 특히 정밀기계 부품, 축, 피스톤의 소재로 널리 사용된다. 하지만 SCM415는 표면손상이 쉽게 발생하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 프레팅 마모형태를 파악하기위해 유압식 만능 재료시험기에 설치할 수 있는 프레팅 마모용 치구 제작과 프레팅 마모 형태 및 제작된 치구의 성능을 파악하는데 그 목적을 두고 있다. 이를 위해 SCM415 소재를 사용하여 일정 곡률을 갖는 압축패드와 시험편을 가공하고, 패드에 가해지는 수직 접촉하중과 변위진폭에 따른 프레팅 마모시험을 수행하였다. 또한, 압축패드 소재에 경도가 높고 윤활성이 좋은 DLC(Diamond Like Carbon) 박막을 형성하여 프레팅 마모실험을 수행하고 그 특성을 비교분석 하였다.
인간의 편의와 안락함을 추구하기 위해 만들어진 기계 및 구조물은 광범위한 재료들이 복합적으로 사용되며, 이러한 재료들은 하나의 구성물로 되기 위해서 서로 강하게 체결을 하게 된다. 그중에서도 볼트(Bolt), 키(Key), 리벳(Ribet), 핀(Pin)과 같은 겹침 이음 구조로 체결된 결합부의 접촉면이나 동력을 전달하는 스플라인(Spline), 기어(Gear) 등의 접촉면에 외부의 힘에 의한 미세한 진폭의 상대운동과 반복하중을 받게 되면 마모현상이 발생하게 되는데 이러한 현상을 프레팅(Fretting)이라 한다. 프레팅은 결합체의 접촉면에서 발생하는 미세한 진폭의 미끄럼 운동이 접촉면에 손상을 가하여 피로 균열이 발생하면서 재료가 파괴되는데 항공기, 원자력 발전소, 고속철도 차량, 자동차, 교량, 건축물 등에서 프레팅 현상이 발생되고 있다. 또한 프레팅 현상이 발생되는 곳에서는 일반 피로 수명의 20-50% 정도로 수명이 감소되며 접촉부의 내부에서 균열이 초기에 발생하기 때문에 초기 균열의 관찰은 매우 어렵다. 이러한 프레팅 현상은 마찰계수, 시험편의 재질, 접촉면압, 응력과 진폭, 상대슬립 진폭, 온도, 주변 환경 등 많은 요인들이 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 프레팅 현상을 일으키는 기계요소는 대부분이 정적상태로 겉보기엔 정지마찰상태에 있지만, 실제로는 접촉면에 미세한 슬립이 발생한다. 슬립정도에 따라 Gross slip 영역, Partial slip 영역, Stick 영역으로 구분되고, 한 영역에서 다른 영역으로 한번 이상 천이가 발생할 경우 Mixed slip 영역으로 정의하고 있다. Fretting mapping approach와 Third body concept theory 에 의해 프레팅 마모와 프레팅 피로가 프레팅에 의한 표면 파손의 주된 원인임이 밝혀졌다 Gross slip 영역의 경우 주로 마모에 의해 표면이 손상된다. 즉 응착마모, 연삭마모 등 일반적 미끄럼 마모에서 발생하는 파손 기구에 의해 표면이 손상된다. Partial slip의 경우 슬립부와 스틱부의 경계 지역에서 반복적인 하중에 의해 균열이 생성되어 성장한다. 즉 피로에 의한 접촉표면의 파손이 Partial slip 영역에서의 주된 파손형태이다. Mixed slip의 경우 마모와 피로에 의한 파손이 복합적으로 발생하며, 환경에 따라 부식과 함께 표면이 파손된다. 즉 각 영역에 따라 표면손상을 이해하기 위한 분석법, 손상을 저감하기 위한 표면설계와 수명평가 및 검사 방법이 달라진다. 따라서 프레팅 현상을 겪는 기계요소와 구조물의 접촉부가 어느 프레팅 영역에 있는지 파악하는 것이 프레팅 관련 연구의 출발이자 핵심이다. 이러한 접촉 분야에 대한 연구는 아직 지속적으로 발전하고 있으며, 경제적으로 장비 및 재료의 성능과 내구성 면에서 상당한 영향을 미치고 있다. 프레팅 현상에는 프레팅 피로(Fretting fatigue), 프레팅 마모(fretting wear), 프레팅 부식(Fretting corrosion) 등이 있다. 프레팅 피로는 접촉영역에서 Stick 영역과 Slip 영역으로 나누어지는 부분슬립형태이며, 프레팅 마모는 접촉면 전체에서 상대슬립이 발생하지 않는 Stick slip 영역, 접촉면에서 상대슬립이 발생하는 Gross slip영역, 상대슬립이 발생하는 영역과 발생하지 않는 영역이 함께 있는 Partial slip 영역으로 나눌 수 있다. 프레팅 부식은 외부환경으로 인해 산화되어 부식되어 새로운 표면층이 들어나게 되는 Gross silp 형태이다. SCM415(크롬 몰리브덴강) 합금은 기계적 성질이 우수하며 가공성이 뛰어나고, 다른 기계구조용강과 비교해 상대적으로 가격이 저렴하기 때문에 항공 및 차량용 축, 기어 등의 기계요소의 소재로 많이 사용되고 있다. 특히 정밀기계 부품, 축, 피스톤의 소재로 널리 사용된다. 하지만 SCM415는 표면손상이 쉽게 발생하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 프레팅 마모형태를 파악하기위해 유압식 만능 재료시험기에 설치할 수 있는 프레팅 마모용 치구 제작과 프레팅 마모 형태 및 제작된 치구의 성능을 파악하는데 그 목적을 두고 있다. 이를 위해 SCM415 소재를 사용하여 일정 곡률을 갖는 압축패드와 시험편을 가공하고, 패드에 가해지는 수직 접촉하중과 변위진폭에 따른 프레팅 마모시험을 수행하였다. 또한, 압축패드 소재에 경도가 높고 윤활성이 좋은 DLC(Diamond Like Carbon) 박막을 형성하여 프레팅 마모실험을 수행하고 그 특성을 비교분석 하였다.
Fretting wear phenomenon is occurred by oscillation motion of very small amplitude between two contacting surface such as vibrating bearing, clutch, key, pin, riveted and bolted lap joint. Such as friction coefficient, the material of the specimen, the contact surface pressure, the relative slip amp...
Fretting wear phenomenon is occurred by oscillation motion of very small amplitude between two contacting surface such as vibrating bearing, clutch, key, pin, riveted and bolted lap joint. Such as friction coefficient, the material of the specimen, the contact surface pressure, the relative slip amplitude, temperature and environment. These factors known to affect the fretting phenomenon. In this study, we have tested the fretting wear with SCM415 (Chrome-molybdenum steel) which is used as a gear or shaft because of excellent processability, good mechanical properties and low cost compared to existing machine structural steel. In order to determine the fretting wear type, we had made fretting wear jig, which can be attached to the servo hydraulic fatigue testing machine. And then we have made specimen and having the constant curvature pad by using SCM415 material. Different normal force and displacement amplitude applied to pad and we coated DLC (Diamond Like Carbon) to fretting wear test As a result, when the amplitude is increased, the size of the wear surface and friction coefficient is increased and DLC coatings can reduce fretting wear phenomenon. Furthermore, the wear surface shows the crack in a surface. we could confirm the performance of the fretting wear test jig because of consistent data.
Fretting wear phenomenon is occurred by oscillation motion of very small amplitude between two contacting surface such as vibrating bearing, clutch, key, pin, riveted and bolted lap joint. Such as friction coefficient, the material of the specimen, the contact surface pressure, the relative slip amplitude, temperature and environment. These factors known to affect the fretting phenomenon. In this study, we have tested the fretting wear with SCM415 (Chrome-molybdenum steel) which is used as a gear or shaft because of excellent processability, good mechanical properties and low cost compared to existing machine structural steel. In order to determine the fretting wear type, we had made fretting wear jig, which can be attached to the servo hydraulic fatigue testing machine. And then we have made specimen and having the constant curvature pad by using SCM415 material. Different normal force and displacement amplitude applied to pad and we coated DLC (Diamond Like Carbon) to fretting wear test As a result, when the amplitude is increased, the size of the wear surface and friction coefficient is increased and DLC coatings can reduce fretting wear phenomenon. Furthermore, the wear surface shows the crack in a surface. we could confirm the performance of the fretting wear test jig because of consistent data.
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