[논문]베어링강의 고온변형 특성에 관한 연구

문호근; 이재성; 유선준; 전만수

doi:10.3795/ksme-a.2003.27.4.614

베어링강의 고온변형 특성에 관한 연구
A Study on Hot Deformation Behavior of Bearing Steels 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.27 no.4 = no.211, 2003년, pp.614 - 622

문호근 (FAG한화베어링㈜ 연구소) , 이재성 (FAG한화베어링㈜ 연구소) , 유선준 (포스코㈜ 기술연구소 후판연구팀) , 전만수 (경상대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the stress-strain curves of bearing steels at hot working conditions are obtained by hot compression test with a computer controlled servo-hydraulic Gleeble 3800 testing machine and elongations and reductions of area of the bearing steels are also obtained by hot tensile test with a Gleeble 1500 testing machine. Experiments are conducted under the various strain-rates and temperatures and their results are used to obtain the flow stress information. A rigid thermo-viscoplastic finite element method is applied to the multi-stage hot forging process in order to predict temperature distribution of workpiece. The experimental results and the analysis results are used to obtain an optimal hot forging condition.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 베어링강에 대한 고온압 축시험을 실시하여 고온 유동응력 선도를 구하고 고온인 장시 험을 실시하여 단면감소율을 구하고자 한다. 또 시험에서 얻은 유동응력 선도를 기초데 이 타로 하여 열간 단조 공정에 대한 강열점소성 유한요소해석을 실시하여 공정 중 소재의 온도분포를 예측하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 베어링강에 대한 고온압 축시험을 실시하여 고온 유동응력 선도를 구하고 고온인 장시 험을 실시하여 단면감소율을 구하고자 한다. 또 시험에서 얻은 유동응력 선도를 기초데 이 타로 하여 열간 단조 공정에 대한 강열점소성 유한요소해석을 실시하여 공정 중 소재의 온도분포를 예측하고자 한다. 시험 결과와 해석 결과를 바탕으로 베어링강의 고온변형 특성과 내.
시험 결과와 해석 결과를 바탕으로 베어링강의 고온변형 특성과 내. 외부 크랙 발생원인 및 죄적 열간 단조조건을 제시하 고자 한다.

제안 방법

기존의 열간 단조 공정을 고려하여 고온 압축시험을 여러 가지의 온도(SCr420H : 900℃~1300℃, STB2 : 900℃~1250℃)와 변형률 속도(l~50/sec)에 대하여 실시하였다. 고온 압축시험에 사용된 온도 및 변형률 속도의 조건을 Table 2에 정리하였다.
베어 링 강(STB2, SCr420H)의 고온 소성변형 특성을 얻기 위하여 여러 가지 온도(9001시 300'C) 와 변형률 속도(l~50/sec)에서 고온 압축시험과 51 온 인장시험을 실시하였다. 열간 단조 공정 중 소재의 온도분포를 예측하기 위하여 고온 압축시험 결과를 입력데이타로 하여 다단 열간 단조 공정에 대한 강열점소성 유한요소해석을 실시하였다.
본 언구에서, 고온 압축시험과 인장시험의 소 건을 결정하기 위하여 베어링 생산에 사용되는 열간포머 단조기와 열간 프레스의 가공소긴음 조사하였다.
열간 단조 공정 중 소재의 온도분포를 예측하기 위하여 강열 점 소성 유한요소해석을 실시하였다. Fig.
베어 링 강(STB2, SCr420H)의 고온 소성변형 특성을 얻기 위하여 여러 가지 온도(9001시 300'C) 와 변형률 속도(l~50/sec)에서 고온 압축시험과 51 온 인장시험을 실시하였다. 열간 단조 공정 중 소재의 온도분포를 예측하기 위하여 고온 압축시험 결과를 입력데이타로 하여 다단 열간 단조 공정에 대한 강열점소성 유한요소해석을 실시하였다. 고온압축 및 인장시험 결과 STB2의 베어링강의 싱 우 1200 ℃ 이상에서 표면균열이 발생하였으며, 단면감소율이 급격히 떨어졌다.
열간 단조 공정 중 소재의 유동 특성과 온도분포를 예측하기 위하여 강열점소성 유한요소해석을 실시하였다. 이 기술에 관한 이론적인 배경은 참 고문헌으로 대신한다"” 해석에 필요한 유동응력 정보는 고온 압축시험으로 구한 결과값을 이용하였다.
시험 중 시편과 금형의 융착을 방지하기 위하여 얇은 니켈 판(Ni plate)이 사용되었으며, 시편과 금형의 마찰을 줄이기 위해 고체 윤활제(MoS, 가 사용되었다. 정확한 온도 측정과 제어를 위해 시편의 중간에 열전대를 부착하였다. 시험 장치의 개략도 및 시험절차에 대한 자세 한 사항은 참고문헌'”으로 대신한다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 베어링 소재는 고탄소2롬강 (STB2)과 표면 경 화강(SCr420H)이 며, 주요 화학성 분은 Table 1과 같다.
일반적으로 인장시험은 열간가공에서 국부수축의 문제 때문에 사용상 제 한이 있지만 재료의 연신율과 단면감소율을 구하는데 유용하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 소 재시험 목적으로 많이 사용되고 있는 Gleeble 1500 장비가 사용되었다. 인장시험에 사용된 시 편의 지름은 10mm이며 길이는 110mm이다.
압축시험은 소재의 변형 특성을 알기 위한 유용한 방법 중 하나이다. 본연구에 사용된 시험기는 Gleeble 3800 장비이다. 압축시험에 사용된 시편의 지름은 10mm이며 높이는 12mm이다.
압축시험에 사용된 시편의 지름은 10mm이며 높이는 12mm이다. 시험 중 시편과 금형의 융착을 방지하기 위하여 얇은 니켈 판(Ni plate)이 사용되었으며, 시편과 금형의 마찰을 줄이기 위해 고체 윤활제(MoS, 가 사용되었다. 정확한 온도 측정과 제어를 위해 시편의 중간에 열전대를 부착하였다.
본연구에 사용된 시험기는 Gleeble 3800 장비이다. 압축시험에 사용된 시편의 지름은 10mm이며 높이는 12mm이다. 시험 중 시편과 금형의 융착을 방지하기 위하여 얇은 니켈 판(Ni plate)이 사용되었으며, 시편과 금형의 마찰을 줄이기 위해 고체 윤활제(MoS, 가 사용되었다.
본 연구에서는 소 재시험 목적으로 많이 사용되고 있는 Gleeble 1500 장비가 사용되었다. 인장시험에 사용된 시 편의 지름은 10mm이며 길이는 110mm이다. 기존의 열간 단조 공정을 고려하여 고온 인장시험을 실 시하였으며, 고온 인장시험에 사용된 온도 및 변 형률 속도의 조건을 Table 3에 정리하였다.

이론/모형

3)과 온 도(1150℃, 1250℃)에서 구한 유농응력선도를 나타내고 있다. 동일한 방법으로 다양한 온도와 변 형률에 대한 응력-변형률 속도 선도를 이용하여 곡선피팅법(云 = CZ ”)으로 변형률 속도 강도계 수 C와 변형률 속도 민감 지수 m를 구하여 Table 4와 Table 5에 나타내었다.

성능/효과

SCr420H의 베이 링 강의 경우 시험온도 범위에서 표면균열이 발생하지 않았으며, 온도가 증가할수록 단면감소율이 증가하였다. 강열점소성 유한요소해석 결과 소재 의 온도는 심한 국부변형을 받을 경우 최고 80V 이상까지 상승하였다.
열간 단조 공정 중 소재의 온도분포를 예측하기 위하여 고온 압축시험 결과를 입력데이타로 하여 다단 열간 단조 공정에 대한 강열점소성 유한요소해석을 실시하였다. 고온압축 및 인장시험 결과 STB2의 베어링강의 싱 우 1200 ℃ 이상에서 표면균열이 발생하였으며, 단면감소율이 급격히 떨어졌다. SCr420H의 베이 링 강의 경우 시험온도 범위에서 표면균열이 발생하지 않았으며, 온도가 증가할수록 단면감소율이 증가하였다.
13의 SCr420H 베어링강의 경우 특정 온도 범위 내에서 온도가 상승함으로써 단면감소율이 증가하였으며, 1200℃ 와 1250℃에서 단면감소율이 최대로 나타났다. 그림에서 보는 바와 같이 STB2 베어링강의 경우 단면감소율이 온도에 따라 약간의 차이는 있으나 변형률 속도가 5/sec에서 최대 단면감소율이 나타났으며, SCr420H 베어링강의 경우 변형률 속도가 낮을수록 단면감소율이 높게 나타났다.
연계해석 결과 성형 직전 소재 온도는 자연공냉에 의해 10℃ 낮아졌으며, 성형 후의 소재 온도는 금형과 접촉한 부위에서는 급격하게 내려갔으며 (680℃), 소재의 내 부에서 는 소성열 에 의하여 최고 1230℃ 까지 상승하였다. 금형과 접촉이 일어난 영역 중 일부분에서의 온도 하강이 상대적으로 작은 것은 그 주위에서 극심한 소성변형에 의한 소성 열과 마찰열의 발생이 상대적으로 컸기 때문으로 판단된다.
이상의 결과로부터 베어링강(STB2, SCr420H)의 내, 외부 크랙 발생 원인은 온도에 의한 것으로 판명되었으며, 획득된 소재의 유동응력과 고온변형 특성을 바탕으로 최적 열간 가공조건을 설정 할 수 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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