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초음파 나노표면개질기술의 특성과 활용방안 연구

A Study on the Ultrasonic Nano Crystal Surface Modification(UNSM) Technology and It's Application

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.33 no.3 = no.282, 2009년, pp.190 - 195  

편영식 (선문대학교 기계공학부) ,  박정현 (선문대학교 기계공학부) ,  조인호 ((주)디자인메카 기술개발연구소) ,  김창식 ((주)디자인메카 기술개발연구소) ,  서창민 (경북대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

All the failure in fatigue of torsion, bending and rolling contact, and in sliding wear begins mostly from surface. So much efforts have been invested to the surface technology which deal these problems during past decades, but the industrial demand keeps growing and more significant requirements ar...

주제어

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문제 정의

  • 완성된 부품의 표면조직을 나노구조로 개질하면서 동시에 압축잔류응력부가, 표면경도향상, 표면거칠기향상 및 마이크로 딤플 구조화시키는 새로운 기술이 국내에서 개발되었다. 본 논문에서는 국내에서 개발된 이 기술에 대한 특성과 활용방안에 대한 연구결과를 설명한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Shot Peening기술은 어떤 산업에서 사용되어져 왔는가? 비틀림과 굽힘응력은 표면에서 최대응력이 되고 실제 피로파괴도 표면층에서 시작되어 내부로 성장하여 파괴에 이른다. 압축잔류응력을 표면층에 부가하는 Shot Peening기술이 이러한 응력에 의한 피로수명을 향상시키는데 큰 효과를 주므로 오랫동안 항공, 철도, 발전설비 등에서 사용되어 왔다.(1) 피로수명 향상에 주효한 것이 보다 큰 압축잔류응력과 표면층 미세화라는 것이 확인되면서 이를 구현하기 위한 많은 기술들이 개발되고 있다.
피로수명 향상을 위해 큰 압축잔류응력과 표면층 미세화를 구현하기 위한 신기술들로는 무엇이 있는가? (1) 피로수명 향상에 주효한 것이 보다 큰 압축잔류응력과 표면층 미세화라는 것이 확인되면서 이를 구현하기 위한 많은 기술들이 개발되고 있다. 독일의 Deep Rolling,(2) 미국의 Laser Shot Peening(3)과 Low Plasticity Burnishing,(4) 프랑스의 Ultrasonic Shot Peening,(5) 일본의 Micro Shot Peening(6) 등이 새롭게 개발되는 기술들이다. 현재도 미국 국방분야, 특히 항공기술분야에서 핵심기술개발의 단골 메뉴이기도 하다.
Ultrasonic Nano-Crystalline Surface Modification 기술이란? Ultrasonic Nano-Crystalline Surface Modification(UNSM: 초음파나노표면개질) 기술은 초음파 진동에너지를 응용하여 아주 큰 정적 및 동적하중이 부가된 볼로써 1초에 20,000번 이상의 타격(1,000~10,000회/㎟ 정도)을 금속 표면에 주어, SPD(Severe Plastic Deformation)를 발생시키고, 이로 인해 표층부의 조직을 나노결정 조직으로 개질함과 동시에 아주 크고 깊은 압축잔류응력 등을 부가하는 한국 특허기술이다. 기본적인 가공 기구는 Fig.
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참고문헌 (16)

  1. Nachman, G., 1999, "Shot Peening-Past, Present, and Future," Proc. 7th Int. Conf. on Shot Peening, pp. 1-4 

  2. Altenberger, I., 2005, "Deep Rolling - The Past, The Present and The Future," Proc. 9th Int. Conf. on Shot Peening, pp. 144-155 

  3. www.metalimprovement.com 

  4. Prevey, P. and Jayaraman, N., 2005, "Overview of Low Plasticity Burnishing for Mitigation of Fatigue Damage Mechanisms," Proc. 9th Int. Conf. on Shot Peening, pp. 267-272 

  5. Watanabe, Y., Hasegawa, N. and Duchazeaubeneix J. M., 2003, "Effect of Ultrasonic Shot Peening on Fatigue Strength of High Strength Steel," Proc. 8th Int. Conf. on Shot Peening, pp. 306-310 

  6. www.fujiwpc.co.jp 

  7. Thomas M. Bartsch, 2002, "High Cycles Fatigue(HCF) Science and Technology Program 2001 Annual Report," AFRL-PR-WP-TR-2002-2060 

  8. Etsion, I., 2005, "State of the Art in Laser Surface Texturing," Transactions of the ASME, Vol. 127 

  9. Cho, I. H., Song, G. H., Kim, C. S., Nobuhide, A., Combs, A., Park, J. Y., Suh, C. M., Park, J. H. and Pyoun, Y. S., 2005, "Nano-structured Surface Modification of Tool Steel and It's Beneficial Effects in Mechanical Properties," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 19, No. 11, pp. 2151-2156 

  10. Suh, C. M., Song, G. H. Pyoun, Y. S., 2007, "Fatigue and Mechanical Characteristics of Nano-Structured Tool Steel by Ultrasonic Cold Forging Technology," J. Mat. Sci. Eng. A, Vol. 443, pp. 101-106 

  11. Suh, C. M., Song, G. H., Park, J. H. Pyoun, Y. S., 2006, "A Study of the Mechanical Characteristics of Ultrasonic Cold Forged SKD 61," I. J. of Modern Physics B, Vo. 2(27), pp. 4541-4546 

  12. Cho, I. H., Kim, C. S., Jin, S. G., Moon, J. G., Pyoun, Y. S., Jeong, D. H. and Lee, K. B., 2007, "Nano Surface Modification of Hub Bearing Race Ways for Increasing the Dynamic Load Rating and Decreasing the Friction Loss," Proceeding of 07APAC, No. 280 

  13. Lee, C. S., Park, I. G., Cho, I. S., Seok, C. W., Hong, J. H., Pyoun, Y. S. and Park, J. H., 2007 “Ultrasonic Nano Crystal Surface Modification(UNSM) on Structure and Fatigue Characteristics of TI-6AL-4V Alloy” Proceedings of the Third Asian Pacific Conference on Biomechanics. No. 126 

  14. Cherif, A., Pyoun, Y. S. and Scholtes, B., 2009, "Effects of Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification (UNSM) on Residual Stress State and Fatigue Strength of AISI 304," Journal of Materials Engineering and Performance, JMEP-08-01-0709 (accepted and will be printed in 2009 summer) 

  15. Suh, C. M., Kim, M. H., Baek, U. B., Pyoun, Y. S. and Kim, C. S., 2007, "A Study on Applying UNSM to Increasingthe Torsional Fatigue Strength of the Torsion Bar," Autumn proceeding of KSME, pp. 1-9 

  16. Pyoun, Y., Cho, I., Kim, C., Park, J., Lee, C., Park, I., Cho, I. and Park, J., 2008, "Tribological and RCF (Rolling Contact Factigue) Effects OF UNSM (Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification) Treatment on the Bearings" 2nd iCAT, 124 

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