본 연구는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT(quenching & tempering) 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하였다. 피로특성 조사결과는 다음과 같다. QT 질화시험편은 피로한도가 인장강도의 80%로 나타나 아주 높은 값을 나타내었다. 이것은 시험편 표면에 단단한 질화처리를 실시하여 피로균열의 발생을 지연시켰고, 피로균열이 발생하더라고 소재가 단단하여 균열진전속도가 늦었다고 판단된다. 파면 관찰결과 피로균열진전 영역에서는 모두 스트라이에이션이 관찰되었고, 피로균열진전 이외의 영역에서 QT 시험편은 벽개파괴의 양상을, 모재와 Qt 질화시험편은 딤플 파괴의 양상을 나타내었다.
본 연구는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT(quenching & tempering) 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하였다. 피로특성 조사결과는 다음과 같다. QT 질화시험편은 피로한도가 인장강도의 80%로 나타나 아주 높은 값을 나타내었다. 이것은 시험편 표면에 단단한 질화처리를 실시하여 피로균열의 발생을 지연시켰고, 피로균열이 발생하더라고 소재가 단단하여 균열진전속도가 늦었다고 판단된다. 파면 관찰결과 피로균열진전 영역에서는 모두 스트라이에이션이 관찰되었고, 피로균열진전 이외의 영역에서 QT 시험편은 벽개파괴의 양상을, 모재와 Qt 질화시험편은 딤플 파괴의 양상을 나타내었다.
Oil hydraulic piston pumps are extensively used worldwide because of their simple design, light weight, and cost effectiveness. However, an oil hydraulic pump is likely to have high leakage, friction, and low energy efficiency after long-term use. In oil hydraulic piston pumps the clearance between ...
Oil hydraulic piston pumps are extensively used worldwide because of their simple design, light weight, and cost effectiveness. However, an oil hydraulic pump is likely to have high leakage, friction, and low energy efficiency after long-term use. In oil hydraulic piston pumps the clearance between the valve block and the piston plays an important role in the volumetric and overall efficiency. We studied the wear property of the SACM645 material used in hydraulic piston pumps via experiments with different heat treatments. We prepared three different specimens. The maximum tensile strengths of the QT and QT-nitration specimens are similar (about 820 MPa), but the strains are significantly different. However, the fatigue characteristic depended on the heat treatment.
Oil hydraulic piston pumps are extensively used worldwide because of their simple design, light weight, and cost effectiveness. However, an oil hydraulic pump is likely to have high leakage, friction, and low energy efficiency after long-term use. In oil hydraulic piston pumps the clearance between the valve block and the piston plays an important role in the volumetric and overall efficiency. We studied the wear property of the SACM645 material used in hydraulic piston pumps via experiments with different heat treatments. We prepared three different specimens. The maximum tensile strengths of the QT and QT-nitration specimens are similar (about 820 MPa), but the strains are significantly different. However, the fatigue characteristic depended on the heat treatment.
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문제 정의
본 연구에서는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT(quenching & tempering) 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하였다.
제안 방법
피로 시험의 부하응력은 정적인장 시험 후 인장데이터를 이용하여 결정하였다. 각각의 시험편에 대한 부하하중은 인장 강도(820 MPa) 에 대하여 85, 80, 75, 70 및 65 %로 하중제어 방식으로 실험을 실시하여 S-N Curve를 구하였다.
1에 나타내었다. 인장시험은 INSTRON 8516 만능 재료시험기를 사용하였으며, 크로스헤드 속도 1mm/min으로 실시하였다. 경도 측정은 마이크로비커스 경도기를 사용하였다.
1의 정현파이고, 주파수는 10Hz로 하였다. 피로 시험의 부하응력은 정적인장 시험 후 인장데이터를 이용하여 결정하였다. 각각의 시험편에 대한 부하하중은 인장 강도(820 MPa) 에 대하여 85, 80, 75, 70 및 65 %로 하중제어 방식으로 실험을 실시하여 S-N Curve를 구하였다.
대상 데이터
Table 1에 사용 소재의 화학성분을 나타내었다. 시험편은 모재, QT 시험편, QT 질화시험편 등 통 3가지 시험편을 제작하였다. 열처리 조건은 Table 2에 나타내었다.
실험 사용한 재료는 (주)POSCO에서 제조한 SACM645를 열처리 방법을 달리하여 사용하였다. Table 1에 사용 소재의 화학성분을 나타내었다.
열처리 조건은 Table 2에 나타내었다. 인장 및 피로시험편은 KS B 08017호 규격에 의하여 폭 13 mm, 평행부 65 mm, 두께 5 mm로 제작하였다. 시험편의 형상은 Fig.
경도 측정은 마이크로비커스 경도기를 사용하였다. 피로시험은 인장시험기와 같은 시험기를 사용하였으며, 피로시험 조건은 응력비 R = 0.1의 정현파이고, 주파수는 10Hz로 하였다. 피로 시험의 부하응력은 정적인장 시험 후 인장데이터를 이용하여 결정하였다.
이론/모형
인장시험은 INSTRON 8516 만능 재료시험기를 사용하였으며, 크로스헤드 속도 1mm/min으로 실시하였다. 경도 측정은 마이크로비커스 경도기를 사용하였다. 피로시험은 인장시험기와 같은 시험기를 사용하였으며, 피로시험 조건은 응력비 R = 0.
성능/효과
(1) 질화처리 깊이는 표면에서 약 300μm 정도로 나타났으며, 열영향을 받은 부분도 일부 관찰되었다.
(3) 질화처리를 한 시험편의 표면 경도는 800 Hv 이상으로 높게 나타나는 반면, 시험편의 바깥쪽으로부터 300μm 정도에서 거의 모재와 QT 시험편과 비슷한 경도를 가지는 것을 알 수 있다.
(4) QT 질화시험편은 피로한도가 인장강도의 80%로 나타나 아주 높은 값을 나타내었다. 이것은 시험편 표면에 단단한 질화처리를 실시하여 피로 균열의 발생을 지연시켰고, 피로균열이 발생하더라고 소재가 단단하여 균열진전속도가 늦었다고 판단된다.
(5) 파면 관찰결과 피로균열진전 영역에서는 모두 스트라이에이션이 관찰되었고, 피로균열진전이외의 영역에서 QT 시험편은 벽개파괴의 양상을, 모재와 Qt 질화시험편은 딤플 파괴의 양상을 나타내었다.
QT 시험편은 경화 후에 템퍼링으로 인성을 부여하였기 때문에 많은 변형이 발생하였다. QT 질화시험편은 질화처리 후 경도가 Hv 800으로 매우 높으며, 연성이 매우 적게 나타났다. 한편 QT 시험편은 표면 경화에 의하여 높은 강도와 풍부한 연성을 가지게 된다.
SACM645소재는 SCM 소재에 알루미늄 (Al)이 첨가되어 인성을 증가시킨 재료로 모재를 절단할 때도 인성이 커서 어려움을 격고 있다. 그리고 질화처리한 시험편은 피로한도가 인장강도의 80%로 나타나 아주 높은 값을 나타내었다. 이 이유는 시험편 표면에 경한 질화처리를 실시하여 피로균열의 발생을 지연시켰고, 피로균열이 발생 하더라고 소재가 경한 성질이 강해서 균열진전속도 또한 늦었다고 판단된다.
5에 나타내었다. 모재 및 QT 시험편의 경도는 210~230 Hv 로 나타났으며, 시험편의 열처리에 따른 경도를 비교하여 볼 때, 고주파 열처리 한 시험편은 내부까지 550~600 Hv 정도의 경도를 유지하고 있어, 표면경화를 넘어서 전경화 되었음을 알 수 있다. 이것은 시험편의 직경이 작아 표면에 가열된 열이 냉각되기 전에 내부에 영향을 미치게 되면서 전경화가 발생한 것으로 판단된다.
그림에서 나타나는 바와 같이 QT 시험편, 모재 및 QT 질화 시험편 순으로 피로 한도가 높게 나타나고 있다. 열처리하지 않은 모재는 피로한도가 533 MPa, QT 시험편은 492 MPa 및 QT 질화시험편은 656 MPa로 각각 나타났다. QT 시험편이 모재보다 피로한도가 낮게 나타났는데, 이것은 QT 처리에 의하여 소재 내부 인성이 감소하였기 때문이라고 판단된다.
전체적으로 볼 때 SACM645소재는 인성이 강한 것으로 판단되고 피로시험에서는 피로한도가 가장 낮은 QT 시험편의 경우의 피로한도는 인장강도의 60%로 나타나 다른 철강계열의 소재보다 그 피로한도가 높다고 판단된다.
후속연구
유압기기들의 고압화에 따라 상대운동부의 간극 및 표면조도와 함께 표면처리 기술의 중요성이 더해지고 있다. 특히 가장 고압을 발생하는 유압 피스톤의 경우 주요 부품들의 표면처리 기술을 이용한 표면경도의 확보는 부품들의 내마모성, 내피로성, 내식성 등의 향상을 위해 반드시 필요하며, 그렇지 못할 경우 마모에 의한 표면손상으로 펌프가 파손되는 결과를 초래하므로 표면처리 기술에 대한 많은 연구가 필요하다.(3,4)
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유압 피스톤 펌프 재료로는 무엇이 사용되고 있는가?
본 연구는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT(quenching & tempering) 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하였다. 피로특성 조사결과는 다음과 같다.
유압 피스톤 펌프와 모터가 유압 시스템에 널리 사용되고 있는 이유는 무엇인가?
유압 피스톤 펌프와 모터는 간단한 구조로서 고압의 유압원을 생성하거나 소형이면서도 높은 토크를 발생하기 때문에 유압시스템에 널리 사용되고 있다. 피스톤과 실린더 사이의 좁은 간극에서의 마모상태는 피스톤 펌프와 모터의 성능 및 수명에 직접적으로 아주 큰 영향을 미친다.
유압 피스톤 펌프와 모터의 성능 및 수명에 직접적으로 아주 큰 영향을 미치는 것은 무엇인가?
유압 피스톤 펌프와 모터는 간단한 구조로서 고압의 유압원을 생성하거나 소형이면서도 높은 토크를 발생하기 때문에 유압시스템에 널리 사용되고 있다. 피스톤과 실린더 사이의 좁은 간극에서의 마모상태는 피스톤 펌프와 모터의 성능 및 수명에 직접적으로 아주 큰 영향을 미친다. 이렇듯 내마모성과 인성 및 강도가 동시에 필요한 재료에서 표면만은 경하게 하고, 내부는 연하면서 인성을 가지게 하는 방법이 표면경화처리이다.
참고문헌 (4)
Kim, H. S., Jung, H. W. and Kim, T. G., 2006, "A Study on Fretting Fatigue Characteristic of Connecting Rod for Automobile," Trans. of the KSME06R604, pp, 29-35.
Kim, N. S., Kim, H. S., Seong, K. Y., Ahn, S. H. and Nam, K. W., 2009, "A Study on Wear Property of Oil Hydraulic Piston Pump Material," J. of the Korean Society for Ocean Engineering, Vol. 23, No. 3, pp. 30-34.
Won, S. J., Lim, B. S., Ha, J. Y. and Nam, K. S., 2003, " A Study on the Fatigue Strength of SACM645 Steel under Various Nitriding Methods and Time," The Korean Society of Automobile Engineers, Vol. 9, No, 1, pp. 216-221.
Hwang, B. W., 2003, "Effects of Surface Hardening and Resudual Stress on the Fatigue Characteristics of Nitrided SACM645 Steel," International Journal of Modern Physics B, Vol. 17, No. 8, PP. 1633-1639.
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