엔진의 출력증대와 이에 따른 변속기의 크기 증가 등으로 인한 회전체의 관성증가로 변속기의 변속성능은 악조건이 되고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 내마모성이 높은 마찰소재의 개발이 요구된다. 디젤차량 수동변속기용 싱크로나이저 링에 요구되는 마찰특성에 적합한 소재를 개발하고, 이에 대한 접합 특성을 평가하였다. 즉, 철합금 모재와 동합금계 마찰재를 접합하는 공정을 개발하고, 접합층에 대하여 BSE분석, EDX분석을 수행하여 접합특성을 평가하였으며, 해당 시험편에 대하여 전단강도를 평가하였다.
엔진의 출력증대와 이에 따른 변속기의 크기 증가 등으로 인한 회전체의 관성증가로 변속기의 변속성능은 악조건이 되고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 내마모성이 높은 마찰소재의 개발이 요구된다. 디젤차량 수동변속기용 싱크로나이저 링에 요구되는 마찰특성에 적합한 소재를 개발하고, 이에 대한 접합 특성을 평가하였다. 즉, 철합금 모재와 동합금계 마찰재를 접합하는 공정을 개발하고, 접합층에 대하여 BSE분석, EDX분석을 수행하여 접합특성을 평가하였으며, 해당 시험편에 대하여 전단강도를 평가하였다.
The speed change performance of transmissions has become a serious issue because of the increase in the inertia moment that has accompanied increases in engine output and transmission size. Therefore, it is necessary to develop better wear resistant friction materials. In this study, an appropriate ...
The speed change performance of transmissions has become a serious issue because of the increase in the inertia moment that has accompanied increases in engine output and transmission size. Therefore, it is necessary to develop better wear resistant friction materials. In this study, an appropriate sintered friction component for the synchronizer ring of a diesel manual transmission was developed, and its bonding characteristics were analyzed. That is, a process for bonding an Fe-based base material and Cu-based sintered friction material was developed. BSE and EDX analyses of this bonding layer were conducted, along with a shear strength test, to determine the bonding characteristics.
The speed change performance of transmissions has become a serious issue because of the increase in the inertia moment that has accompanied increases in engine output and transmission size. Therefore, it is necessary to develop better wear resistant friction materials. In this study, an appropriate sintered friction component for the synchronizer ring of a diesel manual transmission was developed, and its bonding characteristics were analyzed. That is, a process for bonding an Fe-based base material and Cu-based sintered friction material was developed. BSE and EDX analyses of this bonding layer were conducted, along with a shear strength test, to determine the bonding characteristics.
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문제 정의
본 논문에서는, 디젤차량 수동변속기용 싱크로 나이저링에 요구되는 마찰특성에 적합한 소재를 개발하고, 이에 대한 마찰특성을 평가하였다.
자동차 트랜스미션의 싱크로나이저링용 동합금계 소결마찰재료의 접합특성과 마찰특성을 평가 하였다. 철합금 모재의 표면에 동합금계 마찰재를 소결접합시킴으로서 마찰 토크가 향상되고 내마모성이 개선된 소결마찰재 접합부품개발에 대한 연구이다. 소결마찰부품의 접합공정, 비파괴검사를 수행한 결론은 다음과 같다.
제안 방법
%, Sn 3~7wt.%의 싱크로나이저 링 동합금계 마찰재를 개발하였다.
철합금 모재(SCM415)에 동(Cu)계마찰재를 접합 하기 위한 소결 및 접합온도는 900℃ 정도이다. Sn의 양은, Fig. 2의 Cu-Sn의 상태도에서 접합온도 900℃를 고려하여 7wt% 첨가하였다.(7)
본 논문에서는 접합특성을 평가하기 위하여, 초음파 탐상에 의하여 접합률 40%, 60%, 80%로 확인된 시편을 만들어 전단강도를 평가하였다.
접합시간은 모재와 소결재의 두께를 고려하여 참고문헌(7)에과 같이, 연속로에서 50분간 열처리 하여 접합한다. 이때, 열처리 온도인 920℃보다 높은 950℃~1035℃ 범위에서 연속로 접합조건의 설정을 위하여 기지금속의 액상출현량에 따른 시험을 실시하였다.(7)
자동차 트랜스미션의 싱크로나이저링용 동합금계 소결마찰재료의 접합특성과 마찰특성을 평가 하였다. 철합금 모재의 표면에 동합금계 마찰재를 소결접합시킴으로서 마찰 토크가 향상되고 내마모성이 개선된 소결마찰재 접합부품개발에 대한 연구이다.
접합부위를 분석하여 접합조건에 대한 평가를 실시하였고, 모재와 소결마찰재의 접합층 평가 방법은 다음과 같다.
접합층 부근을 BSE(Back- Scattering image)로 관찰하였다. 바인더 재료를 추가하지 않았기 때문에 접합층 부근에서 새로운 성분은 발견되지 않았다.
접합특성을 정량적으로 표현하기 위한 방법으로서, 소결마찰재와 모재 사이의 접합면에 대한 전단강도 평가를 실시하였다. Fig.
접합률은 모재(steel)에 대한 초음파 반사 신호와 비교하여, 접합된 시편의 반사 정도에 따라 결정된다. 즉, 순수 steel재의 초음파 반사신호를 기준으로 하여, 시편의 신호에서 steel재의 신호를 검출하고, 기준량과 비교하여 접합률을 정하였다.
즉, 철합금 모재와 동합금계 소결마찰재를 접합하는 공정을 개발하고, 접합층에 대하여 BSE분석, EDX분석을 수행하여 접합특성을 평가하였다.
대상 데이터
모재가 철합금계이므로, 마찰재는 소착을 방지 하고 마찰특성을 향상시키기 위하여 동합금(Cu, Fe, Sn)을 기지로 사용하였다. 동합금기지(Cu, Fe, Sn) 마찰재 분말은 마찰조정재(friction modifier)로서 고경도 세라믹성분(SiO2, Al203)이 포함되며, 마찰안정제(friction stabilizer) 역할을 하는 고체윤 활재(Graphite, Mos2) 성분이 혼합된 복합재료이다.
6은 전단강도 시험법과 시편 개략도이다. 시편은 SCM415를 직경 10mm, 길이 25㎜로 기계가공하여 제작하였고, 소결마찰재는 직경 10mm, 길이 7㎜로 제작하였다. 반복적인 실험에도 시험지그(jig)sms 변형이 없어야하기 때문에 공구강을 열처리하여 Fig.
싱크로나이저 링용 소결마찰재의 분말은 마찰 계수, 마모량, 접합특성을 고려하여 Table 1과 같이 혼합분말을 선정하였다.(7~9)
참고문헌(7)로부터 선진제품인 독일 회르비거사 싱크로나이저링의 전단강도인 1N/㎟을 기준으로 평가하였다. (7)
(3) 싱크로나이저링의 접합부를 BSE, EDX 방법으로 관찰한 결과 접합층에 기공(porosity)이 관찰되지 않아 접합이 치밀하게 이루어졌으며, 동합금계 마찰재의 주요성분인 Cu, Fe가 고르게 분포되어 있음을 확인하였다.
(4) 전단강도는 접합률 40%, 60%, 80%에 대하여 각각 2N/㎟, 6N/㎟, 13N/㎟으로서, 우수한 접합강도를 확보하였다.
4의 접합부에 대하여 EDX(Energy Disper sive X-Ray)분석을 수행하였다. EDX 분석결과 접합재의 주요성분은 Cu, Fe C로 나타났으며, 모재와의 경계면에서는 모재의 주성분인 Cu, Zn이 관찰되었다. 모재와 접합재의 접합부에 새로운 성분이 분포하지 않았다.
바인더 재료를 추가하지 않았기 때문에 접합층 부근에서 새로운 성분은 발견되지 않았다. 모재와 접합재 사이 층의 주요 구성 물질은 Cu로 나타났으며, 접합 후에 접합층에 porosity가 관찰되지 않아 치밀한 접합을 이루고 있는 것으로 관찰되었다.
7과 같이 철합금 모재부가 전단면에 포함되지 않은 것을 확인하였다. 시험결과 Fig. 8과 같이 접합률 40%, 60%, 80%에 대하여 전단강도는 각각 2N/㎟, 6N/㎟, 13N/㎟으로 측정되었다. 접합률 40%의 경우에도, 전단강도가 2N/㎟로 우수한 접합성능을 확인하였다.
8과 같이 접합률 40%, 60%, 80%에 대하여 전단강도는 각각 2N/㎟, 6N/㎟, 13N/㎟으로 측정되었다. 접합률 40%의 경우에도, 전단강도가 2N/㎟로 우수한 접합성능을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소결공법은 어느 분야에 적용되고 있는가?
이를 해결하기 위하여 소결공법이 연구되고 있다. 특히, 소결공법은 복잡한 형상 부품의 정형성형, 내마모성이 우수하며, 자동차 파워트레인 분야에 다양하게 적용되고 있다. (1~3)
동합금기지(Cu, Fe, Sn) 마찰재 분말의 특징은 무엇인가?
동합금기지(Cu, Fe, Sn) 마찰재 분말은 마찰조정재(friction modifier)로서 고경도 세라믹성분(SiO2, Al203)이 포함되며, 마찰안정제(friction stabilizer) 역할을 하는 고체윤 활재(Graphite, Mos2) 성분이 혼합된 복합재료이다. 열에 대한 안정성이 우수하여 고온에서 급격한 마찰계수의 감소가 없으며, 급격한 마모가 발생되는 페이딩 현상이 없어서 변속성능의 향상과 내구성이 향상되는 효과를 가진다.
동합금기지(Cu, Fe, Sn) 마찰재 분말이란 무엇인가?
모재가 철합금계이므로, 마찰재는 소착을 방지 하고 마찰특성을 향상시키기 위하여 동합금(Cu, Fe, Sn)을 기지로 사용하였다. 동합금기지(Cu, Fe, Sn) 마찰재 분말은 마찰조정재(friction modifier)로서 고경도 세라믹성분(SiO2, Al203)이 포함되며, 마찰안정제(friction stabilizer) 역할을 하는 고체윤 활재(Graphite, Mos2) 성분이 혼합된 복합재료이다. 열에 대한 안정성이 우수하여 고온에서 급격한 마찰계수의 감소가 없으며, 급격한 마모가 발생되는 페이딩 현상이 없어서 변속성능의 향상과 내구성이 향상되는 효과를 가진다.
참고문헌 (9)
Kim, K., Kim, K., and Park. H., "Development of PM Gears Produced by Selective Surface Densification," KSAE2011 Anual Conference, pp.2359-2366.
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Ilia, E., O'Neill, M., Tutton, K., Lanni, G., Letourneau, S. and Haehnel, M., 2005, "Benchmarking Industry: Powder Forging Makes a Better Connecting Rod," SAE Technical Paper 2005-01-0713.
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Choi,. B. H., Lee, J. H. and Song, K. T., 1996, "Influence of Graphite Content and Shape on the Cu-Based Sintered Friction Materials," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 20, No. 1, pp. 44-52.
Lee, J. H., Choi, B. H. and Kim, J., 1997. "A Study on the Development of Cu-Based Sintered Friction Materials," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 21, No. 1, pp. 83-92.
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