선박 디젤엔진용 실린더 라이너는 피스톤 링과 지속적인 왕복운동을 통해 마모가 발생한다. 마모는 디젤엔진의 성능을 저하시키고, 사용 수명을 단축시킨다. 본 논문은 선박 디젤엔진용 실린더 라이너의 GT 금속 및 기존 금속에 대하여 마모특성을 평가하였다. 마모시험은 상온, $175^{\circ}C$, $325^{\circ}C$의 온도조건과 10 N, 30 N, 50 N 의 하중조건에서 수행되었으며, 마모량, 비마마율 및 마찰계수를 평가하였다. 또한 각 조건에 대한 마모메커니즘을 분석하기 위해서 SEM 분석을 수행하였다. 두 금속 공히, 상온에서 연삭 및 응착마모가 진행되었고, 고온에서 부식마모가 발견되었다. GT 금속은 기존 금속 대비 모든 온도 범위에서 마모량 및 비마모율이 작고 마모특성이 더 우수하다.
선박 디젤엔진용 실린더 라이너는 피스톤 링과 지속적인 왕복운동을 통해 마모가 발생한다. 마모는 디젤엔진의 성능을 저하시키고, 사용 수명을 단축시킨다. 본 논문은 선박 디젤엔진용 실린더 라이너의 GT 금속 및 기존 금속에 대하여 마모특성을 평가하였다. 마모시험은 상온, $175^{\circ}C$, $325^{\circ}C$의 온도조건과 10 N, 30 N, 50 N 의 하중조건에서 수행되었으며, 마모량, 비마마율 및 마찰계수를 평가하였다. 또한 각 조건에 대한 마모메커니즘을 분석하기 위해서 SEM 분석을 수행하였다. 두 금속 공히, 상온에서 연삭 및 응착마모가 진행되었고, 고온에서 부식마모가 발견되었다. GT 금속은 기존 금속 대비 모든 온도 범위에서 마모량 및 비마모율이 작고 마모특성이 더 우수하다.
In a diesel engine, the wear of the cylinder liner occurs because of the continuous reciprocating motion of the piston ring. This wear reduces the performance of the diesel engine and shortens its service life. This study evaluated the wear characteristics of GT metal and a conventional metal used f...
In a diesel engine, the wear of the cylinder liner occurs because of the continuous reciprocating motion of the piston ring. This wear reduces the performance of the diesel engine and shortens its service life. This study evaluated the wear characteristics of GT metal and a conventional metal used for cylinder liners using a ship's diesel engine. Wear tests were performed at temperatures of $25^{\circ}C$, $175^{\circ}C$, and $325^{\circ}C$, and under loads of 10 N, 30 N, and 50 N. The amount of wear, specific wear rate, and friction coefficient were evaluated for each condition. To analyze the wear mechanism, observations were made on an SEM. In the case of both metals, abrasive and adhesion wear occurred on the wear surfaces at room temperature, and corrosion wear was observed at high temperatures. The amount of wear and the specific wear rate of the GT metal were lower than those of the conventional metal at all temperatures, and hence it can be concluded that the wear characteristics of the GT metal are much better.
In a diesel engine, the wear of the cylinder liner occurs because of the continuous reciprocating motion of the piston ring. This wear reduces the performance of the diesel engine and shortens its service life. This study evaluated the wear characteristics of GT metal and a conventional metal used for cylinder liners using a ship's diesel engine. Wear tests were performed at temperatures of $25^{\circ}C$, $175^{\circ}C$, and $325^{\circ}C$, and under loads of 10 N, 30 N, and 50 N. The amount of wear, specific wear rate, and friction coefficient were evaluated for each condition. To analyze the wear mechanism, observations were made on an SEM. In the case of both metals, abrasive and adhesion wear occurred on the wear surfaces at room temperature, and corrosion wear was observed at high temperatures. The amount of wear and the specific wear rate of the GT metal were lower than those of the conventional metal at all temperatures, and hence it can be concluded that the wear characteristics of the GT metal are much better.
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문제 정의
이 재료는 피스톤 링과 지속적인 왕복동 운동으로 인한 마모발생을 방지하고 수명을 연장하기 위해 새로 개발된 합금이다. 따라서 국내 개발품인 GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너를 무윤활의 스커핑 상태에서 마모 특성을 비교하였다. 작동조건을 고려해서 온도와 하중을 변수로 설정하여 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 실린더 라이너 소재인 GT 금속 및 기존 금속에 대해 마찰특성을 비교분석하였다. 작동환경을 고려한 온도, 하중을 변수로 하여 왕복동 마모시험을 진행하고 마모특성을 평가하였다.
제안 방법
작동조건을 고려해서 온도와 하중을 변수로 설정하여 영향을 분석하였다. GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너에 대한 마모량을 평가하여 마모특성을 분석하였다. 또한, 소재 표면 전단력의 척도인 마찰계수를 비교하여 분석하였다.
환경조건은 디젤엔진의 작동온도이며 상온(25℃)과 가동 중의 온도범위인 175 ℃, 325 ℃ 로 분류하여 온도에 따른 마찰특성의 변화를 관찰하였다. 구동조건은 하중 및 속도에 대한 것이며, 하중 조건에 따른 마모거동을 분석하기 위해 온도와 속도는 고정하여 일정하게 유지하고, 수직하중 (10 N, 30 N, 50 N)을 변수로 실험하였다. 시험시간은 충분한 마모특성을 관측하기 위해 6시간 (21,600 sec)동안 실시하였다.
실제 실린더 라이너와 피스톤 링의 접촉면은 호 형태를 이루지만 본 연구 에서는 두 재료의 마모특성에 대한 비교이기 때문에 평평한 접촉면을 가지도록 하였다. 또한 시편 모서리부는 센드페이퍼(sandpaper)로 연마하여 응력집중을 최소화하여 실험하였다.
GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너에 대한 마모량을 평가하여 마모특성을 분석하였다. 또한, 소재 표면 전단력의 척도인 마찰계수를 비교하여 분석하였다. 마모시험 후 마모된 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 마모메커니즘을 분석하였다.
마모 시험을 종료한 후에 시편의 표면에 발생한 마모흔에 대하여 SEM을 관찰하였다.
마모시험의 전과 후에 실린더 라이너의 정확한 무게 측정을 위해서 시편의 먼지 입자 및 불순물을 초음파 세척한 다음에 분해능 0.0001g 의 전자식 저울을 이용하여 무게를 측정하였다.
소재의 표면에 발생하는 전단력의 척도인 마찰계수를 비교하여 마모특성을 분석할 수 있다. Table 3 은 GT 및 기존 금속에 대한 마찰계수를 안정화 구간에서 얻은 결과를 평균하여 나타낸 것이다.
구동조건은 하중 및 속도에 대한 것이며, 하중 조건에 따른 마모거동을 분석하기 위해 온도와 속도는 고정하여 일정하게 유지하고, 수직하중 (10 N, 30 N, 50 N)을 변수로 실험하였다. 시험시간은 충분한 마모특성을 관측하기 위해 6시간 (21,600 sec)동안 실시하였다. Table 2 는 마모시험 조건을 정리한 것이다.
실린더 라이너의 마모특성을 비교하기 위한 조건은 크게 환경조건과 구동조건으로 나누어 실험하였다. 환경조건은 디젤엔진의 작동온도이며 상온(25℃)과 가동 중의 온도범위인 175 ℃, 325 ℃ 로 분류하여 온도에 따른 마찰특성의 변화를 관찰하였다.
실제 작동 조건을 묘사하기 위하여 고정부인 실린더 라이너는 하부시편으로 사용하였고, 실제로 운동을 하는 피스톤 링은 실제로 운동을 하는 피스톤 링은 상부시편으로 제작하였다. 실제 실린더 라이너와 피스톤 링의 접촉면은 호 형태를 이루지만 본 연구 에서는 두 재료의 마모특성에 대한 비교이기 때문에 평평한 접촉면을 가지도록 하였다. 또한 시편 모서리부는 센드페이퍼(sandpaper)로 연마하여 응력집중을 최소화하여 실험하였다.
1 은 마모시험에서 사용되는 실린더 라이너와 피스톤 링의 시편을 나타낸 것이다. 실제 작동 조건을 묘사하기 위하여 고정부인 실린더 라이너는 하부시편으로 사용하였고, 실제로 운동을 하는 피스톤 링은 실제로 운동을 하는 피스톤 링은 상부시편으로 제작하였다. 실제 실린더 라이너와 피스톤 링의 접촉면은 호 형태를 이루지만 본 연구 에서는 두 재료의 마모특성에 대한 비교이기 때문에 평평한 접촉면을 가지도록 하였다.
따라서 국내 개발품인 GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너를 무윤활의 스커핑 상태에서 마모 특성을 비교하였다. 작동조건을 고려해서 온도와 하중을 변수로 설정하여 영향을 분석하였다. GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너에 대한 마모량을 평가하여 마모특성을 분석하였다.
본 연구에서는 실린더 라이너 소재인 GT 금속 및 기존 금속에 대해 마찰특성을 비교분석하였다. 작동환경을 고려한 온도, 하중을 변수로 하여 왕복동 마모시험을 진행하고 마모특성을 평가하였다. 이러한 결과로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
실린더 라이너의 마모특성을 비교하기 위한 조건은 크게 환경조건과 구동조건으로 나누어 실험하였다. 환경조건은 디젤엔진의 작동온도이며 상온(25℃)과 가동 중의 온도범위인 175 ℃, 325 ℃ 로 분류하여 온도에 따른 마찰특성의 변화를 관찰하였다. 구동조건은 하중 및 속도에 대한 것이며, 하중 조건에 따른 마모거동을 분석하기 위해 온도와 속도는 고정하여 일정하게 유지하고, 수직하중 (10 N, 30 N, 50 N)을 변수로 실험하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 GT 금속은 디젤엔진용 실린더 라이너 재료이다. 이 재료는 피스톤 링과 지속적인 왕복동 운동으로 인한 마모발생을 방지하고 수명을 연장하기 위해 새로 개발된 합금이다.
본 연구에서 사용된 GT 금속은 디젤엔진용 실린더 라이너 재료이다. 이 재료는 피스톤 링과 지속적인 왕복동 운동으로 인한 마모발생을 방지하고 수명을 연장하기 위해 새로 개발된 합금이다. 따라서 국내 개발품인 GT 금속 및 기존 금속의 실린더 라이너를 무윤활의 스커핑 상태에서 마모 특성을 비교하였다.
이론/모형
또한, 소재 표면 전단력의 척도인 마찰계수를 비교하여 분석하였다. 마모시험 후 마모된 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 마모메커니즘을 분석하였다.
성능/효과
(1) GT 금속의 마모량은 그라파이트의 윤활작용과 더 많은 스테다이트의 균일한 분포에 의해 기존 금속보다 더 작다.
(2) GT 및 기존 금속의 비마모율은 온도의 증가에 따라 증가한다. 일정온도에서 작용 하중이 증가할 때, 기존 금속의 비마모율은 증가하고 있으나 GT 금속의 경우에는 거의 일정하거나 약간 증가한다.
(3) 두 재료의 마찰계수는 상온에서 작용하중의 증가에 따라 증가한다. 반면, 175 ℃, 325 ℃에서 마찰계수는 작용하중의 증가에 따라 감소한다.
(4) 두 재료 공히, 상온에서 연삭 및 응착마모가 진행되고, 고온에서는 부식마모도 함께 진행된다. 상온에서 GT 금속의 연삭 및 응착마모가 기존 금속보다 적게 발생하며 고온에서 산화의 정도가 더작기 때문에 GT 금속의 마모특성이 더 우수하다.
두 시편의 마모량은 온도가 증가할수록 증가하고, 마모 표면은 거칠어 진 것을 확인 할 수 있다. 상온일 때, Fig.
(10) 따라서 325 ℃에서는 GT 금속에 비해 기존 금속에서 산화가 많이 진행되어 마모량이 증가하였다. 또한 앞장에서 논의한 것과 같이, 기존금속의 마찰계수 감소율이 GT 금속보다 크게 나타났다. 이는 기존금속이 상대적으로 많은 부식마모가 진행되어 산화막의 윤활작용으로 인해 감소한 것으로 판단된다.
전체적으로 온도가 증가함에 따라 비마모율은 증가하고 있다. 이를 통해 GT 및 기존 금속은 온도의 증가에 따라 마모특성이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실린더 라이너 소재인 GT 금속 및 기존 금속에 대해 마찰특성을 비교분석한 결과는?
(1) GT 금속의 마모량은 그라파이트의 윤활작용과 더 많은 스테다이트의 균일한 분포에 의해 기존 금속보다 더 작다.
(2) GT 및 기존 금속의 비마모율은 온도의 증가에 따라 증가한다. 일정온도에서 작용 하중이 증가할 때, 기존 금속의 비마모율은 증가하고 있으나 GT 금속의 경우에는 거의 일정하거나 약간 증가한다.
(3) 두 재료의 마찰계수는 상온에서 작용하중의 증가에 따라 증가한다. 반면, 175 ℃, 325 ℃에서 마찰계수는 작용하중의 증가에 따라 감소한다.
(4) 두 재료 공히, 상온에서 연삭 및 응착마모가 진행되고, 고온에서는 부식마모도 함께 진행된다. 상온에서 GT 금속의 연삭 및 응착마모가 기존 금속보다 적게 발생하며 고온에서 산화의 정도가 더작기 때문에 GT 금속의 마모특성이 더 우수하다.
마모의 주된 원인은 무엇인가?
마찰 부위에 형성되는 마모로 인해 윤활유 속에는 다량의 마모 입자들이 존재하게 됨으로써 마모를 가속시키는 요인으로 작용하여 손상의 원인이 되기도 한다.(1,2) 마모의 주된 원인은 스커핑(scuffing) 현상이며, 구동부의 실린더 라이너와 피스톤 링 부분에 많이 발생한다. 스커핑 현상은 엔진 내부의 윤활류 공급이 원활하지 않을 경우 피스톤 링과 실린더 라이너에 무 윤활 마모가 발생하는 것으로 엔진고장에 치명적인 요인 중 하나이다.
스커핑 현상은 무엇인가?
(1,2) 마모의 주된 원인은 스커핑(scuffing) 현상이며, 구동부의 실린더 라이너와 피스톤 링 부분에 많이 발생한다. 스커핑 현상은 엔진 내부의 윤활류 공급이 원활하지 않을 경우 피스톤 링과 실린더 라이너에 무 윤활 마모가 발생하는 것으로 엔진고장에 치명적인 요인 중 하나이다. 이처럼 마모는 엔진효율이 저하되고, 배기가스가 많이 배출되는 등 환경에 직접적인 영향을 미치고 있다.
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