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문제 정의
- 본 논문은 왕복동 마멸 시험을 통해 컨트롤 밸브용 SCM415강 모재와 침탄처리 소재의 마멸 특성을 비교하였다. 시험조건은 실제 작동환경을 고려하여 상온과 고온 환경에서 마멸 특성에 대하여 비교하고, 하중에 따라 변화하는 마멸 특성에 대하여 고찰하였다.
제안 방법
- SCM415강에 대한 마멸 특성은 10 N, 30 N, 50N, 70 N의 시험하중과 상온 및 90℃의 시험온도 조건에 따라 분석하였다. Table 4는 상온 및 90℃ 온도 조건에서 모재 및 침탄 처리된 SCM강의 마멸량을 나타낸 것이다.
- 03 m/s와 1800초(30분)간 시험을 진행하였다. 또한, 무윤활로 시험을 진행하여 컨트롤 밸브 가동조건보다 가혹한 조건에서 마멸특성을 분석하였다.
- 마멸 표면은 마멸 시험 후 시편의 표면에 발생한 마멸흔을 분석하기 위하여 SEM(scanning electron microscope) 촬영을 통해 관찰하였다. 마멸의 주 마모 메커니즘은 응착 마멸과 연삭 마멸로 나타나고 있다.
- 마멸량(wear loss)은 다양한 조건에서 시험을 수행한 후 시험 전 후 시편의 질량을 0.0001 g의 정밀도를 가지는 전자식 저울로 측정하였다. 비마멸률은 측정된 마멸량으로부터 산출하였다.
- 본 연구에서는 컨트롤 밸브에 사용하는 SCM415강의 모재와 침탄 소재를 다양한 조건에서 실험하고, SEM분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 마멸시험기에서는 로드셀을 통하여 마찰력을 측정한다. 시편에 가해준 수직하중을 측정된 마찰력으로 나누어 마찰계수를 구하였다. 상온에서 모재의 마찰계수는 약 1400초 이후 안정화되고, 90℃에서 모재의 마찰계수는 900초 이후 안정화된다.
- 본 논문은 왕복동 마멸 시험을 통해 컨트롤 밸브용 SCM415강 모재와 침탄처리 소재의 마멸 특성을 비교하였다. 시험조건은 실제 작동환경을 고려하여 상온과 고온 환경에서 마멸 특성에 대하여 비교하고, 하중에 따라 변화하는 마멸 특성에 대하여 고찰하였다.
- 시험온도의 경우 실제 유압브레이커의 컨트롤밸브 가동 시에 최대온도인 90℃와 상온을 시험조건으로 선정하였다. 최대온도와 상온에서 다양한 하중에서의 마멸특성을 분석하기 위하여 하중조건을 4가지 하중(10 N, 30 N, 50 N, 70 N)으로 시험속도 0.03 m/s와 1800초(30분)간 시험을 진행하였다. 또한, 무윤활로 시험을 진행하여 컨트롤 밸브 가동조건보다 가혹한 조건에서 마멸특성을 분석하였다.
- 하중과 온도의 교호작용에 대한 분산분석은 시험에서 입력변수로 작용하는 인자인 하중, 온도, 침탄여부와 출력변수인 반응치의 마멸량에 대하여 영향 인자를 도출하기 위해 사용되었다. 본 연구에서는 유의 수준 0.
대상 데이터
- 본 논문에서 사용되는 재료는 컨트롤 밸브로 사용되는 SCM415강이다. Table 1은 SCM415강의 화학조성을 나타낸 것이다.
- 마멸 시험기는 디지털 제어 방식으로 속도, 거리 및 시간을 제어할 수 있다. 시험재료는 컨트롤 밸브용 SCM415강의 모재와 침탄소재를 이용하였다.
데이터처리
- 하중과 온도의 교호작용에 대한 분산분석은 시험에서 입력변수로 작용하는 인자인 하중, 온도, 침탄여부와 출력변수인 반응치의 마멸량에 대하여 영향 인자를 도출하기 위해 사용되었다. 본 연구에서는 유의 수준 0.05에 대하여 분산분석을 수행하였다.
성능/효과
- (1) 모재의 경우 하중이 10 N에서 70 N으로 증가할수록 상온과 90℃에서 마멸량이 증가지만, 90℃의 경우 마찰면에 생성된 마멸분이 산화되어 산화막의 윤활 역할에 의해 상온보다 마멸량이 감소한다.
- (2) 침탄소재의 경우 하중이 증가할수록 마멸량이 증가한다. 하지만 모재처럼 마멸분이 많이 생성되지 않아 산화막으로 인한 마멸량의 감소보다 온도 상승으로 인한 경도의 감소로 90℃에서 마멸량이 증가한다.
- (3) 비마멸률이 가장 큰 하중은 30 N이고, 상온에서 모재의 비마모율은 가장 크고, 침탄처리 소재에서는 90℃이다.
- (4) SCM415강의 마멸 매커니즘은 연삭마멸과 응착마멸로 발생되며, 주로 발생되는 매커니즘은 응착마멸이다.
- (5) SEM분석을 통하여 모재의 경우 많은 마멸입자들이 Third body abrasion 작용에 의해 스크레치가 관찰되고, 침탄소재의 경우 마멸량이 작아 이러한 현상은 관찰되지 않는다.
- (6) 마멸량에 대한 하중과 온도의 교호작용은 유효하지 않다.
- 38이다. 따라서 모재의 마찰계수는 상온 및 고온에서 차이를 보이며, 침탄 소재의 마찰계수는 상온 및 고온에서 차이가 거의 없고 90℃에서 약간 높았다.
- 이는 하중이 증가할수록 마멸되는 양의 차이가 감소하여 나타나는 현상이다. 이를 통하여 마멸 정도가 가장 심하게 나타나는 하중은 30 N, 모재의 경우 상온, 침탄소재의 경우에는 90℃ 임을 확인할 수 있다.
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