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철강 재료의 특성과 사용법(Characteristics and Applications of Steels)

전문가 제언: □ 슬라이딩 부재에 사용하는 철강재료에 C와 결합하기 쉬운 합금원소를 첨가하면 경질의 탄화물을 형성하여 내마모성과 내열성이 증가하나 기지에 C량이 감소하게 되어 담금질 경화능이 감소하므로 주의해야 한다. 이를 막기 위해서는 담금질 온도를 가능한 한도까지 높여서 탄화물이 기지에서 재용해하도록 열처리 공정을 설계해야 한다.

□ 슬라이딩 부재에 발생하는 마모는 윤활된 표면에서 미끄럼 마찰에 의한 마모, 진동 접촉 상태에서의 마모, 움직이는 고체 분말에 의한 마모(erosion)등의 형태로 발생한다.

○ 발생기구 측면에서 마모현상을 보면 tribochemical마모, 응착마모(adhesive wear), 연삭마모(abrasive wear), 침식마모(erosion), 표면 피로마모(surface fatigue wear) 등으로 분류된다.

○ Tribochemical마모는 마모대상물과 계면내의 액체 사이에서 발생하고 있는 화학반응의 결과로 생성되는 반응이며, 응착마모는 기계적으로 결합된 표면간의 상대운동에 의해 표면균열 등으로 나타나며 부스러기(wear debris)를 만들어 낸다.

○ 연삭마모는 딱딱한 부스러기에 의해 재료의 표면이 절단 또는 가우징(gauging)되면서 마모가 발생하게 된다. 침식마모는 고체 표면과 유체와의 기계적 작용에 의해 고체 표면으로부터 재료가 떨어져 나가는 부식현상이다.

○ 표면피로마모는 베어링과 같은 기계부품의 표면 부위에서 계속적인 접촉에 따른 마모(pitting wear, spalling, impact wear, brinelling 등)에 의해 표면으로부터 재료가 떨어져 나가는 현상이다.

□ 슬라이딩 부재는 고온 환경에서 사용되므로 재료를 평가하는 과정에서 고온경도, 고온마모, 고온피로 시험 등을 실시하여 최적의 재료를 선정하는 것이 필요하다.

○ 고온 마모는 고온상태에서 시험을 할 수 있도록 가열장치가 부착된 변속마모 시험기를 이용하며 여기서 얻어지는 비마모량은 단위 접촉압력, 단위면적, 단위마찰 거리 당 마모량으로서 마모재료의 상대재료에 대한 마모 특성을 나타내는 비례정수이다.

○ 고온에서 슬라이딩 부재의 피로 거동을 분석하는 고온 피로시험은 재료의 열적 거동을 평가하는 방식(total strain controlled 방식, push-pull type의 삼각파형)으로 실시한다.

□ 슬라이딩 부재에 사용하는 철강재료 중 고속도강의 담금질 온도는 강의 용융점(약 1,350℃) 바로 아래이므로 급속가열이 필요하다. 고온에서 적정 가열시간(5~12초)보다 오래 유지하면 결정립이 조대화되고 탈탄이 촉진될 수 있다. 따라서 뜨임 처리는 잔류 오스테나이트의 완전한 제거를 위해 최소 2차례 실시하고 SKH 2와 같이 Co의 함유량이 많은 경우에는 담금질 경도가 낮으므로 550℃근방에서 뜨임 처리하고 급속하게 2차 경화하는 것이 필요하다.

저자: Youichi MURAKAMI ; Takashi HONDA
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