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강재표면의 초강가공현상과 트라이볼로지

전문가 제언: ○ 금속재료의 결정립 미세화 방법에 이용되는 ARB법, ECAP법, HPT법, MM법 등의 초강가공법에서는 재료의 모든 부분에서 동일한 크기의 변형을 받으므로 이상적인 가공변형에서는 재료 전체에 걸쳐 미세한 결정립조직이 균일하게 생성된다.

○ 이에 대하여 숏 피닝, 드릴가공, 절삭가공, 연삭가공 등에서는 표면에서만 강가공을 받게 되므로 표층부에서 가공경화나 결정립의 미세화가 일어나 내부와는 조직과 특성이 달라진다. 이와 같은 재료표면의 강가공은 부품의 기계가공에서 불가피하게 일어나는 현상으로 최근 이를 새로운 재료특성의 창출에 접목시키려는 연구가 활발히 전개되고 있다.

○ 일례로 공석강을 장시간 숏 피닝하면 탄화물의 분해와 페라이트의 미세화가 일어나 표면에서 5㎛ 깊이까지 입경 20nm의 등축나노결정립이 생성되어 피로강도가 증가한다. 드릴가공에서도 이와 유사한 현상이 나타나 드릴의 회전속도가 빠를수록 재료의 경도가 증가하고 나노결정 결정 층의 두께가 증가하는 것으로 보고되고 있다.

○ 모재의 내부와는 성질이 다른 표면층을 가공변질 층이라 부르며 그 구조와 조직특성은 마찰과 마모에 관한 트라이볼로지 분야에서 오래전부터 연구되어 왔다. 본 보고에서도 펄라이트강의 가공변질 층에서 일어나는 층상결정의 미세화 현상을 관찰하고 나노인덴테이션에 의한 마모 특성과 마모기구를 상세히 해설하고 있다. 또 실 환경 마모시험으로부터 크랭크축에 대한 실용 면에서의 마모 특성에 대하여 소개하고 있다.

○ 금속재료의 나노결정립 조직의 형성을 위한 ARB법, ECAP법, HPT법 등의 초강가공법은 양산문제를 해결할 수 있는 설비기술의 개발이 필요하므로 가까운 장래에 실용화되기는 어려울 것이다. 그러나 재료표면의 강가공은 생산현장에서 제품의 표면강화나 기계가공을 통하여 통상적으로 이루어지고 있으므로 가공변질 층의 초미세 결정립조직을 활용하는 새로운 재료특성의 개발이 기대된다.

저자: Futoshi Katsuki
자료유형: 학술정보