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회전접촉피로에 의한 백색형 조직변화의 강가공적인 현상적인 고찰

전문가 제언: ○ 금속재료에 절삭, 연마, 마찰 등과 같은 기계가공을 실시하면 재료의 표층에는 강도, 경도, 조직, 잔류응력 등이 모재와는 다른 가공변질층이 형성된다. 이는 반도체나 세라믹스 등 재료의 종류에 관계없이 기계가공을 받은 거의 모든 재료에서 나타난다.

○ 철강 재료의 경우에는 다른 재료에서 나타나는 가공변질층에 더하여 백층(White Etching Layer)이라고 부르는 특이한 표층이 나타나는 경우가 있다. 백층이라고 부르는 것은 나이탈 등으로 부식시키는 경우 기지조직보다 부식이 되지 않아 현미경 관찰에서 백색으로 보이기 때문이다. 이러한 백층은 반복적인 접촉응력 사이클이 가해지는 베어링이나 철도레일 등에서 잘 나타난다.

○ 백층은 가공을 수반하지 않는 열적 요인만으로도 생성되는 경우가 있다. 즉 강재의 표면이 AC1점 이상으로 급속히 가열된 영역에서 오스테나이트 변태가 일어난 후 급랭되면 마르텐사이트로 변태된 부분이 부식 시에 백층으로 나타난다. 다만 가공에 의한 영향이 큰 경우에는 재결정이나 동적변태가 일어나기 때문에 등축의 나노결정이 생성되어 마르텐사이트보다도 높은 경도를 나타내기도 한다.

○ 본고에서 언급하고 있는 백색형 조직이란 바로 위에 언급한 백층을 지칭하는 것으로서 거시적 형태는 WA형, BF형, WEA형으로 각각 다르게 나타나지만 모두 소성스트레인의 축적에 의한 것으로서 강가공에서 나타나는 결정립미세화 현상과 동질적인 것으로 볼 수 있다. 한편 BF형의 생성기구에는 비금속개재물이, WEA형에는 강 중 수소가 밀접하게 관여하고 있다.

○ 베어링강에 대한 회전피로시험에서 비금속개재물이나 수소에 의한 초기균열의 발생과 이로 인한 조기박리 현상이 나타나고 있다. 이는 실용적인 측면에서 볼때, 베어링의 장수명화를 위해서는 제강정련공정에서 비금속개재물의 저감화와 탈수소를 통한 용강의 청정화가 매우 중요함을 시사하는 것이다.

저자: Kazuhiko Hiraoka
자료유형: 학술정보