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베어링강의 내부피로파괴에 관한 연구동향

전문가 제언: ○ 자동차나 산업기계 등에 사용되는 롤러베어링이나 볼베어링과 같은 구름베어링용 소재로는 C : 0.95~1.10, Cr : 1.30~1.60의 조성을 갖는 고탄소 크롬강이 가장 많이 사용된다. 일반적으로 베어링강에서는 전동피로수명(rolling contact fatigue life)이 가장 중요한 성질의 하나로 요구되며 이외에 내마모성, 내고온피로, 표면경도 등이 우수해야 한다.

○ 베어링강의 전동 피로수명에 악영향을 주는 가장 중요한 인자는 제강시의 탈산과정에서 생성되어 강중에 잔류하는 Al2O3, SiO2와 같은 비금속개재물이다. 따라서 JP1989-306542, JP1992-126839 등의 특허에서는 강중의 산소량을 낮게 하고 개재물의 형상과 크기를 무해한 형태로 제어하는 방법이 제안되고 있다.

○ 베어링의 사용 환경이 고부하와 고온화로 가혹해짐에 따라 베어링과 전동체의 접촉에서 발생하는 전단응력에 의하여 표층부에 백색의 변질조직층이 형성되고 전동회수의 증가에 따라 변질층의 성장에 의한 피로박리가 일어난다. 따라서 접촉응력이 높은 경우에는 비금속개재물의 제어뿐만 아니라 미세조직의 변화를 억제할 수 있는 대책이 필요하다.

○ 베어링강에서는 내마모성을 위하여 침탄이나 질화를 이용하기도 한다. 예를 들어 1%Cr, 0.15%C의 SCr강에 １%의 C를 침탄시키면 표면은 베어링강으로 되고 내부는 표면보다 연질화 되어 완충체의 역할을 하므로 수명이 연장된다. 또 베어링의 장수명화에는 NH3가스에 의한 질화처리 후에 재가열하여 유냉(oil quenching)하는 방법이 이용된다.

○ 베어링의 피로파괴와 장수명화에 대해서는 국내외를 막론하고 많이 연구되고 있다. 장수명화를 위해서는 응력집중의 완화에 기여하는 경질조직의 제어와 탄화물의 미세화를 위한 열처리방법이 중요하다. 피로수명과 내마모성의 희생이 없이 냉간가공성과 피삭성을 개선시키는 것도 베어링의 제조에서 중요한 과제이다. 또 베어링의 접촉면 압의 증가나 고온조건 등 사용 환경에 따른 베어링의 수명예측 기술의 개발도 실용적으로 매우 중요하다.

저자: Kazuhko Hiraoka
자료유형: 학술정보