Order 금속 기계재료 - 재료 기호의 구성 - 금속재료 일반 적용사례 - DOOSAN 재질 선정자료

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1 Order 금속 기계재료 - 재료 기호의 구성 - 금속재료 일반 적용사례 - DOOSAN 재질 선정자료
- 일반적인 재료 선정 법 - Configuration Design - 재료의 분류 - 기본적인 개념 - 연습문제

2 재료 기호의 구성 BS BM A D □ 제 4, 5부분 제 3부분 제 2부분 제 1부분

3 machine structure steel
◎ 제 1 부분 재질을 표시하는 기호이며, 표와 같이 영어의 머리 문자나 원소 기호로 표기한다. 기호 재 질 명 비    고 기 호 비     고 Al 알루미늄 aluminum F 철 ferrum AlBr 알루미늄 청동 aluminum bronze MS 연강 mild steel Br  청동 bronze NiCu 니켈 구리 합금 nickel-copper alloy Bs  황동 brass  PB  인 청동 phosphor bronze Cu 구리 또는 구리 합금  copper S 강 steel HBs 고강도 황동  high strength brass SM 기계 구조용강 machine structure steel HMn 고망간 high manganses WM 화이트 메달  white metal

4 ◎ 제 2 부분 규격명 또는 제품명을 표시하는 기호이며, 표와 같이 주로 영어의 머리 문자로 표기 하고,
판(板), 봉(棒) , 선(線)재나 주조품, 단조품 등과 같은 제품의 모양에 따른 종류나 용도를 표시한다. 기 호 제품명 또는 규격명 기호 제  품  명  B 봉(bar) NC 니켈 크롬강(nickel chromium) BC 청동주물 CNM 니켈 크롬 몰리브덴강  (nikel chromium molybdenum) BsC 황동주물 P 판(plate)  C 주조품(casting) FS 일반 구조용관 CD 구상 흑연 주철 PW 피아노선(piano wire) Cr 냉간 압연 강대 S 일반 구조용 압연재 CS 크롬강(chromium) SW 강선(steel wire) DC 다이 캐스팅(die casting) T 관(tube) F 단조품(forging) TB 고탄소 크롬 베어링강 G 고압가스 용기 TC 탄소 공구강 HP 열간 압연 연강판 TKM 기계 구조용 탄소 강관 HR 열간 압연 THG 고압 가스 용기용 이음매없는 강관 HS 열간 압연 강대 W 선(wire) K 공구강 WR 선재(wire rod) KH 고속도 공구강 WS 용접 구조용 압연강 MC 가단 주철품(malleable iron casting)

5 ◎ 제 4, 5 부분 ◎ 제 3 부분 기 호 기호의 의미 보 기 주로 재료의 종류를 표시하는 기호이며,
표와 같이 종별 번호나 재료의 최저 인장 강도 또는 탄소 함유량을 나타내는 숫자로 표시한다. 주로 재료의 종류를 표시하는 기호이며, 표와 같이 종별 번호나 재료의 최저 인장 강도 또는 탄소 함유량을 나타내는 숫자로 표시한다. 구  분 기 호 기호의   의 미 조질도 기호  A  H  1/2H  S 풀림상태(연질) 경질 1/2 경질 표준조질 표면 마무리 기      호  D  B 무광택 마무리(dull finishing) 광택 마무리(bright finishing) 열처리 기호  N  Q  SR  TN 불림 담금질 ,뜨임 시험편 에만 불림 시험편 용접후 열처리 형상기호 P ○ ◎ □ 6  󰊸  I  ㄷ 강판 둥근강 파이프 각재 6각장 8각장 I 형강 채널(channel) 기타 CF K CR R 원심력 주강판 킬드강 제어 압연한 강판 압연한 그대로의 강판 기 호 기호의 의미 보  기 1 1종 SHP 1 2 2종 SHP 2 A A종 SWS 41 A B B종 SWS 41 B 5A 5종A SPS 5A 34 최저인장 강도 또는 항복점 WMC 34 C 탄소함량(0.10~0.15%) SG 26 SM 12 C

6 금속 재료 일반 적용사례 ~자세한 내용은 유인물 참조 하세요~

7 DOOSAN 재료 선정 현황

8 TRACK & FRONT SWING BODY
Name Metal LINK 15B37M SHOW 15B23M GUARD SS400, SWS490A CENTER, SIDE FRAME SS400 BOOM, ARM 기본 프레임 SWS490A SWING BODY Name Metal COUNTER WEIGHT SPCD TANK (OIL, FUEL) SS400 BATT` COVER UNDER COVER BRACKET BONNET SCP1 SUPPORT & BAFFLE TANK COVER MAIN FRAME Ss400 UPPER COVER FASTENER NAME BOLT NUT WASHER PIN SEAT SCREW Metal SM20C SM35C SM45C SM50C SCM435 SCM440 SS400 SS400 SCP1 SCP2 SB41-D PW1 ss400

9 일반적인 재료 선정 법 4. Value analysis : 이 방법은 제품의 성능 또는 신뢰성을 손상 시키지
1. 설계자 또는 재료 과학자들의 경험에 의한 고유방법 따르는 경향 강함. 2. 이미 사용된 실적 있는 설계품의 상태를 세밀히 조사. 이미 완성된 품목을 SCREENING TEST <상당한 신뢰성을 가짐> (단, 사용처는 유사한 환경) 3. conceptual design stage에서부터 재료의 제조 단가를 추정 (computer-based methods의 개발을 많이 하고 있음.) 제조 단가를 구할 수 없을 시 : 설계 과정 중 target cost를 설정 후 이보다 고가의 것은 배제함. 최종적인 선택은 가격과 성능(성질)간의 trade-off로 결정됨. 4. Value analysis : 이 방법은 제품의 성능 또는 신뢰성을 손상 시키지 않으면서 제품을 가장 값싸게 생산 할 수 있는 방법을 찾아내는 조직화된 방법임. 실질적으로 이 방법은 단순히 재료선택이라는 면만을 갖고 있는 것이 아니라 problem solving에도 흔히 사용하는 방법임.

10 5. 재료선택의 중요한 요점은 그 재료로 제작된 부품 또는 제품이 사용 중 어떠한 이유로
파손 되는지를 알아 본 후 이 조건에서 파손되지 않을 재료를 선정 하는 것이다. (아무리 재료의 특성을 잘 알고 또 요구되는 성능과 사용 조건을 잘 안다고 하여도 재료가 감당하여야 할 능력에는 어느 정도의 불 확실성이 항상 존재한다.) ※ 복잡한 설계와 제조 공정상에서 직면하게 되는 위험 요인들 1) program schedule [계획일정] 2) cost [단가] 3) producibility [생산성] 4) performance [성능] 5) maintainability (지속성, 유지성) 6) repairability [정비성] 7) survivability [보존성]

11 재료의 분류 금속 철금속 순철 (c > 0.02) 탄소강 기계재료 합금강 강 (c < 2.11) 비금속
보통주철 비철금속 고급주철 합금주철

12 대표적인 기계재료 선정 요건 ※ 일반적인 기계재료 선정법을 병행함.
선정요건 : 기계적 성질, 물리적 성질, 화학적 성질, 가공성, 균질성, 경제성 각 기계부품에 요구되는 기능을 충분히 분석 (하중의 종류와 크기 등의 부하조건으로부터 강도나 그 밖의 기계적 성질을 검토) 2. 소재를 요구하는 모양과 치수로 가공하는데 필요한 재료의 적합성 검토 (즉, 주조성, 소성가공성, 용접성, 절삭성 등 생산에 필요한 가공성을 검토) 3. 소재의 가격과 구입의 용이성 등 경제성을 조사 ※ 일반적인 기계재료 선정법을 병행함.

13 재료선정에 앞서 이것만은 알아둡시다 1 ◎ 항복비란 어떤 뜻이며, 어떤 경우에 사용하는가?
- 항복비란 [항복점/인장강도]를 말한다. 볼트의 강도 구분은 4.6 이라던가, 10.9등으로 표시되어 있다. 4나 10은 인장강도가 40kg/㎟, 100kg/㎟이고, 이 볼트의 항복점은 40X0.6=24kg/㎟, 100X0.9=90kg/㎟ 임을 나타내고 있다. ◎ 기계를 설계할 때의 항복비에 대한 사고방식 - 설계 시 항복비가 1에 가까운 것이 경제적이고 유리한 것인가? answer : 인장강도까지의 여유가 적으면 현실에선 바람직하지 않다. 재료로서 신장이 우수해도 항복비가 1에 가까우면, 물러서 파괴 가능성이 높음.

14   <파괴 형상> 인장강도 파괴강도 탄성한도 허용응력 사용응력 같은신장 국부신장
0.2%의 영구왜곡이 생기는 점이며 내력이라고도 한다. 탄성에서 소성으로 변하는 한계점이며 항복점으로 간주한다. ※ 연강 이외의 금속에서는 뚜렷하게 항복점이 나타나지 않으므로 위 point의 내력을 항복점으로 보고 있다.

15 재료선정에 앞서 이것만은 알아둡시다 2 ◎ 기계구조재의 성질에서 놓치기 쉬운 두 가지 -인성과 연성의 차이
인성 : 충격적인 하중이 작용했을 때 파괴하지 않고 견디는 충격 값. 연성 : 재료가 외력에 의해 어디까지 변형되는가라는 한계의 능력 신장, 수축, 비틀림, 굽기 등의 값(%)으로 표시함. - 온도에 의한 연성의 변화 강재의 충격테스트를 온도를 낮추면서 반복하면, 어떤 온도를 경계로 하여 갑자기 작은 에너지에도 파단 됨. 이 온도를 전이온도라 하며, 그래서 강재는 전이 온도 보다 높은 온도에서 사용해야 함.

16 재료선정에 앞서 이것만은 알아둡시다 3 강의 기본 4대 열처리 1. 불림(normalizing) 금속조직의 표준화
    금속조직의 표준화 2. 풀림(annealing)     금속에 전성과 연성부여. 3. 담금질(quenching)     금속에 강도와 경도부여. 4. 뜨임(tempering)     담금질한 강에 인성부여.

17 재료선정에 앞서 이것만은 알아둡시다 4 <대표적인 소성 가공법> 가공경화에 의해 강도 증가, 인성 감소
자유전자의 산란으로 전기저항 증가 가공에 의해 원자공공증가로 밀도 감소 <대표적인 소성 가공법>

18 Configuration Design Order 1. assembly 2. Seet-metal 품목 3. 주조 품목
→ 배치, 윤곽, 형태, 구성 관련 주 내용 ? → 설계 시 배치, 윤곽, 형태, 구성 관련기본 개념 인식 Order 1. assembly 2. Seet-metal 품목 3. 주조 품목 4. 기계가공 품목

19 1. Design for assembly examples

20 2. Design for manufacture of Seet-metal Part

21 3. Design for manufacture of cast Part (주조 품목)

22 4. Design for manufacture of Machined Part (기계가공 품목)

23 탄소강과 주철의 선정법 SS재와 S-C재는 어디가 다른가? SS재는 열처리나 침탄이 왜 안되나? 기호 약자 정식명칭 종류
숫자의 뜻 열처리 가격 SS Steel Strength 일반구조용 압연강재 SS330, 400, 490, 540 최저 인장강도 N/ ㎟ 불가 싸다 S-C Carbon 기계구조용 탄소강강재 S10C~S58C 탄소함유량 적합 비싸다 S-C재의 예 S30C : 0.27≤C%≥0.33 SS재는 열처리나 침탄이 왜 안되나? SS재는 SS540의 C0.30 이하를 제외하고, 탄소량이 지정되어 있지 않다. 따라서 SS540을 포함해서, SS재는 열처리나 침탄이 부적합하다. 담금질을 할 수 있는 것은 C0.3% 이상만 가능 이에 적합한 것은 S33C~S58C라는 결론 도출!

24 S-C재의 주용도와 기계적 성질 S10C~S25C의 용도 S30C~S40C의 용도 S45C~S55C의 용도
비교적 강도가 필요 없는 너트, 볼트, 핀, 작은 물체의 축 및 일반 단조품에 사용함. 용접성이 좋다. S30C~S40C의 용도 높은 강도는 필요치 않으나 저탄소강에서 강도가 부족할 경우 S40C를 불림 상태로 사용한다. S45C~S55C의 용도 액셀 샤프트, 키 등 높은 강도가 요구되는 부품에 사용. ~자세한 기계적 성질은 유인물 참조 하세요~

25 S-C재의 질량효과의 영향

26 탄소강에서의 C함유량과 기계적 성질과의 관계
※지름 25mm 시편 기준임.

27 탄소강 열처리 구분 및 조질도 예)SM45C 위 사진은 SM45C의 기본 조직으로 횐색 부분은
페라이트(ferrite)이고 검은색부분은 펄라이트(pearlite)라고 합니다. 열처리전 위 조직은 담금질 조직의 대표적인 것으로 마르텐사이트(martensite)라고 하는 조직 입니다. 침상조직으로 SM45C가 갖을 수 있는 최고경도를 갖습니다. 담금질(835도)

28 탄소강 열처리 구분 및 조질도 예)SM45C 위 조직은 고온뜨임 조직으로 소르바이트(sorbite)
라고 합니다. 다른말로 미세 펄라이트(=파인펄라이트) 라고도 하며 열처리 조직중 강인성이 가장 뛰어 납니다. 담금질후 고온(595도)뜨임 위 조직은 저온뜨임의 조직으로 투루스타이트 (troostite)라고 합니다. 담금질후 저온(375도)뜨임

29 고장력강 이란? 기계구조용 합금강이란? -정의 용접성 때문에 C함량을 줄이고 용접성이
-특징 항장력이 크고 항복점이 다른강에 비해 크다 용접성, 징접성이 좋다. 열간, 냉간가공이 수월하다 내식성이 있다 다량 생산되어 입수하기 쉽다. -정의 용접성 때문에 C함량을 줄이고 용접성이 좋은 상태에서 Cr, Ni, Mo, V, B등을 미량 첨가하여 항장력을 세게 만든 것을 말함. 40, 50, 60, 70, 80, 100Kg/ ㎟로 나뉜다. 기계구조용 합금강이란? 흔히 강인강이라 불린다. -정의 ; 기계구조용 탄소강의 기본 성분에 Ni, Cr, Mo, Mn 및 기타의 합금원소의 1종류 또는 수종류를 소량 첨가하여, 담금질성 및 뜨임 성능을 높여서, 강인성을 향상시킨 재료임. SCr2~5(구) ※(신) SCr415, 420, 430, 435, 440, 445 Cr을 첨가한 강으로서 가격 저렴, 자원의 풍부 -기계적 성질 : 불림 시 탄소강과 그게 다르지 않으나 조질에 의해 강해진다. SCr2~5까지 Cr은 같은 양이지만, C함량에 따라 인장강도 증가, 신장과 인성 감소 -용도 : 비교적 큰 축, 강도를 필요로 하는 볼트, 스터드, 암 SCM1~5(구) ※(신) SCM432, 430, 435, 440, 445 Cr강에 0.15~0.3%의 MO를 첨가하여, 담금질성과 뜨임 메짐성의 완화를 목적 -기계적 성질 : 용접성이 좋음, 고온에서 저 합금강 중 강도최고

30 Practice maintenance 현재 적용 내용 Bolt = M50X60L Metal = S15C ※ 문제점 파악
→ 볼트가 절단됨. → 양쪽의 구조물은 주조품목으로 변경 시 많은 비용이 예상됨. (볼트 크기 변경 불가) → 볼트에 작용하는 외력은 90Kg/ ㎟ 으로 일정한 하중이 가해지고 있음. 볼트의 재질을 변경하여 현재 문제를 풀어 봅시다 90Kg/ ㎟