제4장 표면, 트라이볼로지, 치수특성, 검사 및 품질인증 I

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1 제4장 표면, 트라이볼로지, 치수특성, 검사 및 품질인증 I
Topic: 표면구조와 마찰 Q1: 가공면은 부품/제품에 어떤 영향을 주는가? Q2: 실용적인 마찰모델에는 어떤 것이 있는가? Q3: 표면특성을 개선하는 방법에는 어떤 것이 있나?

2 Topic: 표면거동 모재는 제품의 전반적인 기계적 성질을 결정 구조, 표면거칠기(표면정도, surface finish)
마찰 및 마멸특성 > 후속가공, 다른 부품과의 접촉 윤활제의 효율 후속공정(도장, 피복, 용접, 접합), 제품의 내부식성 결함 >> 균열 >> 강도 및 피로파괴에 영향 열/전기전도도

3 Topic: 표면의 구조 주조, 기계가공, 소성가공 >> 가공면 형성 >> 표면특성
모재를 덮고 있는 가공층은 소성변형과 경화가 모재보다 큼 급속담금질을 한 경우 가공경화층 위에 비정질 구조인 Beilby 층이 생기기도 함 불활성분위기가 아니면 산화물층이 생김 가스나 수분이 흡착된 층이 있고 최외측에 불순물로 덮임 불순물 흡착가스 산화층 베일비(비정질층) 가공경화층 금속모재

4 Topic: 표면거칠기 ≡ 표면정도 표면거칠기의 적용/영향 산술 평균 (중심선 평균) 거칠기 RMS 거칠기
기준선 (상하면적이 같도록 설정) 산술 평균 (중심선 평균) 거칠기 RMS 거칠기 표면거칠기의 적용/영향 짝을 이루는 면 사이의 정밀도 마찰, 마모, 윤활상태 피로, 노치민감도 전기/열 저항 내부식성, 외양 생산비용

5 Topic: 마찰과 마멸 응착마찰이론 Coulomb 마찰 모형 전단마찰인자 모형 >> 금속이 소성가공 받을 때
(압력이 높을 때) 겉보기 접촉면 vs 실제접촉면(Ar) 접합부의 전단강도(표면특성) Coulomb 마찰 모형 돌출부의 항복응력(재료상수) 전단마찰인자 모형 m = 1 이면, 고착상태(sticking) 연한 재료의 전단항복응력

6 문제: 마찰계수를 정량적으로 측정할 수 있을까? 링 압축시험에서 윤활은 어떤 영향을 미칠까?
윤활이 잘된 경우 윤활이 나쁜 경우

7 마찰의 측정 링압축시험 bulk material의 경우 이론적 해석을 통해 구한 곡선을 이용 압축
외경:내경:높이 = 6:3:2 이론적 해석을 통해 구한 곡선을 이용

8 Topic: 마모 (Wear) 공구의 마멸 >> 가공품의 치수/품질
부품의 마멸 >> 기능저하 (* 마멸부품-brake pad) 길들이기 >> 일종의 연마과정

9 응착마멸 모델 Archard Wear Law: V; 마멸면적, L; 이동거리 W; 수직하중의 크기 p; 연한재료의 압입경도
소성영역 (국부용접) 경한재질 연한재질 금속이행 (마멸파편) FIGURE (a)돌출부의 접촉 (b)돌출부의 응착, (c)마멸입자의 형성 무윤활 k 윤활 연강 대 연강 10-2~10-3 52100강 대 52100강 10-7~10-10 60-40 황동 대 경화된 공구강 10-3 알루미늄 청동 대 경화강 10-8 경화된 공구강 대 경화된 공구강 10-4 경화강 대 경화강 10-9 PTFE 대 공구강 10-5 텅스텐 카바이드 대 연강 10-6 Archard Wear Law: V; 마멸면적, L; 이동거리 W; 수직하중의 크기 p; 연한재료의 압입경도 TABLE 4.2 공기 중에서 마멸계수 k의 대략적인 크기

10 연삭 및 기타 마멸 FIGURE 4.11 미끄럼운동에 의한 연삭마멸의 개략도 , 표면에 생기는 긴 흠집은 연삭마멸을 나타낸다.
칩 경한입자 FIGURE 미끄럼운동에 의한 연삭마멸의 개략도 , 표면에 생기는 긴 흠집은 연삭마멸을 나타낸다. FIGURE 열간단조용 금형에서 볼 수 있는 마멸의 유형

11 윤활의 방식 후막윤활: 유막두께가 표면거칠기의 10배 이상, 마찰계수 0.001 – 0.02
박막윤활: 배, 마찰이 커지고 가벼운 마멸상태 혼합윤활: 3배 이하, 마찰계수 최대 0.4 경계윤활: 마찰계수 0.1 – 0.4 FIGURE 금속가공작업에서의 윤활의 방식

12 응착마멸(adhesive wear) >> 응착결합후 전단파단으로 발생
산화층: 모재보다 경하고 취성 가벼운 마멸(mild wear): 표면 산화막이 응착방해 격심한 마멸(severe wear): 접합강도가 강한 경우 연삭마멸(abrasive wear) >> 경한 돌출부 vs 연한 표면의 미끄럼 운동 시 발생

13 Topic: 표면처리 목적 기계적 처리 내마모성, 압입저항 Shot peening 마찰, 윤활효과
내부식성 피로저항 기타 기계적 처리 Shot peening Roller burnishing (surface rolling) 폭발경화 클래딩, 기계적 도금 열처리(표면경화법) 침탄법, 표면경화(pp.263) 등 증착법 PVD: 진공증착(PV/ARC), 스퍼터링, 이온도금 CVD 전기도금

14 기계적 표면처리 숏피닝(Shot peening) 롤러버니싱 (표면 롤링) (Roller Burnishing)

15

16 롤러 버니싱 국부적으로 냉간 가공 롤러 롤러 가공면 롤러 공작물 FIGURE (a) 단이 진 축의 필렛면 가공, (b) 원추면의 가공, (c) 평면의 가공

17 가열용사법 FIGURE 4.15 선재 가열 용사법의 개략도 선재 가스 노즐 산소 연료가스 고속가스 에어캡 연소실 공작물
용융금속 분사 용착피복 FIGURE 선재 가열 용사법의 개략도

18 화학증착공정(CVD) FIGURE 4.16 화학증착공정의 개략도 운반기체 배출 배출세정기 흑연선반 피복대상 스테인리스강 증류기
전기로 배출세정기 흑연선반 피복대상 스테인리스강 증류기 FIGURE 화학증착공정의 개략도

19 전기도금공정 FIGURE 4.17 (a) 전기도금공정의 개략도 (b) 전기도금 부품의 예. 교반기 도금대상 가열코일
희생(구리)양극 FIGURE (a) 전기도금공정의 개략도 (b) 전기도금 부품의 예.

20 표면경화(case hardening) 침탄법(carburizing) 침탄질화법(carbonitriding)
화염경화, 고주파 유도경화 플라즈마(이온) 이용 가열 g (austenite)에 탄소공급후 급냉 잔류 g 와 M 형성으로 경화

21 침탄법의 원리 900x dark needle-shaped material >> martensite (M)
surrounding light-colored material >> retained austenite (g)