스테인리스 강의 갈링과 필요한 응력

등급별 임계 갈링 응력

버튼 온 블록 시험에서는 하중이 가해진 버튼을 동일한 재료의 블록에 대해 회전시켜 표면이 찢어질 때까지 진행하며, 그때의 접촉 응력이 임계 갈링 응력입니다. 수치가 높을수록 좋습니다. 갈링 없음으로 표시된 항목은 시험의 전체 범위에서 찢어짐 없이 진행되었으며, 이 때문에 하나의 값을 공유합니다. 두 단위 열은 출처에서 인쇄한 그대로 재현했습니다. 경도는 출처에서 제시한 대로 Rockwell B 또는 Rockwell C로 표기했습니다.

ASTM G98 버튼 온 블록 시험에서 자기 상대 스테인리스 강의 갤링 임계 응력, 무윤활 연삭 마감, ASM Handbook, Volume 18에서 재현. (a)로 표시된 항목은 시험 범위 내에서 갤링이 발생하지 않았다. 값은 출처에 기재된 그대로 인쇄되었다.

순위가 말하는 것

오스테나이트계 등급 중에서 크롬 망간 질소 합금이 유사한 경도의 크롬 니켈 합금을 능가한다. S28200, S20161 및 S21800은 이 계열에서 가장 높은 임계값을 나타내는 반면, 니켈이 풍부한 합금인 N08020은 14 MPa로 가장 낮은 값을 나타낸다. 출처는 이를 두 가지 합금 원소 효과로 설명한다. 니켈은 갤링 저항성에 해롭고 규소는 유익하며, 이는 표의 양쪽 끝을 설명한다. 쾌삭 등급인 Type 303은 자체 화학 조성과 기계 가공 표면으로 인해 138 MPa로 높은 위치에 있으며, 한 가지 특성을 위해 선택된 등급이 다른 특성도 함께 가져온다는 유용한 상기시킴이다.

오스테나이트계 등급을 냉간 인발로 경화하면 갤링 저항성이 좋아지지 않고 나빠진다. Type 304는 86 HRB로 어닐링된 상태에서 55 MPa에서 27 HRC로 냉간 인발된 상태에서 17 MPa로 떨어지며, S28200은 동일한 변화에서 166 MPa에서 62 MPa로 떨어진다. 이는 표에서 가장 반직관적인 항목이며, 메커니즘에서 비롯된다. 이러한 합금의 갤링 저항성은 접촉부에서 가공 경화할 수 있는 능력에서 나오며, 이미 냉간 가공된 등급은 부품이 사용되기 전에 그 능력을 소진한 것이다.

마르텐사이트계 등급 중에서 더 높은 사용 경도가 그 자체로 더 높은 임계값을 생성하지 않으며, Type 420의 두 가지 조건이 이를 명확히 보여준다. 204 C에서 51 HRC로 템퍼링하면 25 MPa를 나타내고, 260 C에서 49 HRC로 템퍼링하면 55 MPa를 나타내므로, 더 연한 조건이 더 나은 것이다. 55 HRC의 Type 440C는 125 MPa로 가장 강한 마르텐사이트계 항목이며, 이는 슬라이딩 접촉용 스테인리스 공구강이라는 명성과 일치한다. S42010은 50 HRC에서 갤링이 발생하지 않았으며, 경도 수치만으로는 이를 예측할 수 없었을 것이다.

석출 경화 등급은 합금 함량보다 시효 온도를 따른다. S45500은 시효 온도가 상승함에 따라 임계값이 꾸준히 감소하여 510 C에서 90 MPa, 566 C에서 59 MPa, 621 C에서 28 MPa로 떨어지며, S45000도 69 MPa에서 14 MPa로 동일하게 나타난다. 연성을 얻기 위해 더 높은 온도에서 재시효된 부품은 그에 따라 갤링 저항성을 포기한다.

데이터에서 살아남지 못하는 한 가지 설계 가정

일반적인 작업 규칙은 두 개의 상대 부품 사이의 큰 경도 차이가 갤링을 방지한다는 것이다. 공개된 마모 데이터는 이를 뒷받침하지 않는다. 여섯 가지 다른 상대 합금에 대해 시험한 결과, 57 HRC의 Type 440C와 95 HRB의 S21800은 상대 재료의 경도에 관계없이 좋은 선택으로 나타났다. 경도 차이의 크기가 아니라 더 나은 합금의 선택이 결과를 결정한다. 단일 등급 내에서는 경도가 여전히 중요하며, 동일한 시험에서 Type 440C는 56 HRC에서 0.7 mm3, 26.5 HRC에서 44.1 mm3의 손실을 보이므로, 등급이 선택된 후에는 경화 처리가 선택 사항이 아니다.

가장 빠르게 가공 경화되는 오스테나이트계 등급이 접착 마모에 가장 잘 저항하며, 이것이 S20161과 S21800이 교차 실린더 시험의 접착 마모 순위에서 최상위에 있고 24.5 HRC의 마르텐사이트계 Type 410이 최하위에 있는 이유이다. 동일한 순위는 일반 공구강을 분야의 선두에 놓는다.

단조 재료의 접착 마모 저항성 상대 순위, ASM Handbook, Volume 18에서 재현. 중량 손실은 교차 실린더 시험, ASTM G83, 71 N에서 천 사이클당 밀리그램 단위이다. 61 HRC의 D2 공구강은 표에서 최고 항목이며, 세 번째 행의 코발트 기반 하드페이싱 합금보다 앞선다.

온도가 답을 바꾼다

접착 마모는 한 쌍의 고정된 특성이 아니며, 산화물 피막과 유동 응력 모두 온도에 따라 변한다. S21800은 접합부가 더 뜨겁게 작동할수록 개선되어, 부피 손실이 80 C에서 2.6 mm3, 315 C에서 2.2 mm3, 540 C에서 1.3 mm3로 감소하며, Type 304는 동일한 범위에서 유사한 수준을 유지한다. Type 410은 반대로 거동한다. 95 HRB에서 80 C에서 282.8 mm3를 손실하며, 40 HRC로 경화하면 42.1 mm3로 감소하는데, 이는 갤링 임계값이 더 연한 템퍼가 더 낫다고 말하는 경우에도 마르텐사이트계 등급을 경화하는 근거가 된다. 동일한 계열의 코발트 기반 하드페이싱 합금은 낮게 시작하여 온도에 따라 상승하며, 이것이 모든 열에서 자동적인 답이 아닌 이유이다.

끼이는 스테인리스 공구에 대해 무엇을 해야 하는가

스테인리스 공구강 및 상대 부품의 갤링 방지 대책, ASM Handbook, Volume 18 발췌. 표 뒤에 있는 공개 시험 방법은 버튼 온 블록 스크리닝 시험이며, 나사 연결부의 경우 실제 연결부에 대한 조립-분해 시험입니다.

부품이 스테인리스가 아닌 공구강인 경우, 동일한 메커니즘이 강종을 결정하며 그 답은 다음에 제시되어 있습니다 내접착 마모 강종 페이지. 공구실에서 이 데이터를 보유한 두 가지 스테인리스 공구강은 440C 스테인리스강, 마르텐사이트계 중 가장 높은 임계값을 가지며, 420 스테인리스강, 최상의 결과를 얻으려면 적절한 템퍼링이 필요합니다.

등급 및 재고

스테인리스 공구강은 두 가지 특성을 동시에 기준으로 구매되며, 내마모성 또는 갤링은 그 첫 번째에 불과합니다. 내식성 측면은 다음에 제시되어 있습니다 스테인리스강 내식성 차트, 조성 측면은 다음에 제시되어 있습니다 스테인리스 조성 차트, 그리고 민감화 페이지 는 사용 중 크롬에 열이 미치는 영향을 다룹니다.

부품의 손상이 찢어진 표면이 아닌 얼룩이나 공식인 경우, 메커니즘이 다르며 진단은 다음에 있습니다 공식 부식 페이지, 틈새 부식 사례는 다음에 있습니다 금형강 틈새 부식. 두 부품이 미끄러짐이 아닌 프레팅으로 인해 표면이 찢어진 경우, 그 패턴은 다음에 설명되어 있습니다 프레팅 마모 페이지, 그리고 금형이 공작물이 달라붙는 것 이외의 이유로 파손된 경우, 메커니즘 목록은 다음에 있습니다 금형 마모 및 파손 메커니즘 페이지.

출처: ASM Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication, and Wear Technology, ASM International, 1992.