공구강의 마모 계수 및 설계 규칙

메커니즘 간 비교가 가능한 하나의 마모 수치

마모 계수는 매우 다른 마모 상황을 하나의 척도에 놓는 고전적인 방법입니다. 이는 마모 부피에 마모 표면의 경도를 곱한 값을 적용 하중과 미끄럼 거리로 나눈 값으로, 무차원입니다. 값이 높을수록 마모 상황이 더 심각하며, 무차원이기 때문에 벤치 시험의 강재와 프레스의 금형에 대한 값을 최소한 자릿수 순서로 비교할 수 있습니다.

출처 표에서 각 메커니즘에 대한 무차원 미끄럼 마모 계수의 관측 범위이며, 여기서 V는 마모 부피, H는 마모 표면의 경도, P는 적용 하중, S는 미끄럼 거리입니다. 값은 해당 메커니즘이 지배적인 트라이보시스템에서 가져온 것입니다.

표와 함께 두 가지 공학적 한계가 있으며, 둘 다 고객이 마모율이 얼마여야 하는지 물을 때 유용합니다. 대부분의 공학적 응용에서는 마모 계수가 10-5 이하가 요구됩니다. 자동차 엔진 실린더 응용에서는 종종 10-8이 요구됩니다. 10-3 또는 10-2 범위에 해당하는 설계는 강종에 관계없이 완만한 마모가 아닙니다.

같은 표는 공구강을 구매하는 두 가지 메커니즘이 왜 해결하기 어려운지 보여줍니다. 점착 마모와 연삭 마모는 가장 넓은 범위에 걸쳐 있으며 심한 쪽에 위치하고, 둘 다 강재만큼이나 윤활제와 접촉에 의해 제어됩니다. 부식 마모와 피로 마모는 완만한 쪽에 위치하며, 이 때문에 둘 중 하나로 파손되는 공구는 일반적으로 경도 이외의 이유로 파손됩니다.

각 운동과 환경이 발생시키는 메커니즘

두 번째 표는 재료 표가 아니라 운용 분류입니다. 이는 강종 선택 이전에 오는 질문에 답합니다: 이 운동과 이 환경이 주어졌을 때 어떤 메커니즘이 나타날 수 있으며, 운전 조건이 변할 때 상황이 어떻게 거동하는지 출처는 무엇이라고 말하는가. 실용적 용도는 강종을 명명하기 전에 네 가지 메커니즘 중 어느 것에 대비해 설계해야 하는지 알려준다는 것입니다.

마모 상황의 작동 분류로, 원본 표에서 요약한 것입니다. 원본은 윤활제 이외의 유체에서는 부식과 마모 간의 상승 효과가 종종 발생하고, 금속과 세라믹에서는 모든 상황에서 산화 마모가 발생할 가능성이 있으며, 동일 부품의 다른 위치에서 작동 특성이 다를 수 있다는 일반적인 주석을 추가합니다.

각 마모 상황에 대해 어떤 재료 등급이 사용되는가

아래 매트릭스는 이 세트에서 공구강이 무엇에 적합한지뿐만 아니라 무엇에 적합하지 않은지도 많이 말해주는 유일한 표입니다. 교차 표시는 해당 등급이 실제로 그 응용 분야에서 사용됨을 의미합니다. 공구강은 12개 열 중 9개 열에 교차 표시가 있으며, 여기에는 3가지 슬라이딩 및 3가지 롤링 상황, 충격 마모 및 삼체 연삭, 캐비테이션이 포함됩니다. 유체 침식, 방울 침식 또는 입자 침식에는 교차 표시가 없으며, 여기서는 표가 대신 카바이드, 세라믹 및 엘라스토머로 전환됩니다. 이것이 정직한 경계입니다: 공구강은 슬라이딩, 롤링, 충격 및 연삭에 대한 답이며, 경질 입자나 방울의 흐름에 대한 답은 아닙니다.

선정된 엔지니어링 소재의 대표적인 마모 응용 분야로, 원본 표에서 재현한 것이며, 각 소재 등급이 사용되는 마모 상황을 교차 표시로 나타냅니다. 원본에서는 표면 처리, 하드 서페이싱 및 소프트 코팅이 구조용 합금 아래에 분류되어 있으며, 스테인리스강, 주철, 고온 합금, 구리 기반 합금 및 폴리머는 각각 여기에 나열된 계열로 구분됩니다.

접촉을 경미한 마모 상태로 유지하는 한계

세 가지 임계값이 설계가 경미하게 마모될지 심하게 마모될지를 결정합니다. 2체 비연마 상황에서 접촉 응력은 탄성 범위 내에 있어야 하며, 미끄럼의 경우 항복 강도의 작은 비율이어야 합니다. 일반적으로 항복의 0.5 미만, 매우 낮은 마모율이 요구될 때는 0.2 미만입니다. 구름 및 충격의 경우 응력은 항복의 0.5 이상으로 상당히 높을 수 있지만, 미끄럼이 관련되지 않은 경우에만 해당합니다.

경질 입자가 존재하는 경우 규칙의 형태가 달라집니다. 연마 또는 변형 마모가 발생하려면 마모 표면이 손상을 일으키는 입자나 돌기보다 연해야 하므로, 연마재보다 단단한 표면은 절삭 메커니즘을 제거합니다. 그러나 마모를 제거하지는 않습니다. 원본은 피로 및 피로 유사 공정이 여전히 가능하며 일반적으로 더 경미하다고 명시하고 있습니다. 이것이 연마를 설계로 제거하는 것과 더 긴 수명을 위해 설계하는 것의 차이입니다.

이 모든 것 위에 두 가지 주의사항이 있습니다. 경미한 마모에서 심한 마모로의 전환은 급격할 수 있으며, 습도 변화나 접촉부에 도달하는 입자의 변화와 같이 설계 외적인 요인에 의해 종종 촉발됩니다. 또한 소재 순위는 시험에 따라 달라집니다. 연마 시험에서 측정된 저항은 일반적으로 연마 없이 측정된 것과 동일한 순서가 아니며, 윤활 순위는 건식과 다르고, 고속 순위는 저속과 다릅니다. 소재 순위를 매기기 위한 마모 시험은 응용 분야의 하중, 접촉 형상, 운동 및 환경을 재현해야 하며, 이것이 벤치 수치만으로는 등급 결정을 내릴 수 없는 이유입니다.

수치가 부족할 때 원본이 권장하는 한 가지 기법은 브래킷팅입니다. 동일한 설계에 대해 서로 다른 마모 모델을 사용하여 낙관적 투영과 비관적 투영 두 가지를 작성하고, 이 둘을 예상 수명의 경계로 취급합니다. 미끄럼의 경우 일반적인 쌍은 K 인자 모델 대 제로 마모 및 측정 가능 마모 모델의 조합입니다.

마모 응용 분야 설계 규칙

아래 목록은 원본 규칙 세트를 그대로의 표현과 순서로 나타낸 것입니다. 공구강 작업에서 가장 자주 등장하는 규칙은 이종 재료, 윤활, 접촉을 경미한 마모 상태로 유지하는 것, 그리고 갤링에 관한 것이며, 이것이 갤링 임계 응력과 각 메커니즘의 마모 메커니즘 제어가 아래 링크된 페이지에 제공되는 이유입니다.

마모 응용 분야 설계 규칙으로, 원본 목록에서 재현한 것입니다. 마지막 항목은 원본이 목록 앞에서 언급한 시스템 특성 요점을 다시 말합니다. 한 벤치 시험에서 우수한 재료가 실제 작업에서도 우수하다고 보장할 수 없습니다.

이러한 규칙이 특정 등급과 만나는 지점

메커니즘 자체와 각 메커니즘을 움직이는 야금학적 요인은 공구강 마모 메커니즘 페이지에 있습니다. 고장이 이미 발생했고 어떤 메커니즘이 원인인지가 문제인 경우, 읽는 순서는 손상 모드 식별 차트. 스테인리스 가공에서 마모보다는 들러붙음을 고려하는 경우, 측정된 갈링 임계값은 스테인리스 공구강의 갈링 페이지에 있으며, 작업면을 경화시키는 표면 처리는 다음에서 비교됩니다 공구강의 표면 경화 그리고 표면 경화 공정 비교.

출처: ASM Handbook, Volume 20, Materials Selection and Design, ASM International, 1997, 내마모 설계에 관한 기사(Table 1, Table 2, Table 5 및 Table 7)에서 발췌.