마모시험 시편 조합과 마모 평가 방법

기술 가이드 – 마모시험 시편조합과 마모평가 방법

영국 Phoenix Tribology(=구 Cameron Plint) 사 제공 자료 입니다

시편 조합과 마모평가 방법 – 점접촉 시편 조합

마모시험 시편 조합과 마모 평가 방법_점접촉 시편조합
  1. 시험을 설계할 때 먼저 고려할 사항은 두 시편의 상대적인 경도를 기준으로 어느 시편을 위에, 어느 시편을 아래에 배치할 것인가입니다. 전통적으로 많은 마모시험에서는 단단한 디스크 또는 판 위에서 부드러운 핀이나 볼을 움직였습니다. 이 조건에서는 주로 부드러운 재료가 마모되며, 때로는 단단한 재료의 표면에 전이막이 형성됩니다.
  2. 부드러운 핀이나 볼에서 손실된 재료의 양은 비교적 쉽게 측정할 수 있습니다. 다만 재료가 디스크나 판으로 전이되었다면, 디스크나 판의 질량은 오히려 증가할 수 있습니다. (위 좌측 이미지)
  3. 시편의 배치를 반대로 하여 단단한 핀이나 볼을 부드러운 디스크 또는 판 위에서 움직이면 다른 현상이 발생합니다. 그 양상은 두 시편의 상대 경도, 접촉압력 및 접촉 형상에 따라 달라집니다. 디스크나 판 시편에 어떤 변화가 생기는지는 재료의 특성에 좌우됩니다. (위 우측 이미지)
  4. 금속 시편에서는 표면의 소성변형과 가공경화가 발생하여 재료의 상태가 달라질 수 있습니다. 코팅 표면에서는 경화된 핀이나 볼이 반복해서 지나가면서 코팅의 접착 박리 현상이 일어나고, 결국 코팅이 손상될 수 있습니다.
  5. 마모를 재료의 제거로 한정하여 정의 한다면, 디스크나 판에 생긴 흔적이 소성변형에 따른 것일 때는 엄밀한 의미의 ‘마모흔’으로 볼 수 없습니다. 이 경우 재료는 제거된 것이 아니라 다른 위치로 밀려 재배치된 것입니다. (위 중간 이미지)
  6. 이러한 접촉 구성에서 나타나는 현상은 성형이나 기계가공 과정에 더 가까울 수 있습니다. 성형에서는 소성변형이 예상되고, 기계가공에서는 절삭 또는 쟁기질 작용에 의해 재료가 제거됩니다.
  7. 실제 기계에서는 경도가 비슷한 두 재료가 접촉하는 경우가 많으며, 이때 마모는 양쪽 접촉면에 나누어 발생합니다. 따라서 두 표면의 마모를 모두 측정해야 합니다. 또한 두 재료가 서로 다르다면, 어느 재료를 핀 또는 볼에 사용하고 어느 재료를 디스크 또는 판에 사용하는지에 따라서도 마모율이 달라집니다. 두 시편에 가해지는 에너지의 양상이 서로 다르기 때문입니다.

시편 조합과 마모평가 방법 – 면접촉 시편 조합

마모시험 시편 조합과 마모 평가 방법_면접촉 조합
  1. 면접촉 시편에도 비슷한 고려사항이 적용됩니다. 예를 들어 스러스트 와셔 시험 구성에서는 두 시험 표면이 연속적으로 접촉하므로, 핀 온 디스크 또는 핀 온 플레이트 구성에서 나타나는 선단(Edge) 가장자리 긁힘 문제를 피할 수 있습니다.
  2. 그러나 접촉이 연속적이더라도 가장자리 효과는 고려해야 합니다. 특히 한 시편의 외경이 다른 시편보다 작고 내경은 더 큰 경우에 주의가 필요합니다.
  3. 외경이 작은 시편, 즉 그림의 위쪽 시편이 외경이 큰 시편보다 단단하면 아래쪽 시편의 표면을 파고들게 됩니다. 이때 접촉부의 마찰 거동은 원주 방향의 가장자리 효과에 크게 좌우됩니다.
  4. 반대로 위쪽의 작은 시편이 아래쪽의 큰 시편보다 부드러우면 이러한 가장자리 효과는 없어집니다. 다만 부드러운 재료의 탄성변형으로 겉보기 접촉면적이 달라질 수 있습니다.

**가장자리 효과(edge effect)**는

시편의 접촉면 중앙과 가장자리에서 압력이나 변형이 다르게 나타나, 마찰·마모 결과에 영향을 주는 현상입니다.

첨부 자료의 스러스트 와셔 시험에서는 위쪽 시편이 아래쪽보다 작습니다. 위쪽 시편이 더 단단하면 그 안쪽·바깥쪽 원형 모서리가 아래쪽의 부드러운 표면을 파고들 수 있습니다. 그러면 측정된 마찰이나 표면 손상에 가장자리의 영향이 크게 섞입니다.

쉽게 말해, 와셔의 평평한 면끼리 고르게 문지르는 시험을 기대했는데, 모서리가 표면을 누르거나 파고드는 효과까지 측정되는 것입니다.

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