ASTM D2596 ASTM D2783 | 4-Ball Extreme Pressure (EP) 시험법 및 시험기 소개

• ASTM D2596 ASTM D2783 4-Ball Extreme Pressure(EP) 시험은 그리스와 윤활제가 고하중 및 윤활 파괴 조건에서, 금속 접촉을 얼마나 효과적으로 보호하는지를 평가하는 대표적인 국제 표준 시험법입니다.

• 직경이 동일한 4개의 강구(Steel ball)를 사용하여, 1개의 회전 구와 3개의 고정 구 사이에 하중을 단계적으로 증가시키며, 마모, 소착(scuffing), 융착(welding) 발생 여부를 평가합니다.

• 본 시험은 윤활 그리스와 액체 윤활유의 극압(EP) 성능 평가에 널리 사용되며, 적용 대상에 따라 ASTM D2596과 ASTM D2783으로 구분됩니다.

Extreme Pressure (EP) 극압 성능 이란 ?

ASTM D2596 ASTM D2783에서 EP(극압) 성능 시험은

→ 고하중 조건에서 윤활막이 파괴된 이후에도

→ 금속 간 직접 접촉, 소착(scuffing), 융착(welding)을

→ 얼마나 늦게, 얼마나 효과적으로 억제하는가를 말합니다

ASTM D2596 ASTM D2783 시험법으로 – 실험 가능한 시험기 소개

1. 영국 PHOENIX TRIBOLOGY사 모델 TE 92
2. 영국 PHOENIX TRIBOLOGY사 모델 ST-FB
3. 미국 BRUKER사 모델 UMT TRIBOLAB

을 이 페이지 하단에 소개 합니다.

ASTM D2596 – Extreme Pressure Properties of Lubricating Greases

4-Ball EP 극압 시험 목적

ASTM D2596 4-Ball EP 극압 시험은 윤활 그리스(Grease)를 대상으로, 고하중 조건에서 그리스가 금속 표면의 직접 접촉을 얼마나 효과적으로 억제하는지를 평가하는 시험법 입니다. 즉, 윤활 그리스의 극압(EP, Extreme Pressure) 성능을 평가하는 시험법.

주요 평가지표는 다음과 같습니다.

1. Weld Load (융착 하중)
2. Load-Wear Index (LWI)

시험 절차

1. 3개의 고정 강구 위에 시험용 그리스를 충진
2. 상부 회전 강구 장착
3. 규정된 회전 속도에서 하중을 단계적으로 증가
4. 각 하중 단계에서 일정 시간 시험 수행
5. 마모 흔적, 소착 여부 및 융착 발생 여부 평가

시험 사양 및 분석 방법

윤활 상태는 반고체(그리스)이며,

하중은 규정된 단계에 따라 점진적으로 증가 시킵니다.

분석 항목은 다음과 같습니다.

1. 융착 발생 하중(Weld Load)
2. 마모 구경 측정 및 하중–마모 관계 분석
3. Load-Wear Index(LWI) 산출

본 시험은 베어링 그리스, 산업용 및 자동차용 고하중 그리스 평가에 필수적으로 사용 됩니다.

ASTM D2783 – Extreme Pressure Properties of Lubricating Fluids

4-Ball EP 극압 시험 목적

• ASTM D2783 4-Ball EP 극압 시험 목적은 윤활유, 기어유, 유압유, 절삭유 등, 액체 윤활유(Fluid)의 극압 성능을 평가하기 위한 시험법입니다.
• 윤활유의 유막 파괴 이후, EP 첨가제의 반응성과 금속 표면 보호 능력을 중점적으로 분석 합니다.

시험 절차

1. 3개의 고정 강구를 시험 챔버에 배치
2. 시험용 윤활유를 충분히 공급
3. 상부 회전 강구 장착
4. 규정 회전 속도에서 하중을 단계적으로 증가
5. 각 하중 단계에서 마모 및 융착 여부 평가

시험 사양 및 분석 방법

윤활 상태는 액체 윤활이며,

하중은 규정된 단계에 따라 점진적으로 증가합니다.

분석 항목은 다음과 같습니다.

• Weld Load (융착 하중)
• Load-Wear Index (LWI)
• EP 첨가제의 극압 반응 특성 평가

본 시험은 기어박스, 유압 시스템, 금속 가공 공정용 윤활유 평가에 널리 적용됩니다.

ASTM D2596 vs ASTM D2783 – 차이점

중요한 주의사항 :

두 시험은 동일한 4-Ball EP 시험 원리를 사용하지만, 윤활 상태와 작동 메커니즘이 다르기 때문에 , 시험 결과 수치는 서로 직접 비교할 수 없습니다.

ASTM D2596과 ASTM D2783 – 시험 이미지

ASTM D2596 ASTM D2783

4-Ball Extreme Pressure(EP) – 상세 시험 절차 및 시험 조건 (공통)

시험 구성 및 시편 조건 (공통)

시험 볼(Ball)

• 재질: AISI 52100 베어링강
• 직경: 12.7 mm (1/2 inch)
• 경도: 약 HRC 64–66

볼 배치

• 하부 고정 볼 3개
• 상부 회전 볼 1개

시험 환경

• 시험 온도: 실온 (약 20–30 °C)
• 시험 분위기: 대기 조건

시험 조건 (공통)

마찰 회전 속도

• 1,760 rpm

시험 시간

• 각 하중 단계당 10초

하중 적용 조건

• 단계적 하중 증가 방식
• 초기 저하중부터 시작하여 융착 발생 시까지 반복 수행 (아래 표준 하중 적용법 참조)
• 상부 회전 볼과 하부 고정 볼이 융착(welding)될 때까지 시험 반복

하중 단위

• kgf 또는 N
• ASTM D2596 및 ASTM D2783에서 정의된 아래 표준 단계 하중(step load) 을 사용하여 적용
• kgf(킬로그램힘) 로 정의되어 있고,필요 시 N(뉴턴) 으로 환산해서 표시할 수 있습니다.

ASTM D2596 ASTM D2783에서 사용하는 표준 하중 단계 (공통)

시험 절차 (공통)

1. 3개의 고정 강구를 시험 컵에 배치
2. 시험 윤활제(그리스 또는 윤활유)를 고정 강구에 적용
3. 상부 회전 강구 장착
4. 규정된 회전 속도(1,760 rpm)로 회전 시작
5. 초기 하중에서 10초간 시험 수행
6. 시험 종료 후 강구 표면 상태 확인
7. 하중을 단계적으로 증가시키며 시험 반복
8. 강구가 융착(welding)될 때까지 시험 진행

분석 방법 및 평가 지표 (공통)

1.Weld Load (융착 하중)

정의

• 상부 회전 볼과 하부 고정 볼이 완전히 융착되어 회전이 정지되는 최소 하중

의미

• 윤활제가 견딜 수 있는 최대 극압 하중 능력

해석

• Weld Load가 높을수록 EP 성능이 우수함

2. Wear Scar Diameter (마모 흔적 직경)

• 시험 후 하부 고정 볼 3개에 형성된 마모 흔적을 측정
• 각 볼의 마모 직경을 측정한 후 평균값 사용
• 하중 증가에 따른 마모 직경 변화를 통해

→윤활막 파괴 시점

→EP 첨가제 작동 영역을 분석

3. Load-Wear Index (LWI)

정의

• 각 하중 단계에서 발생한 위 2번의 마모 정도를 가중 평균하여 계산한 지수 (마모 정도=Wear Scar Diameter 마모흔적 직경의 측정치)

특징

• 단순 융착 하중보다 윤활제의 전반적인 극압 성능을 종합적으로 반영

활용

• 윤활제 간 EP 성능 비교
• 품질 관리 및 등급 평가

Weld Load (융착하중) vs Load-Wear Index(LWI) – 차이점

Weld Load

→ 윤활제가 더 이상 금속 간 접촉을 막지 못해 강구가 완전히 융착되는 최소 하중으로, 극한 조건에서의 최대 극압 한계를 나타 냅니다.

• “최후에 몇 kgf 에서 상하부 볼이 완전히 들러붙었는가”
• 단 한 지점 평가

LWI

→ 여러 하중 단계에서 측정된 마모 거동을 종합해 계산한 지수로, 윤활제가 전반적으로 얼마나 강한지를 점수로 나타낸 지표 입니다. 극압 성능을 정량적으로 평가 합니다.

1. “융착 하중 그 전까지 전 구간에서 얼마나 잘 버텼는가”
2. 전체 과정 평가

아래는 Load-Wear Index 계산의 개념

하부 볼 각각 Wear Scar Diamter (마모 상흔 직경) 측정 방법 :

• 위 측정, 볼#1, 볼#2, 볼#3의 각각의 볼의 마모 상흔 직경은 상흔의 형태에 따라
• 가장 긴 방향(X축)과 이에 직교하는 방향(Y축)의 직경을 측정한 후
• 두 값의 평균으로 산출 됩니다.
• 이는 불규칙한 마모 형상을 보정하고 측정 재현성을 확보하기 위한 표준 방법 입니다.

ASTM D2596 / ASTM D2783에서 달라지는 부분

윤활제 적용 방식 차이

ASTM D2596

• 시험 대상: 윤활 그리스
• 고정 볼 표면에 그리스를 직접 충진
• 반고체 구조에 의한 국부 윤활막 형성

ASTM D2783

• 시험 대상: 윤활유 및 유체 (윤활유, 기어유,유압유,절삭유 등)
• 시험 컵에 윤활유를 충분히 주입
• 유동 유막 + EP 첨가제의 화학 반응 거동 평가