ASTM G77 / ISO 7148 | Block-on-Ring 마찰 마모 시험

1. Block-on-Ring 마찰 마모 시험 → 회전 슬라이딩 접촉 조건에서
2. 재료, 표면처리 및 윤활유의 마찰계수(COF, Coefficient of Friction)와 마모 거동을 정량적으로 평가하는 대표적인 표준 시험법입니다.
3. 본 시험은 ASTM G77 및 ISO 7148-1 표준에 기반하며, 윤활 및 무윤활 조건 모두 적용 가능 합니다.
4. 실제 기계의 저널 베어링, 샤프트–라이너 접촉부, 기어 치면의 미끄럼(sliding) 성분을 단순화하여 모사함으로써, 베어링 재료 비교, 윤활유 성능 평가, 표면처리 및 코팅의 마찰 마모 특성 분석에 널리 활용됩니다.

ASTM G77 과 ISO 7148 시험법 – 실험 가능한 시험기 소개

ASTM G77 과 ISO 7148 Block-on-Ring 마찰 마모 시험법으로 마찰마모윤활 시험이 가능한,

1. 영국 PHOENIX TRIBOLOGY사 모델 TE 53
2. 미국 BRUKER사 모델 UMT TRIBOLAB

을 이 페이지 하단에 소개 합니다.

ASTM G77 – Block-on-Ring 마찰 마모 시험 – 개요

• ASTM G77 Block-on-Ring 마찰 마모 시험 → 재료의 미끄럼(slip) 조건에서의 마찰 마모 저항성을 상대적으로 평가하기 위한 국제 표준 시험법 입니다.
• 본 시험법은 회전하는 링(Ring)과 고정된 블록(Block) 사이의 회전 슬라이딩 접촉을 통해,
• 실제 기계 부품에서 발생하는 윤활 및 마찰 마모 거동을 실험실 조건에서 재현 합니다. 

ASTM G77 Block-on-Ring 마찰 마모 시험 – 구성 – 이미지

ASTM G77 Block-on-Ring 마찰 마모 시험 – 목적 및 적용범위

1. 마찰 마모 저항성의 상대 비교

• ASTM G77 시험의 목적은 특정 재료가 미끄럼 마찰 조건에서 얼마나 마모에 저항하는지를 절대값이 아닌 상대적 비교로 평가하는 데 있습니다.
• 동일한 시험 조건에서 여러 재료 조합을 비교함으로써, 내마모 성능의 우수성을 순위화(Ranking)할 수 있습니다.

2. 적용 가능한 재료 및 환경

• 금속 재료를 기본으로 하나, 재료 조합에는 제한이 거의 없음
• 다양한 윤활유, 액체, 가스 분위기에서 시험 가능
• 회전 속도 및 하중을 실제 사용 조건에 가깝게 설정 가능

ASTM G77 Block-on-Ring 마찰 마모 시험 – 시험 원리

1. 기본 시험 구성

• Block(시험 블록) : 고정된 상태에서 하중 인가
• Ring(시험 링) : 설정된 회전 속도로 회전
• 블록과 링 사이에 *선 접촉(line contact)*이 형성되며, 회전 슬라이딩 마찰 발생

2. 마찰력 측정

• 시험 중 블록을 유지하기 위해 필요한 마찰력은 *로드셀(load cell)*을 통해 연속적으로 측정되며,
• 수직 하중과 결합하여 **마찰계수(COF)**로 환산됩니다.

ASTM G77 – 시편 사양

1. 시험 링 (Test Ring)

• 외경: 34.99 ± 0.025 mm
• 외·내경 편심: 0.00125 mm 이하
• 표면 조도: 0.152 ~ 0.305 µm (RMS 또는 CLA), RMS (Root Mean Square)는 표면 거칠기를 나타내는 지표로, 기준선으로부터 표면 요철 높이의 제곱 평균의 제곱근을 의미하며, 큰 요철에 더 민감한 특성이 있습니다. CLA (Center Line Average)는 표면 거칠기를 나타내는 지표로, 기준선(중심선)을 기준으로 표면 요철 높이의 절대값 평균을 의미
• 표면 조건은 시험 목적에 따라 변경 가능하나, 결과에 큰 영향을 미침

2. 시험 블록 (Test Block)

• 블록 폭: 6.35 +0.000 / −0.025 mm
• 연마 방향: 블록 장축과 평행
• 표면 조도: 0.102 ~ 0.203 µm

ASTM G77 – 시험 절차 요약

1. 시험 준비

• 블록과 링을 세척 후 완전 건조
• 필요 시 표면 조도 및 표면 상태 측정
• 블록 및 링 무게를 0.1 mg 정밀도로 측정

2. 하중 인가 방식

• Preloading 방식 또는 Step-loading 방식 중 선택
• 시험 목적과 장비 특성에 따라 적합한 방식 적용

ASTM G77 – 마모 및 마찰 평가 방법

1. 블록 마모 평가

• 블록의 마모는 *마모 흔적 폭(scar width)*을 측정하여 계산
• 질량 감소는 보조 지표로만 사용 (산화, 변형 영향 고려) 

2. 링 마모 평가

• 링의 마모는 무게 감소량을 통해 체적 마모로 환산 (V =Δm /ρ =부피변화= 질량변화/밀도)

3. 마찰계수 계산

• 측정된 마찰력과 수직 하중을 이용하여 마찰계수(COF) 산출

ASTM G77 – 시험결과 보고 항목

필수 보고 사항

• 시험 조건(하중, 속도, 거리)
• 블록 및 링 재질과 경도
• 초기 최종 표면 거칠기
• 윤활유 종류
• 블록 마모 폭 및 마모 부피
• 링 무게 감소량
• 최종 동적 마찰계수

ASTM G77 – 시험 특징 및 주의사항

1. 특징

• 실제 샤프트–베어링, 슬라이딩 접촉 조건과 높은 유사성
• 윤활과 무윤활 조건 모두 적용 가능
• 재현성 있는 상대 비교 시험에 적합

2. 주의사항

• 마모는 미끄럼 거리 대비 비선형적이므로 동일 회전수 시험 간 비교 필수
• 변동 계수가 비교적 커 최소 3회 이상 반복 시험 권장

ISO 7148 Block-on-Ring 마찰 마모 시험법 – 개요

• ISO 7148은 플레인 베어링(Plain Bearing) 재료의 마찰 및 마모 거동을 평가하기 위한 국제 표준 시험 체계입니다.
• 본 표준은 특정 단일 시험법을 규정하기보다는, 베어링 재료의 트라이볼로지 성능을 재현성 있게 비교하기 위한 시험 개념과 프레임워크를 제공 합니다.

ISO 7148 시험법의 – 목적

베어링 재료의 상대적 성능 비교 :

• ISO 7148의 목적은 실제 베어링 접촉 조건을 모사하여, 재료 조합 간 마찰계수와 마모 특성을 동일 조건에서 상대 비교할 수 있도록 하는 데 있습니다.
• 시험 결과는 절대 수치보다는 재료 선택 및 설계 판단을 위한 비교 데이터로 활용됩니다.

ISO 7148 시험법의 – 구성 개념

1. 실제 적용 조건을 고려한 시험 설계

• ISO 7148은 하중, 미끄럼 속도, 온도, 윤활 조건 등 실제 베어링 사용 환경에서 중요한 변수를 시험 조건으로 설정하는 것을 기본 원칙으로 합니다.
• 이를 통해 시험 결과가 실제 적용과의 연관성을 갖도록 설계되었습니다.

2. 다양한 접촉 형상에 대한 시험 접근

• ISO 7148 시험 체계는 베어링 적용 형태에 따라 여러 접촉 형상과 시험 방식을 허용하며, 시험 목적에 맞는 방법을 선택하도록 구성되어 있습니다.

ISO 7148 시리즈(Parts)의 역할

재료 유형별 시험 표준 체계 :

ISO 7148은 베어링 재료의 종류에 따라 Part(부분 표준)로 구성되어 있으며, 각 Part는 특정 재료군의 특성을 반영한 시험 방법을 제시합니다.

• Part 1: 금속 베어링 재료
• Part 2: 폴리머 기반 베어링 재료

ISO 7148-2 란 무엇인가 ?

폴리머 베어링 시험을 위한 확장 표준시험법 입니다. →

• 폴리머 베어링은 금속과 다른 열적 기계적 ·마모 거동을 보이므로, ISO 7148 체계에서는 이를 고려한 전용 시험 표준인 ISO 7148-2를 별도로 규정하고 있습니다.
• ISO 7148은 시험 체계의 ‘상위 개념’, ISO 7148-2는 폴리머 베어링을 위한 ‘구체적 시험법’으로 이해하는 것이 적절합니다.

ISO 7148-2 Block-on-Ring 마찰 마모 시험법 – 개요

• ISO 7148-2는 폴리머 기반 플레인 베어링 재료의 마찰 및 마모 거동을 평가하기 위한 국제 표준 시험법입니다.
• 본 표준은 하중, 미끄럼 속도, 온도 등의 시험 변수를 적용 환경에 맞게 설정하도록 요구하며, 윤활 및 무윤활 조건에서의 상대적인 트라이볼로지 특성을 재현성 있게 비교하는 것을 목적으로 합니다.

ISO 7148-2 – 시험 목적 및 적용 범위

1. 폴리머 베어링 재료의 트라이볼로지 평가

• ISO 7148-2는 금속–폴리머, 폴리머–폴리머 접촉부에서 발생하는 마찰계수와 마모 특성을 정량적으로 비교하기 위한 시험 데이터를 제공합니다.
• 시험 결과는 상대 비교용 데이터로 사용되며, 실제 적용 조건과 시험 조건이 일치할수록 실용성이 높아집니다.

2. 윤활 및 무윤활 시험 모두 지원

• Dry (무윤활)
• Grease (그리스)
• Oil (오일)
• Solid lubricant (고체 윤활제)

윤활 조건은 시험 결과에 큰 영향을 미치므로, 실제 사용 환경을 최대한 반영하여 선택해야 합니다.

ISO 7148-2 – 폴리머 베어링 시험의 특수 고려사항

1. 열적 특성의 영향

• 폴리머는 열전도율이 낮고 열팽창 계수가 크기 때문에,
• 마찰열로 인한 국부적 연화(melting) 또는 치수 변화가 발생할 수 있습니다.
• 따라서 시험 중 시편 온도 관리 및 해석 시 열팽창 영향 고려가 필수적입니다.

2. 표면 상태 및 제조 방식의 영향

• 사출 성형 표면과 기계 가공 표면은 서로 다른 마찰 마모 거동을 보임
• 섬유 강화 폴리머의 경우, 섬유 방향성이 마모 거동에 큰 영향
• 실제 사용 조건과 동일한 표면 상태의 시편 사용 권장

ISO 7148-2 – 시험 방법 구성

1. Test Method B — Block-on-Ring (위 좌측)

• 회전 링 + 고정 블록 간의 슬라이딩 접촉
• ASTM G77과 시험 개념 유사
• 윤활 및 무윤활 시험 모두 가능
• 폴리머 재료의 기초 마찰 마모 특성 비교에 적합
• 회전 링 + 고정 블록
• 실제 베어링을 단순화한 모델
• 재현성·비교성 매우 우수

2. Test Method C — Plain Bearing-on-Shaft (위 우측)

• 실제 베어링과 샤프트 구조를 직접 모사하여 실험하는 방법
• 가장 현실적인 접촉 조건 재현
• 시험 시간이 길고 정렬(alignment)이 민감하고 중요
• 시험 조건 관리가 까다로움
• 시험 장비 ·비용 및 시간 부담 큼

3. Test Method A —회전식 Pin on Disk 시험방식, 왜 이 시험방식이 ISO 7148-2에 들어 있나 ?

1️초기 재료 선별(Screening)용

• 폴리머 조성 비교
• 충진제/섬유 유무 비교
• 코팅 표면처리의 기본 마찰·마모 경향 파악

→ 된다/안 된다 를 빠르게 결정하는 시험법

2️시험이 간단하고 재현성이 좋음

• 시편 제작 쉬움
• 정렬(alignment) 부담 적음
• 짧은 시험 시간

3️실제 베어링 모사는 아님

여기서 중요한 포인트입니다.

• 실제 저널 베어링 형상 아님
• 실제 하중 분포·유막 형성 재현 어려움
• 기초 물성·경향 파악에는 충분

ISO 7148-2 – 시험으로 평가되는 주요 물성

1. 마찰 특성

• 마찰계수(COF, Coefficient of Friction)
• 마찰력 및 마찰 모멘트
• 윤활 조건에 따른 마찰 거동 변화
• ISO 7148-POLYMER BASED BEARING …

2. 마모 특성

• 선형 마모량 (Linear wear)
• 체적 마모율 (Volumetric wear rate)
• 폴리머 특성상 질량 감소법은 제한적 사용

ISO 7148-2에서 사용되는 선형 마모량은 실제 베어링 간극 변화를 반영하는 유용한 지표이지만, 폴리머 재료의 열팽창, 탄성 회복, 마모 입자 재부착 등의 영향으로 단독 사용에는 한계가 있습니다. 따라서 실무 및 연구에서는 선형변위 마모량과 측정과 함께 3차원 형상 측정을 통한 체적 마모 평가를 병행하는 것이 바람직 합니다.

ISO 7148-2 – 시험의 특징 요약

1. 장점

• 폴리머 베어링에 특화된 국제 표준
• 윤활 무윤활 조건 모두 대응
• 실제 적용 환경과의 연관성 높음

2. 주의사항

• 결과의 재현성을 위해 반복 시험 필요
• 시험 조건이 실제 조건과 다를 경우 적용성 저하
• 수분 흡수성 폴리머의 경우 환경 제어 필수

ASTM G77과 ISO 7148-2의 관계

두 표준시험법의 역할 구분

1. ASTM G77 : 범용 Block-on-Ring 마찰 마모 시험
2. ISO 7148-2 : 폴리머 베어링 재료에 특화된 시험법

• ISO 7148-2 와 ASTM G77 블록온링/
• ASTM G99 회전형 핀온디스크
• ASTM G133 왕복형

시험 모두 구체적인 실험조건을 제시 하지 않습니다.

• ASTM G77과 ISO 7148-2는 특정 하중이나 속도를 강제하지 않습니다.
• 이는 실제 사용 조건이 매우 다양하기 때문에,
• 적용 환경을 반영한 조건에서 재현성 있는 상대 비교를 하도록 설계된 표준이기 때문 입니다.

• 본 표준시험법은 특정 하중, 속도, 온도를 고정하여 규정하지 않으며,
• 실제 적용 조건을 반영한 시험 조건 설정을 전제로 합니다.
• 따라서 시험 결과의 신뢰성은 조건 정의의 명확성 및 반복성에 의해 확보 됩니다.