강재의 기초지식 내마모성, 내충격성
- 기술지식/기계재료
- 2022. 2. 6. 21:00
강재의 기초지식 내마모성, 내충격성
1. 내마모성
1) 일본공업규격(JIS)에서는 내마모성의 [마모]에 대해서 "상대 운동하는 금속면의 기계적인 걸림(긁힘), 금속적 점착 등이 총합되어 그 면이 손상되어 마모해가는 현상"으로 정의하고 있다. 내마모성은 마모에 대해 견디는 성질 즉 이와 같은 마모현상이 발생하기 어려운 성질로 이해하면 된다.
쉽게 말해 내마모성은 내구성의 하나로 반복적인 사용에 의해 마모되는 현상에 대해 견디고 그 성능을 유지하는 성질을 말한다. 이처럼 [마모]란 연마나 마찰 등의 기계적인 작용으로 인해 재료가 표면에서부터 마모되어가는 현상을 나타낸다. 또한 서로 상대운동을 하는 금속면의 기계적인 긁힘이나 금속적 점착 등에 의해 그 표면이 소모되어 가는 현상을 말하고 이런 것에 견디는 성질을 내마모성이라 한다.
기계장치에서는 서로 이가 맞물려 회전하는 기어 등의 2개의 부품이 접촉하면서 움직이는 부품류가 많은데 이런 마모에 의해 파괴되거나 정밀도가 저하되는 것이 바로 마모 현상이다. 이것은 재료의 특성 이외에도 접촉하는 상대 재료의 특성에 다라 달라진다. 마모를 방지하는 도금을 내마모성 도금이라 부르며, 내마모성을 향상시키는 방법은 마찰계수를 낮추는 방법과 표면의 경도를 높이는 방법이 있다.
2) 내마모성에 영향을 주는 요인
① 경도의 영향
내마모성에 큰 영향을 주는 요인으로 경도를 들 수 있다. 일반적으로 경도가 높은만큼 내마모성은 커진다. 로크웰경도에서 HRC40 정도를 경계로 하여 크게 변화한다.
HRC40 이하에서 마모량은 크고 HRC40 이상에서는 마모가 적게 일어난다. 하지만 담금질하여 경도가 높아지면 반드시 좋다는 것은 아니고, 경도의 증가와 동시에 강재 내부에 잔류응력이 적은 쪽이 좋다는 것이다. 따라서 담금질과 뜨임을 함께 실시하는 것이 바로 이러한 이유 때문인 것이다.
② 주요 성분의 영향
강재의 주요 성분은 바로 탄소(C, Carbon)이다. 이 탄소량이 많아지면 열처리를 쉽게 할 수 있고, 탄소량이 0.6% 정도를 넘게 되면 담금질 경도는 거의 일정하게 된다. 경도가 일정하게 되면 내마모성은 탄소량이 많을수록 향상된다. 이런 성분은 탄소공구강, 특수강인 합금공구강, 다이스강의 순서로 첨가량이 많아지게 된다.
③ 조직의 영향
강재는 담금질을 실시하면 철(Fe)과 탄소(C)를 결합해서 마르텐사이트 조직으로 변화한다. 이 마르텐사이트가 내마모성에 유효한 것이다. 하지만 고탄소강이나 고합금공구강 등에서는 담금질, 템퍼링시 모두 마르텐사이트로 변화하는 것은 아니며 20~30% 정도가 잔류 오스테나이트가 된다.
이 잔류 오슽테나이트는 마모에는 좋지 않은 것으로 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 바꾸는 열처리방법으로 서브제로(SubZero, 심냉처리)처리가 있다.
서브제로 처리는 강재를 -60~-80ºC 정도까지 냉각하는 것으로 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 변화시키는 것이다.
2.내충격성
프레스 금형에 사용되는 펀치나 다이(공구)같은 것에는 가공력이 발생하게 된다. 이 가공력은 충격에 가까운 것이다.
① 인성
공구는 그 형상을 언제까지나 유지해서 대량생산이 가능한 것이 바람직하다고 할 수 있다. 이것은 "공구가 쉽게 마모하지 않고 최초 제작된 초기의 형상을 오랜 기간 유지하는 것"이 요구된다. 마모는 공구의 경도가 큰 역할을 담당하게 되는데 재료의 성질을 생가하면 경(단단함) : 마모되기 어려운 성질과 취성 : 힘이 가해지면 변형하지 않고 쉽게 깨져버리는 것 같은 것이다.
연성은 부드럽다는 의미로 공구로서는 바람직하지 않은 성질이다. 그리고 힘에 대한 변형이나 파손되기 어려운 성질이 있는데 이것을 바로 참을 인...."인성"이라고 부른다.
일본공업규격에서는 인성을 "끈기있고 강해서 충격파괴를 일으키기 어려운가 어떤가의 정도"로 설명하고 있다.
② 담금질, 템퍼링
재료는 연하게 하면 끈기있게 되는 반면, 조질(담금질, 템퍼링))처리를 실시하면 아무것도 하지 않은 재료에 비해 경하게 되어 충격에 강한 상태가 되낟. 조질이란 담금질 후에 비교적 높은 온도인 400ºC 이상에서 템퍼링을 실시하는 열처리 조작을 말한다. 일반적인 템퍼링(200ºC 전후)과의 온도 차이에 주의하고 템퍼링시 드임취성이라 불리는 현상이 있는데 뜨임처리를 하는 것으로 충격에 대한 강도가 현저히 저하되는 것을 의미한다. 뜨임취성은 300ºC 정도에서 나타나는 "저온 뜨임 취성", 500ºC 정도에서 나타나는 "일차 뜨임 취성" 및 더욱 높은 온도에서 "2차 뜨임 취성"이 나타난다.
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