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기어에 자주 사용되는 재질은 다음과 같다.
① 주강의 성질과 특징
강(steel)으로 주조한 주물을 주강이라 한다. 주강은 모양이 크거나 복잡하여 단조가공이 곤란하거나 대형인 기어에
자주 사용된다. 주강은 탄소를 0.4-0.5% 이사 함유하는 경우가 대부분이다.
주강은 주조한 상태로는 거칠고 재질이 균일하지 않은 상태이므로 주조 후 완전 풀림을 실시하여 조직을 미세화 시키고
주조응력을 제거해야 한다. 이러한 단점 때문에, 과거에는 주강 기어가 많이 제작되었으나, 요즈음에는 특수한 몇몇
경우와 대형 기어를 제외하고는 거의 사용되지 않고 있다.
② 주강의 종류
주강의 종류에는 탄소 주강 뿐 아니라 합금 주강, 스테인레스 주강 등이 있으나 기어에는 주로 탄소 주강이 사용된다.
탄소 주강에는 SC 360, SC 410, SC 450과 SC480이 있다. 그 기계적 성질과 표준조성은 다음 표와 같다.
<표1>탄소주강의 기계적 성질 [KS D 4101-1995]
| 종류 |
종별 |
인장시험 |
휨시험 |
인장강도
N/mm2
(kgf/mm2) |
항복점
N/mm2
(kgf/mm2) |
연신율
(%) |
단면수축률
(%) |
적용 |
| 1종 |
SC 360 |
>360
(>37) |
>175
(>18) |
>23 |
>35 |
일반 구조용, 전동기 부품용 |
| 2종 |
SC 410 |
>410
(>42) |
>205
(>21) |
>21 |
>35 |
일반 구조용, 전동기 부품용 |
| 3종 |
SC 450 |
>450
(>46) |
>225
(>23) |
>19 |
>30 |
일반 구조용, 전동기 부품용 |
| 4종 |
SC 480 |
>480
(>37) |
>245
(>25) |
>17 |
>25 |
일반 구조용, 전동기 부품용 |
| 주) 표의 기계적 성질은 풀림이나 노멀라이징 또는 노멀라이징 후 뜨임을 한 것의 수치임. |
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<표2>탄소주강의 기계적 성질 [KS D 4101-1995]
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종류 |
탄소(C) |
P |
S |
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SC 360 |
0.20 이하 |
0.040 이하 |
0.040 이상 |
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SC 410 |
0.30 이하 |
0.040 이하 |
0.040 이상 |
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SC 450 |
0.35 이하 |
0.040 이하 |
0.040 이상 |
|
SC 480 |
0.40 이하 |
0.040 이하 |
0.040 이상 |
① 기계구조용 탄소강의 성질과 특징
기계구조용 탄소강은 기계부품용 재료로 가장 많이 사용된다. 그러나 기계구조용 탄소강은 열처리 부분의 치수에
따라 그 기계적 성질이 현저하게 달라지는 점에 주의해야 한다.
기계구조용 탄소강 중에서 저탄소강(탄소함유량 0.1 - 0.25 %)은 볼트나 너트, 핀 재료로 사용되며, 기어에는
고탄소강을 사용한다.
고탄소강은 열처리에 의해 기계적 성질을 개선할 수 있기 때문에 담금질과 뜨임 열처리를 사용하는 경우가 많다.
② 기계구조용 탄소강의 종류
기계구조용 탄소강은 탄소함유량에 따라 다음과 같이 분류된다.
<표1>탄소함유량에 따른 탄소강의 분류 [KS D 4101-1995]
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종별 |
C(%) |
인장강도
(kgf/mm2) |
연신율(%) |
용도 |
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극연강 |
<0.12 |
<38 |
25 |
강판, 강선, 못, 강관, 리벳 |
|
연강 |
0.13-0.20 |
38-44 |
22 |
강판, 강봉, 강관, 볼트, 리벳 |
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반연강 |
0.20-0.30 |
44-45 |
20-18 |
기어, 레버, 강판, 볼트, 너트, 강관 |
|
반경강 |
0.30-0.40 |
50-55 |
18-14 |
강판, 차축 |
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경강 |
0.40-0.50 |
55-60 |
14-10 |
차축, 기어, 캠, 레일 |
① 기계구조용 합금강의 성질과 특징
탄소강에 특정 원소를 1-2종 적당량 합금하면 본래의 성질이 뚜렷하게 향상 개선되는 이외에도
여러 가지 성능을 얻을 수 있다.
즉 합금강은 탄소강에 비해 다음과 같은 점을 개선할 수 있다.
a) 기계적 성질 개선
b) 내식, 내마멸성 증대
c) 고온에서 기계적 성질 저하 방지
d) 담금질성의 향상
e) 단접과 용접성 향상
f) 전,자기적 성질 변화
g) 결정 입자 성장 방지 등.
② 기계구조용 합금강의 종류
합금강은 특성에 따라 기계구조용 합금강, 공구용 합금강, 내식, 내열용 합금강으로 분류한다.
그 중에서 기어의 재료로는 기계구조용 합금강이 사용된다.
기계구조용 합금강은 다시 강인강과 표면 경화용 강으로 분류할 수 있다.
강인강에는 합금된 재료에 따라 Cr강 (SCr415, SCr420, SCr430 등)과 Ni-Cr강 (SNC236 - SNC836),
Ni-Cr-Mo강 (SCCM240-SCCM630), Cr-Mo강, Mn강, 보론강 등으로 구분된다.
표면 경화용강은 침탄용강(침탄용 탄소강과 침탄용 합금강), 질화용강과 고주파 경화용강으로 구분된다.
비철 금속 재료는 주로 웜기어의 웜 휠(worm wheel)에 사용된다. 그 대표적 종류는 다음과 같다
① 인청동
청동을 용해하여 주조할 때 탈산제로 사용하는 인(P)의 첨가량을 많게 하여 합금 중에 0.05-0.5% 인을 남게 하면
합금의 경도와 강도가 증가하고 내마멸성과 탄성이 개선된다. 이러한 목적으로 청동에 1% 이하의 인을 첨가하
만든 합금을 인청동이라 부른다.
다음 그래프는 인천동의 기계적 성질을 보여준다.
인청동은 주조 방법에 따라 다시 분류된다
② 알루미늄청동
청동에 알루미늄을 첨가한 합금이다. 황동이나 청동에 비해 기계적 성질과 내식성, 내열성, 내마멸 등이 우수하다.
주로 화학 공업 기계나 선박이나 항공기나 차량 등의 주요 부품으로 쓰인다.
③ 황동
황동은 아연 함유량의 변화에 따라 인장 강도와 연신율과 경도와 같은 기계적 성질이 변화한다.
인장 강도는 아연 함유량이 증가할수록 증대된다.
④ 고력 황동
황동에 속하는 동합금으로 일명 Mn 청동(manganese bronze)라 불리기도 한다.
고력황동은 Cu-Zn 계열 합금 중 강도가 가장 큰 황동에 1-3% Mn을 합금한 것이나 현재에는 그 이외에도 Al, Fe, Ni, Sn 등 원소를 첨가한다. 높은 강도와 내식성이 요구되는 부품 재료로 사용된다. |