갤링
Galling |
갈기는 미끄럼 표면 간의 접착으로 인해 발생하는 마모의 한 형태입니다.물질이 갈증을 일으키면 접촉 표면과 함께 잡아당겨집니다. 특히 표면을 함께 압축하는 많은 힘이 있는 경우에는 더욱 그렇습니다.갈기는 표면 간의 마찰과 접착의 조합에 의해 발생하며, 표면 아래의 결정 구조가 미끄러져 찢어집니다.이로 인해 일반적으로 일부 재료가 인접 표면에 고착되거나 마찰 용접된 상태로 남아 있는 반면, 갭 소재는 표면에 볼록하거나 찢어진 재료 덩어리로 인해 홈이 뚫린 것처럼 보일 수 있습니다.
갈기는 서로 미끄러져 접촉하는 금속 표면에서 가장 흔하게 발견됩니다.표면 간 윤활이 불충분한 경우 특히 일반적입니다.그러나 특정 금속은 결정의 원자 구조 때문에 일반적으로 갈이 잘 생긴다.예를 들어 알루미늄은 매우 쉽게 갈리는 금속인 반면, 아닐(연화)강은 갈에 대한 내성이 약간 더 높습니다.완전히 경화된 강철은 갈기에 매우 강하다.
갈고리는 대부분의 경우 다른 금속과 접촉할 때 금속이 미끄러지는 일반적인 문제입니다.이것은 금속이 같은지 다른지에 관계없이 발생할 수 있습니다.황동 및 청동과 같은 합금은 종종 베어링, 부싱 및 기타 슬라이딩 용도로 선택되는데, 이러한 합금의 내마모성 및 기타 형태의 기계적 마모성 때문입니다.
소개
갤링은 금속 표면 간에 횡단 운동(슬라이딩) 중에 물질이 미세하게 전달되어 발생하는 접착 마모입니다.금속 표면이 접촉할 때마다 특히 윤활 상태가 좋지 않을 때 서로 미끄러져 자주 발생합니다.고부하, 저속 어플리케이션에서 자주 발생하지만 부하가 매우 적은 고속 어플리케이션에서도 발생합니다.갈기는 판금 성형, 엔진 베어링 및 피스톤, 유압 실린더, 공기 모터 및 기타 많은 산업 작업에서 흔히 볼 수 있는 문제입니다.갈기는 한 표면에서 접착제로 당겨지고(기계적으로 틈이 벌어짐) 다른 표면에서 돌출된 덩어리(갤)의 형태로 밀착되어 있기 때문에 가시적인 물질 전달을 수반한다는 점에서 구멍 뚫기 또는 긁힘과는 다릅니다.다른 형태의 마모와 달리, 갈증은 보통 점진적인 과정이 아니지만, 솟아오른 덩어리가 더 갈증을 유발하기 때문에 빠르게 일어나고 빠르게 퍼집니다.나사나 볼트로 인해 나사산이 고착되어 고정 장치나 구멍에서 분리되는 경우가 많습니다.극단적인 경우 나사산이 벗겨지지 않고 볼트가 고착되어 고정 장치 또는 공구를 돌려 고정 장치가 파손될 수 있습니다.경화강의 나사형 인서트는 알루미늄이나 스테인리스강과 같이 쉽게 [1]갈리는 금속에 자주 사용됩니다.
갈기는 대부분의 금속에 공통적인 두 가지 특성, 즉 금속 결합 흡인력을 통한 응집력과 가소성(파괴 없이 변형할 수 있는 능력)을 필요로 합니다.소재의 담즙의 경향은 소재의 연성에 의해 영향을 받습니다.일반적으로 경화된 재료는 갈증에 더 강한 반면, 같은 유형의 부드러운 재료는 더 쉽게 갈증을 일으킨다.면중심입방체(FCC) 격자로 배열된 결정이 보통 체중심입방체(BCC)보다 더 큰 정도로 물질 전달을 허용하기 때문에 물질의 담즙에 대한 경향은 원자의 특정한 배열에 의해서도 영향을 받는다.이는 면 중심의 입방체가 결정 격자에서 전위를 발생시키는 경향이 더 높기 때문입니다. 결정 격자는 금속을 더 쉽게 이동시키거나 "크로스 슬립"하는 결점입니다.단, 금속에 많은 스태킹 단층(원자 평면 간의 스태킹 시퀀스의 차이)이 있는 경우 전위 시 크로스슬립 가능성이 낮아집니다.따라서 재료의 내마모성은 일반적으로 적층 단층 에너지에 의해 결정됩니다.알루미늄이나 티타늄과 같이 스태킹 폴트 에너지가 높은 재료는 구리, 청동 또는 금과 같이 스태킹 폴트 에너지가 낮은 재료보다 갤링에 훨씬 취약합니다.반대로 코발트계 합금과 같이 육각형 밀착(HCP) 구조의 재료와 높은 c/a 비율을 가진 재료는 [2]갤링에 매우 강하다.
갤링은 처음에는 개별 입자로부터의 물질 이동과 함께 미시적 규모로 발생하며, 인접한 표면에 고착되거나 확산 용접되기도 합니다.한쪽 또는 양쪽 금속이 알루미늄 또는 스테인리스강에서 발견되는 것과 같이 마찰 계수가 높은 얇은 경질 산화물 층을 형성할 경우 이러한 전달이 향상될 수 있습니다.덩어리가 커지면 인접한 물질을 밀어내고 밀어내기 시작하여 마찰 열 에너지의 대부분을 매우 작은 면적에 집중시킵니다.그 결과 접착력이 향상되고 재료가 축적됩니다.국부적인 열은 덩어리가 표면을 뚫고 다량의 물질을 파쇄하기 시작할 때까지 금속을 변형시켜 가소성을 증가시킵니다.갈증을 방지하는 방법으로는 그리스 및 오일 등의 윤활제, 저마찰 코팅 및 몰리브덴 이황화물 또는 질화티타늄 등의 박막 퇴적물을 사용하고 케이스 경화 및 유도 경화 등의 공정을 사용하여 금속의 표면 경도를 높이는 방법이 있습니다.
메커니즘
 | 이 섹션은 어떠한 출처도 인용하지 않습니다.(2013년 11월 (이 및 ) |
공학 및 기타 기술 측면에서는 galling이라는 용어가 널리 사용되고 있습니다.재료들 사이의 접촉 구역에서의 가속도의 영향은 수학적으로 설명되었고 갈링 현상의 경험적 관찰 동안 선로에서 발견된 표시된 마찰 메커니즘과 관련이 있다.이전의 양립할 수 없는 정의와 테스트 방법의 문제로 인해, 관련된 마찰 메커니즘을 더 잘 이해하고 조정된 더 나은 측정 수단은 더 일반적인 사용을 가능하게 하기 위해 갤링이라는 용어를 표준화하거나 재정의하려고 시도했다.ASTM International은 ASTM G40 표준에서 갈링 현상의 기술적 측면에 대한 공통 정의를 공식화 및 확립했다. "갤링은 슬라이딩 고체 사이에서 발생하는 표면 손상의 한 형태로, 일반적으로 미세하게 국소화되고, 거친 돌기(예: 원래 [3]표면 위에 덩어리)가 생기는 것으로 구분된다."
두 개의 금속 표면이 서로 눌렸을 때, 초기 상호작용과 접합점은 각 표면에서 발견되는 아스퍼리티 또는 고점입니다.수렴되는 접촉과 상대적인 움직임이 있는 경우, 요철은 반대쪽 표면을 관통할 수 있다.표면 사이의 접촉은 마찰 또는 소성 변형을 일으키고 접촉 영역이라고 불리는 작은 영역에서 압력과 에너지를 유도합니다.
압력의 상승은 변형 영역 내의 에너지 밀도와 열 수준을 증가시킵니다.이로 인해 재료 이동, 쓸개 쌓기, 덩어리 성장 및 원래 표면 위의 돌기 생성을 시작하는 표면 간의 접착력이 향상됩니다.
혹(또는 한 면에 전달된 물질의 돌출부)이 수 마이크로미터 높이로 커지면 반대쪽 표면 산화층을 관통하여 기초 재료에 손상을 줄 수 있습니다.벌크 재료의 손상은 덩어리를 둘러싼 변형된 부피에서 발견되는 플라스틱 흐름의 전제 조건입니다.덩어리의 지오메트리와 속도는 덩어리를 중심으로 흐르는 물질을 어떻게 운반, 가속 및 감속할지를 정의합니다.이 재료 흐름은 접점 압력, 에너지 밀도 및 슬라이딩 시 발생하는 온도를 정의할 때 매우 중요합니다.따라서 흐르는 물질의 가속과 감속을 설명하는 수학적 함수는 기하학적 구속조건에 의해 정의되며, 덩어리의 표면 윤곽에 의해 추론되거나 주어진다.
덩어리의 기하학적 구속조건과 같은 올바른 조건이 충족될 경우 에너지가 축적되면 재료 접촉 및 플라스틱 거동에 분명한 변화가 발생할 수 있습니다. 이는 일반적으로 접착력과 추가 이동에 필요한 마찰력을 증가시킵니다.
슬라이딩 마찰에서 압축응력의 증가는 접촉 영역 내의 위치 에너지 및 온도 상승에 비례한다.슬라이딩 중에 에너지가 축적되는 이유는 표면 경계의 작은 표면적 때문에 접촉 구역에서 떨어진 에너지 손실의 감소일 수 있으며, 따라서 열 전도율이 낮을 수 있다.또 다른 이유는 가속과 압력의 산물인 금속에 지속적으로 강제되는 에너지이다.이러한 메커니즘은 협업을 통해 슬라이딩 중 접촉 영역의 에너지 밀도 및 온도를 증가시키는 지속적인 에너지 축적을 가능하게 합니다.
프로세스 및 접점은 냉간 용접 또는 마찰 용접과 비교할 수 있습니다. 냉간 용접은 실제로 냉간 용접이 아니며, 접점 영역의 가해지는 압력 및 소성 변형으로 인한 온도 및 에너지 밀도가 증가하기 때문입니다.
발생률과 장소
직접 접촉과 상대 운동이 발생한 금속 표면 사이에서 갈이 종종 발견됩니다.판금 성형, 나사 제조 및 기타 산업 작업에는 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄 및 기타 금속으로 만들어진 가동 부품 또는 접촉 표면이 포함될 수 있으며, 수동화를 통해 외부 산화층이 자연적으로 발달하면 부식 저항성이 증가하지만 특히 [4]갈에 취약해진다.
절삭(주로 선회 및 밀링)을 수반하는 금속 가공에서는 연질 금속을 절삭할 때 발생하는 마모 현상을 설명하기 위해 갈이 종종 사용됩니다.작업 자재가 커터로 옮겨져 "엉덩이"가 생깁니다.발달된 덩어리는 두 표면 사이의 접촉 거동을 변화시켜 접착력, 추가 절단에 대한 저항성을 증가시키고, 생성된 진동으로 인해 뚜렷한 소리로 들릴 수 있습니다.
갈기는 알루미늄 화합물에서 자주 발생하며 공구 파손의 일반적인 원인입니다.알루미늄은 연성 금속으로 비교적 쉽게 소성 흐름을 수행할 수 있으며, 이는 비교적 일관되고 큰 소성 구역을 전제로 합니다.
마찰 가열은 관통하는 물체 주변의 플라스틱 구역 구조와 밀접하게 연관되어 있기 때문에 높은 연성과 유동 재료는 과도한 재료 이동 및 갈에 대한 일반적인 전제 조건으로 간주될 수 있다.
갤링은 상대적으로 낮은 부하와 속도에서도 발생할 수 있습니다. 왜냐하면 갤링은 종종 물질 전달의 증가와 높은 마찰로 이어지는 위상 전이를 유발하는 시스템의 실제 에너지 밀도이기 때문입니다.
예방
| 이 섹션은 어떠한 출처도 인용하지 않습니다.(2013년 11월 (이 및 ) |
일반적으로 접착제 마모 또는 갈기에 영향을 미치는 두 가지 주요 마찰 시스템이 있습니다. 즉, 단단한 표면 접촉과 윤활 접촉입니다.예방의 측면에서, 그들은 다른 방식으로 작용하며 재료에 사용되는 표면 구조, 합금 및 결정 매트릭스에 대해 서로 다른 요구를 설정합니다.
고체 표면 접촉 또는 미경화 조건에서 초기 접촉은 아스퍼리티 간의 상호작용과 두 가지 다른 종류의 흡인력의 발현으로 특징지어진다. 응집성 표면 에너지 또는 분자는 특히 측정 가능한 거리에 의해 두 표면을 연결하고 접착한다.직접 접촉 및 소성 변형은 유도 에너지, 압력 및 온도가 응집성 표면 에너지보다 훨씬 큰 규모로 표면 간 결합을 가능하게 하는 유동 물질로 구성된 플라스틱 구역을 구성함으로써 또 다른 유형의 흡인력을 생성합니다.
금속 화합물 및 판금 성형에서 아스퍼리티는 보통 산화물이며, 소성 변형은 대부분 매우 작은 소성 구역을 전제로 하는 메짐성 파괴로 구성됩니다.파괴 메커니즘의 불연속성 때문에 에너지 및 온도 축적이 낮습니다.그러나 초기 거칠기/ 거칠기 접촉 시 아스퍼리티의 마모 잔해 또는 조각이 반대쪽 표면에 부착되어 현미경(일반적으로 국부적), 거칠어짐 및 원래 표면 위에 돌기(사실상 덩어리)를 생성한다.이전된 마모 이물질과 덩어리는 반대쪽 산화물 표면층을 관통하여 기초 벌크 재료에 손상을 입히면서 앞으로 나아가게 합니다.이를 통해 지속적인 소성 변형, 소성 흐름 및 에너지 및 온도 축적이 가능합니다.접착제 재료의 이동은 다음과 같은 방법으로 방지됩니다.
- 콜스터라이징과 같은 저온 침탄 처리로 표면 경도를 최대 1200 HV0.05까지 높여 오스테나이트계 스테인리스강의 갈증을 제거할 수 있습니다(기재 및 표면 조건에 [5]따라 다름).
- 표면 원자 또는 분자 사이의 응집력 또는 화학적 흡인력이 감소합니다.
- 예를 들어 SMF(Sheet-Metal Forming)에서 대상 재료의 두꺼운 산화물 층을 통해 연속적인 플라스틱 변형 및 플라스틱 흐름을 방지합니다.
- SMF 작업공구에 퇴적된 화학증착(CVD)이나 물리증착(PVD), 질화티타늄(TiN) 등 코팅이나 다이아몬드 형태의 탄소 코팅은 대상물질의 보호산화물층이 파괴되어 마찰접촉이 구별되는 고에너지 마찰접촉에서도 화학반응도가 낮다.지속적인 소성 변형과 소성 흐름에 의해 형성됩니다.
윤활 접촉은 관련된 재료의 표면 구조에 다른 요구를 가하며, 주된 문제는 보호 윤활 두께를 유지하고 소성 변형을 방지하는 것입니다.이는 소성 변형이 오일 또는 윤활유의 온도를 높이고 점도를 변화시키기 때문에 중요합니다.원래 표면 위에 재료를 옮기거나 돌출부를 만들면 보호 윤활 두께를 유지할 수 있는 능력이 저하됩니다.적절한 보호 윤활 두께는 다음을 통해 보조 또는 유지할 수 있습니다.
- 표면 공동 또는 작은 구멍은 오일이 접촉 영역에 보호 윤활 두께를 유지하는 데 유리한 기하학적 상황을 만들 수 있습니다.
- 표면의 응집력은 표면과 윤활유 사이의 화학적 흡인력을 증가시키고 윤활 두께를 향상시킬 수 있습니다.
- 오일 첨가제는 갈기 또는 접착 마모를 줄일 수 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
- 트라이볼로지 – 상대 운동으로 상호작용하는 표면의 과학 및 공학
- 레올로지 – 주로 유체 상태의 물질 흐름에 대한 연구
- 표면 엔지니어링 – 고체 표면의 특성 변경
- 디스크 트리뷰미터에 핀
레퍼런스
- ^ 제임스 A의 기계적 체결 접합 조립체.스펙 -- Marcell Dekker 1997 128 페이지
- ^ J. R. Davis의 부식 및 내마모성을 위한 표면공학 - ASM International 2001 76페이지
- ^ ASTM 표준 G40 (2006)
- ^ "Stainless Steel Galling / Locking Up / Freezing Up". Estainlesssteel.com. Retrieved 2013-11-04.
- ^ Gümpel P.에 의한 스테인리스강 표면경화 - 독일 Konstanz 응용과학대학 AIJSTME (2012) 5 (1) : 11-18 (PDF)