재료시험 중 소홀히 공부하기 쉬운 마모시험 문제가 2020년 120회 금속재료기술사에 등장하였다.
마모시험에 대한 서브노트가 개요, 종류, 특성 등으로만 잘 정리되어 있었다면 어렵지 않게 답안을 작성할 수 있었을 것으로 생각된다.
기출문제
마모시험 개요
마모 또는 마멸은 2개 이상의 물체가 서로 접촉하면서 상대 운동을 할 때 그 접촉면이 마찰에 의하여 감소되는 현상을 말하고, 마모를 시험하는 시험기를 마모시험기라고 한다.
열의 전도, 전기저항 등의 물리적 성질 및 인장강도와 경도 등의 기계적 성질 등은 시험기가 달라도 같은 재질에 대하여 대체로 같은 경향을 보인다. 그러나 마모시험에서는 그 시험기구가 복잡하므로 시험 조건에 큰 영향을 준다.
분위기도 또한 마모에 영향을 미친다. 진공중에는 마모는 대단히 적으나 공기중에서는 산소, 질소, 수증기 등의 영향으로 산화물, 질화물, 수소화물 등을 만드는 화학적인 변화가 일어나기 때문에 마모량은 증가한다.
마모에 의한 기계 부품의 표면손실은 기계의 수명을 좌우하는 가장 중요한 인자가 되므로 재료의 마모시험으로부터 얻은 결과는 내마모성 향상을 위한 신재료 및 윤활유의 개발과 마찰이 수반되는 기계부품의 설계 및 표면경화처리 기술의 향상에 기여할 수 있는 좋은 자료가 된다.
마모의 종류
마모의 종류는 발생 마모기구에 따라 응착마모(adhesive wear), 연삭마모(abrasive wear), 표면피로마모(surface-fatigue), 부식마모(corrosion wear)로 분류할 수 있다.
마모시험에는 1. 회전하는 원판 또는 원통에 시험편을 접촉시키는 방법 2. 왕복운동하는 평면에 시험편을 접촉시키는 방법 3. 같은 지름의 원주형 시험편을 끝면에서 접촉시키면서 회전시키는 방법
시험편의 치수 또는 중량의 감소에서 마모량을 결정한다.
슬라이딩 마모 시험기의 각종 형식 : 한국산업인력공단
응착마모(adhesive wear)
표면의 미세돌기들이 고압을 받아 변형하고, 청정표면이 나타나 양 물체간에 확산, 압접이 일어나 응착(cold-welding)하고, 다음 순간 당겨짐에 의하여 끊어지는 과정을 통해 상대운동을 하는 접촉면에서 표면입자가 다른 표면으로 응착하는 과정 또는 이의 반복과정에 의해 표면입자의 이탈이 일어나는 현상을 말한다.
접촉부위의 용융상태에서 분리되어 물질이동이 생기는 경우는 용융마모라 하여 응착마모와 구분하여 설명한다. 이러한 응착마모는 기계장치에서 가장 빈번히 발생하지만 효과적인 윤활방법을 통하여 줄일 수 있다.
연삭마모(abrasive wear)
상대적으로 경한 입자나 미세돌기와의 접촉에 의해 표면으로부터 마모입자가 이탈되는 현상으로 마모면에 긁힘자국이나 끝이 파인 홈들이 나타나게 된다.
일반적으로 경도가 높은 재료가 연삭마모에 대한 저항성이 오히려 낮아지는 경우가 있기 때문에 연삭마모라는 것이 종래의 절삭개념으로만 설명하는 것이 어렵다는 것을 나타낸다. 이는 금속재료의 연삭마모의 특성이 기계적강도 (주로 경도)에 의존하는 연삭입자의 침입량과 재료의 연성에 의해 결정되는 Groove로부터 마모입자로 제거되는 양에 크게 의존하기 때문이다. 이러한 연삭마모는 상대면간의 경도조절 및 윤활방법을 통하여 줄일 수 있다.
피로마모(fatigue wear)
상대운동을 하는 표면에 반복하중이 가해지면 마찰 표면층에서 피로파괴가 일어나 그 결과 마모입자가 발생된다는 것이 피로마모의 기본 개념이다. 주로 기어나 베어링 등에서 많이 발생하며 피로마모를 줄이기 위해서는 적당한 재료의 선택 및 최대응력을 줄이는 설계가 필요하다.
또한 피로마모와 비슷한 개념으로 판상박리마모(delamination wear)가 있는데 이는 미끄럼 운동을 하는 두 면에서 반복되는 응력에 의해 부표면(sub-surface)에서 균열의 발생 및 균열의 전파를 통해 판상(laminar, plate type)의 마모입자가 발생되는 현상이다.
부식마모(corrosion wear)
두 물체의 상대운동이 가스나 액체 등의 부식성 분위기하에서 일어날 때 표면에서는 전기 화학반응이 일어나 부식생성물들이 한쪽 또는 양쪽 표면에 생기게 되며 이러한 부식생성물들은 대래 표면과의 접착력이 좋지 않아 계속되는 상대운동에 의해 쉽게 제거되는 일련의 과정이 부식마모이다.
그러므로 부식마모에 있어서는 부식작용과 상대운동이 모두 마모과정에 작용하므로 매우 종류가 많고 발생원인이 복잡하다. 부식이 마모의 주된 요인으로 작용하는 경우에는 여러가지의 마모기구들이 복잡하게 관여하지만 주로 환경과의 화학작용 또는 전기화학반응이 지배적인 마모과정이 된다. 한편 산화가 발생되는 경우에 부식에 의해 형성된 산화피막이 모재와의 접착력이 좋을 때에는 금속돌기들의 응착을 방해하므로 마모를 방지하는 효과를 낼 수도 있다.
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