Wear & Erosion · 2020. 5. 14. · Wear & Erosion , [email protected] 2/48 본 자료는 R&B Inc.의 자료로 무단 복사 및 도용을 금합니다. 목 차 Preface 3 ASTM

R&B Technical Note

TN 14 rev. 2

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R&B Inc. MTS BUSINESS PARTNER Copy Right, R&B Inc Design and specification can be changed for quality improvement RB308_REV1 Printed 05/2020

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본 자료는 R&B Inc.의 자료로 무단 복사 및 도용을 금합니다.

목 차 Preface 3

ASTM Standard for Wear & Erosion 4

I. Introduction 5

II. 시험방법 10

II-I Wear Test 10

Pin on Disk 10

Ball on Disk 10

Thrust Washer 10

Four Ball 11

Ball on Flat 11

Reciprocating 12

Ring on Block 12

Rolling Wear 14

Pin & V-block Test 15

II-II Erosion Test 16

Solid Particle Erosion 16

Cavitation Erosion 18

Slurry Erosion 19

III. 마모시험에 영향을 미치는 요인 21

IV. 측정변수 및 측정방법 22

V. 마모시험 23

VI. 마모시험 규격 25

VII. ASTM Standards for Lubricity Measurement of Lubricant, Grease, Fuel 26

Epilog 47

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Preface

본 자료는 R&B Inc. 의 지난 20년 경험을 바탕으로 준비한 자료로서

가능한 간단하게 자료를 소개합니다.

TN 14 rev 1과 비교하여 Lubricity 관련 ASTM이 추가되었습니다.

대부분 자료는 Hyperlink 처리하여 필요에 따라 사용할 수 있도록 구성하였습니다.

Hyperlink List

▪ ASTM 정리 본 등 72 File


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ASTM Standards for Wear & Erosion

한글 정리

No. Standard

No. Designation

Wear Mechanism

1 ASTM D2266 Wear Preventive Characteristics of Lubricating Grease 4 ball

2 ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method) 4 ball

3 ASTM D2783 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Four-Ball Method) 4 ball

4 ASTM D4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (Four ball) 4 ball

5 ASTM D4060 Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser Abrasion Wear

6 ASTM G105 Conducting Wet Sand/Rubber Wheel Abrasion Tests Abrasion Wear

7 ASTM G132 Pin Abrasion Testing Abrasion Wear

8 ASTM G65 Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus Abrasion Wear

9 ASTM G75 Slurry Abrasivity (Miller Number) and Slurry Abrasion Response of Materials (SAR Number) Abrasion Wear

10 ASTM D2714 Calibration and Operation of the Falex Block-on-RingFriction and Wear Testing Machine Block on ring

11 ASTM G137 Ranking Resistance of Plastic Materials to Sliding Wear Using a Block-on-Ring Configurating

Block on ring

12 ASTM G77 Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test Block on ring

13 ASTM G134 Erosion of Solid Materials by a Cavitating Liquid Jet Cavitation

14 ASTM G32 Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus Cavitation

15 ASTM G76 Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets Erosion

16 ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method) Fluid Friction

17 ASTM D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method) Fluid Friction

18 ASTM D4170 Fretting Wear Protection by Lubricating Grease Fretting Wear

19 ASTM G115 Measuring and Reporting Friction Coefficients Friction Coefficient

20 ASTM G98 Galling Resistance of Materials Galling Wear

21 ASTM D1894 Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic film and sheeting General

22 ASTM G118 Recommended Format of Wear Test Data Suitable for Databases General

23 ASTM G163 Digital Data Acquisition in Wear and Friction Measurements General

24 ASTM G40 Standard Terminology Relating to Wear and Erosion General

25 ASTM D2670 Measuring Wear Properties of Fluid Lubricants (Falex Pin and Vee Block Method) Pin and V block

26 ASTM D3233 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids Pin and V block

27 ASTM G99 Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus Pin-on disc

28 ASTM D5706 Extreme Pressure Properties of Lubricating Greases Reciprocating Wear

29 ASTM D5707 Measuring Friction and wear properties of lubricating grease Reciprocating Wear

30 ASTM G133 Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear Reciprocating Wear

31 ASTM D 3337

Determining Life and Torque of lubricating greases in small ball bearings Rolling Wear

32 ASTM C1624 Adhesion Strength and Mechanical Failure Modes of Ceramic coatings Scratch

33 ASTM D3702 Wear Rate and Coefficient of Friction of Materials in Self-Lubricated Rubbing Contact Thrust washer

Remark: 본 한글 본은 R&B Inc. 내부자료로 공식자료가 아님을 공지합니다.

ASTM 원본은 저작권 위배로 공개가 불가합니다.

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I. Introduction

마모시험은 재료의 내마모성을 평가하는데 필요

▪ 내 마모 특성은 재료의 고유특성이 아니라 상대재료의 종류나 시험조건에 따라서

크게 바뀌는 상대적 특성

▪ 마모시험은 시험방법, 시험조건, 상대재료, 시편의 모양 등을 밝혀야만 그 숫자가

의미가 있고 재현성 있는 결과를 얻을 수 있음

▪ 마모시험을 복잡하게 하는 요인은 시험재료와 상대재료 이외에 윤활제의 첨가에

따라 영향을 받음

Tribology

▪ 1966년 영국에서 라틴어의 트라이보스(Tribos: 문지른다)에서

트라이볼로지(Tribology)라는 단어를 제정

▪ 물체의 표면에서 기계적인 운동에 의해 물체가 점차적으로 닳아 부스러져 떨어져

나가는 현상 (독일규격: DIN50320)

▪ 마찰(Friction), 마모(Wear), 윤활(Lubricant) 등을 종합적으로 연구하는 학문

재료 : 표면상태 및

미세조직의 변화

공학 : 물리적 변화량

측정기술

화학 : 윤활제의 특성 및

표면상태

마찰, 마모, 윤활

특성의 측정

재료 : 재료의 물성

표면특성

공학 : 설계, 제조 및

유지, 보수

화학 : 윤활제 및

첨가제의 상태

f : 마찰계수

미세조직 및

표면특성변화

경계면의

얇은막 특성 및

표면현상

f P

U2

U1표면변형

열전도에 의한 열손실

하중 P

대류에 의한

열손실

마모 부스러기윤활제의

상태 및

종류


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Friction

▪ 양면성이 있는 힘으로서 변형과 응착이 같이 작용하여 나타나는 현상

Wear 분류

▪ Siebel의 분류

윤활이 안된 표면에서 미끄럼 마찰에 의한 마모

윤활된 표면에서 미끄럼 마찰에 의한 마모

윤활이 안된 표면에서 구름 마찰에 의한 마모

윤활된 표면에서 구름 마찰에 의한 마모

진동접촉에서의 마모

움직이는 고체분말에 의한 마모(마식, Erosion)

움직이는 액체에 의한 마모(Cavitation)

▪ Burwell의 분류

응착마모 (Adhesive Wear)

연삭마모 (Abrasive Wear)

부식마모 (Corrosive Wear)

표면피로마모 (Surface Fatigue Wear)

▪ Erosion

작용 유체의 유속증가와 함께 금속재료 표면의 보호 피막이 떨어져, 금속재료의

부식속도가 증가하는 현상

용어해설

▪ Tribology

표면간 상대적 움직임에 관련된 기술. 마찰, 윤활, 마모, 그리고 Erosion을 포함

▪ 마모(Wear)

고체표면에 대한 손상으로, 재료의 점진적인 손실에 관련되며, 표면과

접촉물질의 상호작용에 의해 발생

▪ 마찰(Friction)

양면성이 있는 힘으로서 변형과 응착이 같이 작용하여 나타나는 현상


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▪ 윤활(Lubrication)

두 접촉면의 사이에 유체의 막을 만들어 고체 접촉면에 손상을 주지 않고

미끄럼이 잘 일어나도록 함

▪ 마식(Erosion)

고체표면과 유체, 고체-고체 간의 기계적 상호작용으로 고체표면에서의 점차적인

손실

▪ 골링(Galling)

미끄러지는 고체 사이에서 야기되는 표면손실의 발생

▪ Fretting

작은 넓이로 진동하는 움직임, 일반적으로 마찰에서 두 고체표면 사이에서 발생

▪ Cavitation

증기나 가스를 포함한 액체에서 기포의 생성과 충돌현상

ASTM G40 마모 Terminolog한글

윤활 Mechanism

윤활은 두 접촉표면을 기름 등의 얇은 막으로 떼어 놓아 잘 미끄러지게 하는 것

윤활의 양상은 Stribeck 곡선으로서 마찰계수가 윤활조건에 따라 경계윤활, 혼합윤활,

유체윤활로 나뉨

건조마찰 경계유활(Ⅰ) 혼합윤활(Ⅱ) 유체윤활(Ⅲ)

윤활조건

건조표면

표면에 응집력으로 붙어

있는 얇은 기체나 액체 막

부분윤활, (Ⅰ+Ⅱ)의 형태 완전 유체윤활

점도의 영향 없음 없음 부분적 영향 결정적 영향

접촉과정의

특징

돌출부의

유착

돌출부의 역학적 접촉 (Ⅰ+Ⅱ)의 형태 동수압적 또는

정수압적 접촉

마찰계수 0.3

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경계윤활상태에서는 두 물체 표면의 돌출부가 본격적으로 닿기 시작하여 유체의 막

두께가 표면 거칠기 보다 작은 상태

마모가 문제가 되는 경우는 대부분 이 윤활상태에 속한다.

→ 마모시험을 할 때는 시험 목적에 따라서 혹은 모의 시험의 대상이 되는 시스템의

윤활조건에 따라서 주의 깊게 윤활조건 설정

윤활유정도n X 속도v

하중 FN

물체 2

윤활유

물체 1

V

h

FN

h

R

윤활막 두께 :

표면 거칠기 :

>>: h R~~: h R0: h

마찰

계수

, f

경계윤활 혼합윤활 유체윤활

연속체역학

접촉

역학+

계면물리 및 화학

Ⅰ: 경계윤활(boundary lubrication)

Ⅱ: 혼합윤활(Mixed lubrication)

Ⅲ: 유체윤활(Hydrodynamic lubrication

그림 5.1 윤활막 두께와 표면 거칠기의 관계에 따른 마찰계수의 변화(Stribeck 곡선)


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Hertz 압축응력

접촉면 에서의 수직응력을 말하며 두 개의 물체가 접촉하면 아래 그림과 같이

형상에 따라 점 접촉이나 선 접촉을 이루나 하중을 받으면 탄성변형에 의해

접촉면이 생기면서 그 모양은 원이거나 네모꼴 이 된다. 이때 접촉면에서의

응력분포를 처음으로 1896년에 H.Hertz가 수학적으로 해석 하였으며

지금까지 사용하고 있다.

접촉면에서 반지름 a에 따라 분포되는 Hertz 응력 값은 다음의 식으로 주어 진다.

σ = P/2πa2 / P [1- r2 / a2]½

따라서 최대 Hertz 압력은 r=0이 될 때, 즉 원의 중심부에서 나타나며 그 크기는

P/2πa²이다.

두 개의 접촉하고 있는 것이 구가 아니고 원주일 때 Hertz압의 분포는 다음과 같다.

σ = 2P/ πbℓ [1- r2 /b2] ½


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II. 시험방법

II-I Wear Test

▪ Pin on Disk

가장 널리 쓰이는 방법중의 하나

Pin과 Disk 모양의 시편

Pin 또는 Disk 회전

원형 Path 의 Wear scar

하중: 수 g ~ 1,000 kg 정도까지 다양

속도: 3.3 rpm ~ 1500 rpm까지 다양

극 미량 하중에서의 마모특성 – 전기저항 측정으로 산화피막 깨지는 점 감지

반구형 Pin: 마모표면의 반지름 현미경 측정 – 마모부피 계산

원판의 경우 마모궤적 4~6 곳의 표면형상 측정 – 평균 깊이로

마모부피 계산

ASTM G99 Pin-on-disk

ASTM G132 Pin Abrasion testing

▪ Ball on Disk

Pin on disk 시험방법과 동일

Ball은 일정한 조건으로 유지하고,

Disk의 시편에 대한 마찰, 마모 평가

▪ Thrust Washer

회전시편 및 고정된 Steel Washer구조

면 접촉에 의한 마찰, 마모특성 평가

고속, 고 하중에 유리한 시험

ASTM D3702 Thrust Washer

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▪ Four ball

강구를 이용한 윤활유의 내마모성을 평가

규격에 따른 시험종류는 Four ball method, Extreme-pressure properties

measurement로 각종 윤활유 (유압 작동유, 기어오일, 엔진오일 등)의

내마모성과 극압 성능 등을 평가

이 시스템은 Oil bath에 Oil을 충진 시킨 후 일정조건(하중, 온도, RPM,

시간)하에서 4개의 규정된 Ball에 마모를 일으켜 마모의 흔적을 관찰하여 오일의

내마모성을 측정하는데 사용 Oil bath에 Oil을 충진 시킨 후 일정조건 (온도,

RPM) 하에서 4개의 Ball이 융착 되는 하중을 측정하여 오일의 극압 성능을

측정하는데 사용 원하는 하중의 제어를 Servo motor 또는 Air cushion에 의한 정

하중 장치를 부착하여 설정하중을 정확하고 손쉽게 부가

ASTM D 2783, ASTM D 2266, ASTM D 4172, ASTM D 2596 등의 규격에 따라

시험 수행

ASTM D2783 Measurement of Extreme Pressure properties of Lubricating Fluids (4 ball)

ASTM D2266 Wear preventive Characteristic of lubricating grease

ASTM D4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (4 Ball)

ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method)

Refer to 4Ball 시험 총 정리

▪ Ball on Flat

두 개의 시편- 평평한 모양, Ball

왕복운동 모양으로 Sliding 시험

Thin film 내마모성 평가 유리

Wear scar 변화측정 -Stereo zoom scope 사용

ASTM G133 Ball-on flat

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▪ Reciprocating

Ball on flat 형태의 Sliding 마모에 대한 시험

Ceramic, 금속 및 기타 내 마모 재료를 대상

Sliding은 Ball 과 Flat 표면을 반복적으로 앞뒤로

이루어짐

주된 측정값은 Ball과 Flat 시편의 마모 부피이나

마찰계수도 측정

두 개의 시편- 하나는 평평한 모양이고 하나는 Ball이라고 부르는 구형의 끝

부분을 가지는 시편- 을 직선 왕복운동의 모양으로 Sliding 시키는 시험 하중은

수평으로 장착된 Flat 시편에 Ball 시편을 통하여 수직 방향으로 가함

시험조건은 하중, Sliding 거리, Frequency, Oscillation 형태, 온도, 윤활제,

시험기간, 환경조건(습도) 등

시험방법은 운동 방향이 왕복운동이므로 일정속도를 유지할 수는 없다. Ball 과

Flat 시편의 치수 변화는 마모부피나 마모 속도를 계산하는데 사용

마찰력은 시험 중 계속 측정하는데, 접촉조건의 변화를 측정하는데 사용하기도

하고 시간에 따른 운동마찰계수를 계산하는데도 사용

ASTM G133, ASTM D5706, ASTM D5707 등의 규격에 따라 시험을 수행

ASTM G133 Linear Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear

ASTM D5706 Determination Extreme pressure properties of lubricating grease using a high-frequency, linear

oscillation (SRV) test machine

ASTM D5707 Measuring Friction and wear properties of lubricating grease using a high-frequency, linear

oscillation (SRV) test machine

Ring on block or block on ring

미끄럼 마찰에 대한 재료의 저항성을 결정

실험실 수준의 시험은 금속으로 제한되나 재료의 조합은 무한에 가까움

윤활유 또는 액체, 가스 분위기든지 모든 상황을 모사 가능

재료의 마모 시험 결과는 블록과 링 모두 무게 감소로서 보고

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마모 저항성이 높은 재료일수록 부피 감소는 작음

설정된 회전수 및 회전속도에 따라 회전하는 시험 Ring에 대하여 시험블록에

하중 인가

블록의 마모 부피는 블록 마모 폭으로 계산되고, 링 마모 부피는 링의 무게

감소로 측정

블록을 유지하기 위해 요구되는 마찰력은 로드셀을 통해 시험 동안 계속적으로

측정

마찰력은 수직력과 조합하여 마찰 계수로 변환하고 결과를 정리

ASTM G77, ASTM G137, ASTM D2714 등의 규격에 따라 시험을 수행

ASTM G77 Standard Test Method for Ranking Resistance of Materials to Sliding Refer to Wear Using Block-on-

ring Wear Test

ASTM G137 Standard test Method for Ranking resistance of plastic materials to sliding wear Using a Block on

Ring Configuration

ASTM D2714 Standard Test Method for Calibration and Operation of the Falex Block-on-ring Friction and Wear

Testing Machine

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▪ Rolling wear

기본적으로 Ring on block 시험과 동일 하며, 재료의 구름, 미끄러짐 접촉에 의한

마모 현상을 측정

회전속도를 임의의 비로 조절 하여 구름/미끄럼

접촉현상 재현 평가

Dry, Wet, Lubricant등의 다양한 조건하에서 모든

재료의 마찰, 마모특성을 평가

Bearing Life 평가, 톱니바퀴 재료, 윤활제 평가

원판의 직경변화, 중량감소 측정

시편의 크기는 보통 직경이 5~10 cm

시편의 옆면은 선 접촉이 되도록 원판의 회전축과 평행하게 가공되거나

크라운(Crown)가공을 하여 곡면상으로 만들어 점 접촉이 되게 하기도 함

원판의 옆면을 회전축에 평행하게 가공하면 시험조건에 있어서 고 하중을 가할

수 없다는 단점

고하중을 가하면 원판의 가장자리에서부터 시편이 깨져나가기 때문에 고 하중을

가하는 시험에서는 시편의 형상이 곡면 이여야 함

ASTM D3337, ASTM D3704, ISO 7148 등의 규격에 따라 시험을 수행

ASTM D3337 Standard Test method for Determining Life and Torque of lubricating greases in small ball

bearings

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D3337-Determining-Life-and-Torque-of-lubricating-greases-in-small-ball-bearings-마모한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D3337-Determining-Life-and-Torque-of-lubricating-greases-in-small-ball-bearings-마모한글.pdf

Wear & Erosion


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Pin & V-block test

윤활제의 Load-carrying특성의 예비평가

시편을 장착한 Steel journal을 두 개의 Stationary V-

blocks사이에서 290 ± 10 rpm으로 회전시키며 하중은

Ratchet mechanism에 의하여 V- block에 가해짐

Test Method A는 연속적으로 실험

Test Method B는 250-lbf (1112-N) 단위로 증가 후 1분 유지 하며 실험

각 방법 모두 Load-fail value는 Load-carrying 특성으로 사용하며 교정 후 Actual

load 보다는 True load로 기록

실험 시 접촉면적의 증가에 따른 마찰력 증가에 주의

ASTM D2670, ASTM D3233 등의 규격에 따라 시험을 수행

ASTM D2670 Standard Test Method for Measuring Wear Properties of Fluid Lubricants

ASTM D3233 Standard Test Methods for Measurement of Extreme Pressure Properties of Fluid Lubricants

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Wear & Erosion


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II-II Erosion Test

Erosion(마식) 시험은 Slurry 입자가 빠른 속도로 재료에 부딪혀 일어나는 재료의

손실을 측정하여 재료의 마식에 대한 저항성을 측정하는 시험

마찰 마모양상 예

고체/기체 공기저항 유체침식(Fluid erosion) 공기베어링, 비행기동체,

터빈날개

고체/액체 점성저항 침식(Cavitation erosion) 유압기기, 배, 송유관

▪ Solid particle Erosion

고체입자를 포함한 압축가스를 노즐을 이용하여 재료에 분사하여 고체입자의

Erosion에 대한 재료의 손실을 측정

노즐튜브는 적어도 50 mm의 길이에 내경 1.5 mm ±0.075

연마입자는 50㎛ Al2O3 - 연마입자는 한번만 사용

연마입자 속도는 30 ±2 m가되어야 하며, 시편에서 측정

실험시간은 일정구간을 얻기 위하여 10분 정도 실험

Erosion 실험의 표면이 1 mm보다 깊지 않는 한 10분이상의 실험이 허용

노즐 축과 시편 표면의 각도는 90 ±2° 이내

실험온도는 상온 (일반적으로 18℃~28℃)

입자 공급속도는 2.0 ± 0.5 g·min-1

시편표면에서 노즐 끝부분까지의 거리는 10 ±1 mm.

입자속도와 입자유속을 정하고 측정

시편을 장착하기 전에 적절한 속도와 유속환경을 얻기 위해 장비를 조절

시편 전체에 걸쳐 연마하며 가공흔적이 사라진다면 ~#400까지 연마페이퍼 사용

표면 거칠기RMS가 1㎛ 또는 그 이하가 적합

적합한 위치와 방위에 시편을 고정

중량을 측정함으로 총 손실을 계산

10회의 실험이 끝나면 속도 및 Feed rate를 측정, 필요하다면 그 이상 실시


Wear & Erosion


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ASTM G76 규격에 따라 시험을 수행

FIG.1 Schematic Drawing of Solid Particle Erosion Equiment

ASTM G76 Standard Test Method for Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets

Mixing Chamber

Abrasive Reservoir

Gas Supply

Nozzle Tube

Supply Tube

Nozzle Length

Working Distance

Specimen

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Wear & Erosion


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Cavitation Erosion

용액 내에서 고주파로 진동하는 재료 표면의 Cavitation 손상

진동은 용액 내에서 Cavity의 형성 및 충돌로 인해 재료 표면에 Erosion 발생

실험실적으로 발생하는 용액의 Cavitation은 실제 일어나는 것과 다르기는 하나

재료에 손상을 주는 방식은 유사하므로 재료의 Cavitation erosion의 특성을

측정하는데 유효하게 사용

증류수 또는 Deionized water를 사용

용액의 깊이는 최소 100mm 이상, Cooling coil이 내장

편의 표면은 용액 내 12 ±4 mm에 위치하게 설치

시편의 중심은 축 중심으로부터 ±5 mm 이내에 설치

온도는 25±2˚C 유지

용액 위의 증기압은 대기압 보다 6%이내. 만일 압력이 다르다면 그 값을 기술

진폭은 50μm ± 5%이내

특별한 경우 25 μm의 진폭을 사용

표준 조건을 사용하지 않는 경우에는 변화된 모든 조건을 기술

시편 및 시편 준비

직경 15.9 ±0.05 mm

진동 축에 대한 경사 0.025 mm 이내- Dial gage로 측정

측정면의 모따기 r= 0.15 mm이내

시편두께(H): 4~10 mm

시편 표면조도: Rmax 0.8 um

시편의 둥근 측면에 고정용 평평한 면을 절대 가공하지 않는다.

ASTM G32 규격에 따라 시험을 수행


Wear & Erosion


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ASTM G32 Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus

▪ Slurry Erosion

Slurry 입자가 빠른 속도로 재료에 부딪혀 일어나는 재료의 손실을 측정하여

재료의 마식에 대한 저항성을 측정하는 시험

용기에 위치된 Mounting된 블록으로 실험을 시작

첫 번째 실험은 2시간 연속으로 실시

용기로부터 Arm을 들고 뒤로 젖힘

마모 혹은 시편 Block을 제거하고 세정제와 물에서 문지르고, 175℃에서 15분

동안 오븐에서 건조하고 무게를 측정한 뒤 기록

같은 Holder에 블록을 교체하고, 시편인식번호를 표시

적당한 막대를 이용하여 Slurry를 각 용기에 대해 다시 섞어줌

3개의 2-h에 대한 한 쌍의 실험

각 실험에 대하여 마모 Block이나 시편의 총 손실을 기록

총 손실의 계산된 비율은 펌프 부속과 파이프라인의 수명에 대한 측정 값이라

할 수 있음

낡은 Lap 마모의 최종 출현에 대해 기록

Trace-상당히 트랙이 무딤

Light-대부분 Scratch나 찰흔

Moderate- 0.4mm 깊이보다 적은 마모 흔 깊이

Heavy-0.8mm 깊이보다 적은 마모 흔 깊이

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Wear & Erosion


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Severe- 마모 흔 0.8mm 혹은 그 이상

ASTM G73, ASTM G75 ASTM D3451, JIS H8503, ISO 7784 등의 규격에 따라

시험을 수행

ASTM G75 Standard Test Method for Determination of Slurry Abrasivity (Miller Number) and Slurry Abrasion

Response of Materials (SAR Number)

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Wear & Erosion


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III 마모시험에 영향을 미치는 요인

1. 재료특성

재료의 성분, 평균입경(Grain size), 탄성계수, 열전도도, 가공경화 특성, 경도 등

2. 시험방법 및 시편

시편의 모양, 하중, 움직임의 종류, 표면 거칠기, 진동, 왕복 및 회전주기

3. 분위기

온도, 습도, 분위기(불활성 가스, 진공, 산소 분위기), 청정도 등

4. 윤활방법

윤활제의 종류, 윤활유 안정도, 윤활조건 등

마모시험에 영향을 미치는 요인

시험조건

움직임의 종류

온도 T

하중 FN

속도 V

시간 t

시험장치

(1) 물체 1

(3)

(1)

(2)

(4)

(2) 물체 2

(3)윤활제

(4)분위기

측정변수

마찰력 FF

마찰계수 f

소음 진동

온도상승 T+∆T

마모율

접촉조건

접촉조건

표면현상

표명성분

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Wear & Erosion


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IV. 측정변수 및 측정방법

측정변수

하중, 속도, 분위기는 실험하기 전에 결정됨.

측정변수: 기계량, 열량, 물질량

▪ 기계량

마찰력, 마찰계수(Strain gage 또는 Torque cell 로 측정), 진동 및 소음

▪ 열량

온도(열전대로 측정)

▪ 물질량

마모율

▪ 기타

윤활 두께(광학현미경, 정전용량, X-선을 이용)

표면손상(사진, 표면 Profile)

마모량

▪ 직접측정방법

시편의 형상변화: 길이변화, 단면적 변화, 부피변화

시편의 질량변화

마모되어 나간 재료의 부피

▪ 상대적 측정방법

시간에 따른 마모량

거리에 따른 마모량

K=마모계수

K’=Archard’s 마모계수

K=마모부피/(하중〮거리)(마모계수: mm3/N〮m)

K'=(마모부피〮경도)/(하중〮거리) (Archard’s 마모계수)


Wear & Erosion


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V. 마모시험

▪ 마모시험 주의사항

시험시편은 반드시 시작 전에 깨끗이 닦아야 함

경계윤활 시험 때는 유체윤활 조건이 되지 않도록 주의하여야 함

미끄럼 시험에서 접촉면의 반복접촉 때 시간간격이 실제상황과 비슷해야 함

진동은 격리되어야 함

시험시간 동안 시험조건을 바꾸지 말 것

변수의 영향을 연구할 때는 독립적인 시험을 반드시 수행

▪ 표면처리

디스크 시편의 평균 표면 거칠기: 0.8㎛ 이하

시편 표면 처리시 에는 시편의 내부 모재에 손상이 가해지지 않도록 주의

시험 보고서에는 표면처리 방법을 명시

▪ 시편 형태와 크기

핀 시편: 원통형태로 가공하여 사용

볼 시편: Ø 2~10mm

디스크 시편: Ø 30~100mm, 두께: 2~10mm

▪ 시험 변수

- 하중

핀 시편을 통해 디스크 시편 위에 수직으로 가해지는 하중의 크기: 힘의

SI단위 N(뉴턴)으로 표시

하중의 크기는 시험 시편과 마찰, 마멸 특성에 맞게 작업자가 선택

시험 하중 값은 보고서에 명시

일반적인 금속재료에 대한 마찰, 마멸 시험에서는 수십g~수십kg 정도

- 속도

핀과 디스크가 상대 운동하는 지점의 선 속도를 SI단위인 m/s로 표시

- 미끄럼거리

마찰 시험중의 총 미끄럼거리를 SI단위인 m로 표시


Wear & Erosion


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- 온/습도

온도의 경우에는 마찰이 일어나는 지점의 국부 온도를 측정

습도는 마찰이 일어나는 주위의 대기 조건을 측정하여 기록

마모시험 결과 보고

보고서 양식의 규격화-DIN50320

일반적인 보고기록사항

시험장치

접촉현상

운동방법

하중

속도

분위기

마모 부스러기

마모량

마찰계수

재료 종류

윤활제의 종류 및 윤활방법

길들이기 과정에 대한 설명(있는 경우)

이상 현상 (무게 증가 등)

표면가공 형태

시편 준비

표면 거칠기


Wear & Erosion


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VI. 마모시험 규격

No. Standard

No. Designation Wear Mechanism

1 ASTM D2266 Wear Preventive Characteristics of Lubricating Grease 4 ball

2 ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method) 4 ball

3 ASTM D2783 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Four-Ball Method) 4 ball

4 ASTM D4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (Four ball) 4 ball

5 KS M2026 석유제품- 내하중성 시험방법 4 ball

6 ASTM D4060 Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser Abrasion Wear

7 ASTM G105 Conducting Wet Sand/Rubber Wheel Abrasion Tests Abrasion Wear

8 ASTM G132 Pin Abrasion Testing Abrasion Wear

9 ASTM G65 Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus Abrasion Wear

10 ASTM G75 Slurry Abrasivity (Miller Number) and Slurry Abrasion Response of Materials (SAR Number) Abrasion Wear

11 ASTM D2714 Calibration and Operation of the Falex Block-on-RingFriction and Wear Testing Machine Block on ring

12 ASTM G137 Ranking Resistance of Plastic Materials to Sliding Wear Using a Block-on-Ring Configurating

Block on ring

13 ASTM G77 Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test Block on ring

14 ASTM G134 Erosion of Solid Materials by a Cavitating Liquid Jet Cavitation

15 ASTM G32 Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus Cavitation

16 KS D 8335 도금의 내마모성 시험방법 Coating Wear

17 ASTM G76 Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets Erosion

18 ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method) Fluid Friction

19 ASTN D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method) Fluid Friction

20 JASO M348 Friction characteristics test method for automatic transmission fluids Fluid Friction

21 ASTM D4170 Fretting Wear Protection by Lubricating Grease Fretting Wear

22 ASTM G115 Measuring and Reporting Friction Coefficients Friction Coefficient

23 ISO 8295 Plastics-Film and sheeting - Determination of the coefficient of friction Friction Coefficient

24 ASTM G98 Galling Resistance of Materials Galling Wear

25 ASTM D1894 Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic film and sheeting General

26 ASTM G118 Recommended Format of Wear Test Data Suitable for Databases General

27 ASTM G163 Digital Data Acquisition in Wear and Friction Measurements General

28 ASTM G40 Standard Terminology Relating to Wear and Erosion General

29 ASTM D2670 Measuring Wear Properties of Fluid Lubricants (Falex Pin and Vee Block Method) Pin and V block

30 ASTM D3233 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids Pin and V block

31 ASTM G99 Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus Pin-on disc

32 ISO 12156 Diesel fuel – Assessment of lubricity using the high-frequency reciprocating rig(HFRR) Reciprocating

33 ASTM D5706 Extreme Pressure Properties of Lubricating Greases Reciprocating Wear

34 ASTM D5707 Measuring Friction and wear properties of lubricating grease Reciprocating Wear

35 ASTM G133 Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear Reciprocating Wear

36 ASTM D 3337 Determining Life and Torque of lubricating greases in small ball bearings Rolling Wear

37 ASTM C1624 Adhesion Strength and Mechanical Failure Modes of Ceramic coatings Scratch

38 ASTM D3702 Wear Rate and Coefficient of Friction of Materials in Self-Lubricated Rubbing Contact Thrust washer

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Wear & Erosion


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VII. ASTM Standards for Lubricity Measurement of Lubricant, Grease, Fuel

Contents

Introduction

Reference

ASTM Standards

ASTM D2266 - Grease 내 마모특성 - 4 Ball Wear Test

ASTM D2509 - Grease Load-Carrying Capacity Test - Timken Method

ASTM D2596 - Grease EP Test – 4 Ball Wear

ASTM D2625 - Dry Solid Lubricant Film Load Carrying Capacity Test– Pin & Vee

ASTM D2782 - Lubricant EP Test – Timken Method

ASTM D2783 - Lubricant EP Test- 4 Ball Wear

ASTM D2981 - Dry Solid Lubricant Film의 내구성 시험

ASTM D3704 - Lubricant Grease Wear Prevent Test – Block on Ring

ASTM D4172 - Lubricant 4 Ball Wear Test

ASTM D5001 - Fuel Lubricity Test – BOCLE

ASTM D5183 - Lubricant의 Coefficient of Friction Test - 4 Ball Wear

ASTM D6078 - Diesel Fuel Lubricity Test – SLBOCLE

ASTM D6079 - Diesel Fuel Lubricity Test – HFRR

ASTM D6425 - Lubricant의 Extreme Pressure (EP) Test – SRV

ASTM G181 - Cylinder Line와 Piston Ring Friction Test

KS M 2026 - KS 내 하중특성 시험


Wear & Erosion


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Introduction Grease, Fuel, Lubricant 등의 윤활특성을 측정하는 ASTM Standards에 대한 Summary로

대상 재료 및 Wear Mechanism에 따른 적절한 규격 선택의 Guide

참고로 KS 규격도 소개

Reference ASTM Standards- Lubricant Friction Coefficient & Lubricity Measurement

No. Designation Title & Contents

1 ASTM D2266 Wear preventive Characteristic of lubricating grease

Grease 내 마모특성을 4 Ball Wear 시험

2 ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method)

Grease 특성 시험

3 ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method)

Grease 의 EP 시험

4 ASTM D2625 Endurance (Wear) Life and Load-Carrying Capacity of Solid Film Lubricants (Falex Pin and Vee ethod)

Dry Solid Lubricant Film 의 내구성 시험

5 ASTM D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method)

Lubricant EP 시험

6 ASTM D2783 Measurement of Extreme Pressure properties of Lubricating Fluids (4 ball)

Lubricant EP 시험

7 ASTM D2981 Wear Life of Solid Film Lubricants in Oscillating Motion

Dry Solid Lubricant Film 내구성 시험

8 ASTM D3704 Wear Preventive Properties of Lubricating Greases Using the (Falex) Block on Ring Test Machine in Oscillating Motion

Lubricant Grease 내 마모성 시험

9 ASTM D4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (4 Ball)

Lubricant 의 4 Ball 마모 시험

10 ASTM D5001 Measurement of Lubricity of Aviation Turbine Fuels by the Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE)

항공유 Lubricity 측정 시험

11 ASTM D5183 Determination of the Coefficient of Friction of Lubricants Using the Four-Ball Wear Test Machine

4 Ball 마모시험으로 Lubricant 마찰계수 측정 시험

12 ASTM D6078 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the Scuffing Load Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE)

Diesel 유의 Lubricity 측정 시험

13 ASTM D6079 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)

Diesel 유의 Lubricity 측정 시험

14 ASTM D6425 Measuring Friction and Wear Properties of Extreme Pressure (EP) Lubricating Oils Using SRV Test Machine

왕복동 마모시험을 이용한 윤활유 소착시험

15 ASTM G181 Conducting Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner Materials Under Lubricated Conditions

Piston Ring 과 Cylinder 사이 왕복 윤활 특성 측정 시험

16 KS M 2026 석유 제품 – 내 하중성 시험 방법

4 Ball 시험

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2509-Timken-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2509-Timken-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2596-97-EP-FB-lubricating-grease-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2596-97-EP-FB-lubricating-grease-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2020/04/ASTM-D2625-Endurance-Wear-Life-and-Load-Carrying-Capacity-of-Solid-Film-Lubricants-Falex-Pin-and-Vee-Method-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2020/04/ASTM-D2625-Endurance-Wear-Life-and-Load-Carrying-Capacity-of-Solid-Film-Lubricants-Falex-Pin-and-Vee-Method-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2782-Timken-마모-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2782-Timken-마모-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2783-EP-4-ball-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D2981-Wear-Life-of-Solid-Film-Lubricants-in-Oscillating-Motion-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D3704-Wear-Preventive-Properties-of-Lubricating-Greases-Using-the-Falex-Block-on-Ring-Test-Machine-in-Oscillating-Motion-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D3704-Wear-Preventive-Properties-of-Lubricating-Greases-Using-the-Falex-Block-on-Ring-Test-Machine-in-Oscillating-Motion-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D4172-Fluids-4-ball-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5001-Measurement-of-Lubricity-of-Aviation-Turbine-Fuels-by-the-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-BOCLE-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5001-Measurement-of-Lubricity-of-Aviation-Turbine-Fuels-by-the-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-BOCLE-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5183-Determination-of-the-Coefficient-of-Friction-of-Lubricants-Using-the-Four-Ball-Wear-Test-Machine-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5183-Determination-of-the-Coefficient-of-Friction-of-Lubricants-Using-the-Four-Ball-Wear-Test-Machine-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6078-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-Scuffing-Load-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-SLBOCLE-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6078-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-Scuffing-Load-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-SLBOCLE-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6079-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-High-Frequency-Reciprocating-Rig-HFRR-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6079-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-High-Frequency-Reciprocating-Rig-HFRR-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6425-Measuring-Friction-and-Wear-Properties-of-Extreme-Pressure-_EP-Lubricating-Oils-Using-SRV-Test-Machine-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6425-Measuring-Friction-and-Wear-Properties-of-Extreme-Pressure-_EP-Lubricating-Oils-Using-SRV-Test-Machine-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-G181-Conducting-Friction-Tests-of-Piston-Ring-and-Cylinder-Liner-Materials-Under-Lubricated-Conditions-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-G181-Conducting-Friction-Tests-of-Piston-Ring-and-Cylinder-Liner-Materials-Under-Lubricated-Conditions-한글.pdf

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Grease 내 마모특성 - 4 Ball Wear Test

Scope Steel과 Steel의 Sliding 접촉에서 Grease 마모 방지 특성평가

Test Procedure Test Condition

온도 75℃ ± 2℃

속도 1,200 ± 60 RPM

시간 60분 ± 1분

하중 392 ± 2 N (40kgf ± 0.2kgf)

3개의 12.7mm 직경의 Steel ball을 고정하고 표면을 Grease로 Covering

위에 장착되는 12.7mm 직경의 강구를 통하여 392 N 의 힘을 부가

윤활 Grease 온도는 75℃ 유지.

Top ball은 1시간 동안 1,200 RPM으로 회전

Specimen Ball

Cr 합금 12.7mm Dia. Steel ball

ANSI standard steel No E-52000 제조 Grade 25EP (Extra polish) HRC 64~66

Measuring Criteria 윤활유 특성은 3개의 고정된 Ball에 생성되는 Wear scar 평균 크기를 측정하여 상호 비교

세 개의 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 각각 측정

측정은 0.01mm까지 측정

측정 방법에는 Ball의 탈/착 여부에 따라 Option A 및 Option B

Testing Tip 시험조건이 변하면, 상대급수도 달라질 수 있어 Four ball 시험과 현장수행시험과는 무관

EP: Extreme pressure 시험과는 다른 시험 ASTM D2266 Wear preventive characteristic of lubricating grease

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2266-Wear-preventive-Characteristics-of-Lubricating-Grease-Four-ball-한글.pdf

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Grease Load-Carrying Capacity Test - Timken Method

Scope Timken Extreme Pressure Tester를 사용하여 윤활 Grease의 내 하중 용량 결정 시험.

윤활 막이 유지될 때는 부드러운 Wear scar 시편에 형성.

윤활 막이 깨지면 시편에 파손이나 Scoring 형성

철강 시편에 대해 회전 철강 시험 Cup으로 시험.

OK Value - Scoring이나 Seizure 발생이 없는 최대 하중

Score Value - Scoring이나 Seizure가 발생하는 최소 하중

Test Procedure Grease 온도 24°C ± 6°C로 유지.

45 ±9 g/min 속도로 Grease 공급.

Motor 가동 후 15초 후에 회전축의 속도를 800 ±5 RPM 이후 15초 동안 길들이기.

길들이기 후, 133.4 N까지 8.9 ~13.3 N/s 속도로 하중 부가.

800 ± 5 RPM으로 10 min ±15 s 시험

과도한 소음이나 스핀들의 속도 변화는 Scoring을 의미

즉시 윤활유 중지 후, 하중 제거 후 시험 중지.

Scoring이 탐지 되지 않는 경우는 하중을 가한 후 10 min ±15 초 동안 작동 후 하중 제거

Scoring, Seizure 등이 나타나면 가해진 하중에서 윤활 실패 의미

Score 가 관찰되지 않는 경우 시편을 돌려 새로운 표면이 접촉하고 새로운 시험 Cup 사용

44.5 N씩 하중을 증가하여 Score가 생길 때까지 실험 반복.

이 경우 마지막 단계에서는 22.2 N로 하중 감소.

Score가 133.4 N하중에서 발생되는 경우에는 Scoring이 나타나지 않을 때까지 26.7 N씩 감소하며

시험 반복. 이 경우 최종 하중은 13.3 N로 조절.

OK 값 결정 후 시편 제거

Specimen Test cup

Carbon steel HRC 58~ 62, HV 653~746

폭 13.06 ±0.05 mm, 둘레 154.51 ±0.23 mm, 지름 49.22 + 0.025mm, -0.127 mm

최대 반지름 진동 0.013mm. Axial surface roughness 0.51~0.76um C.L.A (Center line average)

Measuring Criteria Wear scar의 폭을 ±0.05 mm의 정확도로 측정

측정현미경으로 0.05mm까지 Wear scar의 폭 측정.

OK 및 score 값 결정

접촉 압력, C 계산 C, MPa = 9.81[L(X’ + 0.454G)]/Y’Z’

Testing Tip 회전축의 최대 진동은 0.013 mm. 진동이 0.025mm 이상이면 시험결과에 영향

Scoring 의심스러운 경우의 결정 방법 주의 ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method)

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2509-Timken-한글.pdf

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Grease EP Test – 4 Ball Wear

Scope 윤활 Grease의 Load carrying 특성을 측정하는 방법으로 아래 물성 결정

Load –Wear Index (Formerly Mean-Hertz Load)

Weld point

Test Procedure Test Condition

온도: 28 ±8℃

속도: 1,760 ±60 RPM

시간: 10 ±0.1 초

하중: 80 ±0.2kgf (784N)

평균 Scar 직경 측정

평균 Scar 직경이 Compensation scar 직경보다 5% 이상 크지 않다면, 다음 상위 하중으로 실험

반복.

계속적으로 비교하여 Last non seizure load가 결정 될 때까지 반복.

784N에서 측정된 Scar 직경이 Compensation scar diameter보다 5% 이상 크다면, 하위 하중에서

실험.

Last Non seizure load 결정까지 수행.

시험 중 Welding이 발생하지 않는다면, Welding이 나타날 때까지 더 높은 하중에서 시험 반복.

Specimen Ball

ANSI standard steel E-52100 B 3.12

Cr 합금 Steel 12.7mm diameter Grade 25 EP (Extra polish) HRC 64~66

Measuring Criteria Welding 발생까지 연속적으로 높은 시험 하중에서 시험을 수행하여 Scar diameter 측정

세 개의 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 각각 측정

Testing Tip 윤활 성분으로서 Silicone, Halogenated silicone, Silicone 액체로 구성된 혼합물, Petroleum oil 등을

가지는 윤활 그리스는 적용 불가

Welding 현상 척도.

마찰 계수의 급격한 증가

Motor 소음 증가

Ball pot의 연기

Lever arm의 급격한 하강

ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method)

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2596-97-EP-FB-lubricating-grease-한글.pdf

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Dry Solid Lubricant Film Load Carrying Capacity Test– Pin & Vee

Scope Sliding Steel on Steel 응용 분야에서 Dry solid film lubricants 내구성(마모) 수명 및 하중 전달 용량

결정.

Test Procedure Procedure A (Endurance test)

규정에 따라 시험

파손은 정상 상태 값보다 1.13 N • m의 Torque 상승 또는 전단 Pin 파손으로 감지.

4회 시험. Procedure B (Load-carrying capacity test)

모터를 구동하고 1,330 N에 도달할 때까지 자동 Loading Ratchet 작동.

3분 동안 290 r ⁄min ± 10 r ⁄min으로 시험.

하중을 2,220 N 증가시키고 1분 동안 시험.

1,110N씩 Load gage 최대 범위에 도달할 때까지 또는 파손 발생까지 하중 증가

각 Load에서 1분 시험.

파손 전 1 분 동안 지속된 마지막 Gage 하중으로 Load Carrying Capacity 기록.

Specimen Vee Blocks, 96° ±1° angle, 1.24GPa~ 1.38GPa tensile strength AISI C-1137 Steel, Rockwell hardness HRC 20 ~ 24, 0.13um ~0.25μm rms Test Pins, 56.35 mm outside diameter by 31.75 mm long

Measuring Criteria 파손은 윤활 Film이 1분 동안 하중을 유지하지 못하고, 전단 핀 파손, 시험 핀 파손, 또는 점진적인

증가에 따른 Torque의 급격한 증가 (1.13 N • m 이상)로 감지.

Testing Tip Coating 조건에서 벗어난 것은 데이터 분산에 크게 영향.

ASTM D2625 Endurance (Wear) Life and Load-Carrying Capacity of Solid Film Lubricants (Falex Pin and Vee Method)

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2020/04/ASTM-D2625-Endurance-Wear-Life-and-Load-Carrying-Capacity-of-Solid-Film-Lubricants-Falex-Pin-and-Vee-Method-한글.pdfhttp://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2020/04/ASTM-D2625-Endurance-Wear-Life-and-Load-Carrying-Capacity-of-Solid-Film-Lubricants-Falex-Pin-and-Vee-Method-한글.pdf

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Lubricant EP Test – Timken Method

Scope Timken Extreme Pressure Tester 를 사용하여 윤활 그리스의 내 하중 용량 결정 시험.

40℃에서 5,000 cSt (5,000mm2/s) 미만의 점도를 갖는 유체의 시험에 적합

Scoring – Sliding 방향으로 확장된 홈이나 Scratch 에 의해 발생한 마모의 가혹한 형태

Load-carrying capacity– 용접이나 Seizure 없이 접촉면이 유지될 수 있는 최대 하중

OK value – Scoring 이나 Seizure 현상이 없을 때 최대 하중

Score value - Scoring 이나 Seizure 현상이 발생하는 최소 하중

Test Procedure Steel test block에 대해 회전하는 철강 시험 Cup으로 구성.

회전 선속도는 123.71 ±0.77m/min (800 ±5 RPM의 축 회전 속도와 동일)

Grease 온도 24 ±6℃.

Scoring Value, OK Value를 Extreme pressure 결정에 사용

모터 구동 후 15초 뒤 800 ± 5 RPM으로 설정하고 이 후 15초 동안 길들이기.

30초 길들이기 후 Score가 일어나지 않을 정도의 하중을 부하속도 8.9 ~ 13.3 N/s로 부하.

Score가 감지되지 않으면 하중을 가한 후 800 ± 5 RPM으로 10min ±15s 시험.

Scoring이 진동이나 소음에 의해 나타난다면, 즉시 윤활유 및 하중을 제거 후 시험 중지.

Scoring이 탐지 되지 않는 경우는 하중 추가 후 10min ±15초 동안 작동

Scoring 혹은 Seizure가 나타나면 가해진 하중에서 윤활 실패 의미.

Score 가 관찰되지 않는 경우 시편을 돌려 새로운 표면이 접촉하게 하고 새로운 시편 Cup을

사용하여 10 lb씩 하중을 증가하여 Score가 생길 때까지 실험 반복.

마지막 단계에서는 5 Ib로 하중을 감소.

Score가 30 Ibf 하중에서 발생되는 경우에는 Scoring가 나타나지 않을 때까지 6 Ibf씩 줄여 시험 반복

이 경우 최종에는 3 Ibf로 조절.

OK value를 결정

Specimen Test cup

Carbon steel HRC 58~ 62, Hv 653~746

폭 13.06 ±0.05 mm, 둘레 154.51 ±0.23 mm, 지름 49.22 + 0.025, -0.127 mm,

최대 반지름 진동 0.013mm. Axial surface roughness 0.51~0.76um C.L.A

Specimen

시험 면은 12.32 ± 0.10 mm폭, 19.05 ±0.41 mm 길이 탄소강으로 제작 HRC 58~ 62, Hv 653~746

표면 거칠기는 0.51~0.76um C.L.A

Measuring Criteria Wear scar 폭을 ±0.05 mm의 정확도로 측정.

접촉압력 C, MPa = 9.81[L(X’ + 0.454G)]/Y’Z’


Wear & Erosion


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Testing Tip 과도한 Score는 많은 열이 발생하여 표면특성이 변경될 수도 있기 때문에 시편 폐기.

Cup 원주방향의 진동은 dial gage를 이용하여 측정하며 총 변화는 구동 중 0.025mm미만.

Wear scar가 어떤 하중 조건에서 Score 조짐을 나타내면 같은 시험 조건에서 반복시험.

만일 두 번째 시험에서도 Score가 나타나면 이 하중을 Score rating으로 기록.

두 번째 시험에서 Scoring이 없다면, 기록하지 않음.

두 번째 시험이 의심스러운 결과라면, 단순하게 부하 단계에서 평가의 판단을 보류하고 즉시 다음

높은 하중단계에서 시험.

적용한 다음 높은 하중 단계에서 얻은 하중으로 결정

ASTM D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method)

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2782-Timken-마모-한글.pdf

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Lubricant EP Test- 4 Ball Wear Scope 윤활 Fluid Load Carrying 특성 측정 시험으로 두 가지 물성 결정

Load -wear index (formerly mean-Hertz load)

Four ball EP tester에 의한 Weld point

Specimen Ball

ANSI Standard steel E-52100 B 3.12

Cr 합금 Steel, 12.7mm diameter Grade 25 EP (Extra polish) Rockwell C 64~66

Test Procedure Test condition

온도: 28±8℃

속도: 1760±60rpm

시간: 10±0.1초

하중: 80 ±0.2kgf(784N)

10회 시험이 Welding point이하에서 수행

10개 하중들이 Welding이 발생했을 때 더 이상 작동하지 않고 Wear scar 직경이 보정선 5%이내

범위에 있으면 시험 종료.

Measurement Criteria 3개 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 측정


Corrected load: Last non-seizure load 와 Weld point 사이에서 식을 이용하여 각 부하 하중에 대한

Corrected load 계산 Corrected load (kgf) = L Dh/X

Testing Tip Four ball EP 시험과 Four ball 시험은 엄연히 다른 시험. EP는 고 하중 하에서 시험 ASTM D 2783 Measurement of Extreme Pressure properties of Lubricating Fluids (Four ball)

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2783-EP-4-ball-한글.pdf

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Dry Solid Lubricant Film의 내구성 시험

Scope 진동 시 Block 결합 마찰 및 마모 시험기를 사용하여 진동 운동에서 고체 Film 윤활제 마모 수명

평가.

Test Procedure 시편은 13.6 kg의 수직 하중에서 1분 Worn-in. 마모 기간은 시험 중 283 kg의 수직 하중 적용. Vibration speed: 90º arc, 87.5cpm ± 1cpm .

Specimen HRC 58-63인 4SAE 4620 Steel Test Ring.

Ring- 8.163 mm ±0.127 mm 두께, 34.9885 mm ± 0.0254 mm 직경, ±0.038 mm 내 외면 간 편심.

윤활제 코팅 적용 전 Ring 외경의 표면 거칠기, 500nm ~ 750nm rms.

Block- 2 SAE 01 Steel 시험 표면의 0.635 mm ± 0.021 mm 폭, 1.575 mm ± 0.005 mm 길이

HRC 58-63, 표면 거칠기 100nm ~ 200nm rms.

Measuring Criteria 마찰력 차단 수준을 설정하여 마모 후 280N 마찰력 또는 0.1 마찰 계수에서 시험 종료.

마모 수명 - 마찰력이 규정된 값으로 상승하는데 필요한 Cycle 수

Testing Tip Load 13.6 kg에서 1분 Run in Wear

시약- 결과에 악영향을 미지는 않지만, 사용자는 향후 작업자에 조언. ASTM D2981 Wear Life of Solid Film Lubricants in Oscillating Motion

http://www.randb.co.kr/mailto:[email protected]://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D2981-Wear-Life-of-Solid-Film-Lubricants-in-Oscillating-Motion-한글.pdf

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Lubricant Grease Wear Prevent Test – Block on Ring

Scope Block on Ring 마찰 및 마모 시험기를 통한 윤활 Grease의 마모특성 측정에 적용.

Test Procedure 현미경을 사용하여 중앙 및 각 모서리에서 1mm 떨어진 곳에서 0.01mm 단위로 Scar 너비 측정.

조정 가능한 Stroke 0 ~ 90 °.

최대 주파수: 600CPM

표준 시험기는 0 ~ 1,300 RPM의 가변 속도.

온도는 최대 204°C까지 온도 제어.

Specimen 시험 Ring, FALEX Type S-10 또는 S-25

재료 SAE 4620 Carburized steel. HRC 58 ~ 63

시험 Ring 너비, 8.15mm, 직경, 35mm, 최대 Radial Run out, 0.013mm,

표면 거칠기, S-10 0.15 µm ~ 0.30 µm rms, S-25 0.51 µm ~ 0.71 µm rms.

시험 Block, FALEX Type H-30 또는 H-60

너비 6.35mm 및 15.76mm.

표면 거칠기 0.10 및 0.20 µm rms.

H-30 시험 Block 경도는 HRC 27 ~ 33. H-60 시험 Block 경도는 HRC 58 ~ 63.

잠금 Washer와 잠금 Nut를 조이고 Torque 렌치로 28.25N • m로 고정.

Measuring Criteria 진동 시험 Ring과 접촉하여 시험 Block에서 생성된 마모 Scar 너비 측정.

Friction limit level: 18.14kg으로 설정.

Testing Tip Grease 마모 방지 특성을 상/중/하 구별에 사용.

사용자는 이 시험 절차 결과가 현장 성능 또는 다른 시험기와 상관 관계가 있는지 판단 ASTM D3704 Wear Preventive Properties of Lubricating Greases Using the (Falex) Block on Ring Test Machine in Oscillating Motion

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Lubricant 4 Ball Wear Test

Scope Steel과 Steel의 Sliding 접촉에서 윤활유의 마모 방지 특성 평가

Grease는 ASTM D2266 참조

Specimen Ball

ANSI Standard steel E-52000 specification B3.12

Cr 합금 Steel ball, 12.7mm Diameter Grade 25EP (Extra polish) HRC 64~66

Test Procedure 시험조건 (Test Conditions) A B

온도 75℃ ± 2℃ 75℃ ± 2℃

속도 1,200 ±60 RPM 1,200 ±60 RPM

시간 60분 ± 1분 60분 ± 1분

하중 147 ± 2 N(15kgf± 0.2kgf) 392 ± 2 N(40kgf± 0.2kgf)

3개의 12.7mm 직경의 Steel ball을 고정하고 표면을 Grease로 Covering.

위에 장착되는 12.7mm 직경의 강구를 통하여 147 또는 392 N의 힘을 가한다.

윤활 Grease 온도 75℃

Top ball은 1시간 동안 1,200RPM 회전.

윤활유는 3개의 고정된 Ball에 생성되는 Wear scar 평균 크기를 측정하여 상호 비교

Measuring Criteria 2가지 방법에 의해 ± 0.01mm의 정밀도로 하부 3개 Ball에 대해 Wear scar 측정.


Testing Tip Four ball 마모시험은 규정된 시험조건에서 Sliding contact에 의해 윤활 Fluids의 상대 마모방지

특성을 측정하는데 사용되지만, Rolling contact에서는 하지 않는다. ASTM D 4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (Four Ball)

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Fuel Lubricity Test - BOCLE

Scope 마찰되는 Steel 표면에서 항공 터빈 연료의 경계 윤활 특성에 대한 마모 평가

반 자동 사용 절차와 완전 자동 사용 절차의 둘 중 하나를 사용하여 시험. BOCLE- Ball on Cylinder Lubricity Evaluator WSD- Wear Scar Diameter

Test Procedure 반 자동 방법의 부록 A1, 완전 자동 방법의 부록 A2 참조.

Specimen Ring

Rockwell 경도 "C"스케일, HRC 58 ~ 62, 표면 거칠기 0.56 µm ~ 0.71 µm rms

SAE 8720 Steel Ring 치수는 그림 1 참조. Ball

직경 12.7 mm, 등급 5-10의 AISI 표준 Steel no. E-52100으로 만든 크롬 합금강.

Measuring Criteria 현미경 100배로 시험 Ball 측정

주축을 0.01 mm까지 측정.

Scar 지름을 0.01mm까지 측정

Testing Tip 연료 펌프 및 연료 제어와 같은 엔진 부품 수명을 단축시키는 과도한 마찰로 인한 마모는 때때로

항공 연료의 Lubricity가 부족한 것으로 판단. ASTM D5001 Measurement of Lubricity of Aviation Turbine Fuels by the Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE)

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Wear & Erosion


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Lubricant의 Coefficient of Friction Test - 4 Ball Wear Scope 이 시험방법은 4- Ball 마모 시험기에 의한 마찰계수 측정 절차

Test Procedure 3개 12.7mm 직경 Steel Ball이 고정되고 윤활유 10mL로 도포.

"Top ball" 이라 불리는 4번째 12.7mm 직경 Ball은 3점 접촉을 위해 3개 고정 Ball에 의해 392N

힘으로 가압.

마모 윤활유 온도는 75°C로 승온 후 상단 Ball을 60분 동안 600 r ⁄min으로 회전.

마모 Scar가 평균 0.67 mm ± 0.03 mm인 경우, 마모시험 Ball 장착 상태에서 10 mL 시험용액을

Ball 컵에 추가.

시험 윤활제 온도는 75°C로 조절되고 상단 Ball은 98.1N에서 10분 동안 600r/min에서 회전.

하중은 마찰 흔적이 초기 Seizure를 나타내는 지점까지 10분 간격으로 98.1N씩 증가.

스핀들 회전 속도 600r/min ± 30r/min로 설정.

시험 Oil 온도 75°C ± 2°C 설정

60분 경과 시 ±1 분 정확도, 10분 경과 시 ±10초 정확도 점검.

2.0N의 가/감산을 감지.

Specimen Ball, 크롬 합금강, AISI 표준 Steel no. E-52100, 직경 12.7 mm 등급 25 EP(추가 광택). HRC 64 ~ 66

마모 윤활제- 40℃에서 24.3cSt ~ 26.1cSt의 점도를 갖는 백색 Oil.

Measuring Criteria Ball 시험 컵에서 제거하지 않고 3개 Ball에 생성된 Scar 직경을 0.01 mm 정확도로 측정.

3개 하부 Ball 마모 Scar를 ± 0.01 mm 정확도로 측정

Testing Tip Four-Ball E.P. 및 4- Ball 마모 시험기를 구별하는 것이 중요

4 Ball EP 시험기는 무거운 하중에서 시험하도록 설계되었으며 마모 시험에 필요한 감도 부족. ASTM D5183 Determination of the Coefficient of Friction of Lubricants Using the Four-Ball Wear Test Machine

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Diesel Fuel Lubricity Test – SLBOCLE

Scope Scuffing Load Ball on Cylinder 윤활특성 평가기기(SLBOCLE)를 사용하여 Diesel 연료의 윤활특성

(Load carrying ability) 평가.

Diesel 연료 윤활특성 평가를 위한 두 방법 SLBOCLE

High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR, D6079)

두 시험 방법간 절대 상관 관계는 미 개발 상태.

SLBOCLE는 규정 시험조건에서 마모 방지를 위한 Diesel 연료의 상대적 효과 평가에 사용.

표준 SLBOCLE 등급을 설정한 경우 단일 부하 시험은 Incremental Load 시험보다 빠른 평가.

Diesel 연료 분사 시스템의 현장 성능과 SLBOCLE 시험결과의 상관 관계는 미 결정 상태.

Test Procedure 연료 50mL를 SLBOCLE의 시험 Reservoir에 넣고 시험 온도 25°C로 조정.

연료 온도가 안정되면 15분 동안 50 % R.H, 3.3 L ⁄min 속도 연료는 0.5 L ⁄min로 연료 Aeration에 사용.

나머지 시험에는 50 % R.H, 3.8 L ⁄min 속도로 공급.

비 회전식 Steel ball을 고정하고 500g 질량이 적재된 Load arm은 525r/min으로 회전하는 부분 연료

침지 Polished steel 시험 Ring에 닿을 때까지 하강.

Incremental 하중 또는 단일 하중 시험 시작 전 30초 동안 Ball을 시험 Ring에 마찰.

마모 시험은 Ball을 부분적으로 잠긴 525 r ⁄min 시험 Ring과 60초 동안 접촉시켜 실시.

Ball이 시험 Ring과 접촉하는 동안 접선 마찰력을 기록. 마찰계수는 접선 마찰력으로부터 계산.

기준 유체 A와 B가 제공되는 두 하중에서 12회 연료마다 1회 이상 시험 성능과 정확성 검증.

각각의 적용된 하중에 대한 최대 마찰계수 계산.

기준 유체 A 또는 B에 gram 단위 적용 하중이 허용 가능 범위를 벗어나는 경우 추가 시험.

사용된 Cylinder를 사용하는 경우 새 마모 Track은 Ring의 마지막 Track 오른쪽으로 0.75mm 이상

거리 유지. Ring당 최대 하중 수는 15.

Specimen SAE 8720 Steel 시험 Ring은 Rockwell 경도 HRC 58 ~ 62, 표면 거칠기, 0.56 ~ 0.71-µm rms.

Grinding wheel, 중간 경도의 60 Grit 산화 알루미늄 wheel.

Measuring Criteria Incremental 하중 시험에서 고정 Ball과 회전 Ring 사이 마찰계수가 0.175 이상인 최소 하중(Gr)으로

Diesel 연료의 윤활 특성 평가.

하중 100g 차이에 최대 마찰계수 차이가 0.175 미만이 되는 경우 Incremental 하중 시험 종료.

두 시험결과가 500 g 이상 차이가 나면 결과는 신뢰할 수 없으므로 폐기.

Testing Tip SLBOCLE은 오염 문제에 매우 예민.

단일 하중 시험에서, 0.175 이하의 마찰계수는 Diesel 연료가 윤활특성 평가를 통과함을 의미

SLBOCLE 시험 시 마찰력은 유체 및 시험 물질의 오염, 대기 중 산소, 물의 존재, 시험온도에 예민.

윤활특성 평가는 시험 연료 Sampling 및 보관 중 획득한 미량의 오염 물질에도 예민.

지나치게 매끄럽거나 거친 표면에서는 낮은 Scuffıng 하중 결과 보고. ASTM D6078 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the Scuffing Load Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE)

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Diesel Fuel Lubricity Test – HFRR

Scope High Frequency 왕복 운동 장치(HFRR)를 이용한 Diesel 연료의 Lubricity 평가.

D975에 따라 등급 1-D S15, S500 및 S5000과 같은 중간 증류 연료, 등급 2D S15, S500, S5000 연료

Diesel 엔진에 사용될 수 있는 유사 석유 계 연료에 적용.

Diesel 연료 윤활 평가 방법 HFRR

Scuffing Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE, D6078)

두 시험방법간에 절대 상관 관계는 미 정립.

Test Procedure HFRR의 시험 Reservoir에 연료 2mL 주입.

비 회전식 Steel ball을 고정하고 200g 질량이 부하된 Vibrator arm을 시험 Disc와 접촉.

연료 온도가 안정되면, Ball은 50 Hz 주파수에서 75분 동안 1mm Stroke로 Disc에 마찰.

측정 시스템은 1um 정확도로 마모 Scar 측정.

시험 연료 온도는 60°C로 유지되고 주변 상대 습도는 30 %~ 85 % 사이로 유지.

마모 Scar 이미지는 현미경 디지털 카메라를 사용하여 마모 Scar 주축 및 부축 측정

Specimen Ball- Rockwell 경도 HRC 58~66, 직경 6.00mm SAE-AMS 6440 Steel Ball (ISO 3290에 따라 28 등급)

Disc - Vickers 경도, HV 30 Annealing rod로 가공된 SAE-AMS 6440 Steel 10mm Disc,

Lapping 및 연마 0.02µm Ra 미만 표면 조도.

Measuring Criteria 주축과 부축은 10 µm, Scar 직경은 10 µm까지 측정.

권장 교정 간격

Stroke 길이 -3 개월마다.

온도 Probe -12 개월마다.

시험 장치 성능과 정확도를 20회 마다 검사.

Testing Tip Diesel 연료 Lubricity가 부족한 경우 Diesel 분사 펌프 및 Injector와 같은 엔진 구성 요소 수명 단축. ASTM D6079 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)

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Lubricant의 Extreme Pressure (EP) Test - SRV

Scope Extreme Pressure(EP) 윤활유의 마찰계수와 고주파 선형 진동 운동을 받을 때 마모 방지 능력 측정.

절차는 DIN 51834 절차와 동일.

유사한 시험 조건에서 비 EP 윤활유의 마모 및 마찰계수로부터 보호하는 능력 결정에도 사용.

Test Procedure SRV I, II, III, IV, V에 따라 다양 (규격 참조)

Specimen Ball- AISI 52100 Steel, 60 HRC ± 2 HRC Hardness, 0.025µm ± 0.005µm Ra(C.L.A), 직경 10 mm.

Disc- VAR(Vacuum Arc Re-melt) AISI 52100 강 또는 DIN EN ISO 683-17 및 구상화 처리된 구상

탄화물 Hardness: 62 HRC±1 HRC. Disc Topography

0.500 µm

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Cylinder Line와 Piston Ring Friction Test

Scope 왕복 운동 Sliding 장치는 액체 윤활이 효과적이지 않아 대부분의 마모가 발생하는 것으로 알려져

있는 Cylinder 상사 점 근처에서 Piston Ring과 Liner 사이에서 발생하는 접촉 모사에 사용.

Test Procedure 가열된 윤활유 상태에서 Cylinder Bore 내에서 Piston Ring의 전후 운동 모사에 사용.

Lubrication 종류

Fully-flooded - 윤활제 Bath를 채워서 최소 2 mm 이상 접촉 표면을 도포.

Drip feed Lubrication – 정해진 유량 또는 공급 일정에 따라 일정 윤활제를 주기적으로 주입.

Starved Lubrication - 시험 시작 전 표면에 특정 양의 윤활제 도포 후 시험 중 �

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Wear & Erosion · 2020. 5. 14. · Wear & Erosion , [email protected] 2/48 본 자료는 R&B Inc.의 자료로 무단 복사 및 도용을 금합니다. 목 차 Preface 3 ASTM