표면 처리와 트라이볼로지
마찰의 법칙과 실접촉 면적, 응착 마모와 연삭 마모, 아처드 마모식, 스트리벡 곡선과 윤활 양식, 고체 윤활, 침탄·질화·무전해 도금·경질 피막 코팅을 3지선다 문제로 확인할 수 있습니다.
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표면 처리와 트라이볼로지 핵심 정리
마찰과 마모를 다루는 트라이볼로지에서는 표면의 미세한 돌기끼리 닿는 실접촉 면적이 출발점이 됩니다. 실접촉 면적은 하중을 경도로 나눈 값으로 겉보기 면적보다 훨씬 작으며, 마찰력이 하중에 비례하고 접촉 면적에 의존하지 않는 이유를 설명합니다. 마모에는 접촉점의 응착에 의한 응착 마모, 단단한 입자가 깎아 내는 연삭 마모 등이 있으며, 아처드 마모식으로 하중과 미끄럼 거리로부터 마모량을 추정합니다.
윤활 양식은 기름의 점도, 속도, 면압에 따라 경계 윤활, 혼합 윤활, 유체 윤활로 바뀌며, 스트리벡 곡선으로 정리됩니다. 표면 처리에서는 침탄 담금질이나 질화 처리로 강의 표층을 경화하고, 무전해 니켈 도금이나 TiN 등의 경질 피막으로 내마모성을 높입니다. 처리 온도가 모재의 조직과 치수에 미치는 영향을 고려하여 방법을 선택하는 것이 요점입니다.
표면 처리와 트라이볼로지 문제 목록(15문제)
- 건조한 금속끼리의 미끄럼 마찰에서 경험적으로 성립하는 경우가 많은 마찰 법칙(아몽통-쿨롱 법칙)의 내용으로 옳은 것은 무엇인가?
- 강(압입 경도 H = 2.0 GPa)의 평평한 블록을 같은 강판 위에 놓고, 겉보기 접촉 면적 10 cm²에 수직 하중 1.0 kN을 가했다. 접촉하고 있는 돌기가 모두 소성 변형하고 있다고 하고 실접촉 면적을 Ar = W/H로 어림하면, 겉보기 접촉 면적에 대한 비율에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 응착설(보든과 테이버의 이론)에서는 마찰력이 실접촉점의 응착부를 전단하는 힘으로 정해지며, 마찰 계수는 μ = s/H(s는 응착부의 전단 강도, H는 무른 쪽 재료의 압입 경도)로 나타낸다. s = 0.30 GPa, H = 1.8 GPa일 때 μ에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 다음 마모 메커니즘의 설명 가운데 응착 마모에 해당하는 것은 무엇인가?
- 석영 모래알(경도 약 1000 HV)을 포함한 토사에 쓸리는 건설 기계 부품에서, 연삭 마모를 줄이는 재료 선택 방법으로 옳은 것은 무엇인가?
- 핀 온 디스크 시험에서 경도 H = 2.0 GPa인 핀에 수직 하중 50 N을 가하여 미끄럼 거리 1.0 km만큼 미끄러지게 했다. 아처드 마모식 V = KWL/H에서 무차원 마모 계수를 K = 1.0×10⁻⁴라고 할 때, 핀의 마모 부피와 하중을 2배로 했을 때 마모 부피의 변화의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 미끄럼 베어링의 마찰 계수를 윤활유의 점도 η, 회전 속도 N, 면압 P로 이루어진 베어링 특성수 ηN/P에 대해 그린 스트리벡 곡선에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 구름 베어링 유막의 최소 두께가 h = 0.40 µm, 두 면의 제곱 평균 제곱근 거칠기가 Rq1 = 0.15 µm, Rq2 = 0.20 µm이다. 막두께비 λ = h/√(Rq1² + Rq2²)를 구하고, λ < 1을 경계 윤활, 1~3을 혼합 윤활, 3보다 클 때를 유체 윤활의 기준으로 하면, 옳은 조합은 무엇인가?
- 안지름 40 mm, 폭 30 mm인 미끄럼 베어링에 반지름 방향의 하중 1.2 kN이 걸리고, 축이 600 rpm으로 회전하고 있다. 면압 P를 하중을 투영 면적(안지름×폭)으로 나눈 값, 미끄럼 속도 v를 축 표면의 원주 속도라고 할 때, PV값에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 인공위성 등 진공 속에서 쓰는 기구의 고체 윤활제로서 흑연보다 이황화 몰리브덴(MoS₂)이 적합한 이유로 옳은 것은 무엇인가?
- 저탄소강(약 0.2%C)의 기어에 침탄 담금질을 한다. 이 처리에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- Al, Cr, Mo를 함유한 질화용 강에 하는 가스 질화 등의 질화 처리에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 무전해 니켈 도금(Ni-P 도금)의 특징으로 옳은 것은 무엇인가?
- 절삭 공구에 TiN 등의 경질 피막을 피복한다. 초경합금 공구와 고속도 공구강(하이스) 공구의 피복법 선택으로 적절한 것은 무엇인가?
- 두께 2.0 µm인 TiN 막의 경도를 비커스 압자의 압입으로 측정한다. 기판의 영향을 피하기 위해 압입 깊이를 막 두께의 10분의 1 이하로 한다는 경험적 기준을 쓴다. 비커스 압자 압흔의 깊이는 대각선 길이의 약 7분의 1이다. 허용되는 대각선 길이의 상한에 가장 가까운 것은 무엇인가?