감속기용 재료의 열처리에 따른 기계적 특성에 관한 연구 = A Study on Mechanical Properties of Reducer Materials According to Heat Treatment

국문 초록 (Abstract)

감속기용 기어 및 축 재료로 많이 사용되고 있는 SCM440 과 SCM415 강에 대하여 각각 Quenching/Tempering, 침탄 열처리 시행하여 그 미시조직의 관찰, 마모 특성 및 미소 비커스 경도의 통계적 특성 평가 등을 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
◆ SCM440의 경우
(1) 850℃에서 quenching한 후 580℃에서 tempering한 열처리재의 미소 비커스 경도(HV)는 압연재의 모재보다 43% 정도 향상된 경도 값을 얻었다.
(2) 열처리재의 미소 비커스 경도의 변동계수(COV)는 압연재보다 약 18% 증가하였다.
(3) 본 실험의 조건에서 구한 미소 비커스 경도의 확률분포는 2-parameter Weibull분포함수에 잘 따름을 알 수 있었다. 열처리재의 경우 형상계수(shape parameter) α는 감소하였고, 척도 계수(scale parameter) β는 증가하였다. 즉, Weibull 통계 해석에 의하여 재질을 평가할 수 있음을 알았다.
(4)열처리재의 마모 특성이 일반적인 특성과 다른 원인은 연삭 마모에서 응착마모로 마모거동이 천이하거나 속도 증가에 의한 응력집중 때문이라고 사료된다.
◆ SCM415의 경우
(5) 910℃에서 Carburizing 한 후 Q/T 처리한 열처리재의 경도는 압연재보다 약 2배 정도 향상시킬 수 있었고, 열처리재의 미소 비커스 경도의 변동계수(COV)는 압연재보다 약 46% 증가함을 알 수 있었다.
(6) 침탄 열처리에 의한 마크로 조직과 미소 비커스 경도를 통하여 고찰 한 결과 유효 침탄 깊이는 약 0.6mm 임을 확인할 수 있었다.
(7) 본 실험의 조건에서 구한 미소 비커스 경도의 확률분포는 2- parameter Weibull 분포에 잘 따름을 알 수 있었다. 열처리재의 경우 α는 감소하였고 β는 증가하였다. 즉, Weibull 통계 해석에 의하여 재질을 평가할 수 있음을 확인 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Reducer is one of the most important mechanical elements which is widely used in a mechanical industry. Recently, the technologies of design and manufacturing are not sufficient in our country. So, most needs of reducer are depended on import. Thus, it is the most important for reducing cost of import that secure the technology of design and manufacturing of reducer. Especially, it is very important that materials and heat treatment for gear box of reducer. The most of damages at gears and shafts are caused by inappropriate materials and heat treatment. Particularly, it is possible that effect to condition of gear box and its life by considering the tensile strength and stiffness.
Therefore, the aim of this paper is to investigate the characteristics of microstructures, Vickers hardness and wear properties in chrome molybedenum steels.
For the SCM440 steel, the characteristics of microstructures, Vickers hardness and wear behavior were investigated for the quenching and tempering heat-treated materials.
Microstructure of SCM440 are changed from ferrite and pearlite structure to sorbite after heat treatment. The arithmetic mean of Vickers hardness in heat-treated materials was larger than that of the as-received. The probability distribution of Vickers hardness was well followed to Weibull distribution. Wear tests also were experimented for three different applied load, 5, 10 and 15 N and three different applied velocities, 0.2, 0.4 and 0.6 m/s with a wear distance, 1000m. The wear rate is increased by increasing load, and decreased by higher velocity. There is different tendency in case of velocities 0.2, 0.4 m/s for the load, and loads 5, 10 N for the velocity.
For the SCM415 steel, the characteristics fo microstructures, Vickers hardness were investigated for the carburizing surface modificated materials.
Mcrostructure tests were performed for 500 magnifications. It was changed to tempered martensite and retained austenite from general ferrite-pearlite structures. Vickers indentation tests were performed for applied loads, 200 g with a duration time, 10 second. The arithmetic mean of vickers hardness in carburized materials was larger than that of the as-received. The probability distribution of Vickers hardness was well followed to Weibull distribution.
Consequently, the results from the experiments indicate that the heat treatments have obvious effects on the Vickers hardness number and the microstructure features, but the more number of teat data and studies are required.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 제 2 장 이론적 배경 = 4
• 2.1 감속기 기어박스의 이론적 특성 = 4
• 2.1.1 개요 = 4
• 2.1.2 치차 감속기의 종류와 명칭 = 5
• 2.1.3 감속기구별 특징 = 6
• 2.2 경도, 마모 및 열처리 특성 = 8
• 2.2.1 경도 = 8
• 2.2.2 마모 = 13
• 2.2.3 강의 열처리 특성 = 18
• 2.3 통계적 성질 = 23
• 2.3.1 확률분포 함수의 정의 = 23
• 2.3.2 주요 확률 분포 = 26
• 제 3 장 시험편 및 실험 방법 = 33
• 3.1 재료 및 시험편 = 33
• 3.2 실험장치 및 방법 = 37
• 3.2.1 경도 시험 및 조직 검사 = 37
• 3.2.2 마모 시험 = 39
• 3.2.3 열처리 공정 = 40
• 제 4 장 실험 결과 및 고찰 = 42
• 4.1 QT 열처리 된 SCM440의 기계적 특성 = 42
• 4.1.1 미시조직 관찰 = 42
• 4.1.2 경도 특성 = 44
• 4.1.3 마모 거동 = 48
• 4.2 침탄 열처리 된 SCM415의 기계적 특성 = 56
• 4.2.1 미시조직 관찰 = 56
• 4.2.2 경도 특성 = 61
• 제 5 장 결론 = 66
• APPENDIX = 68
• 참고문헌 = 72