Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.23
no.1
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pp.62-66
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2015
In this paper, a fretting testing machine is developed using ball-on-flat test apparatus. Precise micro-slip motion is produced by a linear stage. A relative displacement between a ball and a flat specimen is measured with a laser displacement sensor. Dry friction tests are conducted with AISI 52100 steel balls and cold-rolled high strength steel plates at room temperature and ambient humidity. The evolution of the kinetic friction coefficient is determined. Comparison between measured friction coefficients and those found in the literature is then carried out. Fretting tests with an electro-deposited coating are employed at an amplitude of 0.05 mm. Slip regime is identified with slip ratio. It is demonstrated that a developed testing machine allows determining the friction coefficient under fretting condition.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.105-113
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2001
The effect of silver particle introduction on the rolling friction of AISI 52100 steel pairs has been investigated. Experiments were performed in dry conditions using a thrust bearing-type rolling test rig at a load range of 12 - 960 N and a sliding velocity range of 8 - 785 mm/sec with pure(99.99%) silver particles. Results showed that the introduced silver particles formed transfer layer, which protected virgin bearing surfaces and resulted in low rolling friction. By changing the quantity of silver particles, transitions in the rolling friction wear found. Results also showed that the variations in normal load and rolling speed also affected the rolling friction behavior. Analyses using SEM and EPMA showed that tile formation of transfer layer was mainly governed by the silver particle quantity, normal load and rolling speed, and this resulted in the different behavior of rolling friction. In this study, it was found that the low and stable rolling friction was resulted from the shakedown phenomena occurred at the silver transfer layer.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.11a
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pp.378-384
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2000
This paper presents the results of the repeated sliding tests to determine the wear-life of TiN coated AISI 52100 bearing balls deposited by PVD method and to show the wear mechanisms of those. The sliding tests were carried out using a ball-on-disk tribometer under ambient conditions. The coefficient of friction, wear volume and the cycles to failures of TiN coated bearing balls were measured with different normal loads and roughness of lower specimens. On the wear-life diagram, the normal loads and the cycles to failure showed the good linear relation on log-log coordinate. With a decreasing normal load, the diagram showed that the wear-limits, at which the coated bearing balls survived more than 4000cycles were under 0.1N of the normal load.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.11a
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pp.59-66
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2000
An experimental study on the effect of silver particles on the sliding behavior of bearing steels was performed by using a ball-on-disk tribometer. Tests were carried out in ambient air, dry and vacuum. Disks of AISI 52100 were silver-coaled by a thermal evaporation method, and the effects of silver particle transfer on friction were firstly analyzed. In order to understand further the mechanism of silver particles transfer and its effect on friction and wear, pre-compressed silver particles were artificially introduced into the friction interface and the results were compared to those of silver-coated specimens. Results showed that the introduced silver particles produced transfer layers and resulted in low friction. It also showed that this low friction is closely related to the characteristic behavior of transfer layers. Shakedown and rachetting occurred at the friction interface and affected the friction and wear.
Multi-layer diamond-like carbon (DLC) films were deposited by 13.56 MHz r.f. PACVD method. Multi-layer DLC film was composed of 2.5 $mu extrm{m}$ thick pure DLC filml and 0.2$\mu\textrm{m}$ thick Si incorporated DLC (Si-DLC) film as a surface layer. Tribological behaviors of the multi-layer DLC film were investigated with a ball-on-disk type tribometer in ambient atmosphere using AISI 52100 steel ball. Low friction coefficient (<0.1) period increased with increasing the Si content in the surface Si-DLC film. The wear rate after 44,000 cycles and 158,400 cycles were the $2.5\times10^{-8}\sim1.8\times10^{-7}\textrm{mm}^3$/rev. and $7.1\times10^{-9}\sim1.8\times10^{-8}\textrm{mm}^3$/rev.,respectively. The wear rate of the multi-layer DLC film after 158,400 cycles was about 2 times smaller than that of pure DLC films of 2.7 $\mu\textrm{m}$ thickness. This high wear resistance and low friction coefficient was caused by the formation of Si oxide layer on the wear scar surface, as confirmed by the debris composition analysis. It was further shown that this si oxide debris layer on the wear scar surface is formed again even after removing the debris of the steel ball, which maintain the low friction coefficient between multi-layer DLC films and steel ball.
In this study, friction tests were performed in order to investigate the effect of sliding velocity and normal load on the friction characteristics of DLC (a-C:H) and WC/C (a-C:H:W) using a ball-on-disk type friction tester. DLC and WC/C were deposited on AISI 52100 steel balls. Friction tests against carburized SCM 415 Cr-Mo steel disks were carried out under various sliding velocity (0.1, 0.78, 1.56, 3.13, 6.25, 12.5, 25, 50 and 100 mm/s) and normal load (2.4, 4.8 and 9.6 N) conditions while the relative humidity was 20~40 % R.H. and air temperature was $16{\sim}24^{\circ}C$. As results, kinetic friction coefficients of DLC and WC/C were obtained under each test condition. The results show that the kinetic friction coefficients of DLC and WC/C generally increase with the increase in sliding velocity. And, under the same sliding velocity condition, the kinetic friction coefficients are almost constant regardless of normal load. In addition, the kinetic friction coefficients of DLC are lower than those of WC/C under the same test conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.335-342
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2003
In this study, the effects of oxide layer formed on the contact parts of TiN coated ball and steel disk in sliding are investigated. Also wear mechanism to from the oxide layer and the characteristics of the oxide layer formation are investigated. AISI 52100 steel ball is used for the substrate of coated ball specimens. Two types of coated ball specimens were prepared by depositing TiN coating with 1 and 4 ${\mu}{\textrm}{m}$ in coating thickness. AISI 1045 steel is used for the disk type counter-body. To investigate the effect of oxide layer on the contact parts of the two materials, the tests were performed both in air for forming oxide layer on the contact parts and in nitrogen environment to avoid oxidation. And to study the effects of surface roughness of counter-body, TiN coating thickness and contact load of sliding test on the characteristics of oxide layer formation on counter-body, various tests were carried out. From the results, the friction characteristics between the two materials was predominated by iron oxide layer that formed on wear track on counter-body and this layer caused the high friction. And the formation rate of the oxide layer on wear track increased as the real contact area between the two materials increased as the contact load increased, the TiN coating thickness decreased and the surface of counter-body smoothened.
Lee Young-Ze;Kim Woo-Jung;Ahn Seung-Ho;Kim Ho-Gun;Kim Jung-Gu;Cho Chung-Woo
Tribology and Lubricants
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v.20
no.6
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pp.306-313
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2004
Many of the current development in surface modification engineering are focused on multilayered coatings, which have the potential to improve the tribological properties. Four different multilayered coatings were deposited on AISI D2 steel in this study. The prepared samples are designed as $WC-Ti_{0.6}Al_{0.4}N,\;WC-Ti_{0.53}Al_{0.47}N,\;WC-Ti_{0.5}Al_{0.5}N\;and\;WC-Ti_{0.43}Al_{0.57}N$. The multilayered coatings were investigated with respect to coating surface and cross-sectional morphology, roughness, adhesion, hardness, porosity and tribological behaviors. Especially, wear tests of four multilayered coatings were performed by using a ball-on-disc configuration with a linear sliding speed of 0.017 m/sec and a normal load of 5.38 N load. The tests were carried out at room temperature in air by employing AISI 52100 steel ball $(H_R\;=\;66) $ having a diameter of 10 mm. The surface morphology, and topography of the wear scars of samples and balls have been determined by using scanning electron spectroscopy (SEM). Also, wear mechanism was determined by using SEM coupled with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Results have showed an improved wear resistance of the $WC-Ti_{1-x}Al_xN$coatings with increasing of Al (aluminum) concentration.
This paper presents the experimental effects of lubricant with nanodiamond particles in sliding friction. In order to improve the performance of lubricants many additives are used, such as MoS2, cadmium chloride, indium, sulfides, and phosphides. These additives are harmful to human health and to the environment, so alternatives are necessary. One such alternative is nanodiamond powder, which has a large surface area. In order to investigate the effect of nanodiamonds in lubricants under sliding friction, they are dispersed in the lubricant at a variety of concentrations (0 wt%, 0.1 wt%, 0.3 wt%, 0.5 wt%, and 1 wt%) using the matrix synthesis method. Friction and wear tests are performed according to the ASTM G99 method using a pin-on-disc tester at room temperature. The specimens used in this experiment are AISI 52100 ball bearings and AISI 1020 steel discs. During the test, lubricant mixed with nanodiamond is supplied constantly to keep the two bodies separated by a lubricant film. To maintain boundary lubrication, the speed is set to 0.18 m/s and a load of 294 N is applied to the disc through the pin. Results are recorded by using workbench software over the test duration of 10 minutes. Experimental results show that when the concentration of nanodiamond increases, the coefficient of friction decreases. However, above a nanodiamond concentration of 0.5 wt%, both the coefficient of friction and wear volume increase. From this experiment, the optimum concentration of nanodiamond showing a minimum coefficient of friction of 0.09 and minimum wear volume of 0.82 nm2 was 0.5 wt%.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.421-424
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2007
Dry sliding wear behavior of ultra-fine grained (UFG) plain low carbon dual phase steel, of which microstructure consists of hard martensite in a ductile ferrite matrix, has been investigated. The wear characteristics of the UFG dual phase steel was compared with that of a coarse grained dual phase steel under various applied load conditions. Dry sliding wear test were carried out using a pin-on-disk type tester at various loads of 1N to 100N under a constant sliding speed condition of 0.20m/s against an AISI 52100 bearing steel ball at room temperature. The sliding distance was fixed as 1000m for all wear tests. The wear rate was calculated by dividing the weight loss, measured to the accuracy of 10-5g by the specific gravity and sliding distance. The worn surfaces and wear debris were analyzed by SEM, EDS and profilometer. Micro-vickers hardness of the cross section of worn surfaces were conducted to analyze strain hardening underneath the contact surfaces. The wear mechanism of the UFG dual phase steel was investigated with emphasis on the unstable nature of the grain boundaries of the UFG microstructure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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