We evaluate the properties of friction welded STK400 steel tube in terms of the relationship between microstructures and mechanical properties. Friction welding is conducted at a rotation speed of 1,600 rpm and upset time of 3-7 sec for different thicknesses of STK 400 tubes. To analyse the grain boundary characteristic distributions(GBCDs) in the welded zone, electron backscattering diffraction(EBSD) method is introduced. The results show that a decrease in welding time (3 sec.) creates a notable increase grain refinement so that the average grain size decreases from $15.1{\mu}m$ in the base material to $4.5{\mu}m$ in the welded zone. These refined grains achieve significantly enhanced microhardness and a slightly higher yield and higher tensile strengths than those of the base material. In particular, all the tensile tested specimens experience a fracture aspect at the base material zone but not at the welded zone, which means a soundly welded state for all conditions.
Friction properties of two different types of automotive friction materials were studied. They were nonasbestos organic and semi-metallic friction materials. The two friction materials were tested using an inertia brake dynamometer to investigate friction stability, rooster tailing phenomena, temperature change of riction couples during drags and stops. Results showed that the level of the friction force is strong function of time, temperature, and speed regardless of the type of friction materials. The change of triction coefficient during braking (rooster tailing) was pronounced when the applied pressure was increased in the case of semi-metallic friction materials. This phenomena appears strongly dependent on the applied pressure, initial brake temperature and ingredients in the friction material.
The friction and wear characteristics of automotive friction materials reinforced with carbon fibers were studied using a direct drive brake dynamometer. Two types of model friction materials, a low-metallic and an NAO type, were prepared and each of the materials was modified by substituting 5 vol% of carbon fibers with other reinforcing fiber used in the model formulations. Drag tests were carried out to investigate the friction properties of these materials at various braking conditions. Results showed that the modified friction materials were improved in the friction stability and the wear resistance.
Friction and wear characteristics of novolac resin-based friction materials reinforced with aramid pulp and potassium titanate were investigated by using a pad-on-disk type friction tester. Friction properties such as friction stability, surface morphology, and wear rate varied according to the relative amount of aramid pulp and potassium titanate. The friction materials reinforced with both aramid pulp and potassium titanate showed superior friction stability and wear resistance due to the formation of durable transfer layer.
In this study, we apply an ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technique to radial journal bearings (JBs) and disks made of SUJ2 and SCM440, respectively. We investigate frictional properties of untreated and UNSM-treated specimens using a ball-on-disk tester. We construct the Stribeck curve at the boundary, under mixed and full hydrodynamic lubrication conditions for the specimens using friction data obtained from JB tests. The friction at the boundary lubrication condition and the transition period to mixed lubrication condition on the UNSM-treated specimens is reduced, which improves the service life of JBs. The major effects of this reduction in the three lubrication regimes can be explained in the terms of improved mechanical properties and the presence of micro dimples. Moreover, we estimate the friction and fatigue properties of SCM440 specimens using a ball-on-disk specimen under dry and oil-lubricated conditions. Friction test results reveal that the UNSM-treated specimens show lower friction coefficient than the untreated specimens under both dry and oil-lubricated conditions. We evaluate the fatigue properties of SCM440 specimens by calculating the Hertzian stress with respect to the failure cycles. Fatigue tests results also reveal that the UNSM-treated specimens possess a longer fatigue life than the untreated specimens. The improved properties are effective in increasing the energy efficiency of bearings.
Friction and wear properties of brake friction materials containing different metal fibers (Al, Cu or Steel fibers) were investigated using a pad-on-disk type friction tester. Two different materials(gray iron and Al-MMC)) were used for disks rubbing against the friction materials. Results from ambient temperature tests revealed that the friction material containing Cu fibers sliding against cast iron disk showed a distinct negative ${\mu}$-ν (friction coefficient vs. sliding velocity) relation implying possible stick-slip generation at low speed. The negative ${\mu}$-ν relation was not observed when the Cu-containing friction materials were rubbed against the. Al-MMC counter surface. As applied loads increased, friction materials showed higher friction coefficients comparatively. Friction materials slid against cast iron disks exhibited higher friction coefficients than Al-MMC disks during high temperature tests. On the other hand, high temperature test results suggested that copper fibers in the friction material improved fade resistance and the steel fibers were not compatible with Al-MMC disks showing severe material transfer and erratic friction behavior during sliding at elevated temperatures.
Notably, laser surface patterning facilitates tribological applications under lubricated sliding contacts. Consequently, a special pattern that can reduce the coefficient of friction under contact is considered necessary for improved machine efficiency. However, inappropriate pattern designs produce higher friction coefficients and cannot reduce friction. In this study, we use cast iron pins as specimens to investigate their friction and wear characteristics. Moreover, we experimentally investigate the correlation between the friction reduction effect and the design of groove crosshatch patterns fabricated with various angles and widths. We conduct a friction test using a pin-on-disc type tribometer under grease lubrication to study the friction reduction effect of the specimens, and we observe that the average coefficient of friction changes with the crosshatch angle and width. The experiment reveals that grooved crosshatch specimens with a crosshatch angle of 135°maximize friction reduction. The coefficient of friction of the groove specimens with a width of 120 ㎛ is lower than that of the specimens with a width of 200?. The friction reduction effect of the width of the groove is attributed to the density of the groove pattern. Thus, grooved crosshatch patterns can be designed to maximize friction reduction, and the friction property of a grooved crosshatch pattern is found to be related to its width and angle.
Friction and wear properties of the Boron carbide ($B_{4}C$) coating 100 nm thickness were studied under various relative humidity (RH). The boron carbide film was deposited on silicon substrate by DC magnetron sputtering method using $B_{4}C$ target with a mixture of Ar and methane ($CH_4$) as precursor gas. Friction tests were performed using a reciprocation type friction tester at ambient environment. Steel balls of 3 mm in diameter were used as counter-specimen. The results indicated that relative humidity strongly affected the tribological properties of boron carbide coating. Friction coefficient decreased from 0.42 to 0.09 as the relative humidity increased from $5\%$ to $85\%$. Confocal microscopy was used to observe worn surfaces of the coating and wear scars on steel balls after the tests. It showed that both the coating surface and the ball were significantly worn-out even though boron carbide is much harder than the steel. Moreover, at low humidity ($5\%$) the boron carbide showed poor wear resistance which resulted in the complete removal of coating layer, whereas at the medium and high humidity conditions, it was not. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES) analyses were performed to characterize the chemical composition of the worn surfaces. We suggest that tribochemical reactions occurred during sliding in moisture air to form boric acid on the worn surface of the coating. The boric acid and the tribochemcal layer that formed on steel ball resulted in low friction and wear of boron carbide coating.
Dissimilar friction welding were produced using 15(mm) diameter solid bar in chrome molybedenum steel(KS SCM440) to carbon steel(KS S45C) to investigate their mechanical properties. The main friction welding parameters were selected to endure good quality welds on the basis of visual examination, tensile tests, Vickers hardness surveys of the bond of area and H.A.Z and microstructure investigations. The specimens were tested as-welded and post-weld heat treated(PWHT). The tensile strength of the friction welded steel bars was increased up to 100% of the S45C base metal under the condition of all heating time. Optimal welding conditions were n=2,000(rpm), $P_1=60(MPa),\;P_2=100(MPa),\;t_1=4(s),\;t_2=5(s)$ when the total upset length is 5.4 and 5.7(mm), respectively. The peak of hardness distribution of the friction welded joints can be eliminated by PWHT. Two different kinds of materials are strongly mixed to show a well-combined structure of macro-particles without any molten material and particle growth or any defects.
The present study examined mechanical properties according to the change of outer circumference in the friction welding of A2024-T4 stock, which is used much as aircraft structure, truck wheel, stainless materials and A2024-T4 stock with 10 hollow at the center. Welding conditions were fixed at RPM 2,000rpm, friction pressure of 50MPa, friction time of 1.5sec, upset pressure of 120MPa and upset time of 2.0 seconds. From the result of this study were drawn conclusions as follows : According to the result of a tensile strength test, the solid shaft showed linear increase of tensile strength with the change of outer circumference, the hollow shaft showed maximum tensile stength when the length (L) was 2mm and decrease of tensile strength with the change of outer circumference, hardness appeared to increase and then decrease for welding interface, and it showed maximum hardness 155Hv at L=5mm of the solid shaft. Bending strength increased linearly far change of the distance (L) of outer circumference in the solid shaft and then decreased linearly in the hollow shaft. the result of examining tissue, the tissue grew finer around the welding interface and divided the basic material and the welding surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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