Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.1
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pp.24-30
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2009
In this paper, the effect of heat treatment on forgeability is investigated and an improved heat treatment cycle is proposed for the bearing steel, SUJ2. An application example of a bearing inner race cold forging, which has small cracks in the bottom after backward extrusion and piercing, is found from a cold forging industry. The process is evaluated by finite element analysis and several heat treatment cycles are examined in order to propose an improved heat treatment cycle. The effect of heat treatment on material hardness and tool life, dimensional accuracy and forming load is revealed through experiment.
In order to reduce resistance torque and energy loss, minimizing friction between race surface and rolling elements of a bearing is necessary. Recently, to reduce friction in bearing element, solid lubricant coating for the bearing raceway surface has been receiving much attention. Considering the operating conditions of real bearings, verifying the effect of solid lubricant coatings under extreme conditions of high load that is more than 1 GPa is necessary. In this study, we evaluated the friction and wear characteristics of SUJ2 bearing steels deposited by carbon-based coatings (Si-DLC, ta-C), $MoS_2$ and graphite. In case of $MoS_2$ and graphite coatings, different surface treatments were applied to the coatings to verify the effect of surface treatment. A pin-on-disc type tribotester was used to evaluate the tribological characteristics of the coatings. It was possible to quantitatively estimate the friction and wear characteristics of solid lubricant under dry and lubrication conditions. The carbon-based coatings improved the friction and wear properties of SUJ2 bearing steels under the high load condition, but $MoS_2$ and graphite coatings were not suitable for high load conditions due to its low hardness. Different friction and wear behaviors were found for different substrate surface treatment method. Also, it was confirmed that solid lubricant coatings had a more positive effect than just applying the lubricant for improving the tribological characteristics.
Mechanical surface treatment is an excellent approach widely used to modulate and improve the performance and service life of bearings, gears, and frictional joints. The main purpose of this study is to investigate and compare the effect of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) and wonder process craft (WPC) on the surface and tribological properties of SUJ2 bearing steel. The surface roughness and hardness of the untreated and treated (UNSM- and WPC-treated) specimens were measured and compared. Their tribological properties were evaluated using a micro-tribometer under grease-lubricated and dry conditions against itself. Surface hardness measurement results revealed that both the UNSM- and WPC-treated specimens had a higher hardness than that of the untreated specimen. The surface roughness of the untreated specimen was reduced after UNSM and WPC treatments. Abrasive wear mode was observed on the surface of the specimens worn under grease-lubricated conditions, while adhesive wear mode was found on the surface of the specimens worn in dry conditions. According to the tribological test results, the friction coefficient and wear rate of the untreated specimens were reduced by the application of both the UNSM and WPC treatments under grease-lubricated and dry conditions.
Donghee Lee;Kyun Taek Cho;Hyeonmin Yim;Seung-Hwan Oh;Tae Bum Kim;Woo-Byoung Kim
Korean Journal of Materials Research
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v.33
no.12
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pp.558-564
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2023
In this study, we designed and manufactured a large angular contact ball bearing (LACBB) with low deformation using JIS-SUJ2 steel and analyzed changes in its structural characteristics and chemical composition upon heat treatment. The bearing was produced by hot forging and heat treatment including a quenching and tempering (Q/T) process, and its properties were analyzed using 4 mm thick specimens. A difference in the size distribution of the carbide in the outer and inner parts of the bearing was observed and it was confirmed that large and non-uniform carbide was distributed in the inner part of the bearing. After heat treatment, the hardness value of the outer part increased from 13.4 HRC to 61 HRC and the inner part increased from 8.0 HRC to 59.7 HRC. As a result of X-ray diffraction (XRD) measurements, the volume fraction of the retained austenite contained in the outer part was calculated to be 3.5~4.8 % and the inner part was calculated to be 3.6~5.0 %. The surface chemical composition and the content of chemical bonds were quantified through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and a decrease in C=C bonds and an increase in Fe-C bonds were confirmed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.173-174
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2002
To study the effects of mating materials on the tribological properties of DLC films. we used a ball-on-plate reciprocating friction tester in dry air and mating materials of martensite stainless steel (hardened, annealed SUS440C), austenite stainless steels (SUS304), and bearing steel (hardened, annealed SUJ2). At a light load of 0.6 N, the friction coefficient always exceeded ${\mu}>0.3$. Tribological properties of DLC film were still excellent above 0.6 N, except in sliding against annealed SUJ2. Analysis using micro-laser Raman spectroscopy showed that the difference between annealed SUJ2 and others materials appears mainly due to structural change in film.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1119-1129
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2011
Shot-peening effects on the fatigue behavior of bearing steel were investigated under the high cyclic loading. Hourglass shape specimens were made of bearing steel(JIS-SUJ2) for rotary bending fatigue tests. Two kinds of treatments were performed : a heat treatment and a shot-peened surface treatment after the heat treatment. The fracture surfaces of specimens were classified into two types of fracture mode : the surface fracture mode induced by a surface defect and the internal fracture mode induced by a nonmetallic inclusion. Inclusion depth and shape affected considerably the fatigue life. Shot-peening treatment improved much the fatigue life of the bearing steel under low and high levels of cyclic loads. Probabilistic-stress-life (P-S-N) curves were suggested for the reliable fatigue life estimation of the improved bearing steel.
Lim, Min Szan;Jang, Young-Jun;Kim, Jong-Kuk;Kim, Jong-Hyoung;Kim, Seock-Sam
Tribology and Lubricants
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v.34
no.6
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pp.241-246
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2018
This research addresses the improvement of tribo-systems, specifically regarding the reduction of friction and wear through tribo-coupling between tetrahedral amorphous carbon (ta-C) with different types of counterpart materials, namely bearing steel (SUJ2), tungsten carbide (WC), stainless steel (SUS304), and alumina ($Al_2O_3$). A second variable in this project is the utilization of different values of duct bias voltage in the deposition of the ta-C coating - 0, 5, 10, 15, and 20 V. The results of this research are expected to determine the optimum duct bias and best counter materials associated with ta-C to produce the lowest friction and wear. Results obtained reveal that the tribo-couple between the ta-C coating and SUJ2 balls produces the lowest friction coefficient and wear rate. In terms of duct bias changes, deposition using 5 V produces the most optimum tribological behavior with lowest friction and wear on the tribo-system. In contrast, the tribo-couple between ta-C with a WC ball causes penetration through the coating surface layer and hence high surface delamination. This study demonstrates that the most effective ta-C coating duct bias is 5 V associated with SUJ2 counter material to produce the lowest friction and wear.
In this study, friction tests were carried out in order to investigate the friction behavior of textured surface in unlubricated state using ball-on-disk type apparatus. Test specimens were SUJ2 bearing steel ball and SM45C steel disk. Square arrays of circular micro-dimples were created on the surface of disk specimen by Nd:YAG Laser. Friction tests were performed for the disk specimen with various micro-dimple parameters and was also conducted for the variation of normal loads and relative velocities. The results showed that fiction coefficient of textured surface was lower than that of non-textured surface and the deeper depth of micro-dimple was, the lower friction coefficient obtained at the same diameter of micro-dimple in unlubricated state. Area density of micro-dimple had an effect on the friction coefficient. It was also found that friction coefficient generally decreased with the increase of normal load and relative velocity.
The $WS_2$ solid lubricant synthesized through the vapour phase transport method was coated on the commercial bearing steel (SUJ 2) substrate, and the tribological behaviour of the lubricant was investigated using a ball-on-disk type tester. The $WS_2$ powder was spray-coated at room temperature using compressed air, and the change of friction coefficient was examined in various conditions, i.e., specimen configuration, atmosphere (air and nitrogen), applied load and rotating speed. $WS_2$ coated ball and disk showed the optimum friction coefficient of 0.07 and wear life of 45,000 cycles in the nitrogen atmosphere under 0.3 kgf and 100 rpm, whereas relatively high coefficient of 0.13 and reduced wear life of 4,000 cycles were observed in air atmosphere. The effect of rotating speed on the friction coefficient was not observed both in nitrogen and in air atmospheres. This confirmed that the spray-coated $WS_2$ solid lubricant was effective in reducing the friction coefficient and improving wear life in nitrogen atmosphere, and the oxygen and moisture existing in air could seriously deteriorate the lubrication effect of $WS_2$ coating layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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