In this paper the ball-on-disk type sliding tests with boundary lubricated steels were carried out to verify the relation between surface profiles and wear as well as scuffing. Three kinds of surface roughness and asperity radius were produced on AISI 1045 steels using the different processes of grinding and polishing. Frictional forces and time to scuffing were measured. Also, the shape and amount of wear particles were analyzed to compare with original profiles. From the tests, it was confirmed that the size of wear particles are very related to original surface profile. The time to failures and wear amounts were sensitive to the surface spacing. The large surface spacing shows much longer sliding life and smaller wear amount than the others. Time to scuffing was increased with increasing surface profile spacing. The size of wear particles was increased and the amount was decreased with increasing surface profile spacing. Wear volume and wear rate K were decreased with increasing surface profile spacing. And after sliding tests, surface cracks of inner parts of the wear track occurred scuffing were observed and compared the differences about each specimen having the different surface profile spacing.
The purpose of this study is to show the friction and wear characteristics on the vapor deposited coating layers on the SCM415 steel. In this research, frictional wear characteristic of coating materials such as TiAlN+WC/C Multilayer Coating was investigated under room temperature, normal air pressure and nothing lubricating condition. Therefore this study carried out research on the friction coefficient, micro hardness(Hv), roughness, EPMA on the vapor deposited coating layers on the SCM415 steel. As the wear experimental result, the coefficient of friction decreased according to experimental load increases.
The friction and wear of mild steel at dry sliding surfaces under different vacuum conditions have been investigated to understand the wear mechanisms. For the test, a ball-ondisk typed wear-rig has been built and implemented, allowing control of sliding speed, load and vacuum. Results show that, at a high sliding velocity, friction of low carbon steel (SS41) under a high vacuum is much higher than that of ambient condition and wear is much severer. It is due to lack of effective oxidation film formation on which steel surfaces could protect themselves against the severe wear. It has been shown, however, that there is a critical regime with contact conditions (at a low sliding velocity, a low load, and under a medium vacuum) at which effective, protective films of low carbon steel have been built on the surfaces in a friction process with a self-regulating way, resulting in both very low coefficients of friction (about 0.3) and mild wear. In order to investigate the protective films on steel surfaces, the worn surfaces and the wear debris have been experimentally analyzed with SEM, AES/SAM and XRD. A theoretical analysis of frictional heating at sliding surfaces, and an experimental analysis of the influence of oxidation wear under various vacuum conditions are described. The important variables on which self-formations of protective films at dry sliding surfaces depend, and the wear mechanisms are also investigated.
This paper presents the results of thermoelastic wear phenomena in ventilated disk brakes for a high-speed train using finite element method. The computed results show that the sinusoidal distortions due to non-uniform distributions of temperature profiles may lead to thermoelastic wears at the rubbing surface. This may decrease the life of a disk brake and produce micro-cracks, noise and squeals between two rubbing surfaces.
The wear behavior of thermal sprayed AlSiMg-40TiC composite coatings were studied as a function of load and sliding velocity under unlubricated conditions. Experiments were performed using a block-on-ring(WC-6wt%/Co, Hv 1500) type. The tests were carried out a various load(30∼ 125.5N) and sliding velocity(0.5∼2.0m/s). Three wear rate regions were observed in the AlSiMg-40TiC composite coatings. The wear rate in region I at low load (less then 8N( were less than 1×{TEX}$10^{-5}${/TEX}㎣/m. Low wear rates in region I resulted from the load-bearing capacity of TiC particles. The transition from region I to II occurred when the applied load exceeded the fracture and pull-out strength of the particles. The TiC fractured particles trapped between the specimen and the counterface acted as third-body abrasive wear. The subsurface layer worn surface in region II was composed of the mechanically mixed layer (MML). The wear rate increase abruptly above a critical load (region III). The high wear rate in region III was induced by frictional temperature and involves massive surface damage.
Thin film coatings are commonly exploited to minimize wear and optimize the frictional behavior of various precision mechanical systems. The enhancement of thin film durability is directly related to the performance maximization of the system. Therefore, a fine approach to analyze the thin film wear behavior is required. Archard's equation is a representative and well-developed law that defines the wear coefficient, which is the probability of creating wear particles. A ploughing model is a commonly used model to determine the friction force during the abrasive contact. The equations demonstrate that the friction force and wear coefficient are inversely proportional to the hardness of the material. In this study, Archard's equation and ploughing models are modified with an effective hardness to minimize the gap between the experimental and numerical results. It is noted that the effective hardness is the hardness variation with respect to the penetration depth owing to the substrate effect. The nanoindentation method is utilized to characterize the effective hardness of Cu film. The wear coefficient value considering the effective hardness is more than three times higher than that without considering the effective hardness. The friction force predicted with the effective hardness agreed better with the results obtained directly from the friction force detecting sensor. This outcome is expected to improve the accuracy of friction and wear amount predictions.
The frictional properties of automotive brake pads with four different ceramic materials such as magnesia, hematite, alumina, and zircon were investigated. A Krauss type friction tester using gray iron disks was used to examine the friction coefficient, intensity of friction force oscillation, and the tribe-surfaces. Results showed that the friction coefficient increased as the hardness of abrasives increases. Friction oscillation was also increased with hardness of the abrasives. However, the friction materials containing less abrasive particles produced stable friction films on the sliding surface. The transition between two-body and three body abrasion during sliding also played a crucial role in destructing the friction film on the pad surface and in determining various frictional properties.
Wear and scuffing tests were conducted using friction and wear measurement of piston rings and cylinder blocks in low friction diesel engine. The frictional forces, wear amounts and cycles to scuffing in boundary lubricated sliding condition were measured using the reciprocating wear tester. The cylinder blocks were used as reciprocating specimens, and the piston rings with several coatings were used as fixed pin. Several coatings were used such as DLC, TiN, Cr-ceramic and TiAlN in order to improve the tribological characteristics. From the tests wear volume of piston ring surfaces applied various coatings were compared. During the tests coefficients of friction were monitored. Test results showed that DLC coatings showed good tribological properties. TiN and Cr-ceramic coated rings showed good wear resistance properties but produced high friction.
In spite of progress in tribological research, machine component failure due to friction and wear has been reported frequently. This failure may lead to secondary damage that can cause huge expense for maintenance and repair. To prevent economic loss, it is important to detect and predict the initial failure point. In this sense, various researchers have been tried to develop Condition Monitoring (CM) method using Acoustic Emission (AE) generated while the materials undergo failure. In this study, effect of particles on friction and wear was investigated using the pin-on-plate friction test and AE signal was recorded with a band-width type AE sensor. The experiments were performed in dry and lubricant conditions using steel and glass as specimens. After the experiment, 3D laser microscope image was captured to evaluate the wear behavior quantitatively. The AE signal was analyzed in time-domain and frequency-domain. The amplitude was compared with the frictional results. The results of this study showed that particle generation accelerate wear, generate high magnitude AE signal and change the frequency characteristics of the signal. Also, lubricant condition test results showed low coefficient of friction, low wear rate, and low magnitude of AE signal compared to the dry condition. It is expected that the results of this study will aid in better assessment of wear in CM technology
본 연구에서는 Boron과 Carbon black이 소결조재로 첨가된 탄화규소 분말을 $1950^{\circ}C$에서 상압소결 방법으로 시편을 제조하고 꺽임강도, 파괴인성, 비마모량을 측정하고 파단면 및 마찰마모면의 미세구조를 SEM으로 관찰하여 마찰마모특성과 미세구조와의 관계를 규명하였다. 또한 마모상대재료로서 SiC pin과 $Al_{2}O_{3}$ pin을 사용하였을때 마찰마모특성과 미세구조와의 관계도 비교 검토하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. SiC pin을 사용한 경우 소결시편의 비마모량은 $Al_{2}O_{3}$ pin을 사용한 경우보다 많았으나, 가압하중이 증가하면 $Al_{2}O_{3}$ pin을 사용한 경우가 SiC pin을 사용한 경우보다 비마모량의 증가율이 6.5배로 되었다. 2. Pin의 비마모량은 SiC pin의 경우가 $Al_{2}O_{3}$의 경우보다 많았으나 가압하중이 증가하면 $Al_{2}O_{3}$ pin의 경우가 SiC pin의 경우보다 비마모향의 증가율이 약4배로 되었다. 3. 마모상대재료의 마찰계수가 작은 경우에는 마모면의 미세구조가 평활하면서 crack이 나타나지 않았으나, 마찰계수가 큰 경우에는 마모면이 평활치 못하고 crack의 전파현상이 크게 나타났다. 4. 사용된 Pin의 마찰계수가 큰 경우에는 고상소결한 SiC 시편도 액상소결한 시편과 마찰마모 특성이 유사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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