[일본NTN 기술, 186] 베어링 PEELING 메커니즘 해명(2)

상세한 관찰을 통해 메커니즘 해명의 접근

 

필링 손상의  "씨앗"

이 실험은 조면 원통으로서 흑연처리가 없는 것과 흑염 처리의 것의 2종류를 사용하여 시험을 함.

우선 필링을 재현할 수 있는지 알아보기 위해 회전 후 표면 거칠기가 작은 원통(이하 상대 원통)의 표면 상태를 광학현미경이나 전자현미경(SEM)을 이용해 관찰함.

50만 회전의 구름 접촉 후의 결과가 그림 2와 같음.

무처리의 경우 균열과 같은 상처가 확인되는 한편, 흑염 처리가 되어 있는 경우에는 전혀 상처가 발생하지 않은 것을 볼 수 있음.

 

                            왼쪽 사진: 흑염 무처리                                        오른 쪽 사진: 흑염 처리

                                             : 50만 회전의 구름 접촉 후                                       : 50만 회전의 구름 접촉 후

 

 

 

 

그래서 하세가와는 이때 두 시험의 시편에서 무슨 일이 일어나고 있는지 자세히 파악하기 위해 무처리 및 흑염처리를 한 원통과 구름 접촉시킨 상대 원통의 시험 후 상태를 레이저 현미경으로 관찰함.

 

레이저 현미경은 표면의 형상과 외관을 동시 분석할 수 있는 장치로, 이 분석이 메커니즘 해명의 실마리가됨.그림 3과 같이 원통이 흑염 처리인 경우 상대 원통은 표면 형상이 매끈하게 되어 있는 반면 조면 원통이 무처리인 경우 표면에 돌기물이 몇 개인지 확인함.

 

이 결과는 아래와 같이 고찰할 수 있음.

「무처리의 경우에 볼 수 있는 드문드문 떠오르는 작은 돌기는, 필링의 「씨앗」과 같은 것이라고 생각됨.

그 이유는 이 돌출 위치와 그 후에 필링이 발생하고 있는 장소가 일치했기 때문임.

됨
또한 무처리의 경우 돌기에 주름이 잡힌 듯한 변형이 나타나지만 검정 염색의 경우 표면이 시험 전보다 매끈하게 되어 있음.

즉, 원통의 표면 거칠기 돌기가 상대 원통에 밀어 넣은(상대 원통을 소성 변형시킴) 것으로 생각됨.

무처리 원통은 운전 중에 돌기가 둥글어짐 현상(나라시)이 작기 때문에 상대 원통을 변형시키는 정도가 커짐.

반면 흑염 처리의 경우 친숙해지기 때문에 상대 원통의 변형이 작아진 것으로 생각됨.

이 시점에서 흑염 처리가 왜 필링 대책으로 유효한지 대략 알 수 있음.

 

주름 → 절단 → 균열로

지금까지의 실험에서 소성변형은 필링과 관련이 있을 것으로 이해됨.

그래서  소성변형이 어떻게 생기는지 보다 상세하게 관찰하기 위해 무처리로 볼 수 있었던 다양한 상처의 상태를 관찰함.

무처리 원통 표면에는 융단 주름 같은 변형이 있으며,  그 부분을 몇 nm의 구조까지 관찰할 수 있는 SEM으로 관찰했음.

 

크게 그림 4(a)(b)(c)와 같은 3종류의 손상을 발견함.

이 세 종류의 상처는 각각 다른 곳에서 발견되었는데 (a)(b)(c) 순서로 필링이 생겨나는 메커니즘으로 이해함.

                                                       

                                     흑염 무처리 조건의 원통 10,000회 부하 후, 손상(SEM)

 

(a)~(c) 순서로 필링이 발생
(a) 주름 볼록부가 구름 마찰 회전에 의해 더욱 눌러지며, 사진과 같은 손상이 발생
(b)와 같은 홈이나 칼집이 생긴 상태가 됨
거기에서 더 많은 전동체의 구름 회전 및 접촉이 계속되면 손상된 부분에 볼록부가 밀어지면서 접혀져 (c)에서 볼 수 있는 균열이 발생할 것으로 추정함.

 

이와 함께  (c)와 같은 균열이 더 진행된 것으로 보이는 곳의 단면을 관찰한 결과 ,

표면에서 내부로 균열이 퍼져 있는 것도 확인할 수 있음.

 

                                                                                                   균열이 생긴 곳의 단면

 

이러한 결과들로 인해 변형이 반복되면서 칼로 흠을 낸 것 같은 손상이 발생하고 거기에서 균열이 발생해 필링에 이르는 것으로 확인함.

필링이 진행되는 경과를 밝힘으로써 흑염 처리에 의한 "익숙함"에 의해 필링이 억제되는 메커니즘도 더욱 명확해졌다고 생각함.

 

                                                                                                 균열 발생 메커니즘

 

 

Step1, 2: 원통 표면 거칠기 돌기가 상대 원통에 주름을 생성
Step3 : 원통 표면 거칠기의 돌기가 상대 원통을 반복 변형
Step4 : 상대 원통의 변형이 반복된 부분에 칼집이 생기고 결국 균열을 발생시킴