마모율 (Wear rate)과 Archard 방정식 계산

마모율 (Wear rate) 은 단위 거리당 부피 손실량이며, 단위는 (m³/m) 이다. 이는 적용된 하중과 무관하다.

 

특정 마모율 (Specific wear rate)은 마모 원인에 따라 달라지며 단위 하중당 단위 미터당 부피 손실이다. 단위는 (m³/Nm) 이다.

특정 마모율은 질량 손실, 밀도, 알려진 슬라이딩 거리 및 하중을 측정하여 계산한다. 또한, 재료의 특성 (금속, 합금 및 복합재료)은 마모율에 영향을 미친다.

 

특정 마모율 (Specific wear rate)을 계산하기 위해 아래 식을 (Archard, 1953) 사용한다.    

     

(식 1) Vi = ki * F * S​

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F : 수직 하중 (N)

S : 슬라이딩 거리 (m)

Vi : 마모량 (m³)

ki : 특정 마모율 (m³/Nm 또는 m²/N)

 

S = vt (v (m/s) : 슬라이드 속도의 평균값, t (s) 실행 시간) 이므로, 위 식은 아래와 같이 변환할 수 있다.

 

(식 2) Vi = ki * F * v * t ​

​

hi =Vi /A (hi : 마모 변위)인 경우 접촉 압력 P = F/A (A : 마모되는 영역) 이므로, 위 식은 아래와 같이 변환할 수 있다.

 

(식 3) hi = ki * P * S

 

 

* Pin on Disk 테스트의 Specific wear rate 계산 (부피 측정)

 

핀의 마모높이, h (mm) :

핀의 직경, D (mm) :

인가 하중, F (N) :

핀 이동거리, S (m) :

     

마모 부피 손실, Vi ( x 10^-9 m3) :

특정 마모율, ki ( x 10^-12 m3/Nm) :

 

예를 들어, 핀온디스크 (Pin on Disk) 테스트의 원통형태 핀의 마모율을 계산해보자.

만약, 핀의 직경, D 8 mm, 핀의 마모 높이, h 0.4 mm, 하중, F 50 N, 핀 이동거리, S 200 m 라면,

마모로 손실된 부피 Vi = h * πD²/4 = 0.4 * π * 8 ²/ 4 = 2.01 x 10^-8 m3,

특정 마모율 ki = Vi / (F*S) = 2.01 x 10^-8  / (50*200) = 2.01 x 10^-12 m³/Nm 이다.