열팽창계수차에 기인된 잔류응력을 이용한 세라믹 캠 팔로우어의 크라우닝 제어

Abstract

최근 상용차용 디젤 엔진의 성능 향상을 목적으로 엔진 설계가 급격히 변화되면서 캠 팔로우어(cam follower)와 캠(cam) 사이에 작용하는 접동면 하중의 증가로 접동면에서의 마모가 중요한 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 기존의 주철제 및 소결합금 캠 팔로우어에 비해 내마모성이 우수한 세라믹 캠 팔로우어를 개발하였다. 잔류응력을 완화시켜주는 중간층을 사용하지 않고 질화규소(Si3N4) 팁과 중탄소강을 활성납재를 사용하여 직접 접합함으로써 접합 후 냉각시키는 과정에서 두 모재의 열팽창계수차에 의한 크라우닝(crowning, R)이 형성되도록 하였다. 접합에 사용한 중탄소강은 열팽창시 이력(hysteresis)거동을 나타내었으며 A0변태점인 723C이하에서 접합할 경우 원하는 크라우닝이 형성되었다. 접합온도가 723C이상이 되면 크라우닝(R)값이 온도에 따라 지수함수적으로 증가하였으며 이는 중탄소강의 상변태에 의한 열팽창, 수축의 이력 특성으로 설명되어질 수 있었다. 규격에 맞는 크라우닝이 형성되는 최적 접합 온도는 700~720C의 범위였다. 질화규소와 중탄소강의 직접 접합방법으로 접합과 동시에 크라우닝을 형성시키고 제어함으로써 난가공재인 세라믹을 곡면 가공하지 않고도 적당한 곡률을 갖는 저가의 세라믹 캠 팔로우어를 제조할 수 있었다.