ASTM Standards for Lubricity Measurement of Lubricant, Grease, … · 2020. 5. 11. · ASTM Standards for Lubricity Measurement - Lubricant, Grease, Fuel , [email protected] 본

ASTM Standards for Lubricity Measurement of

Lubricant, Grease, Fuel

2020-5

Contents

Introduction

Reference

ASTM Standards

ASTM D2266 - Grease 내 마모특성 - 4 Ball Wear Test

ASTM D2509 - Grease Load-Carrying Capacity Test - Timken Method

ASTM D2596 - Grease EP Test – 4 Ball Wear

ASTM D2625 - Dry Solid Lubricant Film Load Carrying Capacity Test– Pin & Vee

ASTM D2782 - Lubricant EP Test – Timken Method

ASTM D2783 - Lubricant EP Test- 4 Ball Wear

ASTM D2981 - Dry Solid Lubricant Film의 내구성 시험

ASTM D3704 - Lubricant Grease Wear Prevent Test – Block on Ring

ASTM D4172 - Lubricant 4 Ball Wear Test

ASTM D5001 - Fuel Lubricity Test – BOCLE

ASTM D5183 - Lubricant의 Coefficient of Friction Test - 4 Ball Wear

ASTM D6078 - Diesel Fuel Lubricity Test – SLBOCLE

ASTM D6079 - Diesel Fuel Lubricity Test – HFRR

ASTM D6425 - Lubricant의 Extreme Pressure (EP) Test – SRV

ASTM G181 - Cylinder Line와 Piston Ring Friction Test

KS M 2026 - KS 내 하중특성 시험

R&B Inc.

ASTM Standards for Lubricity Measurement - Lubricant, Grease, Fuel

www.randb.co.kr, [email protected]

본 자료는 R&B Inc.의 자료로 무단 복사 및 도용을 금합니다. 2/21

Introduction

Grease, Fuel, Lubricant 등의 윤활특성을 측정하는 ASTM Standards에 대한 Summary로

대상 재료 및 Wear Mechanism에 따른 적절한 규격 선택의 Guide

참고로 KS 규격도 소개

Reference ASTM Standards- Lubricant Friction Coefficient & Lubricity Measurement

No. Designation Title & Contents

1 ASTM D2266 Wear preventive Characteristic of lubricating grease

Grease 내 마모특성을 4 Ball Wear 시험

2 ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method)

Grease 특성 시험

3 ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method)

Grease 의 EP 시험

4 ASTM D2625 Endurance (Wear) Life and Load-Carrying Capacity of Solid Film Lubricants (Falex Pin and Vee ethod)

Dry Solid Lubricant Film 의 내구성 시험

5 ASTM D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method)

Lubricant EP 시험

6 ASTM D2783 Measurement of Extreme Pressure properties of Lubricating Fluids (4 ball)

Lubricant EP 시험

7 ASTM D2981 Wear Life of Solid Film Lubricants in Oscillating Motion

Dry Solid Lubricant Film 내구성 시험

8 ASTM D3704 Wear Preventive Properties of Lubricating Greases Using the (Falex) Block on Ring Test Machine in Oscillating Motion

Lubricant Grease 내 마모성 시험

9 ASTM D4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (4 Ball)

Lubricant 의 4 Ball 마모 시험

10 ASTM D5001 Measurement of Lubricity of Aviation Turbine Fuels by the Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE)

항공유 Lubricity 측정 시험

11 ASTM D5183 Determination of the Coefficient of Friction of Lubricants Using the Four-Ball Wear Test Machine

4 Ball 마모시험으로 Lubricant 마찰계수 측정 시험

12 ASTM D6078 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the Scuffing Load Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE)

Diesel 유의 Lubricity 측정 시험

13 ASTM D6079 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)

Diesel 유의 Lubricity 측정 시험

14 ASTM D6425 Measuring Friction and Wear Properties of Extreme Pressure (EP) Lubricating Oils Using SRV Test Machine

왕복동 마모시험을 이용한 윤활유 소착시험

15 ASTM G181 Conducting Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner Materials Under Lubricated Conditions

Piston Ring 과 Cylinder 사이 왕복 윤활 특성 측정 시험

16 KS M 2026 석유 제품 – 내 하중성 시험 방법

4 Ball 시험

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2509-Timken-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2596-97-EP-FB-lubricating-grease-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2020/04/ASTM-D2625-Endurance-Wear-Life-and-Load-Carrying-Capacity-of-Solid-Film-Lubricants-Falex-Pin-and-Vee-Method-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2782-Timken-마모-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2783-EP-4-ball-한글.pdf

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D2981-Wear-Life-of-Solid-Film-Lubricants-in-Oscillating-Motion-한글.pdf

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D3704-Wear-Preventive-Properties-of-Lubricating-Greases-Using-the-Falex-Block-on-Ring-Test-Machine-in-Oscillating-Motion-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D4172-Fluids-4-ball-한글.pdf

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5001-Measurement-of-Lubricity-of-Aviation-Turbine-Fuels-by-the-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-BOCLE-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D5183-Determination-of-the-Coefficient-of-Friction-of-Lubricants-Using-the-Four-Ball-Wear-Test-Machine-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6078-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-Scuffing-Load-Ball-on-Cylinder-Lubricity-Evaluator-SLBOCLE-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6079-Evaluating-Lubricity-of-Diesel-Fuels-by-the-High-Frequency-Reciprocating-Rig-HFRR-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D6425-Measuring-Friction-and-Wear-Properties-of-Extreme-Pressure-_EP-Lubricating-Oils-Using-SRV-Test-Machine-한글.pdf


http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-G181-Conducting-Friction-Tests-of-Piston-Ring-and-Cylinder-Liner-Materials-Under-Lubricated-Conditions-한글.pdf





Grease 내 마모특성 - 4 Ball Wear Test

Scope Steel과 Steel의 Sliding 접촉에서 Grease 마모 방지 특성평가

Test Procedure Test Condition

온도 75℃ ± 2℃

속도 1,200 ± 60 RPM

시간 60분 ± 1분

하중 392 ± 2 N (40kgf ± 0.2kgf)

3개의 12.7mm 직경의 Steel ball을 고정하고 표면을 Grease로 Covering

위에 장착되는 12.7mm 직경의 강구를 통하여 392 N 의 힘을 부가

윤활 Grease 온도는 75℃ 유지.

Top ball은 1시간 동안 1,200 RPM으로 회전

Specimen Ball

Cr 합금 12.7mm Dia. Steel ball

ANSI standard steel No E-52000 제조

Grade 25EP (Extra polish) HRC 64~66

Measuring Criteria

윤활유 특성은 3개의 고정된 Ball에 생성되는 Wear scar 평균 크기를 측정하여 상호 비교

세 개의 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 각각 측정

측정은 0.01mm까지 측정

측정 방법에는 Ball의 탈/착 여부에 따라 Option A 및 Option B

Testing Tip 시험조건이 변하면, 상대급수도 달라질 수 있어 Four ball 시험과 현장수행시험과는 무관

EP: Extreme pressure 시험과는 다른 시험

ASTM D2266 Wear preventive characteristic of lubricating grease

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2266-Wear-preventive-Characteristics-of-Lubricating-Grease-Four-ball-한글.pdf




Grease Load-Carrying Capacity Test - Timken Method

Scope

Timken Extreme Pressure Tester를 사용하여 윤활 Grease의 내 하중 용량 결정 시험.

윤활 막이 유지될 때는 부드러운 Wear scar 시편에 형성.

윤활 막이 깨지면 시편에 파손이나 Scoring 형성

철강 시편에 대해 회전 철강 시험 Cup으로 시험.

OK Value - Scoring이나 Seizure 발생이 없는 최대 하중

Score Value - Scoring이나 Seizure가 발생하는 최소 하중

Test Procedure

Grease 온도 24°C ± 6°C로 유지.

45 ±9 g/min 속도로 Grease 공급.

Motor 가동 후 15초 후에 회전축의 속도를 800 ±5 RPM 이후 15초 동안 길들이기.

길들이기 후, 133.4 N까지 8.9 ~13.3 N/s 속도로 하중 부가.

800 ± 5 RPM으로 10 min ±15 s 시험

과도한 소음이나 스핀들의 속도 변화는 Scoring을 의미

즉시 윤활유 중지 후, 하중 제거 후 시험 중지.

Scoring이 탐지 되지 않는 경우는 하중을 가한 후 10 min ±15 초 동안 작동 후 하중 제거

Scoring, Seizure 등이 나타나면 가해진 하중에서 윤활 실패 의미

Score 가 관찰되지 않는 경우 시편을 돌려 새로운 표면이 접촉하고 새로운 시험 Cup 사용

44.5 N씩 하중을 증가하여 Score가 생길 때까지 실험 반복.

이 경우 마지막 단계에서는 22.2 N로 하중 감소.

Score가 133.4 N하중에서 발생되는 경우에는 Scoring이 나타나지 않을 때까지 26.7 N씩 감소하며 시험

반복. 이 경우 최종 하중은 13.3 N로 조절.

OK 값 결정 후 시편 제거

Specimen Test cup

Carbon steel

HRC 58~ 62, HV 653~746

폭 13.06 ±0.05 mm, 둘레 154.51 ±0.23 mm, 지름 49.22 + 0.025mm, -0.127 mm

최대 반지름 진동 0.013mm.

Axial surface roughness 0.51~0.76um C.L.A (Center line average)

Measuring Criteria

Wear scar의 폭을 ±0.05 mm의 정확도로 측정

측정현미경으로 0.05mm까지 Wear scar의 폭 측정.

OK 및 score 값 결정

접촉 압력, C 계산 C, MPa = 9.81[L(X’ + 0.454G)]/Y’Z’

Testing Tip

회전축의 최대 진동은 0.013 mm. 진동이 0.025mm 이상이면 시험결과에 영향

Scoring 의심스러운 경우의 결정 방법 주의

ASTM D2509 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease (Timken Method)





Grease EP Test – 4 Ball Wear

Scope

윤활 Grease의 Load carrying 특성을 측정하는 방법으로 아래 물성 결정

Load –Wear Index (Formerly Mean-Hertz Load)

Weld point

Test Procedure

Test Condition

온도: 28 ±8℃

속도: 1,760 ±60 RPM

시간: 10 ±0.1 초

하중: 80 ±0.2kgf (784N)

평균 Scar 직경 측정

평균 Scar 직경이 Compensation scar 직경보다 5% 이상 크지 않다면, 다음 상위 하중으로 실험 반복.

계속적으로 비교하여 Last non seizure load가 결정 될 때까지 반복.

784N에서 측정된 Scar 직경이 Compensation scar diameter보다 5% 이상 크다면, 하위 하중에서 실험.

Last Non seizure load 결정까지 수행.

시험 중 Welding이 발생하지 않는다면, Welding이 나타날 때까지 더 높은 하중에서 시험 반복.

Specimen Ball

ANSI standard steel E-52100 B 3.12

Cr 합금 Steel

12.7mm diameter

Grade 25 EP (Extra polish)

HRC 64~66

Measuring Criteria

Welding 발생까지 연속적으로 높은 시험 하중에서 시험을 수행하여 Scar diameter 측정

세 개의 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 각각 측정

Testing Tip

윤활 성분으로서 Silicone, Halogenated silicone, Silicone 액체로 구성된 혼합물, Petroleum oil 등을

가지는 윤활 그리스는 적용 불가

Welding 현상 척도.

마찰 계수의 급격한 증가

Motor 소음 증가

Ball pot의 연기

Lever arm의 급격한 하강

ASTM D2596 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Grease (Four Ball Method)





Dry Solid Lubricant Film Load Carrying Capacity Test– Pin & Vee

Scope

Sliding Steel on Steel 응용 분야에서 Dry solid film lubricants 내구성(마모) 수명 및 하중 전달 용량 결정.

Test Procedure Procedure A (Endurance test)

규정에 따라 시험

파손은 정상 상태 값보다 1.13 N • m의 Torque 상승 또는 전단 Pin 파손으로 감지.

4회 시험.

Procedure B (Load-carrying capacity test)

모터를 구동하고 1,330 N에 도달할 때까지 자동 Loading Ratchet 작동.

3분 동안 290 r ⁄min ± 10 r ⁄min으로 시험.

하중을 2,220 N 증가시키고 1분 동안 시험.

1,110N씩 Load gage 최대 범위에 도달할 때까지 또는 파손 발생까지 하중 증가

각 Load에서 1분 시험.

파손 전 1 분 동안 지속된 마지막 Gage 하중으로 Load Carrying Capacity 기록.

Specimen

Vee Blocks, 96° ±1° angle, 1.24GPa~ 1.38GPa tensile strength

AISI C-1137 Steel, Rockwell hardness HRC 20 ~ 24, 0.13um ~0.25μm rms

Test Pins, 56.35 mm outside diameter by 31.75 mm long

Measuring Criteria

파손은 윤활 Film이 1분 동안 하중을 유지하지 못하고, 전단 핀 파손, 시험 핀 파손, 또는 점진적인

증가에 따른 Torque의 급격한 증가 (1.13 N • m 이상)로 감지.

Testing Tip

Coating 조건에서 벗어난 것은 데이터 분산에 크게 영향.

ASTM D2625 Endurance (Wear) Life and Load-Carrying Capacity of Solid Film Lubricants (Falex Pin and

Vee Method)






Lubricant EP Test – Timken Method

Scope

Timken Extreme Pressure Tester 를 사용하여 윤활 그리스의 내 하중 용량 결정 시험.

40℃에서 5,000 cSt (5,000mm2/s) 미만의 점도를 갖는 유체의 시험에 적합

Scoring – Sliding 방향으로 확장된 홈이나 Scratch 에 의해 발생한 마모의 가혹한 형태

Load-carrying capacity– 용접이나 Seizure 없이 접촉면이 유지될 수 있는 최대 하중

OK value – Scoring 이나 Seizure 현상이 없을 때 최대 하중

Score value - Scoring 이나 Seizure 현상이 발생하는 최소 하중

Test Procedure

Steel test block에 대해 회전하는 철강 시험 Cup으로 구성.

회전 선속도는 123.71 ±0.77m/min (800 ±5 RPM의 축 회전 속도와 동일)

Grease 온도 24 ±6℃.

Scoring Value, OK Value를 Extreme pressure 결정에 사용

모터 구동 후 15초 뒤 800 ± 5 RPM으로 설정하고 이 후 15초 동안 길들이기.

30초 길들이기 후 Score가 일어나지 않을 정도의 하중을 부하속도 8.9 ~ 13.3 N/s로 부하.

Score가 감지되지 않으면 하중을 가한 후 800 ± 5 RPM으로 10min ±15s 시험.

Scoring이 진동이나 소음에 의해 나타난다면, 즉시 윤활유 및 하중을 제거 후 시험 중지.

Scoring이 탐지 되지 않는 경우는 하중 추가 후 10min ±15초 동안 작동

Scoring 혹은 Seizure가 나타나면 가해진 하중에서 윤활 실패 의미.

Score 가 관찰되지 않는 경우 시편을 돌려 새로운 표면이 접촉하게 하고 새로운 시편 Cup을 사용하여

10 lb씩 하중을 증가하여 Score가 생길 때까지 실험 반복.

마지막 단계에서는 5 Ib로 하중을 감소.

Score가 30 Ibf 하중에서 발생되는 경우에는 Scoring가 나타나지 않을 때까지 6 Ibf씩 줄여 시험 반복

이 경우 최종에는 3 Ibf로 조절.

OK value를 결정

Specimen Test cup

Carbon steel

HRC 58~ 62, Hv 653~746

폭 13.06 ±0.05 mm, 둘레 154.51 ±0.23 mm, 지름 49.22 + 0.025, -0.127 mm,

최대 반지름 진동 0.013mm.

Axial surface roughness 0.51~0.76um C.L.A

Specimen

시험 면은 12.32 ± 0.10 mm폭, 19.05 ±0.41 mm 길이 탄소강으로 제작

HRC 58~ 62, Hv 653~746

표면 거칠기는 0.51~0.76um C.L.A

Measuring Criteria

Wear scar 폭을 ±0.05 mm의 정확도로 측정.

접촉압력 C, MPa = 9.81[L(X’ + 0.454G)]/Y’Z’




Testing Tip

과도한 Score는 많은 열이 발생하여 표면특성이 변경될 수도 있기 때문에 시편 폐기.

Cup 원주방향의 진동은 dial gage를 이용하여 측정하며 총 변화는 구동 중 0.025mm미만.

Wear scar가 어떤 하중 조건에서 Score 조짐을 나타내면 같은 시험 조건에서 반복시험.

만일 두 번째 시험에서도 Score가 나타나면 이 하중을 Score rating으로 기록.

두 번째 시험에서 Scoring이 없다면, 기록하지 않음.

두 번째 시험이 의심스러운 결과라면, 단순하게 부하 단계에서 평가의 판단을 보류하고 즉시 다음

높은 하중단계에서 시험.

적용한 다음 높은 하중 단계에서 얻은 하중으로 결정

ASTM D2782 Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method)





Lubricant EP Test- 4 Ball Wear

Scope

윤활 Fluid Load Carrying 특성 측정 시험으로 두 가지 물성 결정

Load -wear index (formerly mean-Hertz load)

Four ball EP tester에 의한 Weld point

Specimen Ball

ANSI Standard steel E-52100 B 3.12

Cr 합금 Steel, 12.7mm diameter

Grade 25 EP (Extra polish)

Rockwell C 64~66

Test Procedure Test condition

온도: 28±8℃

속도: 1760±60rpm

시간: 10±0.1초

하중: 80 ±0.2kgf(784N)

10회 시험이 Welding point이하에서 수행

10개 하중들이 Welding이 발생했을 때 더 이상 작동하지 않고 Wear scar 직경이 보정선 5%이내

범위에 있으면 시험 종료.

Measurement Criteria

3개 볼에 남아 있는 Wear scar diameter를 Striation을 따라 가로 세로 측정


Corrected load: Last non-seizure load 와 Weld point 사이에서 식을 이용하여 각 부하 하중에 대한

Corrected load 계산

Corrected load (kgf) = L Dh/X

Testing Tip

Four ball EP 시험과 Four ball 시험은 엄연히 다른 시험. EP는 고 하중 하에서 시험

ASTM D 2783 Measurement of Extreme Pressure properties of Lubricating Fluids (Four ball)

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D2783-EP-4-ball-한글.pdf




Dry Solid Lubricant Film의 내구성 시험

Scope

진동 시 Block 결합 마찰 및 마모 시험기를 사용하여 진동 운동에서 고체 Film 윤활제 마모 수명 평가.

Test Procedure

시편은 13.6 kg의 수직 하중에서 1분 Worn-in. 마모 기간은 시험 중 283 kg의 수직 하중 적용.

Vibration speed: 90º arc, 87.5cpm ± 1cpm

.

Specimen

HRC 58-63인 4SAE 4620 Steel Test Ring.

Ring- 8.163 mm ±0.127 mm 두께, 34.9885 mm ± 0.0254 mm 직경, ±0.038 mm 내 외면 간 편심.

윤활제 코팅 적용 전 Ring 외경의 표면 거칠기, 500nm ~ 750nm rms.

Block- 2 SAE 01 Steel 시험 표면의 0.635 mm ± 0.021 mm 폭, 1.575 mm ± 0.005 mm 길이

HRC 58-63, 표면 거칠기 100nm ~ 200nm rms.

Measuring Criteria

마찰력 차단 수준을 설정하여 마모 후 280N 마찰력 또는 0.1 마찰 계수에서 시험 종료.

마모 수명 - 마찰력이 규정된 값으로 상승하는데 필요한 Cycle 수

Testing Tip

Load 13.6 kg에서 1분 Run in Wear

시약- 결과에 악영향을 미지는 않지만, 사용자는 향후 작업자에 조언.

ASTM D2981 Wear Life of Solid Film Lubricants in Oscillating Motion

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2017/12/ASTM-D2981-Wear-Life-of-Solid-Film-Lubricants-in-Oscillating-Motion-한글.pdf




Lubricant Grease Wear Prevent Test – Block on Ring

Scope

Block on Ring 마찰 및 마모 시험기를 통한 윤활 Grease의 마모특성 측정에 적용.

Test Procedure

현미경을 사용하여 중앙 및 각 모서리에서 1mm 떨어진 곳에서 0.01mm 단위로 Scar 너비 측정.

조정 가능한 Stroke 0 ~ 90 °.

최대 주파수: 600CPM

표준 시험기는 0 ~ 1,300 RPM의 가변 속도.

온도는 최대 204°C까지 온도 제어.

Specimen

시험 Ring, FALEX Type S-10 또는 S-25

재료 SAE 4620 Carburized steel. HRC 58 ~ 63

시험 Ring 너비, 8.15mm, 직경, 35mm, 최대 Radial Run out, 0.013mm,

표면 거칠기, S-10 0.15 µm ~ 0.30 µm rms, S-25 0.51 µm ~ 0.71 µm rms.

시험 Block, FALEX Type H-30 또는 H-60

너비 6.35mm 및 15.76mm.

표면 거칠기 0.10 및 0.20 µm rms.

H-30 시험 Block 경도는 HRC 27 ~ 33. H-60 시험 Block 경도는 HRC 58 ~ 63.

잠금 Washer와 잠금 Nut를 조이고 Torque 렌치로 28.25N • m로 고정.

Measuring Criteria

진동 시험 Ring과 접촉하여 시험 Block에서 생성된 마모 Scar 너비 측정.

Friction limit level: 18.14kg으로 설정.

Testing Tip

Grease 마모 방지 특성을 상/중/하 구별에 사용.

사용자는 이 시험 절차 결과가 현장 성능 또는 다른 시험기와 상관 관계가 있는지 판단

ASTM D3704 Wear Preventive Properties of Lubricating Greases Using the (Falex) Block on Ring Test

Machine in Oscillating Motion






Lubricant 4 Ball Wear Test

Scope

Steel과 Steel의 Sliding 접촉에서 윤활유의 마모 방지 특성 평가

Grease는 ASTM D2266 참조

Specimen Ball

ANSI Standard steel E-52000 specification B3.12

Cr 합금 Steel ball, 12.7mm Diameter

Grade 25EP (Extra polish)

HRC 64~66

Test Procedure

시험조건 (Test Conditions)

A B

온도 75℃ ± 2℃ 75℃ ± 2℃

속도 1,200 ±60 RPM 1,200 ±60 RPM

시간 60분 ± 1분 60분 ± 1분

하중 147 ± 2 N(15kgf± 0.2kgf) 392 ± 2 N(40kgf± 0.2kgf)

3개의 12.7mm 직경의 Steel ball을 고정하고 표면을 Grease로 Covering.

위에 장착되는 12.7mm 직경의 강구를 통하여 147 또는 392 N의 힘을 가한다.

윤활 Grease 온도 75℃

Top ball은 1시간 동안 1,200RPM 회전.

윤활유는 3개의 고정된 Ball에 생성되는 Wear scar 평균 크기를 측정하여 상호 비교

Measuring Criteria

2가지 방법에 의해 ± 0.01mm의 정밀도로 하부 3개 Ball에 대해 Wear scar 측정.


Testing Tip

Four ball 마모시험은 규정된 시험조건에서 Sliding contact에 의해 윤활 Fluids의 상대 마모방지 특성을

측정하는데 사용되지만, Rolling contact에서는 하지 않는다.

ASTM D 4172 Wear preventive Characteristics of Lubricating Fluids (Four Ball)

http://www.randb.co.kr/wp-content/uploads/2018/06/ASTM-D4172-Fluids-4-ball-한글.pdf




Fuel Lubricity Test - BOCLE

Scope

마찰되는 Steel 표면에서 항공 터빈 연료의 경계 윤활 특성에 대한 마모 평가

반 자동 사용 절차와 완전 자동 사용 절차의 둘 중 하나를 사용하여 시험.

BOCLE- Ball on Cylinder Lubricity Evaluator

WSD- Wear Scar Diameter

Test Procedure

반 자동 방법의 부록 A1, 완전 자동 방법의 부록 A2 참조.

Specimen Ring

Rockwell 경도 "C"스케일, HRC 58 ~ 62, 표면 거칠기 0.56 µm ~ 0.71 µm rms

SAE 8720 Steel Ring 치수는 그림 1 참조.

Ball

직경 12.7 mm, 등급 5-10의 AISI 표준 Steel no. E-52100으로 만든 크롬 합금강.

Measuring Criteria

현미경 100배로 시험 Ball 측정

주축을 0.01 mm까지 측정.

Scar 지름을 0.01mm까지 측정

Testing Tip

연료 펌프 및 연료 제어와 같은 엔진 부품 수명을 단축시키는 과도한 마찰로 인한 마모는 때때로

항공 연료의 Lubricity가 부족한 것으로 판단.

ASTM D5001 Measurement of Lubricity of Aviation Turbine Fuels by the Ball-on-Cylinder Lubricity

Evaluator (BOCLE)






Lubricant의 Coefficient of Friction Test - 4 Ball Wear

Scope

이 시험방법은 4- Ball 마모 시험기에 의한 마찰계수 측정 절차

Test Procedure

3개 12.7mm 직경 Steel Ball이 고정되고 윤활유 10mL로 도포.

"Top ball" 이라 불리는 4번째 12.7mm 직경 Ball은 3점 접촉을 위해 3개 고정 Ball에 의해 392N

힘으로 가압.

마모 윤활유 온도는 75°C로 승온 후 상단 Ball을 60분 동안 600 r ⁄min으로 회전.

마모 Scar가 평균 0.67 mm ± 0.03 mm인 경우, 마모시험 Ball 장착 상태에서 10 mL 시험용액을

Ball 컵에 추가.

시험 윤활제 온도는 75°C로 조절되고 상단 Ball은 98.1N에서 10분 동안 600r/min에서 회전.

하중은 마찰 흔적이 초기 Seizure를 나타내는 지점까지 10분 간격으로 98.1N씩 증가.

스핀들 회전 속도 600r/min ± 30r/min로 설정.

시험 Oil 온도 75°C ± 2°C 설정

60분 경과 시 ±1 분 정확도, 10분 경과 시 ±10초 정확도 점검.

2.0N의 가/감산을 감지.

Specimen

Ball, 크롬 합금강, AISI 표준 Steel no. E-52100, 직경 12.7 mm 등급 25 EP(추가 광택).

HRC 64 ~ 66

마모 윤활제- 40℃에서 24.3cSt ~ 26.1cSt의 점도를 갖는 백색 Oil.

Measuring Criteria

Ball 시험 컵에서 제거하지 않고 3개 Ball에 생성된 Scar 직경을 0.01 mm 정확도로 측정.

3개 하부 Ball 마모 Scar를 ± 0.01 mm 정확도로 측정

Testing Tip

Four-Ball E.P. 및 4- Ball 마모 시험기를 구별하는 것이 중요

4 Ball EP 시험기는 무거운 하중에서 시험하도록 설계되었으며 마모 시험에 필요한 감도 부족.

ASTM D5183 Determination of the Coefficient of Friction of Lubricants Using the Four-Ball Wear Test

Machine






Diesel Fuel Lubricity Test – SLBOCLE

Scope

Scuffing Load Ball on Cylinder 윤활특성 평가기기(SLBOCLE)를 사용하여 Diesel 연료의 윤활특성

(Load carrying ability) 평가.

Diesel 연료 윤활특성 평가를 위한 두 방법

SLBOCLE

High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR, D6079)

두 시험 방법간 절대 상관 관계는 미 개발 상태.

SLBOCLE는 규정 시험조건에서 마모 방지를 위한 Diesel 연료의 상대적 효과 평가에 사용.

표준 SLBOCLE 등급을 설정한 경우 단일 부하 시험은 Incremental Load 시험보다 빠른 평가.

Diesel 연료 분사 시스템의 현장 성능과 SLBOCLE 시험결과의 상관 관계는 미 결정 상태.

Test Procedure

연료 50mL를 SLBOCLE의 시험 Reservoir에 넣고 시험 온도 25°C로 조정.

연료 온도가 안정되면 15분 동안 50 % R.H, 3.3 L ⁄min 속도 연료는 0.5 L ⁄min로 연료 Aeration에 사용.

나머지 시험에는 50 % R.H, 3.8 L ⁄min 속도로 공급.

비 회전식 Steel ball을 고정하고 500g 질량이 적재된 Load arm은 525r/min으로 회전하는 부분 연료

침지 Polished steel 시험 Ring에 닿을 때까지 하강.

Incremental 하중 또는 단일 하중 시험 시작 전 30초 동안 Ball을 시험 Ring에 마찰.

마모 시험은 Ball을 부분적으로 잠긴 525 r ⁄min 시험 Ring과 60초 동안 접촉시켜 실시.

Ball이 시험 Ring과 접촉하는 동안 접선 마찰력을 기록. 마찰계수는 접선 마찰력으로부터 계산.

기준 유체 A와 B가 제공되는 두 하중에서 12회 연료마다 1회 이상 시험 성능과 정확성 검증.

각각의 적용된 하중에 대한 최대 마찰계수 계산.

기준 유체 A 또는 B에 gram 단위 적용 하중이 허용 가능 범위를 벗어나는 경우 추가 시험.

사용된 Cylinder를 사용하는 경우 새 마모 Track은 Ring의 마지막 Track 오른쪽으로 0.75mm 이상

거리 유지. Ring당 최대 하중 수는 15.

Specimen

SAE 8720 Steel 시험 Ring은 Rockwell 경도 HRC 58 ~ 62, 표면 거칠기, 0.56 ~ 0.71-µm rms.

Grinding wheel, 중간 경도의 60 Grit 산화 알루미늄 wheel.

Measuring Criteria

Incremental 하중 시험에서 고정 Ball과 회전 Ring 사이 마찰계수가 0.175 이상인 최소 하중(Gr)으로

Diesel 연료의 윤활 특성 평가.

하중 100g 차이에 최대 마찰계수 차이가 0.175 미만이 되는 경우 Incremental 하중 시험 종료.

두 시험결과가 500 g 이상 차이가 나면 결과는 신뢰할 수 없으므로 폐기.

Testing Tip

SLBOCLE은 오염 문제에 매우 예민.

단일 하중 시험에서, 0.175 이하의 마찰계수는 Diesel 연료가 윤활특성 평가를 통과함을 의미

SLBOCLE 시험 시 마찰력은 유체 및 시험 물질의 오염, 대기 중 산소, 물의 존재, 시험온도에 예민.

윤활특성 평가는 시험 연료 Sampling 및 보관 중 획득한 미량의 오염 물질에도 예민.

지나치게 매끄럽거나 거친 표면에서는 낮은 Scuffıng 하중 결과 보고.

ASTM D6078 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the Scuffing Load Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator

(SLBOCLE)






Diesel Fuel Lubricity Test – HFRR

Scope

High Frequency 왕복 운동 장치(HFRR)를 이용한 Diesel 연료의 Lubricity 평가.

D975에 따라 등급 1-D S15, S500 및 S5000과 같은 중간 증류 연료, 등급 2D S15, S500, S5000 연료

Diesel 엔진에 사용될 수 있는 유사 석유 계 연료에 적용.

Diesel 연료 윤활 평가 방법

HFRR

Scuffing Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE, D6078)

두 시험방법간에 절대 상관 관계는 미 정립.

Test Procedure

HFRR의 시험 Reservoir에 연료 2mL 주입.

비 회전식 Steel ball을 고정하고 200g 질량이 부하된 Vibrator arm을 시험 Disc와 접촉.

연료 온도가 안정되면, Ball은 50 Hz 주파수에서 75분 동안 1mm Stroke로 Disc에 마찰.

측정 시스템은 1um 정확도로 마모 Scar 측정.

시험 연료 온도는 60°C로 유지되고 주변 상대 습도는 30 %~ 85 % 사이로 유지.

마모 Scar 이미지는 현미경 디지털 카메라를 사용하여 마모 Scar 주축 및 부축 측정

Specimen

Ball- Rockwell 경도 HRC 58~66, 직경 6.00mm SAE-AMS 6440 Steel Ball (ISO 3290에 따라 28 등급)

Disc - Vickers 경도, HV 30 Annealing rod로 가공된 SAE-AMS 6440 Steel 10mm Disc,

Lapping 및 연마 0.02µm Ra 미만 표면 조도.

Measuring Criteria

주축과 부축은 10 µm, Scar 직경은 10 µm까지 측정.

권장 교정 간격

Stroke 길이 -3 개월마다.

온도 Probe -12 개월마다.

시험 장치 성능과 정확도를 20회 마다 검사.

Testing Tip

Diesel 연료 Lubricity가 부족한 경우 Diesel 분사 펌프 및 Injector와 같은 엔진 구성 요소 수명 단축.

ASTM D6079 Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency Reciprocating Rig (HFRR)





Lubricant의 Extreme Pressure (EP) Test - SRV

Scope

Extreme Pressure(EP) 윤활유의 마찰계수와 고주파 선형 진동 운동을 받을 때 마모 방지 능력 측정.

절차는 DIN 51834 절차와 동일.

유사한 시험 조건에서 비 EP 윤활유의 마모 및 마찰계수로부터 보호하는 능력 결정에도 사용.

Test Procedure

SRV I, II, III, IV, V에 따라 다양 (규격 참조)

Specimen

Ball- AISI 52100 Steel, 60 HRC ± 2 HRC Hardness, 0.025µm ± 0.005µm Ra(C.L.A), 직경 10 mm.

Disc- VAR(Vacuum Arc Re-melt) AISI 52100 강 또는 DIN EN ISO 683-17 및 구상화 처리된 구상 탄화물

Hardness: 62 HRC±1 HRC.

Disc Topography

0.500 µm <Rz <0.650 µm; 0.035 µm <Ra(C.L.A) <0.050 µm, 0.020 µm <Rpk <0.035 µm 및 0.050 µm

<Rvk <0.075 µm, 24 mm ± 0.5 mm 직경, 7.85 mm ± 0.1 mm 두께.

Measuring Criteria

현미경을 사용하여 Sliding 방향(d1) 및 90° Sliding 방향(d2) Scar 너비를 0.01mm로 측정.

평균 마모 Scar 직경(WSD 또는 Wk)은 이 두 측정의 평균(WSD =(d1 + d2)/2).

마모부피 Wv(mm3) 측정을 권장.

마모 Profile을 측정하고 마모부피를 계산하는 절차는 D7755 또는 DIN 51834

0.001 정밀도로 최소 및 최대 마찰계수(fmin, fmax) 및 15분, 30분, 90분, 120분 (f15, f30, f90, f120) 계수 측정.

마찰계수의 강한 변동(대역폭 ≥0.005)이 계수가 측정되는 지점에 인접한 Chart Recorder 또는 기타

출력 장치에 표시되면 평균값과 변동의 크기 기록

Testing Tip

Seizure로 인해 마찰계수가 한계 f = 0.35를 초과하면 시험 종료.

ASTM D6425 Measuring Friction and Wear Properties of Extreme Pressure (EP) Lubricating Oils Using

SRV Test Machine






Cylinder Line와 Piston Ring Friction Test

Scope

왕복 운동 Sliding 장치는 액체 윤활이 효과적이지 않아 대부분의 마모가 발생하는 것으로 알려져

있는 Cylinder 상사 점 근처에서 Piston Ring과 Liner 사이에서 발생하는 접촉 모사에 사용.

Test Procedure

가열된 윤활유 상태에서 Cylinder Bore 내에서 Piston Ring의 전후 운동 모사에 사용.

Lubrication 종류

Fully-flooded - 윤활제 Bath를 채워서 최소 2 mm 이상 접촉 표면을 도포.

Drip feed Lubrication – 정해진 유량 또는 공급 일정에 따라 일정 윤활제를 주기적으로 주입.

Starved Lubrication - 시험 시작 전 표면에 특정 양의 윤활제 도포 후 시험 중 추가되지 않는 윤활.

10분(±2°C) 동안 평형을 유지

슬라이더 Crank 시험 장비의 일반적인 주파수는 초당 5-40 Cycle.

엔진에서 Piston의 전체 Stroke와 동일한 Stroke 길이 설정 불필요.

Stroke 길이는 Piston Ring 시편의 마모 접촉면 폭의 5 ~10배 사이.

원하는 최고 Stroke 길이와 원하는 왕복 주파수 사이에 절충이 필요.

평행하지 않은 Piston Ring(예: keystone 모양의 단면이 있는 Ring의 경우) 실제 Piston으로 Holder를

준비하거나 Ring 경사면을 단단히 고정하는 Holder 설계 필요.

적절한 정렬 보장을 위해 두 가지 접근 방식이 사용.

(1) 초기 Setup 시 기계적 정렬 방법 정렬

(2) 대상 면에 대한 Ring 시편의 Running in

전자는 거시적인 정렬을 조정하는 반면 후자는 미시적인 조정

RUNNING-IN 절차

시험 사이 마찰 거동의 일관성은 초기 마모 Scar 형성을 위해 Run-in Ring Segment를 사용하여 개선.

Cylinder Liner 모사를 위해 Diesel 엔진 Piston Ring Segment와 Flat gray cast 하부 시편 사이에서

Running in 효과를 내기 위해, 다음의 시운전 절차 사용.

사용되는 마찰시험 및 윤활 조건의 유형에 따라 Run in 절차 수정 필요.

윤활유를 Sliding 접점 위의 높이로 주입. 윤활유가 부족하면 Running-in 과정 가속화.

Stroke는 10 mm로 설정되고 주파수는 10 Hz로 설정.

실온에서 20N의 초기 하중을 가하고 진동 시작.

안정화까지 마찰력을 측정. 몇 분 정도 소요.

하중을 20N 증가시키고 안정화 반복.

최대 하중(현재의 경우 240N)에 도달할 때까지 반복. 하중을 20N 내리고 최소하중에 도달할 때까지

안정화를 반복. 마모 Scar 위치를 확인하여 Ring 면의 중앙에 오도록 필요에 따라 조정.

증가 Sequence와 감소 Sequence에 대해 동일한 적용 하중에서 평형 상태 마찰력 비교.

Step up 및 Step down Sequence의 해당 하중에 대해 마찰력 수준이 거의 같아 질 때까지 단계별

Upload 및 Download Sequence를 반복.

Specimen

시편 준비 방법은 평가 재료, 코팅 또는 표면 처리의 종류에 따라 상이

Ring 시편 및 Cylinder Bore 시편.

Ring 시편

Ring 시편은 생산 Piston Ring에서 절단하거나 동일 치수의 시편을 가공하여 제작.

Ring 시편은 공장에서 완성된 원래 상태로 사용하거나 코팅 또는 표면 처리를 적용하여 변경.

표면은 특정 엔진 또는 엔진 클래스에 대해 모사할 수 있도록 준비.




Cylinder Bore 시편

Cylinder Bore 표면 모사를 위한 시편은 생산된 Cylinder의 절단 부 또는 해당 엔진에 사용된 Cylinder

형태와 마무리가 유사한 평평한 시편을 구성.

특정한 경우, Cylinder Bore 시편은 실험 재료로 제조되거나 코팅되거나 표면 처리.

Conditioned Oil- 마찰과 마모에 대한 Oil의 영향이 장기적이고 안정적인 특성을 반영하도록 작동

엔진에서 사용함으로써 점도, 구성 및 기타 기능 관련 특성이 변경된 윤활유.

Measuring Criteria

마찰력 센서는 시험 장치에서 가능한 접촉 점에서 마찰력의 작용 선에 접근.

Sampling 속도는 각 방향에서 Stroke 당 10회 이상 판독.

10Hz에는 초당 200회 측정 Sampling 속도 필요.

마찰력 표시는 상대 운동의 방향에 반대되는 경우 양수.

왕복 운동 Sliding 동안 방향의 반전을 설명하기 위해 마찰데이터를 수정.

방향 반전 기간 동안 수집된 데이터는 폐기.

수직 마찰력으로 나눈 순간 마찰력의 몫은 운동 마찰 계수로 정의.

Testing Tip

Conformal contact - 접촉 표면곡률이 상대 면의 곡률과 일치하는 시편형상 접촉

한 쌍의 표면은 부적합한 접촉 구성에서 시험을 시작하지만 마모 결과로 Conformal 접촉 발생.

Running-in 절차는 결과의 Repeatability을 높이기 위해 사용.

엔진 마찰 손실의 절반은 Ring 및 Liner 계면에서의 마찰 손실로 추정.

조정 변수는 수직응력, 진동 속도, Stroke 길이, 시험기간, 시험온도, 시편 표면준비 방법 및 평가 재료

및 윤활제가 포함. 시험 설정, 시편 고정 및 정렬 방식, 조건부 Oil 특성을 모사하기 위한 윤활유 선택

및 시험 결과의 변동성을 최소화를 위한 Ring 시편 Run in 방법에 대한 지침 제공.

두 접촉면 검사- Ring 마모 접촉영역 크기를 포함하여 Ring 또는 Bore 시편 표면손상 관찰

ASTM G181 Conducting Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner Materials Under Lubricated

Conditions






KS 내 하중특성 시험

Scope

본 규격은 Extreme Lubricant의 내 하중특성 측정 방법에 대하여 규정.

시험 방법의 종류

Soda type 4 Ball Method: 4 Ball 마모시험기로 윤활유의 내 하중특성을 시험방법

Timken Method: Timken 시험기로 윤활유의 내 하중을 시험하는 방법

Shell type 4 Ball Method: Shell 4 Ball 마모시험기로 Extreme Lubricant의 내 하중특성 시험방법

Soda식 4 Ball

시험용 강구를 시료 용기 및 세로축에 고정하고 시료 용기에 시료를 채운다. 세로축을 회전하지 않고

정지한 채로 시험 유압에 부하한 후 매분 750회전으로 회전 시키고 측정 시간 내에서의 녹아 붙음

유무를 조사. 이 조작을 1회마다 시험용 강구 및 시료를 바꾸어 반복하고 합격 한계 하중을 구하여

내 하중특성으로 사용.

Specimen

Ball: KS B 2001에서 규정하는 ¾ (호칭 지름 19.05), 동급 40인 것

시험 조건

온도 25℃± 5℃

속도 750 ± 30 RPM

시간 60 ~ 63초

하중 0.392MPa (+ 0.049MPa(Welding 이 없을 경우) -0.049MPa (Welding 발생 시)

결과 처리

합격 한계하중을 KS A3251-1의 규정에 따라 0.05Mpa 단위로 끝맺음하고 이를 내하중성으로 결정.

합격 한계하중에서의 2회 반복 시험(합격)에서 얻어진 6개의 고정구 마모흔 지름을 현미경을 사용하여

미끄럼 방향 및 직각 방향으로 0.01mm 자리까지 측정하고, 12개 측정값의 평균을 KS A 325101의

규정에 따라 0.01mm 단위로 끝맺음 하고 마모흠 지름으로 결정.

Timken

Timken 시험기로 윤활유의 내 하중특성을 시험하는 방법

이 방법은 ASTM D 2782로 규정.

시험 원리

시험 컵을 부착한 시험기의 상부 시료 통에 약 3L의 시료를 채운 후 시험기 계 내를 약 15분간 순환

시키면서 40 ~ 42℃가 될 때까지 가열.

시험기에 시험 블록을 부착하고 시험기를 규정 회전 속도로 구동 시키고 30초간 길들이기 운전.

길들이기 후 자동 부하 장치를 시동시켜 시험 블록과 시험 컵 사이의 윤활 막에 하중을 걸고 10분

±15초간 Scoring 유무를 조사.

Shell식 4 Ball

Extreme Lubricant의 내 하중특성을 시험하는 방법

Specimen

AISI E 52100, Cr 합금강

지름: 12.7±0.999635mm

Rockwell 경도 C 스케일 64 ~ 66, 다듬질은 38mm




AFBMA 25 등급이어야 함

시험조건

온도: 18 ~ 35℃

속도: 1760±40rpm

시간: 10±0.2초

하중: 80kgf

Ball의 마모 흔 측정

A법: 죔 너트를 풀고 시험기를 빼낸 다음 스토더드 용액으로 씻고 해산으로 닦아낸 다음 부드러운

헝겁으로 닦아 건조. 3개의 시험구를 적당한 홀더에 각각 끼워놓고 3개의 시험구 중 하나의 홈 표면의

홈 자국을 현미경으로 가로, 세로 0.01mm 까지 측정.

B 법: 시험구를 시험구 용기에 넣어 둔채 윤활유만 쏟아낸다. 시험구의 표면을 스토더드 용매로 씻고

핵산으로 세척.

3개 시험구 중 1개 표면의 Scar 자국을 현미경으로 가로, 세로 0.01mm 까지 측정.

시험자가 원한다면 A법이나 B법에서 3구 중에 1개만 골라 하는 대신 3개 모두의 마모흔 지름을

현미경으로 측정.

윤활유에 시험 결과를 적용한 마모흔이 보정선을 따른다면 아래와 같은 산출 방법을 사용.

1. 수정부하: 최종적으로 녹아 붙음이 없는 부하와 용착점 간에 걸린 부하는 다음 식을 사용하여 계산

수정부하(kg) = L x Dh/x

L: 적용된 부하, 즉 전체 무게 x 지렛대 비

Dh: Hertz diameter(mm)

X: 평균 마모흔(mm)

2. 부하-마모 지수: 마모지수는 다음 식을 사용하여 계산.

부하-마모지수(Kgf) = A/10

A: 용착점 바로 전에 적용된 10회의 부하로 결정된 수정부하의 합

KS M 2026 석유 제품 – 내 하중성 시험 방법

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ASTM Standards for Lubricity Measurement of Lubricant, Grease, … · 2020. 5. 11. · ASTM Standards for Lubricity Measurement - Lubricant, Grease, Fuel , [email protected] 본