배빗메탈
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목차
1. 개요
배빗 메탈은 베어링 제작에 사용되는 합금으로, 주로 주석, 납, 구리, 안티몬 등으로 구성된다. 전통적인 배빗 베어링은 주철 필로우 블록에 배빗 금속을 주조하여 제작되었으며, 현대에는 강철 쉘에 청동 코팅을 하고 그 위에 얇은 배빗 금속 층을 입히는 방식으로 사용된다. 배빗 합금은 샤프트의 표면 속도와 베어링이 지지해야 하는 하중을 고려하여 선택하며, 주석 함량이 높은 합금은 고하중, 고속 환경에 적합하다. 최근에는 구름 베어링이 배빗 메탈 베어링을 대체하는 경우도 있으며, 친환경 배빗 합금 개발도 이루어지고 있다.
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| 배빗메탈 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 합금 |
| 주성분 | 주석 안티모니 구리 |
| 역사 | |
| 발명가 | 아이작 배빗 |
| 발명 시기 | 1839년 |
| 특허 획득 | 1841년 (미국 특허 1252호) |
| 구성 및 특성 | |
| 일반적인 조성 | 주석 89% 안티모니 7.5% 구리 3.5% |
| 특징 | 낮은 마찰 계수 내마모성 연성 |
| 용도 | 베어링 표면 재료 |
| 추가 정보 | |
| 다른 이름 | 화이트 메탈 |
2. 역사
2. 1. 전통적인 배빗 베어링
주철 필로우 블록은 샤프트 주변에 헐겁게 조립되며, 샤프트는 대략적인 최종 위치에 놓인다. 주철 필로우 블록의 안쪽 면은 종종 베어링 금속이 제자리에 주조될 때 키를 형성하기 위해 구멍이 뚫린다. 샤프트는 이형제로 그을음으로 코팅되고, 베어링의 끝은 점토로 채워 몰드를 형성하며, 용융 금속은 샤프트 주변의 캐비티에 부어 처음에는 필로우 블록의 하단을 채운다. 베어링을 벗겨내고 금속을 필로우 블록의 상단 표면까지 다듬는다. 굳어진 배빗 메탈은 연성이 있어 칼이나 날카로운 끌로 절단할 수 있다.강철 심은 하부 베어링의 표면을 보호하고 필로우 블록의 캡을 샤프트에서 떨어뜨려 놓기 위해 삽입한다. 점토로 끝을 다시 밀봉한 후, 더 많은 금속을 부어 필로우 블록 캡의 상단 구멍을 통해 필로우 블록의 캡을 채운다. 이 구멍은 결국 윤활 포트가 된다.
그런 다음 베어링의 두 반쪽을 심에서 분리하고, 심을 제거하고, 오일 구멍에서 금속을 제거하고 오일 통로를 새 베어링 표면에 깎아낸다. 샤프트에 엔지니어 블루를 바르고 베어링 안에서 회전시킨다. 베어링을 분해하면 파란색이 움푹 들어간 곳을 채우고 높은 부분을 닦아내어 보이게 한다. 높은 부분은 긁어내고 이 과정을 반복하여 샤프트를 제거했을 때 파란색이 균일하고 고르게 분포된 패턴이 나타날 때까지 반복한다. 그런 다음 베어링을 청소하고 윤활하고, 샤프트가 베어링 안에서 단단히 고정되지만 묶이지 않도록 심을 댄다. 그런 다음 베어링을 낮은 부하와 느린 회전으로 과도하게 윤활하여 "런인"하여 단단한 베어링 표면을 노출시키는 과정을 완료한다. 심 조절을 최종적으로 마치면 매우 신뢰할 수 있고 높은 하중을 견딜 수 있는 베어링이 만들어진다.
저렴한 전동기가 등장하기 전에는, 동력은 수백 개의 배빗 베어링에서 작동하는 오버헤드 샤프트를 통해 중앙 엔진에서 공장 전체로 분배되었다. 종종 가죽, 천 또는 고무 벨트가 이 회전 동력을 작동 기계로 전달하는 데 사용되었다.
"런 베어링"이라는 표현 역시 이 스타일의 베어링에서 유래되었는데, 윤활에 실패하면 베어링의 마찰로 인해 열이 축적되어 결국 베어링 금속이 녹아 필로우 블록에서 흘러나오기 때문이다.
2. 2. 현대의 배빗 베어링
1950년대 중반까지 주입식 배빗 베어링은 자동차 분야에서 널리 사용되었다. 커넥팅 로드와 크랭크축에서 발생하는 충격 하중에 강했기 때문에 주석 기반 배빗이 사용되었다. 배빗은 틀을 사용하여 블록이나 캡에 주입되었으며, 얇게 유지되었다. 로드와 캡에는 배빗이 마모됨에 따라 떼어낼 수 있는 심이 있었는데, 포드는 각 캡에 0.002인치 심 2개와 주석 86%, 구리 7%, 안티몬 7%의 배빗을 사용했다( Model T 참조). 오늘날 사용되는 황동 심은 시간이 지나면서 압축되어 베어링 수명을 단축시키는 경향이 있어 강철 심이 사용되었다. 주입식 배빗 베어링은 일반적으로 교체 전 50,000마일 이상 사용 가능하며, 부드럽게 고장나는 특성 덕분에 오랫동안 운전이 가능하고 베어링 고장으로 크랭크축이 손상될 가능성이 낮다.오늘날 자동차 내연 기관의 크랭크축과 커넥팅 로드 빅 엔드 베어링은 베어링 캡에 키가 있는 교체 가능한 강철 쉘로 만들어진다. 강철 쉘 내부는 청동 코팅으로 도금되고, 그 위에 얇은 배빗 금속 층이 베어링 표면으로 코팅된다.
이 금속 층을 쌓는 과정을 배비팅이라고 한다.
3. 배빗 합금의 종류 및 특성
탄성 한계, psi (MPa)
°C
온도 °C