KR100218154B1 - 지게차용 너클의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 너클 재질을 ADI로 함으로써 높은 인장강도와 피로강도 그리고 내마모성이 우수할 수 있도록 하고, 또한 빼기 구배를 작게할 수 있게 하여 작업성 향상과 함께 생산 비용을 절감할 수 있게 하는데에 그 목적이 있는 것으로서, 그 제조 방법으로는 너클을 초기에 구상 흑연 주철로 주조하여 황삭을 실시한 다음에 이를 열처리하여 오스템퍼 구상 흑연 주철재로 만들고, 이를 다시 정삭작업을 실시하여 완제품으로 만드는 지게차용 너클의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

Description

지게차용 너클의 제조방법

본 발명은 지게차용 너클의 제조 및 열처리 방법에 관한 것으로서, 특히 중탄소 합금강 소재의 주강품 또는 단조품이 갖게 되는 가공의 어려움을 해결하여 작업성을 향상시킬 수 있도록 하고, 동시에 높은 인장강도와 피로강도 그리고 우수한 내마모성을 갖도록 한 지게차용 너클의 제조방법에 관한 것이다.

지게차용 너클은 조향시스템에 속하는 것으로서, 조향축과 바퀴를 연결하는 부품으로 좌, 우 각각 1개씩 지게차에 이용된다.

일반적으로 지게차에 사용되는 너클의 재질은 우수한 강도와 경도 그리고 연신율을 지녀야 한다.

종래에 사용되는 너클은 중탄소 합금강을 소재로 하여 주조를 하여야 하는데, 이때 상기 너클이 일정한 형태를 지니도록 하기 위하여 주형틀을 제작하되, 완성품의 빼기를 고려하여 빼기 구배를 두어 제작한다.

상기와 같이 제작된 주형에 중 탄소 합금강을 부어 너클을 제작하게 되면 제2도에 도시된 바와 같은 조직을 갖게 되는데, 이때 표면을 에칭하면 제3도와 같이 나타난다.

다른 수단으로는 상기 너클에 단조작업을 실시하여 제작한다.

그리고 상기 너클의 조직을 변화시키기 위하여 담금질, 뜨임, 풀림 등의 열처리 공정으로 조질처리를 실시하고 이를 완제품으로 하기 위하여 황삭과 정삭 등의 작업을 실시한다.

즉, 종래 지게차용 너클은 중탄소 합금강을 소재로 하여 주조 또는 단조에 의해 제작한 후 열처리공정으로 조질처리(Quenching and tempering)를 실시하고, 그후 황삭 및 정삭의 가공을 실시하여 제작하고 있다.

그러나, 중탄소 합금강을 조질처리하고 난 후의 경도가 HB 260-330 정도가 되기 때문에 가공이 힘들고, 특히 단조소재의 경우는 단조 상하형 분할면에 평행한 구멍을 단조공정으로 형상을 낼 수가 없을 뿐만 아니라 단조 금형의 빼기구배를 고려하여야 하기 때문에 가공여유가 4-5정도로 많은 문제점이 있다.

본 발명은 너클을 오스템퍼 구상 흑연 주철(Austempered Dustile Cast Iron 이하 ADI라 함) 재질로 함으로써 높은 인장강도와 피로강도 그리고 내마모성이 우수할 수 있도록 하고, 종래의 주조, 단조 중탄소 합금강 소재의 너클에 비해 가공성이 우수하고 가공량이 적어져서 생산비용을 절감할 수 있도록 하는데에 그 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 너클을 초기에 구상 흑연 주철로 주조하여 황삭을 실시한 다음에 이를 열처리하여 오스템퍼 구상 흑연 주철재로 만들고, 이를 다시 정삭작업을 실시하여 완제품으로 만든다.

즉, 본 발명의 지게차용 너클의 제조방법은 중량로 C:3.2-3.8, Si:1.7-2.5, Mn:0.4이하, P:0.1이하, S:0.02이하, Mg:0.04이하, Mo:0.2-0.4및 Cu:0.6-1.6과 Ni:0.5-2.5중 선택된 어느 하나를 포함하는 구상 흑연 주철을 주조하는 단계와; 상기 주조상태의 구상 흑연 주철을 기지중심에 베이나이트와 잔류 오스테나이트로 조직변화를 일으키기 위한 열처리단계를 포함한다.

상기 열처리단계는 무산화분위기에서 500-600의 온도로 1-2시간 동안 가열하는 예열공정과; 염수중탕(salt bath) 또는 환원분위기에서 830-920의 온도로 1-2시간 동안 열처리하는 오스테나이트화 공정과; 염수 중탕에서 350-400의 온도로 1-2시간 동안 열처리하는 항온변태공정을 포함한다.

제1도는 본 발명의 실시예로 오스템퍼 구상 흑연 주철의 현미경 조직을 도시한 것이다.

제2도는 구상 흑연 주철의 현미경 조직을 도시한 것이다.

제3도는 구상 흑연 주철의 현미경 조직을 도시한 것이다.

본 발명의 지게차용 너클은 초기에 구상 흑연 주철 재질로 제조하게 되는데, 이 구상 흑연 주철의 제조 방법은 먼저 주철 용탕에 주입하기 전에 세슘 또는 마그네슘 등을 첨가하여 구상조직을 갖춘 흑연이 정출되게 하면 이를 구상 흑연 주철이라 한다.

상기 구상 흑연 주철을 구성하는 원소의 조성을 살펴보면 아래 표 1과 같다.

상기 구상 흑연 주철의 합금 원소중에 C는 구상 흑연 형태로 정출되거나 기지 조직의 펄라이트(pearlite)를 구성하는 원소인데, 이 C의 구성 성분이 3.2미만일 경우에 주조성이 떨어지게 되고, 3.8를 초과할 경우에 조대한 흑연이 정출되어 기계적인 성질이 떨어지게 된다.

따라서 상기 C의 성분 함량은 3.2-3.8wt가 적당하다.

그리고 상기 Si는 C와 더불어 탄소 당량(=C+Si/3)을 나타내게 됨으로 탄소 당량은 3.77wt-4.63wt이어야 하는데, 상기 Si 함량이 1.7wt미만일 경우에 주조성이 떨어지게 되고, 2.5wt를 초과하게 되면 조대한 흑연의 정출 및 페라이트의 형성이 많아지므로 강도가 떨어지게 된다.

따라서 상기 Si의 함량은 1.7-2.5wt가 적정하다.

또한 상기 Mo은 베이나이트(Bainite)형성을 촉진하는 원소로 0.20-0.40wt가 적정하다.

이와 함께 상기 Ni은 경화능을 보증하기 위하여 첨가된다. Ni의 함량이 0.5미만에서는 이러한 효과가 부족하고, 2.5를 넘으면 가공성이 나빠진다.

상기 Cu는 양산 공정 관리상 Ni 첨가가 불가능할 경우 Ni을 대체하여 첨가하는 원소이다.

상기 P는 구상화율과 연신율을 높이기 위해 첨가되는데, 재질취화의 원인이 되기 때문에 적을수록 바람직하고, 0.1이하에 정지시킨다.

상기 S도 구상화율과 연신율을 높이기 위해 첨가되는데, 재질취화의 원인이 되기 때문에 적을수록 바람직하고, 0.02이하에 정지시킨다.

상기 Mn은 펄라이트 형성원소로서 구상 흑연 주철의 기지조직이 베이나이트이고, 잔류 오스테나이트가 될 수 있도록 0.4이하로 제한된다.

상기 Mg은 흑연의 구상화를 위해 첨가된다. 첨가량은 통상의 범위인 0.04이하로 제한된다.

상기한 구상 흑연 주철을 구상화를 위해 접종 처리하는 방법은 레이들(ladle) 내에서 하거나 몰드(mold)내에서 실시한다.

상기한 방법에 의하여 제작된 너클은 황삭 가공후 열처리 공정을 거치게 되는데, 그 순서는 다음과 같다.

황삭 작업을 거친 상기 너클을 열처리 하기 위해서는 먼저 예열을 하여야 하는데, 이때 예열 온도는 500-600로 1-2시간 정도에서 하되 무산화 분위기에서 실시한다.

이때 예열하는 온도가 500미만일 경우에 예열의 효과가 없고, 600이상일 경우에 상기 너클 암의 조직이 변하게 되며, 또한 예열하는 과정에서 급 가열을 실시하게 되면 변형이 일어나면서 치수가 변하게 된다.

따라서 예열 온도는 500-600의 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같이 예열 작업이 종료되면 오스테나이트(Austenite)화를 하여야 한다.

상기 오스테나이트화 작업을 하기 위해서는 830-920에서 1-2시간으로 작업을 실시하되 염수중탕(salt bath) 또는 환원성 분위기에서 작업을 실시한다.

이때 오스테나이트는 주조 상태의 기지조직(페라이트+펄라이트)을 단상의 오스테나이트로 균질화시키는 공정으로 830미만일 경우에 주조상태의 펄라이트를 충분히 분해할 수 없게 되고, 920를 초과할 경우에 오스테나이트 입자가 조대해져 인성 등의 기계적 성질이 떨어지게 된다.

상기와 같은 오스테나이트화 작업이 종료되면, 다음과 같이 항온변태 처리를 실시한다.

항온변태처리는 350-400의 염수중탕에서 1-2시간으로 한다.

이때 상기 항온변태처리는 오스테나이트로 균질화된 조직을 베나이트와 잔류 오스테나이트로 변태시키는 공정으로, 350미만일 경우에 베나이트의 양이 작거나 마르텐사이트(martensite)가 나타날 수 있으므로 고인성을 요하는 용도로 사용할 수 없게 되고, 동시에 400를 초과하게 되면 베이나이트 형성이 어렵게 된다.

상기 열처리단계의 각 열처리 시간을 1-2시간으로 제한하는 것은 높은 인장강도와 피로강도 및 우수한 내마모성을 유지하는 지게차용 너클을 제조하기 위한 변태온도를 충분히 확보하면서 동시에 작업성을 향상시키기 위해 결정된 것이다.

상기와 같이 열처리 공정이 종료되면 ADI가 되는데, 이 ADI의 냉각은 공냉으로 실시하고 염(salt)은 세척하여 너클 표면으로부터 분리하는데, 이때 상기 너클의 조직은 제1도에 도시된 바와 같이 된다.

한편 상기 구상 흑연 주철을 사용하여 ADI로 만들 때 표 2에서와 같은 조성으로 구상 흑연 주철을 주조한다.

이때 기계적 성질은 표 3과 같다.

상기한 구상 흑연 주철을 900에서 2시간 동안 오스테나이트화 한 후에, 아래 표 4에 나타낸 바와 같이 항온변태처리를 실시하였다.

상기한 표 4에 의거하여 나타나는 ADI의 기계적인 성질을 표 5에서 나타내었다.

상기와 같이 나타나는 ADI로 된 너클을 지게차에 장착하여 실제 사용 조건으로 정격하중을 가한 상태에서 정하여진 코스를 1000시간 동안 주행한 결과, 우수한 기능을 수행하였다.

또 한편으로는 상기 ADI로 된 너클이 장착된 지게차의 후륜을 지상으로부터 500mm 정도 상승시킨 다음에, 자유낙하와 같은 방식으로 충격시험을 3회 정도 실시하였는데, 이때 전달되는 충격값은 23.5으로 나타났는데 상기 너클 암의 상태가 양호하게 나타났다.

본 발명은 너클 재질을 ADI로 함으로써 높은 인장강도와 피로강도 그리고 내마모성이 우수한 효과가 있고, 가공성의 향상 및 가공량의 감소를 생산비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. (1) 중량로 C:3.2-3.8, Si:1.7-2.5, Mn:0.4이하, P:0.1이하, S:0.02이하, Mg:0.04이하, Mo:0.2-0.4및 Cu:0.6-1.6과 Ni:0.5-2.5중 선택된 어느 하나를 포함하는 구상 흑연 주철을 주조하는 단계와; (2) 상기 주조상태의 구상 흑연 주철을 기지중심에 베이나이트와 잔류 오스테나이트로 조직변화를 일으키기 위한 열처리단계를 포함하고; 상기 열처리단계는 (a) 무산화분위기에서 500-600의 온도로 1-2시간 동안 가열하는 예열공정과; (b) 염수중탕(salt bath) 또는 환원분위기에서 830-920의 온도로 1-2시간 동안 열처리하는 오스테나이트화 공정과; (c) 염수중탕에서 350-400의 온도로 1-2시간 동안 열처리하는 항온변태공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 지게차용 너클의 제조방법.