KR100260216B1 - 볼트류 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼트류 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저탄소강을 사용하여 변형저항 감소와 변형능 향상을 도모하므로써 구상화 소둔 공정을 생략할 수 있고, 또한 표면 탄소량이 적은 약침탄법으로 열처리를 해주고 동시에 중온 소려를 해줌으로써 경도구배에 의하여 표면압축 잔류응력이 양호하게 형성되면서 동시에 연성을 확보할 수 있도록 공정을 획기적으로 향상시킨 볼트류 제조방법에 관한 것이다.

Description

볼트류 제조방법

본 발명은 볼트류 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저탄소강을 사용하여 변형저항 감소와 변형능 향상을 도모하므로써 구상화 소둔 공정을 생략할수 있고, 또한 표면 탄소량이 적은 약침탄법으로 열처리를 해주고 동시에 중온 소려를 해줌으로써 경도구배에 의하여 표면압축 잔류응력이 양호하게 형성되면서 동시에 연성을 확보할 수 있도록 공정을 획기적으로 향상시킨 볼트류 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 볼트류를 제조하는 공정은 전조공정의 실시 시기에 따라 크게 두가지로 나누어진다. 첫 번재 공정은 선재를 구상화 소둔하고 산으로 세척한 다음 수세시키고, 석회나 본데라이트(Bonderite) 등과 같은 고체윤활피막으로 윤활처리하며, 헤딩(Heading)공정, 전조공정, 소입공정, 소려공정, 도금공정, 베이킹(Backing)공정을 실시하여 볼트류를 제조한다. 그리고, 두 번째 공정은 피로강도를 향상시킬 목적으로 상기 공정과 동일하나 소려공정후에 전조를 시킨다는 점에 차이가 있다.

상기의 공정들은 소재의 탄소량이 0.3 중량% 이상으로 높아서 냉간압조를 하기 위하여 900 ∼ 1,000℃의 높은 온도에서 24시간 이상 열처리하는 공정인 구상화 소둔 공정을 거쳐야 한다. 이때 상기 공정과 소입 열처리시 표면탈탄이 발생하고 이로 인하여 피로강도가 저하되며, 또한 에너지 소모가 커진다.

그리고 피로강도를 향상시키기 위하여 강인화 열처리(소입/소려) 후 전조공정을 실시하면, 열처리 전에 전조공정을 거친 볼트류에 비하여 금형의 수명이 40%나 저하되는 단점이 있다.

본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과 저 탄소강을 사용함으로써 에너지 소모가 심한 구상화 소둔 공정을 생략할 수 있는 전조공정을 열처리전에 실시하여 금형의 수명을 향상시키고, 볼트류의 피로강도 향상 및 연성확보를 위하여 약침탄법과 중온 소려를 행하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 종래의 볼트류 제조공정을 개선하므로써 공정을 합리화시키고 피로강도와 우수한 물성을 가지는 볼트류 제조방법에 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 볼트류 제조방법에 있어서, 저탄소강 또는 저탄소합금강을 사용하여 구상화 소둔 공정 없이 전조 공정 실시한 후 약침탄 열처리를 하고 중온에서 소려 공정을 실시하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 각 공정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 저탄소강 또는 저탄소합금강을 사용하여 구상화 소둔 공정을 없애고 약침탄 열처리를 실시하여 정을 합리화 시킬 수 있는 새로운 볼트류 제조공정에 관한 것이다.

본 발명은 탄소 0.25 중량% 이하가 함유되어 있는 저탄소강 또는 저탄소합금강을 이용하여 볼트류를 제조하는 것을 그 특징으로 하며 그 조성비는 탄소 0.25 중량% 이하, 실리콘 0.15~0.35 중량%, 망간 0.6~1.60 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.03 중량% 이하, 붕소 0.005 중량% 이하, 크롬 1.2 중량% 이하, 몰리브덴 0.35 중량% 이하로 이루어져 있다. 이때 탄소 함량이 0.25 중량% 이하인 저탄소강을 사용하는 이유는 냉간압조의 전공정으로서 900~1.000℃나 되는 높은 온도에서 24시간 이상 열처리를 실시하는 구상화 소둔 공정을 생략할 수 있고, 이로 인한 표면 탈탄현상을 방지할 수 있기 때문이다.

다음은 염산 10~15% 용액을 사용하여 상온에서 5~10분 동안 산으로 세척하고, 석회석 또는 본데라이트(Bonderite) 등 고체윤활제를 사용하여 윤활처리한다.

해딩공정은 3단계로 머리부 가성형, 머리부 성형 및 나사부 성형, 머리부 트리밍(Trmming) 공정으로 구성되어 있으며, 본 발명에서는 저탄소강 또는 저탄소합금강을 사용함으로써 이 공정에서 발생할 수 있는 변형저항을 감소시키고, 변형능을 향상시킬 수 있다.

그 다음은 전조공정으로서 서로 마주보는 다이(금형)가 나사성형 부분을 서로 반대방향으로 밀어주어 전조공정이 마무리되도록 하는 공정으로 구성되어 있으며 , 열처리전에 전조공정을 실시함으로써 금형수명을 증가시킬 수 있다.

그 다음은 약침탄법(Dilute carburizing)을 사용하여 열처리하는 공정으로서 볼트류의 피로강도를 향상시키고 연성을 유지하며, 또한 표면경도는 높게하고 심부경도는 낮게하여 표면압축 잔류음력을 향상시킬 수 있다.

약침탄법은 일반 침탑법과 기본 원리는 동일하지만 탄소포테셜(carbon potential)을 의도적으로 낮게하여 피처리품의 표면에 도달한 탄소량이 침투 되도록 한다. 열처리 조건은 850 ∼ 920℃에서 60 ∼ 200분 동안 탄소포텐샬이 0.5 ∼ 0.7 중량%가 되도록 열처리 한다. 이때 탄소포텐샬이 0.5 중량% 미만이면 침탄 효과가 작은 데에 문제가 있고, 0.7 중량%를 초과하면 과다한 침탄이 되어 표면 취성에 문제가 있다. 또한 가열온도는 결정립 성장방지와 과다한 침탄 방지라는 점에서 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 그 후 800 ∼ 850℃에서 30 ∼ 60분 동안 소입시키고 소입 냉매로는 40 ∼ 60℃ 의 소입유를 사용하여 냉각시켜 소입공정을 실시한다. 이때 소입 온도 범위를 상기 범위로 유지하는 것이 충분한 소입 경도 확보와 소입 균열을 방지하는 면에서 바람직하고, 냉각온도도 상기 범위로 유지하는 것이 충분한 소입 경도 확보와 균열을 방지하는 측면에서 유리하다 .

그 다음 공정은 소려 공정으로 450 ∼ 600℃에서 60 ∼ 90분 동안 실시한다.

이는 종래의 소려 공정상의 온도 550 ∼ 650℃에 비하여 낮은 온도 범위에서 실시하므로 에너지 절감 효과가 있으며, 경도구배에 의한 표면 압축 잔류응력을 형성하면서 연성을 유지 할 수 있도록 한다.

그 후 볼트를 습식 전기 아연도금 방법으로 도금하고 베이킹(Baking)시켜 본 발명의 볼트류를 제조한다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

다음 표 1과 같은 조성으로 이루어진 소재(20∮)를 사용하여 인장시편(JIS 4호)을 만들고 나사직경 10 mm, 피치 1.0 mm, 길이 70 mm가 되게 볼트류를 제조하였다.

[실시예 2]

다음 표 1과 같은 조성으로 이루어진 소재(20∮)를 사용하여 인장시편(JIS 4호)을 만들고 나사직경 10 mm, 피치 1.0 mm, 길이 70 mm가 되게 볼트류를 제조하였다.

[비교예 1]

다음 표 1과 같은 조성으로 이루어진 SCM435 소재(20∮)를 사용하여 인장시편(JIS 4호)을 만들고 나사직경 10 mm, 피치 1.0 mm, 길이 70 mm가 되게 볼트류를 제조하였다.

[실험예 1]

상기 실시예에서 제조된 인장시편을 약침탄 처리후 180℃ , 450℃, 600℃에서 90분 유지후 수냉하여 인장시험(시험방법 : JIS Z2241)하고 게이지 길이부의 단면을 경도시험 (시험방법 : JIS Z2251)을 실시하고 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다. 비교예 1은 JIS B1051법에 의하여 시험하였다. 이때 약침탄 처리조건은 가열온도 900℃, 가열시간 65분을 유지하면서 탄소 포텐셜 0.6 중량%가 되게 처리하고, 소입온도 830℃, 소입냉매는 소입유를 사용하여 68℃에서 냉각시켰다.

단 비교예는 상기와 동일하게 실시하되 소입냉매의 온도를 62℃로 하였다.

[실험예 1]

상기 실험예와 비교예에서 제조된 볼트를 830℃에서 10분 동안 열처리 후 현미경에 의한 표면 탈탄 시험(시험방법 : JIS B1051)을 나사부 표면에 대해 실시한 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

[실험예 3]

볼트 연성을 확인하기 위하여 상기 실시예와 비교예에서 제조된 볼트를 830℃에서 10분 동안 열처리후 두부타격시험(시험방법 : JIS B1051)과 쐐기인장시험 (시험방법 : JIS B1051)을 실시하여 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

[실험예 4]

표면압축 잔류응력을 확인하기 위하여 상기 실시예와 비교예에서 제조된 볼트를 830℃에서 10분 동안열처리후 볼트의 몸통부의 표면잔류응력을 미국 TEC사의 잔류응력 측정장치를 사용하여 X-RAY회절에 의한 표면압축 잔류응력을 측정한 결과를 다음 표 5에 나타내었다.

[실험예 5]

피로 강도를 확인하기 위하여 상기 실시예와 비교예에서 제조된 볼트를 830℃에서 10분 동안 열처리후 제품피로시험(JIS B1081)을 실시하여 그 결과는 다음 표 6에 나타내었다

[실험예 6]

상기에서 제조된 실시예 1, 실시예 2와 구상화 소둔처리한 비교예 1의 전조 직전의 소재 경도를 JIS Z2244법을 사용하여 시험한 결과를 비교하여 다음 표 7에 나타내었다.

상기의 표를 보면 실시예 1과 실시예 2에서 소려온도가 낮은 경우가 온도가 높은 경우에 비하여 인장강도와 항보강도와 항복강도가 우수하지만 연신율이 낮으므로 인성측면에서 불리해진다. 따라서 최대한의 연신율을 확보하기 위해서는 600℃ 소려 온도가 적당하며, 비교예와 동등한 기계적 성질을 얻으려면 450~600℃ 온도에서 소려 열처리가 적당하다. 여기서는 중온소려(450~600℃)열처리를 해주면 비교예에서보다 동등 이상의 기계적 성질을 얻을 수 있음을 보여준다.

상기의 표 3을 보면 실시예에서는 표면탈탄이 일어나지 않으므로 종래의 제품에 비하며 품질 향상이 되었음을 알 수 있다.

상기 표 4에서 부품 연성을 시험한 결과, 약침탄법을 사용하여도 제품의 연성이 유지됨을 알 수 있다.

약침탄법으로 처리된 실시예 1과 실시예 2에 표면 잔류 압축응력이 더 많이 있음을 알 수 있다.

부품의 피로강도를 조사한 결과, 실시예의 경우는 표 3에서 살펴본 바와 같이 표면탈탄 현상이 없고 약침탄법을 사용하였으므로 피로강도가 우수함을 알 수 있다.

상기 표 7을 보면 비교예의 소재의 경도가 실시예에 비하여 2배 이상 높으므로 전조시 금형의 수명이 그만큼 짧아짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저탄소강 또는 저탄소강을 사용하여 변형저항 감소 및 변형능 향상을 도모하므로써 구상화소둔 공정을 생략하고, 약침탄법을 사용하여 침탄시킴으로써, 표면탈탄 현상이 없어서 품질향상이 가능하고 표면압축 잔류응력이 양호하게 형성된다. 또한 피로강도가 함께 향상되고 전조후 열처리를 실시하여 금형의 수명을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 볼트률 제조 방법에 있어서, 탄소 0.25 중량% 이하, 실리콘 0.15~0.35 중량%, 망간 0.6~1.60 중량%, 인 0.03 중량% 이하, 황 0.03 중량% 이하, 붕소 0.005 중량% 이하, 크롬 1.2 중량% 이하, 몰리브덴 0.35 중량% 이하로 포함되어 있는 저탄소강 또는 저탄소합금강을 사용하여 구상화소둔 공정 없이 전조 공정을 실시한 후, 850~920℃에서 60~200분 동안 탄소포텐샬이 0.6~0.7 중량%가 되도록 열처리하는 약침탄(dilute carburizing)을 수행한 다음, 450~600℃에서 소려 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 볼트류 제조방법.