KR100263956B1 - 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마르텐자이트 변형개시점(Ms점)이 50 내지 350℃인 철-기본의 소결체를 소결체의 오스테나이트화 온도(Ae1점) 이상의 온도에서 오스테나이트화하고;
오스테나이트화 소결체를 마르텐자이트 변형이 발생하는 냉각 속도에서 켄칭시키고;
켄칭되고 있는 소결체의 온도가Ms점 내지 Ae1점의 온도 범위에 도달할때 켄칭된 소결체를 사이징 처리 또는 압인 가공함을 포함하여, 열처리된 철 합금 소결 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법
본 발명은 분말 야금술에 의해 수득한 철계 소결체를 열처리하여 강도와 경도가 향상된, 특히 치수 정확도가 우수한 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법에 관한 것이다.
분말 야금술에 의해 수득한 소결된 철 합금은, 예를 들면, 용융 주조법으로는 제조하기가 어려운 조성물을 수득할 수 있으며, 절단하지 않고 거의 망상 형태의 기계적 부품을 수득할 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 소결된 철 합금은 최근 각종 분야에서 통상적인 주조된 철 합금 대신에 기계 부품으로 사용하게 되었다.
보다 높은 강도와 경도가 필요한 경우, 소결된 철 합금을 열처리[예: 담금질 처리(quenching) 및 템퍼링]할 수 있다. 이러한 열처리를 통해 강도와 경도가 향상된 열처리 소결된 철 합금은, 예를 들면, 오일 펌프 로우터, 엔진용 기어 등의 자동차 부품으로서 사용된다.
최근, 자동차 비히클 및 산업용 기계에 있어서 중량을 감소시키고 성능을 향상시키고자 하는 요구에 따라, 이들 열처리 소결된 철 합금 부품의 강도와 치수 정확도가 훨씬 더 높아질 것이 강하게 요구되고 있다. 그러나, 열처리 소결된 철 합금은 마르텐사이트 변형(martensitic transformation)되어 내변형성(deformation resistance)이 높고 변형성이 낮아져서 합금의 사이징(sizing) 또는 압인(coining)에 의한 치수 보정이 매우 어렵다. 따라서, 보다 향상된 치수 정확도를 수득하기가 상당히 어렵다.
특히, 열처리 소결된 철 합금의 HRA에 의한 표면 경도가 60 이상이고 인장강도가 80kg/mm2이상인 경우 합금의 사이징 또는 압인에는 10t/cm2이상의 압력이 필요하기 때문에 금형에 부과되는 하중이 증가하여 금형의 수명이 단축된다. 또한, 치수 보정을 통해 이들 철 합금으로부터 수득한 부품은 형태가 제한된다. 게다가, 수득 가능한 치수 정확도의 향상도가 금형 변형 등으로 인해 통상적인 소결된 철 합금보다 적어진다.
지금까지 높은 강도와 높은 경도를 갖도록 요구된 열처리 소결된 철 합금 부품은 철계 소결체를 사이징하거나 압인하고, 소결체를 열처리한 다음, 열처리된 소결체를 기계 가공, 예를 들면, 절삭기에 적용시켜 높은 치수 정확도를 갖도록 요구되는 부분을 치수 보정함을 포함하는 방법으로 제조하여 왔다. 이렇게 하여 목적하는 치수 정확도가 수득되었다. 이러한 선행 기술분야의 방법에 의해 수득한 열처리 소결된 철 합금 부품에는 오일 펌프 로우터 및 자동차 엔진용 기어가 포함된다.
그러나, 위에서 설명한 통상적인 방법은 철계 소결체의 사이징 또는 압인에 기인하는 잔여 응력이 후속의 열처리 동안에 방출되어 수득된 부품의 치수 정확도가 상당히 손상된다는 단점이 있다. 즉, 기공의 존재를 이용하는 사이징 또는 압인이 유효하지 않다. 예를 들면, 오일 펌프의 경우, 치수 정확도가 손상되어 펌프 효율이 저하되고 소음이 증가하는 등의 문제점이 야기된다.
선행 기술분야의 방법의 또 다른 단점은 사이징 또는 압인 이외에도 기계가공, 예를 들면, 절삭기의 필요성으로 인해 공정 처리 비용이 증가할 뿐만 아니라 공정 처리에 기인하는 물질 손실로 인해 물질 비용이 증가한다는 점이다. 그 결과, 선행 기술분야의 방법에 의해 제조한 부품은 통상적인 강재(鋼材)로부터 기계 가공을 통하여 수득한 부품 또는 냉 단조 처리물 또는 열 단조 처리물을 열처리하고 열처리된 단조 처리물을 기계 가공하여 수득한 철 합금 부품과 가격면에서 경쟁력이 떨어진다.
본 발명의 목적은 절삭 등의 특정한 기계 가공을 수행하지 않고도 강도와 경도가 높고 치수 정확도가 우수한 열처리 소결된 철 합금 부품을 경제적으로 그리고 비용면에서 효과적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 효과는 다음 사항들에 의해 명백해질 것이다.
본 발명은,
마르텐사이트 변형 개시점(Ms점)이 50 내지 350℃인 철계 소결체를 소결체의 오스테나이트화(austenizing) 온도(Ae1점) 이상의 온도에서 오스테나이트화하고; 오스테나이트화 소결체를 마르텐사이트 변형이 발생하는 냉각 속도로 담금질 처리한 다음;
담금질 처리되고 있는 소결체의 온도가 Ms점 내지 Ae1점의 온도에 도달할때, 담금질 처리된 소결체를 사이징 또는 압인함을 포함하여, 열처리 소결된 철 합금 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 사이징 또는 압인에 의한 치수 보정은 최종 단계로서의 열처리 단계에서 열처리와 동시에 수행하여 높은 치수 정확도를 수득한다. 철계 소결체가 담금질 처리되고 이의 온도가 여전히 소결체의 마르텐사이트 변형점(Ms점)보다 높은 경우, 소결체는 철의 결정성 구조가 고체 용액 중 탄소 함량이 높은 fcc 구조인 오스테나이트 영역 내에 존재한다. 따라서, 이러한 냉각 단계에서, 담금질 처리중인 소결체는 내변형성이 낮고 변형성이 높다. 그러므로, 담금질 처리된 소결체를 사이징하거나 압인함으로써 소성 변형되어 기공이 파괴됨에 따라 밀도가 증가하고 치수 정확도가 높은 열처리 소결된 철 합금 부품을 수득할 수 있다.
즉, 소결체가 이의 Ae1점 이하, 이의 Ms점 이상의 온도에서 사이징되거나 압인될 때, 사이징 또는 압인을 위해 적용된 압력으로 인해 소결체의 온도가 거의 금형의 온도로 냉각되고 Ms점이 높아져서 마르텐사이트 변형이 유발된다. 그 결과, 마르텐사이트 변형에 의해 강도와 경도가 높아지는 동시에 사이징 또는 압인에 의해 치수 보정이 이루어진다. 또한, 사이징 또는 압인된 소결체가 마르텐사이트 변형 완료 후에 금형으로부터 수거되기 때문에, 치수가 금형 캐비티와 동일한 열처리 소결된 철 합금 부품이 수득될 수 있다.
사이징 또는 압인될 소결체의 온도가 사이징 또는 압인 개시 전에 소결체의 Ms점 미만으로 감소하게 되면, 마르텐사이트 변형이 개시되어 내변형성이 증가한다. 그 결과, 소결체의 기공 파괴에 의한 치수 보정이 어려워진다. 또한, 사이징 또는 압인될 소결체의 온도가 사이징 또는 압인 개시시에 오스테나이트화 온도(Ae1점)보다 높은 경우, 종종 이러한 조건은 사이징 또는 압인 완료시에 마르텐사이트 변형을 완결시키지 못하기 때문에 치수 보정과 강도 및 경도의 향상을 성취하기가 어렵다.
온도 범위가 Ms점 내지 Ae1점인 철계 소결체를 본 발명의 방법에 따라 마르텐사이트 변형을 통해 사이징하거나 압인하여 이의 강도를 향상시키고자 하는 경우, 당해 소결체는 50 내지 350℃의 온도 범위에처 마르텐사이트 변형이 개시되어야 한다. 철계 소결체의 Ms점이 50℃ 미만인 경우, 마르텐사이트 변형이 사이징 또는 압인 동안 완결되지 않고 소결체를 금형으로부터 수거한 후에도 진행되는 경우가 발생할 수 있다. 소결체의 Ms점이 350℃를 초과하는 경우, 열이 금형으로 전이되어 사이징 또는 압인에 의한 치수 보정이 완결되기 전에 마르텐사이트 변형이 진행되어 충분한 치수 보정을 달성할 수 없다.
담금질 처리된 철계 소결체의 사이징 또는 압인은 본 발명의 방법에서는 오스테나이트 영역에서 수행되기 때문에 사이징 또는 압인시 직면하게 되는 어려움은 없다. 그러나, 마르텐사이트 변형을 통해 인장 강도가 80kg/mm2이상으로 되고 HRA로서의 표면 경도가 60 이상으로 될 철계 소결체에 대한 사이징 또는 압인은, 열처리시 마르텐사이트 변형 후 사이징 또는 압인이 수행되는 통상적인 방법에서는 어렵다는 점에서 보면, 본 발명의 방법은 위와 같이 인장 강도와 표면 경도가 높아질 소결체에 적용되는 경우에 특히 유효하다.
일반적으로 분말 야금술에 의해 제조한 철계 소결체는 기공을 함유하여 사이징되거나 압인될 수 있다. 소결체의 다공도가 5% 미만인 경우, 치수 보정에 필요한 변형은 소결된 부품의 내부에 영향을 주어 잔여 응력을 증가시킬 뿐만 아니라 내변형성을 향상시킨다. 소결체의 다공도가 20%를 초과하는 경우, 소결체의 기계적 특성이 매우 불량하여 사이징 또는 압인이 열처리와 함께 수행되는 경우에 조차도 강도 및 기타 특성이 충분한 정도로 향상되지 못한다. 따라서, 철계 소결체의 다공도는 5 내지 20%가 바람직하다.
철계 소결체의 조성은 특정하게 제한되지는 않으며, 소결체는 탄소강 조성물 또는 합금강 조성물일 수 있다. 열처리를 통해 마르텐사이트 변형되어 강도와 경도가 향상되기 위해서는, 소결체가 필수 성분으로서 탄소를 함유한다. 탄소 함량은 바람직하게는 0.2 내지 1.6중량%인데, 이는 탄소 함량이 0.2중량% 미만인 경우, 위와 같은 효과를 제공하지 못하는 경향이 있고, 탄소 함량이 1.6중량%를 초과하는 경우, 최종 부품의 조도가 감소되는 경향이 있기 때문이다. 따라서 , 철계 소결체가 탄소강으로 이루어지는 경우, 이의 조성은 바람직하게는 탄소가 0.2 내지 1.6중량%이고 나머지는 철이다.
특히, 철계 소결체가 합금강인 경우, 이는 바람직하게는 조성이 0.2 내지 1.6중량%의 탄소, 80중량% 이상의 철 및 8중량% 이하의 Mo, 6중량% 이하의 Ni, 각각 4중량% 이하의 Mn, Cr 및 Cn, 각각 2중량% 이하의 W 및 Co와 각각 1중량% 이하의 Si, V 및 Al로부터 선택되는 하나 이상의 합금 성분으로 이루어지며 다음의 식으로 정의한 F(e) 값은 200이다.
F(e) =
350×C% + 40×Mn% + 35×V% + 20×Cr% + 17×Ni% + 11×Si% + 10×Cu% + 10×Mo% + 5×W% - 15×Co% - 30×A1%
상기식에서
C%, Mn%, V%, Cr%, Ni%, Si%, Cu%, Mo%, W%, Co%, 및 Al%는 각각 중량%로 표시한 C, Mn, V, Cr, Ni, Si, Cu, Mo, W, Co 및 Al의 양이다.
Mn과 같은 합금 성분의 함량에 대해 위와 같이 구체적으로 제한한 이유는, 기계적 특성을 향상시키기 위해 첨가하는 합금 성분의 함량이 각각 위에 명시한 범위를 초과하는 경우, 사이징 또는 압인에 의한 소성 변형이 억제되기 때문이다. F(e) 값이 200 미만인 경우, 최종 부품은 열 안정성이 손상되고 강도가 불충분해지는 경향이 있다. F(e) 값이 500을 초과하는 경우, 사이징 또는 압인시 내변형성이 높아져서 치수 보정이 어려워지는 경향이 있다. 철 함량이 80중량% 미만인 경우, 균질한 마르텐사이트 변형이 어려워져서 높은 치수 정확도가 수득될 수 없게 되는 경향이 있다.
본 발명의 방법은 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
철계 소결제는 먼저 분말 야금술의 통상적인 방법에 따라 분말을 개시 물질로서 혼합하고, 분말 혼합물을 압착한 다음, 압착물을 소결함으로써 제조된다. 바람직하게는 합금 성분이 확산 결합된 부분 확산된 합금 분말을 개시 물질 성분으로서 사용하는데, 이는 합금 분말을 사용하는 경우에는 압착물의 조성 변화가 감소되고 소결 동안에 확산이 균등하게 진행되어 성분 분리가 거의 없는 균질한 소결체가 제공되기 때문이다. 이러한 유형의 소결체는 이들이 안정한 Ms점을 갖기 때문에 사이징 또는 압인에 대한 조건을 일정하게 사용할 수 있고 최종 부품의 치수 정확도가 향상된다는 추가의 이점이 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 이렇게 하여 수득한 철계 소결체는 사이징하거나 압인하기 전에 오스테나이트화할 수 있다. 따라서, 소결체를 통상의 온도로 일시적으로 냉각시키는 것은 불필요하다. 즉, 소결체를 소결단계 이후에 이의 소결 온도로부터 마르텐사이트 변형 개시점(Ms점) 이하로 냉각시키지 않으며 , 소결 직후 소결체의 오스테나이트화 온도(Ae1점) 이상의 온도에서 오스테나이트화할 수 있는데, 이는 소결 온도가 일반적으로 Ae1점보다 높기 때문이다. 그 결과, 에너지 효율이 더 높아질 수 있다.
철계 소결체의 오스테나이트화 처리는 소결체 조성물에 의해 결정된 Ae1점 이상의 온도에서 소결체를 가열함으로써 완결한다. 가열을 위해서는 통상의 배취 또는 밸트 형태의 가열 오븐 또는 기타 장치를 사용할 수 있다. 정확한 가열이 가능하고 에너지 효율이 높은 유전성 가열장치가 바람직한데, 이는 사이징 또는 압인 단계 동안에 담금질 처리된 소결체의 실제 온도에 대한 정확한 조절이 중요하기 때문이다.
오스테나이트화 소결체는 마르텐사이트 변형이 발생하는 속도로, 예를 들면, 10℃/sec 이상의 속도로 냉각시켜 담금질 처리한다. 담금질 처리된 소결체는 이의 Ms점 미만으로 냉각되어서는 안되며, 베이나이트 변형이 발생하는 온도로 유지되어서는 안된다.
담금질 처리된 소결체가 이의 Ms점 내지 Ae1점의 온도 범위로 냉각되었을때, 사이징하거나 압인하여 치수 보정한다. 사이징 또는 압인을 위한 압력은 바람직하게는 2 내지 10t/cm2이다. 사이징 또는 압인 압력이 2t/cm2미만인 경우에는 치수 보정이 불충분하고, 10t/cm2보다 높은 경우에는 금형 변형으로 인해 금형 수명이 단축되며 치수 정확도가 손상된 부품을 제공할 수 있다.
사이징하거나 압인하는 동안 금형의 온도는 바람직하게는 (Ms점 + 100)℃ 이하이다. 사이징하거나 압인하는 동안 금형의 온도가 (Ms점 + 100)℃를 초과하는 경우, 담금질 처리된 소결체의 온도가 사이징하거나 압인하는 도중에 Ms 점 이하로 강하되지 않기 때문에 마르텐사이트 변형이 사이징하거나 압인하는 동안에 발생하지 않고 담금질 처리된 소결체가 금형으로부터 수거된 후에 발생하여 치수 정확도가 저하될 수 있다. 금형 온도의 상한치가 Ms점보다 100℃ 높아야 하는 이유는 마르텐사이트 변형 개시점이 사이징하거나 압인하는 동안에 변형공정 처리로 인해 상승할 수 있기 때문이다.
다음 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 제한되지는 않는다.
[실시예 1]
조성이 Fe, 4중량%의 Ni, 0.5중량%의 Mo 및 1.5중량%의 Cu로 이루어지는 부분 확산된 합금 분말을 0.8중량%의 흑연 분말 및 0.8중량%의 윤활제와 혼합한다.
혼합된 분말을 6t/cm2의 압력하에 압착시켜 외경이 40mm이고 내경이 27mm이며 두께가 10mm인 환 형태를 수득한다.
당해 압착물을 감압된 질소 대기하에 1150℃에서 20분 동안 소결하여, 밀도 비율이 89%이고 다공도가 11%인 철계 소결체를 수득한다. 다음 식으로 정의되는 소결체의 F(e) 값을 위의 조성물로부터 계산하는데, 368인 것으로 밝혀졌다.
F(e) =
350×C% + 40×Mn% + 35×V% + 20×Cr% + 17×Ni% + 11×Si% + 10×Cu%, + 10×Mo% + 5×W% - 15×C% -30×Al%
상기식에서,
C%, Mn%, V%, Cr%, Ni%, Si%, Cu%, Mo%, W%, Co% 및 Al%는 각각 중량%로 나타낸 C, Mn, V, Cr, Ni, Si, Cu, Mo, W, Co 및 Al의 양이다. 이러한 조성을 갖는 소결체의 마르텐사이트 변형점(Ms점)과 오스테나이트화 온도(Ae1점)는 개별 시험으로 측정하는데, 각각 약 170℃ 및 약 750℃인 것으로 밝혀졌다.
이어서, 위에서 수득한 소결체를 880℃에서 오스테나이트화하고, 이어서 180℃의 오일 탱크 속에 넣어 담금질 처리한다. 담금질 처리되고 있는 소결체가 약 18초 후 오일 탱크 속에서 약 260℃로 냉각되었을 때, 170℃에서 가열된 사이징 금형을 사용하여 7t/cm2의 압력하에서 소결체를 사이징하여 이의 외경과 내경을 50㎛ 감소시킨다. 이렇게 하여 치수가 보정된다. 사이징이 완결될 때, 사이징된 소결체 내의 마르텐사이트 변형이 완결된다.
사이징된 소결체를 10분 동안 -10℃에서 영하로 냉각시키며, 당해 처리 후의 소결체의 표면 경도와 인장 강도는 각각 HRA로서 72 및 150kg/mm2이다. 동일한 방법으로 사이징 처리한 소결체를 50개 수득하고, 이를 각각의 내경과 외경에 대한 원형도(roundness)에 대해 측정한다. 그 결과, 내경에 대한 최대 원형도는 4㎛이고 외경에 대한 최대 원형도는 6㎛이다.
비교를 위해, 조성이 동일한 소결체를 2개 제조하고, 동일한 방법으로 오스테나이트화한다. 이어서, 수득한 소결체 중의 하나를 300℃의 염욕(salt bath)에서 60분 동안 유지시켜 소결체를 베이나이트 변형시키는 반면, 나머지 하나의 소결체는 이의 Ms점 미만인 150℃로 냉각시킨다. 이들 소결체를 위와 같은 동일한 조건하에 사이징한다. 그 결과, 치수 보정이 불가능하다. 이들 소결체를 700℃로 다시 가열한 후 250℃에서 사이징하거나 압인하는 경우에 조차도 소성 변형이 관찰되지 않는다.
[실시예 2]
한 성분으로 부분 확산된 합금 분말을 함유하며 조성이 Fe, 3.5중량%의 Ni, 0.5중량%의 Mo, 1중량%의 Mn, 1중량%의 Cr 및 0.5중량%의 Si로 이루어지는 금속 분말을 0.6중량%의 흑연 분말과 혼합한다. 분말 혼합물을 윤활제로 피복한 금형을 사용하여 8t/cm2의 압력하에서 압착시켜 밀도 비율이 91%이고 치수가 10mm × 10mm × 55mm인 직사각형 압착물을 수득한다.
압착물을 감압된 질소 대기하에 유전성 가열장치를 사용하여 1280 ℃로 가열하고, 당해 온도에서 3분 동안 유지하여 소결시킨다. 수득한 소결체를 실온으로 냉각시키지 않고 즉시 오스테나이트화한다. 소결체가 850℃로 냉각되었을 때, 이를 150℃의 오일 탱크에 넣어 담금질 처리한다. 위에서 언급한 식을 사용하여 소결체 조성물로부터 계산된 소결체의 F(e) 값은 340 이상이다. 소결체의 Ms점과 Ae1점은 개별 시험으로 측정하는데, 각각 약 200℃ 및 약 750℃인 것으로 밝혀졌다.
담금질 처리되고 있는 소결체가 약 15초 후에 오일 탱크 속에서 약 230℃로 냉각되었을 때, 소결체를 오일 탱크로부터 수거하여 100℃에서 가열된 압인 금형을 사용하여 8t/cm2의 압력하에서 밀도 비율이 97%가 되도록 압인한다. 압인이 완결되었을 때, 압인된 소결체 내의 마르텐사이트 변형이 완결된다.
이러한 압인된 소결체를 60분 동안 200℃에서 템퍼링한다. 템퍼링된 압인 소결체는 HRA로서의 표면 경도가 69이며 인장 강도가 210kg/mm2이다. 압인된 소결체를, 중심이 압인 금형 캐비티의 4개의 코너에 의해 제한된 원에 상응하는, 소결체의 4개의 코어에 의해 제한된 중심의 원형도에 대해 조사한다. 그 결과, 원형도는 9㎛이다.
비교를 위해, 조성이 Fe, 2중량%의 Ni 및 0.5중량%의 Mo로 이루어지는 합금 분말을 0.4중량%의 흑연 분말과 혼합한다. 분말 혼합물을 밀도 비율이 90%로 되도록 압착시키고 압착물을 소결한다. 수득한 소결체는 위의 식을 사용하여 이 조성으로부터 계산된 F(e) 값이 179이고 Ms점은 약 380℃이며 Ae1점은 약 750℃이다.
당해 소결체를 오스테나이트화한 후 위와 동일한 조건하에 담금질 처리한다. 담금질 처리되고 있는 소결체가 약 5초 후에 약 400℃로 냉각되었을 때, 180℃에서 가열된 압인 금형을 사용하여 8t/cm2의 압력하에 소결체를 압인한다. 그러나, 압인된 당해 소결체의 밀도 비율은 92%로 증가한다. 압인된 당해 소결체를 동일한 조건하에서 템퍼링한다. 그 결과, 템퍼링된 소결체는 HRA로서의 표면 경도가 약 80이고 인장 강도가 65kg/mm2이다. 또한, 중심이 압인 금형 캐비티의 4개의 코너에 의해 제한된 원에 상응하는, 템퍼링된 소결체의 4개의 코너에 의해 제한된 중심의 원형도는 42㎛이며, 이는 템퍼링된 소결체의 치수 정확도가 상당히 불량하다는 사실을 나타낸다.
[실시예 3]
조성이 Fe, 4중량%의 Ni, 0.5중량%의 Mo, 1.5중량%의 Cu 및 0.8중량%의 C로 이루어지는 열처리 소결된 철 합금 부품으로서, 각각 외부 직경이 55mm이고 인볼류트 티스(involute teeth)를 갖도록 고안되었으며 티스에 대한 내접원 직경이 38mm인, 4엽 5크랭크(4-leaf 5-crank) 오일 펌프용 외부 로우터를 내접원 원형도가 10㎛로 되도록 다음의 방법으로 제조한다.
조성이 위와 같은 소결체를 콜드-사이징(cold sizing)하여 외부 로우터 A를 제조한다. 외부 로우터 B는 소결체를 콜드-사이징하고 사이징된 소결체를 담금질 처리한 후에 절삭하여 제조한다. 외부 로우터 C는 소결체를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 오스테나이트화하고, 담금질 처리한 다음, 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 담금질 처리한 소결체를 사이징하여 제조한다.
이들 외부 로우터 각각을 티스에 대한 내접원 직경이 상이한 내부 로우터와 병행하여 사용한다. 각각의 오일 펌프를 일정한 팁 클리어런스(tip clearance)에서 내구성에 대해 시험한다. 그 결과, 외부 로우터 A는 배출압이 61kg/cm2에 도달할 때 변형되고 제동이 걸려 로우터의 회전이 불가능해진다. 외부 로우터 B 및 C는 배출압 90kg/cm2에서 1000hr 조작 전체를 통해 아무런 문제가 없으며, 1000hr 조작이 완료될 때 외부 로우터 C의 효율은 약 10% 정도 높아진다.
내구성 시험 후, 외부 로우터 B 및 C의 슬라이딩 표면을 조사한다. 그 결과, 외부 로우터 C의 마모 손실은 5㎛인 반면, 외부 로우터 B의 마모 손실은 14㎛이며, 캐비티화 손상도(degree of cavitation damage)가 높다. 외부 로우터 C의 사이징된 표면은 밀도가 높아졌으며, 노출된 기공의 양은 약 4%이다.
본 발명에 따라, 열처리로 인해 강도와 경도가 향상되고 치수 정확도가 사이징, 압인 또는 절삭에 의해 수득한 부품의 치수 정확도와 거의 필적할 만큼 높은 열처리 소결된 철 합금 부품이 제공될 수 있다. 본 발명은 통상적인 기술과는 달리 절삭 등의 후처리가 필요 없고 기계 가공 비용이 감소될 뿐만 아니라 물질의 공정에 따른 손실이 감소됨으로써 수율이 향상된다는 또 다른 이점이 있다. 즉, 본 발명의 방법은 제조 비용면에서 상당히 유리하다.
따라서, 본 발명으로 수득한 열처리 소결된 철 합금 부품은 치수 정확도, 성능, 저렴함 등을 동시에 겸비하고 있어서 통상적인 기계 가공된 강철 부품대신에 사용할 수 있다. 예를 들면, 오일 펌프 로우터를 본 발명의 열처리 소결된 철 합금 부품으로서 제조할 때, 티스의 치수 정확도가 향상될 수 있어서 배출률과 펌프 효율을 증가시킬 수 있으며, 펌프 소음을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 열처리 소결된 철 합금 부품은 표면층에 존재하는 기공을 파괴시키기 때문에 부품의 내마모성이 향상되고 캐비티화가 저하된다.
본 발명이 이의 특정 실시예를 참조하여 상세하게 설명되어 있기는 하지만, 본 발명은 이의 영역 및 진의를 이탈하지 않고 이에 대한 각종 변형 및 변화가 가능하다는 사실은 당해 기술 분야의 숙련가들에게 자명할 것이다.

Claims (6)

  1. 마르텐사이트 변형 개시점(Ms점)이 50 내지 350℃이고 조성이 0.2 내지 1.6중량%의 탄소와 잔부의 철로 이루어지는 철계 소결체를 750℃의 온도에서 오스테나이트화하고, 오스테나이트화 소결체를 10℃/sec 이상의 냉각 속도에서 담금질 처리하며, 담금질 처리된 소결체를 750℃의 온도 및 2 내지 10t/cm2의 압력하에서 사이징하거나 압인하는 것을 포함하는 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 철계 소결체가 마르텐사이트 변형을 통해 인장 강도가 80kg/mm2이상으로 되고 HRA로서의 표면 경도가 60 이상으로 되는 소결체인 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 철계 소결체의 다공도가 5 내지 20%인 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 소결체의 조성이 0.2 내지 1.6중량%의 탄소, 80중량% 이상의 철, 및 8중량% 이하의 Mo, 6중량% 이하의 Ni, 각각 4중량% 이하의 Mn, Cr 및 Cu, 각각 2중량% 이하의 W 및 Co와 각각 1중량% 이하의 Si, V 및 Al로부터 선택된 합금 성분 하나 이상으로 이루어지며, 다음 식으로 정의되는 철계 소결체의 F(e) 값이 200 내지 500인 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
    F(e) = 350×C% + 40×Mn% + 35×V% + 20×Cr% + 17×Ni% + 11×Si% + 10×Cu% + 10×Mo% + 5×W% - 15×Co% -30×Al%
    상기식에서, C%, Mn%, V%, Cr%, Ni%, Si%, Cu%, Mo%, W%, Co% 및 Al%는 각각 중량%로 표시한 C, Mn, V, Cr, Ni, Si, Cu, Mo, W, Co 및 Al의 양이다.
  5. 제1항에 있어서, 철계 소결체가 Ae1점 이상의 온도에서 오스테나이트화되기 전에 소결 온도로부터 Ms점 이하로 냉각되지 않는 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 사이징 또는 압인이 (Ms점 + 100)℃ 이하의 온도에서 가열된 금형을 사용하여 수행되는 열처리 소결된 철 합금 부품의 제조방법.
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JPS62124256A (ja) * 1985-11-21 1987-06-05 Kawasaki Steel Corp 黒鉛が析出した摺動部材用焼結鋼

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