KR100264673B1 - Surface hardening of gray cast iron for automotive cylinder block using high energy electron beam irradiation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for hardening the surface of gray cast iron material used for engine block material by projecting electron beam with a specified amount of projection energy density is provided, which can conduct operations in atmospheres, improves productivity and prevents oxidation of material surface. CONSTITUTION: A high voltage accelerated electron beam is projected with an amount of projection energy density of 1.2 to 2.1KW/cm¬2 to the surface of gray cast iron material used for engine block material comprising at least one component selected from the group consisting of 2.0 to 4.0% by weight of C, 1.0 to 3.0% by weight of Si, 1.0% or less by weight of Mn, Cr, Cu, P and S; and the balance of Fe to form a surface hardening layer having a Vickers hardness of 600 to 850 VHN and comprising martensite.

Description

고전압 가속전자빔을 이용한 엔진블록용 회주철재료의 표면경화방법Surface hardening method of gray cast iron material for engine block using high voltage accelerated electron beam

본 발명은 엔진 블록용 회주철 재료의 표면 경화 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 고전압 가속전자빔을 이용한 차량의 엔진 블록용 회주철 재료의 표면 경화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for hardening the surface of gray cast iron material for an engine block, and more particularly, to a method for hardening the surface of a gray cast iron material for an engine block of a vehicle using a high voltage accelerated electron beam.

회주철(gray cast iron)은 통상적으로 C 가 2.0∼4.0 중량%, Si 가 1.0∼3.0중량%로 포함되며, 그 외 Mn, S, P 등의 원소를 미량 포함하고, 잔부는 Fe 로서, 조직 상태는 페라이트 및/또는 퍼얼라이트이며, 특히 차량의 엔진 블록용으로 사용되는 회주철 재료의 조직 상태는 주로 퍼얼라이트이다. 회주철은 값이 저렴하고 복잡한 형태의 주조품을 제조하기 용이할 뿐만 아니라, 특히 조직 내부의 편상(片狀) 흑연의 다량 존재로 인하여 우수한 경도 및 내마모성을 나타내면서도 절삭성, 윤활제에 대한 적응력, 진동 감쇠능, 압축 강도, 치수 안정성 등이 우수하여 차량의 엔진 블록과 같은 자동차 부품에도 많이 사용되고 있다.Gray cast iron typically contains 2.0 to 4.0% by weight of C and 1.0 to 3.0% by weight of Si, and other small amounts of elements such as Mn, S, and P, and the balance is Fe. Is ferrite and / or pearlite, and in particular the texture state of the gray cast iron material used for the engine block of the vehicle is primarily pearlite. Gray cast iron is not only easy to manufacture inexpensive and complicated castings, but also has excellent hardness and wear resistance due to the large amount of flake graphite inside the tissue, but also has excellent cutting ability, adaptability to lubricants, and vibration damping ability. It is excellent in compressive strength, dimensional stability, and so on, and is widely used in automobile parts such as engine blocks of vehicles.

종래, 이러한 철강 재료의 통상적인 표면 경화법으로는, 화염 경화법, 고주파 유도 경화법 등을 들 수 있다. 이러한 표면 경화법들은 비교적 경제적이며 기술축적이 비교적 잘 되어 있다는 장점에도 불구하고, 에너지 효율이 낮으며, 표면에 산화층이 형성되기 쉽고, 표면 뒤틀림에 따른 재료 자체의 변형이 수반될 염려가 있음과 아울러, 형상이 복잡하거나 국부적인 표면 경화만을 요하는 경우에는 이들 방법의 적용이 곤란하며, 소재의 냉각을 위한 냉매의 사용이 필수적인 등의 심각한 문제점들이 있다.Conventionally, the flame hardening method, the high frequency induction hardening method, etc. are mentioned as a conventional surface hardening method of such steel materials. Despite the advantages that these surface hardening methods are relatively economical and have a relatively good technical accumulation, they are low in energy efficiency, easy to form an oxide layer on the surface, and may be accompanied by deformation of the material itself due to surface distortion. In the case where the shape is complicated or only local surface hardening is required, the application of these methods is difficult and there are serious problems such as the necessity of using a refrigerant for cooling the material.

상기한 문제를 해결하기 위한 종래의 방법으로서, 최근 레이저를 이용한 표면 경화법이 제안되어 있으나, 이 방법의 경우 열효율이 40% 이하로 낮고 처리 속도가 느려 생산성이 열등한 문제가 있어서 대용량적인 대량 생산을 우선으로 하는 산업 현장에의 적용은 곤란한 문제가 있다.As a conventional method for solving the above problems, a surface hardening method using a laser has recently been proposed, but this method has a problem of inferior productivity due to low thermal efficiency of less than 40% and low processing speed, thus resulting in large volume production. The application to priority industrial sites has a difficult problem.

최근, 전자빔을 가속시켜 얻은 고출력 집속 에너지를 소재 표면에 직접 투사하면 전자의 높은 운동 에너지가 재료 격자에 부딪쳐 포논(phonon)을 형성시킴으로써 순간적으로 열에너지로 바뀌게 되어 강력한 열원으로 사용될 수가 있고, 따라서 철강 재료에 고에너지를 가진 전자빔을 투사시켜 그 표면을 경화시킬 수 있으며, 그 경화 정도 및 경화 깊이는 합금의 성분 조성, 특히 탄소량과, 전자빔 투사시의 공정 조건, 투사시의 입열량 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다는 일반적인 사실이 보고되어 있다(대한금속학회지, 31권(1993), 921 페이지 참조). 그러나, 고전압 가속 전자빔을 이용한 금속 합금 재료의 표면 경화에 관한 연구는 현재 충분히 이루어지지 못한 상태이며, 특히 회주철 재료에 있어서의 최적한 표면 경화를 달성하기 위한 가속전자빔 투사시의 적정 공정 변수는 확립되어 있지 못하다.In recent years, when high-output focusing energy obtained by accelerating an electron beam is directly projected onto the surface of a material, high kinetic energy of electrons strikes a material lattice to form phonons, which are instantly converted into thermal energy, and thus can be used as a powerful heat source. The surface of the alloy can be hardened by projecting an electron beam having high energy to it, and the degree of hardening and the depth of hardening vary depending on the composition of the alloy, in particular, the amount of carbon, the process conditions during the electron beam projection, and the amount of heat input during the projection. The general fact that it can be changed is reported (see Korean Journal of Metals, vol.31, pp.1993). However, studies on the surface hardening of metal alloy materials using high voltage accelerated electron beams are currently insufficient. In particular, proper process parameters during acceleration electron beam projection to achieve optimum surface hardening in gray cast iron materials have been established. There is no.

본 발명자들은, 저코스트로 비교적 단시간에 대량 처리가 가능한 철강 합금재료의 가속전자빔에 의한 표면처리법을 개발하고자 연구를 거듭한 결과, 차량의 엔진 블록용 소재로서 사용되고 있는 회주철 재료의 표면에 특정량의 투입에너지 밀도로 전자빔을 투사하여 그 표면을 경화시키는 것에 의하여, 소위 마르텐사이트(martensite)변태로 알려진 경화 메카니즘에 의하여 표면 경도가 2배 내지 3배 증가하며 이로 인해 내마모성이 3 내지 4배 증가하여 차량용 엔진 부품의 내구성을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 사실로부터 상기한 회주철 재료에 대한 가속전자빔 투사시의 최적 공정 변수를 확립하기에 이르러 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have studied to develop a surface treatment method using an accelerated electron beam of a steel alloy material that can be processed in a relatively short amount of time with a low cost, and as a result, a specific amount of the gray cast iron material used as a material for engine block of a vehicle By hardening the surface by projecting an electron beam at the input energy density, the surface hardness is increased by 2 to 3 times by the hardening mechanism known as martensite transformation, which increases the wear resistance by 3 to 4 times. From the fact that the durability of engine parts can be dramatically improved, the present invention has been completed to establish the optimum process parameters in the acceleration electron beam projection for the gray cast iron material described above.

따라서, 본 발명의 목적은, 차량의 엔진 블록용 소재로서 사용되고 있는 회주철 재료에 대한 가속전자빔 투사시의 최적 공정 변수를 확립하는 것에 의하여, 회주철 재료의 투사 표면층의 미세 조직을 효과적으로 마르텐사이트(martensite)화함으로써 표면 경도값 및 그에 따른 내마모성을 획기적으로 향상시킬 수 있는, 고전압 가속전자빔을 이용한 엔진 블록용 회주철 재료의 표면 경화 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to effectively martite the microstructure of the projection surface layer of gray cast iron material by establishing an optimal process parameter in the acceleration electron beam projection for the gray cast iron material used as the engine block material of the vehicle. The present invention provides a method for hardening the surface of a gray cast iron material for an engine block using a high voltage accelerated electron beam, which can significantly improve the surface hardness value and the wear resistance thereof.

본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)에 따르면, 2.0 내지 4.0 중량% 탄소와 1.0 내지 3.0 중량% 의 실리콘 및 미량의 다른 합금원소를 포함하는 자동차 엔진 블록용 회주철 재료의 표면에 1.0 내지 2.5 McV 범위의 고전압 가속전자빔을 1.2 내지 2.1 kW/㎠의 투입 에너지 밀도, 바람직하게는 1.5∼2.0kW/㎠, 특히 바람직하게는 1.6∼1.95kW/㎠ 로 투사하는 것으로 이루어지는, 고전압 가속전자빔을 이용한 엔진 블록용 회주철 재료의 표면 경화 방법이 제공된다.According to a preferred aspect for achieving the above object of the present invention, the surface of a gray cast iron material for automotive engine blocks comprising 2.0 to 4.0 wt% carbon, 1.0 to 3.0 wt% silicon and trace amounts of other alloying elements A high voltage acceleration electron beam in the range of 1.0 to 2.5 McV at a projected energy density of 1.2 to 2.1 kW / cm 2, preferably 1.5 to 2.0 kW / cm 2, particularly preferably 1.6 to 1.95 kW / cm 2. A method of surface hardening of gray cast iron material for an engine block using an electron beam is provided.

제1(a),(b),(c),(d)도는 고에너지 전자빔을 투사한 후의 깊이에 따른 변화된 미세조직 상태를 나타내는 광학현미경에 의한 확대 단면 사진이다.1 (a), (b), (c), and (d) are enlarged cross-sectional photographs by an optical microscope showing a changed state of microstructure with depth after projecting a high energy electron beam.

제2(a),(b),(c)도는 고에너지 전자빔을 투사한 후의 변화된 미세 조직 상태를 나타내는 광학현미경에 의한 확대 사진이다.2 (a), (b) and (c) are enlarged photographs by an optical microscope showing the changed microstructure state after projecting a high energy electron beam.

제3도는 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서의 재료 표면으로 부터의 깊이에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프도이다.3 is a graph showing the change in hardness with depth from the material surface in the preferred embodiments of the present invention.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서의 내마모성 향상을 나타내는 그래프도이다.4 is a graph showing the improvement of wear resistance in preferred embodiments of the present invention.

본 발명의 방법에 있어서 바람직한 회주철 재료의 성분 조성에 대하여 우선 설명하면, C : 2.0∼4.0 중량%, Si : 1.0∼3.0중량%, 잔부가 Fe 인 것이며, 이 외에도 Mn, S, P, Cr, Cu로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 그 이상의 성분을 1중량% 이하로 함유할 수 있다. 그러나, 본 발명의 적용 대상인 이러한 합금 성분 조성은 제한적인 것은 아니며, 통상적으로 차량의 엔진 블록용 회주철 재료로서 사용되는 것이라면 무방하다.First, the preferred composition of the gray cast iron material in the method of the present invention is C: 2.0 to 4.0% by weight, Si: 1.0 to 3.0% by weight, the balance is Fe, in addition to Mn, S, P, Cr, It may contain 1 weight% or less of 1 type or more components chosen from the group which consists of Cu. However, such an alloy component composition to which the present invention is applied is not limited, and may be used as the gray cast iron material for an engine block of a vehicle in general.

본 발명이 적용되는 회주철 재료에 있어서 그 기계적 성질을 결정하는 가장 중요한 필수 합금 성분은 C 와 Si 이며, 회주철에는 C 가 편상 흑연의 형태로 존재하므로 미끄럼 마찰에 대한 내마멸성(耐磨滅性) 및 내소착성(耐燒着性)과 감쇠능(減衰能)이 우수하다. Si 는 철에 유리 탄소(흑연)을 석출하거나 또는 시멘타이트(cementite: 탄화철(Fe3C))을 유리 탄소와 철로 분해하는 흑연화 현상에 의한 흑연 형성을 촉진하는 강한 흑연 안정화제이다.In the gray cast iron material to which the present invention is applied, the most important essential alloy components for determining the mechanical properties thereof are C and Si, and since gray is present in the form of flake graphite in gray cast iron, it is abrasion resistance and resistance to sliding friction. It has excellent adhesion and damping ability. Si is a strong graphite stabilizer that precipitates free carbon (graphite) in iron or promotes graphite formation by graphitization which decomposes cementite (Fe 3 C) into free carbon and iron.

C 는 2.0∼4.0중량%가 바람직하며, C의 함량이 2.0중량% 미만인 경우에는 단단하고 취약한 화합물인 탄화철 즉, 시멘타이트 조직이 증대하게 되므로 바람직하지 못하고, 4.0 중량%를 초과하는 경우에는 편상 흑연의 조대화(粗大化) 및 망상(網狀)구조의 증가로 인하여 강도가 저하되고 소지(素地)를 약화시키며 내부노치 내지 내부 균열을 일으키는 원인이 되므로 역시 바람직하지 못하다.C is preferably 2.0 to 4.0% by weight, and when the content of C is less than 2.0% by weight, iron carbide, i.e., cementite structure, which is a hard and fragile compound, is increased, so it is not preferable. It is also undesirable because of the coarsening and the increase of the network structure, which lowers the strength, weakens the base, and causes internal notches or internal cracks.

회주철에서 단독으로 흑연화를 촉진하는 성분인 Si 는 1.0∼3.0 중량%의 범위가 바람직하며, 1.0중량% 미만인 경우에는 단단하고 취약한 시멘타이트 조직이 증대하게 되므로 바람직하지 못하고 3.0중량%를 초과하는 경우에는 편상 흑연의 조대화(粗大化)로 인하여 강도가 저하되고 소지(素地)를 약화시키므로 역시 바람직하지 못하다.Si, which is a component that promotes graphitization alone in gray cast iron, is preferably in the range of 1.0 to 3.0% by weight, and when it is less than 1.0% by weight, the hard and fragile cementite structure is increased. It is also not preferable because the strength decreases due to the coarsening of the flake graphite and weakens the base.

선택적 성분으로서의 Mn, S,P,Cr, Cu는 이중 어느 하나의 성분 단독으로 또는 둘 이상의 성분의 조합으로서 포함됨이 회주철 재료에 있어서 통상적이며, 그 조성비는 통상적으로 단독 성분 또는 조합 성분 전체가 1.0중량% 미만이나 이는 한정적인 것은 아니다.Mn, S, P, Cr, and Cu as optional components are conventionally included in gray cast iron materials, either alone or as a combination of two or more components, and the composition ratio is usually 1.0 wt. Less than%, but this is not limiting.

본 발명에 사용되는 고전압 가속전자빔은 전자 가속 장치를 이용하여 생성되며, 기존의 통상적인 가속전자빔 장치는 수십 내지 수백 kV의 에너지를 가지므로 진공 장치내에서의 작업이 필수적이 되므로 본 발명에 있어서는 적합지 않고, 1.0 내지 2.5 MeV 의 높은 에너지를 갖는 가속전자빔 장치를 사용하는 것에 의하여 대기중에서의 전자빔 투과가 가능하게 되므로 대기중에서 작업이 이루어질 수 있고, 따라서 산업 현장에의 적용이 용이하게 되므로 바람직하다. 1.0MeV 미만의 에너지를 갖는 장치를 사용하는 경우에는 대기중에서의 작업이 곤란하거나 또는 회주철 재료의 경화에 비교적 장시간을 요하게 되어 작업 효율성의 저하를 초래할 우려가 있는 동시에, 경화 효과가 불충분하게 될 우려가 있으므로 바람직하지 못하며, 2.5MeV를 초과하는 경우에는 가속 전자빔 투사시 표면층이 순간적으로 용융되어 백주철과 유사한 조직으로 변할 우려가 있으므로 역시 바람직하지 못하다.The high voltage accelerating electron beam used in the present invention is generated using an electron accelerating device, and conventional conventional accelerating electron beam devices have energy of several tens to hundreds of kV, so that the operation in the vacuum device becomes essential, and therefore it is not suitable for the present invention. In addition, the use of an accelerated electron beam apparatus having a high energy of 1.0 to 2.5 MeV enables electron beam transmission in the atmosphere, so that work can be performed in the atmosphere, and therefore it is preferable because it can be easily applied to industrial sites. In the case of using a device having an energy of less than 1.0 MeV, it is difficult to work in the air or it takes a relatively long time to harden gray cast iron material, which may lead to a decrease in working efficiency and an insufficient hardening effect. It is not preferable because it exceeds 2.5MeV, since the surface layer may instantly melt during accelerated electron beam projection to change into a structure similar to white cast iron.

가속 전자빔 투사시의 공정 조건 및 입열량은 단위 면적당 재료 표면에 투사되는 에너지 밀도, 즉 투입 에너지 밀도로 나타낼 수 있으며, 이러한 투입 에너지 밀도는 전자빔 전력(전자빔 에너지 ×빔전류), 전자빔 이동 속도, 시편의 크기에 의하여 결정된다. 본 발명에 있어서, 차량의 엔진 블록용 회주철 재료에 대한 투입 에너지 밀도는 1.2 내지 2.1 kW/㎠, 바람직하게는 1.5∼2.0kW/㎠, 특히 바림직하게는 1.6∼1.95kW/㎠이다. 1.2kW/㎠ 미만의 투입 에너지 밀도를 사용하는 경우에는 미세 조직의 변화가 불충분하게 되어 표면경화 효과가 미약하고, 2.1kW/㎠를 초과하는 투입 에너지 밀도를 사용하는 경우에는 재료 표면에서 용융이 일어나 추가적인 가공이 요구되므로 역시 바람직하지 못하다.The process conditions and heat input during the accelerated electron beam projection can be expressed as the energy density projected onto the material surface per unit area, that is, the input energy density, and the input energy density is the electron beam power (electron beam energy × beam current), electron beam movement speed, and specimen. It is determined by the size of. In the present invention, the input energy density of the gray cast iron material for the engine block of the vehicle is 1.2 to 2.1 kW / cm 2, preferably 1.5 to 2.0 kW / cm 2, particularly preferably 1.6 to 1.95 kW / cm 2. When the input energy density of less than 1.2 kW / cm 2 is used, the microstructure changes are insufficient, and the surface hardening effect is insignificant. When the input energy density of more than 2.1 kW / cm 2 is used, melting occurs on the material surface. It is also undesirable because additional processing is required.

통상적으로 엔진 블록용 회주철 재료의 조직은 주로 페라이트(ferrite)와 시멘타이트의 공석정(eutectoid)인 퍼얼라이트이다.Typically the structure of the gray cast iron material for the engine block is primarily a ferrite, which is a eutectic of ferrite and cementite.

이러한 퍼얼라이트 기지(matrix)에 대한 고전압 가속전자빔 투사시의 미세조직상의 가능한 변화를 설명하기 위하여 본 발명의 범위를 약간 상회하는 2.19kW/㎠의 투입 에너지 밀도로 투사한 경우를 살펴 보면, 투사면으로부터 순서대로 (a) 용융 영역, (b) 변태 영역, (c) 열 영향 영역, (d) 원래의 영역이 존재한다.In order to explain the possible changes in the microstructure of the high-voltage accelerated electron beam projection on such a pearlite matrix, the projection surface with the input energy density of 2.19 kW / cm 2 slightly exceeding the scope of the present invention will be described. From (a) melt zone, (b) transformation zone, (c) heat affected zone, and (d) original zone.

(a) 의 용융 영역은 고전압 가속전자빔의 투사에 의하여 온도가 용융점 이상으로 상승하여 편상 흑연이 용융되고 기지 조직도 복잡한 형태의 새로운 수지상(dendrite) 응고 조직 및 γ+Fe3C로 이루어진 레데브라이트(ledeburite)로 변화된 영역으로서, 용융 및 급냉 과정을 거치면서 전형적인 백주철과 유사한 조직을 나타내나, 조직의 기지는 빠른 냉각 속도로 인하여 경도가 높은 마르텐사이트로 주로 이루어진다. 본 발명에 있어서 이러한 용융 영역중의 존재는 바람직하지 못하며, 그 이유는 엔진 블록의 표면이 용융, 응고로 인하여 거칠어져서 별도의 가공 처리가 필요하게 되기 때문이다.The molten region of (a) has a temperature rise above the melting point by the projection of a high-voltage accelerated electron beam to melt flake graphite and a new dedrite solidified structure and γ + Fe 3 C of complex form of known structure. ledeburite), which shows a structure similar to typical white cast iron during melting and quenching, but its matrix is mainly composed of martensite with high hardness due to its fast cooling rate. In the present invention, the presence of such a melted zone is not preferable because the surface of the engine block is roughened due to melting and solidification and requires a separate processing treatment.

(b)의 변태 영역은 전자빔 투사열이 표면으로부터 내부로 전달되면서 기지인 퍼얼라이트 조직만이 높은 경도값을 갖는 마르텐사이트로 상변태되고 편상 흑연은 거의 그대로 남아 있는 영역으로서, (a)의 용융 영역 만큼은 온도가 상승되지 않아 재료의 국부적인 용융은 일어나지 않고 고온 안정상인 오스테나이트를 형성한 후 급냉되어 판상의 마르텐사이트로 변태되며, (a) 용융 영역/ (b) 변태 영역의 계면에서 내부로 들어 갈수록 이 판상의 마르텐사이트들은 크기가 작아지고 조밀해지며 잔류 오스테나이트의 양은 감소하는 경향을 나타내므로 경도값은 더욱 상승하게 된다. (b)의 변태 영역의 하단부에는 일부는 원래의 조직 상태를 유지하며 부분적으로만 마르텐사이트 변태가 일어나므로 이 영역은 (b1) 부분 변태 영역이라 할 수 있다. 이러한 영역(b) 및 (b1)의 생성은 본 발명에 있어 바람직한 영역이다.The transformation region of (b) is a region in which only the known Perlite structure is phase-transformed to martensite having a high hardness value and flake graphite remains almost intact while electron beam projection heat is transferred from the surface to the inside, and the molten region of (a) As long as the temperature does not rise, local melting of the material does not occur, but after forming austenite, which is a high temperature stable phase, it is quenched and transformed into a plate-like martensite, and (a) it enters the interior at the interface of the melting region / (b) transformation region. Increasingly, the plate-like martensite becomes smaller and denser and the amount of retained austenite tends to decrease, leading to higher hardness values. The lower part of the transformation region (b) maintains its original tissue state, and only partially martensite transformation occurs, so this region may be referred to as the partial transformation region (b1). Generation of such regions (b) and (b1) is a preferred region in the present invention.

(c)의 열 영향 영역은 원래의 영역과 거의 차이가 없으며, (a)의 용융 영역/ (b)의 변태 영역의 계면은 분명하게 구별되나, (b)의 변태 영역/ (c)의 열영향 영역의 계면은 불분명하다.The heat affected zone of (c) has little difference from the original zone, and the interface of the molten zone of (a) / the transformation zone of (b) is clearly distinguished, but the transformation zone of (b) / the heat of (c) The interface of the affected area is unclear.

(d)의 원래의 영역은 열에 의한 영향을 받지 않은 영역으로서, 처음 상태의 조직과 전혀 차이가 없는 영역이다.The original area of (d) is an area which is not affected by heat, and is an area that is completely different from the tissue in the initial state.

회주철의 내마모성에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 경도값이며, 편상 흑연을 제외한 기지 조직만에 대한 미세 경도값을 살펴 보기로 한다.The most influential factor on the wear resistance of gray cast iron is the hardness value, and the fine hardness value for only the matrix structure except the flaky graphite will be examined.

용융 영역과 변태 영역의 비커스(Vickers) 경도값(VHN)은 투사전 기지의 경도값인 300 VHN 에 비해 2∼3배 정도 증가한다.The Vickers hardness value (VHN) of the molten region and the transformation region is increased by two to three times compared to 300 VHN, which is a known hardness before projection.

용융 영역에서의 비커스 경도값(VHN)은 800 VHN 정도로서 일정하며, 변태 영역이 시작되는 곳에서는 600 VHN 정도로 급격히 감소한 다음 거의 일정한 정도로 서서히 증가하여 850VHN 정도에 도달한 후, 기지가 나타나는 열 영향 영역까지 다시 급격하게 감소하는 경향을 보인다. 이러한 경도값의 변화를 보이는 세 영역은 각각 (a) 용융 영역, (b) 변태 영역, (b1) 부분 변태 영역과 일치한다.The Vickers hardness value (VHN) in the melting zone is constant at around 800 VHN, where it rapidly decreases to around 600 VHN at the beginning of the transformation zone, then gradually increases to almost constant and reaches about 850 VHN, then to the heat affected zone where the matrix appears. It tends to decrease sharply again. The three regions exhibiting such a change in hardness value coincide with (a) molten region, (b) transformation region, and (b1) partial transformation region, respectively.

변태 영역이 시작되는 곳에서의 경도값이 낮은 것은 조대한 판상 마르텐사이트 주위에 잔류 오스테나이트와 같은 연한 조직이 많이 형성되어 있기 때문이지만, 이 경우에도 마르텐사이트의 존재로 인하여 기지에 비해서는 2배 정도로 높은 경도값을 나타낸다. 또한, 변태 영역에서는 내부로 들어갈수록 점차 경도값이 증가하며, 이는 변태 영역의 내부로 들어가면서 잔류 오스테나이트의 양이 감소하고 판상 마르텐사이트의 미세화와 치밀화가 이루어지기 때문이다. 부분 변태 영역에서는 일부 분해되지 않은 시멘타이트 라멜라의 내부에서 마르텐사이트 변태가 일어나는 영역으로서 위치에 따라 경도값의 편차가 비교적 심하다. 열 영향 영역은 투사열이 통과해 열전달되면서 열처리 효과를 가지는 영역이나 미세 조직상에 큰 변화는 수반하지 않으므로 기지와 비슷한 경도값을 가진다.The low hardness at the beginning of the metamorphic region is due to the formation of many soft tissues such as retained austenite around the coarse platen martensite, but even in this case twice as much as the base due to the presence of martensite. High hardness value is shown. In addition, in the transformation region, the hardness value gradually increases as it enters the inside, because the amount of retained austenite decreases and finer and densified plate-like martensite enters the interior of the transformation region. In the partial transformation region, the martensite transformation occurs inside the partially unresolved cementite lamellae, and the variation in hardness value is relatively severe depending on the position. The heat affected zone has a hardness value similar to that of the matrix because the projected heat passes and is transferred to the heat transfer zone, and thus does not involve a large change in the microstructure.

기지에 비하여 높은 경도값을 나타내는 표면 경화층의 두께는 빔 투입 에너지 밀도와 직접적인 상관 관계를 갖는다.The thickness of the surface hardened layer showing a high hardness value relative to the known has a direct correlation with the beam input energy density.

빔 투입 에너지 밀도가 증가하여 투사 표면 경화층의 경도가 높아지고 그 두께가 증가될수록 내마모성도 크게 향상되며, 고전압 가속전자빔 표면 처리에 의해 내마모성은 3∼4배 향상된다.As the beam injection energy density increases, the hardness of the projection surface hardened layer is increased, and as the thickness thereof is increased, wear resistance is greatly improved, and abrasion resistance is improved by 3 to 4 times by high voltage accelerated electron beam surface treatment.

전술한 바와 같이, 고에너지 가속전자빔 처리에 의해 차량의 엔진 블록용 회주철 투사 표면층의 미세 조직을 개선시켜 표면을 마르텐사이트화 함으로써 경표면 경도를 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경화층의 두께를 조절할 수 있어 엔진 부품의 내마모성 향상에 크게 기여할 수 있다.As described above, by improving the microstructure of the gray cast iron projection surface layer for the engine block of the vehicle by the high energy accelerated electron beam treatment, the surface hardness can be greatly increased, and the thickness of the hardened layer can be adjusted. It can greatly contribute to improving wear resistance of engine parts.

본 발명에 있어서의 범위를 약간 초과하는 2.1∼2.2kW/㎠ 정도의 비교적 높은 투입 에너지 밀도를 사용하는 경우에는, 표면이 약간 용융되어 경도가 높은 백주철 조직으로 변화하며, 이에 따라 마르텐사이트 변태에 의한 경화층을 포함하면 약 2mm 의 표면 경화층을 얻을 수 있다. 그러나, 이 경우에는 표면의 용융에 의한 표면 불균일성으로 인하여 표면층에 대한 추가적인 가공이 필요하므로 바람직하지 못하다.In the case of using a relatively high input energy density of about 2.1 to 2.2 kW / cm 2 which slightly exceeds the range in the present invention, the surface is slightly melted to change into a white cast iron structure having a high hardness. When the hardened layer by this is included, the surface hardened layer of about 2 mm can be obtained. However, in this case, it is not preferable because additional processing on the surface layer is required due to the surface non-uniformity by melting of the surface.

본 발명에 있어서의 바람직한 범위인 1.5∼2.0kW/㎠ 정도의 보다 낮은 투입 에너지 밀도를 사용하는 경우에는, 표면이 용융되는 일 없이 마르텐사이트 변태에 의해 0.5∼1.5mm 정도의 표면 경화층을 얻을 수 있으며, 산화되지 않고 균일한 표면을 얻을 수 있기 때문에 추가적인 가공없이 최종적인 제품으로의 직접적인 사용이 가능하므로 보다 바람직하다.When using a lower input energy density of about 1.5 to 2.0 kW / cm 2, which is a preferable range in the present invention, a surface hardened layer of about 0.5 to 1.5 mm can be obtained by martensitic transformation without melting the surface. In addition, since a uniform surface can be obtained without oxidation, direct use of the final product without further processing is preferable.

또한, 퍼얼라이트 기지의 마르텐사이트화는 회주철의 표면을 경화시키는 동시에, 편상 흑연에 주로 집중되어 일어나는 피로, 파괴, 고온 변형 특성도 아울러 향상시킨다.In addition, martensiticization of the pearlite matrix hardens the surface of gray cast iron, and also improves fatigue, fracture, and high temperature deformation characteristics mainly caused by flake graphite.

[실시예]EXAMPLE

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하기로 하며, 이들 실시예는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라 최량의 실시 형태에 대한 예시에 불과하다는 것을 이해할 필요가 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, and it is necessary to understand that these examples are not intended to limit the present invention but are merely examples of the best embodiments.

[시편의 준비][Preparation of Psalms]

하기한 실시예 및 비교예들에 있어서 사용된 차량의 엔진 블록용 회주철 재료(FCH2D) 시편은 주조 과정을 거쳐 최종 형태로 만들어진 완제품으로부터 채취가 가능한 최대 두께인 약 19mm 로 소재를 절단하여 30mm × 30mm × 19mm 의 크기로 가공한 후 시편으로 사용하였으며, 그 화학적 성분 조성은 하기의 표 1과 같았다.The gray cast iron material (FCH2D) specimen for the engine block of the vehicle used in the following Examples and Comparative Examples was cut to 30 mm x 30 mm by cutting the material to about 19 mm, which is the maximum thickness that can be collected from the finished product made through the casting process. After processing to a size of × 19mm was used as a specimen, the chemical composition was shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

[전자 가속기 및 가속전자빔의 투사 조건][Projection Conditions of Electron Accelerator and Accelerated Electron Beam]

고에너지 가속전자빔 투사 시험은 러시아 노보시비르스크(Novosibirsk) 소재 핵물리연구소(BINP : Budker Institute of Nuclear Physics)의 전자 가속기(모델명 ELV-6)를 사용하여 실시하였다.The high energy accelerated electron beam projection test was conducted using an electron accelerator (model name ELV-6) of the Budker Institute of Nuclear Physics (BINP) of Novosibirsk, Russia.

이 전자 가속기의 에너지 범위는 0.5∼1.5McV, 최대 전자빔 전류는 70mA, 최대 파워는 약 100kW 로서, 가속 전자빔 투사시의 시험 조건을 하기의 표 2에 나타낸다. 빔 전류를 제외한 다른 변수들은 일정하게 고정시키고 빔 전류만을 변화시킴으로써 단위면적당 시료 표면에 투입되는 에너지, 즉 투입 에너지 밀도를 변화시켰으며, 투사빔의 폭은 스캐닝 장치내의 전자기장을 변화시킴으로써 조절하였고, 시편 표면부 전체가 충분히 투사될 수 있도록 투사폭을 시편보다 약간 큰 3.2cm 로 고정하였다.The energy range of the electron accelerator is 0.5 to 1.5 McV, the maximum electron beam current is 70 mA, and the maximum power is about 100 kW. Table 2 shows the test conditions for the acceleration electron beam projection. Other parameters except the beam current were fixed constantly and only the beam current was changed to change the energy input to the sample surface per unit area, that is, the input energy density, and the width of the projection beam was adjusted by changing the electromagnetic field in the scanning device. The projection width was fixed to 3.2 cm, slightly larger than the specimen so that the entire surface could be projected sufficiently.

[표 2]TABLE 2

[시험 방법][Test Methods]

(1) 미세 조직 관찰(1) microstructure observation

전자빔이 투사된 시편의 중앙부를 투사 방향에 수직으로 절단하였으며, 시편의 절단은 방전가공기(electro-discharge machine : EDM)를 사용함으로써 재료의 손실 및 변형을 최소화하였으며, 연마한 후 3% 니트랄 용액으로 에칭하여 미세 조직을 광학현미경, 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다.The central part of the specimen to which the electron beam was projected was cut perpendicular to the projection direction, and the cutting of the specimen was minimized by material loss and deformation by using an electro-discharge machine (EDM). The microstructures were observed with an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM).

(2) 상분율의 측정(2) Measurement of phase percentage

뫼스바우어(Mossbauer) 분석기를 이용하여 잔류 오스테나이트, Fe3C 탄화물, 마르텐사이트, 페라이트 등의 상분율을 정량적으로 측정하였다. 서스(source)로는 Co57감마선을, 그리고 투사 표면층으로부터 채취된 두께 약 100㎛, 직경 10mm 의 얇은 디스크 형태의 시편을 분석에 사용하였다.Phase fractions of residual austenite, Fe 3 C carbide, martensite, ferrite, etc. were quantitatively measured using a Mossbauer analyzer. As a source, Co 57 gamma rays and thin disk-shaped specimens having a thickness of about 100 μm and a diameter of 10 mm taken from the projection surface layer were used for analysis.

(3) 경도 변화 측정(3) hardness change measurement

가속전자빔 처리 전후의 경도 변화는 미세 경도 시험기(Vickers microhardness tester)를 이용하여 표면으로 부터의 깊이에 따른 경도 변화를 측정하였다.The hardness change before and after the accelerated electron beam treatment was measured with the hardness from the surface using a Vickers microhardness tester.

(4) 내마모성 평가(4) wear resistance evaluation

마찰 마모 시험기(Model EFM-III-EN/F, Orientec Co., Japan)를 사용하여 링-온-디스크(ring-on-disc)식으로 마모 시험하였다. 상부 링은 상대재인 SUS 420 J2 스테인레스강을 외경 25.6mm, 내경 20mm로 가공하여 사용하였으며, 하부 디스크는 가속전자빔이 투사된 시편의 표면부로부터 30mm ×30mm × 5mm 로 가공하여 사용하였다. 가속전자빔 투사 시편은 마모시험기 본제의 상부로부터 가압된 상태에서 하부 회전축이 회전하면서 상대재와의 상호 마찰에 의해 마모된다.The abrasion test was carried out in a ring-on-disc manner using a friction wear tester (Model EFM-III-EN / F, Orientec Co., Japan). The upper ring was fabricated by processing a SUS 420 J2 stainless steel with an outer diameter of 25.6 mm and an inner diameter of 20 mm, and the lower disk was processed by 30 mm x 30 mm x 5 mm from the surface of the specimen to which the accelerated electron beam was projected. The accelerated electron beam projection specimen is worn out by mutual friction with the counterpart while the lower rotating shaft rotates while being pressed from the top of the wear tester body.

마모 조건은 상온에서 가압 하중 50kgf. 회전속도 67rpm, 마모 거리 1500m 로 약 5시간 동안 수행되었으며 윤활재는 사용하지 않았다. 가속전자빔 투사 시편의 마모량은 시험이 종료된후 0.1mg 단위까지 측정하였으며, 각 시편마다 3회씩 마모 시험을 실시하여 평균하였다.Wear conditions are 50kgf. The rotation speed was 67 rpm and the wear distance was 1500 m for about 5 hours. No lubricant was used. The wear amount of the accelerated electron beam projection specimen was measured to 0.1mg unit after the test was completed, and averaged by performing the abrasion test three times for each specimen.

[실시예 1∼3 및 비교예 1,2][Examples 1-3 and Comparative Examples 1,2]

상기한 표 1에 나타낸 성분 조성을 갖는 시편들에 대하여, 빔전류를 변화시키는 것에 의하여 변화된 투입 에너지 밀도로 투사하였으며(실시예 1∼3 및 비교예 1,2), 각각의 경우에 있어서의 투사층의 깊이 및 최대 경도값을 표 3에 나타낸다.The specimens having the composition shown in Table 1 above were projected with the input energy density changed by changing the beam current (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2), and the projection layer in each case. Table 3 shows the depth and the maximum hardness values of.

[표 3]TABLE 3

* : 용융 영역, 변태 영역 및 부분 변태 영역의 각 두께는 900/850/300 임.*: Each thickness of the melt zone, transformation zone and partial transformation zone is 900/850/300.

** : 원래의 기지 경도값과 동일함**: same as original known hardness value

(1) 실시예 1(1) Example 1

실시예 1의 경우에 있어서는, 투입에너지밀도 1.93W(kW/㎠)로 투사하였으며, 제1(a)도에 나타낸 광학현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, 용융 영역은 보이지 않고 변태영역만이 약 700㎛의 두께로 형성되었으며, 부분 변태 영역의 두께는 약 150㎛였다.In the case of Example 1, it was projected at an input energy density of 1.93 W (kW / cm 2), and as can be seen from the optical micrograph shown in FIG. 1 (a), the melting region was not visible and only the transformation region was weak. It was formed to a thickness of 700 μm, and the thickness of the partial transformation region was about 150 μm.

제2(a),(b)도에 나타나 있는 광학현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와같이, 편상 흑연은 그대로 존재하면서 기지 조직만 퍼얼라이트에서 마르텐사이트로 변화되었음을 알 수 있으며 판상 마르텐사이트들은 내부로 갈수록 크기가 작아지고 조밀해지며 잔류 오스테나이트의 양은 감소하는 경향을 나타냈다.As can be seen from the optical micrographs shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), it can be seen that flake graphite remains as it is and only the matrix structure is changed from pearlite to martensite. The size tends to be smaller and denser and the amount of retained austenite tends to decrease.

뫼스바우어 분석기를 이용한 잔류 오스테나이트, Fe3C 탄화물, 마르텐사이트, 페라이트 등의 정량적인 상분율 측정 결과, 변태 영역은 79.5%의 마르텐사이트, 11%의 오오스테나이트, 7.3%의 Fe3-xC1+x(Fe3C 와 같은 orthorohmbic 구조로서 마르텐사이트의 twin-boundry에서 석출되는 것으로 보고되어 있음), 2.3%의 미지상의 존재하였다.Quantitative phase measurement of residual austenite, Fe 3 C carbide, martensite, ferrite, etc. using the Mossbauer analyzer showed that the transformation region was 79.5% martensite, 11% austenite, and 7.3% Fe 3- xC. 1 + x (reported to precipitate in twin-boundry of martensite as an orthorohmbic structure, such as Fe 3 C), unknown presence of 2.3%.

미세 경도 시험기를 이용한 표면으로 부터의 깊이에 따른 경도값 측정 결과를 제3도에 나타냈으며, 표면층은 600VHN 정도이나 급격이 800VHN 정도까지 증가한 다음, 600㎛까지 비교적 일정한 값을 나타내며, 경화깊이는 700㎛내외로 제1(a)도의 미세 조직 변화층의 두께와 일치하였다.The hardness measurement results according to the depth from the surface using the micro hardness tester are shown in FIG. 3, and the surface layer increased to about 600 VHN or suddenly to about 800 VHN, and then showed a relatively constant value up to 600 µm. The thickness of the microstructure change layer in FIG.

전술한 바와 같은 마모 시험 결과, 마모량은 26mg 으로서 매우 양호하였으며 결과를 제4도에 나타냈다.As a result of the abrasion test as described above, the amount of abrasion was very good as 26 mg and the results are shown in FIG.

(2) 실시예 2 및 3(2) Examples 2 and 3

실시예 2 및 3의 경우에 있어서는, 투입에너지밀도 1.67W(kW/㎠)로 투사하였으며, 제1(b)도 및 제1(c)도에 나타낸 광학현미경 사진으로부터 알 수 있는바와 같이, 용융 영역은 보이지 않고 변태 영역만이 약 500㎛ 및 약 200㎛의 두께로 각각 형성되었으며, 제2(a),(b)도와 유사하게 편상 흑연은 그대로 존재하면서 기지 조직만 퍼얼라이트에서 마르텐사이트로 변화되었음을 알 수 있으며, 상분율은 실시예 1의 경우와 거의 같았다.In the case of Examples 2 and 3, the projection was performed at an input energy density of 1.67 W (kW / cm 2), and as can be seen from the optical micrographs shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the melting was performed. The area is not visible and only the transformation area is formed to have a thickness of about 500 μm and about 200 μm, respectively. Similarly to the second (a) and (b), flake graphite is intact and only the matrix structure is changed from pearlite to martensite. It can be seen that the phase percentage was almost the same as in Example 1.

미세 경도 시험기를 이용한 표면으로 부터의 깊이에 따른 경도값 측정 결과를 제3도에 나타냈으며, 전체적인 변화 양상은 실시예 1의 경우와 유사하며, 경화깊이는 500㎛ 및 200㎛ 정도로 각각 감소하였으나, 최대 경도값은 800VHN 정도로서 실시예 1의 경우와 거의 같았다.The hardness measurement results according to the depth from the surface using the micro hardness tester are shown in FIG. 3, and the overall change pattern is similar to that of Example 1, and the curing depth was decreased to about 500 μm and 200 μm, respectively. The maximum hardness value was about 800 VHN, which was almost the same as in Example 1.

마모 시험에 의한 마모량은, 각각 30mg 및 44mg 으로서, 실시예 2의 경우는 매우 양호하였으나, 실시예 3의 경우는 비교적 양호하였다. 결과를 제4도에 나타냈다.The amount of wear by the abrasion test was 30 mg and 44 mg, respectively, which was very good in Example 2, but relatively good in Example 3. The results are shown in FIG.

(3) 비교예 1(3) Comparative Example 1

비교예 1의 경우에 있어서는, 본 발명의 범위를 약간 초과하는 투입에너지밀도 2.19W(kW/㎠)로 투사하였으며, 제1(d)도에 나타낸 광학현미경 사진으로부터 알 수 있는바와 같이, 투사 표면으로부터 약 900㎛의 깊이까지는 온도가 용융점 이상으로 상승되어 편상 흑연이 용융되고 기지 조직도 복잡한 형태의 응고 조직으로 변환된 용융 영역이 존재하였으며, 변태 영역은 약 900∼2000㎛의 깊이에 형성되었으며, 부분 변태 영역의 두께는 약 150㎛였다.In the case of Comparative Example 1, the projection surface was projected with an input energy density of 2.19 W (kW / cm 2) slightly exceeding the scope of the present invention, and as can be seen from the optical micrograph shown in FIG. From the depth of about 900㎛, the temperature rises above the melting point, there is a melting region where the flake graphite is melted and the matrix structure is converted into a solidified structure of complex form, and the transformation region is formed at a depth of about 900-2000㎛. The thickness of the transformation region was about 150 μm.

제2(c)도에 나타나 있는 광학현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, 용융 영역의 미세 조직은 수지상(dendrite) 형태의 응고 조직으로 이루어져 있으며 백주철과 유사한 조직으로 변화되어 있음을 알 수 있다.As can be seen from the optical micrograph shown in FIG. 2 (c), it can be seen that the microstructure of the molten region is composed of a dendrite-shaped solidification structure and is changed into a structure similar to white cast iron.

뫼스바우어 분석기를 이용한 잔류 오스테나이트, Fe3C 탄화물, 마르텐사이트, 페라이트 등의 정량적인 상분율 측정 결과, 용융 영역은 41.3%의 Fe3C, 44.8%의 마르텐사이트, 2.8%의 오오스테나이트, 4.7%의 Fe3-xC1+x, 6.4%의 미지상이 존재하였다. 영역별 상분율을 하기의 표 4에 나타낸다.Quantitative phase measurement of residual austenite, Fe 3 C carbide, martensite, ferrite, etc. using the Mossbauer analyzer showed that the melting region was 41.3% Fe 3 C, 44.8% martensite, 2.8% austenite, 4.7% Fe 3- xC 1 + x, 6.4% unknown phase. The region-specific phase percentages are shown in Table 4 below.

[표 4]TABLE 4

미세 경도 시험기를 이용한 표면으로 부터의 깊이에 따른 경도값 측정 결과는 도시하지 않았으나, 표면으로부터 약 900㎛깊이까지의 경도값은 800VHN 정도로 일정하다가 변태 영역이 시작되면서 600VHN 으로 급격히 감소하며, 1800㎛까지 서서히 증가하여 850VHN 에 도달한 후, 기지가 나타나는 2100㎛까지 다시 급격하게 감소하는 경향을 보였다.Although the hardness measurement results according to the depth from the surface using the micro hardness tester are not shown, the hardness value from the surface to the depth of about 900 μm is constant at about 800 VHN and then rapidly decreases to 600 VHN at the beginning of the transformation region, to 1800 μm. After increasing slowly to reach 850VHN, it showed a tendency to decrease again to 2100 mu m where the matrix appeared.

비교예 1의 시편 표면은 용융 영역의 존재로 인하여 표면이 거칠어져서 별도의 표면 가공 처리를 필요로 하며, 따라서 본 발명에 있어서는 바람직하지 못하다.The surface of the specimen of Comparative Example 1 has a rough surface due to the presence of the molten region and thus requires a separate surface treatment treatment, and therefore is not preferable in the present invention.

(4) 비교예 2(4) Comparative Example 2

비교예 2의 경우에 있어서는, 본 발명의 범위에 미달하는 투입에너지밀도 1.14W(kW/㎠)로 투사하였으며, 전자빔 투사에 의한 미세 조직의 변화는 거의 인정되지 않았다.In the case of the comparative example 2, it projected by the input energy density 1.14W (kW / cm <2>) which falls short of the scope of this invention, and the change of the microstructure by electron beam projection was hardly recognized.

뫼스바우어 분석기를 이용한 상분율 측정 결과, 82.1%의 페라이트와 17.9%의 Fe3C로 이루어져 있음을 알 수 있었으며, 이는 회주철의 기지 조직이 퍼얼라이트로 이루어져 있다는 사실과 일치하는 것으로서, 기지 조직이 전자빔 투사에 의하여 거의 영향을 받지 않았다는 것을 의미한다.As a result of the measurement of the phase fraction by using the Mossbauer analyzer, it was found that it consists of 82.1% of ferrite and 17.9% of Fe 3 C, which is consistent with the fact that the base structure of gray cast iron is composed of pearlite. It means that it was hardly affected by the fighter.

미세 경도 시험기를 이용한 경도값 측정 결과, 원래의 기지 조직의 경도값 300 VHN 정도였다.As a result of measuring the hardness value using the fine hardness tester, it was about 300 VHN of the hardness value of the original matrix structure.

본 발명의 이러한 표면 경화 방법은 대기중에서도 작업이 가능하고 시간당 약 72㎡정도의 표면을 국부적 또는 광범위하게 자유자재로 경화시킬 수 있으므로 생산성이 매우 높음과 아울러, 연속 공정을 필요로 하는 산업 현장에의 적용이 용이하며, 냉매나 후속 공정 없이도 균일한 가열과 냉각이 이루어짐과 아울러, 기공이나 균열이 거의 형성되지 않고, 표면 처리후 재료 표면에 변형이나 비틀림이 일어나지 않으며, 재료가 가열되는 시간이 매우 짧기 때문에 재료 표면의 산화를 방지할 수 있다는 장점이 있다.This surface hardening method of the present invention is capable of working in the air and can harden a surface of about 72 m2 per hour locally or extensively, so that the productivity is very high and it is required for industrial sites requiring a continuous process. It is easy to apply, uniform heating and cooling is performed without any refrigerant or subsequent process, almost no pores or cracks are formed, no deformation or twisting occurs on the surface of the material after surface treatment, and the time that the material is heated is very short. This has the advantage of preventing oxidation of the surface of the material.

더욱이, 본 발명의 가속전자빔 투사에 의한 표면 경화방법을 사용하면, 표면 경도값은 약 2.5배 정도 향상되며, 이로 인해 내마모성은 약 3 내지 4배 향상된다.Moreover, using the surface hardening method by the accelerated electron beam projection of the present invention, the surface hardness value is improved by about 2.5 times, thereby improving the wear resistance by about 3 to 4 times.

Claims (4)

2.0 내지 4.0 중량%의 C: 1.0 내지 3.0 중량%의 Si; 총량 1.0 중량% 미만의 Mn, Cr, Cu, P 및 S 로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 성분; 및 잔부가 Fe 로 구성되는 차량의 엔진 블록용 회주철 재료에, 1.2 내지 2.1kW/㎠ 범위의 투입 에너지 밀도로 고전압 가속전자빔을 투사하는 것에 의하여, 비커스 경도값(Vickers)이 600 내지 850 VHN 이고 조직의 대부분이 판상 마르텐사이트로 구성되는 표면 경화층을 형성시키는 고전압 가속전자빔을 이용한 엔진 블록용 회주철 재료의 표면 경화 방법.2.0 to 4.0 wt% C: 1.0 to 3.0 wt% Si; At least one component selected from the group consisting of Mn, Cr, Cu, P, and S in a total amount of less than 1.0 wt%; And the Vickers hardness value (Vickers) is 600 to 850 VHN by projecting a high voltage accelerated electron beam at an input energy density in the range of 1.2 to 2.1 kW / cm 2 to the gray cast iron material for the engine block of the vehicle composed of Fe. The surface hardening method of the gray cast iron material for engine blocks using the high voltage accelerated electron beam which forms most the surface hardened layer which consists of plate-like martensite. 제1항에 있어서, 상기한 고전압 가속전자빔의 에너지가 대기중에서 투과 가능한 1.0 내지 2.5 MeV 범위인 표면 경화 방법.The method of claim 1, wherein the energy of the high voltage accelerated electron beam is in the range of 1.0 to 2.5 MeV permeable in the atmosphere. 제2항에 있어서, 상기한 고전압 가속전자빔의 투입 에너지 밀도가 1.5 내지 2.0kW/㎠ 범위인 표면 경화 방법.The surface curing method of claim 2, wherein the energy input density of the high voltage accelerated electron beam is in a range of 1.5 to 2.0 kW / cm 2. 제1항에 있어서, 상기한 고전압 가속전자빔을 투입 에너지 밀도 1.6 내지 1.95kW/㎠ 범위로 투사하는 것에 의하여, 편상 흑연이 용융되고 기지 조직이 수지상(dendrite) 응고 조직 및 레데브라이트(ledeburite)로 변화되는 백주철(white cast iron)과 유사한 조직을 나타내는 용융 영역이 실질적으로 형성되지 않으며, 표면 경화층의 두께가 0.5 내지 1.5mm 이고 내마모성이 기지 조직에 비하여 3 내지 4배 높은 것을 특징으로 하는 표면 경화 방법.2. The method according to claim 1, wherein by projecting the high-voltage accelerated electron beam in the range of input energy density of 1.6 to 1.95 kW / cm &lt; 2 &gt;, flake graphite is melted and the matrix structure is converted into dendrite coagulation structure and redeburite. Surfaces characterized by substantially no melting zones showing a similar structure to the white cast iron being changed, the thickness of the surface hardening layer being 0.5 to 1.5 mm and abrasion resistance 3 to 4 times higher than that of the matrix. Curing method.
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