KR100272755B1 - 반용융 구역에서 철계 합금재와 동 합금재와의 확산접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반용융구역에서 철계합금재(Fe-合金材)와 동합금재(Cu合金材)와의 확산접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철계합금재와 동합금재로 되는 이종재료중에서 한쪽의 모재에 반용융구간이 존재할 경우, 반용융온도영역에서 확산접합을 행하므로서 공정의 단순화와 저렴한 비용으로 양호한 제품을 얻을수 있는 반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법에 관한 것이다.

본 발명은 철계합금재와 동(Cu)보다 융점이 낮은 동합금재를 가공하여 탈지처리한 후 철계합금재와 동합금재를 조립하는 공정과, 상기의 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 분위기를 제어하여 750∼1060℃의 반용융온도 범위로 가열한 후 반용융온도의 범위에서 일정시간 유지하여 확산접합시키는 공정과, 상기 반용융온도의 범위에서 확산접합된 철계합금재와 동합금재를 공냉 또는 노냉시키는 공정에 의하여 접합이 완료된다.

또한, 상기 분위기제어는 진공, 질소, 아르곤가스, 진공과 질소 또는 아르곤가스를 복합적으로 사용하여 제어하며, 특히 상기 철계합금재와 동합금재의 조립시 틈새(c)를 0.00∼1.20mm로 하며, 0∼10㎏/㎟의 하중(W)을 가하여 확산접합하는 것을 특징으로한다.

Description

반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법

본 발명은 반용융구역에서 철계합금재(Fe-合金材)와 동합금재(Cu合金材)와의 확산접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철계합금재와 동합금재로 되는 이종재료중에서 한쪽의 모재에 반용융구간이 존재할 경우, 반용융온도영역에서 확산접합을 행하므로서 공정의 단순화와 저렴한 비용으로 양호한 제품을 얻을수 있는 반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 철계합금재와 동합금재로 된 이종재료를 접합하기 위한 방법을 열거하면 다음과 같다.

① 진공중에서나 각종 분위기에서 용융된 동합금재를 주조하여 얻는 방법.

② 대기중에서 접합하고자 하는 철계합금재의 면을 고온용 프럭스를 이용하여 동시 가열한 다음 동합금재을 용융 주입하여 얻는 방법.

③ 동합금분말재를 접합하고자 하는 철계합금재의 면에 채운 다음 고온으로 가열하여 소결 가압하여 얻는 방법.

④ 동합금재를 정밀 가공하여 고상(固相)상태에서 가압 접합하여 고상에서 확산접합하는 방법 등이 알려져 있다.

그러나 상기와 같이 철계합금재와 동합금재로 된 이종재료를 접합하기 위하여 진공중에서나 각종 분위기에서 동합금재를 용융하여 주조하는 방법은 진공장치 등의 부대시설이 필요하며, 철계합금재의 면을 고온용 프럭스를 이용하여 동시 가열한 다음 동합금재을 용융주입하는 방법은 응고 수축에 따른 가공손실이 상당량 발생하는 결점이 있으며, 동합금재를 고상상태에서 가압하여 접합하는 고상 확산접합 방법은 접합면을 초고정밀가공을 하여야 만이 결함이 없는 면접합이 가능하며, 철계합금재 면에 접합하고자 하는 동합금분말재를 채운 다음 고온으로 가열하여 소결 가압하는 방법은 소결 접합시에는 고온과 상당한 고압이 요구되므로 접합공정에 고압장치에 추가되어야 하는 등 그 생산성에 한계가 있으며, 철계합금재와 동합금재와의 접합면이 균질하게 접합되지 않는 등의 제반 문제점이 있었다.

본 발명은 이종(異種)재료인 철계합금재와 동(Cu)보다 융점이 낮은 동합금재의 표면을 가공하여 탈지처리한 후, 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 분위기제어하여 반용융온도인 750∼1060℃의 범위에서 일정시간 유지하여 확산접합한 후, 확산접합된 철계합금재와 동합금재를 공냉 또는 노냉시켜 접합 완료한 후 마무리가공을 하여 접합면이 균질하게 접합된 양호한 제품을 얻어므로서, 상기의 일반적인 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법에 따르는 진공장치 등의 부대시설의 사용, 응고 수축에 따른 가공손실, 접합면의 초고정밀가공, 고압장치가 추가되어야 하는 등의 제반 문제점을 해소함과 동시에 공정을 단순화하며 저렴한 비용으로 접합면이 양호하게 접합된 제품을 얻을수 있는 것을 과제로 한다.

도 1은 본 발명의 확산접합 방법에 의한 공정블럭도

도 2는 발 발명에 의한 반구면 형상에 의한 실시예를 나타내는 것으로서

(가)는 확산접합 전의 단면도

(나)는 확산접합 후의 단면도

도 3은 본 발명에 의한 중공형 실린더에 의한 실시예를 나타내는 것으로서

(가)는 확산접합 전의 단면도

(나)는 확산접합 후의 단면도

도 4는 본 발명의 확산접합 방법에 의해 접합된 현미경 조직도(배율= X 200) 로서

(가)는 구조용 압연강재와 연청동이 확산접합된 상태의 조직도

(나)는 크롬 몰리브덴 합금강과 연청동이 확산접합된 상태의 조직도

(다)는 구성흑연주철과 연청동이 확산접합된 상태의 조직도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 철계합금재 2 : 동합금재

3 : 철계합금재 및 동합금재 금속상호간의 확산영역

c : 틈새 W : 하중(추)

h : 높이

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철계합금재와 동(Cu)보다 융점이 낮은 동합금재의 표면을 가공하여 탈지처리한 후 철계합금재와 동합금재를 조립하는 공정과, 상기의 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 분위기제어하여 750∼1060℃ 의 반용융온도 범위로 가열한 후 반용융온도의 범위에서 일정시간 유지하여 확산접합시키는 공정과, 상기 반용융온도의 범위에서 확산접합된 철계합금재와 동합금재를 공냉 또는 노냉시키는 공정에 의하여 철계합금재와 동합금재를 반용융구역에서 확산접합시키며, 상기 분위기제어는 진공, 질소, 아르곤가스, 진공과 질소 또는 아르곤가스를 복합적으로 사용하여 제어하며, 특히 상기 철계합금재와 동합금재의 조립시 틈새(c)를 0.00∼1.20mm로 하며, 0∼10㎏/㎟의 하중(W)을 가하여 확산접합하는 것을 특징으로한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 확산접합 방법에 의한 공정블럭도이고, 도 2는 본 발명에 의한 반구면 형상에 의한 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 중공형 실린더에 의한 실시예를 나타내는 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 철합금재와 동보다 융점이 낮고 반용융구간이 있는 동합금재(주조재,가공재 포함)의 표면을 절삭 또는 연마 가공하고, 양 접합면에 잔존하는 끼름 등의 찌꺼기를 탈지처리한 후, 도 2에 도시된 바와 같이 반구면과 같은 형상을 접합하고자 하는 경우에는 철계합금재와 동합금재를 완전히 접촉되게 포개어 놓은 상태에서 무가압 또는 10㎏/㎟ 미만의 하중(W)을 가압하여 조립하며, 도 3에 도시된 바와 같이 중공형실린더일 경우는 동합금재(주조재,가공재 포함)와 철합금재인 실린더부의 틈새(c)를 0.00∼1.20 mm로 하며 원주상의 동합금부의 높이(h)를 0∼5mm 정도되게 가공하여 조립한다.

상기와 같이 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 진공, 질소, 아르곤가스, 진공과 질소 또는 아르곤가스를 복합적으로 사용하여 분위기제어한 후, 동합금재의 조성성분에 따라 750∼1060℃의 반용융온도 범위로 가열하여 일정시간(제품의 크기에 따라 다름) 유지하면 철계합금재와 동합금재는 원자의 이동이 일어나 확산이 진행되어 반용융온도의 범위에서 확산접합된다.

이와 같이 반용융온도의 범위에서 철계합금재와 동합금재가 확산접합된 상태에서 공냉 또는 노냉시켜 확산접합을 완료한 후 원하는 형상으로 마무리가공을 행한다.

그리고 도 2및 도 3의 경우 가장자리와 끝단에서는 미접합부가 존재할 가능성이 있기 때문에 마무리가공을 고려하여 가공여유를 준 다음 접합을 수행하면 되는 것이다.

구체적인 실시예로서 도 4는 본 발명에 의한 방법을 이용하여 철계합금재인 구조용 압연강재(SS41), 크롬 몰리브덴 합금강(SCM440)와 구상흑연주철(FCD60)을 두께가 3mm, 내경이 20mm, 높이가 10mm되게 절단하여 각각 모재로 하고, 동합금재인 연청동(LBC3)을 라이닝재로 하여 양 접합면을 모두 초음파 세척한 다음 조립하여 불활성가스분위기로에서 고상 및 액상영역(반용융영역)인 850℃에서 40분간 유지한 후 700℃까지 냉각한 다음 공냉처리한 것이다.

참고로 도 4의 (가)는 구조용 압연강재와 연청동이 확산접합된 상태의 조직도(배율= X 200)이며, 도 4의 (나)는크롬 몰리브덴 합금강과 연청동이 확산접합된 상태의 조직도(배율= X 200)이며, (다)는 구성흑연주철과 연청동이 확산접합된 상태의 조직도(배율= X 200)로서 접합계면부에는 어떠한 보이드부도 보이지않고 양호하게 접합된 양상을 나타내고 있다.

이와 같이 본 발명은 확산접합 방법의 경우는 2상(액상+고상)영역의 온도이므로 부피팽창율이 단일고상보다 커서 접합하고자 하는 면에서 강한 압축응력이 작용하여 도 2 및 도 3에 도시된 철계합금재 및 동합금재 금속상호간의 확산영역(3)과 같이 철계쪽에서 양호한 금속상호간의 확산영역이 생성되어 양호한 접합이 이루어지는 것이다.

본 발명은 한쪽의 모재가 구조용탄소강, 주철, 저합금강, 스테인레스강인 철합금재이고 다른 쪽의 모재가 동보다 융점이 낮은 동합금재일 경우 이를 접합하여 사용하는 이종재료로서 유압모타 및 펌프용 실린더블럭의 라이닝, 밸브플레이트, 메탈베어링 등의 전산업분야에 모두 적용할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명은 이종(異種)재료인 철계합금재와 동(Cu)보다 융점이 낮은 동합금재의 표면을 가공하여 탈지처리한 후, 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 분위기제어하여 반용융온도의 범위에서 일정시간 유지하여 확산접합한 후, 공냉 또는 노냉시켜 마무리가공을 하여 접합면이 균질하게 접합된 양호한 제품을 얻어므로서, 일반적인 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법에 따르는 진공장치 등의 부대시설과, 고압장치가 추가되어야 하는 등의 시설 설치비를 절감할 수 있으며, 응고 수축에 따른 가공손실과 접합면의 초고정밀가공에 따른 제반 문제점을 해소하는 동시에 공정을 단순화하며, 공정의 단순화 따른 제작 경비를 절감하며, 저렴한 비용으로 접합면이 양호하게 접합된 제품을 얻을수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 철계합금재와 동(Cu)보다 융점이 낮은 동합금재의 표면을 가공하여 탈지처리한 후, 철계합금재와 동합금재를 조립하는 공정과,

   상기의 조립된 철계합금재와 동합금재를 로에 장입하고 분위기제어하여 750∼1060℃의 반용융온도 범위로 가열한 후 반용융온도의 범위에서 일정시간 유지하여 확산접합시키는 공정과,

   상기 반용융온도의 범위에서 확산접합된 철계합금재와 동합금재를 공냉 또는 노냉시키는 공정에 의하여 철계합금재와 동합금재가 반용융구역에서 확산접합되는 것을 특징으로 하는 반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 분위기제어는 진공, 질소, 아르곤가스, 진공과 질소 또는 아르곤가스를 복합적으로 사용하여 분위기를 제어하는 것을 특징으로 하는 반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 철계합금재와 동합금재의 조립시 틈새(c)를 0.00∼1.20mm로 하며, 0∼10㎏/㎟의 하중(W)을 가하여 확산접합하는 것을 특징으로 하는 반용융구역에서 철계합금재와 동합금재와의 확산접합 방법