KR100303166B1 - 중공원통형 공작물의 열처리방법 - Google Patents

중공원통형 공작물의 열처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 연속처리가 가능한 중공원통형 공작물의 열처리방법을 제공하는 것이다.
제1공정에 있어서, 공작물(11)을 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서 공작물의 외주면측만으로부터, 공작물의 두께 전체를 유도가열하고, 공작물(11)이 가열부(12)로부터 거리를 두고 있는 냉각부(13)에 이르기까지 공작물의 온도를 균일하게 하고, 공작물의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 개시하여, 공작물을 전체 두께에 걸쳐서 담금질 경화한다. 제2공정에 있어서, 공작물(11)을 연속으로 수평방향으로 송달하면서, 공작물(11)을 외주면측만으로부터 외주부만을 유도가열하고, 그 직후에, 외주면측만으로부터 냉각하여, 공작물의 외주부 및 내주부를 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 공작물 두께의 심부를 유효경도 이하의 경도로 되게 한다.

Description

중공원통형 공작물의 열처리방법{METHOD FOR HEAT-TREATING A HOLLOW CYLINDRICAL WORKPIECE}
본 발명은, 중공원통형 공작물의 열처리방법에 관한 것이다. 중공원통형 공작물에는, 예컨대 건설차량의 캐터필러용 부품의 하나인 부시가 포함된다. 단, 부시로 한정되는 것은 아니다.
캐터필러용 부시 등의 중공원통형 공작물에서는, 내·외주면과 그 근방에는 내마모성을 확보하기 위한 경도가 요구되며, 두께의 심부에는 깨짐을 방지하기 위한 인성이 요구된다.
이 2개의 요구되는 품질을 동시에 만족시키기 위한 중공원통형 공작물의 열처리방법으로서, 종래에는, 아래의 방법이 제안되었다.
① 특개소 59-77979호의 방법
도 6에 표시하듯이, 공작물(111)의 외주면으로부터 내주의 유효경화층의 일부까지 고주파 담금질을 실시하는 제1공정과, 제1공정 후에 내주부를 고주파 담금질로 함과 아울러 두께의 심부를 뜨임(tempering)하는 제2공정 등으로 이루어진 방법이다.
도 6에서, 부호 112는 치구(治具), 113은 가열코일, 114는 냉각자켓, 115는 가열코일, 116, 117은 냉각자켓이다. 제1공정에 있어서 공작물의 송달은 세로방향(연직방향)이고, 담금질은 외주면측으로부터의 가열, 외주면측으로부터의 냉각이다. 제2공정에서, 공작물의 송달은 세로방향(연직방향)이고, 담금질은 내주면측으로부터의 가열, 외주면측·내주면측으로부터의 동시냉각이다.
각 공정후의 공작물의 경도의 분포는, 도 7에 표시한 대로이다.
② 특원평 7-299997호의 방법
도 8에 표시하듯이, 공작물(120)의 외주면으로부터 내주면까지의 두께 전체를 고주파 담금질하는 제1공정과, 제1공정 후에 내주부를 고주파 담금질함과 아울러 두께의 심부를 뜨임하는 제2공정 등으로 이루어진 방법이다.
도 8에서, 부호 121은 가열코일, 122는 냉각자켓, 123, 124는 회전로울러, 125는 가열코일, 126은 냉각자켓이다. 제1공정에 있어서 공작물의 송달은 가로방향 (수평방향)이고, 담금질은 외주면측으로부터의 가열, 가열코일(121)과 냉각자켓 (122)을 거리를 두게 하여 공작물 온도를 균일하게 한 후의 외주면측으로부터의 냉각이다. 제2공정에서, 공작물의 송달은 세로방향(연직방향에서 기울어진 경사방향을 포함)이고, 담금질은 내주면측으로부터의 가열, 외주면측으로부터의 냉각이다.
각 공정후의 공작물의 경도의 분포는, 도 9에 표시한 대로이다.
③ 특개평 1-75629호의 방법
공작물의 외주면으로부터 내주면까지의 두께 전체를 고주파 담금질하는 제1공정과, 제1공정 후에 내주부를 냉각하면서 외주면측으로부터 고주파 담금질함과 아울러 심부를 뜨임하는 제2공정 등으로 이루어진 방법이다.
제2공정에서는, 내주부를 냉각하기 위하여, 냉각자켓이 공작물의 내주면측으로 삽입된다.
상기의 어떠한 종래방법에 있어서도, 제1공정, 제2공정 함께 일관라인으로 공작물을 연속 열처리할 수는 없다.
더욱 상세하게는, ①의 방법에서는, 제1공정, 제2공정 함께 공작물의 송달이 세로방향(연직방향) 때문에, 1품씩의 간헐처리로 되고, 연속처리를 할 수 없다.
②의 방법에서는, 제1공정은 공작물의 송달이 가로방향(수평방향)으로 연속처리를 할 수 있게 되어 있지만, 제2공정은 공작물의 송달이 세로방향(연직방향)이기 때문에 1품씩의 간헐처리로 된다.
③의 방법에서는, 제2공정에서 냉각자켓을 공작물의 내주면측으로 삽입하므로, 1품씩의 간헐처리로 열처리할 수밖에 없다.
따라서, 상기한 종래방법에는, 다음의 문제가 있다.
(가) 간헐처리공정의 주기에 의하여 전체의 주기가 결정되며, 생산성을 그 이상 향상시킬 수가 없다.
(나) 공작물의 내주면측으로 가열코일이나 냉각자켓을 삽입하기 위한 핸드링장치를 설치하지 않으면 안되고, 초기 비용이 높아진다.
(다) 간헐처리에서는, 중공원통형 공작물의 전 길이 양단부와 전 길이 중앙부 등에서 온도차가 발생하므로, 열처리 후의 공작물 치수의 분산이 커진다.
본 발명의 목적은, 일관라인으로 연속 열처리를 가능하게 하는, 중공원통형 공작물의 열처리방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 중공원통형 공작물의 열처리방법의 제1공정, 제2공정을 포함하는 담금질을 실시하는 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 중공원통형 공작물의 열처리방법의 제1공정을 실시하는 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명 실시예의 중공원통형 공작물의 열처리방법의 제2공정을 실시하는 장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 중공원통형 공작물의 열처리방법의 제2공정의 냉각부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 방법에서 각 공정후 공작물 경도의 분포도이다.
도 6은 특개소 59-77979호의 열처리방법의 제1공정, 제2공정을 실시하는 장치의 단면도이다.
도 7은 특개소 59-77979호의 열처리방법의 각 공정 후에 있어서의 공작물 경도의 분포도이다.
도 8은 특원평 7-299997호의 열처리방법의 제1공정, 제2공정을 실시하는 장치의 평면도이다.
도 9는 특원평 7-299997호의 열처리방법의 각 공정후 공작물 경도의 분포도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
11 : 공작물 12 : 가열코일
13 : 냉각자켓 14, 15 : 로울러
16 : 가열코일 17 : 냉각자켓
18, 19 : 로울러
상기한 목적을 달성하는 본 발명은 다음의 방법으로 이루어진다.
(1) 담금질 공정을 보유하고, 그 담금질 공정은, 제1공정과, 제1공정보다 후에 실행되는 제2공정 등을 보유하며, 상기한 제1공정은, 중공원통형 공작물을 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서, 상기한 공작물의 외주면측만으로부터 상기한 공작물의 두께 전체를 Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃ 이하의 온도로 유도가열하고, 공작물이 가열부로부터 거리를 두고 있는 냉각부에 이르기까지의 시간을 이용하여 공작물의 온도를 길이방향, 두께방향으로 대략 균일하게 하며, 공작물의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 개시하여 공작물을 외주면측만으로부터 냉각하고, 공작물의 두께 전체를 담금질하여 경화하는 공정이고, 상기한 제2공정은, 두께 전체가 담금질 경화된 상기한 공작물을, 간격을 두지 않고 연속으로 수평 송달하면서, 상기한 공작물의 외주면측만으로부터, 공작물의 외주면과 공작물의 외주면으로부터 두께의 1/4보다는 크고 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물의 외주부만을, Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃ 이하의 온도로 유도가열하며, 가열직후에 공작물을 외주면측만으로부터 냉각함으로서, 상기한 공작물의 외주면과 공작물의 외주면으로부터 두께의 1/4보다는 크고 1/2보다는 작은 거리 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 외주부의 어느 위치에서 유효경도로 되게 하고, 그 외주부의 유효경도 위치보다 외주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 외주부 유효경도 위치보다 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 함과 아울러, 공작물의 내주면과 공작물의 내주면으로부터 두께의 1/2보다 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 내주부의 어느 위치에서 유효경도로 되게 하고, 그 내주부의 유효경도 위치보다 내주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 내주부의 유효경도 위치보다 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(2) 상기한 공작물이 탄소강 또는 탄소저합금강으로 이루어지며, 상기한 제2공정 후에 뜨임의 제3공정을 보유하는 것을 특징으로 하는 (1)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(3) 상기한 뜨임의 가열이 노중가열인 것을 특징으로 하는 (2)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(4) 상기한 노중가열의 가열온도가 150∼250℃인 것을 특징으로 하는 (3)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(5) 상기한 노중가열의 가열온도가 400∼700℃인 것을 특징으로 하는 (3)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(6) 상기한 뜨임의 가열이 공작물의 외주면측만으로부터의 유도가열인 것을 특징으로 하는 (2)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(7) 상기한 유도가열의 가열온도가 150∼250℃인 것을 특징으로 하는 (6)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(8) 상기한 유도가열의 가열온도가 400∼700℃인 것을 특징으로 하는 (6)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(9) 상기한 공작물이 저탄소강 또는 저탄소저합금강으로 이루어지며, 상기한 제2공정 후에 뜨임의 제3공정을 생략한 것을 특징으로 하는 (1)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
(10) 상기한 저탄소저합금강이, 탄소량이 0.05∼0.30%인 저탄소계의 보론(붕소)강인 것을 특징으로 하는 (9)기재의 중공원통형 공작물의 열처리방법.
상기한 (1)의 방법에 있어서, 제1공정에서는 특원평7-299997호의 방법의 제1공정과 마찬가지로 공작물의 송달이 수평방향이므로, 연속 열처리를 할 수 있다. 또, 제2공정에서도 공작물의 내주면측으로 가열코일도 냉각자켓도 삽입할 필요가 없고, 또한 공작물의 송달이 수평방향이므로, 연속 열처리를 할 수 있다.
상기한 (2)의 방법에서는, 공작물을 뜨임하기 때문에, 공작물 표면의 경도가 저하되지만, 공작물 전체의 인성이 향상되고, 사용에 제공할 수 있다.
상기한 (3)의 방법에서는, 뜨임의 가열을 노중가열로 하였으므로, 공작물의 두께 전체를 균일한 온도로 가열할 수가 있다.
상기한 (4)의 방법에서는, 뜨임을 150∼250℃의 저온뜨임으로 하였으므로, 담금질로 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다.
상기한 (5)의 방법에서는, 뜨임을 400∼700℃의 고온뜨임으로 하였으므로, 우수한 인성을 확보할 수 있다.
상기한 (6)의 방법에서는, 가열시간(처리시간)이 짧아지며, 설비가 소형화로 된다.
상기한 (7)의 방법에서는, 뜨임을 150∼250℃의 저온뜨임으로 하였으므로, 담금질에서 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다.
상기한 (8)의 방법에서는, 뜨임을 400∼700℃의 고온뜨임으로 하였으므로, 우수한 인성을 확보할 수가 있다.
상기한 (9)의 방법에서는, 소재를 저탄소강 또는 저탄소저합금강으로 하고, 담금질한 후의 뜨임을 생략하였으므로, 전체의 처리시간이 단축된다.
저탄소강 또는 저탄소합금강에서는, 담금질한 후에 저온뜨임을 실시하여도, 금속조직이 변화되지 않고, 저탄소 마르텐사이트 조직 그대로이므로, 뜨임을 생략할 수가 있다.
상기한 (10)의 방법에서는, 소재를 저탄소계의 보론(붕소)강으로 하였으므로, 상기한 (9)의 작용에 더하여, 필요한 인성이 확보된다.
(실시예)
본 발명의 실시예의 중공원통형 공작물의 열처리방법을, 도 1∼도 5를 참조하여 설명한다.
중공원통형 공작물로서, 파워셔블 등의 건설차량의 캐터필러용 부시를 예로 든다. 단, 중공원통형 공작물이 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 중공원통이라도 좋다. 파워셔블의 캐터필러용 부시의 경우, 표면의 마모방지를 위해서는, 내·외주면이 HRC52 정도 이상의 경도가 필요하며, 인성을 확보하기 위해서는, 두께의 심부를 HRC40 정도 이하의 경도로 되게 하여 충격강도를 확보하는 것이 필요하다. 열처리를 하여 이 표면의 경도를 얻기 위하여, 중공원통형 공작물을 탄소강 또는 탄소저합금강으로 제작한다.
탄소강은 저탄소강 또는 중탄소강 및 고탄소강 중 어느 것이어도 좋다. 저탄소강은 탄소함유량이 0.30중량% 미만의 것을 말하고, 중탄소강은 탄소함유량이 0.30중량% 이상, 0.50중량% 이하의 것을 말하며, 고탄소강은 탄소함유량이 0.50중량%를 초과하는 것을 말한다. 탄소저합금강은, 탄소강에 필요한 합금원소를 소량씩 첨가한 것을 말한다. 또, 저탄소저합금강, 중탄소저합금강, 고탄소저합금강은 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 각각, 필요한 합금원소를 첨가한 것을 말한다. 중탄소강 또는 중탄소저합금강 및 고탄소강 또는 고탄소저합금강의 경우는, 제1공정 및 제2공정 등을 보유하는 담금질한 후에 뜨임을 실시하지만, 저탄소강 또는 저탄소저합금강의 경우는, 제1공정 및 제2공정 등을 보유하는 담금질한 후에 뜨임을 실시하여도 좋고, 혹은 생략하여도 좋다.
시험예로서, 중공원통형 공작물을 중탄소저합금강(중탄소보론강)으로 제작하였다(단, 중탄소저합금강으로 한정되는 것은 아니다.) 그 치수는 예컨대, 외경 58.7㎜, 내경 37.3㎜, 길이 144.8㎜였다. 또, 시험재로 사용된 중탄소저합금강의화학성분은, C가 0.39∼0.41중량%, Si가 0.15∼0.35중량%, Mn이 1.00∼1.20중량%, P가 0.025중량% 이하, S가 0.025중량% 이하, Ni가 0.20중량% 이하, Cr이 0.10 ∼0.20중량%, Cu가 0.30중량% 이하, Al이 0.015∼0.070중량%, Ti가 0.015∼0.040중량%, B가 0.0005∼0.0030중량% 였다.
본 발명의 실시예의 열처리방법은, 제1공정과, 제1공정 후에 실행되는 제2공정 등으로 이루어지는 담금질 공정을 보유한다.
제1공정에서는, 중공원통형 공작물(11)을, 도 1의 제1공정 및 도 2에 표시하듯이, 외주에 담금질한다.
우선, 중공원통형 공작물(11)(이하, 단지 공작물이라고도 함)을, 공작물 축심 주위로 회전시키면서, 공작물끼리의 사이로 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서, 가열부(가열코일(12))에 의해, 공작물의 외주면측만으로부터, 공작물의 두께 전체를 Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃(바람직하게는, Ac3점＋50℃)이하의 온도로 유도가열한다. 이때에, 유도전원의 주파수는, 중공원통형 공작물(11)의 두께 전체가 상기한 온도로 가열되도록 선정하지 않으면 안 된다. 이 경우에, 주파수(f(㎑))와 가열깊이(d(㎜))와의 사이에는 d＝(250/f)1/2의 관계가 있다. Ac3변태점은, 공작물의 화학성분에 의해 결정되고, 다음식으로 표시된다.
Ac3(℃)＝908-224×C(%)＋30×Si(%)-34×Mn(%)＋439×P(%)-23×Ni(%)
단, C:탄소, Si:규소, Mn:망간, P:인, Ni:니켈
상기에서, 간격을 두지 않고 연속 송달하는 것은, 종래의 방법과 같이,치구(治具)를 없앰으로서 입열이 치구로 빼앗기는 것을 방지하여, 종래와 같은 공작물의 길이방향 단부를 일시정지하여 가열할 필요성을 없애기 위한 것이다. 이 연속가열에 의해, 각 공작물을 단부를 포함하여 길이방향으로 균일하게 가열할 수 있고, 공작물 길이방향의 온도차를 되도록 작게 할 수 있다. 또, 수평방향의 송달로 하는 것은, 연직방향의 연속송달로 할 경우에는 장치의 높이가 과대하게 되고, 작업을 불편하게 되며, 장치를 설치하는 건물의 천장과의 간섭의 문제를 발생하기 때문이다. 송달은, 공작물(11)을 회전하는 한쌍의 로울러(14),(15)에 얹어놓고, 로울러(14),(15)를 회전시키는 것에 의해 공작물(11)을 회전시켜, 한쌍의 로울러(14), (15)중에서 한쪽을 공작물의 진행방향에 대하여 약간 아래로 기울어지게 하여 실시한다. 로울러(14)는 길이방향으로 복수부분(14a),(14b),(14c)으로 분할되어 있고, 축(14d)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. 로울러(15)도 길이방향으로 복수부분(15a),(15b),(15c)으로 분할되어 있고, 축(15d)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. Ac3점 이상의 온도로 가열하는 것은, 담금질 때문에 공작물의 금속조직을 오스테나이트조직으로 하기 위해서이고, 가열온도의 상한을 Ac3점＋200℃(바람직하게는, Ac3점＋50℃)로 하는 것은, 담금질에서 생성되는 마르텐사이트조직의 결정입자를 미세하게 유지시킴으로서 부시전체의 인성을 확보하고, 가령 사용중에 표면에 깨짐이 발생하여도 깨짐의 진전을 억제하기 위해서이다. 만약, Ac3점＋200℃를 초과하는 온도로 가열하면 결정입자가 조대하게 되고, 사용중에 표면에 깨짐이 발생하면, 쉽게 진전하여 부시전체의 깨짐으로 연결된다.
계속하여, 공작물(11)이 가열부(가열코일(12))로부터 약 0.6m 거리를 두고 있는 냉각부(냉각자켓(13))에 이르기까지의 시간(예컨대, 30∼50초)에서의 공작물의 방열 및 열전도를 이용하여, 공작물(11)의 온도를 길이방향, 두께방향으로 균일하게 한다. 시간의 경과와 아울러 공작물 온도는, 공작물(11)의 방열에 의하여 서서히 저하해간다.
계속하여, 공작물의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각부에 의해(냉각자켓(13)에서의 냉각액에 의하여) 공작물(11)의 냉각을 개시하여, 공작물(11)을 외주면측만으로부터 냉각하고, 공작물의 두께 전체를 담금질 경화한다.
이것에 의하여, 도 5의 외주를 담금질한 후의 경도 분포에 나타내듯이, 공작물(11) 전체의 두께가 HRC56 정도의 경도로 되고, 금속조직은 마르텐사이트조직으로 된다.
계속하여 제2공정에 의해 공작물(11)의 외주부에 재차 담금질을 실시한다.
외주면측만으로부터의 가열·냉각이 실시된 후 상온으로 복귀하고 있는 공작물(11)을, 도 1의 제2공정 및 도 3, 도 4에 나타내듯이, 공작물(11)을 공작물 축심주위로 회전시키면서, 공작물끼리의 사이에 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서, 외주부만을 Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃(바람직하게는, Ac3점＋50℃)이하의 온도로 유도가열한다. 제1공정에서는, 중공원통형 공작물(11)의 두께 전체를, Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃(바람직하게는, Ac3점＋50℃)이하의 온도로 유도가열하지만, 제2공정에서는 중공원통형 공작물(11)의 외주부(외주면과 외주면으로부터 공작물두께의 1/4보다는 크고 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분)만을 유도가열한다. 유도가열에서의 가열깊이는, 유도전원의 주파수를 선정함으로서 설정할 수가 있다. 이 경우에, 주파수(f(㎑))와 가열깊이(d(㎜))와의 사이에는, d＝(250/f)1/2의 관계가 있다.
제2공정에 있어서, 공작물(11)의 회전과 수평방향의 송달은, 회전하는 한쌍의 로울러(18),(19)(한쪽의 로울러는 공작물의 송달방향에 대하여 약간 아래로 기울어지게 한다) 상으로 공작물(11)을 얹어놓고 실시한다. 로울러(18)는 길이방향으로 복수부분(18a),(18b)으로 분할되어 있고, 축(18c)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. 로울러(19)도 길이방향으로 복수부분(19a),(19b)으로 분할되어 있고, 축(19c)에서 일체적으로 회전하도록 연결되어 있다. 가열온도의 상한을 Ac3점＋200℃(바람직하게는, Ac3점＋50℃)로 하는 것은, 재차 담금질에 의해 생성되는 공작물 외주부의 마르텐사이트조직의 결정입자를 미세하게 유지시켜, 사용중의 깨짐의 발생을 방지하기(깨짐이 발생하여도 진전하기 어렵게 하기) 위해서이다.
이 외주면측에서의 가열 직후(가열종료로부터 3초 이하, 바람직하게는 2초 이하, 더욱 바람직하게는 1초 이하의 시간내)에, 공작물(11)의 온도가 외주부에서 Ac3점 이상, 두께의 심부에서 400∼700℃(고온뜨임온도), 내주부에서 저온뜨임온도 미만(외주부로의 입열이 내주부에 전도하여 내주부가 저온뜨임온도로 도달하기 전)으로 되었을 때에, 공작물(11)을 외주면측만으로부터 냉각자켓(17)에 의해 냉각액을 분사함으로서 냉각한다. 이 외주면측만으로부터의 냉각에 의해, 공작물의 외주면과 공작물의 외주면으로부터 두께의 1/4보다는 크고 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 외주부의 어느 위치에서 유효경도로 되게 하고, 그 외주부의 유효경도 위치보다 외주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 외주부의 유효경도 위치보다 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 함과 아울러, 공작물의 내주면과 공작물의 내주면으로부터 두께의 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 내주부의 어느 위치에서 유효경도로 되게 하고, 그 내주부의 유효경도 위치보다 내주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 내주부의 유효경도 위치보다 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 한다. 즉, 공작물 두께의 심부(공작물의 외주부와 내주부 사이의 부분)는 고온뜨임된다. 이 때 유효경도라는 것은, 공작물(11)의 금속조직 전체의 80%가 마르텐사이트조직으로 된 상태의 공작물의 경도를 말하며, 공작물의 탄소함유량에 의해서 결정된다. 본 실시예의 경우는, 공작물(11)의 탄소함유량이 0.40%이고, 그 경우의 유효경도는 HRC47이다. 공작물(11) 내주부의 경도는 내주면에서 공작물 두께의 심부를 향해서 차츰 저하된다. 공작물(11)의 내주부에는 가열 및 냉각을 실시하지 않으므로, 공작물의 내주면측으로 가열코일이나 냉각자켓을 삽입할 필요가 없고, 그 때문의 핸드링장치가 불필요하게 된다.
외주부의 재차 담금질에 의하여, 외주부는 도 5의 외주부를 재차 담금질한 후의 경도 분포에 나타나듯이, HRC56 정도의 경도로 된다. 또, 외주부의 재차 담금질에 있어서, 가열시에 400∼700℃로 되는 두께의 심부는 고온뜨임되어, 도 5의 외주부를 재차 담금질한 후의 경도 분포에 나타나듯이, 경도가 HRC30∼40 정도의 소르바이트 조직으로 되고, 필요한 인성이 확보된다(깨짐에 대하여 강해진다).
또, 외주부의 재차 담금질에 있어서, 내주부를 외주면측만으로부터의 냉각으로 냉각함으로서, 내주부의 냉각이, 내주부를 직접, 내주면측으로부터 냉각하는 경우에 비하여 느슨하게 되고, 냉각에 의한 변형(주로 공작물 길이방향의 변형)이 감소되어, 외경치수의 분산이 종래의 열처리방법에 비하여 적어진다.
중공원통형 공작물(11)의 재료가 중탄소강 또는 중탄소저합금강 또는 고탄소강 또는 고탄소저합금의 경우에는, 제1공정 및 제2공정 등을 보유하는 담금질에서, 외주부 및 내주부가 담금질 경화되고, 두께의 심부가 담금질·고온뜨임된 공작물(11)을 뜨임한다. 중공원통형 공작물의 재료가 저탄소강 또는 저탄소저합금강의 경우에는, 상기한 담금질한 후에 뜨임을 실시하여도 좋고, 생략하여도 좋다.
뜨임에 있어서의 가열은, 노중가열, 혹은 공작물의 외주면측만에서의 유도가열에 의해 실시한다. 노중가열의 경우는, 공작물의 두께 전체의 균일가열이 쉽게 실현되고, 유도가열의 경우는 가열시간(처리시간)의 단축화, 설비의 소형화가 달성된다.
노중가열에 의한 뜨임은, 150∼250℃의 저온뜨임, 또는 400∼700℃의 고온뜨임 중 어느 것으로 실시해도 좋고, 중공원통형 공작물의 요구되는 품질에 따라서 선택하면 좋다. 저온뜨임의 경우는, 담금질에서 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다. 고온뜨임의 경우는, 우수한 인성이 확보된다.
유도가열에 의한 뜨임은, 150∼250℃의 저온뜨임, 또는 400∼700℃의 고온뜨임 중 어느 것으로 실시해도 좋고, 중공원통형 공작물의 요구되는 품질에 따라서 선택하면 좋다. 저온뜨임의 경우는, 담금질에서 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다. 고온뜨임의 경우는, 우수한 인성이 확보된다.
중공원통형 공작물(11)의 재료가 저탄소강 또는 저탄소저합금강의 경우, 제1공정 및 제2공정 등을 보유하는 담금질한 후에 뜨임은 생략하여도 좋다. 그 이유는, 저탄소강 또는 저탄소저합금강에서는, 담금질한 후에 저온뜨임을 실시하여도 금속조직이 변화되지 않고, 저탄소마르텐사이트조직 그대로이므로, 뜨임을 생략할 수 있기 때문이다.
시험에서는, 중탄소저합금강으로 된 공작물(11)을 사용하였으므로, 외주부 및 내주부가 담금질 경화되고, 두께의 심부가 담금질·고온뜨임된 공작물(11)이 뜨임되었다. 뜨임은 약 200℃ 이하에서의 저온뜨임으로 하였다. 이것을 노중가열의 배치식 처리로 실시하였다(약 2.5Hr). 저온뜨임으로 하였으므로, 제1, 제2공정에서 생성된 외주부 및 내주부의 마르텐사이트조직이 거의 변화되지 않고, 제1공정 및 제2공정에서 얻어진 외주부 및 내주부의 경도를 유지할 수 있었다(도 5의 외주의 담금질, 외주의 재차 담금질·뜨임후의 경도 분포 참조).
외주의 담금질·외주의 재차 담금질·뜨임후의 내주면 및 외주면의 경도는 HRC52 정도 이상의 레벨로 되었다.
또, 압괴시험을 실시하여, 종래품(특개소59-77979호의 방법으로 열처리한 것)과 상기한 방법으로 열처리된 본 발명품과의 강도의 비교를 실시하였다. 시험편을 종래품 및 본 발명품으로 각각 5개씩 준비하였다. 압괴하중은 표 1에 표시한 대로였다. 평균치는 동일하며, 동등한 압괴강도가 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명방법에 의하면, 강도는 동등하게 유지된 상태에서, 생산성의 향상을 도모할 수가 있다.
시험편 No. 종래품 본 발명품
12345 274275272275279 275276278275271
평균 275 275
단위 : kN
상기에서는 중공원통형 공작물로서 캐터필러용 부시를 열거했지만, 중공원통형 공작물이 캐터필러용 부시로 한정되는 것은 아니고, 일반 중공원통이어도 좋다. 본 발명은 그것까지도 포함한다.
청구항 1의 방법에 의하면, 제1공정에서는, 특원평7-299997호의 방법의 제1공정과 마찬가지로 공작물의 송달이 수평방향이므로 연속 열처리를 할 수 있고, 또, 제2공정에서도 외주면측에서의 가열, 외주면측에서의 냉각 때문에, 공작물의 내주면측으로 가열코일도 냉각자켓도 삽입할 필요가 없고, 또한 공작물의 송달이 수평방향이므로 연속열처리를 할 수 있다. 그 결과, 제1공정, 제2공정에 걸쳐서, 일관라인의 연속열처리를 할 수 있게 되고, 생산성의 향상을 도모할 수가 있다. 또, 공작물끼리의 사이에 간격을 두지 않고 연속 송달하므로, 종래의 공작물을 지지하기 위해 치구(治具)를 사용하는 담금질방법에 비하여, 입열이 치구로 빠져나가는 것이 없어지고, 공작물을 길이방향으로 균일하게 가열할 수가 있고, 종래에 발생하였던 공작물 길이방향의 변형이 대폭으로 감소되며, 공작물의 치수정밀도의 향상을 도모할 수가 있다. 더욱이, 본 발명의 방법에 의한 것은, 종래의 방법에 의한 것에 비하여, 외주부의 유효경화층이 깊어지므로, 종래의 방법에 의한 것에 비하여 내마모성의 향상을 도모할 수가 있다.
청구항 2의 방법에 의하면, 공작물을 뜨임하기 때문에 공작물 표면의 경도가 저하되지만, 공작물 전체의 인성이 향상되고, 사용에 제공할 수 있다.
청구항 3의 방법에 의하면, 뜨임의 가열을 노중가열로 하였으므로, 공작물의 두께 전체를 균일한 온도로 가열할 수 있다.
청구항 4의 방법에 의하면, 뜨임을 150∼250℃의 저온뜨임으로 하였으므로, 담금질에서 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다.
청구항 5의 방법에 의하면, 뜨임을 400∼700℃의 고온뜨임으로 하였으므로, 우수한 인성을 확보할 수가 있다.
청구항 6의 방법에 의하면, 뜨임의 가열을 공작물의 외주면측만으로의 유도가열로 하였으므로, 가열시간(처리시간)이 짧아지고, 설비가 소형화로 된다.
청구항 7의 방법에 의하면, 뜨임을 150∼250℃의 저온뜨임으로 하였으므로, 담금질에서 얻어진 경도가 거의 저하되지 않고, 필요한 내마모성이 확보된다.
청구항 8의 방법에 의하면, 뜨임을 400∼700℃의 고온뜨임으로 하였으므로, 우수한 인성을 확보할 수가 있다.
청구항 9의 방법에 의하면, 소재를 저탄소강 또는 저탄소저합금강으로 하고, 담금질한 후의 뜨임을 생략하였으므로, 전체의 처리시간이 단축된다.
청구항 10의 방법에 의하면, 청구 제9항의 효과에 더하여, 필요한 인성이 확보된다.

Claims (10)

  1. 담금질 공정을 보유하고, 상기 담금질 공정은 제 1공정과, 제 1공정보다 후에 실행되는 제 2공정을 보유하며,
    상기한 제 1공정은 탄소강 또는 탄소저합금강으로 이루어지는 중공원통형 공작물을 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서 상기한 공작물의 외주면측만으로부터 상기한 공작물의 두께 전체를 Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃ 이하의 온도로 유도가열하고, 공작물이 가열부로부터 거리를 두고 있는 냉각부에 이르기까지의 시간을 이용하여 공작물의 온도를 길이방향, 두께방향으로 대략 균일하게 하며, 공작물의 온도가 Ar3점까지 내려가기 전에 냉각을 개시하여 공작물을 외주면측만으로부터 냉각하고, 공작물의 두께 전체를 담금질하여 경화하는 공정이고,
    상기한 제 2공정은 두께 전체가 담금질 경화된 상기한 공작물을 간격을 두지 않고 연속으로 수평송달하면서 상기한 공작물의 외주면측만으로부터 공작물의 외주면과 공작물의 외주면으로부터 두께의 1/4보다는 크고 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치에 있는 부분으로 이루어진 공작물의 외주부만을 Ac3점 이상에서 Ac3점＋200℃ 이하의 온도로 유도가열하고, 가열 직후에 공작물을 외주면측만으로부터 냉각함으로써 상기한 공작물의 외주면과 공작물의 외주면으로부터 두께의 1/4보다는 크고, 1/2보다는 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 외주부의 어느 위치에서 유효 경도로 되게 하며, 그 외주부의 유효경도 위치보다 외주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 외주부 유효경도 위치보다 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 함과 아울러, 공작물의 내주면과 공작물의 내주면으로부터 두께의 1/2보다 작은 거리로 떨어진 위치 사이에 있는 부분으로 이루어진 공작물 내주부의 어느 위치에서 유효 경도로 되게 하며, 그 내주부의 유효경도 위치보다 내주면측 부분에서는 유효경도 이상의 경도로 되게 하고, 그 내주부의 유효경도 위치에서 두께의 심부측 부분에서는 유효경도 이하의 경도로 되게 하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 제 2공정 후에 뜨임의 제 3공정을 보유하는 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기한 뜨임의 가열이 노중 가열인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기한 노중가열의 가열온도가 150∼250℃인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기한 노중가열의 가열온도가 400∼700℃인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기한 뜨임의 가열이 공작물의 외주면측만으로부터의 유도가열인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기한 유도가열의 가열온도가 150∼250℃인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기한 유도가열의 가열온도가 400∼700℃인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기한 제 2공정 후에 뜨임의 제 3공정을 생략한 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기한 저탄소저합금강이 탄소량 0.05∼0.30%인 저탄소계의 보론강인 것을 특징으로 하는 중공원통형 공작물의 열처리방법.
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