KR100330862B1 - 강철의열처리경화방법및그의장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열처리 경화장치는 열경화조 내부에 있는 승강기의 승강통로의 바깥 둘레에 상기의 열경화조의 상단보다 낮게, 또 상기의 열경화조와는 구획되어 있는 열경화틀을 구비하고 있으며, 상기의 열경화틀 내부 하단에 열경화유의 공급부를 구비하고 있음을 특징으로 하는 장치이며, 본 발명에 따른 열처리 경화 방법은 상기의 열경화틀 안에 내려 넣은 피처리품에 대해 아랫쪽에서 열경화유를 위를 향해 공급시켜, 상기의 열경화유를 열경화틀 상단에서 열경화조 안으로 흘러넘치게 보냄으로써 피처리품을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

Description

강철의 열처리 경화방법 및 그의 장치

본 발명은 침탄(浸炭: carburizing), 침탄질화, 질화 등의 각종 열처리에 있어서의 강철의 경화방법 및 그의 장치에 관한 것이다.

상기의 각종 열처리에 의한 강철의 경화는 그 경도를 크게 하기 위하여 행해지는데, 이렇게 강철을 열처리 경화시키는 경우, 강철이 쉽게 변형하거나, 일그러지는 등 문제가 있다. 그래서 변형, 일그러짐 등을 방지하기 위하여, 소위 임계구역(臨界區域)은 재빨리, 그리고 위험구역은 천천히 식히는 것이 원칙으로 되어있다. 종래에는 특히 최대한으로 변형과 일그러짐을 방지하는 것을 필요로 하는 부품등의 열처리 경화방법으로서, 마르크엔치, 또는 시간 열정화 방법을 채택하였고, 냉각제로서 염(salts) 또는 고온 경화유를 사용하였다.

마르크엔치에 의한 열경화는, 피처리품의 Ms점(마르텐사이트 변태가 시작되는 온도) 이상의 온도로 유지된 염욕조 또는 고온 경화 욕조에 경화온도로 유지한 피처리품을 담그고, Ms점 바로 위에서 한번 유지하고, 피처리품이 일정의 온도가 된 후 꺼내어 방치하에 냉각하여 마르텐사이트(martensite) 변태를 생기게 하든가, 또는 시간 경화를 동시에 취하고 있는 경우에는, Ms점 보다 낮은 온도로 유지한 제 2차 욕조에 담궈 변태를 생기게 하는 방법을 채택하고 있다.

상기 종래의 열경화에 있어서는 피처리품의 마르크엔치가 되는 대상부분은 약 0.8%의 탄소(C)로 침탄된 부분이며, 총 침탄중의 최외각 표면에만 중점을 둔 것이었다.

본 발명자들은 종래 열경화조에 담겨진 피처리품을 소정의 균일 온도로 냉각하기 위하여 교반을 행하는 경우 교반 날개에 의해 피처리품이 변형되고 일그러지는 것을 발견하였다. 즉, 열경화유 속에서 교반 날개를 회전시키면 교반 날개 회전축부에서 열경화유 속으로 소용돌이 형태로 공기가 흡입되고, 또 교반 날개에 의해 열경화유의 순환과정에서, 공기가 혼합되어 열경화유 속에 거품이 생기고,이 거품이 교반 날개에 의해 상기의 열경화유에 흩어져, 피처리품의 표면에 달라붙어 냉각에 불균일이 발생하여, 그 결과 처리층에 얼룩이 생겨, 변형, 일그러짐의 원인이 되는 것이었다. 이런 현상은 급냉을 위해 교반 날개를 고속으로 회전시킨 경우에는 상기의 열경화유 속에 많은 거품이 생겨 특히 심한 것을 발견하였다.

또한 종래의 열경화조에서는, 열경화유를 균일하게 교반하기 위하여, 교반 날개를 설치하고, 이 열경화유의 순환로를 만들기 위하여 필요이상으로 크게 구성하고 있어서, 그 결과 상기의 열경화유의 흐름 및 온도에 쉽게 변화가 생기고, 또 피처리품을 쌓아 올린 상태, 형상 등에 따라 열경화유에 정체가 생겨 냉각에 불균일이 발생하고, 그 결과 처리층에 얼룩, 피처리품의 변형, 일그러짐 등이 생기는 경우가 있었다.

또한 그 이후의 대기중에 방치하여 냉각시키는 방법에 있어서는, 피처리품을 둘러싸고 있는 환경, 즉, 기온, 습도, 바람의 유무 등도 처리층의 얼룩, 처리품의 변형, 일그러짐 등이 생기게 하는 요인이 되고 있었다.

또 시간 열경화에 의한 방법에서는, 제 2차 욕조에 담그는 시간차, 즉 로트에 담겨지는 경우에는 실린더 또는 크레인에 때문에 긴시간에 걸쳐서 투입을 하여야하며, 이런 이유 때문에 상하방향에 의한 투입시간에 차이가 나고, 로트간에 냉각 시간 및 냉각속도의 불균형이 생기는 원인이 되기도 했다.

상기와 같은 이유 때문에, 피처리품의 최외각 표면에서는 내부에서의 0.8%보다 낮은 탄소농도를 갖는 부위에서의 변태에 의해 발생하는 변형이나 일그러짐 등의 불균형을 방지하는 것은, 경험에 의하여 쌓아 올리는 방법과, 도구를 개량하는 것에 의존하고 있는 현실이었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안한 것이며, 본 발명의 첫째 목적은, 강철을 열처리 경화할때, 열처리 경화유 속에 거품이 발생하지 않는 처리방법 및 그의 장치를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 종래와 같은 교반 날개를 사용하지 않고, 피처리품의 아래쪽에서 열경화유가 연속적으로 공급되어 올라가도록 구성한 것이다.

본 발명의 두번째 목적은 상기의 열경화조가 크기 때문에 생기는 열경화유의 흐름의 변화, 정체 등에 의해 나타나는 냉각 얼룩을 방지하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 열경화조 안의 승강기의 승강통로의 바깥 둘레에 가급적 작은 열처리 경화틀을 설정하고, 이 열경화틀의 아래편에서 열경화유가 공급되어 열경화틀의 내부에서 올라간다.

즉, 본 발명에 따른 열경화 방법은 열경화조 안의 승강기의 송장통로의 바깥둘레 위치에, 상기의 열경화조와 구획된 열경화틀을 설치하여, 이 열경화틀 안으로 내려준 피처리품의 아래쪽에서 열경화유를 공급해 올려주어, 이 열경화유를 열경화틀의 상단에서 상기의 열경화조 안에 흘러 넘치게 하여 피처리품을 냉각시키는 것이다.

또 본 발명에 따른 열경화 장치는, 열경화조 안의 승강기의 승강통로의 바깥둘레 위치에 열경화조의 상단보다 한층 낮게, 더우기 이 열경화조와 구획된 열경화틀을 구비하고 있으며, 이 열경화틀 안의 하부에 열경화유의 공급부를 갖고 있다.

이하에서는 본 발명의 한 실시예를 장치에 근거하여 상세히 설명한다. 제 1도에서 참고번호 1은 열정화 전실(前室 vestibule)이며, 아래편에 열경화조 2가구성되고 있고, 다시 내부에 침탄처리 등을 마친 피처리품 3의 이송장치 4를 갖는 승강기 5가 설치되어 있다. 참고번호 6은 열경화유이다.

본 발명에서는 상기의 열경화조 2안의 승강기의 승강통로, 즉, 피처리품 3의 승강통로의 바깥 둘레 위치에, 상기의 열경화조 2의 상단에서 한단 낮은 열경화틀 8이 장치되어 있고, 열경화틀 8의 내부의 아래쪽에 열경화유 6의 공급부가 구성되어 있다.

제 1도에 나타나 있는 장치의 실시예에서는 상기의 열경화조 2의 바닥부 18과 틈 7 주위에 열경화틀 8이 설치되어 있다. 또한 상기의 열경화틀 8은 승강기 4의 승강에 방해가 되지 않을 정도의 크기이며, 가능한 작게 만든 것이다. 그결과, 이하에서 설명되는 열경화유 6의 상승 유속이 빨라지고, 냉각효과를 높일 수 있게 된다.

또한 실시예에서는, 상기한 열경화틀 8의 하부의 틈 7의 주위에 열경화조 2의 바닥부 18과의 사이가 밀폐되어 있으며 또 열경화조 2의 상부와 구획되어 있는 부실(副室) 9가 설치되어 있다. 또, 상기의 열경화조 2의 바닥부 18에서 설치한 부실 9는 열경화틀 8을 지탱하고 있는 구조로 되어 있다.

또한, 부실 9에는 열경화유의 공급관 10이 연결되어 있다. 또, 상기의 공급관 10에는 유량제어판 11 및 순환펌프 12를 통하여 순환관 13이 설치되고, 이 순환관 13이 상기한 열경화조 2에 연결된다.

또, 상기한 부실 9에 대한 공급관 10의 연결은 공급관 10을 적당한 수로 갈라서 부실 9안에 열경화유 6이 고르게 공급되게 연결하는 것이 좋다. 그 결과 부실 9에서 열경화틀 8안에 열경화유 6이 고르게 공급되고, 열경화틀 8 안에 있는 피처리품 3의 냉각이 균등하게 일어나서 피처리품 3의 변형, 일그러짐이 효과적으로 방지된다.

본 발명의 다른 실시예의 구성도가 제 2도와 제 3도에 제시되어 있다, 즉, 열경화조 2 의 내부 중앙의 부실 9의 양측부에, 순환 펌프 12와 유량제어판 11에서 연장된 공급관 10을 분기한 분기공급관 10a, 10b, 10c 및 10d가 균등하게 연결되어 있다. 또 상기한 각 분기공급관 10a, 10b, 10c 및 10d의 선단을 제 2도에서 나타낸 바와 같이, 위쪽으로 향하게 하고, 공급된 열경화유 6을 일단 부실 9의 천정에 부딪치겠금 구성하면, 열경화틀 8 안에 공급되는 열경화유 6이 다시 균등화되어, 열경화틀 8의 바닥부에서 층류(層流)가 되어 열경화틀 8 안에 공급되고, 피처리품 3의 냉각이 고루 행해진다.

제 1도에서는, 참고번호 14는 필요에 따라서 설치할 수 있는 상기한 열경화틀 8의 상.하간을 연통하는 순환로이며, 도중에 순환펌프 15가 있다. 또 이 순환펌프 15는 정.역으로 회전이 자유로운 것이 바람직하다. 상기의 순환로 14와 순환펌프 15는 제 2도와 제 3도의 장치에는 표시되어 있지 않지만 제 2도 및 제 3도의 장치에도 설치하는 것이 좋다.

또 도면에서, 참고번호 16은 열정화 전실(前室) 1에 구비되어 있는 입구문을 나타낸 것이고, 17은 상기 전실(前室) 1의 출구문을 나타낸 것이다.

제 4도와 5도는 본 발명에 따른 열경화 장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에서, 상기한 제 1도의 실시예의 장치 및 제 2도, 3도의 실시예의 장치와 다른 점은 열경화유 6의 공급관 10이 열경화틀 8의 바닥부 18에 가까이 배치되어 있어서 , 여기에서 분기된 분기공급관 10a, 10b, 10c 및 10d와 상기의 분기공급관 10a, 10b, 10c 및 10d의 아랫면에 공급노즐 19를 고루 설치한점과 부실 9를 구비하고 있지 않은 점이다. 본 실시예의 장치에 의하면, 열경화유 6은 상기의 분기공급관 10a, 10b, 10c 및 10d의 공급노즐 19에서 일단 바닥부 18에 충돌한 후 열경화틀 8 속으로 공급되어 피처리품 3을 냉각시킨다.

상기한 제 1도의 실시예의 장치 및 제 2도, 3도의 실시예의 장치에 있어서는, 침탄 등의 열처리를 마친 피처리품 3이 입구문 16에서 열경화 전실 1 안의 승강기 5 위에 공급된 후에 승강기 5 및 피처리품 3이 하강하여 열경화틀 8 안에 있는 열경화유 6안에 담겨져 열처리경화가 행해지는 것이다.

또, 열경화유 6안에 피처리품 3을 담기 전에, 또는 담는 것과 동시에 유량제어판 11이 열리고, 순환펌프 12가 작동된다. 그 결과, 공급관 10을 통해 열경화유 6이 부실 9안에 공급된다. 그래서 열경화유 6이 공급관 10의 지름보다 넓은 면적의 부실 9에 유입함과 동시에 그 유속이 약화되고, 다소 유속이 균일화되어, 열경화틀8의 하부의 둘레 전체에 걸쳐서 열경화틀 안에 고르게 유입되어 올라가서 열경화틀 8안에 있는 피처리품 3을 급냉시킨후 열경화유는 열경화틀 8의 상단에서 흘러 넘쳐서 열경화조 안으로 순환된다. 상기한 냉각공정은, 제 4도, 5도의 실시예의 장치도 실질적으로는 마찬가지이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 열경화유 6의 온도를 고르게 하는데에 교반날개를 사용하지 않기 때문에, 열경화유 6안에 거품이 생기는 일이 없다. 또한, 언제나 일정온도(예를 들어 약 160℃)인 열경화유 6을 일정한 유속을 유지하며 연속적으로 피처리품 3의 주위에 상승 공급할 수가 있다.

또, 피처리품 3이 450∼470℃로 냉각된 것을 확인하고, 상기한 유량제어판 11은 닫혀진다. 그 결과, 열경화틀 8안의 열경화유 6은 피처리품 3이 보유하고 있는 열에 의해 소정의 온도로 상승되고, 거꾸로 피처리품 3이 소정의 온도까지 냉각된다.

다시, 상기한 유량제어판 11을 닫은 결과, 피처리품 3이 소정의 온도까지 냉각되지 않은 것이 판명된 경우, 다시 유량제어판 11을 열어서 열경화유 6이 공급되고, 소정의 온도까지 냉각된다. 그 후 소정의 온도가 된 피처리품 3은 열경화틀 8안에서 천천히 냉각된다.

또, 열경화유 6의 공급을 마친 경우에는, 열경화틀 8의 상하에 온도차가 생기지 않게, 상기한 순환 펌프 15를 작동하여, 열경화틀 8안에서 열경화유 6을 순환시키면 좋다.

하기 표 1 및 표 2에는, 제 6도에서 나타낸 시험품 20, 즉 동일한 침탄처리를 실시한 키홈(key groove)부착 슬리브(길이 100mm, 지름 60mm)의 각종 열정화 처리전과 처리 후의 변화량의 측정결과가 기재되어 있다. 또, 제 7도는 상기한 시험품 20의 측정 위치를 나타낸 것이고, 또 표 1 및 표 2 속에 있는 (상), (하)는 제 6도의 시험품 20의 상, 하를 뜻하는 것이다.

[표 1]

[표 2]

표 1은 제 1도의 장치에 의하여, 상기한 시험품 20을 열경화 처리한 후, 상기의 열경화 처리전과 처리후의 변화량을 측정한 결과를 나타낸 것이고, 표 2는 제 4도, 5도의 장치로 상기한 시험품 20을 열경화 처리한 후, 상기의 열경화 처리전, 후의 변화량의 측정 결과를 나타낸 것이다.

표 1과 표 2에 의하면, 본 발명의 장치와 방법으로 처리한 시험품 20의(상),(하)에 있어서의 실제 변화량의 폭은 종래 방법에 비하여, 매우 작고, 변형, 일그러짐의 방지 효과가 뛰어나다는 것을 확인하였으며, 이러한 사실은 처리층에 흩어진 무늬가 생기지 않았다라는 사실로서도 입증이 되는 것이며, 본 발명의 장치에 의하면 상기 방법을 유효하게 실시할 수 있다.

제 1도는 본 발명에 따른 장치의 한 실시예를 보여주는 구성도이다.

제 2도는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 보여주는 구성도이다.

제 3도는 제 2도의 평면도이다.

제 4도는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예를 보여주는 요부의 구성도이다.

제 5도는 제 4도의 평면도이다.

제 6도는 시험품의 사시도이다.

제 7도는 시험품의 측정 위치를 보이는 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 ... 전실(前室) 2 ... 열경화조

3 ... 피처리품 4, 5 ... 승강기

6 ... 열경화유 8 ... 열경화틀

9 ... 부실(副室) 10 ... 공급관

11 ... 유량 제어판 12 ... 순환펌프

13 ... 순환관 14 ... 순환로

Claims (9)

1. 열경화유를 위로 흐르게 하는 열경화틀 안으로 강철을 담그는 강철의 열처리 경화방법에 있어서,

   열경화조 안에서 충류의 열경화유를 발생시켜서, 상기 열경화유를 상기 열경화틀을 통하여 상기 열경화틀의 상단에서 상기 열경화조의 상부로 범람시키는 단계; 및

   상기 강철을 냉각시키기 위하여 상기 열경화틀에서 발생된 위로 흐르는 충류인 열경화유가 있는 상기 열경화틀 안으로 경화된 강철을 담그는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 방법.
2. 경화된 강철을 수납하기 위한 열경화틀; 상기 열경화틀 내에서 위로 흐르는 열경화유를 발생시키도록 제공된 수단; 및 상기 강철을 상기 열경화유 안으로 담가서 냉각시키기 위하여, 상기 강철을 적재하고 상기 위로 흐르는 열경화유 안으로 내려가는 승강기를 포함하는 강철의 열처리 경화 장치에 있어서,

   상기 열경화틀은 열경화조 내에 있고, 상기 열경화조는 열경화틀에 위로 흐르는 충류로서 상기 열경화조의 상부로 범람하는 열경화유를 공급하기 위하여 바닥부에 입력 수단을 가짐으로서,

   상기 열경화액이 상기 위로 흐르는 충류로서 상기 열경화틀의 상단에서 넘쳐 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 강철이 소정의 온도로 냉각되면 상기 충류를 중단시키는 단계; 및

   상기 열경화틀의 상부와 하부 사이에 발생하는 온도 차이를 피하기 위하여 상기 열경화틀 안에서 상기 열경화유를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 2항에 있어서, 바닥부는 상기 열경화유가 상기 열경화틀을 통하여 흐르기전에 열경화유가 흐르는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 열경화틀로부터의 범람은 열경화조에서 열경화유의 수위를 높이는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 열경화조의 상단부로부터 분리된 부실이 상기 열경화조의 바닥부에 인접하여 제공되는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 장치.
7. 제6항에 있어서, 복수의 입력부를 통하여 부실에 열경화유를 공급하기 위한 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강철의 열처리 경화 장치.
8. 제 2항 또는 제 4항 내지 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 수단은 상기 공급관의 아랫면 상에 제공된 복수의 공급 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 2항 또는 제 4항 내지 7항 중의 어느 한 항에 따른 장치를 이용하는 강철의 열처리 경화 방법.