KR100334983B1 - 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법에 관한 것으로서, 0.5∼2.0 중량부 Cr, 6.0∼10.0 중량부 Mo, 0.1∼2.0 중량부 Si, 9.0∼14.0 중량부 Co, 0.5∼2.0 중량부 Ni, 2.0∼6.0 Cu, 0.6∼1.2 중량부 C, 5.0∼15.0 중량부 Pb, 3.0 이하 중량부 기타 및 나머지는 Fe로 된 조성물이 구비되고, 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)에 Co계 경질입자상 및 Mo계 경질입자상(B,C)이 균일하게 분산되어 있는 것을 포함하며, 상기의 조성물을 원재료혼합-성형-예비소결-냉간단조-2차소결-Pb함침-후공정을 거쳐 밸브시이트를 제조함으로써 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론이고, LPG연료라도 뛰어난 성능을 가짐과 동시에, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 무연 가솔린, 디젤, LPG 연료의 연료사정별, 배기량별 및 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC) 등의 사용조건에 부응하여 공용화할 수 있는 각종 내연기관의 흡배기밸브용 밸브시이트(valve seat)에 적용되는 것으로 탁월한 내마모성 및 내열성을 가지는 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 혼합가스를 연소실 안으로 흡입하는 흡기밸브와, 연소가스를 외부로 배출시키기 위한 배기밸브가 구비되어 있는데, 밸브시이트는 상기 흡배기밸브의 페이스(face)와 밀착함으로써, 연소실의 압력이 새는 것을 방지하여 완전한 기밀을 유지시켜 주는 부품이다.
이러한 밸브시이트는 최근의 내연기관이 소형화, 고출력화 됨에 따라 사용압력과 온도의 증가에 대응하는 내마모성ㆍ내열성을 가지는 철계 소결합금으로 이루어진다. 즉, 엔진작동 중에 가속운동을 하고 또한 시간당 수십만 번 개폐운동을 하는 밸브와 되풀이해서 충돌해도 손상되지 않을 정도로 강한 내마모성을 지녀야 하며, 연소실의 고온가스에 장시간 노출된 상태에서도 견뎌야하므로 강한 내열성도 동시에 가져야 한다.
이를 테면, 상기 밸브시이트는 고충격 및 고온의 가스하에서 작동되므로 밸브와의 접촉 및 마찰, 배기가스에의 노출 등을 견디어야 하는 사용조건이 매우 가혹하기 때문에 약 700℃까지의 고온에서 내마모성, 내식성, 내산화성 및 고온특성 향상의 필요성이 더욱 요구된다. 또한, 최근 자동차의 국제상품으로서의 성격상, 수입지역마다 상이한 여러조건에 대해서도 광범위하게 대응할 수 있는 밸브시이트용 소결합금이 요망된다.
뿐만 아니라, 종래의 밸브시이트용 철계 소결합금은 배기량별, 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 및 사용연료의 종류 등의 사용조건에 따라 적용재질이 상이하였다. 특히, 연소조건이 가혹한 저가의 LPG 연료용 엔진에는 사용되지 못하였다. 이에,상기와 같은 모든 사용조건에 재질을 공용화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 LPG 연료용 엔진에서도 적용될 수 있는 밸브시이트용 철계 소결합금에 대한 요구가 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론 LPG연료라도 뛰어난 성능을 가지며, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법을 제공하는 점에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철계 소결합금의 조직을 확대해 보인 현미경 사진(×200)이고,
그리고, 도 2는 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A... 솔바이트(sorbite)/베이나이트(bainite) 혼합기지조직
B... Co계 경질입자상(hard phase)
C... Mo계 경질입자상(hard phase)
D... 함침Pb
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철계 소결합금은 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금에 있어서; 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)과 그 혼합기지조직(A)에 분산된 Co계 경질입자상(B) 및 Mo계 경질입자상(C)을 포함하는 조성물에 의해 이루어지며; 상기 조성물은, 0.5∼2.0 중량부의 Cr과, 6.0∼10.0 중량부의 Mo와, 0.1∼2.0 중량부의 Si와, 9.0∼14.0 중량부의 Co와, 0.5∼2.0 중량부의 Ni와, 2.0∼6.0 중량부의 Cu와, 0.6∼1.2 중량부의 C와, 5.0∼15.0 중량부의 Pb와, 3.0 중량부 이하의 기타성분을 포함하며 나머지는 Fe로 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 기계가공시 피삭성을 좋게 하기 위하여, 상기 조성물의 상기 기타성분에는 2.0 중량부 이하의 MnS이 포함되는 것이 바람직하고, 상기 혼합기지조직 또는 경질입자상에 형성된 기공에는 자기윤활작용이 가능하게 하는 Pb이 함침되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법은, 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법에 있어서; 0.5∼2.0 중량부의 Cr과, 6.0∼10.0 중량부의 Mo와, 0.1∼2.0 중량부의 Si와, 9.0∼14.0 중량부의 Co와, 0.5∼2.0 중량부의 Ni와, 2.0∼6.0 중량부의 Cu와, 0.6∼1.2 중량부의 C와, 5.0∼15.0 중량부의 Pb와, 3.0 중량부 이하의 기타성분을 포함하며 나머지는 Fe로 구성된 조성물을 혼합기에서 균일하게 혼합하는 원재료 혼합공정(S1); 혼합된 상기 조성물을 압축성형하여 성형체를 형성하는 성형공정; 상기 성형체를 탄소가 확산되지 않는 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결을 실시하여 다소의 강도를 갖게 하는 예비소결공정; 상기 예비소결체를 금형에 장입하고 상,하에서 10∼15TON/㎠의 압력을 가하여 상기 예비소결체의 밀도를 증가시켜 기지의 치밀화를 갖게 하는 냉간단조공정(S4); 상기 냉간단조체를 용융점 이하의 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결하여 Co계 경질입자상과 Mo계 경질입자상이 균일하게 기지에 확산되어 접합되고 기지는 솔바이트 및 베이나이트를 형성시키는 2차소결공정; 상기 소결체의 자기윤활을 위해 상기 혼합기지 또는 경질입자상에 형성된 기공 안에 윤활특성이 탁월한 Pb을 함침시키는 Pb함침공정; 및 기계가공 및 기계가공 후 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정을 거침으로써 밸브시이트의 완성품을 얻는 후공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 예비소결공정은 A1변태점과 A3변태점 사이의 온도인 723℃∼910℃로 소결하는 것이 바람직하다.
상기 Pb함침공정은 상기 소결체를 진공상태에서 가열하여 진공상태에서 Pb용융액 속에 상기 소결체를 진공상태에서 장입한 후, Pb 함침효율을 높이기 위해 N2가스를 4기압이상으로 10분∼60분 동안 가하여 상기 소결체의 기공 안에 상기 Pb용융액을 함침시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 철계 소결합금 및 이를 이용하여 제조되는 벨브시이트는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론이고, LPG연료라도 뛰어난 성능을 가짐과 동시에, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 점에 그 특징이 있다.
이러한 특징을 가진 본 발명에 따른 철계 소결합금을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 철계 소결합금은, 내연기관의 엔진에 채용되어 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용가능한 것이다.
본 실시예의 철계 소결합금은 HRA 55∼75의 표면경도 및 7.7∼8.2g/cc의 밀도를 가지며, 도 1에 도시된 바와 같이, 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)과, 그 혼합기지조직(A)에 균일하게 분산된 Co계 경질입자상(B) 및 Mo계 경질입자상(C)과, 상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자상(B,C)의 기공에 함침된 Pb(D)을 포함하는 조성물에 의해 이루어진다. 상술한 바와 같은 조성물은 전체적으로, 0.5∼2.0 중량부의 Cr과, 6.0∼10.0 중량부의 Mo와, 0.1∼2.0 중량부의 Si와, 9.0∼14.0 중량부의 Co와, 0.5∼2.0 중량부의 Ni와, 2.0∼6.0 중량부의 Cu와, 0.6∼1.2 중량부의 C와, 5.0∼15.0 중량부의 Pb와, 3.0 중량부 이하의 기타성분을 포함하며 나머지는 Fe로 구성되어 있다.
이와 더불어, 상기 조성물 중의 상기 기타성분에는 기계가공시 피삭성을 좋게 하기 위해 2.0 중량부 이하의 MnS이 포함될 수 있다.
이 소결합금으로 밸브시이트를 제조할 경우에는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연가솔린 엔진은 물론 디젤이나 LPG연료용 엔진에서와 같이 가혹한 조건에서도 공용화할 수 있는 우수한 성능을 발휘한다. 또한, 배기량별 및 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 등의 사용조건에 따라서도 적용재질을 공용화할 수 있으므로 결과적으로는, 생산라인이 단순화되어 원가절감을 초래한다.
상기 조성물에 대한 효과와 그 조성한정의 이유를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상술한 조성물 중 상기 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)은, mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가지는 Fe-Co-Mo-Ni의 합금이다.이러한 혼합기지조직(A)에 포함되어 있는 Co는 그 일부가 Fe, Mo, C와 함께 복탄화물인 경질입자를 석출하여 기지금속에 균일하게 분산되도록 하여 내마모성에 기여하며, 일부는 기지에 고용되어 내열성에 크게 기여한다. 한편, 혼합기지조직(A)에서 Co가 차지하는 함량이 6.0 중량부 미만이면 석출입자 및 고용량이 적어 혼합기지조직(A)의 내마모성 및 내열성이 떨어질 가능성이 커지게 되며, 혼합기지조직(A)에서 Co가 차지하는 함량이 7.0 중량부를 넘게 되면 석출입자가 과다하여 취약해짐으로써 혼합기지조직(A)의 기계 가공성이 저하될 가능성이 커지게 되므로, 혼합기지조직(A)에서 Co가 차지하는 함량은 6.0∼7.0 중량부로 규제하는 것이 바람직하다.
혼합기지조직(A)에 포함되는 Ni은 기지금속에 확산 고용되어 내열성 및 고온특성을 향상시킨다. 한편, 상기 조성물 전체에서 Ni이 차지하는 함량이 0.5 중량부 미만이면 상기 효과가 미약하고, 2.0 중량부를 초과하면 기지조직의 전체가 마르텐사이트로 변화되어 필요이상 경도가 커지고, 기계 가공성이 저하되므로, 혼합기지조직(A)에 포함되는 Ni이 조성물 전체에서 차지하는 함량을 0.5∼2.0 중량부로 한다.
혼합기지조직(A)에 포함되는 Mo은 Fe, Co, C와 함께 복탄화물을 형성하게 되어 우수한 내마모성과 내열성을 얻게 되며, 혼합기지조직(A) 중에 확산되어 고온안정성에 기여한다. 한편, 혼합기지조직(A)에서 Mo가 차지하는 함량이 1.0 중량부 미만이면 석출입자의 미약으로 내마모성이 떨어지게 되고, 2.0 중량부를 초과하면 기지금속이 취약하게 되어 기계가공성이 저하됨으로 인해 증진된 효과를 기대할 수 없게 된다. 따라서 혼합기지조직(A)에서 Mo가 차지하는 함량은 1.3∼1.7 중량부로 한다.
혼합기지조직(A)에 포함되는 Cu(90 중량부)-Sn(10 중량부) 합금은 기지에 고용되어 강도를 개선시키기 위한 것으로 열전도성이 우수하기 때문에 고온 작동시에 열하중이 격감되고 소결된 소결체의 유연성이 향상된다. 또한, 소결과정에서 Fe 중에 고용되어 냉각시 기지에 미세 석출됨으로써 내마모성 향상에 기여한다. 한편, 상기 조성물 전체에서 Cu가 차지하는 함량이 2.0 중량부 미만이면 기지에 고용되는 양이 미흡하여 상기의 효과를 기대할 수 없고, 6.0 중량부를 초과하면 일부 미고용 입자잔존으로 조직이 불균일하게 되며 치수변화도 동일한 현상을 나타냄에 따라 치수관리가 어렵게 된다. 따라서, 조성물 전체에서 Cu가 차지하는 함량은 2.0∼6.0 중량부로 하며, Sn은 기타성분으로 규제한다.
혼합기지조직(A)에 포함되는 C는 다른 원소와 탄화물을 형성하여 기지에 확산됨으로써 재료의 강도 및 경도의 향상에 따른 내마모성을 향상시키고, Fe 기지에 고용된 C는 기지의 강도를 향상시키게 된다.
혼합기지조직(A)에 포함되는 MnS는 고온에서도 화합물로서 분해되지 않고 안정되기 때문에 소결 후 MnS의 형태로 소결체중에 잔류하여 기계가공시 피삭성이 좋은 소결체를 얻을 수 있으나, 상기 조성물 전체에서 MnS가 차지하는 함량이 2.0 중량부를 초과하면 기지가 취화하여 상기의 효과가 저하된다.
경질입자상으로 첨가된 Co계 경질입자상(B)은 미세경도 mHv(100g) 600∼900을 가지며 고온에서도 연화되지 않아 상온 및 고온 내마모성이 우수한 경질입자상으로서 밸브의 하중을 받아 기지로 전파시켜 주는 역할을 한다. 상기 Co계 경질입자상(B)의 조성은 27.0∼30.0 중량부의 Mo, 7.5∼9.5 중량부의 Cr, 2.30∼2.80 중량부의 Si, 0.05 중량부 이하의 C 및 나머지 Co로 조성되며, 상기 조성물 전체에서 Co계 경질입자상(B)이 차지하는 함량은 10.0∼15.0 중량부로 한다.한편, Co계 경질입자상(B)에 포함된 Co와 상기 혼합기지조직(A)에 포함된 Co를 합한 총 Co량은 상기 조성물 전체에서 9.0∼14.0 중량부가 되도록 한다. 이는, 만일 상기 조성물 전체에서 차지하는 상기 총 Co의 함량이 9.0 중량부 미만이면 조성물 전체의 내마모성 및 고온 안정성이 급격히 저하될 우려가 있으며, 14.0 중량부를 초과하게 되면 복합탄화물이 과다하게 석출되고 혼합기지조직(A)에의 고용량이 과다하여 조성물 전체가 취약해질 가능성이 높아지기 때문이다.한편, Co계 경질입자상(B)에 포함된 C와 상기 혼합기지조직(A)에 포함된 C를 합한 총 C량은 상기 조성물 전체에서 0.6∼1.2 중량부가 적당하다. 만일 상기 조성물 전체에서 C가 차지하는 함량이 0.6 중량부 미만이면 기지금속에 퍼얼라이트와 함께 페라이트가 과다형성되므로 기지가 연화하여 강도와 내마모성이 저하되며, 1.2 중량부를 초과하면 퍼얼라이트에 소요되고 남은 탄소가 망상(network) 구조의 시멘타이트를 형성하여 기지금속을 취약하게 하기 때문이다.그리고, 상기 Co계 경질입자상(B)에 포함되어 있는 Si는 조성물 전체에서 차지하는 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 인장력 및 경화능 향상에 큰 효과를 발휘하기 힘들며, 2.0 중량부를 넘게 되면 소성에 악영향을 미칠 가능성이 높아지게 되므로, 조성물 전체에서의 Si의 함량은 0.1∼2.0 중량부가 되도록 한다.상기 Co계 경질입자상(B)에 포함되어 있는 Cr은 조성물 전체에서 차지하는 함량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 복합탄화물의 양이 적어지고 기지의 고용량이 적어져서 내마모성이 급격히 저하될 우려가 있으며 2.0 중량부를 넘게 되면 복합탄화물이 과다하게 석출되고 혼합기지조직에의 고용량이 과다해져서 조성물 전체가 취약해질 가능성이 높아지므로, 조성물 전체에서의 Cr의 함량은 0.5∼2.0 중량부가 되도록 한다.
경질입자상으로 첨가된 Mo계 경질입자상(C)은 미세경도 mHv(100g) 1000∼1500을 가지며, 상온에서 내마모성이 우수한 경질입자상으로서 밸브의 하중을 받아 기지로 전파시켜 주는 역할을 한다. Mo계 경질입자상(C)의 조성은 60.0∼65.0 중량부의 Mo와, 나머지 Fe로 구성되며, 상기 조성물 전체에서 Mo계 경질입자상(C)이 차지하는 함량은 5.0∼10.0 중량부로 한다.한편, Mo계 경질입자상(C)에 포함된 Mo와 상기 혼합기지조직(A)에 포함된 Mo와 상기 Co계 경질입자상(B)에 포함된 Mo를 합한 총 Mo량은 상기 조성물 전체에서 6.0∼10.0 중량부가 되도록 한다. 이는, 만일 상기 조성물 전체에서 차지하는 상기 총 Mo의 함량이 6.0 중량부 미만이면 조성물 전체의 내마모성이 급격히 저하될 우려가 있으며, 10.0 중량부를 초과하게 되면 조성물 전체가 취약해질 가능성이 높아지기 때문이다.상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자상(B,C)에 형성된 기공에 함침되는 Pb는, 상기 조성물 전체에 윤활특성을 부여하기 위해 마련되는 것이다. 이 Pb는, 조성물 전체에서 차지하는 함량이 5.0 중량부 미만이면 상기 조성물의 윤활특성이 저하되며 15.0 중량부를 초과하게 되면 조성물의 강도가 급속히 저하될 가능성이 크므로, 조성물 전체에서 Pb가 차지하는 함량은 5.0∼15.0 중량부로 규제한다.
이하, 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 엄격한 검사를 거쳐 준비된 0.5∼2.0 중량부의 Cr, 6.0∼10.0 중량부의 Mo, 0.1∼2.0 중량부의 Si, 9.0∼14.0 중량부의 Co, 0.5∼2.0 중량부의 Ni, 2.0∼6.0 중량부의 Cu, 0.6∼1.2 중량부의 C, 5.0∼15.0 중량부의 Pb, 3.0 중량부 이하의 기타성분 및 나머지는 Fe로 된 금속분말의 원재료 조성물을 배합한 후, 이들의 조성물을 혼합기(Double cone)에서 대략 40 분간 균일하게 혼합한다(S1).
그 다음으로는, 혼합된 상기 조성물을 정도가 높은 금형을 이용하여 자동성형기로 상온에서 압축성형하여 성형체를 형성한다(S2). 여기서의 밀도는 6.8∼7.0g/cc를 이룬다.
그 후의 공정은 후술되는 냉간단조공정(S4)의 전처리 작업인 예비소결공정(S3)으로서, 탄소가 확산되지 않는 범위인 Fe-C 상태도의 A1 변태점(723℃)∼A3 변태점(910℃)의 온도에서 압축된 상기 성형체를 중성가스인 N2와 환원성가스인 H2의 혼합가스로 된 가스분위기에서 소결하여 냉간단조를 수행하기 위해 다소의 강도를 갖도록 소결한다(S3). 여기서, 소결시에 (N2+H2)의 혼합가스를 사용하여 소결시키는 이유는 소결체가 외부의 환경조건에 영향을 받지 않게 하기 위함이다.
다음으로, 상기 혼합기지조직(A)의 치밀화를 위해 밀도가 7.2∼7.5g/cc로 증가되도록 하는 냉간단조공정을 실시한다(S4). 상기 냉간단조공정(S4)은 예비소결체를 금형에 장입하여 상,하에서 10∼15TON/㎠의 압력을 가하여 예비소결체의 밀도를 증가시켜 기지의 치밀화를 갖게 한다. 여기서, 상술한 바와 같은 예비소결공정(S3)과 냉간단조공정(S4)을 실시하는 이유는 밀도를 7.2∼7.5g/cc로 증가시키기 위함이다.
상술한 바와 같은 냉간단조공정(S4)이 완료되면, 상기의 냉간단조체를 용융점 이하의 온도(1130℃)에서 (N2+H2)의 혼합가스 분위기로 소결하여 Co계 경질입자상(B)과 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 기지에 확산 접합되고 기지는 솔바이트 및 베이나이트를 형성시키는 2차소결을 실시한다(S5). 이로써, 상기 소결체는 기계적 특성을 갖게 된다.
다음 공정으로는, 상기 소결체의 자기윤활을 위해 상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자(B,C)상에 형성된 기공 안에 윤활특성이 탁월한 Pb을 함침시키는 공정(S6)으로서, 이는 진공상태를 유지하면서 승온되는 배치(batch) 형식의 Pb함침로를 사용한다. 즉, 소결체가 탑재된 용기를 진공상태에서 상기 Pb함침로의 Pb용융액 속에 장입한 후, Pb의 함침효율을 높이기 위해 N2가스를 4기압이상으로 10분∼60분 동안 가하여 상기 소결체의 기공 안에 상기 Pb용융액을 함침시킨다. 그리고, Pb가 함침된 소결체를 Pb용융액에서 꺼낸 후, 노 내부에서 냉각시키므로써 완료된다.
그 후, 기계가공 및 기계가공 후 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정의 후공정을 거침으로써 완성품인 밸브시이트를 얻는다(S7). 상기의 후공정은 소결체를 도면치수와 일치되도록 가공하는 일반적인 공정으로서, 그에 따른 가공방법은 높이치수를 맞추는 높이연마, 외경치수를 맞추는 외경연마, 그리고 상기의 소결체로 된 밸브시이트가 헤드에서 압입성이 용이하게 되도록 하는 면취가공을 수행한다.
마지막으로, 상기와 같은 가공 후에 깔쭉깔쭉하게 남은 모서리부의 잔부를 제거하게 되면 본 발명에 따른 철계 소결합금의 밸브시이트 제조가 완료된다.
이와 같이 제조되는 밸브시이트는 HRA 55∼75의 표면경도를 가지며, mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가진 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)에 mHv(100g) 600∼900의 미세경도를 갖는 Co계 경질입자상(B)과, mHv(100g) 1000∼1500의 미세경도를 갖는 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 분포된다.
이와 함께, Pb의 함침에 의해 제품 자체의 자기윤활성이 탁월하여 밸브와의 접촉 및 마찰, 배기가스에의 노출 등을 견디어야 하는 사용조건의 가혹함에 대해 내마모성, 내열성, 내식성, 내산화성 및 고온특성이 향상된다.
한편, 본 발명에서는 철계 소결합금이 적용되는 밸브시이트에 대해서만 설명하였지만 이에 한정되는 것이 아니라 충분한 내마모성 및 내열성이 요구되는 다른 부품에도 적용가능하다.
이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법은 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론이고, LPG연료라도 뛰어난 성능을 가짐과 동시에, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 점에 그 장점이 있다.
Claims (6)
- 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금에 있어서;솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)과 그 혼합기지조직(A)에 분산된 Co계 경질입자상(B) 및 Mo계 경질입자상(C)을 포함하는 조성물에 의해 이루어지며;상기 조성물은, 0.5∼2.0 중량부의 Cr과, 6.0∼10.0 중량부의 Mo와, 0.1∼2.0 중량부의 Si와, 9.0∼14.0 중량부의 Co와, 0.5∼2.0 중량부의 Ni와, 2.0∼6.0 중량부의 Cu와, 0.6∼1.2 중량부의 C와, 5.0∼15.0 중량부의 Pb와, 3.0 중량부 이하의 기타성분을 포함하며 나머지는 Fe로 구성된 것을 특징으로 하는 철계 소결합금.
- 제1항에 있어서,상기 조성물의 상기 기타성분에는 2.0 중량부 이하의 MnS이 포함되는 것을 특징으로 하는 철계 소결합금.
- 제1항에 있어서,상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자상(B,C)에 형성된 기공에는 Pb(D)이 함침된 것을 특징으로 하는 철계 소결합금.
- 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법에 있어서;0.5∼2.0 중량부의 Cr과, 6.0∼10.0 중량부의 Mo와, 0.1∼2.0 중량부의 Si와, 9.0∼14.0 중량부의 Co와, 0.5∼2.0 중량부의 Ni와, 2.0∼6.0 중량부의 Cu와, 0.6∼1.2 중량부의 C와, 5.0∼15.0 중량부의 Pb와, 3.0 중량부 이하의 기타성분을 포함하며 나머지는 Fe로 구성된 조성물을 혼합기에서 균일하게 혼합하는 원재료 혼합공정(S1);혼합된 상기 조성물을 압축성형하여 성형체를 형성하는 성형공정(S2);상기 성형체를 탄소가 확산되지 않는 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결을 실시하여 다소의 강도를 갖게 하는 예비소결공정(S3);상기 예비소결체를 금형에 장입하고 상,하에서 10∼15TON/㎠의 압력을 가하여 상기 예비소결체의 밀도를 증가시켜 기지의 치밀화를 갖게 하는 냉간단조공정(S4);상기 냉간단조체를 용융점 이하의 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결하여 Co계 경질입자상(B)과 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 기지에 확산되어 접합되고 기지는 솔바이트 및 베이나이트를 형성시키는 2차소결공정(S5);상기 소결체의 자기윤활을 위해 상기 혼합기지(A) 또는 경질입자상(B,C)에 형성된 기공 안에 윤활특성이 탁월한 Pb(D)을 함침시키는 Pb함침공정(S6); 및기계가공 및 기계가공 후 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정을 거침으로써 밸브시이트의 완성품을 얻는 후공정(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 예비소결공정(S3)은,A1변태점과 A3변태점 사이의 온도인 723℃∼910℃로 소결하는 것을 특징으로 하는 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 Pb함침공정(S6)은,상기 Pb함침공정은 상기 소결체를 진공상태에서 가열하여 진공상태에서 Pb용융액 속에 상기 소결체를 진공상태에서 장입한 후, Pb 함침효율을 높이기 위해 N2가스를 4기압이상으로 10분∼60분 동안 가하여 상기 소결체의 기공 안에 상기 Pb용융액을 함침시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법.
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| KR1019990030566A KR100334983B1 (ko) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법 |
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| KR101333747B1 (ko) | 2011-05-26 | 2013-11-27 | 한국분말야금(주) | 고온 내마모용 철계 소결 합금 및 이를 이용한 밸브 시이트의 제조 방법 |
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1999
- 1999-07-27 KR KR1019990030566A patent/KR100334983B1/ko not_active IP Right Cessation
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