KR100342019B1

KR100342019B1 - 크랭크 샤프트의 재활용을 위한 재생방법

Info

Publication number: KR100342019B1
Application number: KR1019980058222A
Authority: KR
Inventors: 김문철; 남궁정; 도병무
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2002-09-18
Also published as: KR20000042131A

Abstract

본 발명은 내연기관의 부품인 크랭크샤프트에 Ni계 및 Fe계 비정질합금분말을 용사코팅하여 크랭크샤프트의 재활용 및 내마모성이 우수한 코팅층을 용사코팅하는 크랭크 샤프트의 재활용을 위한 보수방법에 관한 것으로, 가공공정상 불량 혹은 사용후 마모된 크랭크샤프트를 재활용할수 있도록 보수하는 방법에 있어서, 가공불량 및 노후화된 내연기관의 크랭크샤프트에 코팅합금분말로써 40∼60㎛의 입자크기를 갖는 WC-25Co합금분말을 1단으로 폭발용사코팅을 하고, Ni계 또는 Fe계 비정질코팅 합금으로써 2단 폭발용사코팅을 한후, 파단강도를 향상시키기 위한 잔류응력제거를 위하여 열처리하고, 가공하여 크랭크샤프트를 재생시킴을 요지로 한다.

Description

크랭크 샤프트의 재활용을 위한 재생방법

본 발명은 내연기관의 부품인 크랭크샤프트에 Ni계 및 Fe계 비정질합금분말을 용사코팅하여 크랭크샤프트의 재활용 및 내마모성이 우수한 코팅층을 용사코팅하는 크랭크 샤프트의 재활용을 위한 보수방법에 관한 것이다.

일반적으로 크랭크샤프트 제조공정은 개략적으로 주조→단조→가공→열처리→고주파소입→가공→품질검사로 이루어지고 있다. 그러나 크랭크샤프트는 최종가공시 쟈날부와 2개의 핀부의 3축으로 정밀가공되는 공정에서 가공오차가 많이 발생하여 최종 품질검사에서 2∼7%의 많은량이 불량으로 판정되어 폐기 처분되고 있다.

따라서 폐기되는 프랭크샤프트 부품을 용사코팅하고 연삭하여 정품으로 재생하므로써 원가절감 및 자원 재활용의 효과를 얻을 수 있다.

또한 제조공정에서 가공후에 용사코팅을 적용함으로써 고주파소입 공정을 생략하고, 프랭크샤프트의 쟈날과 핀 부위의 경도를 기준치인 620Hv이상으로 향상시켜 단순공정에서 원가를 크게 절감 할 수 있다.

크랭크샤프트는 3개의 축으로 구성되어 있으므로 가공시 3개의 축을 이용하여 연삭가공을 하여야 한다. 그러나 축 변환시 오차에 의하여 쟈날부와 핀부가 타원형 혹은 규격에 맞지않게 가공되는 경우가 많다.

이러한 불량 현상은 소형에서보다 대형 샤프트 부품일수록 불량율은 높아지고 있다.

종래의 크랭크샤프트 보수기술은 대형선박 및 중장비 엔진의 고가의 크랭크샤프트의 마모된 부분에 육성용접을 하여 재가공하여 사용하여 왔고, 용접토치를 이용하여 보수하는 기술(PAT. N71615897)도 개발되었다.

그러나 용접공정을 이용하는 경우는 크랭크샤프트 부품자체에 열입력이 커서 열변형이 발생하기 쉬우므로 대형부품외에는 적용이 불가능하다. 또한 용접시간이 길고 정밀한 육성이 곤란함으로써 가공시간도 길어진다.

따라서 실질적으로 3톤에서 10톤정도의 상용차 크랭크샤프트에는 적용이 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 크랭크샤프트를 재활용하기 위하여 코팅함에 있어서, 폭발용사코팅법을 이용하여 WC계 합금분말을 프랭크샤프트에 10-20㎛정도 본드코팅(1단코팅)을 하여 모재와 탑코팅(2단코팅)층간의 접착강도를 증가시키기 위한 굴곡형 거칠기의 표면조건을 형성하고, 그 상부에, Ni계 또는 Fe계 비정질코팅 합금을 2단 코팅하여 620Hv이상의 경도를 얻도록 한후, 잔류응력제거를 위하여 열처리와 최종 연삭가공을 하여 폐기되는 크랭크샤프트를 내마모성이 우수한 코팅층을 형성시킨 정품의 크랭크샤프트로 재생시켜 재활용할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

본 발명은 먼저 가공공정상 불량 혹은 사용후 마모된 크랭크샤프트를 재활용할수 있도록 보수하는 방법에 있어서, 가공불량 및 노후화된 내연기관의 크랭크샤프트에 코팅합금분말로써 40∼60㎛의 입자크기를 갖는 WC-25Co합금분말을 1단으로 폭발용사코팅을 하고, Ni계 또는 Fe계 비정질코팅 합금으로써 2단 폭발용사코팅을 한후, 파단강도를 향상시키기 위한 잔류응력제거를 위하여 열처리하고, 최종연삭하여 크랭크샤프트를 재생시키는 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 크랭크샤프트는 최종 품질검사 과정에서 수치의 불량으로 많은량이 불량처리되고 있다. 따라서 이러한 수치의 오차를 폭발용사코팅을 하여 보수하는 방법이다.

폭발용사코팅방법은 종래의 용사코팅 기술인 플라즈마나 고속용사코팅 기술과는 달리 아세틸렌,프로판,산소를 폭발시켜 3800℃이상의 고온과 마하 10이상의 폭발가스 유속을 얻어 각종 분말을 용해 비산시켜 코팅시키는 방법이다.

현재까지는 종래의 금속용사코팅 방법으로는 접착강도를 크랭크샤프트에 요구되는 수준이상을 얻는 것이 불가능하였다. 따라서 폭발용사코팅방법을 사용하고 접착강도가 2500Kgf/㎠이상의 WC-Co코팅을 1단 본드코팅으로 사용하고, 2단코팅인 탑코팅인 금속계 폭발용사코팅을 하면 전체코팅층의 접착강도를 1200Kgf/㎠이상을 유지시킬 수가 있다.

본 발명은 상기한 폭발용사법에 의해 크랭크샤프트에 WC계 합금분발과 Ni계 또는 비정질합금인 Fe계 합금분말을 폭발용사하여 보수하는 방법이다.

본 발명에 사용되는 WC계 합금분말로는 WC-(20-25%)Co의 합금분말이 사용되었다. 상기 Co함량이 20%이하로 감소하게 되면 경도는 증가하나 밀착강도는 감소하게된다.

따라서 접착강도 증가를 위한 본드코팅으로는 Co합금의 농도는 20-25%가 적당하다. Ni계 합금분말로는 고경도 유지를 위하여 Wt%로 Ni:72-75%, Cr:14-17%, 나머지 Si,B,Co,C,Fe로 이루어지는 것이 바람직하고, Fe계 비정질합금으로는 용사코팅후 비정질 조직을 형성할 수 있도록 비정질 형성능이 좋은 Fe:62-73%, Cr:20-25, Mo:2-4%, Si:2-4%, B:3-5% 미량의 Ni, Mn이 첨가된 고경도 내마모성을 갖는 합금이 바람직하다.

그리고 상기 합금들의 입도는 40-60㎛로 제한하는 것이 바람직한데, 그이유는 경제성을 고려하여 폭발용사 코팅시 회수율을 60-80%이상을 유지하기 위한 것이다.

본 발명에 있어 폭발가스조성은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아세틸렌:산소의 비가 1:1.1-1.3의 혼합가스가 완전연소를 위하여 적당하다.

상기와같은 조건으로 WC계, Ni계 혹은 Fe계 비정질 합금분말을 크랭크샤프트에 폭발용사하여 620Hv이상의 경도 1200Kgf/㎠이상의 밀착력을 갖는 코팅층으 형성할수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

크랭크샤프를 코팅하려고 하는 축부를 균일하게 100㎛정도를 연삭한다. 연삭한 후 Al₂O₃분말로 표면 거칠기를 4㎛이상이 되도록 브라스팅을 한후 모재와 코팅층간의 밀착강도를 증가시키기 위한 1단의 본드코팅으로써 WC-25%Co를 10-20㎛두께로 폭발용사코팅을 한다.

2단인 탑코팅으로써 72%Ni, 17%Cr,4%Si,3.5%B의 Ni계 합금 또는 65%Fe, 25%Cr, 4%B, 4%Mo, 2%Si의 Fe계 비정질합금을 300㎛이상 코팅한다. 그후 연삭가공을 하여 정품으로 재생하는 것이다.

하기 표 1에는 코팅된 합금의 기계적 특성을 표시하였다.

구분	경도(Hv)	밀착력(Kgf/㎠)	마찰계수(M)	가공율(%)
1단코팅(WC-25Co)	1100	2500	0.76	0.2%이하
2단코팅	Ni계	700	1350	0.35	0.1%이하
2단코팅	Fe계	620	1250	0.06	0.1%이하

상기 표 1의 기계적 특성에서 본드코팅인 WC-25Co의 밀착력이 2500Kgf/㎠로써 대단히 커서 본드코팅으로써 2단 코팅과 모재와의 결합력을 증가시키고 있다. Ni계 2단코팅은 경도가 700Hv로써 기준치인 620Hv이상으로써 사용이 가능하며 특히 Fe계 비정질코팅은 마찰계수가 Ni계에 비하여 대단히 낮은 0.06으로써 우수한 내마모성이 예상된다.

실제로 총코팅두께가 500㎛미만에서는 열처리가 필요없지만 가공오차가 크게나서 코팅두께가 500㎛이상에서는 내부의 잔류응력을 제거하기 위하여 300-400℃에서 2-4시간 열처리를 실시하여야 한다.

코팅후 자연연삭기에 부착하여 기존 공정라인에서 가공하면 정품의 크랭크샤프트가 재생될수 있다.

이상과 같은 본 발명은 가공오차 및 사용후 폐기되는 크랭크샤프트에 내마모성이 우수한 2층의 폭발용사코팅층을 형성시키고, 재가공하여 내마모성이 우수한 정품의 크랭크샤프트를 재생하여 사용함으로써 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

가공공정상 불량 혹은 사용후 마모된 크랭크샤프트를 재활용할수 있도록 보수하는 방법에 있어서, 가공불량 및 노후화된 내연기관의 크랭크샤프트에 코팅합금분말로써 40∼60㎛의 입자크기를 갖는 WC-25Co합금분말을 1단으로 폭발용사코팅을 하고, Ni계 또는 Fe계 비정질코팅 합금으로써 2단 폭발용사코팅을 한후, 파단강도를 향상시키기 위한 잔류응력제거를 위하여 열처리하고, 가공하여 크랭크샤프트를 재생시킴을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 재활용을 위한 재생방법.
제1항에 있어서, Ni계 합금분말로는 고경도 유지를 위하여 wt%로 Ni:72-75%, Cr:14-17%, 나머지 Si,B,Co,C,Fe로 이루어져서 됨을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 재활용을 위한 재생방법.
제1항에 있어서, Fe계 비정질합금 분말로는 용사코팅후 비정질 조직을 형성할 수 있도록 비정질 형성능이 좋은 Fe:62-73%, Cr:20-25, Mo:2-4%, Si:2-4%, B:3-5% 미량의 Ni, Mn이 첨가하여서 됨을 특징으로 하는 크랭크샤프트의 재활용을 위한 재생방법.
제1항에 있어서, 열처리 조건은 내부의 잔류응력을 제거하기 위하여 300- 400℃에서 2-4시간 열처리를 실시하여서 됨을 특징으로 하는 랭크샤프트의 재활용을 위한 재생방법.