KR100346469B1

KR100346469B1 - 자동차용 태핏심의 제조방법

Info

Publication number: KR100346469B1
Application number: KR1019990058287A
Authority: KR
Inventors: 정승철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2002-07-27
Also published as: KR20010056706A

Abstract

본 발명은 자동차용 태핏심과 그 제조방법에 관한 것으로, SCM415 합금강에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 더 첨가한 MAC14 합금강으로 구성된 자동차용 태핏심의 제조방법중 일반 침탄 열처리공정을 고탄소 침탄 열처리공정으로 변경하여 태핏심의 내구성을 향상시키고 캠과의 마찰손실을 저감함으로써 자동차의 주행 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 태핏심의 제조방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 태핏심의 제조방법{Manufacturing method of tappet shim for vehicle}

본 발명은 자동차용 태핏심의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 SCM415 합금강에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 더 첨가한 MAC14 합금강으로 구성된 자동차용 태핏심의 제조방법중 일반 침탄 열처리공정을 고탄소 침탄 열처리공정으로 변경하여 태핏심의 내구성을 향상시키고 캠과의 마찰손실을 저감함으로써 자동차의 주행 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 태핏심의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 태핏심은 열처리된 마르텐사이트 조직을 갖는 합금강으로 제조되며 캠의 회전운동을 상하 왕복운동으로 변환시켜 밸브를 개폐함으로써 연료를 분사노즐에 공급한다.

이러한 태핏심은 캠과 직접 접촉하는 부위로 고도의 내마모성을 위하여 높은 경도를 요구하며, 상기 캠과의 접촉에 의한 마찰손실을 최소화 하기 위하여 마찰을 저감시킬 수 있는 재료의 표면 특성이 요구된다.

첨부한 도 3은 종래의 자동차용 태핏심의 제조방법을 나타내는 공정도이고, 도 4는 종래의 자동차용 태핏심의 일반 침탄 열처리 공정을 나타내는 그래프이고, 도 5는 일반적인 자동차용 태핏심의 작동 상태를 나타내는 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 엔진의 구동시 캠(12)의 회전력에 대응하여 태핏(14) 상단에 장착된 태핏심(16)이 상하 왕복운동 함으로써 밸브(18)를 개폐한다.

이러한 태핏심(16)은 탄소(C) 0.15(w%), 규소(Si) 0.25(w%), 망간(Mn) 0.6(w%), 크롬(Cr) 1.0(w%), 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 함유한 SCM415 합금강에 크롬(Cr) 1.5(w%)와 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 더 첨가한 MAC14 합금강으로 제조된다.

또한, 상기 태핏심(16)은 절삭을 통한 형상 가공공정(S1)과, 재료의 내부조직을 균일화하며 물리적, 기계적 성질을 개선하기 위하여 재료의 재결정온도 이하의 냉간에서 단조하는 냉간 단조공정(S2)과, 표면경도를 높여 내마모성을 크게함과 동시에 내부에 인성을 부여하기 위한 침탄 열처리공정(S3a) 및 연삭 및 피니싱 공정인 후처리 공정(S4)을 통하여 제조된다.

특히, 상기 침탄 열처리공정(S3a)은 침탄온도 850℃의 온도에서 수시간 가열하여 탄소 당량(Carbon Potential)을 0.85까지 탄소를 침탄시키고, 100℃까지 유냉시킨 후, 160℃의 온도에서 템퍼링(tempering)하여 기계적 성질을 안정화하고 인성을 부여할 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 제조방법을 통하여 제조되는 태핏심(16)의 표면경도는 비커스 경도(Hv) 기준으로 대략 700정도이고, 표면의 조직은 불안정한 마르텐사이트 조직을 갖는다.

그러나, 태핏심(16)은 캠(12)과 직접 접촉되는 부위로 고도의 비커스 경도(Hv) 경도 850이상의 내마모성과 캠(12)과의 마찰손실을 줄일 수 있는 재료의 표면 특성이 요구되나, 종래의 제조방법을 통해 제조되는 태핏심(16)은 상기한 내마모성과 재료의 표면 특성을 갖지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, SCM415 합금강에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 더 첨가한 MAC14 합금강으로 구성된 자동차용 태핏심의 제조방법중 일반 침탄 열처리공정을 고탄소 침탄 열처리공정으로 변경하여 태핏심의 내구성을 향상시키고 캠과의 마찰손실을 저감함으로써 자동차의 주행 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 태핏심의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 제조방법을 나타내는 공정도

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 고탄소 침탄 열처리 공정을 나타내는 그래프

도 3은 종래의 자동차용 태핏심의 제조방법을 나타내는 공정도

도 4는 종래의 자동차용 태핏심의 일반 침탄 열처리 공정을 나타내는 그래프

도 5는 일반적인 자동차용 태핏심의 작동 상태를 나타내는 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : 캠 14 : 태핏

16 : 태핏심 17 : 스프링

18 : 밸브 S1 : 형상 가공공정

S2 : 냉간 단조공정 S3a : 침탄 열처리공정

S3b : 고탄소 침탄 열처리공정 S4 : 후처리 공정

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 제조방법은 탄소(C) 0.15(w%), 규소(Si) 0.25(w%), 망간(Mn) 0.6(w%), 크롬(Cr) 1.0(w%), 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 함유한 SCM415 합금강에 크롬(Cr) 1.5(w%), 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 더 첨가한 MAC14 합금강을 형상 가공공정과, 냉간 단조공정과, 침탄 열처리공정 및 후처리공정을 통하여 제조하는 자동차용 태핏심의 제조방법에 있어서, 상기 침탄 열처리공정(S3b)는 780℃의 온도에서 30분간 담금질하는 단계와, 870℃의 온도로 10시간 동안 가열하여 탄소 당량을 1.05% 까지 과침탄시키는 단계와, 유냉과정을 통해 탄화물을 석출시켜서 탄소 당량이 0.95% 까지 된 상태에서 830℃의 온도에서 20분간 담금질하는 단계와, 100℃의 온도에서 유냉하여 탄화물을 석출시킨 후 170℃의 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 석출된 탄화물을 재구상화 처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 제조방법을 나타내는 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 고탄소 침탄 열처리 공정을 나타내는 그래프이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 탄소(C) 0.15(w%), 규소(Si) 0.25(w%), 망간(Mn) 0.6(w%), 크롬(Cr) 2.5(w%), 몰리브덴(Mo) 0.4(w%)를 함유한 MAC14 합금강을 절삭공정 등을 통해 태핏심의 형상을 제작하는 형상 가공공정(S1)을 실시하고, 이렇게 형상 가공공정(S1)을 완료한 태핏심(16)은 냉간 단조공정(S2)을 거친다.

다음 공정으로, 침탄온도 870℃의 온도에서 10시간 동안 가열하여 탄소 당량을 1.05% 까지 과포화 침탄시킨 후, 계속해서 100℃의 온도에서 유냉하여 탄화물을 석출시키고, 170℃의 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 석출된 탄화물을 재구상화 처리하는 고탄소 침탄 열처리공정(S3b)을 거친다.여기서, 상기 침탄온도 870℃에서는 기지조직에 탄소가 석출되지 않고 완전히 고용되는 탄소%가 약 1% 부근인데, 이러한 포화 탄소농도의 범위는 온도가 내려갈수록 떨어져서 723℃ 까지 떨어지면 약 0.8%에 도달한다.고온에서 과침탄한 표면을 냉각시키면 결국 과포화된 탄소는 탄화물의 형태로 기지조직으로부터 석출되며, 이것이 고탄소(고농도) 침탄의 기본적인 원리이다.위와 같은 열처리 조건을 한정한 이유는 고탄소(고농도) 침탄의 가장 핵심적인 부분인 탄화물의 석출량, 크기, 모양, 분포 등에 대한 정량적 재현을 위한 것이다.예를 들면, 온도가 870℃를 상회하면 탄화물이 조대화되고, 기지조직이 또한 입자조대화로 피로강도의 저하가 발생되며, 온도가 낮을 경우에는 탄화물 석출량이 적어져서 목적한 마찰특성 등의 기능을 발휘할 수 없게 된다.또한, 시간 조건은 탄화물 석출을 위한 탄소의 확산 깊이에 영향을 미치는데, 시간이 10시간에 비해 너무 짧으면 고탄소 침탄 석출물의 깊이가 낮아서 효과가 없어지고, 너무 장시간 유지하면 과침탄이 발생되어 부품의 취성이 증대되고 심하면 파괴에 이를 수 있게 된다.

특히, 상기 상기 고탄소 침탄 열처리 공정(S3b)중 870℃의 온도로 10시간 동안 가열하여 탄소 당량을 1.05% 까지 과침탄시키는 공정 전에는 780℃의 온도에서 30분간 담금질하는 단계와, 870℃의 온도로 10시간 동안 가열하여 탄소 당량을 1.05% 까지 과침탄시키는 공정 후에는 유냉과정을 통해 탄화물을 석출시켜서 탄소 당량이 0.95% 까지 된 상태에서 830℃의 온도에서 20분간 담금질하는 단계를 추가하여 재료의 표면 특성을 향상시킬 수 있다.

이러한 고탄소 침탄 열처리공정(S3b)이 완료된 후에는 연삭 및 피니싱 공정과 같은 후처리 공정(S4)을 통하여 표면 조직을 구상 탄화물과 마르텐사이트 복합 형태로 구성하여 표면 경도를 비커스 경도(Hv) 기준으로 850 이상으로 유지시켜 내마모성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 유효경화 깊이(Hv550 이상 기준)를 0.7~1.0(mm), 잔류 오스테나이트를 10% 이하로 저감하고, 석출되는 탄화물의 깊이를 0.1(mm) 이하로 감소하는 동시에 탄화물량을 20% 이상으로 조정하여 태핏심(16) 재료의 표면 특성을 향상시켜 캠(12)과의 마찰손실을 저감할 수 있는 것이다.

이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 태핏심의 제조방법에 의하면 SCM415 합금강에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)을 더 첨가한 MAC14 합금강으로 구성된 자동차용 태핏심의 제조방법중 일반 침탄 열처리공정을 고탄소 침탄 열처리공정으로 변경하여 태핏심의 내구성을 향상시키고 캠과의 마찰손실을 저감함으로써 자동차의 주행 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

탄소(C) 0.15(w%), 규소(Si) 0.25(w%), 망간(Mn) 0.6(w%), 크롬(Cr) 1.0(w%), 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 함유한 SCM415 합금강에 크롬(Cr) 1.5(w%), 몰리브덴(Mo) 0.2(w%)를 더 첨가한 MAC14 합금강을 형상 가공공정과, 냉간 단조공정과, 침탄 열처리공정 및 후처리공정을 통하여 제조하는 자동차용 태핏심의 제조방법에 있어서,

상기 침탄 열처리공정(S3b)는 780℃의 온도에서 30분간 담금질하는 단계와, 870℃의 온도로 10시간 동안 가열하여 탄소 당량을 1.05% 까지 과침탄시키는 단계와, 유냉과정을 통해 탄화물을 석출시켜서 탄소 당량이 0.95% 까지 된 상태에서 830℃의 온도에서 20분간 담금질하는 단계와, 100℃의 온도에서 유냉하여 탄화물을 석출시킨 후 170℃의 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 석출된 탄화물을 재구상화 처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 태핏심의 제조방법.
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