KR100349809B1 - 금속재의 열처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업전반에 사용되는 각종 샤프트(Shaft) 및 유공압실린더, 선박용자재, 금형 코아(Core) 및 부품, 공작계 및 자동차 부품등에 사용되는 금속재료의 열처리 및 연마 방법에 관한 것으로, 탄소강(S45C)등과 같은 금속재를 일정한 형상으로 가공후, 이를 염화나트륨(NaCl), 탄산소다(Na2CO3), 아초산(NaNO2)으로 조성된 혼합물에 침지시켜 약 80℃의 온도로 약 30분간 가열하여 불순물을 제거하는 탈지공정과; 공기중에서 300℃의 온도로 약 30분간 가열하는 예열공정과; 이를 다시 혼합물에 침지시켜 약 575℃의 온도로 30분~1시간동안 가열하는 본열공정과; 가열된 재료를 청산소다(NaCN), 염화칼륨(KCl), 탄산소다(Na2CO3)로 조성된 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 1차 냉각공정과; 폴리싱, 보러싱, 바렐, 호닝, 버핑 등으로 연마하는 연마공정과; 이를 다시 전기한 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 2차 냉각공정과; 냉각제를 200℃에서 100℃로 순차적으로 냉각시키면서 재료를 세척하는 세척공정과; 재료를 냉각제로부터 꺼내어 공기중에서 송풍건조하는 건조공정으로 이루어지는 것이다.

Description

금속재의 열처리방법{Heat-processing method of metal materials}
본 발명은 산업전반의 각종 샤프트(Shaft) 및 유공압실린더, 선박용자재, 금형 코아(Core) 및 부품, 공작계 및 자동차 부품등에 사용되는 금속재료의 열처리 및 연마 방법에 관한 것으로, 특히, 재료를 염화나트륨, 탄산소다 및 아초산을 주성분으로 하는 화학제에 함침시켜 가열후, 이를 청산소다, 염화칼륨, 탄산소다를 주성분으로 한 냉각제에 냉각하고, 폴리싱등의 연마공정을 거친 후, 다시 냉각제에 냉각시켜 가공하므로서 재료의 내식성, 내열성, 내마모성 및 내피로성을 향상시키고 재료비와 가공비를 최소화하여 경제적으로도 큰기여를 할 수 있는 금속재의 열처리방법에 관한 것이다.
종래의 각종 각종 샤프트(Shaft) 및 유공압실린더, 선박용자재, 금형 코아(Core) 및 부품, 공작계 및 자동차 부품등에 사용되는 금속재료를 열처리하기 위하여는 탄소강(S45C)등의 재료를 쓰고저하는 형상과 모양으로 가공한 후 이를 고온으로 열처리하여 물이나 공기중에서 냉각시키므로서 그 강도와 경도를 향상시키거나, 반대로 열처리된 재료를 원하는 형상 및 모양으로 가공하여 사용해 왔다.
또한, 상기와 같이 가공이 완료된 금속재의 미감을 향상시켜 제품의 가치를 극대화 하고저 표면에 크롬등으로 도색을 하여 왔다.
그러나 상기와 같은 방법의 금속재의 가공방법 중 가공후 열처리방법은 열처리에 의해 일정한 모양으로 가공된 금속재가 냉각중 변형이 발생되어 극히 정확한 정밀도를 요하는 부품으로 사용시 어려움이 있으며, 열처리 후 가공방법은 재료가 열처리 되어 그 강도와 경도가 극대화 되어 있는 상태에서 가공을 해야하므로 가공이 매우 어려운 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 방법으로 가공된 금속재료는 경도와 강도는 어느정도 충족해 주지만 그 부품이 쓰여지는 곳의 내식성이나 내열성, 내마모성을 모두 동시에 만족시켜주지는 못하므로 제품의 선정 및 사용에 큰 어려움이 있으며, 크롬등으로 표면을 처리하므로서 그 화학물질이 인체에 미치는 악영향과 환경오염의 우려로 최근들어 각종 국제기구나 환경단체에 의해 그 사용을 금지시키는 움직임이 활발해지고 있어 대체물질의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 재료를 염화나트륨, 탄산소다 및 아초산을 주성분으로 하는 화학제에 함침시켜 가열후, 이를 청산소다, 염화칼륨, 탄산소다를 주성분으로 한 냉각제로 냉각하고, 폴리싱등의 연마공정을 거친 후, 다시 냉각제로 냉각시켜 가공하므로서 재료의 내식성, 내열성, 내마모성 및 내피로성을 향상시키고, 재료비와 가공비를 최소화하여 경제적으로도 큰기여를 할 수 있도록 함은 물론 크롬과 같은 인체 및 환경유해 물질의 대체물질로 사용이 가능한 금속재의 열처리방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴본다.
우선, 본 발명공정을 살펴보면 다음과 같다.
탄소강(S45C)등과 같은 금속재를 일정한 형상으로 가공후, 이를 염화나트륨(NaCl) 10중량%, 탄산소다(Na2CO3) 50중량%, 아초산(NaNO2) 40중량%로 조성된 혼합물에 침지시켜 약 80℃의 온도로 약 30분간 가열하여 불순물을 제거하는 탈지공정과;
공기중에서 300℃의 온도로 약 30분간 가열하는 예열공정과;
이를 다시 혼합물에 침지시켜 약 575℃의 온도로 30분~1시간동안 가열하는 본열공정과;
가열된 재료를 청산소다(NaCN) 30중량%, 염화칼륨(KCl) 30중량%, 탄산소다(Na2CO3) 40중량%로 조성된 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 1차 냉각공정과;
폴리싱, 보러싱, 바렐, 호닝, 버핑 등으로 연마하는 연마공정과;
이를 다시 전기한 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 2차 냉각공정과;
냉각제를 200℃에서 100℃로 순차적으로 냉각시키면서 재료를 세척하는 세척공정과;
재료를 냉각제로부터 꺼내어 공기중에서 송풍건조하는 건조공정으로 이루어지는 것이다.
상기와 같은 각 공정의 작용을 살펴본다.
우선 본 발명의 탈지공정과 예열공정, 본열공정에서 사용되어지는 혼합물은 염화나트륨(NaCl), 탄산소다(Na2CO3), 아초산(NaNO2)으로 조성되어 있어 재료가 이 혼합물에 의해 상기 공정들을 거치게 되면 재료의 표면과 혼합물 사이에 탄산염(CO3)을 생성시키고, 복원중에 탄산염(CO3)은 CNO로 되어 감소하는 것이다.
또한, 표면에 Fe3N, Fe4N의 두가지 화합물을 형성하여 미끄럼성, 내열성, 내마모성을 향상시키는 것이다.
한편, 1,2차 냉각 공정에 사용되어 지는 냉각제는 청산소다(NaCN), 염화칼륨(KCl), 탄산소다(Na2CO3)로 조성되어 이에 재료를 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분 냉각시키면 CN, CNO가 완전히 파괴되는 것이다.
특히 1차 냉각공정후에 이루어지는 폴리싱(Polishing) 공정으로 금속표면의 이물질을 제거하고 연마한 후, 다시 2차 냉각공정을 수행하므로서 내식성을 향상 시키는 것이다.
즉, 표면에 Fe3O4의 철산화물층을 형성하는 것이다.
이와 같이 1차 냉각, 폴리싱, 2차냉각 공정을 마친 후에는 고온에서 저온으로 온도의 변화를 주면서 재료를 냉각시키므로서 재료의 변형을 최소화 하는 것이다.다시 말해, 본 발명은 열처리시 재질의 급격한 온도편차를 없애고, 혼합물 및 냉각제를 사용하여 가열 및 냉각하므로서 변형을 방지하고, 내피로성, 내마모성, 내열성을 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 공정으로 SUS재질을 처리하게 되면, 표면을 검은색으로 도색하는 것과 같은 효과를 볼 수 있어 별도의 크롬도금 등의 공정이 필요없어 작업자 및 사용자의 안전은 물론, 환경오염을 방지할 수 있고, 내식성, 내마모성, 표면저항, 칫수안정성이 아래의 표1에서 나타난 것과 같이 같은 SUS 재질을 종래의 공정에 의해 열처리한 후 경질크롬도금, 무전해니켈도금, 티탄코팅 하는 것보다 우수한 것이다.
본 발명과 종래 제품의 비교분석표
구 분 본 발명 경질크롬도금 무전해 니켈도금 티탄코팅
내식성(염수TEST) 220HR양호 70시간 100시간 74시간
내마모성 HV1200 HV900 HV600~700
슬라이딩(표면저항) 가장우수 우수하나마모 우수 우수
칫수안정성 가장우수(0.002) 미흡(0.02) 우수 미흡
이상과 같이 본 발명은 산업전반의 각종 샤프트(Shaft) 및 유공압실린더, 선박용자재, 금형 코아(Core) 및 부품, 공작계 및 자동차 부품등에 사용되는 금속재료를 염화나트륨, 탄산소다 및 아초산을 주성분으로 하는 화학제에 함침시켜 가열후, 이를 청산소다, 염화칼륨, 탄산소다를 주성분으로 한 냉각제에 냉각하고, 폴리싱등의 연마공정을 거친 후, 다시 냉각제에 냉각시켜 가공하므로서 재료의 내식성, 내열성, 내마모성 및 내피로성을 향상시키고 재료비와 가공비를 최소화하여 경제적으로도 큰 기여를 할 수 있게 한 것이다.
상기와 같이 본 발명은 재료를 염화나트륨, 탄산소다 및 아초산을 주성분으로 하는 화학제에 함침시켜 가열후, 이를 청산소다, 염화칼륨, 탄산소다를 주성분으로 한 냉각제에 1차 냉각하고, 폴리싱등의 연마공정을 거친 후, 다시 2차 냉각제에 냉각시켜 가공하므로서 재료의 내식성, 내열성, 내마모성 및 내피로성을 향상시키고, 재료비와 가공비를 최소화하여 경제적으로도 큰기여를 할 수 있도록 함은 물론 크롬과 같은 인체 및 환경유해 물질의 대체물질로 사용이 가능한 것이다.

Claims (1)

  1. 탄소강(S45C)등과 같은 금속재를 일정한 형상으로 가공후, 이를 염화나트륨(NaCl) 10중량%, 탄산소다(Na2CO3) 50중량%, 아초산(NaNO2) 40중량%로 조성된 혼합물에 침지시켜 약 80℃의 온도로 약 30분간 가열하여 불순물을 제거하는 탈지공정과;
    공기중에서 300℃의 온도로 약 30분간 가열하는 예열공정과;
    이를 다시 혼합물에 침지시켜 약 575℃의 온도로 30분~1시간동안 가열하는 본열공정과;
    가열된 재료를 청산소다(NaCN) 30중량%, 염화칼륨(KCl) 30중량%, 탄산소다(Na2CO3) 40중량%로 조성된 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 1차 냉각공정과;
    폴리싱, 보러싱, 바렐, 호닝, 버핑 등으로 연마하는 연마공정과;
    이를 다시 전기한 냉각제에 침지시켜 330℃~400℃의 온도로 10~15분간 냉각시키는 2차 냉각공정과;
    냉각제를 200℃에서 100℃로 순차적으로 냉각시키면서 재료를 세척하는 세척공정과;
    재료를 냉각제로부터 꺼내어 공기중에서 송풍건조하는 건조공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 금속재의 열처리방법.
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