KR100382033B1 - 오디에스-소결철 합금으로부터 납접된 금속박을가지는부품그리고이것의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 큰 본체에 굽혀지고 접혀진 금속 박의 납땜에 의하여 우수한 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 박 재로서 적용되는 철을 기초로 한 신화 분산 강화-소결 재는 그러한 가공이 전혀 허용되지 않거나 또는 비경제적인 과다 비용으로만 허용이 되는 유의 소재 특성이 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 의한 방법은 품질을 저하 시키지 않고서도 경제적인 제조방법의 문호를 개방하고 있다.
Description
본 발명은 철을 기초로 하는 산화 분산 강화-소결 재로 된 박(箔) 두께 500㎛이하의 굽혀지거나 겹쳐진 금속 박의 요소로 되어 본체에 납땜되는 부품 제조 방법에 관한 것이다. 이때 이러한 소결 소재는 원재료 분말, 열간 프레스 및/또는 압출 프레스의 기계적인 합금 공정으로 제조되는데 다음 공정 단계에서 박의 형성과 동시에 기계적 강도가 향상 되도록 열간 압연, 냉간 압연 후 최종적으로 재결정 풀림 처리가 되어 완성 가공된다.
기계적으로 합성된 산화 분산 강화-소결 재들은 터빈과 주요 부품들에 사용되는데 여기에서 고온 가스에 대하여 특히 고도의 내열성 및 특히 내식성이 좋은 이유도 있다.
이러한 소재가 새로운 분야에서 활용되는 속도가 느린 이유는 본 소재의 우수한 성질을 유지하기 위하여서는 비용이 많이 드는 특수한 제조공정에 의해서만 달성되며 이에 따라서 이러한 소재는 한정된 범위의 부품 형상에서만 제한적으로 기계 가공이 되고 특수한 제조공법의 유지하에서 액면 그대로 품질이 저하되지 않으면서도 유사형 이나 기타 소재와 대등하여야 한다는 조건이 따르기 때문이다.
가능한 강도와 내식성을 가지는 이러한 소재를 제조하는테 있어서 금일에 이르기 까지 부단한 발전을 해시 선 합성된 합금 성분의 기계적인 합금 제조방식은 합금 분말의 열간 프레스 및/또는 열간 압출에 따라서 입증이 되였다. 봉재의 반제품으로 공급 될 경우 이 제품은 다음 공정에서 열간 압연이 되며 그 다음에는 재질 입도를 조대화 시키기 위하여 최종적으로 재결정화 시킨다.
보통 1330∼1500℃ 정도에서 하는 재 결정 풀림 공정은 조대한 입도 조직의 형성으로 인하여 소재의 내열성이 현저히 증대하게 된다, 소재가 강판으로 가공되면 열간 압연에 이어서 다수의 압연 롤링밀 스토퍼로 구성되어 있는 냉간 압연 공정이 따르고 이어서 최종 재 결정 풀림 공정이 수반된다. 이러한 표준 제조 공법은 이를테면 존 제이 피쇼(John J. Fischer)의논문 "공업용 기계적 합금 소재" 및 철강 112(1992),No. 7,77ff면에 기재되어 있다.
이 논문에 의하면 박 두께가 0.1mm에 이르는 기계적 합금의 소결 철강재의 박(포일)이 제조되며 특히 이러한 소재로 된 박(포일)은 고강도와 동시에 실온에서 이의 굽힘 및 접힘시에 균열 및 파괴의 우려로 인하여 만족 할만한 결과를 얻지 못한다. 이의 타개책으로 실무자들이 별로 달갑지 않게 여기는 균열/연성 천이온도(遷移溫度)이상의 온도로 박(포일)을 가열 하는 것이다. 즉 박의 성형 및 접음은 최소 100℃의 보다 높은 온도에서 행하여야 한다.
동 문헌에서는 철 및 닉켈 베이스에 대한 기계적 합금 산화 분산 강화재의 용접성이나 납땜성이 좋지 않음을 강조 하고 있다. 이러한 이유는 소재표면의 안정되어 있는 산화층 때문이다. 이러한 현상은 적용 제조공정으로 인하여 불가피 한 것이다. 이미 1983.5.22-25 런던(London)에서 개최된 국제회의 석상의 발표된 "제 2차 기계 합금의 산화물 분산 강화 합금의 공정"에 관한 129ff 페이지내용을 보면 납땜 또는 용접을 위한 이런 소재들의 상세한 준비 사항에 대하여 다룬 바 있다. 거기에서 진공 경 납땜을 할 때 필요한 전 처리는 납땜 표면을 기계적으로 연마하도록 권장 하고 있다. 연마된 표면은 납땜 할 때까지 새로운 산화 작용을 즉시 방지하기 위하여 이를테면 알콜 속에 침적 시키는 것의 보완책이 바람직한 것으로 시사 되고 있다. 동 논문은 기타 닉켈-및 코발트베이스-납땜 합금을 이에 대하여 효과적으로 적용할 수 있는 납땜 재로 지적 하고 있다. 이러한 소재를 접할 할 때에 그의 강도와 내식성이 저하 될 우려가 있음을 지적 하고 있다. 동 논문에 의하면 따라서 두께가 2.5mm인 강판 접합의 효과적인 적용방법을 제시하고 있으나 보다 두꺼운 판에는 이를 적용하지 않도록 권장하고 있다.
아주 엷은 박의 접합에 대해서는 레이저-, 전자빔-과 저항-용접이 감안되고 있다; 적당한 경 납땜 방법에 대해서는 언급하지 않고 있다.
따라서 본 발명의 과제는 청구범위 제 1항의 상위개념에 따르는 부품들이 제작 될 수 있는 방법의 준비이다.
이러한 납땜 대상 부품들은 현재까지도 흡족할 정도로 제작이 안되고 있다. 이에 따라서 본 과제는 특히 아주 엷은 박(포일)을 실온에서 접거나 굽혀도 균열이 없이 연속적으로 납땜이 가능하고 완제 부품에 있어서 일반적인 산화 분산 강화-소결 재의 내식성 및 기계적 강도를 상실하지 않도록 하는 방법을 제시하는데 있다.
본 과제는 발명에 따라서 냉간 압연에 의한 박(포일) 재의 제조가 연 풀림에 의해서 중절이 되고 연이어 실온에서 굽혀지거나 접혀진 박(포일)이 독특한 공정으로 동시에 3∼600분간 재결정-풀림이 되는 동안에 1100∼1330℃의 온도범위에서 납땜하는 방법으로 해결이 된다.
따라서 본 발명에 의한 해결방안은 종전까지 우수한 소재 특성을 유지하기 위하여 단념하다 시피한 방법에 대하여 본질적인 제조방법을 변경시키는 데 있다. 이러한 소재에 대한 원재료의 열간- 및 냉간 압연에 이어서 행하는 연 풀림은 그 자체가 이미 종전에 시험이 되었다고 하지만 허다한 시도에도 불구하고 박(포일)의 경우는 적용이 안되고 고무적이 못 되었다.
재결정 온도하의 보통 온도에서 마이크로 경도와 강도의 복원도 현저한 연성의 증가도 발견되지 아니하였다. ("산화-분산-강화 페라이트 강 MA956"의 기계적 성질과 완충 작용, G.H. GESSINGGER AND O. MERCIER, 분말금속. INT. 10.4(1978); "상승 온도에서 산화 분산 강화 폐라이트 강에 대한 인장 변형 작용", M.OTSUKA 및 K.WATANABE, 제 33차 재료 연구에 관한 일본 회의, 1990년 3월)
따라서 엷은 박(포일)을 연 풀림해서 현저히 연성이 증대되는 상태를 보이고 이이서 이러한 박을 즉 사전에 예열하지 않고서도 문제없이 박에서 균열도 발생되지 않으며 발명에 의한 공법에서 또 다른 결과로서 최종 제품에서 고강도 및 양호한 내식성이 지속적으로 저하되지 않고서도 연이은 굽힘이나 접힘이 허용되는 것은 경이로운 일이며 예견할 수 없었던 일이다. 연 풀림 공정은 600∼1050℃에서 30∼300분간 수소 분위기하의 보호 가스나 또는 고도의 진공 상태에서 유리하게 행해 진다.
박(포일)의 납땜은 알려진 납땜 합금의 광범위한 스펙트럼에 의하여 놀라울 정도로 행해진다. 보통 철을 기초로 한 기계적 합금 인 산화 분산 강화-소결 재가 최소한 1330℃에서 재 결정 풀림이 되는 동안에 발명에 의한 박(포일)은 해당 납땜 재가 이미 1100℃의 온도애서 모 재 부에 납땜이 됨은 물론이고 동시에 그의 전 용적 내에서 재결정이 되도록 한다. 따라서 박(포일)의 납땜이 발명에 의한 방법대로 하면 납땜 할 소결 재의 각 부품을 융해 시키며 재결정 공정으로는 더 이상 환원이 아니되어서 유지해야 할 소재 성질의 열화를 초래시키는 알려진 강세 납땜 재가 필요 없게 된다. 납땜 소재로서는 CoCrNiSiW-합금과 같은 코발트계의 것은 물론이고 이를테면 NiCrSi, NiCrSiMn, NiCrB 및 NiCrSiBFeW와 같은 니켈-크롬-계의 것이 있으며 또한 FeSiB와 같은 철계 납땜재 및 티탄 계의 것이 특히 인정되고 있다.
발명에 따른 방법을 적용할 때에는 납땜 할 표면을 현재의 가능한 기술로 우선 표면의 불순물 특히 표면에 부착되어 있는 산화 층을 기계적으로 제거하는 것이 이로운 것으로 판명이 되었다. 이러한 세정 공정은 특히 다수의 롤링 밀 스토퍼로 구성된 냉간 압연 중절 중에 행해진다. 그러나 박(포일)의 두께가 500㎛ 이하일 경우에는 곤난 하다. 진공상태나 또는 산화방지 보호 가스-분위기 하에서 연 풀림이 행해질 때 이렇게 유지된 고도의 표면 조도는 납땜 공정이 이루어 질때까지 유지 된다.
산화 분산 강화-철계-소결재에서 발명에 의한 방법을 적용하기 위해서는 우선 알미늄이 3∼10 중량%를 함유하는 것이 좋으며 이때 알미늄-성분에 의하여 산화알미늄 층으로 된 표면 조성이 요구 된다. 가장 많이 쓰이는 산화 분산 강화 철계 소결재는 다음의 합금 성분을 가지고 있ㄷ;
6∼30 중량% Cr, 3∼-10 중량% Al, 5 중량% 까지의 Ti, 10% 중량%까지의 Mo 나 W, 5중량% Ta,
0.15~2 중량 %의 매트릭스내에서 미세 분산 분포된 이와 무반응의 금속인 이트륨(Yttrium), 알미늄, 란탄(Lanthanum), 및/또는 지르코늄(Zirconium), 잔여 철의 산화미립자
발명에 따른 방법은 다음 실시예를 들어서 보다 상세히 설명된다.
실 시 예
발명에 따른 방법을 적용하기 위하여서는 이러한 소재의 제조에 일반적으로 적용되는 입도 크기-분포로 된 다음의 화학성분으로 된 분말 혼합이 조성된다. 19 중량% 크롬, 5.5 중량% 알미늄, 0.5 중량 % 티탄, 0.5 중량% 이트륨, 잔여철.
상술한 방법의 매개 변수를 적용하는 데 있어서 분말이 우선적으로 기계적인 방법으로 합금화 되고 그 다음에 가열 압축이 되며 더 나아가 열간 압연과 냉간 압연을 거쳐서 두께가 0.10mm인 박(포일)의 스트립으로 가공 된다.
이러한 스트립은 연성이 아주 작아서 연구결과에서 밝혀 졌듯이 이를 접기란 대단히 곤난 하다. 이러한 박(포일)은 부러진다.
따라서 박(포일)은 780℃에서 60분간 연 풀림 처리를 하게 된다. 동시에 나선형으로 감긴 박(포일)도 서로 접히는 박(포일) 표면이 늘러 붙지 아니한 채로도 풀림이 문제 없이 가능하다.
박(포일)에서 절단한 시편을 시험한 결과에 의하면 냉간 압연 후 부여된 강 또는 1612MPa에서 1240MPa로, 0.2%-탄성한도는 1575MPa에서 1187MPa로, 빅커스 경도는 428에서 381도로 현저히 저하 되는 반면 A-5-연성이 0.4%에서 놀랍게도 4.1% 까지 증대 되었다.
따라서 실온에서 연 풀림을 한 박(포일)은 압연 방향으로는 물론이고 종 방향으로도 접거나 휘어도 균열이 발생하지 않게 된다. 이러한 전 처리 박(포일)은 또한 실온하에서도 메터 길이의 파형판으로도 문제없이 가공 할 수 있게 된다.
이렇게 제조되어 굽임 및 접혀 진 박은 고용체 경화 또는 석출 경화된 닉켈-계 합금의 베이스에 대한 용접성이 대단히 우수하고 납땜 성도 양호하다. 이와같이 중요한 것은 개별적으로 굽은 구조 요소의 상호 용접성이 양호하고 베이스에 대한 이러한 용접구조 요소의 납땜성이 우수하다는 데도 있다. 이와 똑같은 결과는 철-계- 및 닉켈-제-산화-분산-강화 합금에서도 얻게 되낟.
경 납땜을 할 때에는 코발트-닉켈-크롬-실리콘-납이 적용된다. 베이스와 박(포일)의 구조로 구성된 개별 부품은 또한 균일하게 1140℃로 가열되고 이리한 온도에서 75분간 방치 된다.
부품을 냉각 시킨 후 조사한 바에 의하면 부품 성분의 기계적인 강도가 높아도 구성되고 있는 소재의 조직에 별로 영향을 미치지 않게 하는 납땜이 행해지고 동시에 이전에 대단히 미세한 박(포일)의 입도 조직의 완벽한 재결정이 조대한 입도의 내열 강도를 증대시켜 주는 결합 조직으로 된다는 것이 입증 되었다.
발명에 의한 방법의 응용범위는 위에 언급한 예에 국한되지 않는다. 본 방법에 따른 부품에 대한 중요한 응용 분야를 들면 특히 터빈 날개 부위의 링형 실 요소나 또는 차열판-벽체 타일로서 우주항공 분야이다. 또한 기타 응용분야를 들면 차량용 금속의 유해-촉매제 및 재생 연소 체제의 축열체 분야이다.
Claims (8)
- 소결 재가 원료 분말, 열간 프레스 및/또는 압출 프레스를 가지고 행하는 기계적인 합금 조성에 의해서 제조되며 박의 조형과 동시에 기계적인 강도 특성을 향상 시켜주기 위하여 다음 공정으로는 열간 압연, 냉간 압연을 거치서 최종적으로 재 결정 풀림 처리를 하여 완성 가공되며, 철계의 산화 분산 강화-소결 재로 된 박 두께 500㎛이하가 되는 굽혀진 또는 접혀진 금속 박으로 되어 있는 본체에 납땜 되어 지는 요소를 가진 부품의 제조방법에 있어서,박 소재의 제조는 냉간 압연 공정을 거친 다음 연 풀림으로 중절이 되며 다음으로 실온에서 굽혀지거나 접혀진 박은 독특한 작업 공정으로 3-600분간 1100~1330℃인 온도범위에서 납땜과 더불어서 재 결정되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항에 있어서,다수의 롤링 스토퍼를 포함하고 있는 냉간 압연 전이나 중전 상태에서 박 표면에 부착된 오염물과 반응물질이 특히 연마에 의해서 기계적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,연 풀림 공저엥 이어서 그리고 박의 접힘 전에 최소한 또 다른 냉간 압연공정이 이어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,온도가 600~1050℃ 범위에서 30~300분간 보호가스 분이기에서 수소가스 또는 고도의 진공상태에서 연 풀림 공정이 행해지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,납땜 재료로서 CoCrNisiW와 같은 코발트계-합금이 사용 된다는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,납땜 재로서 NiCrSi, NiCrSiMn, NiCrB 및 NiCrSiBFeW와 같은 니켈-크롬-합금이나 또는 FeSiB와 같은 철-기 합금이나 또는 티탄-기 합금이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 하나의 항에 있어서,박의 측부 모서리에서 이의 끝간 납땜과 박 소재의 재 결정 풀림 영역으로 보나 시간적으로 보아 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 하나의 항에 있어서,철기의 산화 분산 강화-소결 재가 다음의 합금 성분 즉 6-30 중량% Cr, 3-10 중량% Al, 5중량 % 까지의 Ti, 10중량 % 까지의 Mo 또는 W, 5 중량% 까지의 Ta, 0.15∼2 중량 %의 매트릭스 내에서 미세 분산 분포된 이와 반응이 안되는 금속인 이트륨, 알미늄, 란탄, 및/또는 지르코늄, 잔여 철을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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