KR100422737B1

KR100422737B1 - Ｓｃｍ계 단조품의 제어 냉각 방법

Info

Publication number: KR100422737B1
Application number: KR10-2001-0041108A
Authority: KR
Inventors: 문익주
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2004-03-12
Also published as: KR20030005705A

Abstract

본 발명은 단조품의 소재를 SNCM계에서 SCM계로 대체하고 여기에 냉각 작업 조건을 변경하여 단조품이 SNCM계 단조품과 동등하거나 이보다 높은 기계적 성질(물성치)을 만족시킴으로써, 생산 원가를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 단조품의 가공성을 향상시키고 기어면에서의 긁힘이나 뜯김등으로 발생되는 소음 현상을 없앨 수 있는 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법을 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 SCM계 단조 소재를 열간 단조하는 과정과, 이 단조품을 제어 냉각 하는 과정과, 냉각된 단조품을 ISO 어닐링(annealing) 처리하는 과정과, 어닐링 처리된 단조품을 침탄처리 하는 과정으로 이루어지되, 상기 제어 냉각 과정은 재결정 온도 영역(870℃ 이상)에서 급냉시켜 결정립의 성장을 억제시키고 나서 이상 영역(austenite + ferrite)에서 급냉시켜 밴드(band) 조직의 생성을 억제하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＳＣＭ계 단조품의 제어 냉각 방법{Cooling control method for SMC forging parts}

본 발명은 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열간 단조를 끝낸 단조 예비품을 오스테나이트(austenite) 영역에서 냉각 속도를 제어하여 단조 소재의 최종 결정립을 미세화하여 소재의 강도를 향상시켜 SNCM계 단조 소재와 동등한 물성치를 만족시킬 수 있는 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법에 관한 것이다.

일반적으로 단조(forging)는 금속을 일정한 온도로 열 압력을 가해 성형품의 인성과 내구성을 향상시키는 것으로, 여러 산업에서 많이 응용되고 있다.

일예로 자동차의 경우 트랜스 밋션 내부에 장착되는 각종 기어와 샤프트를 단조 가공하여 많이 사용하고 있는데, 이때 단조 소재로서 SCM계 소재를 많이 이용하고 있다.

그런데, 상기 SCM계 단조 소재는 기어의 내구 시험시나 실제 차량에 장착되어 판매된 차량에서 기어와 샤프트에서 많은 마모와 파손이 발생하게 되어, 소비자로 하여금 불만의 대상이 되어 이에 대한 개선책이 필요하게 되었다.

이를 해결하기 위한 방법으로, 상기 SCM계 단조 소재보다 기계적 성질(물성치)이 큰 SNCM계 단조 소재를 원료로 하여 제조하고 있다. 상기 SNCM계 단조 소재는 종래의 SCM계 단조 소재에는 없는 Ni이 함유되어 있으며, 이 Ni은 단조 소재의 인성을 증대시키는 고유한 특성을 가지고 있어 성형품의 강도를 높여 단조품의마모나 파손을 방지해 주기 때문에 소비자의 만족도를 훨씬 높여주고 있다.

그러나, 상기 SNCM계 단조 소재는 단조품의 내구성과 강도를 높여주는 장점과 함께 다음과 같은 문제점들을 가지고 있어 이에 대한 해결방안이 시급한 실정에 이르게 되었다.

1) 단조 소재의 강도는 강하나 기계 가공이 어렵기 때문에 생산성이 떨어지게 되는 문제가 발생하게 되었다.

2) 강도가 강한 SNCM계 단조품을 가공하기 위해 고가품인 가공 공구, 예를 들어 치절공구(Hob, Pinion Cutter, Saving Cutter)를 필요로 하기 때문에 고가인 Ni의 첨가와 함께 생산 원가가 높아지게 되는 원인으로 작용하게 되었다.

3) 상기 치절 공구의 수명이 단축되고 이 뿐만 아니라 단조품(기어)의 치면 표면에 긁히거나 뜯기는 현상이 발생되고, 이는 기어 치합시 소음을 전가되어 소비자에게 편의성을 떨어 뜨리게 되는 원인으로 작용하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 단조품의 소재를 SNCM계에서 SCM계로 대체하고 여기에 냉각 작업 조건을 변경하여 단조품이 SNCM계 단조품과 동등하거나 이보다 높은 기계적 성질(물성치)을 만족시킴으로써, 생산 원가를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 단조품의 가공성을 향상시키고 기어면에서의 긁힘이나 뜯김등으로 발생되는 소음 현상을 없앨 수 있는 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명과 종래의 단조품 제조 공정을 나타내는 도면으로, (a)는 본 발명에 따르는 단조품의 제조 방법, (b)는 종래의 단조품 제조 방법,

도 2는 본 발명에 따르는 제어 냉각 방법을 설명하기 위한 온도와 시간 관계를 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명에 따르는 단조품의 결정 입도 측정 결과를 나타내는 것으로, (a)는 샘플 1의 치표면부를, (b)는 샘플 1의 치원심부를 나타내는 사진,

도 4는 본 발명에 따르는 단조품의 결정 입도 측정 결과를 나타내는 것으로, (a)는 샘플 2의 치표면부를, (b)는 샘플 2의 치원심부를 나타내는 사진,

도 5a와 도 5b는 종래 방법에 따르는 단조품의 결정 입도 측정 결과를 나타내는 것으로, (a)는 샘플 1의 치원심부를, (b)는 샘플 2의 치원심부를 각각 나타내는 사진.

이를 실현하기 위한 본 발명은:SCM계 단조 소재를 열간 단조하는 과정과, 이 단조품을 제어 냉각 하는 과정과, 냉각된 단조품을 ISO 어닐링(annealing) 처리하는 과정과, 어닐링 처리된 단조품을 침탄처리 하는 과정으로 이루어지되,상기 제어 냉각 과정은 열간 단조 후, 재결정 온도 영역(1100∼870℃)을 갖는 SCM계 단조 소재(SCM822HVSI)를 냉각 속도 212℃/mim로 제어 냉각하며 급냉시키고, 재결정 온도 영역(870∼720℃)에서는 250℃/mim로 제어 냉각하며 급냉시켜서 결정립의 성장을 억제하고, 오스테나이트(austenite)와 페라이트(ferrite) 조직이 함께 공존하는 이상영역에서도 상기와 동일한 급냉 속도로 냉각시켜 밴드(band) 조직의 생성을 억제할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법을 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명과 종래의 단조품 제조 공정을 나타내는 도면으로, (a)는 본 발명에 따르는 단조품의 제조 방법, (b)는 종래의 단조품 제조 방법이다.본 발명은 SCM계 단조 소재를 열간단조하는 과정을 거쳐 제어 냉각하고, 냉각된 단조품을 ISO 어닐링(Annealing) 처리한 다음 유사침탄 과정을 거쳐 제조하게 되는데, 종래의 제조 방법과 비교해 볼 때 단조 소재와 열간 단조를 끝낸 단조품의 냉각 방식과 침탄 과정에서 다음과 같은 차이가 있다.

먼저, 본 발명은 종래의 열간 단조 소재로 사용하던 SNCM계 단조 소재보다 기계적 물성치가 낮은 SCM계 단조 소재를 사용하여 종래와 동일한 열간 단조 방식으로 단조품을 얻고, 특히 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같은 제어 냉각 방식을 통해 종래의 SNCM계 보다 우수한 기계적 물성치값을 갖는 SCM계 단조품을 얻게 된다. 여기서, 상기 제어 냉각 방식은 재결정 온도 영역과 이상 영역 2곳에서 소정의 냉각 속도로 제어를 하게 된다.

상기 재결정 온도 영역에서의 냉각은 열간 단조 과정에서 재결정 온도(870℃) 이상인 SCM계 단조 소재를 급냉시켜 결정립의 성장을 억제하게 되며, 이때의 급냉 속도는 200℃/min 로 냉각시키게 된다. 또한, 오스테나이트(austenite)와 페라이트(ferrite) 조직이 함께 공존하는 이상영역에서는 상기 급냉 속도와 같은 속도로 냉각시켜 밴드(band) 조직의 생성을 억제하게 된다.

이와 같이 제어 냉각을 끝낸 SCM계 단조품은 종래의 제조방법과 동일하게 ISO 어닐링(annealing) 과정을 거치고 침탄처리를 하여 완제품으로서의 단조품을 얻게 된다.

이하, 본 발명과 종래의 제조 방법으로 제조된 단조품에 대한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

다음의 표 1은 단조 소재로서 SCM계 822HVSI를 사용하여 열간 단조를 한 다음 냉각 속도를 측정한 본 발명의 결과와 단조 소재로서 SNCM계 518H를 적용하여본 발명과 동일한 열간 단조후 냉각 속도를 측정한 종래의 결과를 나타낸다.

온도구간(℃)	냉각속도(℃/min)
온도구간(℃)	종래	본 발명
1100 ∼ 870	117	284
820 ∼ 720	73	96

이와 같은 냉각속도로 냉각된 단조 소재를 ISO 어닐링(anneling) 공정과 침탄 공정을 끝낸 후 결정 입도의 측정 결과는 다음의 표 2와 같다. 여기서, 샘풀 1과 샘풀 2는 동일 재질로서 본 발명과 종래의 재질을 2개씩 채취하여 실시한 것이다.

구분	적용재질	침탄후 결정입도(ASTM No.)	비고
본 발명	샘풀 1	SCM계 822HVSI	치표면부 : 10.39치원심부: 10.49	공정 : 열간단조 →제어냉각 →유사침탄 (900℃, 2시간) →퀸칭(quenching) (수냉)
	샘풀 2		치표면부 : 10.49치원심부 : 10.44
종래	샘풀 1	SNCM계 518H	치원심부 : 11.15 ∼ 11.19
	샘풀 2		치원심부 : 10.13 ∼ 10.18

이와 같은 공정을 통해 얻어지는 본 발명에 따르는 샘풀 1의 치표면부와 치원심부의 사진이 첨부도면 도 3의 (a)와 (b)에 도시되어 있으며, 샘풀 2에 대한 치표면부와 치원심부의 사진이 4의 (a)와 (b)에 나타나 있다. 또한, 종래의 샘풀 1과 샘풀 2의 치원심부가 가각 도 5의 (a)와 (b)에 나타나 있다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 제어 냉각품의 침탄 후 결정 입도 측정 결과가 ASTM No. 10 이상인 단조품을 얻을 수 있으며, 이는 단조 소재의 굽힘 및 피로 강도를 향상시키는 결과라고 할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 SCM계 단조 소재를 열간 단조 후 제어 냉각 과정과 ISO 어닐링(anneling) 공정 그리고 유사 침탄 과정을 통해 ASTM No.10이상인 단조품을 얻을 수 있게 함으로써 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

1) 종래의 SNCM계 단조 소재보다 싼 SCM계 단조 소재를 사용할 수 있게 되어 생산 단가를 낮출 수 있게 된다.

2) 기존 SNCM계 단조 재질로 제조된 단조품의 가공의 난이성에 따른 생산성 저하를 막을 수 있을 뿐만 아니라 가공 공구의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

3) 가공 후 치면 뜯김이나 긁힘 등으로 인해 발생되는 소음 발생을 막아 주게 된다.

Claims

SCM계 단조 소재를 열간 단조하는 과정과, 이 단조품을 제어 냉각 하는 과정과, 냉각된 단조품을 ISO 어닐링(annealing) 처리하는 과정과, 어닐링 처리된 단조품을 침탄처리 하는 과정으로 이루어지되,

상기 제어 냉각 과정은 열간 단조 후, 재결정 온도 영역(1100∼870℃)을 갖는 SCM계 단조 소재(SCM822HVSI)를 냉각 속도 212℃/mim로 제어 냉각하며 급냉시키고, 재결정 온도 영역(870∼720℃)에서는 250℃/mim로 제어 냉각하며 급냉시켜서 결정립의 성장을 억제하고, 오스테나이트(austenite)와 페라이트(ferrite) 조직이 함께 공존하는 이상영역에서도 상기와 동일한 급냉 속도로 냉각시켜 밴드(band) 조직의 생성을 억제할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 SCM계 단조품의 제어 냉각 방법.
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