KR100448128B1

KR100448128B1 - 로드 휠 제조방법

Info

Publication number: KR100448128B1
Application number: KR10-2002-0024676A
Authority: KR
Inventors: 신철수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2004-09-10
Also published as: KR20030087108A

Abstract

본 발명은 로드 휠용 소재 조성물 및 이를 이용한 로드 휠 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철(Fe)을 주재로 하여 이에 탄소(C) 0.25 중량% 이하, 규소(Si) 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.1 ∼ 1.8 중량%, 인(P) 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하, 구리(Cu) 0.9 ∼ 2.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.005 ∼ 0.03 중량%, 니오븀(Nb) 0.025 ∼ 0.045 중량% 및 알루미늄(Al) 0.01 ∼ 0.03 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 로드 휠용 소재 조성물과, 이 조성 및 함량의 소재를 프레스 가공 및 용접 후 소정의 조건하에서 연질화 열처리함으로써 고강도 로드 휠 제조가 가능해지는 로드 휠 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 프레스 성형이 열처리 전 저강도 고연신율 상태에서 실시되므로 성형이 용이하여 프레스 성형시 발생되던 결함이나 불량율을 저감시킬 수 있고, 연질화 열처리 실시 후에는 강도가 증가되어 고강도 로드 휠을 제조할 수 있으며, 결국 고강도 로드 휠 사용에 따른 경량화 및 연비 개선, 그리고 스프링하 질량(unspurung weight) 감소에 의한 승차감 및 조정안정성의 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

Description

로드 휠 제조방법{Manufacturing method of road wheel}

일반적으로 자동차 로드 휠(road wheel)은 강판 소재를 프레스 및 용접 가공하여 제조되며, 그 소재가 되는 강판에는 프레스 성형성, 버링성, 용접성 등이 요구된다.

종래에는 로드 휠의 소재로서 강도 38 ∼ 60kg/㎟급의 강판이 사용되었는바, 이 강판을 프레스 성형하여 제조하였으며, 이후 석출경화의 효과를 얻기 위하여 저온 열처리를 실시하기도 하였다.

그러나, 종래의 로드 휠 소재는 강도가 너무 낮아 충분한 강도를 갖는 로드 휠을 제조하기 위해서는 그 두께를 두껍게 할 수 밖에 없었고, 결국 그 두께로 인하여 로드 휠의 무게가 무거워질 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 60kg/㎟급 이상의 고강도 소재를 로드 휠 소재로 적용하는 경우, 프레스 성형성이 좋지 않고, 이 경우에도 역시 프레스 성형시 터짐 등의 결함이 여전히 발생되어, 로드 휠의 제조에 어려움이 있어 왔다.

따라서, 프레스 성형성이 충분히 고려되면서도 최종 완성된 로드 휠의 강도를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 경량화 및 연비 향상, 내구성 향상을 가능하게 하는 로드 휠용 소재 조성물 및 이를 이용한 로드 휠 제조방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명의 별명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 철(Fe)을 주재로 하여 이에 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 알루미늄(Al)을 적절히 함유시킨 로드 휠용 소재 조성물과, 이 조성 및 함량의 소재를 프레스 가공 및 용접 후 소정의 조건하에서 연질화 열처리하는 로드 휠 제조방법을 개발하였으며, 이와 같이 제조된 로드휠의 표면 경도, 강도를 확인하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명의 주된 목적은 철(Fe)을 주재로 하여 이에 탄소(C) 0.25 중량% 이하, 규소(Si) 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.1 ∼ 1.8 중량%, 인(P) 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하, 구리(Cu) 0.9 ∼ 2.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.005 ∼ 0.03 중량%, 니오븀(Nb) 0.025 ∼ 0.045 중량% 및 알루미늄(Al) 0.01 ∼ 0.03 중량%가 함유된 로드 휠용 소재 조성물과, 이 조성 및 함량의 소재를 이용하여 프레스 성형성이 충분히 고려되면서도 최종 완성된 로드 휠의 강도를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 경량화 및 연비 향상, 내구성 향상을 가능하게 하는 로드 휠 제조방법을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 철(Fe)을 주재로 하는 로드 휠용 소재를 프레스 가공하여 성형한 후 용접하는 단계와, 이후 열처리하는 단계를 포함하는 자동차용 로드 휠 제조방법에 있어서,

철(Fe)을 주재로 하고 여기에 탄소(C) 0.25 중량% 이하, 규소(Si) 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.1 ∼ 1.8 중량%, 인(P) 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하, 구리(Cu) 0.9 ∼ 2.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.005 ∼ 0.03 중량%, 니오븀(Nb) 0.025 ∼ 0.045 중량% 및 알루미늄(Al) 0.01 ∼ 0.03 중량%가 함유된 소재를 이용하여 프레스 가공 성형 후 용접시키고, 이를 450 ∼ 650℃의 온도범위로 가열하여 40 ∼ 130분간 연질화 열처리한 후 냉각시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 프레스 성형성이 충분히 고려되면서도 최종 완성된 로드 휠(road wheel)의 강도를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 경량화 및 연비 향상, 내구성 향상을 가능하게 하는 자동차 로드 휠용 소재 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 로드 휠용 소재 조성물은 철(Fe)을 주재로 하여 이에 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 알루미늄(Al)을 적절히 함유시킨 것이다.

먼저, 탄소(C)는 적정의 성형성을 확보하기 위하여 전체의 함량 중 0.25 중량% 이하로 포함시키며, 이 함량이 0.25 중량%를 초과하는 경우에는 성형성이 저해되므로 바람직하지 않다.

또한, 규소(Si)는 탈산제로 사용되는 것으로서, 전체의 함량 중 0.25 중량% 이하로 포함시킨다. 여기서, 상기 규소(Si)의 잔류 함량이 0.25 중량%를 초과하면 역시 성형성이 떨어지므로 바람직하지 않다.

또한, 망간(Mn)은 고용강화 원소로 일정한 강도 확보 및 인성 향상을 위하여 첨가되는 것이며, 전체의 함량 중 0.1 ∼ 1.8 중량%를 포함시킨다.

또한, 인(P)은 분순물로서 0.03 중량% 이하로 규제하며, 황(S) 역시 분순물로서 성형성 확보를 위해 0.02 중량% 이하로 규제한다.

또한, 구리(Cu)는 성형 가공 후 열처리시 석출경화 원소로 첨가되는 것이며, 전체의 함량 중 0.9 ∼ 2.2 중량%를 포함시킨다. 여기서, 구리(Cu)의 함량이 0.9 중량% 미만이면 석출경화 효과가 너무 미미하고, 2.2 중량%를 초과하면 석출경화가 포화되므로 상기한 조성범위로 한정한다.

또한, 티타늄(Ti)과 니오븀(Nb)은 공히 석출경화와 결정립 미세화 원소로서 첨가되는 것이며, 티타늄(Ti)은 0.005 ∼ 0.03 중량%를, 니오븀(Nb)은 0.025 ∼ 0.045 중량%를 포함시킨다. 여기서, 이들 함량이 상기 범위 미만이면 석출경화 효과와 결정립 미세화 효과가 오히려 미미하거나 감소하며, 상기 범위를 초과하면 효과가 포화상태에 이르므로 상기한 조성범위로 한정한다.

또한, 알루미늄(Al)은 탄산제 및 질화 촉진 원소로서 첨가되는 것이며, 전체의 함량 중 0.01 ∼ 0.03 중량%로 포함시킨다.

한편, 본 발명은 상기 조성 및 함량의 소재를 이용하여 소정의 열처리를 통해 로드 휠을 제조하는 방법을 포함한다. 로드 휠 제조방법은 소재를 프레스 가공하여 성형 후 용접하는 단계와, 이후 열처리하는 단계를 포함하는 바, 본 발명의 제조방법은 상기 조성 및 함량의 소재를 이용한 열처리 방법에 그 특징이 있다. 즉, 상기 조성 및 함량의 소재를 프레스 가공하여 성형 후 용접한 다음, 이를 450 ∼ 650℃의 온도범위로 가열하여 40 ∼ 130분간 연질화 열처리한 후 냉각시켜 로드 휠을 제조한다. 본 발명의 제조방법에서 연질화 처리는 암모니아 가스와 일산화탄소를 1:3으로 혼합한 질화 분위기에서 실시하는 통상의 방법이 적용되며, 연질화 처리동안 분위기 중의 질소가 소재 표면으로 침투하여 질화물을 형성시키면서표면 경도를 높게 한다. 이와 같은 방법으로 완성된 로드 휠은 석출경화 및 표면 질화 강화의 효과에 의해 표면 경도 및 강도가 향상될 수 있다. 여기서, 상기 가열온도를 450 ∼ 650℃로 한정한 이유는 상기한 조성 및 함량의 소재를 400 ∼ 700℃의 온도범위 내에서 여러 온도상태로 가열하여 80분간 연질화 열처리를 실시한 후 방냉하고, 이후 가열온도별 각 소재의 비커스 경도를 측정 비교한 결과에 따른 것이다. 또한, 상기 가열온도로 유지시키는 시간, 즉 연질화 열처리가 실시되는 시간을 40 ∼ 130분간으로 한정한 이유는 상기한 조성 및 함량의 소재를 가열온도 570℃에서 여러 시간(20분, 40분, 60분, 120분, 160분)동안 연질화 열처리를 실시한 후 방냉하고, 이후 시간별 각 소재의 비커스 경도를 측정 비교한 결과에 따른 것이다. 상기 가열온도 및 연질화 열처리 시간의 한정 이유는 이후 실험예를 통해 다시 설명하기로 한다.

이하, 다음의 실시예에 의거 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

먼저, 하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량의 소재를 800톤 프레스를 이용하여 로드 휠 형상으로 성형하고, 이를 570℃로 가열하여 온도를 유지한 상태에서 70분간 연질화 열처리를 실시한 후 방냉하여 인장시편을 제조하였다. 여기서, 연질화 열처리는 암모니아 가스와 일산화탄소를 1:3으로 혼합한 질화 분위기에서 실시하는 통상의 방법을 적용하였다.

실험예 1

상기 표 1에 나타낸 조성 및 함량의 소재를 다음의 표 2에 나타낸 온도조건하에서 각각 80분간 유지하면서 연질화 열처리한 후 방냉한 다음 비커스 경도를 측정하였고, 그 결과를 다음의 표 2에 요약하여 나타내었다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 연질화 열처리 후 소재의 표면 경도는 열처리시의 가열온도가 450 ∼ 650℃의 온도범위일 때 상대적으로 크게 나타났다. 따라서, 본 발명의 제조방법에서는 연질화 열처리시의 가열온도를 450 ∼ 650℃의 온도범위로 한정한다.

실험예 2

상기 표 1에 나타낸 조성 및 함량의 소재를 570℃에서 다음의 표 3에 나타낸 유지시간동안 연질화 열처리한 후 방냉한 다음 비커스 경도를 측정하였고, 그 결과를 다음의 표 3에 요약하여 나타내었다. 여기서, 유지시간은 소재를 가열온도상태로 유지하면서 연질화 처리를 실시하는 시간을 나타낸다.

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 연질화 열처리 시간이 40분 미만일 경우에는 표면 경도가 낮아 바람직하지 않았고, 160분 이상에서는 표면 경도가 포화상태를 보이므로 이 또한 바람직하지 않았다. 따라서, 본 발명의 제조방법에서는 연질화 열처리 시간을 40 ∼ 130분간으로 한정한다.

실험예 3

상기 실시예에서 제조한 시편을 KS B0802에 규정된 금속재료 인장시험법을 이용하여 인장강도 및 연신율을 측정하였고, 그 결과를 다음의 표 4에 요약하여 나타내었다. 또한, 상기 표 1에 나타낸 조성 및 함량의 소재를 열처리 실시 전 상태에서 동일한 인장시험법을 이용하여 인장강도 및 연신율을 측정하였고, 이를상기 실시예에서 제조한 시편의 측정결과와 비교하였다.

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 연질화 열처리 후의 소재가 동일 조성 및 함량을 갖는 열처리 전의 소재에 비해 인장강도가 매우 크게 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 상기 표 1의 조성 및 함량을 갖는 소재는 상기 표 4에서와 같이 열처리 전 상태에서 고연신율을 가지므로 열처리 전 실시되는 프레스 가공의 성형성이 좋다고 할 수 있다.

결국, 로드 휠을 제조하는데 있어서, 본 발명에 따른 조성 및 함량의 로드 휠용 소재를 프레스 가공하여 성형 후 용접한 다음, 이를 450 ∼ 650℃의 온도범위로 가열하여 40 ∼ 130분간 연질화 처리한 후 냉각시키는 방식으로 열처리를 실시하게 되면, 높은 표면 경도 및 고강도를 갖는 로드 휠을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 철(Fe)을 주재로 하여 이에 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 알루미늄(Al)을 적절히 함유시킨 로드 휠용 소재 조성물과, 이 조성 및 함량의 소재를 프레스 가공 및 용접 후 소정의 조건하에서 연질화 열처리함으로써 고강도의 로드 휠 제조가 가능해지는 로드 휠 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 프레스 성형이 열처리 전 저강도 고연신율 상태에서 실시되므로 성형이 용이하여 프레스 성형시 발생되던 결함이나 불량율을 저감시킬 수 있고, 연질화 열처리 실시 후에는 강도 및 경도가 증가되어 고강도 로드 휠을 제조할 수 있으며, 결국 고강도 로드 휠 사용에 따른 경량화 및 연비 개선, 그리고 스프링하 질량(unspurung weight) 감소에 의한 승차감 및 조정안정성의 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
철(Fe)을 주재로 하는 로드 휠용 소재를 프레스 가공하여 성형한 후 용접하는 단계와, 이후 열처리하는 단계를 포함하는 자동차용 로드 휠 제조방법에 있어서,

철(Fe)을 주재로 하고 여기에 탄소(C) 0.25 중량% 이하, 규소(Si) 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.1 ∼ 1.8 중량%, 인(P) 0.03 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하, 구리(Cu) 0.9 ∼ 2.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.005 ∼ 0.03 중량%, 니오븀(Nb) 0.025 ∼ 0.045 중량% 및 알루미늄(Al) 0.01 ∼ 0.03 중량%가 함유된 로드 휠용 소재를 프레스 가공 성형 후 용접시키고, 이를 450 ∼ 650℃의 온도범위로 가열하여 40 ∼ 130분간 연질화 열처리한 후 냉각시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 로드 휠 제조방법.