KR100475942B1 - 자동차용 베어링의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 베어링의 열처리 방법에 관한 것으로, 베어링의 특수침탄 처리를 통한 베어링의 내마모성 향상, 치수 안정성과 함께 베어링 성능 및 수명이 향상된 자동차용 베어링의 열처리 방법을 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 800∼840℃ 온도에서 5∼7시간 동안 가열하면서 암모니아 가스와 RX 가스를 주입하여 베어링 표면층에 함침입시키는 단계와, 이 가스들이 침투된 베어링을 40∼80℃ 온도의 오일에 투입하여 교반 상태로 15분간 유지하는 냉각 단계와, 160∼180℃ 온도 조건에서 90∼150분 동안 유지하는 뜨임 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 암모니아 가스는 단위시간당 0.15∼0.20㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RX 가스는 단위시간당 5∼10㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 베어링의 열처리 방법{Heat treatment for bearings of an automobile}

본 발명은 자동차용 베어링의 열처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내이물 저항성 및 고온에서 치수 안정성이 우수하고 경도 저하가 적은 자동차용 베어링의 열처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 베어링은 동작 특성상 고하중을 받으면서 빠른 회전 속도로 회전하게 된다. 이에 베어링은 외륜과 내륜 그리고 전동체 사이에서 발생되는 마찰열에 의해 온도가 상승하게 되어 윤활 성능이 떨어지고 또한 극압에 의해 마모로 파손이 발생하게 된다.

이에 베어링 개발 단계에서 베어링의 성능이나 그 수명 등 제기능을 발휘할 수 있도록 열처리를 통해 베어링의 내마모성과 내열성을 향상시키게 된다.

종래의 베어링 열처리는, 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 베어링강으로 제작된 베어링을 850 ∼ 880 ℃ 온도로 30 ∼ 60분간 가열하고, 심냉(유냉) 처리를 한 다음 150 ∼ 200 ℃ 온도로 90 ∼ 120분간 템퍼링 처리를 하게 된다.

이러한 종래의 베어링 열처리 방법은 단순 전경화처리만으로서, 마찰 마모에 의한 표면 기점 파손에 취약하며, 특히 오염된 작동 환경에서 금속 입자들과의 마찰 등에 의한 덴트 발생으로 인해 조기 마모를 유발하여 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 이를 감안하여 안출한 것으로, 베어링의 특수침탄 처리를 통한 베어링의 내마모성 향상, 치수 안정성과 함께 베어링 성능 및 수명이 향상된 자동차용 베어링의 열처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 800∼840℃ 온도에서 5∼7시간 동안 가열하면서 암모니아 가스와 RX 가스를 주입하여 베어링 표면층에 함침입시키는 단계와, 이 가스들이 침투된 베어링을 40∼80℃ 온도의 오일에 투입하여 교반 상태로 15분간 유지하는 냉각 단계와, 160∼180℃ 온도 조건에서 90∼150분 동안 유지하는 뜨임 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 암모니아 가스는 단위시간당 0.15∼0.20㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RX 가스는 단위시간당 5∼10㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일반 고탄소크롬 베어링강을 특수열처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 베어링강의 표면에 암모니아 가스와 RX 가스를 함침시켜 주는 단계를 거치게 된다. 이때, 상기 베어링강은 820∼850℃ 온도에서 5 ∼ 7시간 가열하는 동안에 상기 암모니아 가스와 RX 가스를 주입하여 침탄화 처리를 하게 된다.

여기서, 상기 암모니아 가스는 질화경화 반응 효과를 얻을 수 있도록 단위 시간당 0.15∼0.20㎥/h로 주입하게 되는데, 이보다 많은 양의 가스가 주입되면 조대질 탄화물 등 취성 조직이 표면에 발생하는 현상이 생기게 되고, 반대로 이보다 적은 양의 가스가 주입되게 되면 질소 확산 효과가 미미하여 불만족한 질화층이 형성된다. 즉, 상기 암모니아 가스는 고온에서 열분해되어 질소와 발생기 수소로 분해되는데, 이때 발생된 질소 원자가 철원자와 결합하여 질화철을 생성하는 질화경화 반응이 일어나게 된다. 또한 확산층의 질소는 원자 상태로 매트릭스 철의 원자들 사이에 침입형으로 고용하게 된다. 이로 인하여 표면 저하의 질소 투입층은 마르텐사이트 변태 온도가 낮아지게 되어 잔류 오스테이니트 함량이 비교적 높아지게 된다. 본 최적 조건을 통하여 약 15-30%의 잔류 오스테나이트를 표면에 분하게 되는데, 이는 인성을 증가시켜 표면부의 내이물 저항성을 증대시켜 주게 된다.

또한, 상기 함침화 단계에서는 침탄 및 탈탄방지 효과를 얻기 위해 RX 가스를 단위 시간당 5∼10㎥/h 만큼 주입하여 사용하게 되는데, 이보다 많은 양의 가스가 주입되면 로벽의 슈트 현상이 발생하게 되고, 반대로 이보다 적은 양의 가스가 주입되게 되면 표면부의 탈탄 현상이 야기되게 된다

이에, 상기 함침화 단계는 최대의 질소확산층 형성 효과를 얻기 위해서 종래와 비교하여 다소 낮은 온도에서 장시간 가열하게 되며, 이때 상기 베어링강에 침추되는 암모니아 가스와 RX 가스는 각각 질화 및 침탄 효과를 하게 된다.

상기 함침화 단계가 끝나게 되면 이어 소입 냉각 단계를 거치게 된다. 상기 냉각 단계는 40∼80℃ 온도의 오일에 투입하여 교반 상태로 약 15분간 냉각 상태를 유지하게 된다.

마지막 단계로 뜨임 단계를 실시하게 된다. 상기 뜨임은 160-180℃ 온도 조건에서 90∼150분 동안 유지하게 된다. 이러한 온도 조건은 종래의 열처리 방법에서 행해지는 조건과 동일한 방법에 의해 이루어지는 것으로, 경화 조직으로 변태된 베어링강의 내부 응력을 제거하게 되는 것이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 820∼850℃ 온도에서 5∼7시간 동안 가열하면서 암모니아 가스와 RX 가스를 주입하여 베어링 표면층에 함침시키는 단계와, 이 가스들이 침투된 베어링을 40∼80℃ 온도의 오일에 투입하여 교반 상태로 15분간 유지하는 냉각 단계와, 160∼180℃ 온도 조건에서 90∼150분 동안 유지하는 뜨임 단계로 이루어진 것을 특징으로 함으로써, 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

1) 종래 대비 2배 이상의 피로 수명 증대 효과를 얻었다.

2) 표면 잔류오스테나이트 함량이 15∼25%의 적정 수준으로 증가됨에 따라 베어링의 내이물 저항성이 크게 향상된다.

도 1은 본 발명에 따르는 베어링 열처리 방법을 나타내는 그래프,

도 2는 종래의 베어링 열처리 방법을 나타내는 그래프.

Claims (3)

1. 삭제
2. 800∼840℃ 온도에서 5∼7시간 동안 가열하면서 암모니아 가스와 RX 가스를 주입하여 베어링 표면층에 함침시키는 단계와, 이 가스들이 침투된 베어링을 40∼80℃ 온도의 오일에 투입하여 교반 상태로 15분간 유지하는 냉각 단계와, 160∼180℃ 온도 조건에서 90∼150분 동안 유지하는 뜨임 단계로 이루어진 자동차용 베어링의 열처리 방법에 있어서,

   상기 암모니아 가스는 단위시간당 0.15∼0.20㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 하는 자동차용 베어링의 열처리 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 RX 가스는 단위시간당 5∼10㎥/h로 주입하는 것을 특징으로 하는 자동차용 베어링의 열처리 방법.