KR100550588B1 - 박육 링의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박육 링의 열처리 방법에 관한 것으로서, 침탄질화한 후 담금질하는 박육 링의 열처리 방법에 있어서, 박육링을 800 ~ 850 ℃ 에서 침탄 질화한 후, 200 ~ 250 ℃ 에서 1차 담금질을 실시한 다음, 1차 담금질 조에서 박육 링을 인출후 0 ~ 30 ℃의 수용성 냉매에서 2차 담금질을 실시하므로, 박육 링의 마무리 가공을 간소화하고 링 부품의 진원형상 등 형상정밀도가 용이하게 확보될 수 있다.

Description

박육 링의 열처리 방법{heat-treatment method for thin wall ring}

도1은 종래 마르스트레싱 침탄질화 열처리방법에 의한 박육 링의 내부 잔류응력분포 그래프,

도2는 종래 마르스트레싱 침탄질화 열처리 방법에 의해 열처리 변형된 박육 링의 외주면 표면에서의 연삭깊이를 나타낸 도면,

도3은 종래 마르스트레싱 침탄질화 열처리 방법에 의해 열처리된 박육 링의 외주면 연삭시 내주면의 뒤틀림 상태 및 연삭깊이를 나타내는 도면,

도4는 박육 링의 침탄질화후 마르텐사이트 변태온도 곡선 및 담금질 방법에 따른 변태과정의 내부온도 분포도,

도5는 본 발명의 실시예에 따른 박육 링의 침탄질화 담금질후 잔류응력 분포를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 외주면 2' : 연삭된 외주면

4 : 내주면 4' : 뒤틀린 내주면

T : 박육 링의 두께

본 발명은 박육 링의 열처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박육 링을 침탄질화한 후 담금질하는 열처리 방법에 관한 것이다.

침탄질화에 의한 마르스트레싱 열처리 방법(침탄질화 담금질 열처리방법)은, 강재(steel)의 표면과 중심부에 걸쳐 경도 구배를 부여하는 표면 경화법과는 다르며, 소재 자체의 탄소 농도가 이미 충분하여 통상의 담금질에 의해 강의 최고 담금질 경도가 얻어 질 수 있는 고탄소 강재에 마르텐사이트 변태 온도를 낮추는 탄소 및/또는 질소를 침투시킴으로써 구름운동 접촉 또는 마찰 표면부에 내마모성 및 마찰 피로성능을 향상시키기 위한 열처리 방법이다.

이러한 침탄 질화에 의한 마르스트레싱 열처리 방법(침탄질화 담금질 열처리 방법)에서는 강재의 표면으로부터 침탄 및 침질되는 깊이가 비교적 얕기 때문에 두께가 비교적 두꺼운 부품일 경우에는 통상 기름 또는 염욕 담금질 시 마르텐사이트 변태응력의 발생에 따른 부품의 열처리 변형이 그리 크지 않지만, 두께가 얇은 박육 링의 경우에는 담금질 시 변태응력이 상대적으로 크게 작용하여 열처리 변형이 커지게 된다. 즉, 도1에 도시한 바와 같이 두께 T인 박육 링의 경우에 그래프의 곡선(A)로 표시된 바와 같이 표면부에 큰 압축잔류응력 형성과 함께 응력구배가 심하게 나타난다.

도1에 도시한 바와 같이 압축잔류응력이 분포된 상태에서 연삭 등의 마무리가공이 표면부의 깊이(d)만큼 연삭 등의 마무리 가공이 이루어진다면, 도1의 빗금부(a)로 나타낸 응력 적분의 소실에 따라 내부응력의 재분포가 일어난다.

도2에 도시한 바와 같이 열처리되어 변형되고 외주면(2) 및 내주면(4)을 가진 박육 링에서 열처리 변형이 심한 경우에는 도2의 빗금부(b)로 표시한 바와 같이 연삭 깊이가 외주면 표면에서 부위별로 심한 차이가 나게 된다. 이렇게 되면 도1의 빗금부(a)로 나타낸 응력 적분의 소실이 부위별로 크게 달라지고 내부응력의 재분포 상태가 부위별로 크게 달려져, 도3에 도시한 바와 같이 외주면이 연삭된 후 내주면에 큰 뒤틀림이 발생하게 된다. 도3에서 연삭된 외주면은 2'로 표시되고 뒤틀린 내주면은 4'로 표시되어 있다. 이러한 상태에서 도3의 빗금부(c)로 표시된 바와 같이 내주면을 연삭하게 되면, 진원에 가깝게 먼저 연삭된 외주면(2')이 위에서 설명한 바와 같은 이유로 인해 가공 뒤틀림이 발생하게 되므로 링 부품의 진원 형상을 확보하기가 어렵게 된다.

따라서, 종래에는 침탄질화된 후 담금질된 박육 링의 연삭가공시에는 외주면과 내주면의 가공을 각각 한번에 완료하지 못하고 내경과 외경의 마무리 가공량을 분할하여 외주면 1차가공, 내주면 1차가공, 외주면 2차가공, 내주면 2차가공 등의 순서로 수차례에 걸쳐 조금씩 반복하여 가공하는 방식을 취해 왔다.

본 발명은 침탄질화된 후 담금질된 박육 링의 마무리 가공을 간소화하고 링부품의 진원형상 등 형상정밀도가 용이하게 확보될 수 있게 하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 침탄질화한 후 담금질하는 박육 링의 열처리 변형을 줄이고 잔류응력의 크기 및 구배를 줄여 후가공시 발생되는 뒤틀림을 줄이는 박육 링의 열처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은, 침탄질화한 후 담금질하는 박육 링의 열처리 방법에 있어서, 박육링을 800 ~ 850 ℃ 에서 침탄 질화한 후, 200 ~ 250 ℃ 에서 1차 담금질을 실시한 다음, 1차 담금질 조에서 박육 링을 인출 후 0 ~ 30 ℃의 수용성 냉매에서 2차 담금질을 실시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 고탄소강재로 제조되고 두께 5mm 이하의 링형상으로 된 박육 링의 열처리에 적용되는 것이 바람직하다. 특히 탄소 농도 0.5 중량%이상의 고탄소강재로 된 박육 링의 열처리에 적용되는 것이 바람직하다.

[실시예]

탄소 농도 0.5 중량 % 이상의 고탄소강재로 된 박육 링 부품(두께 5mm 이하)을 연속로 또는 배치로를 사용하여 800 ~ 850 ℃ 에서 침탄 질화한 후, 200 ~ 250 ℃ 의 염욕에 0.5 ~ 10분간 1차 담금질을 실시한 다음, 1차 담금질 조에서 박육 링을 인출 후 바로(1분 이내)에 0 ~ 30 ℃의 물 또는 수용성 냉매에서 2차 담금질을 실시한다.

침탄 질화 및 담금질의 일반적 조건은 공지의 방법으로 행한다. 상기 1차 담금질에서는 기름에 담금질 할 수도 있다.

본 발명은 탄소 농도 0.5 중량% 이상의 고탄소강 박육 링 부품의 침탄질화 열처리시 종래의 담금질 방법의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 가열온도 800 ~ 850 ℃ 에서 침탄 질화 후 부품의 중심부가 마르텐사이트 변태 개시되는 온도까지 는 200 ℃ 이상의 기름 또는 염욕에 1차 담금질하고, 이후 냉각속도가 더욱 높은 물 또는 수용성 냉매에 2차 담금질을 실시하는 방법이다.

도4는 박육 링의 침탄질화후 마르텐사이트 변태온도 곡선 및 담금질 방법에 따른 변태과정의 내부온도 분포도를 나타내는데, 두께(T) 3mm이고 탄소농도 0.5중량 %의 고탄소강재인 박육 링이 800 ~ 850 ℃ 에서 침탄 질화된 상태의 박육 링의 마르텐 사이트 변태온도곡선 및 담금질 방법에 따른 변태과정의 내부온도 분포를 나타낸 그래프이다. 곡선 L1은 침탄 질화된 상태의 박육 링의 마르텐사이트 변태개시온도를 나타내고, 곡선 L2는 침탄 질화된 상태의 박육 링의 마르텐사이트 변태종료온도를 나타낸다. 곡선 L3는 침탄 질화된 후 통상의 기름 담금질시 변태과정의 내부온도 분포를 나타내고, 곡선 L4는 침탄 질화된 후 염욕 담금질(공냉)시 변태과정의 내부온도 분포를 나타내며, 곡선 L5는 침탄 질화된 후 본 발명에 따라 1차 및 2차 담금질시 변태과정의 내부온도 분포를 나타낸다.

도4에 도시한 바와 같이, 침탄 질화된 박육 링이 통상의 기름 담금질 되면, 담금질 변태과정의 어떤 시점에서 링 내부의 온도 구배는 곡선 L3과 같이 변태온도 곡선 L1 및 L2 보다 매우 완만하므로 링의 중심과 표면의 마르텐사이트 변태시점 차이로 인한 심한 변태응력이 발생되어 열처리 변형이 커지고, 도1의 곡선(A)과 같은 양상으로 링 표면부에 큰 압축잔류응력과 함께 심한 응력구배가 초래된다.

또한, 침탄 질화된 박육 링이 염욕담금질(공냉)에 의해 변태를 완료시키는 마르퀀칭(marquenching) 되면, 변태단계에서 재료 내부 온도 구배가 도4의 곡선 L4처럼 더욱 완만해져 변태온도 곡선 L1 및 L2의 기울기와 더욱 차이가 나서 열처리 변형 및 잔류응력의 완화에 효과가 없다.

그러나, 침탄 질화된 박육 링이 본 발명의 실시예와 같이 1차 및 2차 담금질 되면, 변태단계에서 링 내부의 온도 구배가 도4의 곡선 L5처럼 변태온도 곡선 L1 및 L2의 기울기에 근접되므로, 변태응력 및 그에 따른 열처리 변형이 줄고, 열처리 완료 후, 링 내부에 잔류되는 응력의 크기 및 기울기가 완화되어 침탄 질화 담금질된 박육 링의 연삭 등 마무리 가공을 간소화할 수 있게 되는 것이다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 박육 링의 침탄질화 담금질후 잔류응력 분포를 나타내는 그래프인데, 응력분포의 곡선(B)가 도1의 곡선(A)에 비해 크게 완화되어 마무리 가공 중 연삭 깊이(d)에 따른 응력적분의 소실이 줄어 응력 재분포에 따른 뒤틀림이 크게 줄어드는 것이다.

본 발명에 의한 박육 링의 열처리 방법에 의하면, 침탄 질화한 후 담금질하는 박육 링의 열처리 변형을 줄이고 잔류응력의 크기 및 구배를 줄여 후가공시 발생되는 뒤틀림을 줄이므로써, 박육 링의 마무리 가공을 간소화하고 링부품의 진원형상 등 형상정밀도가 용이하게 확보될 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 침탄질화한 후 담금질하는 박육 링의 열처리 방법에 있어서,

   상기 박육 링은 두께 5mm이하이고 탄소농도 0.5중량% 이상의 고탄소강재를 사용하고,

   상기 박육 링을 800 ~ 850℃에서 침탄 질화한 후, 200 ~ 250℃에서 1차 담금질을 실시한 다음, 1차 담금질 조에서 박육 링을 인출후 0 ~ 30℃의 수용성 냉매에서 2차 담금질을 실시하는 것을 특징으로 하는 박육 링의 열처리 방법.
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