KR100597022B1 - 무한궤도차량의 바퀴장치 및 그 패딩강화방법 - Google Patents

Abstract

패딩층의 품질을 안정화시키고, 상대부재와의 결합에 의해서도 패딩층에 발생한 균열이 진전하지 않고, 상대부재의 마모에 악영향을 미치지 않도록 한다.

스프로킷(6)의 톱니부에, 그 회전방향과 직교하는 방향(B방향)으로 경질입자를 함유한 패딩층을 형성한다. 또, 스프로킷의 접촉면으로서의 부시의 외주면에, 스프로킷의 회전방향과 직교하는 방향으로 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성한다.

패딩층, 스프로킷

Description

무한궤도차량의 바퀴장치 및 그 패딩강화방법{THE UNDER CARRIAGE SYSTEM FOR THE CRAWLER TYPE VEHICLE AND THE METHOD FOR MANUFACTURING SAID SYSTEM}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불도저의 바퀴장치의 부분 확대단면도이다.

도 2는 패딩층의 형성기구의 설명도이다.

도 3(a)(b)(c)는 스프로킷의 패딩층 형성상태 설명도이다.

도 4(a)(b)(c)는 부시의 패딩층 형성상태 설명도이다.

도 5는 스프로킷 티스의 실시예에 있어서의 처리공정을 나타낸 플로우챠트이다.

도 6(a)는 실시예에 있어서의 패딩순서를 나타낸 도, 도 6(b)는 패딩방향을 나타낸 도, 도 6(c)는 톱니끝부 근방의 패딩상태를 나타낸 도이다.

도 7은 반복 낙중시험기를 나타낸 실시예에 있어서의 패딩층의 경도분포를 나타낸 그래프이다.

도 8은 실시예의 패딩층의 경도분포를 나타낸 도이다.

도 9는 실시예의 스프로킷 티스의 경도분포를 나타낸 도이다.

도 10은 실시예의 패딩층의 금속조직을 나타낸 현미경사진이다.

도 11은 초경입자의 경도분포에 미치는 용접 입열량의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 12는 패딩용접후에 프레스 담금질을 행한 경우의 경도분포의 일예를 나타낸 도이다.

도 13(a)(b)는 패딩용접후에 프레스에칭을 행한 경우의 스프로킷 티스의 구부림량을 비교하는 도이다.

도 14는 비교예의 패딩순서를 나타낸 도이다.

도 15는 비교예의 패딩층의 경도분포를 나타낸 도이다.

도 16은 비교예의 스프로킷 티스의 경도분포를 나타낸 도이다.

도 17은 비교예의 패딩층의 금속조직을 나타낸 현미경사진이다.

도 18은 실시예1에 있어서의 모재의 단면경도분포를 나타낸 도이다.

도 19는 실시예1에 있어서의 모재의 단면경도, 모재 외주면의 잔류응력값, 패딩층에 발생한 균열의 위치를 나타낸 도이다.

도 20은 실시예1에 있어서의 침탄층 경도분포(단면)를 나타낸 도이다.

도 21은 실시예1에 있어서의 침탄층 경도분포(내외주면)을 나타낸 도이다.

도 22는 실시예1에 있어서의 패딩층 경도분포를 나타낸 도이다.

도 23은 실시예1에 있어서의 패딩층의 금속조직을 나타낸 현미경사진이다.

도 24는 실시예2에 있어서의 모재의 단면경도분포를 나타낸 도이다.

도 25(a)(b)(c)(d)는 실시예2에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 모재 외주면의 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 26(a)(b)는 비교예1에 있어서의 오일담금질·뜨임전의 균열발생상황을 나 타낸 도이다.

도 27(a)(b)(c)는 비교예1에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 28(a)(b)는 비교예2에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 29(a)(b)(c)는 비교예3에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 30(a)(b)는 비교예4에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황을 나타낸 도이다.

도 31(a)(b)는 비교예5에 있어서의 내주면 고주파 담금질·뜨임후의 균열발생상황, 단면경도, 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 32(a)(b)는 비교예7에 있어서의 내주면 고주파 담금질·뜨임후의 균열발생상황, 단면경도, 잔류응력값을 나타낸 도이다.

도 33은 비교예6에 있어서의 패딩후의 균열발생상황과 단면경도를 나타낸 도이다.

도 34는 매트릭스와 초경입자의 평균경도에 미치는 용접 입열량의 영향을 나타낸 도이다.

도 35(a)(b)는 오일샌드 마모시험기를 나타낸 도이다.

도 36(a)는 시험편의 절단단면을 나타낸 도, 도 36(b)는 마모시험결과를 나타낸 그래프이다.

도 37은 패딩층표면의 오목부에 토사가 고이거나, 조기에 자체 마모에 의해 매끄럽게 되는 것을 나타낸 도이다.

(부호의 설명)

1…무한궤도대 2…링크

3…부시 4…무한궤도대 핀

5…무한궤도판 6…스프로킷

7…톱니 홈부 8…아크전극

9,9'…모재 10…용융지

11…초경입자 12…노즐

13,13'…패딩층 20…디스크

21…블럭 22…슬릿

23…오일샌드

본 발명은, 대향하는 한 쌍의 링크사이에 부시가 장착되어 이루어진 무한궤도대와, 이 부시에 맞물리는 복수개의 톱니부를 갖는 스프로킷을 구비하는 무한궤도차량의 바퀴장치 및 그 바퀴장치를 구성하는 스프로킷 티스 및 부시의 패딩강화방법에 관한 것이다.

일반적으로, 예를 들면 불도저와 같은 무한궤도차량에 있어서는, 상기 차량이 바닥이 고르지 못한 장소에서의 작업에 많이 이용되는 것이므로, 바퀴부품은 작업시에 토사나 암석에 의해 매우 심한 마모조건하에서 사용되게 된다. 특히 무한궤도대 부시 및 스프로킷 티스는, 그 접촉압력이 매우 크고, 이들 양자간에 토사나 암석이 끼게 되어 미끄러짐접촉을 반복하면서 사용되므로, 마모진행속도가 비교적 빠른 부품이다라고 말할 수 있다. 또, 예를 들면 오일샌드의 채굴작업에 사용되는 불도저에 있어서는, 그 오일샌드의 점도가 높기 때문에 바퀴장치에 토사가 부착되기 쉽다. 그 때문에 토사의 박힘이 더욱 심해지고, 통상의 불도저에 비교해서 바퀴부품의 마모진행이 특히 빠르므로, 내마모성을 향상시킨 바퀴부품의 개발이 요구되어지고 있다.

종래, 국소적으로 내마모성이 요구되는 부위에 내마모성을 부여하기 위해서, 모재상에, 패딩용접법에 의해 금속 매트릭스(연질소재)와 경질입자 등으로 이루어진 복합조직을 갖는 내마모 패딩층을 형성하는 것이 행해지고 있다. 그 일예로서, 일본국 특공소 56-35986호 공보에 있어서는, 경질입자가 매트릭스의 바닥부에 침전하고, 또한 그 입자가 매트릭스의 표면에서 거의 돌출하지 않도록, 입자를 아크로 매우 가까운 점에서 용융지(鎔融池)에 낙하시키도록 구성한 공구 이음매의 표면경화법이 제안되고 있다. 이 표면경화법에서는, 입자를 침하시키는 것에 의한 작용효과는, (1)입자가 비드표면에 돌출하지 않으므로 상대부재인 케이싱을 손상시키지 않고, (2)초경입자가 침하한 부분의 초경입자를 잡고 있는 금속(모상(母相)금속)의 경도가 올라가서 내마모성이 향상한다라는 것이다. 또, 다른 예로서, 미국 특허 제4,097,711호 명세서에 있어서는, 필요로 되는 표면처리의 적어도 절반의 깊이와 같은 깊이까지 표면을 침탄처리하는 단계와, 표면처리용 입자를 용융지에 공급해서 똑같이 분산시켜, 용융부전체의 두께내에 유효한 경도를 얻는 단계와, 이 용융부를 필요로 하는 모재 및 표면구조의 특성을 얻도록 열처리하는 단계를 구비하는 스틸롤러의 표면처리방법이 제안되고 있다. 이 표면처리방법에서는, 입자를 똑같이 분포시키는 것에 의한 작용효과는, (1)내마모성이 향상한다라고 하고, 침탄처리를 실시하는 작용효과는, (1)스틸롤러본체의 피로강도가 향상하고, (2)스틸롤러본체의 내마모성이 향상한다라는 것이다.

그러나, 이들 각 공보에 개시되어 있는 표면경화법을 스프로킷이나 부시라는 무한궤도차량의 바퀴장치에 그대로 적용한 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.

(1)무한궤도차량의 바퀴장치에 있어서는, 주행중 스프로킷과 부시가 단속적으로 접촉하므로, 반복된 부하가 작용한다. 상기 종래 방법에서는, 패딩층 형성시에 때때로 패딩비드를 가로 지르는 방향으로 균열이 발생하므로, 이 균열에 반복응력이 집중하여 그 균열이 진전되고, 패딩층의 박리나 부분적인 결손 등이 발생하거나, 균열이 부품내부에까지 진전해서 부품자체가 파손되어 버린다. 이 패딩층에 발생하는 균열은 패딩층 형성시에만 한정되는 것은 아니고, 패딩층이 불균질하거나, 패딩층표면의 형상이 올록볼록한 경우에는, 반복된 부하에 의해 주행중에도 균열이 발생하는 일이 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 패딩층의 박리, 결손, 또는 부품자체가 파손되게 된다. 그러나, 상기 종래방법에는, 패딩층형성시의 균열발생을 방지하는 기술, 패딩층의 불균일한 조직이나 패딩층표면의 요철이 발생되는 가동중의 균열발생, 박리, 결손, 균열의 진전이나 그 방지기술에 대해서는 어떤 것도 개시되어 있지 않다.

(2)주행중의 반복부하에 의한 균열발생은, 패딩층뿐만아니라, 부시본체표면에 발생하는 일이 있다. 이 균열도, 전술한 균열과 동일하게 진전하고, 부품자체의 파손을 야기하는 일이 있다. 상기 미국특허 제4,097,711호 명세서에는, 침탄처리에 의해 피로강도를 향상시킬 수 있는 것이 개시되어 있지만, 그 프로세스는, 침탄처리하고 나서 패딩부를 형성하고, 그 후에 담금질·뜨임을 하고 있다. 즉, 고탄소로 된 강에 패딩용접하고 있으므로, 패딩층 형성시에 패딩층과 부품본체의 경계근방(패딩층의 시단(始端)부근방)은 경화해서 갈라지기 쉽다라는 문제가 있다.

(3)패딩층에 분산된 경질입자는, 그것을 파지하고 있는 매트릭스(모상금속)보다 내마모성이 훨씬 높기 때문에, 마모는 경질입자가 패딩층의 표면에 돌출된 형태로 진행하지만, 이러한 마모면은 돌출된 경질입자가 결합상대부재를 도려내서 마모를 앞당겨 버린다. 그러나, 상기 종래방법에는, 이러한 마모형태에 기인하는 문제와 그 해결방법, 마모형태와 바람직한 패딩층의 조직과의 관계에 대해서는 아무것도 개시되어 있지 않다.

본 발명은, 이러한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 제1의 목적은, 주행의 초기단계의 마모에 의해 빠르게 상대부재와의 융합성을 확보할 수 있고, 상대부재와의 결합에 의해서도 패딩층의 박리나 결손이 발생되지 않고, 패딩층형성시에 발생해 버린 균열이 진전해서 부품이 파손되는 일이 없고, 가동중에 새로운 균열이 발생하여 진전하는 일이 없고, 주행중에 상대부재의 마모에 악영향을 미치는 일이 없는 무한궤도차량의 바퀴장치를 제공하는 데에 있다.

또, 제2의 목적은, 주행의 초기단계의 마모에 의해 빠르게 상대부재와의 융합성을 확보할 수 있는 기능을 패딩층에 부여하고, 가동중의 패딩층의 박리나 결손을 방지하기 위해 패딩층형성시에 가능한한 균열의 발생을 방지하고, 패딩층의 품질, 즉 경질입자의 함유량이나 분포, 모상금속의 조직이나 경도를 안정화시키고, 사용중에는 마모면이 매끄럽게 되고, 경질입자의 돌출에 기인하는 상대부재의 할큄에 의한 손상이나 자신의 탈락손상을 발생하지 않고, 이것에 의해 내마모성이 보다 한층 향상을 꾀할 수 있는 상기 제1의 목적에 적합한 스프로킷 티스의 패딩강화방법을 제공하는 것에 있다.

그리고, 제3의 목적은, 주행의 초기단계의 마모에 의해 빠르게 상대부재와의 융합성을 확보할 수 있는 기능을 패딩층에 부여하고, 가동중의 패딩층의 박리나 결손을 방지하기 위해 패딩층형성시에 가능한 한 균열의 발생을 방지하고, 패딩층의 품질, 즉 경질입자의 함유량이나 분포, 모상금속의 조직이나 경도를 안정화시키고, 담금질 균열을 발생시키지 않고 열처리 프로세스에 의해 패딩층의 경질입자를 파지하고 있는 금속(모상금속)의 경도를 향상시키고, 부시본체의 내마모성과 피로강도를 향상시켜, 사용중에는 마모면이 매끄럽게 되고, 경질입자의 돌출에 기인하는 상대부재의 할큄에 의한 손상이나 자신의 탈락결손을 발생시키지 않고, 이것에 의해 내마모성이 보다 한층 향상을 꾀할 수 있는 상기 제1의 목적에 적합한 부시의 패딩강화방법을 제공하는 데에 있다.

상기 제1의 목적을 달성하기 위해, 제1발명(청구항 1에 따른 발명)에 의한 무한궤도차량의 바퀴장치는,

대향하는 한 쌍의 링크사이에 부시가 장착되어 이루어진 무한궤도대와, 이 부시와 맞물리는 복수개의 톱니부를 갖는 스프로킷을 구비하는 무한궤도차량의 바퀴장치에 있어서,

상기 스프로킷의 톱니부에, 이 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 경질입자를 포함하는 패딩층이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 스프로킷의 톱니부에 대한 패딩방향이, 그 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향(대략 잇줄(tooth trace)방향)으로 되어 있으므로, 이 스프로킷이 결합상대부재로서의 부시와 맞물릴 때에 패딩층에 가해지는 인장응력의 방향(잇줄과 직교하는 방향)이, 패딩층 균열의 방향(비드와 직교하는 방향)과 대략 일치하므로, 균열이 개구하는 것을, 바꿔말하면 균열이 진전하는 것을 막는 효과가 있다. 여기서, 패딩층은, 폭이 좁은 패딩비드를 연속해서 병렬로 배치함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 각각의 패딩비드의 품질, 즉 경질입자의 함유량, 분포, 매트릭스의 조직 및 경도가 안정되므로, 패딩층의 품질이 안정된다. 또, 패딩방향을 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 배치하는 것은, 부시와의 맞물림시의 초기 융합성의 향상에도 효과가 있다. 전술과 같이 패딩비드를 연속해서 병렬로 형성하면, 패딩비드의 겹쳐진 부분이 오목하게 되지만, 여기에 토사가 고이고, 고여진 토사가 연마제의 역할을 해서 마모의 초기에 마모면을 매끄럽게 하게 된다. 만약, 패딩층의 요철이 초기마모단계에서 없게 되지 않는 경우, 오목부는 응력집중부가 되므로 피로균열이 발생하고, 전술과 같은 문제를 발생하게 된다. 또, 지금까지의 설명에서 명백하듯이, 이들의 작용효과는 패딩비드를 스프로킷의 회전방향과 직교하는 방향으로 배치했을 때에 최대가 된다.

본 발명에 있어서, 상기 경질입자는, 톱니뿌리부보다 톱니끝부가 적고, 및/또는 톱니끝단부에는 함유되지 않도록 하는 것이 바람직하다(청구항 2에 따른 발명). 스프로킷과 부시가 맞물렸을 때 스프로킷의 톱니는 톱니끝쪽이 보다 크게 탄성변형한다. 만약, 이 변형량이 패딩층의 변형허용량을 초과한 경우에는 패딩층에 균열이 발생하고, 진전하여 박리한다. 패딩층의 변형허용량은 경질입자의 함유량이 많을수록, 또는 경질입자가 분포하는 패딩층의 두께가 클수록 작아진다. 따라서, 톱니끝에 가까운 부위의 경질입자를 적게 하고, 톱니꼭대기부에 경질입자를 넣지 않음으로써, 패딩층의 박리나 결손을 방지하고, 패딩층의 내구성을 안정화시키는 작용효과가 있다.

그리고, 상기 경질입자는, 톱니뿌리부와 톱니끝부의 중간부의 함유량이 톱니뿌리부 및 톱니끝부의 각각의 함유량보다 많게 되어 있는 것이 바람직하다(청구항 3에 따른 발명). 이것에 의해, 톱니뿌리부와 톱니끝부에는 주로 인성(靭性)을 부여시키고, 톱니뿌리부와 톱니끝부의 중간부에는 주로 내마모성을 부여시킬 수 있고, 패딩층의 내구성향상에 기여할 수 있다.

또, 상기 경질입자는, 상기 패딩층의 표면에는 돌출하지 않도록, 또한 패딩층 심부(深部)에서 빽빽히 분포하도록 그 패딩층에 함유되어 있는 것이 바람직하다(청구항 4에 따른 발명). 패딩층표면에 경질입자가 돌출하지 않으면, 그 입자에 의한 결합상대부재로의 할큄에 따른 손상을 없앨 수 있다. 패딩층 심부에 경질입자를 빽빽히 분포시키면, 바꿔말하면 패딩층의 표면근방에는 경질입자를 조금밖에 분포시키지 않도록 하면, 마모의 초기단계에서 패딩층의 표면근방은 빨리 마모하고, 패딩층표면의 요철이 없어져 매끄러운 결합면이 형성된다. 이것은 전술한 대로 패딩층표면의 요철에 의한 응력집중원을 초기에 없애는 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 패딩층 심부에 빽빽히 분포시킨 경질입자의 간격은, 박히게 되는 토사의 크기와 동등이하의 간격으로 분포하도록 하는 것이 바람직하다(청구항 5에 따른 발명). 경질입자는 그것을 잡고 있는 매트릭스(모상금속)보다 높은 내마모성을 가지고 있다. 그 때문에, 만약 토사의 크기가 경질입자의 간격보다 작은 경우에는, 매트릭스가 우선적으로 마모하고, 경질입자가 패딩층표면에 돌출하는 형태로 마모가 진행한다. 그렇게 하면, 그 돌출한 경질입자가 결합상대부재를 깎아 마모가 빨라져 버린다. 경질입자의 간격을 박히는 토사의 크기와 동등이하로 함으로써, 매트릭스의 우선적인 마모가 줄고, 경질입자의 돌출량을 작게 하는 효과가 있다.

다음에, 제2발명(청구항 6에 따른 발명)에 의한 무한궤도차량의 바퀴장치는,

대향하는 한 쌍의 링크사이에 부시가 장착되어 이루어진 무한궤도대와, 이 부시와 맞물리는 복수개의 톱니부를 보유하는 스프로킷을 구비하는 무한궤도차량의 바퀴장치에 있어서,

상기 스프로킷의 접촉면으로서의 상기 부시의 외주면에 경질입자를 함유하는 패딩층이 형성되고, 또한 상기 부시의 심부(芯部)는 인성이 높은 강으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서, 부시의 외주면에는 경화층이 설치되는 것이 바람직하다(청구항 7에 따른 발명).

무한궤도차량의 바퀴장치에 사용할 수 있는 부시는, 그 외주부에 내마모성이 요구되는 동시에, 상기 부시에 가해지는 반복된 부하에 견디기 위해 피로강도가 필요하게 된다. 본 발명에 의하면, 가장 마모가 심한 스프로킷의 접촉면에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성함으로써 내마모성을 가지게 하고, 스프로킷과의 접촉면이외의 외주부의 내마모성과 피로강도를 향상시키기 위해 부시표면에 경화층을 형성하고, 부시자체의 인성향상과 균열진전방지를 위해 부시 심부를 인성이 높은 강으로 구성하고 있다. 부시표면의 경화층은 안정되게 H_RC45이상이 바람직하다. 이렇게 부시표면에 경화층을 설치함으로써, 패딩층의 단부근방(패딩층과 부시본체의 경계근방)에 피로균열이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다. 또, 외주면에 경화층을 설치하는 것은, 패딩층의 단부근방의 우선적인 마모를 방지하는 효과를 가진다. 표면에 경화층을 설치하지 않는 경우에는, 패딩층의 단부근방이 우선적으로 마모하고, 그 부분이 도려내어진듯한 마모형상으로 되어 부시의 강도가 저하한다. 그 때문에 패딩층의 내마모성이 충분히 발휘되기 전에 부시가 파손되 버리는 일도 있다. 부시의 심부는 안정되게 H_RC26∼45의 담금질·뜨임조직인 것이 바람직하다. 부시 심부의 경도가 이것보다 낮은 경우에는, 부시자체가 편평하게 변형해 버리는 일도 있고, 이것보다 높은 경우에는 패딩층이나 패딩층의 단부근방에 발생한 균열이 모재에 용이하게 진전하여 파손해 버리는 일이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 형성되는 것이 바람직하다(청구항 8에 따른 발명). 이렇게 부시 외주면의 패딩방향을, 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 하면, 부시가 결합상대부재로서의 스프로킷과 맞물릴 때 패딩층에 가해지는 인장응력의 방향(부시둘레방향)이, 패딩층의 균열방향(비드에 직교하는 방향)과 대략 일치하므로, 균열이 개구하는 것을, 바꿔말하면 그 균열이 진전하는 것을 막는 효과가 있다. 또, 패딩층은, 폭이 좁은 패딩비드를 연속해서 병렬로 배치함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 각각의 패딩비드의 품질, 즉 경질입자의 함유량, 분포, 매트릭스의 조직 및 경도가 안정되므로, 패딩층의 품질이 안정된다. 또, 패딩방향을 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 배치하는 것은, 스프로킷과의 맞물림시의 초기 융합성의 향상에도 효과가 있다. 전술과 같이 패딩비드를 연속해서 병렬로 형성하면, 패딩비드의 겹침부가 오목하게 되지만, 여기에 토사가 고이고, 고여진 토사가 연마제의 역할을 해서 마모초기에 마모면을 매끄럽게 하게 된다. 만약, 패딩층의 요철이 초기 마모단계에서 없게 되지 않을 경우, 오목부는 응력집중부가 되므로 피로균열이 발생하고, 전술과 같은 문제를 발생하게 된다. 또, 지금까지의 설명에서 명백하듯이, 이들 작용효과는 패딩비드를 스프로킷의 회전방향과 직교하는 방향으로 배치했을 때 최대가 된다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 스프로킷에 맞물리는 상기 부시 외주면의 대략 반둘레에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다(청구항 9에 따른 발명). 이렇게 함으로써, 결합상대부재인 스프로킷과의 접촉면에만 내마모성을 부여할 수 있으므로 제조비용을 싸게 할 수 있는 동시에, 이 부시의 패딩층형성시 및 열처리시의 변형량이 적고, 발생하는 열응력이나 변태응력을 작게 할 수 있고, 균열방생의 방지나 패딩층형성후의 내경 가공이 불필요하게 된다라는 효과가 있다.

또, 상기 경질입자는, 상기 패딩층의 표면에는 돌출하지 않도록, 또한 패딩층 심부에서 빽빽히 분포하도록 그 패딩층에 함유되어 있는 것이 바람직하다(청구항 10에 따른 발명). 패딩층표면에 경질입자가 돌출하지 않으면, 이 입자에 의한 결합상대부재로의 할큄에 의한 손상을 없앨 수 있다. 패딩층 심부에 경질입자를 빽빽히 분포시키는, 바꿔말하면 패딩층의 표면근방에는 경질입자를 조금밖에 분포시키지 않도록 하면, 마모의 초기단계에서 패딩층의 표면근방은 빠르게 마모하고, 패딩층표면의 요철이 없어져 매끄러운 결합면이 형성된다. 이것은 전술과 같이 패딩층표면의 요철에 의한 응력집중원을 조기에 없애는 효과가 있다.

본 발명에 있어서, 패딩층 심부에 빽빽히 분포시킨 경질입자의 간격은, 박히는 토사의 크기와 동등이하의 간격으로 분포하도록 하는 것이 바람직하다(청구항 11에 따른 발명). 경질입자는 그것을 잡고 있는 매트릭스(모상 금속)보다 높은 내마모성을 가지고 있다. 그 때문에, 만약 토사의 크기가 경질입자의 간격보다 작은 경우에는, 매트릭스가 우선적으로 마모하고, 경질입자가 패딩층표면에 돌출하는 형태로 마모가 진행된다. 그렇게 하면, 이 돌출한 경질입자가 결합상대부재를 깍아 마모가 빠르게 되어 버린다. 경질입자의 간격을 박히는 토사의 크기와 동등이하로 함으로써, 매트릭스의 우선적인 마모가 줄고, 경질입자의 돌출량을 작게 하는 효과가 있다.

그리고, 상기 패딩층은, 상기 경질입자를 포함하는 띠형상 패딩부가 연속해서 병렬로 형성되어 이루어지는 것이어도 좋고(청구항 12에 따른 발명), 혹은 상기 경질입자를 포함하는 띠형상 패딩부와, 이 경질입자를 포함하지 않는 띠형상 패딩부가 교대로 연속해서 병렬로 형성되어 이루어지는 것이어도 좋다(청구항 13에 따른 발명). 후자와 같은 패딩층을 형성한 경우에도, 스프로킷 티스의 회전방향과 교차하는 방향으로 패딩층이 형성되어 있으므로, 경질입자를 포함하는 좌우의 각 띠형상 패딩부가 그 중앙에 위치하는 경질입자를 포함하지 않는 띠형상 패딩부를 보호해서 충분한 기능을 발휘할 수 있다. 또, 이 후자의 경우에는, 필요로 하는 경질입자를 적게 할 수 있으므로, 비용의 절감을 꾀할 수 있다.

다음에, 제3발명(청구항 14에 따른 발명)에 의한 무한궤도차량의 바퀴장치는,

상기 제1발명에 따른 스프로킷과, 제2발명에 따른 부시를 조합해서 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 스프로킷이 갖는 패딩층의 특성과 부시가 갖는 패딩층의 특성과의 상승효과에 의해, 예를 들면 오일샌드의 채굴작업에 사용되는 불도저에 적용하기 접합한, 보다 내마모성을 향상시킨 바퀴장치를 얻을 수 있다. 이들 스프로킷과 부시의 패딩층의 내마모특성은 동등하므로, 이들을 조합해서 이용함으로써, 한쪽만을 단독으로 사용하는 경우에 비해 경질입자에 의해 결합상대부재를 깎아 버 린다라는 문제의 발생을 회피할 수 있고, 마모진행속도를 최소한으로 억제할 수 있다.

다음에, 상기 제2목적을 달성하기 위해, 제4발명(청구항 15에 따른 발명)에 의한 스프로킷 티스의 패딩강화방법은,

복수개의 톱니부를 갖는 스프로킷 티스 톱니면에 패딩용접을 실시해서 내마모 스프로킷 티스를 얻는 스프로킷 티스의 패딩강화방법에 있어서,

상기 스프로킷 티스의 회전방향과 교차하는 방향으로 순차 패딩용접을 실시하는 동시에, 이 패딩용접시에 각 톱니마다의 입열량이 대략 일정하게 되도록 그 패스간 온도를 관리하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 패딩층 형성시에 발생하는 균열을 줄일 수 있고, 발생해 버린 균열에 대해서도, 스프로킷 티스의 톱니부에 대한 패딩방향이, 그 스프로킷 티스의 회전방향과 교차하는 방향(대략 잇줄방향)으로 되어 있으므로, 패딩층에 발생하는 균열의 방향(비드에 직교하는 방향)이, 사용시에 그 패딩층에 가해지는 응력의 방향(잇줄에 직교하는 방향)과 대략 일치하게 되고, 균열이 개구하는 것을, 바꿔 말하면 균열이 진전하는 것을 방지할 수 있다. 또, 패딩방향을 그렇게 설정함으로써, 상대부재인 부시와의 맞물림시의 초기 융합성을 향상시킬 수 있고, 패딩층을 매끄럽게 마모시킬 수 있다라는 효과도 있다. 또, 패딩용접이 톱니끝부에서 톱니뿌리부에 이르는 방향으로 이루어지는 동시에, 이 패딩용접시에 각 톱니부마다의 입열량이 대략 일정하게 되도록 그 패스간 온도가 관리되고 있으므로, 비드의 외관을 매끄럽게 할 수 있어 비드표면에 발생하는 오목부에서의 응력집중에 따른 균열 발생을 방지해서 비드를 안정화시킬 수 있고, 이것에 의해 패딩층의 품질을 안정화시킬 수 있다. 이렇게 해서, 스프로킷 티스의 내마모성이 보다 한층 더 향상되는 데에 기여할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩용접은, 아크에 의해 스프로킷 티스의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급해서 그 모재상에 경질입자를 포함하는 패딩층을 형성함으로써 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 16에 따른 발명). 이렇게 함으로써, 용융금속의 경도의 향상이 꾀해지고 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또, 이 경질입자의 공급과 상기 입열량의 관리를 조합함으로써, 패딩층에 있어서의 경질입자함유량의 안정화를 꾀할 수 있고, 패딩층의 보다 한층 나은 품질향상을 꾀할 수 있다.

또, 상기 패딩용접은, 상기 경질입자의 입경분포에 폭을 유지시켜 이들 경질입자를 빽빽히 충전할 수 있도록 하여 행해지는 것이 바람직하다(청구항 17에 따른 발명). 이렇게, 경질입자로서, 미용융상태에서 다수 잔존시킬 수 있는 최소의 입자사이즈를 선택하는 동시에, 입경분포에 폭을 유지시켜, 큰 입자의 간극에 작은 입자가 들어가도록 함으로써, 보다 한층, 입자를 빽빽히 충전할 수 있게 되고, 입자간의 거리는 매우 작아져, 정상 마모시의 입자의 돌출에 의한 마모면의 요철을 작게 할 수 있다.

또, 경질입자의 돌출을 막아 마모면을 가능한한 매끄럽게 하고, 상대부재의 손상이나 자신의 결손 등의 문제를 해결하는 또 하나의 방법으로서, 상기 경질입자에 초경합금을 이용하여, 이 초경합금의 성분을 용융금속으로 용출시켜 그 초경합금을 에워싸는 매트릭스의 전체영역에 탄화물을 석출시키는 것이 바람직하다(청구항 18에 따른 발명). 용접 입열량을 많게 하면, 초경입자의 성분의 용출량도 많아지고, 매트릭스속에 Fe-W-C의 복합탄화물이 석출해서 매트릭스의 경도가 상승하는 한편, 초경합금은 변질에 의해 경도가 저하되고, 매트릭스와 초경입자의 경도차가 작아진다. 이러한 패딩층에서는, 매트릭스와 초경입자가 대략 같은 속도로 마모되기 때문에, 초경입자가 돌출하는 일이 없고, 매끄러운 마모면이 되어, 상기 문제가 해결된다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩용접은, 상기 톱니끝부에 상기 경질입자를 함유시키지 않도록 그 경질입자의 공급량을 제어하면서 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 19에 따른 발명). 이것에 의해, 모재 톱니끝부의 상대부재와의 충격과 탄성변형에 따른 패딩층 톱니끝부의 박리, 결손을 확실하게 방지할 수 있다.

또, 상기 패딩용접은, 상기 톱니끝부 근방에서의 패딩층이 얇아지도록, 혹은 그 톱니끝부 근방에서의 상기 경질입자의 밀도가 작아지도록 패딩속도 혹은 경질입자의 공급량을 제어하면서 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 20에 따른 발명). 이것에 의해, 패딩층 톱니끝부의 박리를 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩용접에 앞서, 상기 스프로킷 티스에 담금질·뜨임처리와 예열처리가 실시되는 것이 바람직하다(청구항 21에 따른 발명). 또, 상기 패딩용접후에, 상기 스프로킷 티스에 발생한 표면잔류응력을 완화하는 후열처리가 실시되는 것이 바람직하다(청구항 22에 따른 발명). 이것에 의해 모재경도를 향상시킬 수 있는 동시에, 예열처리, 후열처리를 실시함으로써, 패딩층형성시에 발생하 는 인장잔류응력을 완화시킬 수 있고, 이 잔류응력에 근거하여 패딩층전체에 발생하는 균열을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 패딩용접후에, 상기 스프로킷 티스에 발생한 용접변형을 교정하고, 또한 용접열 영향부를 소실시키는 프레스 담금질을 실시하는 것도 가능하다(청구항 23에 따른 발명). 이렇게 하면, 패딩용접에서 발생한 변형을 프레스 담금질에 의해 용이하게 교정할 수 있으므로, 스프로킷 티스는 정확한 면접촉으로 부착할 수 있고, 바꿔 말하면 가동중의 부착형태에 기인하는 변형이 없고, 또 패딩용접으로 형성된 결정립자가 조대화(粗大化)한 취약한 열영향조직도 소실될 수 있으므로, 스프로킷 티스의 피로강도를 향상시키는 효과가 있다.

다음에, 상기 제3의 목적을 달성하기 위해, 제5의 발명(청구항 24에 따른 발명)에 의한 부시의 패딩강화방법은,

내주면 및 외주면이 기계가공된 부시의 외주면에 패딩용접을 실시해서 내마모 부시를 얻는 부시의 패딩강화방법으로서,

(a)아크에 의해 부시의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급함으로써 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하는 패딩층 형성공정,

(b)이 패딩층이 형성된 부시에 가스침탄처리를 실시하는 제1열처리공정 및

(c)이 제1의 열처리공정후에, 부시에 재가열·담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제2의 열처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 부시의 패딩강화시에, 먼저 패딩층 형성공정에 있어서, 부시의 모재상에 아크에 의해 용융지를 형성하면서 그 용융지에 경질입자를 첨가함으로써, 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하고, 이어서 제1의 열처리공정에서, 패딩층형성후의 부시에 가스침탄처리를 실시하고, 이어서 제2의 열처리공정에서, 부시를 재가열해서 담금질처리를 실시하고, 그후 뜨임처리를 실시한다. 이 열처리공정은, 가스침탄처리후에 재가열시키지 않고, 일련의 열처리공정으로서, 가스침탄처리후에 바로 담금질처리하는 것도 가능하다. 이렇게 패딩층형성후에 부시에 열처리를 실시함으로써, 이 패딩층의 매트릭스 상부에서는, 침탄처리에 의해 외부에서 침입한 탄소에 의해 미세한 구상(球狀)탄화물이 균일하게 분산하는 동시에, 담금질처리에 의해 미세한 마텐자이트(martensite)가 분산함으로써, 경도를 높일 수 있고 내마모성을 높인 조직을 얻을 수 있고, 또 매트릭스 하부에서는, 경질입자에 의해 내마모성이 향상되는 동시에, 이 경질입자에서 용출한 탄소에 의해 탄화물이 성장해서 내마모성을 높인 조직을 얻을 수 있다. 부시와 같이 금속끼리가 접촉해서 미끄러짐을 발생시키는 금속간 마모부품에서는 경질입자의 사이즈는 토사의 사이즈보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐면, 경질입자의 사이즈가 토사의 사이즈보다 크면, 경질입자간의 매트릭스가 토사에 의해 우선적으로 깎여져 경질입자가 마모면으로 돌출하고, 경질입자의 탈락을 초래하거나, 상대측 부품을 깎아 버리기 때문이다. 또, 패딩층의 매트릭스의 내마모성을 향상시키는 것도, 금속간 마모부품에서는 특히 중요한 의미를 가진다. 매트릭스의 내마모성이, 경질입자보다 현저하게 떨어질 경우에는 매트릭스가 우선적으로 마모하고, 경질입자가 마모면으로 돌출해 오기 때문이다. 이렇게 해서 패딩층의 매트릭스의 강화가 꾀해지고, 아울러 패딩층 형성후의 열처리에 의해 모재의 경도확보가 꾀해짐으로써, 내마모성 및 피로강도가 우수한 부시를 얻을 수 있게 된다.

다음에, 제6발명(청구항 25에 따른 발명)에 의한 부시의 패딩강화방법은,

내주면 및 외주면이 기계가공된 부시의 외주면에 패딩용접을 실시해서 내마모 부시를 얻는 부시의 패딩강화방법으로서,

(a)아크에 의해 부시의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급함으로써 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하는 패딩층 형성공정,

(b)이 패딩층이 형성된 부시에 무산화가열·오일담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제1의 열처리공정 및

(c)이 제1의 열처리공정후에, 부시의 내주면을 고주파가열하면서 외주면을 냉각하는 내주면 담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제2의 열처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 부시의 패딩강화시에, 먼저 패딩층 형성공정에서, 부시의 모재상에 아크에 의해 용융지를 형성하면서 그 용융지에 경질입자를 첨가함으로써, 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하고, 이어서 제1의 열처리공정에서, 패딩층형성후의 부시를 무산화가열해서 오일담금질처리를 실시하고, 그후 뜨임처리를 실시하고, 이어서 제2의 열처리공정에서, 부시의 내주면을 고주파가열하면서 외주면을 냉각하는 내주면 담금질처리를 실시하고, 그후 뜨임처리를 실시한다. 이러한 패딩강화방법에 의해서도, 상기 제1발명과 동등한, 내마모성 및 피로강도를 높인 부시를 얻을 수 있다.

상기 제5발명 및 제6발명에 있어서, 상기 패딩층의 형성은, 상기 경질입자의 입경분포에 폭을 유지시켜 이들 경질입자를 빽빽히 충전할 수 있도록 해서 행해지는 것이 바람직하다(청구항 26에 따른 발명). 부품간에 박힌 토사는 수㎛의 크기까지 으깨져 있고, 이 사이즈까지 미용융의 경질입자간 거리를 작게 하는 것은, 제법상, 경질입자의 대부분이 녹아버리므로 불가능하다. 따라서, 경질입자를 미용융상태에서 다수 잔존시킬 수 있는 최소의 입자사이즈를 선택하는 동시에, 입경분포에 폭을 유지시켜, 큰 입자의 간극에 작은 입자가 들어가도록 함으로써, 보다 한층, 입자를 빽빽히 충전할 수 있게 되고, 입자간의 거리는 매우 작아져, 정상마모시의 입자의 돌출에 의한 마모면의 요철을 작게 할 수 있다.

또, 경질입자의 돌출을 방지하여 마모면을 가능한한 매끄럽게 하고, 상대부재의 손상이나 자신의 결손 등의 문제를 해결하는 또 하나의 방법으로서, 이들 제5발명 및 제6발명에 있어서, 상기 경질입자에 초경합금을 이용하고, 이 초경합금의 성분은 용융금속에 용출시켜 그 초경합금을 에워싸는 매트릭스의 전체영역에 탄화물을 석출시키는 것이 바람직하다(청구항 27에 따른 발명). 용접 입열량을 많게 하면, 초경입자의 성분의 용출량도 많아지고, 매트릭스속에 Fe-W-C의 복합탄화물이 석출되어 매트릭스의 경도가 상승하는 한편, 초경합금은 변질에 의해 경도가 저하하고, 매트릭스와 초경입자의 경도차가 작아진다. 이러한 패딩층에서는 매트릭스와 초경입자가 대략 같은 속도로 마모하기 때문에, 초경입자가 돌출하는 일없이, 매끄러운 마모면이 되어, 상기 문제가 해결된다.

모재에 목표의 경도를 가지게 하기 위해서는, 담금질성이 좋은 소재를 이용하는 것이 바람직하지만, 담금질성이 좋다라는 것은, 반면, 패딩층형성후에 저온 균열이 발생하기 쉽다라는 것도 있다. 이것을 방지하기 위해, 상기 각 발명에서는, 패딩층 형성공정전에 부시를 소정 온도(예를 들면 250℃이상의 온도)로 가열하는 예열처리공정을 마련하는 것이 바람직하다(청구항 28에 따른 발명).

또, 상기 각 발명에 있어서, 패딩층 형성공정후 바로 제1의 열처리공정으로 이행하는 경우에는 문제는 없지만, 패딩층 형성공정후에 일단 부시가 냉각되는 경우에 있어서, 특히 패딩층 형성공정전에 예열처리공정이 마련되어 있지 않은 경우에는, 패딩층형성시에 발생하는 인장잔류응력에 근거한 균열이 발생할 확율이 높다. 이 잔류응력은, 소성 변형하기 어렵게 되는 500℃이하의 온도에서 그 온도의 저하와 함께 상승한다. 이 경우, 예열처리공정이 마련되어 있지 않은 것에서는, 패딩층과 모재와의 수축량의 차가 크기 때문에 잔류응력의 상승이 급하고, 패딩층형성후의 빠른 시점에서 그 패딩층의 파단응력값을 초과해서 균열이 발생한다. 이 균열은 용접방향과 직각방향으로 비드를 가로 지르듯이 발생해서 개구량도 많다. 한편, 예열처리공정이 마련되어 있는 것에서는, 잔류응력의 상승이 완만하고, 파단응력값을 초과하는 것은 온도가 낮아지기 때문이다. 이 때문에 큰 개구를 동반하는 균열의 발생은 거의 없고, 패딩층전체에 가느다란 균열이 다수 발생한다. 이것을 방지하기 위해, 상기 패딩층 형성공정후에 부시를 소정온도(예를 들면 350℃)로 가열하는 후열처리공정을 마련하는 것이 바람직하다(청구항 29에 따른 발명). 이렇게 패딩층형성후에 후열처리를 행하면, 잔류응력이 완화되고, 미세한 균열의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 각 발명에 있어서는, 상기 제2의 열처리공정후에, 마무리가공으로서, 부시 외주면의 압입부 연삭, 단면 연삭 및 단면버닝 마무리가 실시될 수 있다(청구항 30에 따른 발명). 이것에 의해 표면마무리된 소정 최종제품을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명에 따른 무한궤도차량의 바퀴장치 및 그 패딩강화방법의 구체적인 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에는, 본 발명의 일실시예에 따른 불도저의 바퀴장치의 부분확대단면도가 나타내어져 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 무한궤도대(1)는, 서로 대향하는 한 쌍의 링크(2, 2)의 일단에 형성된 구멍에 부시(3)의 단부를 밀어넣고, 이 부시(3)에 삽입통과한 무한궤도대 핀(4)의 양단을 전후 링크(2, 2)에 밀어넣음으로써 링크체인으로 하고, 이 링크체인에 무한궤도판(5)을 고정부착함으로써 구성되어 있다. 이렇게 해서, 무한궤도대(1)가 스프로킷(6)과 아이들러(도시생략)에 감겨지고, 스프로킷(6)을 구동함으로써, 이 스프로킷(6)의 톱니홈부(7)가 부시(3)와 맞물리고, 이 부시(3)가 스프로킷(6)의 톱니면상을 미끄러지면서 이동함으로써, 무한궤도대(1)가 회전되어 불도저가 주행하게 되어 있다.

이 불도저의 주행시에는, 스프로킷(6)의 톱니면과 부시(3) 사이에 토사나 암석을 끌어들여 미끄러짐 접촉을 반복하면서 사용되고, 이들 스프로킷(6) 및 부시(3)의 각 표면은 매우 마모되기 쉬운 조건에서 사용되게 된다. 이러한 것 때문에, 스프로킷(6)의 톱니부 및 부시(3)의 외주면에는 소정 부분에 패딩용접이 실시되고, 이것에 의해 내마모성의 향상이 꾀해지고 있다.

여기에서, 내마모 패딩층의 형성에 있어서는, 도 2에 나타내듯이, 용접와이어(예를 들면, 가와사키세이테츠「KC-50」)로 이루어진 아크전극(8)이, 수평으로 배치되어 있는 모재(9)의 표면에 대해서 소정의 토치각(=45。∼55。)을 이루도록 경사해서 배치되고, 용접영역에 밀봉가스로서 이산화탄소가 공급되고, 또 아크전극(8)과 모재(9)사이에 발생되는 아크에 의해 형성되는 용융지(10)에 경질입자(예:WC-Co로 이루어진 초경입자)(11)가 노즐(12)을 통해 공급된다. 이러한 용접을 화살표A방향을 향해서 소정 속도로 행함으로써, 모재(9)표면에 패딩층(13)이 형성된다. 이 경우, 경질입자(11)가 패딩층(13)표면에 돌출하지 않도록, 또한 패딩층(13)의 심부(深部)에서 빽빽하고 균일하게 분포시키기 위해, 이 경질입자(11)의 낙하위치를 아크 바로위로 하고, 아크의 바로 앞에는 낙하하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다음에, 스프로킷(6) 및 부시(3)의 각 부품마다의 패딩층 형성방법에 대해서 상술한다.

(1)스프로킷(6)에 있어서의 패딩층 형성방법에 대해서

스프로킷(6)의 톱니부(스프로킷 티스)에 대해서 패딩층을 형성할 때에는, 도 3(a)에 나타내듯이, 스프로킷(6)의 회전방향과 교차하는 방향, 바람직하게는 직교하는 방향(화살표 B방향)으로, 부시(3)와의 접촉면 및 톱니끝이 전면적으로 패딩 된다. 여기서, 각 톱니면에 대해서는, 톱니끝부에서 톱니뿌리부에 이르는 방향(화살표C방향)으로 차례로 병렬로 패딩층을 형성하는 것이 비드외관을 균일하게 함에 있어서도, 패딩품질을 안정화하는 데에 있어서도 바람직하다. 왜냐하면, 만약, 반대의 방향, 즉 톱니뿌리부부터 톱니끝부에 이르는 방향(화살표 C와 반대방향)으로 패딩층을 형성한 경우, 용접열이 모재에 축적되고, 톱니끝부의 온도가 고온으로 되어, 용입(溶入)깊이나 입자의 함유량이나 분포, 모상 금속의 조직이 변화해 버리므로, 연속해서 패딩층을 형성할 수 없기 때문이다. 또, 도 3(b)에 나타내듯이, 톱니끝부 근방(약 30㎜)의 범위에서는, 과잉용착금속높이를 다른 부분보다 낮게 하고(3∼4㎜), 또 톱니꼭대기부에는 패딩층의 결손방지를 위해 경질입자를 첨가하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 경질입자는 톱니뿌리부와 톱니끝부와의 중간부의 함유량을 톱니뿌리부 및 톱니끝부의 각각의 함유량보다 많게 해서 공급하는 것이 바람직하다.

전술과 같이 패딩층의 분포 및 경질입자의 분포를 규정함으로써, 톱니뿌리부와 톱니끝부에는 주로 인성을 부여시키고, 톱니뿌리부와 톱니끝부와의 중간부에는 주로 내마모성을 부여시킬 수 있으므로, 톱니끝부의 박리, 결손을 방지할 수 있어 패딩층의 내구성을 안정화시킬 수 있다. 패딩층 형성시에 패딩층에는 도 3(a)에 나타내듯이 비드에 직교하는 방향으로 균열이 발생하는 일이 있지만, 이 균열발생방향이 양자의 맞물림시에서의 인장응력발생방향(화살표 B'방향)과 일치하므로, 그 균열간격이 벌어지는 것을 방지할 수 있다.

그런데, 전술과 같이 해서 용융지에 첨가되는 경질입자는, 소경(0.1∼1.0㎜)의 것을 이용해서 빽빽히 분포시키는 것이 좋고, 또 이들 경질입자는 패딩층의 하부에 침하시키는 것이 좋다. 이렇게 함으로써, 패딩층의 표층에 경질입자를 포함하지 않는 영역이 형성되고, 결합상대부재인 부시(3)와의 맞물림시에서의 초기 융합성을 확보할 수 있다. 또, 패딩층의 매트릭스 하부에서 경질입자간의 거리는 0.1㎜이하로 되고, 경질입자성분의 용출에 의해 공정탄화물도 다량으로 석출함으로써, 경질입자의 돌출방지와, 내마모성의 향상을 꾀할 수 있다.

(2)부시(3)에 있어서의 패딩층 형성방법에 대해

부시(3)의 외주면에 패딩층을 형성함에 있어서는, 도 4에 나타내듯이, 스프로킷(6)의 회전방향(부시(3)의 슬라이딩방향(도 4(a)의 화살표D'방향))과 교차하는 방향, 바람직하게는 직교하는 방향(화살표 D방향)으로, 스프로킷(6)과의 접촉면으로서의 부시 외주면의 대략 반둘레에 걸쳐 패딩된다. 이 패딩층 형성범위를 부시 외주면의 전체둘레로 한 경우에는, 이 패딩층 형성시 등에 발생하는 열응력이나 변태응력의 도피부분이 없어 모재가 변형을 일으키거나, 균열이 발생한다라는 결점이 있다. 이것에 대해서, 본 실시예와 같이 소정부에만 패딩층을 형성하도록 하면, 패딩층형성후의 부시모재의 내경(內徑)가공이 불필요하게 되는 등의 이점이 있다. 또, 이 패딩층 형성범위는, 본 실시예와 같이 대략 반둘레(180°)에 한정되지 않고, 필요 최소한의 각도범위(예를 들면 120°)로 할 수도 있다.

또, 스프로킷(6)과 마찬가지로, 용융지에 첨가되는 경질입자는, 소경(0.1∼1.0㎜)의 것을 이용해서 빽빽히 분포시키는 것이 좋고, 또 이들 경질입자는 패딩층의 하부에 침하시키는 것이 좋다. 이렇게 함으로써, 결합상대부재인 스프로킷(6)과의 맞물림시에서의 초기 융합성을 확보할 수 있다. 또, 패딩층의 매트릭스 하부에서 경질입자성분의 용출에 의해 공정(共晶) 탄화물이 다량으로 석출됨으로써, 경도를 향상시켜 내마모성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 경질입자를 포함하는 띠형상의 패딩부를 연속해서 병 렬형상으로 형성한 것을 설명했지만, 패딩층의 형성에 있어서는, 경질입자를 포함하는 띠형상의 패딩부와, 경질입자를 포함하지 않는 띠형상의 패딩부를 교대로 연속해서 병렬로 형성하도록 하고, 가장 외측(양단부측)의 띠형상 패딩부에는 경질입자를 포함하는 층이 오도록 이들 각 패딩부를 배치하도록 할 수도 있다. 이것에 의해 필요한 경질입자를 적게 할 수 있으므로, 비용의 절감을 꾀할 수 있다. 또, 이러한 구성에 의해서도, 경질입자를 포함하는 좌우 각 띠형상 패딩부가 그 중앙에 위치하는 경질입자를 포함하지 않는 띠형상 패딩부를 보호해서 충분한 기능을 발휘할 수 있다.

(실시예)

다음에, 본 발명에 따른 스프로킷 티스의 패딩강화방법 및 부시의 패딩강화방법의 구체적 실시예에 대해서 설명한다.

(1)스프로킷 티스의 패딩강화방법

(실시예1)

본 실시예에서는, 스프로킷 티스의 패딩강화를 위해, 도 5에 나타내는 공정을 실시했다. 즉, 단조(鍛造), 기계가공을 행해서, 패딩면의 추가가공을 행한 후, 담금질(프레스 담금질)·뜨임처리를 행했다. 또, 모재의 화학성분에서 저온균열이 발생하지 않는 최저온도를 계산하면, 139∼182℃였으므로, 예열온도를 200℃로 하고, 패딩면이 150℃이상에서 용접하는 것으로 했다. 또, 좀더 확실히 하기 위해 후열을 200℃에서 4시간 행하는 것으로 했다. 모재로서는, 표 1에 나타내는 화학성분을 가진 SMnB435H를 채용했다.

모재의 화학성분

강 종류	C	Si	Mn	P	S	Cr	B	CEI(%)	CEN(%)
SMnB435H	0.32 ∼0.37	0.15 ∼0.35	1.2 ∼1.5	0.03 이하	0.03 이하	0.03 이하	0.0005 ∼0.005	0.723 ∼0.898	0.529 ∼0.666

(wt%)

모재의 표면에 패딩층을 형성하는 데에 있어서는, 모재상에 아크에 의해 용융지를 형성하면서 그 용융지에 초경입자(경질입자)를 첨가함으로써, 그 모재상에 초경입자를 포함하는 패딩층을 형성하도록 한다. 첨가하는 초경입자의 지름에는, 예를 들면 0.1∼1㎜의 폭을 가지게 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 큰 입자간의 간극에 작은 입자가 들어가므로, 빽빽히 입자를 충전할 수 있기 때문이다. 이 경우, 초경입자를 가능한 한 가라앉혀서 비드를 매끄럽게 할 필요성이 있으므로, 점성이 낮은 용접와이어를 이용했다.

본 실시예에 있어서의 패딩시공조건은 다음과 같다.

1)용접전류: 220A

2)용접전압: 28V

3)초경입자 공급량: 130g/min

4)토치자세: 초경입자의 낙하위치를 아크 바로위로 하고, 아크의 바로앞에는 떨어뜨리지 않도록 한다(도 2참조).

5)패스간 온도: 150에서 250。로 관리…150℃보다 낮은 경우에는 프로판버너로 가열하고, 250℃이상인 경우에는 냉각해서 그 온도범위가 되도록 관리한다.

6)패딩순서: 도 6(a)의 숫자로 나타내는 순서로, 먼저 각 톱니부의 톱니끝부의 패딩을 행하고, 이어서 톱니면의 패딩을 서로 인접하는 톱니면이 연속하지 않도록 해서 행해서, 패스간 온도의 변동을 작게 한다. 또, 각 톱니면에서는, 스프로킷 티스의 회전방향과 직교하는 방향(도 6(b)참조)에서, 또한 톱니끝부에서 톱니뿌리부에 이르는 방향으로 차례로 패딩을 행한다. 이 경우, 도 6(c)에 나타내듯이, 톱니끝부 근방(약 30㎜)의 범위에서는, 과잉용착금속의 높이를 다른 부분보다 낮게 하고(4㎜이하), 또 톱니꼭대기부에는 패딩층의 결손방지를 위해 초경입자를 첨가하지 않도록 한다.

이렇게 해서 열처리 및 패딩층형성이 이루어진 스프로킷 티스의 강도를 확인하기 위해, 반복낙중(落重)시험을 행했다. 이 시험은, 도 7에 나타내는 시험장치를 이용해서, 충격부하 1.05W(=100ton)를 톱니끝에서 20㎜의 위치에 반복해서 작용시킴으로써 행했다.

이 시험의 결과, 부하회수 9000회에서 톱니끝이 손상했지만, 이 톱니끝의 패딩층에 박리의 발생은 없고, 내마모용 스프로킷 티스로서, 박리·균열 기준모두 판정기준을 만족하고 있고, 문제가 없는 것으로 판단된다.

도 8에는 패딩층의 경도분포(H_V값)가, 도 9에는 단면의 경도분포(H_RC값)가, 도 10에는 패딩층의 금속조직을 나타내는 현미경사진이 각각 나타내어져 있다. 이들 도에서 알 수 있듯이, 용접 입열량을 많게 함으로써 패딩층의 매트릭스에 초경입자(텅스텐이나 탄소)성분의 용출량이 많아지고, 공정 탄화물이 매트릭스전체영역에 다량으로 석출해서 경도가 H_V800∼940으로 상승하고 있다. 또, 매트릭스 하부는 상부보다 석출탄화물이 많고, 경도가 높은 조직으로 되어 있다.

도 11에는, 초경입자의 경도에 미치는 용접 입열량의 영향을 조사한 실험결과가 나타내어져 있다. 이 그래프에 나타내듯이, 본 실시예에서는, 입열량을 약 28000J/cm근방의 값으로 조절함으로써, 과반수의 입자의 경도는 H_V1250이하로 되어 있고, 초경립과 매트릭스의 내마모성의 차가 작게 되어 있다. 이것에 의해, 초경립과 매트릭스가 대략 동등하게 마모해서 매끄러운 마모면으로 할 수 있었다. 또, 이 입열량의 조절에 의해 초경입자의 분포나 초경입자로부터의 성분의 용출량도 안정되므로, 패딩층의 조직도 안정화시킬 수 있었다.

본 실시예에서는, 또한, 패스간 온도가 대략 일정하게 되도록 관리되어 있는 것에 의해, 비드의 외관을 매끄럽게 할 수 있어 비드표면에 응력집중의 기점(起點)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

(실시예2)

본 실시예에서는, 도 5에 나타내는 공정에 있어서 패딩용접후에 스프로킷 티스에 프레스 담금질을 실시했다. 본 실시예에 있어서의 경도분포가 도 12에 나타내어지고, 또 스프로킷 티스의 구부러짐량 측정시험의 시험결과가 도 13에 나타내어져 있다. 이 구부림량 측정시험은, 도 13(b)에 나타내듯이, 티스의 원호면에 게이지를 대고, 티스단부에서의 게이지와의 간극(S, U)을 측정한 것이다.

패딩용접에 의한 열영향부는 패딩층과 모재의 경계부에서 깊이방향으로 수십 ㎜에 걸쳐 형성되고, 이 부분은 모재본래의 경도, 즉 담금질이나 뜨임된 상태의 경도보다 내려가고, 결정립도 조대화하고 있다. 그러나, 이렇게 패딩용접후에 프레스 담금질을 실시하면, 도 12에 나타내듯이 열영향부(도면속의 거리 6㎜이하)의 경도는 담금질이나 뜨임된 상태의 경도, 즉 H_V540정도로 안정되어 있고, 열영향부가 완전히 소멸되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 모재강도가 향상하고, 피로강도가 향상하게 된다. 또, 도 13에서 알 수 있듯이, 프레스 담금질을 행함으로써 패딩용접에서 발생한 변형을 교정할 수 있으므로, 스프로킷 티스를 정확한 면접촉으로 부착할 수 있고, 부착형태에 기인해서 발생하는 가동중에서의 변형을 방지할 수 있다.

(비교예)

상기 실시예와 동일한 모재를 이용하는 동시에, 동일한 공정에서, 다음의 패딩시공조건에서 시험을 행했다.

1)용접전류: 170A

2)용접전압: 26V

3)초경입자 공급량: 110g/min

4)패딩비드: 과잉용착금속높이: 4㎜, 비드의 기복이나, 초경입자의 노출에는 특별히 영향을 미치지 않음.

5)패딩순서: 도 14의 숫자로 나타내는 순서로, 각 톱니부마다 톱니끝부와 톱니면의 패딩을 순차 행한다. 또, 각 톱니면에서는, 스프로킷 티스의 회전방향과 직교하는 방향(도 6(b)참조)으로, 또한 톱니뿌리부에서 톱니끝부에 이르는 방향으로 순차 패딩을 행한다. 이 경우, 톱니꼭대기부에도 초경입자가 첨가되어 있다. 또, 톱니끝에서는 약 380℃까지 승온되어 있다.

이 비교예에서 시작(試作)된 스프로킷 티스의 품질조사결과로서, 도 15에는 패딩층의 경도분포(H_V값)가, 도 16에는 단면의 경도분포(H_RC값)가, 도 17에는 패딩층의 금속조직을 나타낸 현미경사진이 각각 나타내어져 있다. 또, 패딩층에는 미세한 균열이 다수 발생하고 있고, 이들 균열은 패딩층과 모재와의 경계면에서 멈춰져 있는 것이 확인되었다. 이들 도면에서 알 수 있듯이, 모재에 있어서는 톱니끝의 경도가 현저히 저하하고 있고, 패딩층이 없어지고 난 후의 조기 마모가 우려된다. 또, 패딩층의 매트릭스의 경도는 H_V값에서 약 450의 낮은 값이었다. 또, 패딩층의 매트릭스조직으로서는, 잔류 오스테나이트, 렌즈형상 마텐자이트, 석출탄화물의 혼재조직으로 되어 있고, 매트릭스의 하부는 상부보다 석출탄화물이 많고, 경도가 높은 조직으로 되어 있다.

이렇게 해서 열처리 및 패딩층 형성이 이루어진 스프로킷 티스의 강도를 확인하기 위해, 실시예와 마찬가지로 반복낙중시험을 행했다. 이 시험결과, 부하회수 5000회에서 톱니끝이 절손(折損)하고, 이 톱니끝의 패딩층에 박리가 발생했다. 균열의 발생기점은 패딩층면의 오목부(비드겹침부)였다.

이상의 검토결과로부터, 실시예에 있어서는, 톱니끝부절손, 패딩층박리 등의 면에서 충분히 만족할 수 있는 품질이 얻어지고 있다. 또, 모재경도의 면에서는, 톱니끝근방에서는 목표로 하는 H_RC30는 얻어지지 않지만, 비교예의 것에 비해 충분히 높은 경도가 얻어지고 있다. 이것에 대해서, 비교예에 있어서는, 모재의 톱니끝근방의 경도가 대폭 저하하고 있고, 조기 마모가 염려된다. 또, 비드표면이 요철로 초경립이 노출하고 있으므로, 오목부에서의 응력집중에 의한 균열발생이나, 돌출입자가 상대부재(부시)를 깎아 버리는 것이 염려된다.

본 실시예에 있어서는, 패스간 온도를 가능한한 일정하게 유지하기 위한 한 수단으로서, 패딩비드를 톱니끝에서 톱니뿌리방향으로 차례로 배치하도록 패딩시공하는 것으로 했지만, 이 패딩방향은 톱니끝에서 톱니뿌리방향으로 한정할 필요는 없고, 충분히 시간을 들여 온도를 측정하면서 시공하도록 하면, 톱니뿌리에서 톱니끝방향으로 시공하는 것도 가능하다.

본 실시예에 있어서는, 세그먼트식의 스프로킷 티스에 적용한 것을 설명했지만, 본 발명은 여러 가지 타입의 스프로킷 티스에 적용할 수 있다.

(2)부시의 패딩강화방법

전술한 도 4에 나타내듯이, 부시(3)의 모재(9)의 외주면에 대략 반둘레에 걸쳐 패딩층(13')을 형성한다. 또, 이 패딩층(13')의 형성에 있어서는, 전술한 도 2에 나타내듯이, 모재(9')상에 아크에 의해 용융지를 형성하면서 그 용융지에 초경립(경질입자)을 첨가함으로써, 그 모재(9')상에 초경립을 포함하는 패딩층(13')을 형성한다. 또, 이 패딩용접과 열처리를 조합해서 패딩층(13') 및 모재(9')의 강화를 꾀하도록 한다. 이 패딩강화를 위한 공정을 평가하기 위해, 모재(9')의 선삭(旋 削)가공(L가공)후에 다음의 3종류의 공정을 실시했다.

(실시예1)

[공정1] 패딩용접→가스침탄→담금질→뜨임→마무리가공

용접성이 좋은 SCM415를 모재로서 이용했다. 패딩층의 균열발생방지를 목적으로 350℃의 예열을 행하고, 예비패딩없이, 초경입자를 용융지에 공급하면서 아크패딩용접을 행했다. 이후, 350℃×2시간이상의 후열처리를 실시하고, 가스침탄→담금질→뜨임에 의해 표면을 경화시켰다. 이후, 외주압입부의 연삭, 단면연삭 및 단면버닝마무리를 행해서 최종 제품을 얻었다. 또, 침탄온도는 950℃, 경화깊이는 4㎜, 재가열 담금질온도는 850℃, 담금질수온은 30℃, 뜨임은 220℃×3시간이상으로 했다.

(실시예2, 비교예1∼4)

[공정2] 패딩용접→오일담금질→뜨임→내주면 고주파 담금질→뜨임→마무리가공

모재는 담금질성에서 SAE4161A를 얻었다. 역시 350℃의 예열을 행하고, 공정1과 동일한 패딩용접후, 350℃×2시간이상의 후열처리를 실시하고, 오일담금질(담금질온도 830℃, 담금질오일온도 150℃(실시예2 및 비교예2∼4)또는 40∼80℃(비교예1))→뜨임(180℃×1시간). 또는 내주면 고주파 담금질→뜨임(200℃×3시간)에 의해 표면을 경화시켰다. 이후, 외주압입부의 연삭, 단면연삭 및 단면버닝마무리를 행해서 최종제품을 얻었다. 또, 내주면고주파 담금질은, 심부에 뜨임연화영역을 형성해서 내충격피로강도의 향상을 목적으로 하는 것으로, 외주면을 물 로 냉각하면서 내주면을 고주파가열함으로써 행했다. 또, 패딩용접에 있어서, 패딩층의 균열이 용접후 혹은 뜨임시에 모재에 진전하는 것을 방지하는 목적으로, 연강을 예비패딩하는 것도 검토했다. 이 경우, 비교예1∼3에 대해서는, 연강 예비패딩을 부시의 반둘레에 행하고, 비교예4에 대해서는 부시의 전체둘레에 행하였다.

(비교예5∼7)

[공정3] 오일담금질→뜨임→패딩용접→내주면 고주파 담금질→뜨임→마무리가공

모재는 공정2와 동일한 이유에서 SAE4161A를 얻었다. 패딩용접전에 오일담금질→뜨임의 공정을 행하고, 먼저 모재전체를 목표한 경도로 하고 나서 패딩용접을 행했다. 용접시의 예열온도는 350℃(비교예5, 7)와 250℃(비교예6)의 2수준으로 했다. 또, 비교예5, 6에 대해서는 예비패딩없이, 비교예7에 대해서는 연강 예비패딩을 부시의 반둘레에 행했다.

또, 상기 각 공정에 있어서, 패딩용접은, 폭 15㎜의 스트레이트 비드를 겹치도록 해서 행했다. 폭이 좁은 비드를 겹쳐 패딩함으로써, 패딩층의 조직을 균일하게 할 수 있다. 폭이 넓은 비드를 설치하면, 입자를 첨가하는 용융지도 커지므로, 용융지속의 경질입자의 분포는 불안정하게 되는 경향이 있고, 패딩층의 입자분포가 불균일하게 된다. 비드의 응고수축량도 많아지므로 패딩층의 균열도 발생하기 쉽다. 한편, 가는 비드를 일부 겹치면서 병렬이 되도록 패딩하면, 비드 1개마다의 입자의 분포는 매우 안정되므로, 패딩층전체영역에서 경질입자의 분포는 균일하게 되고, 수축량도 적으므로 균열도 발생하기 어렵다.

또, 아크시작시에는 과잉용착금속이 높아지는 경향이 있으므로 용접속도를 미세하게 조종해서 과잉용착금속이 균일하게 되도록 하고, 한편 아크종료부는 과잉으로 경질입자의 입자(초경립)가 들어가 결함이 발생하거나, 반대로 초경입자가 적어 과잉용착금속이 부족하게 되는 일이 없도록 초경립의 공급정지를 최적의 타이밍으로 설정했다. 그리고, 연속용접을 위해 공작물온도는 점차 상승시키고, 용융지가 커지므로, 입자함유량이 증가하고, 과잉용착금속이 높아지는 것을 고려하고, 패스마다 용접속도를 조정해서, 입자함유량과 과잉용착금속이 균일하게 되도록 했다.

여기에서, 첨가하는 초경입자의 지름에는, 예를들면 0.1∼1㎜의 폭을 유지시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 큰 입자간의 간극에 작은 입자가 들어가므로, 입자를 빽빽히 충전할 수 있기 때문이다.

이하에, 실시예1, 2 및 비교예 1∼7에 있어서의 각각의 테스트결과를 나타낸다.

(실시예1)

도 18에는, 모재의 단면경도분포(H_RC값)가 나타내어지고, 도 19(a)에는, 모재의 단면경도(H_RC값)와 모재 외주면의 잔류응력값(-는 압축응력인 것을 나타낸다)이 각각 나타내어져 있다. 또, 도 19(b)에는 패딩층에 발생한 균열의 위치가 나타내어져 있다. 그리고, 도 20에는 모재단면의 경도분포(H_V값)가, 도 21에는 모재내외주면의 경도분포(H_V값)가, 도 22에는 두께층의 경도분포(H_V값)가 각각 나타내어지고, 도 23에는 패딩층의 금속조직을 나타낸 현미경사진이 나타내어져 있다(단, 도 23속의 숫자는 하중 500g에서의 임의의 9점에 있어서의 경도(H_V)와 평균경도(X)이다.). 모재단면경도의 평균값은 H_RC60.1이었다. 또, 패딩층의 잔류응력은 표면이 요철이므로 측정할 수 없었다.

또, 침탄후의 담금질공정에 있어서, 모재에도 패딩층에도 균열은 발생하지 않았다. 모재표면은 침탄되어 있으므로 담금질시에 변태팽창하지만, 모재내부는 수축하므로, 모재표면에는 압축잔류응력이 발생했다. 패딩층은 초경립과 합금층으로 구성되어 있지만, 초경립의 선팽창계수는 강의 대략 1/2이므로, 초경립을 포함하는 패딩층의 담금질시의 수축량은 모재보다 적고, 그 때문에 패딩층에는 압축잔류응력이 발생하고, 모재표면의 변태팽창을 구속하므로, 패딩층의 단부근방의 모재에도 압축잔류응력이 발생한다. 이들 잔류응력은 담금질시의 균열방지와 피로강도의 향상에 기여하고 있다.

전술한 측정결과로부터, 모재(9)의 단면경도 및 내주면경도의 어느것이나, 요구되는 경도(H_RC54이상)가 얻어졌고, 외주면경도도, 요구되는 경도(H_RC45이상)가 얻어졌음을 알 수 있다. 또, 경화깊이(H_RC50이상의 깊이)도 3㎜이상의 충분한 깊이가 얻어졌다. 그리고, 모재에는 균열은 없고, 패딩층에 용접 직후에 발생한 미세한 균열(도 19(b)참조)이 존재하지만, 이 균열은, 패딩층과 모재와의 경계면에서 정지하고 있고, 반복 낙중시험에서 박리나 모재로의 균열진전이 없는 것이 확인되었다.

또, 도 23의 현미경사진에서 보여지듯이, 패딩층의 매트릭스 상부에서는, 침탄처리에 의해 외부에서 침입한 탄소에 의해 생성된 탄화물과, 초경립에서 용출한 텅스텐과 탄소에 의해 석출된 공정(共晶)탄화물이 침탄시의 확산처리에서의 장시간가열에 의해 구상화하고, 매트릭스전체영역에 균일하고 미세하게 분산하고 있다(사진에서 백색으로 나타나 있다). 매트릭스 하부에서는, 초경입자신에 의해 내마모성이 높여지는 동시에, 이 초경립에서 용출한 텅스텐과 탄소에 의해 공정탄화물이 석출하고, 상부와 동일하게 침탄처리에서의 장시간 가열에 의해 구상화가 진행해서 미세화하고 있다. 그리고, 이들 조직은 담금질처리에 의해 바탕이 미세한 마텐자이트(사진에서 흑색으로 나타나 있음)로 되어 더욱 경도를 높일 수 있고, 내마모성을 높인 조직이 얻어졌다.

(실시예2)

도 24에는, 모재의 단면경도분포(H_RC값)가 나타나고, 도 25(a)∼(d)에는, 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 모재 외주면의 잔류응력값이 나타내어져 있다. 또, 모재단면경도의 평균값은 H_RC59.0이었다. 모재에 균열은 발생하지 않았지만, 패딩층에 용접방향을 따라 미세한 균열(세로균열)이 발생했고, 균열을 가로지르는 단면에서 깊이를 확인한 결과 패딩층의 표층에서 정지했다. 또, 용접시에 발생한 패딩층의 균열(가로균열)은 모재로는 진전하지 않았다. 외주표면에는 모든 인장의 잔류응력이 발생했다. 또, 본 실시예는, 이후에, 내주면 고주파 담금질·뜨임의 공정이 필요하지만, 검토는 여기까지했다.

(비교예1)

도 26(a)(b)에는, 오일담금질·뜨임전의 균열발생상황이 나타내어지고, 도 27(a)(b)(c)에는, 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값이 나타내어져 있다. 이 비교예에서는, 패딩층에는 균열의 발생은 없었지만, 모재가 파단되어 버렸다. 또, 균열발생후에도 균열근방에서 여전히 40kg/㎟정도의 인장응력이 잔류하고 있음이 확인되었다. 균열의 기점은 패딩층의 코너부이고, 균열발생의 시기는, 파면이 깨끗한 쥐색을 하고 있는 것으로부터 뜨임후라고 추정된다.

(비교예2)

도 28(a)(b)에는, 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값이 나타내어져 있다. 이 비교예에서는, 모재, 패딩층 모두 오일담금질·뜨임에 의한 균열의 발생은 없고, 용접시에 발생한 패딩층의 균열도 진전하지 않았다. 또, 외주표면에는 압축응력이 잔류하고 있었다. 단, 단면경도는 정도차가 크고(H_RC52.4∼56.1), 목표로 하는 경도H_RC54를 만족하지 않는 부분도 있었다. 또, 내부는 H_RC40∼50으로 완전히 담금질 되지 않는다. 특히 내주측의 경도가 낮고, 내주측에서의 오일의 흐름이 불충분한듯하다.

(비교예3)

비교예2에서 단면경도가 낮았으므로, 경도를 올리기 위해 오일온도를 내려 테스트를 행했다. 각종 데이터로부터 목표값H_RC54이상이 되는 오일온도를 120℃로 추정했다. 이 비교예3에 있어서의 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황과 잔류응력값이 도 29(a)(b)(c)에 나타내어져 있다. 5개로 테스트했지만, 외주표면에는 인장응력이 잔류하고, 5개모두가 패딩층의 코너를 기점으로 모재에 균열이 발생했다. 또, 패딩층에는 열처리에 의한 새로운 균열의 발생은 없었다. 단면경도는 H_RC54이상이었다.

(비교예4)

비교예3에서 모재의 균열의 기점이 패딩층의 코너부로 되어 있던 것, 이 코너부의 잔류응력이 높았던 것으로부터, 연강 예비패딩을 전체둘레에 실시해서 두께층의 코너를 없앴다. 그리고, 단부의 형상이 담금질균열의 원인이 되는 것을 고려하여, 단부를 절단가공해서 매끄럽게 마무리한 공작물도 준비했다. 도 30(a)(b)에, 오일담금질·뜨임후의 균열발생상황이 나타나 있다. 도시와 같이, 연강 기초패딩층의 가장자리에서 모재에 균열이 발생했다. 단부를 매끄럽게 마무리한 것에도 동일한 균열이 발생했고, 그 마무리효과는 없었다. 패딩층에는 새로운 균열의 발생은 없었다.

모재의 단면경도분포에서 외주측과 내주측에는 냉각속도에 차이가 있다. 외주측쪽이 냉각이 빠르므로 먼저 담금질되고, 내주측은 늦게 담금질된다. 그 때문에, 외주측에는 인장잔류응력이 발생한다. 예비패딩의 연강은 담금질되지 않고 변태팽창하지 않으므로, 모재보다 상대적으로 수축량이 많고, 예비패딩층의 단부근방의 모재에는 인장잔류응력이 발생한다. 이들 2개의 잔류응력이 균열발생의 원인으로 되고 있다.

(비교예5, 7)

비교예5는 예비패딩없이, 비교예7은 예비패딩이 있는 경우이다. 도 31(a)(b)에는, 비교예5에 있어서의 내주면고주파 담금질→뜨임후의 균열발생상황, 단면경도 및 잔류응력값이 나타내어지고, 도 32(a)(b)에는, 비교예7에 있어서의 내주면 고주파 담금질→뜨임후의 균열발생상황, 단면경도 및 잔류응력값이 나타내어져 있다. 연강 예비패딩의 유무에 상관없이 모재에 균열은 발생하지 않았지만, 초경립분산 패딩층에 매우 미세한 균열이 용접방향과 대략 직각으로 다수 발생했다. 균열을 가로지르는 단면에서 그 균열의 깊이를 조사했더니, 상기 실시예2와 마찬가지로, 패딩층상층의 입자가 없는 층에서 멈췄다. 내주면 고주파 담금질은, 내주측이 A₁점이상으로 가열되는 데에 비해 외주측은 물로 냉각되므로, 극단적인 온도구배가 발생하고, 이것에 의해 발생한 열응력으로 균열된 것이라고 생각된다. 잔류응력은 외주면에서 압축응력이 발생하고 있다. 또, 단면경도는 목표값에 도달하지 않지만, 이것은 용접시에 뜨임되어 버렸기 때문이다.

(비교예6)

비교예5의 개선책으로서, 예열온도, 후열온도를 350℃에서 250℃로 내린 것이 비교예6이다. 도 33에 패딩후의 균열발생상황과 단면경도가 나타내어져 있다. 이 결과에서 알 수 있듯이, 예열온도 및 후열온도를 250℃로 내려도 모재의 저온균열은 없고, 패딩층의 균열쪽에도 차이는 보여지지 않았다. 단면경도는 비교예5보다도 0.6∼5%의 높이가 목표값 H_RC54를 만족하고 있지 않다. 0.6%밖에 올라가지 않았다는 것은, 패딩층에 가까운 단면에서, 용접입열에 의해 경도가 저하하고 있는 것에 의한 것이라고 생각된다.

이상의 검토결과로부터, 실시예1에 잇어서는, 단면경도, 내주면경도 및 외주면경도의 면에서도, 모재 혹은 패딩층의 균열의 면에서도, 충분히 만족할 수 있는 품질이 얻어지고 있다. 또, 패딩층에 용접직후에 발생한 약간의 균열이 존재하지만, 이 균열은, 패딩층과 모재의 경계면에서 정지하고 있고, 특별한 문제가 없는 것이라고 판단된다. 또, 실시예2에 있어서는, 최종공정까지 실시하고 있지만, 단면경도는 만족할 수 있는 값이고, 패딩시에 패딩층에 발생한 균열도 패딩층/모재계면에서 멈추고 있고, 오일담금질시에 패딩층에 발생한 균열도 패딩층표층에서 멈추고 있는 것으로부터, 요구품질이 얻어지고 있는 것이라고 추정할 수 있다.

이것에 대해서, 비교예1∼7에 있어서는, 모재에 균열이 발생한 것(비교예1, 3, 4)이나, 모재에 균열은 발생하지 않지만, 단면경도가 전체적으로 낮거나(비교예5, 7), 혹은 소정의 단면경도를 만족하지 않는 부분이 있어서(비교예2, 6), 요구되는 품질이 만족되지 않는다.

마모면을 매끄럽게 하는 방법으로서, 패딩층 형성공정에 있어서, 용접 입열량을 많게 해서, 초경립과 매트릭스의 내마모성의 차이를 작게 하는 것도 유효하다. 도 34는, 초경립과 매트릭스의 경도에 미치는 용접 입열량의 영향을 조사한 것이다. 또, 이 용접 입열량의 영향은 부품의 크기나 패딩부의 형상, 예열온도 등에 따라 변화하고, 경도는 패딩후의 냉각속도에도 영향을 미치므로, 여기에 나타낸 데이터는 경향만을 나타낸 것이다.

용접 입열량을 증가시켜 가면 초경립의 변질이 진행하고, 경도가 저하해 가는 한편, 매트릭스에는 초경립으로부터 용출한 텅스텐이나 탄소에 의한 탄화물이 매트릭스의 전체영역에 대량으로 석출하고, 경도가 올라간다. 초경립과 매트릭스의 내마모성은 용접 입열량을 증가함으로써 그 차이가 작아지고, 초경립과 매트릭스가 동일하게 마모해서 매끄러운 마모면이 된다. 토사를 구성하는 광물 중, 가장 마모에 기여하는 실리카의 경도가 H_V700∼1200인 것으로부터, H_V1200이상의 초경입자가 50%이하이고, 매트릭스의 경도가 H_V700이상으로 되어 있으면, 대략 전술과 같이 초경립과 매트릭스가 동일하게 마모한다.

(3)스프로킷과 부시의 조합사용

다음에, 전술되어 있는 스프로킷(6)과 부시(3)를 조합해서 사용한 경우의 효과를 확인하기 위해, 도 35에 나타내듯이, 스프로킷 티스에 맞춘 회전하는 디스크(20)에, 부시에 맞춘 블록(21)을 밀착시켜, 각각의 마모량을 측정하는 시험을 행했다. 여기에서, 디스크(20)의 표면에, 오일샌드를 박히게 하기 위한 방사상의 슬릿(22)(폭 2㎜, 12개)을 형성하고, 디스크(20)와 블록(21)과의 사이에 오일샌드 (규사(특선 7호): 70%, Mobil TAC QQ: 20%, Mobil 백트라오일 No. 2:10%)(23)를 개재시켰다. 시험조건은 이하와 같다.

면압: 0.065kg/㎟

슬라이딩속도: 0.9896m/min

슬라이딩면적: 블록 900㎟, 디스크 20970㎟

시험시간: 45시간

또, 디스크(20) 및 블록(21)의 각 시험편으로서는,

디스크(20)의 시험편으로서, (1)SCM435의 물담금질, 뜨임품(경도: H_RC53), (2)SS400의 미세립 패딩품(초기마모상태, 입자분포 거침), (3)SS400의 미세립 패딩품(입자분포 빽빽함)의 3종류의 공작물을 준비하고, 또, 블록(21)의 시험편으로서, (1)SAE4161A로 이루어진 공작물(경도: H_RC59) 및 (2)SCM415의 미세립 패딩품(입자분포 빽빽함)의 2종류의 공작물을 준비하고, 시험면은 모두 G로 마무리했다.

여기에서, 블록(21)의 패딩품에 대해서는, 패딩용접후에 가스침탄, 담금질, 뜨임처리를 실시한 것을 이용했다. 또, 도 36(a)에 나타내듯이, 미세립 패딩품(초기마모상태, 입자분포 거침)이란, 패딩층의 상층부분을 슬라이딩면으로서 사용한 것이고, 미세립 패딩품(입자분포 빽빽함)이란, 패딩층의 하층부분을 슬라이딩면으로서 사용한 것이다.

도 36(b)에는 시험결과가 나타내어져 있다. 이 그래프에서 명백하듯이, 소재끼리(블록(1) 및 디스크(1))의 슬라이딩에 의한 마모속도를 1.0으로 한 경우에, 미세립 패딩품끼리의 슬라이딩에 의한 마모속도는 작은 값으로 되었고, 그 중에서도 입자분포를 빽빽히 한 것끼리의 슬라이딩에 의한 마모속도는 가장 작은 값으로 되어 있있다. 한편, 블록(21)으로서 SAE4161A를 이용하고, 디스크(20)로서 미세립 패딩품(초기마모상태, 입자분포 거침)을 이용한 것, 즉 블록(1)과 디스크(2)와의 조합의 경우에는, 디스크측의 경질입자가 돌출해서 상대부재인 블록을 깎게 되는 결과, 블록의 마모속도가 증가하고 있다.

이상의 검토에서, 스프로킷(6)과 부시(3) 중 어느 것이나 미세립의 경질입자 가 빽빽히 분포하는 패딩품을 이용해서, 이들을 조합해서 사용하는 것이 유효함을 알 수 있다.

전술의 반복낙중시험에서 패딩층의 오목부에서 균열이 발생하여 파손한 바와 같이, 패딩층표면의 요철은 응력집중원이 되므로, 내구성향상을 위해서는 조기에 자체 마모에 의해 매끄럽게 되는 것이 바람직하다. 도 37에 나타내듯이, 스프로킷, 부시 모두 패딩방향을 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향, 가장 바람직하게는 직교하는 방향으로 함으로써, 이 작용효과가 얻어진다. 즉, 패딩방향을 회전방향과 직교하는 방향으로 하면, 미끄러짐이 발생했을 때에 오목부에 고인 토사가 항상 슬라이딩면에 공급되므로, 토사가 연마제로 되어 표면의 요철을 조기에 마모시킨다. 표면이 매끄럽게 되면 응력집중원도 없어지므로 피로강도도 향상하게 된다.

본 발명에 의해 개시한 기술사상은 유사한 조건에서 사용되고, 바퀴장치의 아이들러, 트랙롤러, 캐리어롤러, 트랙링크노면 등, 혹은 기타 토사를 끌어들이는 슬라이딩부품에 응용할 수 있다.

Claims (30)

1. 대향하는 한 쌍의 링크사이에 부시가 장착되어 이루어진 무한궤도대와, 이 부시와 맞물리는 복수개의 톱니부를 갖는 스프로킷을 구비하는 무한궤도차량의 바퀴장치로서,

   상기 스프로킷의 톱니부에, 이 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 경질입자를 함유하는 패딩층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 경질입자는, 톱니뿌리부보다 톱니끝부가 적고, 및/또는 톱니끝단부에는 함유되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경질입자는, 톱니뿌리부와 톱니끝부와의 중간부의 함유량이 톱니뿌리부 및 톱니끝부의 각각의 함유량보다 많게 되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경질입자는, 상기 패딩층의 표면에는 돌출하지 않도록, 또한 패딩층 심부(深部)에서 빽빽히 분포하도록 그 패딩층에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 경질입자는, 박히는 토사의 크기와 동등이하의 간격으로 분포하도록 패딩층에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
6. 대향하는 한 쌍의 링크사이에 부시가 장착되어 이루어진 무한궤도대와, 이 부시와 맞물리는 복수개의 톱니부를 보유하는 스프로킷을 구비하는 무한궤도차량의 바퀴장치로서,

   상기 스프로킷의 접촉면으로서의 상기 부시의 외주면에 경질입자를 함유하는 패딩층이 형성되고, 또한 상기 부시의 심부(芯部)는 인성이 높은 강으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 부시의 외주면에는 경화층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 스프로킷의 회전방향과 교차하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 스프로킷에 맞물리는 상기 부시 외주면의 대략 반둘레에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 경질입자는, 상기 패딩층의 표면에는 돌출하지 않도록, 또한 패딩층 심부에서 빽빽히 분포하도록 그 패딩층에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 경질입자는, 박히는 토사의 크기와 동등이하의 간격으로 분포하도록 패딩층에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 경질입자를 포함하는 띠형상 패딩부가 연속해서 병렬로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
13. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 패딩층은, 상기 경질입자를 포함하는 띠형상 패딩부와, 이 경질입자를 포함하지 않는 띠형상 패딩부가 교대로 연속해서 병렬로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
14. 제1항 또는 제2항에 기재된 스프로킷과, 제6항 또는 제7항에 기재된 부시를 조합해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 무한궤도차량의 바퀴장치.
15. 복수개의 톱니부를 갖는 스프로킷 티스의 톱니면에 패딩용접을 실시해서 내마모 스프로킷 티스를 얻는 스프로킷 티스의 패딩강화방법으로서,

    상기 스프로킷 티스의 회전방향과 직교하는 방향으로 차례로 패딩용접을 실시하는 동시에, 이 패딩용접시에 각 톱니부마다의 입열량이 대략 일정하게 되도록 그 패스간 온도를 관리하는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 패딩용접은, 아크에 의해 스프로킷 티스의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급해서 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 패딩용접은, 상기 경질입자의 입경분포에 폭을 유지시켜 이들 경질입자를 빽빽히 충전할 수 있도록 하여 행해지는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 경질입자에 초경합금을 이용하여, 이 초경합금의 성분을 용융금속에 용출시켜 그 초경합금을 에워싸는 매트릭스의 전체영역에 탄화물을 석출시키는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 패딩용접은, 상기 톱니끝부에 상기 경질입자를 포함시키지 않도록 그 경질입자의 공급량을 제어하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 패딩용접은, 상기 톱니끝부 근방에서의 패딩층이 얇아지도록, 혹은 그 톱니끝부 근방에서의 상기 경질입자의 밀도가 작아지도록 패딩속도 혹은 경질입자의 공급량을 제어하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
21. 제16항, 제17항, 제19항 또는 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패딩용접에 앞서, 상기 스프로킷 티스에 담금질·뜨임처리와 예열처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패딩용접후에, 상기 스프로킷 티스에 발생한 표면잔류응력을 완화하는 후열처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
23. 제15항, 제16항, 제17항, 제19항 또는 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패딩용접후에, 상기 스프로킷 티스에 발생한 용접변형을 교정하고, 또한 용접열 영향부를 소실시키는 프레스 담금질을 실시하는 것을 특징으로 하는 스프로킷 티스의 패딩강화방법.
24. 내주면 및 외주면이 기계가공된 부시의 외주면에 패딩용접을 실시해서 내마모 부시를 얻는 부시의 패딩강화방법으로서,

    (a)아크에 의해 부시의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급함으로써 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하는 패딩형성공정,

    (b)이 패딩층이 형성된 부시에 가스침탄처리를 실시하는 제1열처리공정 및

    (c)이 제1열처리공정후에, 부시에 재가열·담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제2열처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
25. 내주면 및 외주면이 기계가공된 부시의 외주면에 패딩용접을 실시해서 내마모 부시를 얻는 부시의 패딩강화방법으로서,

    (a)아크에 의해 부시의 모재상에 형성되는 용융지에 경질입자를 공급함으로써 그 모재상에 경질입자를 함유하는 패딩층을 형성하는 패딩층 형성공정,

    (b)이 패딩층이 형성된 부시에 무산화가열·오일담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제1열처리공정 및

    (c)이 제1열처리공정후에, 부시의 내주면을 고주파가열하면서 외주면을 냉각하는 내주면 담금질처리와 뜨임처리를 실시하는 제2열처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 패딩층의 형성은, 상기 경질입자의 입경분포에 폭을 유지시켜 이들 경질입자를 빽빽히 충전할 수 있도록 해서 행해지는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
27. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 경질입자에 초경합금을 이용하고, 이 초경합금의 성분을 용융금속에 용출시켜 그 초경합금을 에워싸는 매트릭스의 전체영역에 탄화물을 석출시키는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
28. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 패딩층 형성공정전에 부시를 소정 온도로 가열하는 예열처리공정이 마련되는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
29. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 패딩층 형성공정후에 부시를 소정온도로 가열하는 후열처리공정이 마련되는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.
30. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 제2열처리공정후에, 마무리가공으로서, 부시 외주면의 압입부 연삭, 단면 연삭 및 단면버닝 마무리가 실시되는 것을 특징으로 하는 부시의 패딩강화방법.

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