KR100610933B1 - 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법 - Google Patents

단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법에 관한 것으로서, 커넥팅 로드를 일체형(로드 및 캡)단조로 제작한 후, 시행하는 열처리 조건을 제어함으로써, 강성 및 강도를 증대시킬 수 있도록 한 것이다.
이에, 본 발명은 소재에 대한 예열, 절단, 가열, 단조 공정을 순서대로 진행한 후, 소정의 냉각수단에 의하여 3단계로 제어냉각을 진행하되, 이 제어냉각은 단조종료후 1050℃의 제품 온도를 850℃까지 150∼200℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 1구간 단계와, 850℃의 제품 온도를 650℃까지 130∼170℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 2구간 단계와, 650℃의 제품 온도를 450℃까지 30∼50℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 3구간 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법을 제공한다.
단조 분할 커네팅 로드, 열처리 방법

Description

단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법{Heat treatment method of forging separate connecting rod}
도 2a,2b는 본 발명의 열처리 방법과 종래의 열처리 방법에 의해 제조한 제품의 미세조직을 보여주는 현미경 사진
본 발명은 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법에 관한 것으로서, 커넥팅 로드를 일체형(로드 및 캡)단조로 제작한 후, 시행하는 열처리 조건을 제어함으로써, 강성 및 강도를 증대시킬 수 있도록 한 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 엔진용 커넥팅로드는 피스톤에 연결되어 실린더 내를 왕복하며, 팽창행정에서 고온, 고압의 가스압력을 받아 피스톤의 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로 바꾸어 주는 기능을 하는 엔진 시스템의 주요 구동 부품이다.
이러한 커넥팅 로드는 단조 방식으로 제조되는 바, 기존의 철강 커넥팅 로드 단조 방식은 그 소재의 종류에 따라 다음의 두가지로 크게 나누어진다.
1) 일반탄소강:조질강이므로 열간단조 성형후, 자연방냉 및 후열처리(소입 및 소려), 2) 중탄소비조질강:열간단조 성형후, 방냉.
상기 일반탄소강 소재는 대표적인 현 양산재로서 추가 열처리 공정에 따른 제조비용 증가의 문제가 있고, 상기 중탄소비조질강은 비조질강이므로 후열처리 공정은 생략되고 있다.
최근에는 가공공수 단축 및 부품의 강성 증대를 위하여 파단분할 커넥팅 로드의 제조 방식이 개발되고 있다. 즉, 기존의 좌면가공방식 대신 일체형 단조후 파단 분리하는 방법을 말한다.
보다 상세하게는, 상기 좌면가공방식은 단조 후에 로드 및 캡의 접합면을 기계가공하여 볼트를 체결하는 방식이고, 상기 파단 분리하는 방식은 일체형 단조 및 대단부의 노치 성형 후, 쐐기를 박아 파단 분할하는 방식을 말한다.
상기 파단 분할을 위해서는 기존의 적용소재로는 불가능한데, 그 이유는 탄소함량이 낮아 연성이 높으므로 파단시 연신에 의한 소성변형이 발생하기 때문이다.
따라서, 파단분할용 고탄소 비조질강이 개발되고 있다.
상기 파단분할용 고탄소 비조질강은 단조 분할 커넥팅 로드의 소재로 통상 적용되고 있는 것으로서, 보통 C 0.45중량%, Si 0.2중량%, Mn 1.1중량%, P 0.02중량%, S 0.06중량%, Cr 0.16중량%, V 0.1중량% 및 잔부는 철과 불순물로 이루어진 조성을 갖는다.
이에, 파단분할용 고탄소 비조질강을 열간단조할 때, 우수한 재질특성 및 기계적 물성을 나타내는 제품을 생산할 수 있도록 필수적인 단조 제어냉각 열처리 조건 및 이에따른 설비기준이 필요하였다.
종래의 단조 후 냉각과정은 특별한 공정관리가 실시되지 않고, 그대로 방치하는 자연냉각과정을 거치게 되는데, 이로 인해 불균일한 재질 산포문제가 자주 발생하였고(일반 비조질강의 경우), 조질강의 경우에는 재가열 및 소입, 소려 등의 후 열처리를 추가함으로 인한 경제적 비용손실이 큰 단점이 있었다.
이와 같이 종래의 단조 후 처리조건에 의거 고탄소 비조질강을 제조하는 경우 소재절단시(예열 전 공정) 버어(Burr) 발생에 의한 결육 문제(단조시 성형이 불충분하여 특정부위의 형상이 불량한 상태가 되는 문제) 및 단조 후 파단 분할에 효과적인 최적 재질조성을 얻기가 매우 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명한 것으로서, 파단분할용 고탄소 비조질강을 열간단조할 때, 우수한 재질특성 및 기계적 물성을 나타내는 제품을 생산할 수 있고, 결국 커넥팅로드의 강성 및 강도를 증대시킬 수 있도록 단조 제어냉각 열처리 조건을 갖는 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 통상의 고탄소 비조질강 소재를 적용하여 제조한 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 발방법에 있어서, 상기 소재에 대한 예열, 절단, 가열, 단조 공정을 순서대로 진행한 후, 소정의 냉각수단에 의하여 3단계로 제어냉각을 진행하되, 이 제어냉각은 단조종료 후 1050℃의 제품 온도를 850℃까지 150∼200℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 1구간 단계와, 850℃의 제품 온도를 650℃까지 130∼170℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 2구간 단계와, 650℃의 제품 온도를 450℃까지 30∼50℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 3구간 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 예열공정은 단조시 결육 유발을 방지하기 위하여 추가된 공정으로서, 그 예열 온도는 70∼80℃인 것을 특징으로 한다.
상기 냉각수단은 냉각풍량 1100∼1300㎥/시간의 냉각풍량을 갖고, 0.2∼0.3kW 전력량을 필요로 하는 에어블로워 4개를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 단조 분할 커넥팅 로드의 제조방법에 적용되는 소재는 통상적으로 단조 분할 커넥팅 로드의 소재로 적용되고 있는 것이 적용되며, 그 제조공정은 기존의 제조공정(절단→가열→단조→자연냉각→후열처리)과는 달리 예열→절 단→가열→단조→제어냉각의 순서로 진행된다.
상기 예열 공정은 기존에 없는 공정으로서, 고탄소재의 깨지기 쉬운 특성상 절단작업시 크랙 및 버어(Burr) 발생을 방지하고, 결국 단조시 결육을 방지하기 위하여 미리 예열을 하는 공정으로 그 예열 온도는 70∼80℃로 적절하다.
다음의 공정은 예열된 소재를 절단한 후, 가열하는 공정으로서, 가열의 적정온도는 1130∼1280℃이다.
이때, 가열된 소재의 온도가 1280∼1300℃일때는 10초에서 30초동안 대기후 단조투입하고, 1300℃ 이상이면 폐기하며, 1130℃미만이면 재가열후 단조투입한다.
가열이 끝난 소재에 대한 단조작업을 시행한 후, 단조종료시 제품의 온도는 1030℃±50℃로서, 이를 제어 냉각하게 된다.
즉, 소정의 냉각수단에 의하여 3단계로 제어냉각을 진행하되, 상기 제어냉각은 단조종료 후 1050℃의 제품 온도를 850℃까지 150∼200℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 1구간 단계와, 850℃의 제품 온도를 650℃까지 130∼170℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 2구간 단계와, 650℃의 제품 온도를 450℃까지 30∼50℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 3구간 단계로 진행시킨다.
이때, 상기 냉각수단은 냉각풍량 1100∼1300㎥/시간의 냉각풍량을 갖고, 0.2∼0.3kW 전력량을 필요로 하는 에어블로워 4개를 이용한다.
위와 같은 3단계 제어냉각을 통해 얻은 본 발명의 제품의 경우, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 자연냉각을 통해 얻은 종래의 제품과 비교할 때 강도저하요인으로 작용하는 페라이트 조직이 거의 없는 퍼얼라이트 조직으로 되어 있고, 결정입도 또한 종래 대비 작은 것을 알 수 있다.
이러한 제어 냉각후, 소재의 물성치는 다음과 같은 물성 기준치를 만족해야 한다.
- 인장강도: 92∼107kg/㎟
- 항복강도: 53kg/㎟
- 연신율: 10% 이상
- 단면수축율: 20∼40%
- 굽힘피로강도: 37∼41kg/㎟
- 경도: 230∼300Hv
- 미세조직: 펄라이트 기지조직(결정립도 ASTM#5∼6)
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명은 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법에 의하면, 파단분할용 고탄소 비조질강을 열간단조한 후, 3단계의 제어냉각을 실시함에 따라, 우수한 재질특성 및 기계적 물성을 나타내는 제품을 생산할 수 있고, 결국 커넥팅로드의 강성 및 강도를 증대시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (3)

  1. C 0.45중량%, Si 0.2중량%, Mn 1.1중량%, P 0.02중량%, S 0.06중량%, Cr 0.16중량%, V 0.1중량% 및 잔부는 철과 불순물로 이루어진 조성을 갖는 고탄소 비조질강 소재를 적용하여 제조한 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법에 있어서, 상기 소재에 대한 예열, 절단, 가열, 단조 공정을 순서대로 진행한 후, 소정의 냉각수단에 의하여 3단계로 제어냉각을 진행하되, 이 제어냉각은 단조종료 후 1050℃의 제품 온도를 850℃까지 150∼200℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 1구간 단계와, 850℃의 제품 온도를 650℃까지 130∼170℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 2구간 단계와, 650℃의 제품 온도를 450℃까지 30∼50℃/분의 냉각속도로 냉각시키는 3구간 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 예열공정은 단조시 결육 유발을 방지하기 위하여 추가된 공정으로서, 그 예열 온도는 70∼80℃인 것을 특징으로 하는 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수단은 냉각풍량 1100∼1300㎥/시간의 냉각풍량을 갖고, 0.2∼0.3kW 전력량을 필요로 하는 에어블로워 4개를 이용하는 것을 특징으로 하는 단조 분할 커넥팅 로드의 열처리 방법.
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