KR100653953B1 - 소결베어링의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결베어링의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 Fe-Cu-C계로서, 구리성분이 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5 내지 40중량%, 흑연성분이 0.3 내지 5중량%, 나머지가 철성분인 금속 혼합분말로 환형의 성형체를 성형하는 단계와; 환형의 성형체를 강재파이프의 내측에 강제 압입하는 단계와; 환형의 성형체가 압입된 강재파이프를, 성형체의 Cu성분이 액상출현하는 1100 내지 1400℃에서 소결하여 상호 접합하는 단계를 포함한다. 특히, 금속분말의 성분중 기타원소로 이황화 몰리브덴과 티타늄과 니켈을 선택적으로 어느 하나 또는 둘 또는 모두를 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5중량%이하로 추가로 첨가된 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 철(Fe), 구리(Cu), 흑연(Gr) 그리고 이황화몰리브덴(MoS2)과 티타늄(Ti)과 니켈(Ni) 등을 최적의 성분비로 조성하여 환형의 성형체로 성형하고, 이를 강재파이프에 압입한 상태에서 고온으로 소결 열처리함으로써, 높은 강도와 물성 그리고 균일한 오일함유량을 갖는 오일리스 저어널 베어링을 얻을 수 있으며, 특히 강재파이프와 성형체의 접합강도를 향상시킬 수 있어서 내구성과 내충격성과 내열성이 우수한 저어널 베어링을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.

Description

소결베어링의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SINTERED BEARING}

도 1은 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법의 구성을 나타내는 블록도,

도 2는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 과정을 나타내는 저어널 베어링의 단면도,

도 3은 본 발명의 방법에 따라 제조된 저어널 베어링의 단면도,

도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 저어널 베어링의 변형예를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법의 다른 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 성형체 10': 소결체

20: 강재파이프 30: 베어링

P: 프레스

본 발명은 소결베어링의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 소결밀도와 성형강도 그리고 균일한 오일함유량을 갖는 소결체를 얻을 수 있고, 강재파이프와 성형체의 접합강도를 증가시켜 내하중성과 내충격성이 우수한 고기능 저어널 베어링을 제조할 수 있는 소결베어링의 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 온도와 부식 그리고 분진에 대한 저항력이 높은 내열성, 내화학성, 내분진성, 내모성, 내충격성 등을 갖춘 고기능 저어널 베어링들이 다양하게 개발되고 있다. 특히, 최근에는 윤활유 공급이 필요 없는 이른바, 오일리스 베어링(oilless bearing)이 개발되어 사용되고 있다. 오일리스 베어링은 오일이 함침된 소결베어링과 자기윤활성을 갖는 섬유 또는 테프론계열의 수지를 이용한 플라스틱 베어링 등이 있다. 이러한 오일리스 베어링들은 오랫동안 윤활유를 공급하지 않아도 사용할 수 있기 때문에 윤활유 공급 주기를 늘릴 수 있음은 물론 윤활유를 공급하기 위해 장치를 분해하지 않아도 되고, 윤활유 공급으로 인한 윤활유 소모량을 최대한으로 줄여주는 특징을 갖는다.

그런데, 이러한 오일리스 베어링은 주기적으로 윤활유를 공급하지 않아도 되고, 윤활유를 공급하기 위해 장치를 분해하지 않아도 되는 등, 여러가지 장점이 있으나, 그 재질이 다공성 소결합금 또는 플라스틱이므로 상대적으로 압축강도와 경도가 떨어지는 단점이 있었으며, 따라서 쉽게 마모되거나 파손되는 등 내하중성 과 내마모성이 부족한 단점이 있다. 특히, 플라스틱 베어링은 그 사용온도 범위가 제한적일 뿐만 아니라 가격마저 고가인 단점이 있다. 더군다나, 탄성이 부족한 소결베어링은 설치부에 압입되는 과정에서 반경방향 내측으로 죄어지는 변형량(이하, "죔쇄량"이라 함)을 받게 되는데, 이 죔쇄량으로 인하여 소결베어링이 변형되거나 파손되는 문제점마저 있었다.

한편, 소결베어링의 내하중성과 내마모성을 증가시키기 위해 분말을 강판위에 분성한 후 1차 소결을 실시하고 압연 로울러에 통과시켜 압축 성형한 다음, 2차 소결하여 접합시키는 방법이 있다. 이러한 방법은 접합된 강판을 원하는 형상으로 소성가공하여 엔진베어링이라 부르는 이른바, 건조베어링(dry bearing) 등을 제작하는데 많이 이용된다. 그러나 이러한 방법은 1차 소결과 2차 소결 후에 소성가공을 하고, 특히 동(銅)계와 소성가공이 용이한 저융점의 화이트메탈이 주종을 이루기 때문에 베어링의 내하중성과 강도가 높지 못한 결점을 가지고 있다.

최근에는 건조베어링의 내하중성을 개선하고 추가 소성가공을 하지 않고도 환형의 베어링을 제작하는 방법이 개발되고 있다. 즉, 강재파이프를 환형상으로 정밀가공한 다음, 금형에 취부한 상태에서 강재파이프의 내경에 분말을 충진하고, 충진된 분말을 프레스 성형하여 분말층과 강재파이프를 기계적으로 결합시킨 후, 이를 다시 고상소결하여 제작하는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 프레스를 이용하여 강재파이프와 분말을 동시에 성형하는 과정에서 강재파이프의 가공 정밀도가 정확하지 않은 경우에는 금형과 끼는 단점이 있고, 특히 분말층을 소망하는 성형밀도로 제어하기 어려워서 균일한 성형밀도와 균일한 성형강도의 베어링을 제조할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 성형밀도를 고려할 때 길이가 긴 베어링을 제작하기 곤란하여 소망하는 내하중성을 확보하기 위해서는 두 개 이상의 베어링을 서로 맞대어 용접하여 제작해야 하는 바, 이에 따라 용접하는 과정에서 용접열로 인하여 베어링이 변형되는 단점이 있고, 나아가서 베어링의 변형량을 추가로 가공하여 보정해야 한다는 또다른 문제점을 수반하기도 하고, 용접열의 영향으로 접합부가 떨어지는 문제가 있다.

또한, 금형에 취부한 강재파이프 내에 분말을 충진하여 동시에 프레스 성형하기 때문에 성형체의 상,하부 성형밀도가 불균일하여 소결 후 접합정도가 불균일하고, 접합불량이 발생될 수 있다. 또한 이러한 성형밀도의 불균일에 의해 소결 후 기공의 크기를 제어하기 곤란하기 때문에 함유처리시 오일함유량이 불균일하여 베어링의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 균일한 성형밀도와 성형강도 그리고 균일한 오일함유량을 갖는 성형체를 얻을 수 있고, 특히 강재파이프와 성형체의 접합강도를 증강시킴으로써 내하중성 및 내충격성이 향상된 고기능 저어널 베어링을 제조할 수 있는 소결베어링의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 균일한 성형밀도와 성형강도 그리고 강재파이프와의 접합강도가 증강된 성형체를 구비함으로써 고온에서도 사용 가능한 고기능 저어널베어링의 제조하기 위한 소결베어링의 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 Fe-Cu-C계로서, 구리성분이 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5 내지 40중량%, 흑연성분이 0.3 내지 5중량%, 나머지가 철성분인 금속 혼합분말로 환형의 성형체를 성형하는 단계와; 상기 환형의 성형 체를 강재파이프의 내측에 강제 압입하는 단계와; 상기 환형의 성형체가 압입된 강재파이프를, 성형체의 Cu성분이 액상출현하는 1100℃ 내지 1400℃에서 소결하여 상호 접합하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 금속분말의 성분중 기타원소로 이황화몰리브덴과 티타늄과 니켈을 선택적으로 어느 하나 또는 둘 또는 모두를 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5중량%이하로 추가로 첨가된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 2는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 과정을 나타내는 저어널 베어링의 단면도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제조방법은 성형체의 원료가 되는 분말을 구비하고, 구비된 분말을 혼합 처리하는 단계를 포함한다(S101). 여기서, 혼합 처리된 분말 조성물은 철(Fe), 구리(Cu), 흑연(Gr) 그리고 기타 첨가제인 이황화 몰리브덴(MoS2) 또는 티타늄(Ti) 또는 니켈(Ni) 등으로 이루어진다.

철(Fe)은 성형체 및 저어널 베어링의 강도를 확보하는 역할을 하고, 구리(Cu)는 저어널 베어링의 강도 및 접합특성을 강화시키는 역할을 하며, 흑연(Gr)은 철성분을 경화시키거나 또는 고체 윤활제 역할을 한다. 특히, 흑연(Gr)과 이황화 몰리브덴(MoS2)은 마찰특성을 향상시켜 윤활성을 높여주는 역할을 하며, 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)은 소결품의 소결능과 접합특성을 향상시키는 역할을 한다. 여기서, 이황화몰리브덴과 티타늄과 니켈은 선택적으로 어느 1가지 또는 2가지 또 는 3가지 모두가 다 첨가될 수 있다.

한편, 표 1의 실험결과에 의하면, 구리(Cu)는 전체 조성물을 기준으로 5중량% 내지 40중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 구리(Cu)는 강재파이프와의 접합시 철(Fe)분말 보다 녹는점이 낮고, 확산계수가 커 확산이 용이한 바, 그 첨가량이 너무 적으면, 접합이나 내충격성을 저하시키고, 그 첨가량이 너무 많으면, 접합에는 효과적이나 베어링의 강도나 내구성을 저하시킨다. 이에 따라, 베어링의 강도 및 내구성을 최적인 상태로 유지시킬 수 있으면서 베어링과 분말 조성물의 접합성이 좋아질 수 있도록 최적정량의 구리(Cu)를 첨가해야 된다. 따라서 실험결과에 의하면, 베어링의 강도 및 내구성을 최적의 상태로 유지시킬 수 있으면서 베어링과 분말 조성물의 접합성이 좋아질 수 있게 하는 구리(Cu)의 첨가량은 5중량% 내지 40중량%로 나타났다.

또한, 표 1의 실험결과에 의하면, 흑연(Gr)은 전체 조성물을 기준으로 0.3중량% 내지 5중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 흑연(Gr)은 고온접합시 일부는 철(Fe)분말로 확산되고, 일부는 잔존하여 고체윤활제 역할을 하는 바, 그 첨가량이 너무 적으면, 철(Fe)분말의 경화에 기여하지 못하고, 그 첨가량이 너무 많으면, 성형체의 강도를 저하시킨다. 이에 따라, 철(Fe)분말의 경화시킬 수 있으면서 성형체의 강도를 좋게 하는 최적정량의 흑연(Gr)을 첨가해야 된다. 따라서 실험결과에 의하면, 철(Fe)분말의 경화시킬 수 있으면서 성형체의 강도를 좋게 하는 흑연(Gr)의 첨가량은 0.3중량% 내지 5중량%로 조성되는 것으로 나타났다.

또한, 표 1의 실험결과에 의하면, 이황화몰리브덴(MoS2) 또는 티타늄(Ti) 또는 니켈(Ni) 등의 기타 첨가제는 전체 조성물을 기준으로 5중량%이내로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 물론, 이황화몰리브덴 또는 티타늄 또는 니켈이 선택적으로 어느 1가지 또는 2가지 또는 3가지 모두가 다 첨가되더라도 전체 조성물을 기준으로 5중량%이내로 조성되어야 함이 바람직하다. 여기서, 기타 첨가제의 조성비가 5중량%이상이 되면 자칫, 철(Fe)분말의 강도를 저하시킬 수 있다.

구 분	Fe	Cu	Gr	기타
실시예1	bal.	5	0.5	2.5
실시예2	bal.	10	3	0.5
실시예3	bal.	20	1	0
실시예4	bal.	20	1	2.5
실시예5	bal.	30	0.5	4
실시예6	bal.	35	3	4

표 1. 본 발명의 실시예에 사용된 분말의 조성 (단위: 중량%)

다시, 도 1을 살펴보면, 본 발명의 방법은 혼합 분말을 환형의 성형체로 성형한다(S103). 여기서, 혼합 분말은 프레스에 의한 방법으로 성형되는데, 이때 성형체의 성형밀도는 이론 밀도의 약 60% 내지 95%가 되도록 성형함이 바람직하다. 이는 성형체의 성형밀도가 지나치게 낮으면, 성형체의 강도가 취약해질 수 있고, 성형체의 성형밀도가 지나치게 높으면, 기공량이 적거나 폐공(closed pore)을 형성하여 오일의 함유량이 적을 수 있는 바, 성형체의 성형밀도를 이론 밀도의 약 60% 내지 95%가 되도록 조성함으로써, 성형체의 강도도 적절하게 유지시킬 수 있고, 적절한 오일을 함유할 수 있도록 최적의 기공을 형성할 수 있기 때문이다. 한편, 환형의 성형체(10)를 성형하는 과정에서 성형체(10)의 외면 하단둘레는 도 2에 도시된 바와 같이 라운딩(12)처리되어야 한다. 이는 후술하는 강재파이프(20)의 내경부 위로 상기 성형체(10)을 압입할 때, 진입을 용이하게 하기 위함이다.

그리고 환형의 성형체를 성형하는 동안 상기 성형체(10)와 접합되는 강재파이프(20)를 구비한다. 강재파이프(20)는 재질에 관계 없이 모든 강재파이프이면 사용이 가능하나, 바람직하게는 용접이 가능한 저탄소강 파이프 또는 담금질할 때 경화될 수 있는 탄소함량이 0.4%이상인 파이프 또는 질화(nitriding)시 질소화합물을 형성하는 강재파이프를 사용하는 것이 좋다.

한편, 이러한 강재파이프(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 성형체와 접합하기 위해서 기계 가공을 해야 한다(S105). 이때, 강재파이프(20)의 내경(L)은 도 2에 도시된 바와 같이 환형의 성형체(10)의 외경(ℓ)보다 작도록 가공되어야 하고, 그 내주면은 소정의 거칠기, 즉 조도(粗度)를 가져야 한다. 즉, 강재파이프(20)의 내경(L)을 성형체(10)의 외경(ℓ)보다 작도록 함으로써 후술하는 바와 같이 강재파이프(20)에 성형체(10)을 압입하는 과정에서 상기 성형체(10)에 소정의 죔쇄량(t)이 발생토록 하기 위함이다. 또한, 내주면을 거칠게 하는 것은 강재파이프(20)와 성형체(10)의 접합강도를 좋게 하기 위함이다.

여기서, 강재파이프(20)와 성형체(10)의 죔쇄량(t)은 성형체의 외경(ℓ)에 대해 강재파이프의 내경(L)을 뺀 값, 즉 죔쇄량(t) = 성형체의 외경(ℓ) - 강재파이프의 내경(L)으로 나타나는데, 이러한 죔쇄량(t)은 강재파이프(20)의 내주면에 대한 성형체(10)의 압착강도를 증가시키는 역할을 한다. 한편, 이러한 죔쇄량은 성형체(10)의 강도, 즉 성형체(10)을 이루는 조성물의 성분비와 성형밀도 그리고 성형체(10)의 두께에 따라 달라지는데, 이는 성형체(10)의 강도에 따라 성형체(10)에 가해지는 죔쇄량(t)을 각각 달리함으로써 강제 압입시 또는 접합 열처리시 팽창과 수축하는 동안 성형체(10)의 파손을 방지하기 위함이다.

이와 같은 죔쇄량은 상술한 바와 같이 조성물의 성분비와 성형밀도 그리고 성형체(10)의 두께 등을 고려하여 강제 압입시 또는 접합 열처리시 발생하는 성형체(10)의 파손을 최대한 방지하도록 대략 0.05mm 내지 0.4mm범위를 갖도록 구성됨이 바람직하다. 아울러 강재파이프(20)의 내주면 조도는 크면 클수록 좋으나, 너무 크게 되면, 자칫 후술하는 바와 같이 강재파이프(20)에 대한 성형체(10)의 강제 압입을 방해 할 수 있으므로 대략 6.3S이하로 조성하는 것이 좋다.

한편, 강재파이프(20)의 가공이 완료되면, 이어서 강재파이프(20)에 성형체 (10)을 강제 압입한다(S107). 여기서, 강제 압입 단계(S107)는 도 2에 도시된 바와 같이 프레스(P)에 의해 이루어지는데, 이때의 압입 속도는 성형체(10)가 파손되지 않도록 성형체(10)의 강도와 강재파이프(20)에 대한 성형체(10)의 죔쇄량(t) 그리고 강재파이프(20)의 내주면 조도에 따라 각각 다르게 해야 함은 물론이다.

그리고 강제 압입 단계(S107)가 완료되면, 곧이어 접합 열처리 단계(S109)를 시행한다. 접합 열처리 단계(S109)는 강재파이프(20)와 성형체(10)에 고온의 열을 가함으로써, 성형체(10)을 소결시키고 동시에 강재파이프(20)와 성형체(10)을 서로 확산 접합시키는 단계이다.

한편, 표 2에 나타난 바와 같이 성형체(10)는 강재파이프(20)에 비해 열팽창계수가 크므로 소결시 강재파이프(20)보다 많이 팽창되며, 따라서 강재파이프(20)의 내벽에 더욱 강하게 밀착되어 접합강도를 향상시킨다.

재 질	Fe	Cu	탄소강	Fe-Cu계 소결품
열팽창계수(10-6/℃)	14.5	18.3	12∼14	12∼20

표 2. 각 재질의 열팽창계수

이러한 접합 열처리 단계(S109)는 불활성 가스인 질소와 아르곤 가스가 혼합된 분위기에서 실시하며, 대략 1100℃ 내지 1400℃에서 1시간 동안 실시함이 바람직하다. 소결온도를 1100℃ 내지 1400℃로 조성하는 이유는, 성형체(10)의 접합특성을 강화시키는 조성 성분인 구리(Gu)가 대략 1100℃ 내지 1400℃에서 액상으로 출현하기 때문이며, 따라서 강재파이프(20)와 성형체(10)를 1100℃ 내지 1400℃에서 1시간 동안 가열함으로써 상기 성형체(10)를 액상소결시켜 성형체(10)의 소결능을 향상시키고 동시에 강재파이프(20)와 성형체(10)의 접합강도를 증가시키기 위함이다. 이와 같이 강재파이프(20)와 함께 소결시킨 성형체(10)를, 이를 구분하기 위해 소결체(10')라 부르기로 한다.

한편, 접합 열처리 후, 접합된 강재파이프(20)와 소결체(10')는 상온에서 서서히 냉각시켜야 하는데, 이는 강재파이프(20)와 소결체(10')의 급격한 수축을 방지하여 강재파이프(20)와 소결체(10')가 변형되는 것을 최대한 방지하기 위함이다. 여기서, 열팽창계수가 큰 소결체(10')는 강재파이프(20)보다 많이 수축되어 자칫, 소결체(10')와 강재파이프(20)의 접합강도가 약화될 우려도 있지만, 상술한 바와 같이 소결체(10')는 수축량보다 큰 죔쇄량(t)을 갖고 강재파이프(20)에 압입되기 때문에 강재파이프(20)에 대한 소결체(10')의 접합강도는 안정적인 상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

그리고 접합 열처리 단계(S109)가 완료되면, 이어서 경화 열처리 단계(S111) 를 시행한다. 경화 열처리 단계(S111)는 접합 열처리된 강재파이프(20)와 소결체 (10')를 다시 한번 열처리 하여 경화시킴으로써 베어링의 강도를 더욱 증진시키는 단계이다. 이러한 경화 열처리 단계(S111)는 소입(담금질) 또는 침탄 또는 질화 중 어느 하나를 실시하는 것이 바람직하다.

실험결과에 의하면, 강재파이프(20)와 소결체(10')를 침탄열처리 하였을 경우, 강재파이프(20)의 표면경도가 증가한 것으로 나타났다. 즉, 강철의 조직이 마르텐사이트(martensite) 조직으로 상태변화됨에 따라 경도가 급격히 증가하였으며, 강재파이프(20)와 소결체(10')간의 접합강도도 약 10배 이상으로 증가된 것으로 나타났다. 또한, 소결체(10')의 조직이 열처리에 의해 페라이트(ferrite)에서 템퍼드 마르텐사이트로 상태 변화됨에 따라 고하중에서의 마찰계수가 대폭적으로 감소하는 것으로 나타났다.

경화 열처리 단계(S111)가 완료되면, 이어서 소결체(10')에 오일을 함침시키키는 단계(S113)를 시행한다. 오일 함침 단계(S113)는 소결체(10')에 형성된 기공에 오일이 스며들게 하는 것으로서, 소결체(10')에 윤활특성을 부여하는 단계이다. 그리고 오일 함침이 완료되면, 최종적으로 베어링(30)을 기계 가공 처리한다 (S115). 베어링 가공 처리 단계(S117)는 오일 함침이 완료된 베어링(30)의 내면 및 외면을 가공 및 연마 처리함으로써 베어링(30)의 정밀도를 높여준다.

이상에서와 같이 여러 단계를 통하여 제조된 저어널 베어링은 도 3에서와 같이 균일한 소결밀도와 균일한 접합강도 그리고 균일한 오일함유량을 갖는 소결체 (10')를 갖게 된다. 특히, 강재파이프(20)와 소결체(10')의 접합강도가 증가됨에 따라 내하중성 및 내충격성과 내열성이 향상되며, 따라서 가혹한 조건과 환경에서도 오랫동안 사용할 수 있게 된다.

한편, 도 4에는 본 발명의 방법에 따라 제조된 저어널 베어링의 변형예를 나타내는 도면이 도시되어 있다. 이는 길이가 긴 베어링의 제조시에 적용하는 것으로서, 이에 따르면, 변형예의 저어널 베어링은 성형체(10)를 복수개로 형성하여 일정한 간격을 두고 강재파이프(20)에 압입한 구성을 갖는다. 이러한 변형예의 저어널 베어링(30)은 성형체(10)의 내주면과 상기 내주면에 삽입 지지되는 도시하지 않은 축과의 접촉면적을 최소로 만들어주어 접촉에 의한 마찰력을 최소로 유지시켜 주며, 간격에 따른 공간부(13)는 마모에 의한 마모입자의 배출통로 역할을 수행하여 베어링의 마찰특성이 안정되게 하고, 또한 그리스 주입시 저장소 역할을 수행하여 급지기간의 연장이 가능해 진다.

다음으로, 도 5를 참고로하여 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법의 다른 실시예를 살펴본다. 다른 실시예의 접합 방법은 상술한 실시예와는 달리 환형으로 성형된 성형체(10)를 저온으로 1차 소결하고(S104), 강재파이프(20)에 압입한 (S107) 상태에서 고온으로 2차 소결하는 (S109) 것을 포함하여 구성한다. 즉, 상술한 실시예는 성형체(10)를 강재파이프(20)에 압입할 때, 성형체(10)의 강도가 작기 때문에 파손이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 환형으로 성형된 성형체(10)를 저온으로 1차 소결하여(S104) 소정의 강도를 갖는 소결체를 구성하고, 이 소결체를 강재파이프(20)에 압입한 상태에서 고온으로 2차 소결하여 (S109) 강한 강도와 물성을 갖는 소결체로 구성한 것이다.

한편, 환형의 성형체(10)를 1차 소결하는(S104) 과정에서의 소결온도는 대략 1100℃ 미만으로 유지하는 것이 좋고, 이를 재차 2차 소결(S109)하는 과정에서는 소결온도를 대략 1100℃ 내지 1400℃로 유지하는 것이 좋다. 이는 접합특성을 강화시키는 조성 성분인 구리(Gu)가 대략 1100℃ 내지 1400℃에서 액상으로 출현하면서 접합되기 때문이다. 즉, 1차 소결시(S104)에는 성형체(10)를 1100℃ 이하로 가열함으로써 상기 성형체(10)를 고상소결하여 소결체로 만들고, 2차 소결시(S109)에는 이 소결체를 다시 1100℃ 내지 1400℃로 가열함으로써 액상소결하는 것이다.

한편, 환형의 성형체(10)는 소결하는 과정에서 팽창하고 수축되는 바, 1차 소결 후, 그 수축량이 너무 작아 외경(ℓ)이 크게 되면, 강재파이프(20)에 압입하는 과정에서 지나치게 큰 죔쇄량(t)이 발생하여 성형체(10)가 파손될 우려가 있다. 그리고 1차 소결 후, 그 수축량이 너무 커 외경(ℓ)이 작게 되면, 죔쇄량(t)이 작아 강재파이프(20)와의 2차 소결 후, 접합강도가 취약해 질 수 있다. 따라서, 1차 소결 후, 상기 성형체(10)가 적절히 수축될 수 있도록 성형체(10)를 이루는 각 조성물들의 성분비와 성형밀도와 소결온도를 적절하게 선택하고, 다시 이를 고려하여 성형체(10)의 설계치수를 적절하게 설정해야 한다.

즉, 1차 소결하는 과정에서의 성형체(10)의 수축량은, 각 조성물들의 성분비와 성형밀도와 소결온도에 의해 결정되는 바, 이에 따라 각 조성물들의 성분비와 성형밀도와 소결온도를 적절하게 선택하여 1차로 소결한 후, 성형체(10)의 수축량을 산정한 다음, 이를 근거로 하여 강재파이프(20)와의 사이 최적의 죔쇄량(t)이 형성될 수 있도록 성형체(10)의 치수를 사전에 적절하게 조절해야 한다는 것이다.

실험결과에 의하면, 1차 소결 후, 소결체를 파손시키지 않고도 강재파이프 (20)에 압입할 수 있으면서 2차 소결 후, 강재파이프(20)와의 접합강도를 최대한으로 유지시킬 수 있는 성형체(10)의 성분비는 Fe-Cu-C계에서, 구리(Cu)성분은 전체 조성물을 기준으로 5중량% 내지 40중량%, 탄소(C)의 동소체인 흑연(Gr)성분은 전체 조성물을 기준으로 0.3중량% 내지 5중량%으로 조성함이 바람직한 것으로 나타났으며, 기타원소로 이황화몰리브덴(MoS2)과 티타늄(Ti)과 니켈(Ni)을 5중량%이하로 조성하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 여기서, 이황화몰리브덴과 티타늄과 니켈은 선택적으로 어느 1가지 또는 2가지 또는 3가지 모두가 다 첨가될 수 있다.

또한, 강재파이프(20)에 대한 성형체(10)의 죔쇄량, 즉 성형체의 외경(ℓ)에 대해 강재파이프의 내경(L)을 뺀 값{죔쇄량 = 성형체의 외경(ℓ) - 강재파이프의 내경(L)}은 0.5mm 내지 1.5mm범위를 갖도록 구성함이 바람직한 것으로 나타났으며, 성형체(10)의 성형밀도는 이론밀도의 약 60% 내지 95%로 조성하는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예의 제조방법으로서, 경우에 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 1차 소결이 완료된 강재파이프(20)의 내주면에 접착제를 도포하는 단계(S106)를 포함할 수도 있다. 이는 강재파이프(20)에 소결체를 압입한 상태에서 접착제가 강재파이프(20)와 소결체간의 접합력을 더욱 증가 시킬 수 있도록 하기 위함이다. 특히, 2차 소결(S109)할 때, 접착제로 하여금 열변화되면서 강재파이프(20)와 소결체의 접합강도를 더욱 높여주도록 하기 위함이다. 이러한 접착제는 상온 또는 열경화성 접착제 모두 사용이 가능하며, 오일에 대한 내산화성이 우수한 접찹제일수록 좋다.

상기 설명에서와 같은 본 발명에 따른 다른 실시예의 제조방법은 환형의 성형체(10)를 저온으로 1차 소결하고, 강재파이프(20)에 압입한 상태에서 고온으로 2차 소결함으로써, 높은 강도와 물성을 갖는 소결체를 얻을 수 있고, 따라서 내구성과 내충격성이 우수한 저어널 베어링을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 소결베어링의 제조방법은 철(Fe), 구리(Cu), 흑연(Gr) 그리고 이황화몰리브덴(MoS2) 또는 티타늄(Ti) 또는 니켈(Ni) 등을 최적의 성분비로 조성하여 환형의 성형체로 성형하고, 이를 강재파이프에 압입한 상태에서 고온으로 소결 열처리함으로써, 높은 강도와 물성 그리고 균일한 오일함유량을 갖는 오일리스 저어널 베어링을 얻을 수 있으며, 특히 강재파이프와 성형체의 접합강도를 향상시킬 수 있어서 내구성과 내충격성과 내열성이 우수한 저어널 베어링을 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. Fe-Cu-C계로서, 구리 성분이 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5 내지 40중량%, 흑연성분이 0.3 내지 5중량%, 나머지가 철성분인 금속 혼합물로 이론밀도가 60 내지 95%인 환형의 성형체를 성형하는 단계와;

   상기 성형체를 구리의 액상이 존재하지 않는 온도에서 1차 소결하여 환형의 소결체로 만드는 단계;

   상기 소결체의 외경에 대해 강재 파이프의 내경을 뺀 값인 죔쇄량이 0.5 내지 1.5mm 범위가 되도록 환형의 소결체를 제작하여 강재파이프의 내측에 강제 압입하는 단계;

   상기 환형의 소결체가 강제 압입된 상기 강재파이프를 1100 내지 1400℃에서 2차 소결하여 상기 환형 소결체와 상기 강재 파이프 간에 접합이 이루어지도록 하는 단계와;

   상기 강재파이프에 접합된 소결체에 오일을 함침시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결베어링의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 금속분말의 성분 중 기타원소로 이황화몰리브덴과 티타늄과 니켈을 선택적으로 어느 하나 또는 둘 또는 모두를 전체 조성물의 중량비를 기준으로 5중량% 이하로 추가 첨가하는 것을 특징으로 하는 소결베어링의 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제7항에 있어서, 압입단계 전에 상기 강재파이프의 내주면에 접착제를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소결베어링의 제조방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제7항에 있어서, 2차 소결 후 상기 강재파이프의 탄소 농도에 따라 침탄, 소입, 질화처리 중 어느 하나를 실시하는 것을 특징으로 하는 소결베어링의 제조방법.
16. 제7항, 제8항, 제11항, 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형의 소결체는 복수의 소결체가 일정한 간격으로 강제 압입되는 것을 특징으로 하는 소결베어링의 제조방법.

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