KR100879210B1 - 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 고온에서 우수한 경도를 지속적으로 유지할 수 있도록 하여 우수한 내마모성을 구비한 콘택트 팁을 제조하는 크롬동 콘택트 팁의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 압출성형된 중간소재를 냉간 인발공정과 열처리공정을 반복적으로 수행하여 목적으로 하는 치수로 성형한 후, 가공공정을 거쳐 콘택트 팁을 제조하는 제조방법에 있어서, 반복적으로 수행되는 상기 냉간 인발공정 중 1차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 풀림처리를 행하고, 2차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 용체화처리를 행하며, 3차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 시효처리를 행하도록 이루어진 용접용 크롬동 콘택트 팁의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

용체화처리, 시효처리, 석출경화, 내마모성, 콘택트 팁

Description

고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법{Manufacturing Method of Chromium Copper Contact Tips with Superior High-Temperature Anti-Wear Performance}

도 1 은 본 발명에 따른 크롬동 콘택트 팁의 제조방법을 나타낸 공정도

도 2 는 크롬 함량에 따른 제조 공정별 경도변화를 나타낸 그래프

도 3 은 0.50%크롬동의 용체화처리 온도에 따른 시효경도의 변화를 나타낸 그래프

도 4 는 0.50%크롬동의 1030℃ 용체화처리 후 500℃ 온도에서 시효처리 시간에 따른 경도 변화를 나타낸 그래프

도 5 는 0.50%크롬동의 용체화처리 후 냉간가공율에 따른 시효경도의 변화를 나타낸 그래프

도 6 은 0.50%크롬동의 용체화처리 후 40% 냉간가공된 제품의 시효시간별 경도변화를 나타낸 그래프

도 7 은 본 발명에 의해 제조된 콘택트 팁과 기존 콘택트 팁의 최종 경도를 나타낸 그래프

도 8 은 본 발명에 의해 제조된 콘택트 팁과 기존 콘택트 팁의 용접 후 경도 저하를 나타낸 그래프

도 9 는 종래의 용접용 크롬동 콘택트 팁의 제조방법을 나타낸 공정도

도 10 은 종래 콘택트 팁의 용접 후 마모 손상 상태를 나타낸 사진

본 발명은 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형주물에서 최종 제품의 치수까지의 냉간 인발에 의한 가공경화 효과와 크롬의 석출경화 효과를 최대화할 수 있는 최저 크롬 함량과 열처리 조건의 설정 및 이러한 조건을 갖는 공정으로 이루어진 크롬동 콘택트 팁의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 콘택트 팁 제조방법은 도 9에 도시된 바와 같이 압출-포인팅-인발-풀림처리-포인팅-인발-풀림처리-포인팅-인발-풀림처리-포인팅-인발-가공의 공정으로서 소정의 크로로 압출성형된 중간제품을 인발과 풀림처리를 반복하면서 목적으로 하는 크기의 콘택트 팁을 제조하고 있다.

일예로서 직경 Ø200인 주물을 압출에 의하여 직경이 대략 Ø80의 중간제품으로 제작한 후, 냉간 인발 공정과 풀림처리를 반복하여 콘택트 팁의 최종 치수(Ø8~10)까지 가공하게 되며, 이러한 콘택트 팁의 소재로는 보통 탈인산동, 0.25%크롬동, 0.50%크롬동 등이 사용되고 있다.

한편, 제품의 경도는 크롬의 첨가량에 무관하게 풀림처리 후의 냉간 인발 공정에서의 가공량에 의하여 결정되며 대략 115HV 수준이다. 그러나, 종래 제품은 500℃에 이르는 용접온도에 노출되게 되면, 냉간 인발가공으로 형성된 경화조직이 회복과 재결정의 진행으로 인하여 연화가 현저하게 발생하여 경도는 약 60HV 수준으로 떨어지게 된다.

상기와 같은 경도 저하는 콘택트 팁의 내마모성을 저하시켜 용접 중 와이어의 이송에 따른 상호마찰로 인하여 도 10에서 보이는 바와 같이 콘택트 팁 선단의 과대 마모를 유발시키게 되며, 이러한 콘택트 팁의 과대 마모는 와이어의 송급과 용접전류의 전달 성능을 저해시켜 아크의 불안정이나 단락을 초래하고 더불어 용접선의 유지가 불량하여 용접 품질을 저하시키고 생산성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 안출되는 것으로, 그 목적은 고온에서 우수한 경도를 지속적으로 유지할 수 있도록 하여 우수한 내마모성을 구비한 콘택트 팁을 제조하는 크롬동 콘택트 팁의 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 압출성형된 중간소재를 냉간 인발공정과 열처리공정을 반복적으로 수행하여 목적으로 하는 치수로 성형한 후, 가공공정을 거쳐 콘택트 팁을 제조하는 제조방법에 있어서, 반복적으로 수행되는 상기 냉간 인발공정 중 1차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 풀림처리에 의하여 이루어지고, 2차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 용체화처리에 의하여 이루어지되, 상기 용체화처리는 급속 냉각을 위한 수냉과정을 포함하여 구리 기재 내에 크롬을 과포화시킨 고용체를 형성시키도록 하며, 3차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 시효처리에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용체화처리는 1030~1060℃에서 1시간 유지 후, 수냉을 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시효처리는 470~530℃에서 30분간 공냉하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용체화처리 후, 최종 제품의 가공까지 냉간가공율을 30~40%로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 압출에 의해 성형된 중간소재를 냉간 인발공정과 열처리공정을 반복적으로 수행하여 최종 제품의 요구 치수까지 가공하여 콘택트 팁을 제조하는 제조방법에 있어서, 상기 열처리공정을 통해 콘택트 팁의 높은 경도와 내마모성을 구비토록 하기 위해 각 단계별로 서로 다른 열처리 조건을 설정한 것으로 이루어져 있다.

즉, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 대략 Ø200의 직경을 갖는 주물을 고온 압출에 의해 약 Ø80의 중간제품으로 제작한 후, 냉간 인발공정과 800℃에서 서냉하여 풀림처리를 행하고, 다시 냉간 인발가공을 행하는 한편, 1030~1060℃의 온도범위에서 1시간동안 용체화처리를 행하게 된다. 이때 용체화처리 후에는 반드시 최소 1030℃ 상태에서 물 속에 침적하여 급속하게 냉각되도록 수냉을 행하여 구리 기재 내에 크롬을 과포화시킨 고용체를 형성시키는 것이 바람직하다.

한편, 용체화처리를 마친 소재는 30~40%의 냉간가공율로서 냉간 인발공정을 행한 후 470~530℃에서 30분간 공냉하여 시효처리한 뒤, 최종적으로 인발공정 및 가공공정을 거쳐 제품을 제조하게 된다.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 콘택트 팁의 경도는 용체화처리 후 인발가공과 시효처리 및 최종 인발가공에 의한 경화효과가 복합적으로 작용하여 도 7과 같이 인발가공만을 행하던 종래의 제품 경도를 휠씬 상회하는 대략 180HV 수준에 이르게 된다.

도 2 는 크롬 함량에 따른 제조 공정별 경도변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 시효처리에 의한 경도가 0.50%크롬까지는 직선적으로 증가하는 큰 상승 효과를 보이지만 0.50% 이상에서는 그 상승 효과가 적으므로, 고가인 크롬의 첨가에 따른 경제성 대비 경도 개선 효과를 고려하면 소재로는 0.50%크롬동이 사용됨이 바람직히다.

도 3 은 0.50%크롬동의 용체화처리 온도에 따른 시효경도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 용체화처리 온도가 증가함에 따라 시효경도도 증가하는 것을 볼 수 있으나, 1030℃ 이상의 용체화처리 온도에서는 시효경도의 변화가 거의 없으므로 1030℃가 적정 수준의 최소 용체화처리 온도임을 알 수 있다.

도 4 는 0.50%크롬동의 1030℃ 용체화처리 후 500℃ 온도에서 시효처리 시간에 따른 경도 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 시효시간 30분에서 153HV의 최고경도를 나타내고, 이후 시효시간의 증가와 더불어 경도는 점차 감소함을 볼 수 있다. 따라서, 500℃의 온도에서 적정 시효처리 시간은 30분임을 알 수 있다.

도 5 는 0.50%크롬동의 용체화처리 후 냉간가공율에 따른 시효경도의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 40%의 냉간가공율까지는 후속 시효처리시에 경도가 증가하지만 50%의 냉간가공율은 시효경도가 오히려 냉간 인발 상태보다 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이는 시효처리시에 40% 미만의 냉간가공품은 석출현상이, 50% 이상의 냉간가공품은 회복과 재결정이 지배 기구로 작용함으로써 서로 반대의 경도 거동을 보이게 된다. 따라서, 시효처리 전의 냉간가공율을 30~40% 범위로 유지하여야만 시효처리에 의한 석출경화 효과를 최대화 할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 냉간가공품의 시효시간은 도 6에서 알 수 있듯이, 시효시간 30분에서 168HV의 최고경도를 나타내며, 이후 시효시간의 증가와 더불어 경도는 점차 감소하게된다.

상기와 같은 처리조건을 고려하여 30~40%의 냉간가공율로서 가공된 제품을 500℃에서 30~60분 시효처리를 행하는 것이 경도를 최대화하는 조건임을 알 수 있다.

상술한 제조공정과 처리조건을 요약하면 아래의 표 1과 같다.

순서	공정	인발율(%)	경도(HV)	비고
1	주조	0	-	-
2	압출	91	-	-
3	인발	75	-	-
4	풀림처리	0	-	800℃,서냉
5	인발	65	-	-
6	용체화처리	0	47	1030~1060℃,1시간,수냉
7	인발	40	116	-
8	시효처리	0	168	500℃,30분,공냉
9	인발	40	180	-
표 1 콘택트 팁의 제조 공정별 상세 조건

도 8 은 본 발명에 의해 제조된 콘택트 팁과 기존 콘택트 팁의 용접 후 경도 저하를 나타낸 그래프를 도시한 것으로, 종래의 콘택트 팁은 용접 후 경도가 60HV까지 저하되는 반해, 상기와 같은 제조방법에 의해 제작된 콘택트 팁은 140HV의 고경도를 유지하는 것을 볼 수 있다.

아래의 표 2는 본 발명에 의해 제조된 콘택트 팁과 기존 콘택트 팁의 용접성과 내구수명의 비교평가결과를 나타낸 것으로,

구분	기존품	개발품	비고
팁 재질	크롬동	크롬동
평균 사용 수명	1.5일(9시간)	4일(24시간)	6시간/일 작업
팁 끝단 마모량	1mm(타원형)	0.2mm(원형)	교체 후
와이어 송급성	보통	양호
와이어 직진성	보통	양호
아크 포인트 셋팅	불량	보통
현장 작업성	보통	양호
표 2

상기 표 2에서 볼 수 있듯이 경도의 상승은 고온 내마모성에 크게 기여하여 기존 제품에 비해 사용 수명이 2.5배 이상 증가함과 더불어 내마모성, 와이어 송급성, 와이어 직진성, 아크 포인트 셋팅성 및 현장 작업성이 개선되어 용접 품질의 개선 및 생산성 향상을 기대할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위 에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조방법에 의해 제조된 콘택트 팁은 기존 제품에 비하여 월등히 높은 경도로 인하여 내마모성이 우수하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 특별한 생산설비의 투자 없이도 내마모성이 우수한 콘택트 팁의 제조가 가능하며, 내구수명의 증가로 인하여 콘택트 팁의 소모량을 저감시킬 수 있어 이에 따른 원가절감은 물론 용접품질의 향상과 아크 유지시간의 장기화로 생산성을 개선하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 압출성형된 중간소재를 냉간 인발공정과 열처리공정을 반복적으로 수행하여 목적으로 하는 치수로 성형한 후, 가공공정을 거쳐 콘택트 팁을 제조하는 제조방법에 있어서,

   반복적으로 수행되는 상기 냉간 인발공정 중 1차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 풀림처리에 의하여 이루어지고, 2차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 용체화처리에 의하여 이루어지되, 상기 용체화처리는 급속 냉각을 위한 수냉과정을 포함하여 구리 기재 내에 크롬을 과포화시킨 고용체를 형성시키도록 하며, 3차 인발공정 후 수행되는 열처리공정은 시효처리에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용체화처리는 1030~1060℃에서 1시간 유지 후, 최소 1030℃ 상태에서 물 속에 침적하여 급속하게 냉각되도록 수냉을 행하는 것을 특징으로 하는 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 시효처리는 470~530℃에서 30분간 공냉하는 것을 특징으로 하는 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 용체화처리 후, 최종 제품의 가공까지 냉간가공율을 30~40%로 유지하는 것을 특징으로 하는 고온 내마모성이 우수한 크롬동 콘택트 팁의 제조방법.

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