KR100998841B1

KR100998841B1 - 강 부재, 그 열 처리 방법, 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100998841B1
Application number: KR1020087000194A
Authority: KR
Inventors: 다까오 다니구찌; 히사오 시라이; 고오지 오오바야시; 가즈아끼 오까다; 히데오 가니사와; 슈우지 고자와
Original assignee: 아이신에이더블류 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2010-12-06
Also published as: KR20080023333A; EP1889929A1; WO2007034911A1; EP1889929A4; CN101233247B; US7998282B2; JP5432451B2; CN101233247A; EP1889929B1; RU2374335C1; JPWO2007034911A1; US20070102068A1

Abstract

강 부재를 감압 하의 침탄 가스 중에 두고 침탄 처리하는 감압 침탄 공정(a1)과, 감압 침탄 공정(a1)을 끝낸 강 부재를, 냉각 가스 중에 두고 냉각 처리할 즈음에, 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각 공정(a2)과, 냉각된 강 부재의 원하는 부분을 고밀도 에너지를 이용한 켄칭 공정(a3)을 포함한다. 감압 냉각 공정은 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서, 냉각 가스를 교반하면서 행하는 것이 바람직하다. 감압 냉각 공정은, 적어도 강 부재의 냉각에 의한 조직 변태가 시작되기 전부터 모든 조직 변태가 완료되기까지 행하는 것이 바람직하다. 감압 냉각 공정에서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.65 bar의 범위로 하는 것이 바람직하다.

감압 침탄 공정, 감압 냉각 공정, 고밀도 에너지, 켄칭 공정, 조직 변태

Description

강 부재, 그 열 처리 방법, 및 그 제조 방법 {STEEL MEMBERS, METHOD FOR HEAT TREATMENT OF THE SAME, AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 고강도 특성이 요구되는 기어 등의 강 부재를 열 처리하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 기어 등의 강 부재는 인성을 유지하면서 표면 경도를 높이기 위한 처리로서 침탄 켄칭 처리가 실시되는 경우가 많다. 침탄 켄칭 처리는, 강 부재를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열한 상태에서 표면의 탄소 농도를 증대시키는 침탄 처리를 행한 후에, 켄칭 처리를 행하여 코어부의 인성을 확보하는 동시에, 표면 경도를 높이는 처리이다.

종래의 침탄 켄칭 처리로서는, 출구측에 오일 켄칭조를 구비한 대형 열 처리로를 이용하여, 장시간 침탄 처리한 직후에 오일 켄칭하는 방법이 도입되고 있었다. 켄칭 시의 냉각제를 오일로 하는 이유는, 물인 경우보다도 비교적 완만한 냉각을 행할 수 있음에 따른 왜곡 억제를 목적으로 한 것이다. 그러나, 오일 켄칭을 행해도, 상기 종래의 방법으로 침탄 켄칭 처리를 행한 강 부재는 왜곡 발생의 문제를 해소하는 것이 곤란하며, 높은 치수 정밀도가 필요한 부재에 대해서는 침탄 켄칭 후에 절삭, 연삭, 연마 등의 공정이 필요해졌었다.

또한, 종래의 침탄 켄칭 처리는 상기와 같이 대형 열 처리로를 이용한 장시간의 침탄 처리를 필수로 하기 때문에, 처리 시간이 길고, 소비 에너지도 많다. 그로 인해, 침탄 켄칭 처리에 필요한 처리 시간의 단축 및 소비 에너지의 저감, 또한 침탄 켄칭 설비 그 자체의 소형화가 요구되고 있었다.

이러한 배경 하에서, 침탄 처리 후의 켄칭 처리로서, 부품 전체에 켄칭 처리를 행하는 것은 아니며 국부적으로 켄칭을 행하는 고주파 켄칭 방법(특허 문헌 1 참조)을 적용하는 것이 고려된다. 그러나 단순히 고주파 켄칭 처리를 적용한 것만으로는, 왜곡 발생을 충분히 억제할 수 없다.

또한, 후술하는 특허 문헌 2, 3에는 침탄 처리 후, 소정의 온도 영역을 소정의 값 이하의 냉각 속도로 서냉하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 단순한 서냉을 도입한 것만으로는, 반드시 충분한 왜곡 억제 효과를 얻을 수 없는 경우가 있었다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평11-131133호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평5-148535호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평8-311607호 공보

본 발명은 이러한 종래의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 종래보다도 왜곡 발생을 억제할 수 있고, 또한 처리 시간의 단축을 도모할 수 있는 강 부재의 열 처리 방법을 제공하려고 하는 것이다.

본 발명의 제1 측면은 강 부재를 감압 하의 침탄 가스 중에 두고 침탄 처리하는 감압 침탄 공정과,

상기 감압 침탄 공정을 마친 상기 강 부재를, 냉각 가스 중에 두고 냉각할 즈음에, 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각 공정과,

냉각된 상기 강 부재의 원하는 부분을 고밀도 에너지를 이용하여 가열한 후에 급냉하는 켄칭 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법에 있다.

본 발명의 강 부재의 열 처리 방법은, 침탄 처리 공정으로서 상기 감압 침탄 처리를 채용하는 동시에, 켄칭 처리 공정으로서 고밀도 에너지를 이용하여 가열한 후에 급냉하는 켄칭 공정을 채용하고, 또한 양 공정 사이에 상기 감압 냉각 공정을 적극적으로 도입한 방법이다. 이로써, 종래와 동등 이상의 침탄 켄칭 처리를 실시할 수 있는 동시에, 왜곡 발생을 대폭으로 억제할 수 있고, 또한 종래보다도 처리 시간을 짧게 하는 것도 가능해진다.

즉, 침탄 처리 공정으로서는 강 부재를 감압 하의 침탄 가스 중에 두고 침탄 처리하는 감압 침탄 공정을 행한다. 이 감압 침탄에서는, 고온의 침탄로의 내부를 감압 상태로 유지하면서 비교적 소량의 침탄 가스에 의해 침탄 처리를 행할 수 있으므로, 종래보다도 효율적으로 침탄 처리를 행할 수 있다.

또한, 켄칭 처리 공정으로서는, 강 부재의 원하는 부분을 고밀도 에너지를 이용하여 가열한 후에 급냉하는 켄칭 공정을 행한다. 이 켄칭 공정에서는 강 부재 전체를 가열하는 것은 아니며, 고밀도 에너지의 특성을 살려서 원하는 부분, 즉 켄칭에 의해 강도 향상시키고자 하는 부분만을 급속하게 가열하고, 그 부분을 급냉한다. 이로써, 종래와 같이 강 부재 전체를 켄칭 처리하는 경우보다도, 켄칭 처리 시의 왜곡 발생을 대폭으로 억제할 수 있어, 본 발명의 켄칭 공정 전의 형상을 켄칭 후도 대략 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 이 켄칭 공정에서는 고밀도 에너지를 이용함으로써, 켄칭에 의한 강도 향상 효과를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 이 켄칭 능력의 향상을 얻을 수 있으므로, 상기 감압 침탄 공정에서의 침탄 깊이 등의 침탄 처리의 정도를 저하시켰다고 해도, 이것을 상기 켄칭 능력의 향상에 의해 보충하는 것이 가능해진다. 그로 인해, 이 고밀도 에너지를 이용한 켄칭 공정과 상기 감압 침탄 공정을 조합함으로써, 상기 감압 침탄 공정에서의 침탄 처리 시간을 단축하여 보다 효율화하는 것도 가능해진다.

상기 고밀도 에너지로서는, 예를 들어 전자 빔, 레이저 빔 등의 고밀도 에너지 빔, 또한 빔은 아니지만 고주파 가열 등의 고밀도 에너지가 있다.

한편, 가령 왜곡 억제 효과가 높은 상기 고밀도 에너지를 이용한 켄칭 공정을 채용해도, 그 공정 전의 강 부재 자체가 왜곡되어 있는 경우에는, 고정밀도의 강 부재를 얻는 것은 곤란해진다. 이러한 문제를 해결하는 것이 감압 침탄 공정과 켄칭 공정 사이에 행하는 상기 감압 냉각 공정이다.

즉, 상기 감압 냉각 공정에서는, 감압 침탄 공정을 끝낸 고온 상태의 상기 강 부재를 냉각 가스 중에 두고 냉각할 즈음에, 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각한다. 이로써, 냉각 가스를 대기압 상태에서 냉각하는 경우에 비해, 강 부재의 왜곡 발생을 억제할 수 있다.

즉, 냉각 시에 냉각 가스를 교반할 경우에는 냉각 가스를 감압 상태로 함으로써, 대기압 상태의 경우에 비해, 순환하는 냉각 가스의 풍로 위와 풍로 아래에서의 냉각 속도의 차이를 줄일 수 있다. 즉, 대기압으로 서냉할 경우, 대기압 중의 냉각 가스에 피냉각 부재를 접촉시킨 것만으로 열 교환이 진행되어 피냉각 부재의 냉각이 개시된다. 이 경우, 적극적인 가스 교반 또는 열에 의한 가스 대류에 의해 풍로 위와 풍로 아래가 생겨, 냉각 속도차가 발생한다. 냉각 속도차에 의해 피냉각 부재의 온도차가 생기고, 열 처리 왜곡을 발생한다. 이에 대하여, 냉각 가스를 감압 상태로 함으로써, 풍로 위와 풍로 아래 중 어느 하나라고 해도 애당초 열 교환 속도가 느려 냉각 속도차가 발생하기 어렵다. 그로 인해, 냉각 가스를 감압 상태로 하는 감압 서냉을 채용한 경우에는 비교적 균일하게 냉각이 진행되므로, 열 처리 왜곡의 발생이 적다. 또한, 교반을 전혀 하지 않는 경우라도, 감압 상태의 경우에는 대기압의 경우보다도 온도가 다른 냉각 가스의 체류에 의한 냉각 속도의 차를 줄일 수 있다.

이러한 냉각 가스의 감압에 의한 효과를 이용함으로써, 상기 감압 냉각 공정을 실시한 강 부재는 왜곡 발생을 억제할 수 있고, 고정밀도의 치수 정밀도를 유지한 상태에서 상기 켄칭 공정으로 진행할 수 있다. 그리고, 이로써 상술한 고밀도 에너지를 이용한 켄칭 공정에 의한 장점을 살려, 켄칭 후의 강 부재도 왜곡이 적은고정밀도의 것으로 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 열 처리 방법을 이용하면, 왜곡 발생을 종래보다도 대폭으로 억제하고, 효율적으로 침탄 켄칭의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 감압 침탄 공정과 상기 감압 서냉 공정을 연속으로 행함으로써, 실제 설비에서는 감압 침탄실과 감압 서냉실을 직접 연결할 수 있고, 양자의 사이에 감압실을 조정하는 예비실 등을 마련할 필요가 없다. 즉, 상기 감압 침탄 공정과 상기 감압 서냉 공정이 양쪽 모두 감압 상태에서 행해지므로, 양자 사이의 압력차를 작게 할 수 있다. 그로 인해, 감압 침탄 처리를 끝낸 제품을 상압 상태에 노출시키는 일 없이 감압 냉각 처리할 수 있어, 왜곡 발생을 억제한 효율적인 처리가 가능하다.

본 발명의 제2 측면은 상기 제1 측면의 강 부재의 열 처리 방법에 의한 열 처리를 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재에 있다.

본 발명의 제3 측면은 강 부재를 원하는 형상으로 성형하는 성형 공정을 행한 후, 상기 제1 측면의 열 처리 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 제조 방법에 있다. 상기 성형 공정으로서는, 프레스 가공 등의 공지의 다양한 성형 방법을 적용할 수 있다.

도1은 제1 실시예에서의 (a) 본 발명의 방법의 히트 패턴을 나타내는 설명도, (b) 비교 방법의 히트 패턴을 나타내는 설명도이다.

도2는 제1 실시예에서의 (a) 본 발명의 방법을 실시하는 열 처리 설비, (b) 비교 방법을 실시하는 침탄 켄칭 설비를 나타내는 설명도이다.

도3은 제1 실시예에서의 (a) 강 부재의 평면도, (b) 강 부재의 단면도[(a)의 A-A선 화살표 단면도]이다.

도4는 제1 실시예에서의 침탄 켄칭 후의 경도 분포를 나타내는 설명도이다.

도5는 제1 실시예에서의 왜곡 발생 상황을 나타내는 설명도이다.

도6은 제1 실시예에서의 잔류 응력 발생 상황을 나타내는 설명도이다.

도7은 제2 실시예에서의 시험 1의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도8은 제2 실시예에서의 시험 2의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도9는 제2 실시예에서의 시험 3의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도10은 제2 실시예에서의 시험 4의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도11은 제2 실시예에서의 왜곡 발생 상황을 나타내는 설명도이다.

도12는 제3 실시예에서의 (a) 강 부재의 평면도, (b) 강 부재의 단면도[(a)의 A-A선 화살표 단면도]이다.

도13은 제3 실시예에서의 시료 E1, C1의 왜곡 발생 상황을 나타내는 설명도이다.

도14는 제3 실시예에서의 시료 E3, C1의 왜곡 발생 상황을 나타내는 설명도이다.

도15는 제4 실시예에서의 침탄 켄칭 후의 경도 분포를 나타내는 설명도이다.

도16은 제5 실시예에서의 감압 서냉 패턴의 구체예를 나타내는 설명도이다.

도17은 제6 실시예에서의 고밀도 에너지 빔의 조사 상태를 나타내는 (A) 측면도, (B) 평면도이다.

도18은 제6 실시예에서의 열 처리 장치의 설명도이다.

도19는 제6 실시예에서의 고밀도 에너지 빔의 조사 상태를 나타내는 설명도이다.

도20은 제6 실시예에서의 로크업 클러치 피스톤의 종단면으로부터 본 설명도이다.

도21은 제6 실시예에서의 로크업 클러치 피스톤의 평면측으로부터 본 설명도이다.

도22는 제6 실시예에서의 로크업 클러치 피스톤용 열 처리 장치의 설명도이다.

도23은 제6 실시예에서의 로크업 클러치 피스톤의 표면 처리 부분을 나타내는 설명도이다.

도24는 제6 실시예에서의 고밀도 에너지 빔의 조사 상태를 나타내는 설명도이다.

도25는 제6 실시예에서의 전자 빔의 조사부의 궤적을 나타내는 설명도이다.

도26은 제6 실시예에서의 전자 빔의 편향파형예를 나타내는 설명도이다.

도27은 제6 실시예에서의 전자 빔의 조사부 궤적의 다른 예를 나타내는 설명도이다.

도28은 제6 실시예에서의 전자 빔의 편향파형예를 나타내는 설명도이다.

도29는 제7 실시예에서의 (a) 종래 공정, (b) 참고 공정, (c) 본 발명의 공정을 나타내는 설명도이다.

도30은 제7 실시예에서의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도31은 제8 실시예에서의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도32는 제9 실시예에서의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

본 발명에서의 상기 감압 침탄 공정은, 상기 강 부재를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 동시에, 0.001 내지 0.1 bar의 감압 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다. 침탄 시의 감압이 0.001 bar 미만인 경우에는 진공도 유지를 위해 고가의 설비가 필요해진다고 하는 문제가 생긴다. 한편, 0.1 bar를 초과하는 경우에는 침탄 중에 가스가 발생하고, 침탄 농도 불균일이 생긴다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 침탄 가스로서는, 예를 들어 아세틸렌, 프로판, 부탄, 메탄, 에틸렌, 에탄 등을 적용할 수 있다.

또한, 상기 감압 침탄 공정에 있어서는, 보통 침탄보다 표면 농도를 올리고, 표층에 철과 탄소의 화합물을 석출시키는 고농도 침탄, 혹은 침탄 처리와 함께 질화 처리도 행하는 침탄 질화 처리를 채용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 켄칭 공정은 상기 강 부재의 원하는 부분을 고밀도 에너지를 이용하여 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하고, 그 후 급냉함으로써 행하는 것이 바람직하다. 즉, 고밀도 에너지를 이용함으로써, 국부적인 가열을 행하는 것이 용이해져, 전체를 가열하는 경우와 비교하여 대폭으로 왜곡 억제 효과를 높일 수 있다.

상기 급냉의 냉각 속도는 200 ℃/초 내지 2000 ℃/초인 것이 바람직하다. 냉각 속도가 200 ℃/초보다도 느린 경우에는 켄칭 효과를 충분히 얻을 수 없는 우려가 있으며, 한편 2000 ℃/초를 초과하는 급냉을 실현하는 것은 곤란하다.

또한, 상기 고밀도 에너지를 이용한 가열은 고주파 가열에 의해 행하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 비접촉으로 유도 가열에 의해 정밀도 좋게 가열할 수 있고, 또한 고효율화를 도모할 수 있다.

또한, 상기 고주파 가열로서는, 공지의 방법을 적용할 수 있다.

상기 고주파 가열을 이용한 경우의 상기 급냉은 물 켄칭에 의해 행하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 고주파 가열을 이용하면, 부품 전체가 아닌 부분적인 가열을 정밀도 좋게 할 수 있으므로, 그 후 매우 냉각 효과가 높은 물을 이용하여 물 켄칭해도, 켄칭 왜곡의 발생을 최대한 억제할 수 있다. 그리고, 물 켄칭에 의한 우수한 급냉 효과에 의해 켄칭 특성을 높게 할 수 있어, 켄칭 부분의 고강도화를 한층 더 도모할 수 있다. 또한, 이 고강도화를 이용하여, 침탄 처리의 간편화(처리 시간의 단축), 즉 침탄층의 박육화를 해도 요구 강도를 구비할 수 있는 경우가 있어, 이 경우에는 열 처리 공정 전체의 시간 단축을 한층 더 도모하는 것도 가능하다.

상기 켄칭 공정은, 고밀도 에너지 빔을 상기 강 부재의 원하는 부분에 조사 함으로써 가열한 후, 자기 방냉에 의해 급냉함으로써 행하는 것이 바람직하다. 즉, 전자 빔이나 레이저 빔 등에 대표되는 고밀도 에너지 빔은 조사한 극표면을 매우 고속으로 가열할 수 있다. 그리고, 가열 부분을 극표면에 한정함으로써, 고밀도 에너지 빔의 조사 중지, 혹은 이동 등에 의해 에너지의 투입이 종료되면, 자기 방냉에 의해 충분한 급냉 효과를 얻을 수 있다.

상기 고밀도 에너지 빔은 전자 빔으로 하는 것이 바람직하다. 전자 빔은 출력, 조사 빔 직경이나 조사 영역의 변경 등이 용이하며, 가열 영역의 정밀도가 높은 고정밀도의 가열을 행할 수 있다.

그리고, 전자 빔을 이용할 경우에는 조사 부분을 급속하게 용융할 수도 있으므로, 상기 켄칭 공정에서는 전자 빔을 상기 강 부재의 원하는 부분에 조사하여 표층만을 융점 이상으로 가열하여 용융부를 형성하고, 계속해서 상기 용융부를 마르텐사이트 변태 영역까지 급냉하여 마르텐사이트 조직으로 함으로써 경화층을 형성하는 것이 바람직하다.

이 경우의 상기 경화층은 0.2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 0.2 ㎜를 초과할 경우에는 용융 후의 자기 방냉 효과가 저감될 우려가 있다. 한편, 경화층이 지나치게 얇으면 내구성에 문제가 생기는 경우가 있으므로, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.2 ㎜의 범위로 하는 것이 좋다.

또한, 상기 감압 냉각 공정은 감압 침탄 공정을 끝낸 고온 상태의 강 부재에 대해 행하지만, 반드시 냉각 완료까지 계속할 필요는 없다. 적어도 왜곡 발생에 거의 영향이 없는 저온 영역으로 들어가서부터는 상기 감압 공정이 아닌, 감압 상 태를 해제한 대기압에서의 냉각, 혹은 적극적으로 대기압 이상으로 증압한 상태에서의 냉각을 행해도 좋다.

또한, 상기 감압 냉각 공정 중에 있어서도, 감압 조건을 도중에서 완화하거나, 교반 조건을 변경하거나 하는 것도 가능하다. 물론, 왜곡 발생의 우려가 감소하는 저온 영역에 있어서는 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 조건으로 변경하는 것이 공업적으로는 바람직하다.

상기 감압 냉각 공정의 종료 시기는, 강 부재의 온도 또는 냉각 시간에 따라 관리하는 것이 가능하다. 그 최적의 조건은 강 부재의 종류, 한번에 처리하는 양, 냉각 가스의 종류, 냉각 가스의 교반 장치의 능력 등에 따라서 변화하므로, 실험에 의해 관리치를 구하고, 그에 따르는 것이 바람직하다.

상기 감압 냉각 공정의 종료 시기를 온도에 따라 정할 경우에는, 예를 들어 500 ℃ 이하의 소정의 온도가 된 시기로 할 수 있다. 적어도 500 ℃까지 왜곡 발생 억제 가능한 조건으로 서냉하면, 상기한 작용 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

또한, 상기 감압 냉각 공정은 감압 상태의 냉각 가스를 교반하지 않아도, 대기압 상태의 경우와 비교하면 왜곡 억제 효과가 높아지지만, 더욱 바람직하게는 적절한 교반을 행하여 냉각 가스의 체류를 방지하는 것이 좋다.

즉, 상기 감압 냉각 공정은 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서, 상기 냉각 가스를 교반하면서 행하는 것이 바람직하다. 이로써, 한층 더 왜곡 억제 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 감압 냉각 공정은, 적어도 상기 강 부재의 냉각에 의한 조직 변 태가 시작되기 전부터 모든 조직 변태가 완료되기까지 행하는 것이 바람직하다. 즉, 강 부재를 오스테나이트 상태로부터 상온까지 냉각할 경우에는, 반드시 조직 변태를 수반하지만, 그 조직 변태 중에 왜곡이 발생하기 쉽다. 특히, 조직 변태 중의 냉각 조건이 부위에 따라서 변동하면, 왜곡이 생기기 쉬워진다. 그로 인해, 상기 감압 냉각 공정의 기간 중에 강 부재의 조직 변태를 완료시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감압 냉각 공정에서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.65 bar의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 감압 상태를 0.1 bar 미만으로 하는 위해서는 감압 장치가 매우 지나치게 고가가 된다고 하는 문제가 있다. 한편, 0.65 bar를 초과하는 경우에는 냉각 가스의 감압에 의한 상기 작용 효과가 적어진다고 하는 문제가 있다.

그로 인해, 상기 감압 냉각 공정에서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.3 bar의 범위로 하는 것이 바람직하다. 특히 0.3 bar 이하로 함으로써, 상기한 감압에 의한 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 감압 냉각 공정에서는 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 상기 냉각 가스의 교반 속도를 높이는 조건으로 냉각을 행할 수 있다. 즉, 상기 감압 냉각 공정은 감압 상태에서 행하므로, 대기압 이상의 상태에서 행하는 경우보다도 냉각 효율이 저하된다. 그로 인해, 상기 강 부재의 온도가 왜곡 발생에 영향을 주지 않는 A1 변태점 이하의 온도 영역으로 들어가서부터는 냉각 가스의 교반 속도를 높임으로써 냉각 효율을 조금이라도 향상시킬 수 있다. 가장 용이 한 방법으로서는, 감압 냉각 공정의 초기에 있어서는 교반 속도를 0 또는 최저한의 속도로 떨어뜨려 두고, 그 후 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 교반 속도를 높이는 방법이 있다. 이로써, 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 냉각 능력이 향상되고, 전체적인 냉각 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 교반 속도를 높이는 방법으로서는, 한번에 높이는 방법이라도 좋지만, 서서히 높이는 방법 쪽이 훨씬 바람직하다.

또한, 상기 감압 냉각 공정에서는 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 상기 냉각 가스의 압력을 높이는 조건으로 냉각을 행할 수 있다. 이 경우에는 상기 강 부재의 온도가 왜곡 발생에 영향을 주지 않는 A1 변태점 이하의 온도 영역으로 들어가서부터, 냉각 가스의 압력 증대에 의해 냉각 속도를 높일 수 있어, 전체적인 냉각 시간을 단축할 수 있다. 물론, 상기한 교반 속도를 높이는 방법과 아울러 냉각 가스의 압력을 높이는 방법을 취할 수도 있다.

또한, 이 감압 냉각 공정 중의 압력 증대는, 아무래도 대기압보다도 낮은 범위에서 행한다. 또한, 압력 증대는 한번에 행해도 좋지만, 서서히 행하는 쪽이 훨씬 바람직하다. 또, 상술한 바와 같이 감압 냉각 공정을 완료시킨 후에, 대기압 혹은 그 이상으로 증압하는 것은 지장을 주지 않는다.

또한, 상기 감압 냉각 공정에서는 상기 냉각 가스로서, 상기 감압 침탄 공정에서의 상기 침탄 가스와 다른 다양한 냉각 가스를 이용할 수 있다. 특히, 상기 냉각 가스는 질소 가스(N₂ 가스)인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 강 부재의 산화 를 억제하면서 냉각할 수 있다.

물론, 상기 냉각 가스로서는 강 부재에 요구되는 품질에 따라서, 공지의 다양한 가스를 선택할 수 있다.

또한, 상기 강 부재는 상기 감압 침탄 공정 및 상기 감압 냉각 공정 후에 바나듐 탄질화물의 석출 강화 혹은 베이나이트 조직의 변태 강화에 의해 기계적 강도 혹은 경도를 얻는 비조질강인 것이 바람직하다. 상기와 같은 이른바 비조질강이, 본 발명의 열 처리 방법의 적용에 의한 효과를 유효하게 발휘시킬 수 있다.

또한, 상기 강 부재는 상기 감압 침탄 공정 및 상기 감압 냉각 공정 후에 있어서 침탄이 미치지 못하는 부재 내부의 경도가 비커스 경도 Hv의 값에 있어서 50 내지 150 상승하는 비조질강인 것이 바람직하다. 즉, 상기 감압 침탄 공정 및 상기 감압 냉각 공정을 행하기 전에서의 상기 강 부재의 비커스 경도와, 이들 공정을 행한 후의 상기 강 부재의 비커스 경도와의 차가 50 내지 150 Hv가 되는 비조질강을 이용하는 것이 바람직하다. 이로써, 종래의 침탄용 강을 종래의 방법으로 침탄 켄칭한 경우와 동등 이상의 강도 특성을 쉽게 얻을 수 있다.

상기 비조질강으로서는, 구체적으로는 다음과 같은 화학 성분을 갖는 강을 적용할 수 있다.

즉, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.1 내지 0.6 ％, Si : 0.1 내지 0.6 ％, Mn : 0.5 내지 3.0 ％, Cr : 0.1 내지 2.0 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강(이하, 기본강이라 함)을 이용할 수 있다.

C 함유량은 상기와 같이 0.1 내지 0.6％로 하는 것이 바람직하다. C 함유량이 0.1 ％ 미만인 경우에는 충분한 탄질화물이 생성되지 않는다고 하는 문제가 있으며, 한편 0.6 ％를 초과할 경우에는 경도가 높아져, 절삭 가공성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

또한, Si 함유량은 0.1 내지 0.6 ％로 하는 것이 바람직하다. Si는 켄칭층의 탬퍼링 연화 저항을 향상시킴으로써, 기어의 피칭 수명을 향상시키는 경화가 있다. Si 함유량이 0.1 ％ 미만인 경우에는 그 경화를 그다지 얻을 수 없다. 한편, 침탄성을 열화시키는 것을 방지하기 위해서는 Si 첨가량을 억제하는 것이 바람직하며, 그 관점으로부터 Si 함유량을 0.6 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, Mn 함유량은 0.5 내지 0.3 ％로 하는 것이 바람직하다. Mn은 켄칭성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 그 효과는 Mn 함유량을 0.5 ％ 이상으로 함으로써 얻을 수 있다. 한편, Mn 함유량이 3.0 ％를 초과할 경우에는 코어부 조직에 마르텐사이트 조직이 생겨 왜곡이 커질 우려가 있다.

또한, Cr 함유량은 0.1 내지 2.0 ％로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량을 0.1 이상으로 함으로써 켄칭층의 템퍼링 연화 저항을 향상시킬 수 있다. 한편, Cr 함유량이 2.0 ％를 초과할 경우에는 Cr계 탄화물의 생성에 의한 인성 열화가 생길 우려가 있다.

또한, Mo 함유량은 0 내지 0.3 ％로 하는 것이 바람직하다. Mo는 첨가하지 않아도 된다. 첨가하면 켄칭층을 강인화하여 굽힘 피로 강도를 향상하는 경화가 있다. 그 경화를 얻기 위해서는 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편 Mo 함유량이 0.3 ％를 초과하여 첨가해도 그 효과가 포화되므로, 상한은 0.3 ％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 V 함유량은 0 내지 0.3 ％로 하는 것이 바람직하다. V는 첨가하지 않아도 되지만, 첨가하면 탄질화물의 석출 효과 혹은 베이나이트 조직의 변태 강화 효과를 얻을 수 있어 강을 강화한다. 이 효과를 발휘하기 위해서는 0.01 ％의 첨가가 필요하다. 한편, V 함유량이 0.3 ％를 초과해도 그 효과가 포화하여 경제성을 손상시킬 우려가 있다.

또한, 상기 S 함유량은 0 내지 0.05 ％로 하는 것이 바람직하다. S는 함유시키지 않아도 되지만, 피삭성을 향상시키는 경우에는 0.005 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나 0.05 ％를 초과하면 단조성을 저해하므로, 0.05 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 비조질강으로서는, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.22 내지 0.26 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 1.40 내지 1.60 ％, Cr : 0.40 내지 0.60 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강이 있다.

또한, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.11 내지 0.15 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 2.10 내지 2.30 ％, Cr : 0.90 내지 1.10 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강도 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.2 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.2 내지 0.6 ％, Mo : 0 내지 0.4 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강을 이용할 수도 있다.

또한, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0 내지 0.1 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강을 이용하는 것도 바람직하다.

또한, 상기 강 부재의 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0.3 내지 0.4 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강을 이용하는 것도 바람직하다.

이들의 비조질강은, 상술한 기본 강의 화학 성분을 더욱 한정한 것이며, 각 원소의 첨가에 의한 효과가 보다 명확하게 발휘되도록 한 것이다.

즉, C 함유량은 0.22 내지 0.26 ％, 0.11 내지 0.15 ％, 또는 0.2 내지 0.3 ％의 범위로 다시 한정하는 것이 바람직하다. 이들의 범위로 한정함으로써, 코어부의 강도의 확보와 인성 및 절삭성 저하의 억제 효과를 한층 더 확실하게 얻을 수 있다.

또한, Si는 0.15 내지 0.35 ％, 0.2 내지 0.6 ％, 또한 0.4 내지 0.6 ％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 이들의 범위로 한정함으로써, 켄칭층의 템퍼링 연화 저항의 향상 효과의 확보와 침탄성 저하의 억제 효과를 한층 더 확실하게 얻을 수 있다.

또한, Mn은 1.40 내지 1.60 ％, 2.10 내지 2.30 ％, 또는 1.4 내지 2.0 ％의 범위로 다시 한정하는 것이 바람직하다. 이들의 범위로 한정함으로써, 켄칭성 및 탬퍼링 연화 저항의 향상 확보와 마르텐사이트 조직 생성의 억제 효과를 한층 더 확실하게 얻을 수 있다.

또한, Cr은 0.40 내지 0.60 ％, 0.90 내지 1.00 ％, 또는 0.2 내지 0.6 ％, 또한 0.4 내지 0.6 ％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 이들의 범위로 한정함으로써, 켄칭성 및 탬퍼링 연화 저항의 향상 확보와 Cr계 탄화물의 생성에 의한 인성 열화의 억제 효과를 한층 더 확실하게 얻을 수 있다.

또한, Mo 함유량은 0.03 ％, 또한 0 내지 0.1 ％, 또는 0.3 내지 0.4 ％로 한정하는 것이 바람직하다. 이 범위로 한정함으로써, 경제성의 저하를 한층 더 억제할 수 있다.

또한, V 함유량은 0.01 내지 0.3 ％, 또한 0.05 내지 0.25 ％로 한정하는 것이 바람직하다. 이 범위로 한정함으로써, 조직의 미세화 효과를 한층 더 확실하게 얻을 수 있다.

또, 상술한 비조질강 대신에, 예를 들어 기계 구조용 강으로서 사용되는 S15C, S20C, S35C, S45C, SCM415, SCM420, SCM440, SCr415, SCr420, SCr440, SNCM220 등의 JIS 규격강을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 강 부재가 자동차의 구동계 부품인 경우에는, 특히 상기 열 처리 방법 이 유효하다. 자동차의 구동계 부품으로서는, 예를 들어 자동 변속기에서의 기어, 링 형상 부재, 그 밖의 부품이 있지만, 이들은 부분적인 고강도 특성과 높은 치수 정밀도 모두가 요구되는 부품이다. 그로 인해, 상술한 우수한 열 처리 방법을 적용함으로써, 제조 공정의 합리화, 저비용화를 도모할 수 있는 동시에, 제품의 고품질화를 도모할 수 있다.

상기 강 부재는, 토크 컨버터에서의 로크업 클러치 장치에 스프링과 함께 내장되는 로크업 클러치 피스톤이며, 로크업 클러치 피스톤은 원반형의 평판부와, 상기 평판부로부터 축 방향으로 급상승한 급상승부를 갖고 있으며, 상기 평판부와 상기 급상승부에는 상기 스프링과의 미끄럼 이동에 의한 마모를 억제하기 위한 경화층을, 상기 켄칭 공정의 실시에 의해 마련할 수 있다.

상기 로크업 클러치 피스톤은 상술한 감압 침탄 공정, 감압 서냉 공정 후, 국부적으로 상기 켄칭 공정을 실시함으로써 적소에 경화층을 갖는 것으로 할 수 있다. 즉, 얻을 수 있는 로크업 클러치 피스톤은 상기 평판부와 상기 급상승부에 상기 경화층을 갖는 것이 된다. 그로 인해, 상기 로크업 클러치 피스톤은 미끄럼 이동 부분이 우수한 내마모성을 발휘하여, 매우 내구성이 우수한 것이 된다. 또한, 상기 경화층 이외의 부분은 마르텐사이트화되어 있지 않으므로, 양호한 가공성을 띤다. 그로 인해, 본 발명에 의해 얻을 수 있는 로크업 클러치 피스톤은 국부적으로 내마모성 부위를 갖고, 또한 가공성이 우수한 부재가 된다.

또한, 상기 로크업 클러치 피스톤에 마련한 상기 경화층은 매우 두께가 얇고, 또한 고밀도 에너지의 영향이 표면 처리 부분(경화층) 이외의 부분에 거의 미 치지 않으므로, 로크업 클러치 피스톤의 외형 형상은 높은 정밀도로 유지된 상태가 된다. 그로 인해, 상기 로크업 클러치 피스톤은 특히 왜곡 제거 공정을 실시하지 않고 토크 컨버터에 넣을 수 있어, 토크 컨버터의 생산 비용의 저감을 도모할 수도 있다.

또한, 이용하는 고밀도 에너지로서는, 상술한 전자 빔을 이용하는 것이, 열 처리 범위를 정밀도 좋게 제어할 수 있으므로 가장 바람직하다.

다음에, 강 부재로서는 상기 본 발명의 강 부재의 열 처리 방법에 의한 열 처리를 실시하여 이루어지며, 최표면의 잔류 응력이 200 내지 1500 MPa의 압축 잔류 응력으로 할 수 있다. 예를 들어, 고주파 가열한 후에 물 켄칭함으로써, 보통의 침탄 켄칭의 경우보다도 상기 범위의 높은 압축 잔류 응력을 얻을 수 있다. 그리고, 이 200 내지 1500 MPa라고 하는 높은 압축 잔류 응력에 의해 굽힘 피로 강도 등이 종래보다도 우수한 것이 된다.

실시예

(제1 실시예)

본 발명의 실시예에 관한 강 부재의 열 처리 방법에 대해, 도1 내지 도6을 이용하여 설명한다.

본 예에서는, 자동 변속기의 부품으로서 이용되는 링 형상의 강 부재(8)(링 기어)에 대해, 본 발명의 열 처리 방법(본 발명의 방법) 및 비교를 위한 종래의 침탄 켄칭 방법(비교 방법)을 실시하여, 왜곡 발생 상황 등을 평가하였다. 본 예에 있어서 관리하는 강 부재(8)는 도3에 도시한 바와 같이, 통 형상의 본체부(80)의 내주면에 치형면(齒面)(81)을 구비한 것이며, 치형면의 경도가 높고, 또한 진원도가 매우 중요한 부품이다.

우선, 도1에 도시한 바와 같이 본 발명의 방법에서의 히트 패턴 A와, 비교 방법에서의 히트 패턴 B를 비교한다. 이 도면은 횡축에 시간을, 종축에 온도를 취하고, 열 처리 중에서의 강 부재의 온도를 히트 패턴 A, B로서 나타낸 것이다.

본 발명의 방법은, 이 도면의 히트 패턴 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 침탄 온도인 950 ℃까지 가열한 후, 그 온도에서 45분간 유지하여 감압 침탄 공정(a1)을 행하고, 그 후 40분에 걸쳐 150 ℃ 이하의 온도까지 감압 냉각하는 감압 냉각 공정(a2)을 행하고, 그 후 다시 켄칭 온도인 950 ℃까지 고주파 가열에 의해 급속 가열한 후 물 켄칭하는 고주파 켄칭 공정(a3)을 행한다고 하는 것이다.

한편, 비교 방법은, 이 도면의 히트 패턴 B로부터 알 수 있는 바와 같이, 침탄 온도인 950 ℃까지 가열한 후, 그 온도에서 220분간 유지하여 통상의 침탄 공정(b1)을 행하고, 그 후 켄칭 온도인 850 ℃로 유지한 후, 오일 켄칭하는 켄칭 공정(b2)을 행한다고 하는 것이다. 또한, 비교 방법에서는 오일 켄칭 시에 부착된 냉각제(오일)를 씻어내는 후세척 공정(b3)과 켄칭 경화층의 인성 확보도 목적으로 한 탬퍼링 공정(b4)을 행하지만, 그때에도 약간의 승온을 행한다. 또, 후술하는 왜곡 평가, 강도 평가, 및 잔류 응력 평가에 있어서는 그 탬퍼링 공정(b4)을 행한 후의 상태에서 행하였다.

다음에, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 열 처리 설비(5)와, 비교 방법을 실시하기 위한 침탄 켄칭 설비(9)에 대해, 간단하게 설명한다.

도2의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 열 처리 설비(5)는, 침탄 켄칭 처리 전에 강 부재를 세정하기 위한 전세조(51)와, 가열실(521), 감압 침탄실(522), 및 감압 냉각실(523)을 구비한 감압 침탄 서냉 장치(52)와, 고주파 켄칭기(53)와, 결함을 조사하기 위한 자기 탐상 장치(54)를 구비한 것이다.

도2의 (b)에 도시한 바와 같이, 비교 방법을 실시하기 위한 침탄 켄칭 설비(9)는, 침탄 켄칭 처리 전에 강 부재를 세정하기 위한 전세조(91)와, 가열·침탄·확산을 행하기 위한 침탄로(921), 켄칭 오일조(922)를 구비한 장대한 침탄로(92)와, 침탄 켄칭 처리 후에 강 부재를 세정하기 위한 후세조(93)와, 템퍼링 처리를 행하기 위한 탬퍼링로(94)를 구비한 것이다.

다음에, 각 설비를 이용하여, 각각 상기 강 부재(8)의 침탄 켄칭 처리를 행하고, 강도 특성, 왜곡 발생 상황, 및 잔류 응력 발생 상황에 대한 비교를 행하였다.

본 발명의 방법에서는, 도1의 히트 패턴 A에도 도시한 바와 같이, 강 부재를 감압 하의 침탄 가스 중에 두고 침탄 처리하는 감압 침탄 공정(a1)과, 상기 감압 침탄 공정을 끝낸 상기 강 부재를, 냉각 가스 중에 두고 냉각할 즈음에, 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각 공정(a2)과, 냉각된 상기 강 부재의 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 물 켄칭하는 고주파 켄칭 공정(a3)을 행하였다.

상기 감압 침탄 공정(a1)은 침탄 및 확산 처리로서 950 ℃ × 49분의 처리를 행하였지만, 그때의 침탄실의 진공도는 0.001 bar, 침탄 가스의 종류는 아세틸렌이라는 조건으로 하였다. 상기 감압 냉각 공정(a2)은, 냉각 가스는 질소(N₂), 감압 상태는 0.2 bar, 냉각 가스의 교반은 있으며, 감압 냉각 공정의 기간은 침탄 처리 직후의 오스테나이트화 온도 이상의 온도로부터 150 ℃ 이하의 온도가 되기까지, 냉각 속도는 10 ℃/분이라는 조건으로 하였다. 고주파 켄칭 공정(a3)은 고주파 가열에 의해 강 부재(8)의 내주부인 치형면(81)을 950 ℃로 가열하고, 그 후 물을 내뿜어 물 켄칭한다고 하는 조건으로 행하였다. 이 물 켄칭에 의한 냉각 속도는 268 ℃/초였다.

비교 방법에서는, 도1의 히트 패턴 B로부터도 알 수 있는 바와 같이, 침탄 온도인 950 ℃까지 가열한 후, 그 온도에서 220분간 유지하여 통상의 침탄 공정(b1)을 행하고, 그 후 켄칭 온도인 850 ℃로 유지한 후, 오일 켄칭하는 켄칭 공정(a2)을 행한다고 하는 것이다. 또한, 비교예에서는 켄칭 공정(b2) 후에 후세척 공정을 실시하고, 또한 후세척 공정(b3) 후에 탬퍼링 공정 b4를 실시하였다.

또한, 상기 비교 방법에서는 침탄에 적합한 SCM420(JIS)을 소재로 하여 이용하였다.

상기 본 발명의 방법에서는 상기한 침탄에 적합한 SCM420(JIS) 대신에, 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.22 내지 0.26 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 1.40 내지 1.60 ％, Cr : 0.40 내지 0.60 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지 는 비조질강, 더욱 구체적으로는 질량 ％에 있어서, C : 0.23 ％, Si : 0.22 ％, Mn : 1.45 ％, Cr : 0.46 ％, Mo : 0.17 ％, V : 0.09 ％, S : 0.016 ％, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강(시료 E1)을 소재로 하여 이용하였다.

침탄 켄칭 처리를 끝낸 강 부재에 대해, 기어의 이 끝(815)(도3) 부분의 표면으로부터의 거리에 대한 비커스 경도(Hv)를 측정하고, 이것을 강도 평가하였다. 측정 결과를 도4에 도시한다. 이 도4는 횡축에 표면으로부터의 거리(㎜)를, 종축에 비커스 경도(Hv)를 취한 것이다. 그리고, 본 발명의 방법에 의해 처리한 강 부재의 결과를 부호 E1, 비교 방법에 의해 처리한 강 부재의 결과를 부호 C1로 하여 나타내었다.

도4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법(E1)의 경우는 내부로 감에 따라서 비교 방법(C1)의 경우보다도 약간 경도가 낮아지지만, 최표면에서는 물론 비교 방법보다도 높은 경도를 얻을 수 있었다. 이들의 결과로부터, 본 발명의 방법을 적용함으로써, 종래와 동등 이상의 우수한 열 처리를 할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 방법(E1)의 경우에는 종래와 같은 침탄 처리에 적합한 재료를 이용한 경우에는 침탄 시간을 대폭으로 짧게 한만큼만 침탄 깊이가 얕아짐에 따른 강도 저하를 고려할 수 있다. 그러나, 본 예와 같이, 적용 재료의 변경과, 물 켄칭의 채용에 의해 이들의 강도적인 문제를 해소할 수 있었다. 또한, 내부 강도의 종래 품위까지의 향상은 소재의 성분 개량에 의해 해소할 수 있는 가능성이 있 다.

다음에, 침탄 켄칭 처리를 끝낸 강 부재의 치수를 측정함으로써 왜곡 발생량을 비교하였다.

치수의 측정은「BBD」와 「BBD 타원」의 2종류를 행하였다. 「BBD」는 도3에 도시한 바와 같이, 치형면(81)의 골 부분에 접촉하도록 소정 직경의 강구(88)를 배치하고, 대향하는 강구(88)끼리의 내경 치수를 측정하게 얻게 된 치수이다. 그리고, 이 측정을 축 방향 3군데[도3의 (b)의 a 위치, b 위치 및 c 위치]에 있어서, 전체 둘레에 대하여 행하고, 그 측정치의 평균치(Ave), 최대치(Max), 최소치(Min)를 구하였다.

다음에, 축 방향의 각 측정 위치에서의 상기「BBD」의 최대치와 최소치의 차를「BBD 타원(㎛)」으로 하여 구하였다. 그리고, 상기와 마찬가지로 그 측정치의 평균치(Ave), 최대치(Max), 최소치(Min)를 구하였다.

도5에는, 상기「BBD」와 「BBD 타원」의 측정 결과를 나타낸다. 상기 도면 좌측란에는 본 발명의 방법의 결과로서, 감압 침탄전, 감압 침탄 + 감압 냉각 후, 고주파 켄칭 후의 3개의 타이밍에서의 결과를 나타내었다. 또한, 이 도면 우측란에는 비교 방법의 결과로서, 침탄 켄칭 전, 침탄 켄칭 후의 2개의 타이밍에서의 결과를 나타내었다. 또한, 각 란에 나타내는 표기는 좌측으로부터 도3의 (b)에서의 a 위치, b 위치, c 위치의 3군데에 대해 각각 최대치, 최소치, 평균치를 플롯하여 최대치와 최소치를 굵은 선으로 세로로 이은 것이다. 또한, 3군데 위치의 평균치는 가는 선으로 이었다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법을 채용하면, 켄칭 후에 있어서도 왜곡 발생이 억제되는 것을 알 수 있다. 또한, 그 왜곡 발생의 억제 효과는 감압 침탄 후의 감압 서냉에 의해 이미 얻어져 있는 것도 알 수 있다.

이에 대하여, 비교예는 침탄 켄칭 처리에 의해 큰 왜곡이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 침탄 켄칭 처리를 끝낸 강 부재의 잔류 응력을 측정하고, 비교하였다. 측정 결과를 도6에 나타낸다. 이 도면은 횡축에 이 끝(815)의 표면으로부터의 거리를 취하고, 종축에 잔류 응력을, 인장을 +, 압축을 -로 하여 취하였다.

본 발명의 방법(E1)의 경우에는, 적어도 최표면으로부터 압축 잔류 응력 상태로 되어 있으며, 한편 비교 방법(C1)의 경우에는 최표면이 인장 잔류 응력으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 최표면의 잔류 응력이 인장 응력인 경우에는 다양한 문제가 생길 우려가 있으므로, 예를 들어 열 처리 혹은 표면 개질 처리를 행하여 인장 잔류 응력을 완화하는 것이 필요해진다. 따라서, 본 발명의 방법은 그러한 잔류 응력을 개선하기 위한 처리를 특별히 마련할 필요가 없다고 하는 효과도 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

(제2 실시예)

본 예에서는, 상기 제1 실시예에서의 감압 냉각 공정에 대해, 다시 복수 종류의 방법(시험 1 내지 3)을 실시하고, 왜곡 발생 상황을 파악하였다.

시험 1 :

시험 1에서는, 도7에 도시한 바와 같이 상기 강 부재를 오스테나이트화 온도 이상의 950 ℃로 승온하는 침탄 처리를 행한 후에, 강 부재를 150 ℃ 이하까지 냉각한다.

도7은 횡축에 시간, 종축에 온도를 취하고, 강 부재의 온도 이력을 나타낸 것이다(후술하는 도8 내지 도1O도 마찬가지임). 상기 열 처리는 도7의 A점 내지 B점의 기간이 열 처리의 기간이며, B점 이후가 냉각의 기간이다. 그리고, 시험 1에서는 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행하였다.

감압 냉각의 조건은 냉각 가스로서 N₂를 이용하고, 0.3 bar 일정한 감압 상태로 하고, 냉각 가스의 교반을 행하는 조건으로 하였다. 교반 속도는 냉각에 이용한 장치에서의 교반 팬을 정격 회전수의 550 rpm 일정하게 운전하여 얻게 되는 조건으로 하였다.

시험 2 :

시험 2에서는, 도8에 도시한 바와 같이 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행하였지만, 상세 조건을 시험 1에서 변경하였다. 즉, 감압 냉각의 조건으로서, 냉각 가스로서 N₂를 이용하고, 0.3 bar 일정한 감압 상태로 한 점은 시험 1과 같지만, 교반 속도의 조건을, 처음은 교반 팬의 회전수를 250 rpm 일정하게 떨어뜨려 운전하고, 그 후 15분 후(도8의 C점)에 550 rpm 일정하게 변경한다고 하는 조건으로 하였다. 그 밖에는 시험 1과 같다.

시험 3 :

시험 3에서는, 도9에 도시한 바와 같이 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행하였지만, 상세 조건을 시험 1에서 변경하였다. 즉, 감압 냉각의 조건으로서, 냉각 가스로서 N₂를 이용하고, 그 감압 상태를 0.65 bar 일정하게 하였다. 그 다음에, 처음은 냉각 가스의 교반을 행하지 않고, 그 후 15분 후(도9의 C점)에 550 rpm 일정하게 변경한다고 하는 조건으로 하였다. 그 밖에는 시험 1과 같다.

시험 4(비교 시험) :

시험 4에서는, 도10에 도시한 바와 같이 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지 냉각 가스를 대기압인 상태에서 냉각하였다. 즉, 냉각 조건은 냉각 가스의압력은 1.0 bar(대기압) 일정하게 하고, 교반 조건은 교반 팬의 회전수를 정격보다 떨어뜨린 250 rpm 일정하게 하였다. 냉각 전의 열 처리 조건은 시험 1과 같다.

상기한 시험 1 내지 3과 시험 4의 냉각 방법에 의해 복수의 강 부재(8)인 링 기어를 처리하고, 그 치수를 측정함으로써 왜곡 발생량을 비교하였다.

본 예에서 처리한 링 기어(8)는, 도3에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 마찬가지로 링 형상의 본체부(8)의 내주면에 치형면(81)을 구비한 것이며, 그 진원도가 매우 중요하다. 그래서, 축 방향 3군데[도3의 (b)의 a 위치, b 위치, c 위치]에 있어서, 전체 둘레의 BBD 치수를 측정하고, 각각 최대치와 최소치의 차를「BBD 타원(㎛)」으로서 구하였다. 상기 BBD 치수는 도3에 도시한 바와 같이, 치형면(81) 의 골 부분에 접촉하도록 소정 직경의 강구(88)를 배치하고, 대향하는 강구(88)끼리의 내경 치수를 측정하게 얻게 된 치수이다. 그리고, 이 BBD 타원의 측정을 처리한 모든 강 부재에 대해 행하고, 얻게 된 BBD 타원의 평균치(Ave), 최대치(Max), 최소치(Min)를 구하고, 도11 중에 수치 및 그래프를 나타내었다. 또, 처리한 강 부재의 수(n)는 각각 10개 내지 25개이다.

도11로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험 1 내지 3의 경우에는 어떠한 경우도 BBD 타원의 값이 시험 4(비교 시험)보다도 작고, 왜곡 억제 효과가 매우 높은 것을 알 수 있다.

(제3 실시예)

본 예는, 도12에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 같은 왜곡 평가를, 링 형상 본체부(70)의 외주측에 치형면(71)을 갖는 링 형상의 강 부재(7)(차동 링 기어)에 대하여 행하였다. 이 강 부재(7)도 자동차의 자동 변속기에 이용되는 부품이다.

본 예에서 행하는 본 발명의 방법 및 비교 방법은, 모두 제1 실시예와 동일한 방법으로 하였다. 소재의 재질은 본 발명의 방법을 실시하는 것으로서는, 상술한 제1 실시예에서의 시료 E1과 후술하는 제3 실시예에 나타내는 시료 E3을 채용하고, 비교 방법을 행하는 것으로서는 제1 실시예에서의 시료 C1을 채용하였다.

왜곡 평가는 강 부재(7)의 축 방향 3군데(a 위치, b 위치, c 위치)에서의「OBD」를 측정하여 평가하였다. 「OBD」는 각 축 방향 위치에 있어서, 치형면(71)의 골 부분에 접촉하도록 소정 직경의 강구를 배치하고, 대향하는 강구끼리의 외경 치수를 측정하게 얻게 된 치수이다. 그리고, 이 측정을 주위 방향 4 군데에 있어 서 행하고, 그 평균치를 평가치로서 이용하였다. 얻게 된 OBD의 평균치(Ave), 최대치(Max), 최소치(Min)를 구하고, 도13, 도14 중에 수치 및 그래프를 나타내었다.

도13에는, 본 발명의 방법을 시료 E1에 적용한 결과와, 비교 방법을 시료 C1에 적용한 결과를 나타내었다. 도14에는, 본 발명의 방법을 시료 E3에 적용한 결과를 나타내는 동시에, 도13과 같이 비교 방법을 시료 C1에 적용한 결과를 나타내었다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서는, 감압 침탄 전, 감압 침탄 + 감압 냉각 후, 고주파 켄칭 후의 3개의 타이밍에 있어서 평가하였다. 비교 방법에 있어서는, 침탄 켄칭 전, 침탄 켄칭 후의 2개의 타이밍에 있어서 평가하였다. 또, 본 발명의 방법의 켄칭 공정에서는, 그 냉각 속도가 1420 ℃/초였다.

도13, 도14로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법을 채용하면, 켄칭 후에 있어서도 왜곡 발생이 억제되는 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 비교 방법의 경우에는 침탄 켄칭 처리에 의해 큰 왜곡이 발생하는 것을 알 수 있다.

(제4 실시예)

본 예에서는, 제1 실시예에서의 소재(시료 E1) 대신에, 화학 성분이 다른 복수의 소재(시료 E2 내지 E4)를 이용한 기어(도3)에 대하여 본 발명의 방법을 실시하였다.

시료 E2는 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.11 내지 0.15 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 2.10 내지 2.30 ％, Cr : 0.90 내지 1.10 ％, Mo : 0 내 지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강, 더욱 구체적으로는 질량 ％에 있어서, C : 0.13, Si : 0.24 ％, Mn : 2.20 ％, Cr : 1.00 ％, Mo : 0.18 ％, V : 0.07 ％, S : 0.018 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 비조질강이다.

시료 E3은, 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0 내지 0.1 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.5 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물이 되도록 개발된 개발 강, 더욱 구체적으로는 질량 ％에 있어서, C : 24, Si : 0.5 ％, Mn : 1.8 ％, Cr : 0.5 ％, Mo : 0.03 ％, V : 0.12 ％, S : 0.016 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 개발 강이다.

시료 E4는 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0.3 내지 0.4 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.5 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물이 되도록 개발된 개발 강, 보다 구체적으로는 질량 ％에 있어서, C : 0.24, Si : 0.5 ％, Mn : 1.4 ％, Cr : 0.5 ％, Mo : 0.37 ％, V : 0.12 ％, S : 0.016 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 개발 강이다.

그리고 제1 실시예와 같이, 침탄 켄칭 처리를 끝내고 얻게 된 기어(강 부재)의 이 끝(815) 부분의 표면으로부터의 거리에 대한 비커스 경도(Hv)를 측정하였다.

그 측정 결과를 도15에 도시한다. 도15는 횡축에 표면으로부터의 거리(㎜) 를, 종축에 비커스 경도(Hv)를 취한 것이다. 그리고, 시료 E2로 이루어지는 기어의 결과를 부호 E2, 시료 E3으로 이루어지는 기어의 결과를 부호 E3으로 하여 나타내었다. 또한, 참고를 위해, 제1 실시예에서의 본 발명의 예 E1과 비교예 C1도 아울러 기재하였다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법을 적용함으로써, 재질을 상기한 시료 E2, E3, E4로 변경해도, 종래와 동등 이상의 우수한 열 처리를 실시할 수 있는 것을 알 수 있다.

(제5 실시예)

본 예에서는, 도16에 도시한 바와 같이 제1 실시예에 있어서 나타낸 감압 서냉 공정(a2)으로서 채용 가능한 감압 서냉 패턴에 대한 예를 설명한다.

도16은 횡축에 시간을 취하고, 제1 종축에 냉각 팬의 회전수(a)를, 제2 종축에 피처리재의 온도(b)를, 제3 종축에 냉각 가스의 압력(c)을 취한 것이다.

도16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 예에서는 처음의 제1 냉각 스텝(P31) 사이는 냉각 팬의 회전수를 낮게 설정하는 동시에, 냉각 가스압을 대기압보다도 충분히 낮은 감압 상태로 하여 감압 서냉을 행하였다.

다음에, 제2 냉각 스텝(P32) 사이는 냉각 팬의 회전수를 정격보다도 충분히 낮기는 하지만 상기 제1 냉각 스텝(P31)의 경우보다도 약간 높게 하고, 또한 냉각 가스압도 대기압보다도 낮기는 하지만 상기 제1 냉각 스텝(P31)의 경우보다도 약간 높은 상태로 설정하고, 제1 냉각 스텝(P31)보다는 약간 냉각 능력이 높은 감압 서냉을 행하였다. 본 예에서는, 이 제2 냉각 스텝(P32) 사이에 있어서, 피처리재의 온도가 이른바 A1 변태점을 넘도록 하였다.

다음에, 제3 냉각 스텝(P33) 사이는 냉각 팬의 회전수 및 냉각 가스압을 충분히 높인 급냉 조건으로 하였다.

이상과 같이, 최초의 피처리재가 가장 고온 상태에 있는 제1 냉각 스텝(P31)에서는 냉각 가스의 압력 및 순환 속도(냉각 팬의 회전수)를 낮게 하는 감압 서냉을 행함으로써, 냉각 왜곡의 발생을 확실하게 억제할 수 있다. 다음에, 어느 정도 피처리재의 냉각이 진행된 제2 냉각 스텝(P32)에서는, 냉각 왜곡의 발생 가능성이 저하되어 있으므로, 약간 냉각 능력을 높이지만, 강의 A1 변태점을 넘을 때의 조직 변태에 수반하는 왜곡 발생을 억제하기 위해, 감압 서냉 조건은 유지한다. 이로써, A1 변태점을 넘을 때의 왜곡 발생을 최대한 억제할 수 있다. 그 후, 제3 냉각 스텝(P33)에서는, 냉각 가스의 압력 및 순환 속도를 높임으로써 냉각 능력을 최대로 할 수 있다.

(제6 실시예)

본 예에서는, 토크 컨버터용 로크업 클러치 피스톤 등의 원반형의 강 부재의 열 처리 방법에 대해, 도17 내지 도28을 이용하여 설명한다.

본 예의 강 부재의 열 처리는, 상술한 도1의 (a)와 기본적으로 같은 프로파일을 나타내는 것이지만, 엄밀하게는 켄칭 공정에서의 가열 온도가 다르다. 즉, 본 예에서는 강 부재를 침탄 온도인 950 ℃까지 가열한 후, 그 온도에서 49분간 유지하여 감압 침탄 공정을 행하고, 그 후 40분에 걸쳐 150 ℃ 이하의 온도까지 감압 냉각하는 감압 냉각 공정을 행한다. 지금까지는 상술한 제1 실시예와 같다. 그 후, 고밀도 에너지 빔으로서의 전자 빔을 원하는 부분에 조사하여 표층만을 융점 이상으로 가열하여 용융부를 형성하고, 계속해서 상기 용융부를 마르텐사이트 변태 영역까지 급냉하여 마르텐사이트 조직으로 한다고 하는 전자 빔 켄칭을 행함으로써 경화층을 형성한다.

우선, 상기한 전자 빔을 이용한 켄칭 공정에 대해 설명한다.

도17에 도시한 바와 같이, 용융부(21)가 되는 강 부재(2)의 표층을, 7500 ℃/초 이상이라는 매우 빠른 승온 속도로 가열하여, 한번에 융점(Mp) 이상의 용융 상태의 용융부(21)를 형성한다. 이 경우의, 고밀도 에너지 빔 조사 개시로부터 용융부(21)를 형성하기까지의 시간은 0.2초라고 하는 매우 짧은 시간이다. 그리고 용융부의 깊이는 강 부재(2)의 두께의 1/4 이하가 되도록 조정하고 있다. 그 조정은 고밀도 에너지 빔의 출력 및 조사 패턴에 의해 행한다.

계속해서, 용융부(21) 형성 직후에 고온 상태를 유지하는 일 없이, 600 ℃/초 이상이라는 매우 빠른 냉각 속도로 용융부(21)를 냉각한다. 본 예에서는, 구체적으로는 냉각 속도가 1600 ℃/초였다.

이로써, 용융부(21)는 바로 응고하여, 일단 균일 오스테나이트 조직이 되고, 계속해서 다시 냉각이 진행함으로써 마르텐사이트 영역까지 냉각되어 마르텐사이트 조직(22)이 된다.

또한, 상기 전자 빔 켄칭 공정은, 도17에 도시한 바와 같이 강 부재(2)의 표면 처리 부분(20)에 대하여, 부분적으로 고밀도 에너지 빔(전자 빔)(11)을 조사함으로써 행한다. 즉, 고밀고 에너지 빔 발생원(1)으로부터 고밀도 에너지 빔(10)을 발사하고, 이것을 편향 렌즈(112)에 의해 적합한 조사 패턴의 고밀도 에너지 빔(11)을 강 부재(2)에 조사한다.

한편, 강 부재(2)는 도17에 도시한 바와 같이, 이 도면의 화살표 방향으로 일정 속도로 이동시킨다. 그리고 표면 처리 부분(20)은 고밀도 에너지 빔(11)의 조사에 의해 급속하게 가열되어 용융부(21)가 되고, 강 부재(2)의 이동에 의해 고밀도 에너지 빔(11)의 조사가 완료된 용융부(21)는 자기 방냉에 의해 급냉된다.

이로써, 강 부재(2)에는 마르텐사이트 조직(22)의 고경도의 표층부가 연속적으로 형성된다.

이와 같이, 본 예에 따르면, 강 부재(2)의 표층만을 급속하게 용융 상태까지 가열하고, 그 후 바로 급냉할 수 있다. 그로 인해, 강 부재(2)의 표면 처리 부분(20) 이외의 부분으로의 열 전도가 적어, 열 왜곡 발생을 줄일 수 있는 동시에 확실하게 자기 방냉 효과를 얻을 수 있다.

특히 본 예에 있어서는, 용융부(21)는 강 부재(2) 두께의 1/4 이하 깊이의 표층에만 형성하므로, 600 ℃/초 이상이라는 냉각 속도로 자기 방냉된다. 그로 인해, 마르텐사이트 변태의 임계 냉각 속도를 충분히 넘는 상기한 냉각 속도를 얻을 수 있어, 켄칭 불량의 방지를 확실하게 도모할 수도 있다.

또한, 본 예에 따르면, 상기와 같이 처리 시간을 종래보다도 현격하게 짧게 할 수 있어 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기한 전자 빔 켄칭 공정 전에는 감압 침탄 공정을 실시하고 있으므로, 그 침탄 효과와 아울러, 매우 고경도의 경화층을 얻을 수 있다.

여기에서, 상기한 전자 빔에 의한 가열의 구체적인 장치 등을 간단하게 설명한다.

도18, 도19에 도시한 바와 같이, 상기 열 처리에서의 전자 빔에 의한 가열은 강 부재(2)를 회전시키면서, 상기 강 부재(2)에서의 예를 들어 2군데의 링 형상의 표면 처리 부분(20)(도17, 도18)에 대하여, 고밀도 에너지 빔(11, 12)을 연속적으로 조사함으로써 행할 수 있다.

피처리 부재로서의 강 부재(2)는 토크 컨버터용 부품의 로크업 클러치 피스톤과 같이 접시 형상(원반형)을 이루고 있다. 그로 인해, 그 2군데에 링 형상의 표면 처리 부분(20)을 1 조작에 의해 처리할 수 있다.

상기 열 처리 장치는, 도18에 도시한 바와 같이 강 부재(2)를 넣는 가공실(19)과, 상기 가공실(19) 내에 고밀도 에너지 빔(11, 12)을 조사하는 빔 발생원(1)과, 상기 빔 발생원(1)으로부터의 고밀도 에너지 빔(10)의 조사 패턴 등을 제어하는 집속 렌즈(111)와 편향 렌즈(112)를 갖는다.

또한, 가공실(19) 내를 감압하는 진공 배기 장치(16)와, 상기 집속 렌즈(111), 편향 렌즈(112)를 제어하는 고속 편향 제어 장치(110)를 갖는다. 상기 집속 렌즈(111), 편향 렌즈(112)를 제어함으로써, 강 부재(2)에 조사하는 고밀도 에너지 빔(11, 12)의 분배와, 그 출력 및 조사 패턴이 조정된다.

이들의 장치는 종합 제어 장치(17)에 의해 컨트롤된다. 또한, 상기 가공실(19)의 하부에는 상기 강 부재(2)의 적재대(15)를 회전시키기 위한 회전 모터(150)를 갖는다.

그리고, 상기 열 처리 장치에 의해, 전자 빔 켄칭을 행할 즈음에는, 우선 상기 회전 모터(150)를 구동시켜, 상기 강 부재(2)를 도19의 화살표 방향으로 회전시켜 간다. 또한, 진공 배기 장치(16)에 의해, 가공실(19) 내를 진공 상태로 한다.

그리고, 도18, 도19에 도시한 바와 같이, 강 부재(2)에 대하여 2개의 고밀도 에너지 빔(11, 12)을 각각 동시에 조사한다. 이 고밀도 에너지 빔(11, 12)은 강 부재(2)의 회전에 의해 강 부재(2) 위를 상대적으로 일정 속도로 이동해 간다.

이로써, 도19에 도시한 바와 같이 고밀도 에너지 빔(11, 12)이 조사된 부분이 각각 용융부(21)가 되고, 그 직후 마르텐사이트 조직이 되어 2군데의 링 형상의 표면 처리 부분(20)이 경화층이 된다. 이 경화층은, 상술한 바와 같이 사전에 행하는 감압 침탄 공정의 효과와 아울러 매우 우수한 것이 된다.

다음에, 상술한 고밀도 에너지 빔으로서의 전자 빔에 의한 켄칭 공정을 로크업 클러치 피스톤(41)에 적용한 예를 더욱 구체적으로 설명한다.

토크 컨버터는 자동차 등의 동력 전달계를 구성하는 것이며, 도20, 도21에 도시한 바와 같이 펌프 임펠러(100), 상기 펌프 임펠러(100)와 함께 트러스를 구성하는 터빈 러너(200), 스테이터(300), 로크업 클러치 장치(400) 및 댐퍼 장치(500)에 의해 구성되어 있다.

상기 토크 컨버터에 있어서, 도시하지 않은 크랭크 샤프트를 거쳐서 전달된 엔진의 회전은 프론트 커버(600)에 전달되고, 또한 이것에 고정된 펌프 임펠러(100)로 전달된다. 펌프 임펠러(100)가 회전하면, 트러스 내의 오일이 축 주위를 회전하고, 원심력이 가해져 펌프 임펠러(100)와 터빈 러너(200) 및 스테이 터(300) 사이를 순환하게 된다.

그리고, 펌프 임펠러(100)와 터빈 러너(200) 사이에 배치되어 있는 스테이터(300)[내주측에 일정 방향으로만 회전을 가능하게 하는 원웨이 클러치(31)가 부착되어 있음] 등의 작용에 의해, 차량의 발진 시 등과 같이 펌프 임펠러(100)가 회전을 개시한지 얼마 안 된 터빈 러너(200)와의 회전 속도차가 큰경우에는 토크 변환기로서 동작하여 토크를 증대시킨다. 한편, 터빈 러너(200)의 회전 속도가 높아져 터빈 러너(200)와 펌프 임펠러(100)와의 회전 속도차가 작아진 경우에는 단순한 유체 커플링으로서 작동하도록 되어 있다.

이 토크 컨버터에는 상기와 같이 로크업 클러치 장치(400)가 설치되어 있지만, 이것은 연비 개선 등을 위해 마련된 것이다. 즉, 차량이 발진한 후, 이미 설정된 차속이 얻어지면, 로크업 클러치 장치(400)의 로크업 클러치 피스톤(41)이 도시하지 않은 로크업 릴레이 밸브에 의한 오일의 공급 절환에 의해 작동하여 축 방향으로 이동하고, 마모재(42)를 거쳐서 프론트 커버(600)와 결합한다. 이로 인해, 엔진의 회전이 토크 컨버터를 거치지 않고 변속 기기의 입력축으로 전달되므로, 연비를 좋게 할 수 있다.

또한, 토크 컨버터에 부착된 상기 댐퍼 장치(500)는 로크업 클러치 피스톤(41)과 프론트 커버(600)와의 결합 분리 시에 발생하는 전달 토크의 변동을 흡수하기 위한 것이며, 다우얼 코킹(dowel caulking)(43)에 의해 로크업 클러치 피스톤(41)에 고정되어 있으며, 터빈 러너(200)와 일체로 회전하게 되는 드리븐 플레이트(51) 및 스프링(52, 53) 등으로 이루어져 있다.

여기에서, 스프링(52)은 로크업 클러치 피스톤(41)의 원주 방향에서의 8군데에 배치된 제1 스테이지용인 것이며, 또한 스프링(53)은 로크업 클러치 피스톤(41)의 원주 방향에서의 4군데에 배치된 제2 스테이지용이며, 이 스프링(53)은 스프링(52) 내에 1개 간격으로 배치된다. 또, 스프링(53)은 스프링(52)보다 직경이 작고, 또한 짧게 설정되고, 스프링(52)의 비틀림각이 설정치가 되어 전달 토크가 굴곡점 토크로 전달한 후에 휘기 시작한다.

따라서, 프론트 커버(600)로부터 마모재(42)를 거쳐서 전달된 회전은 댐퍼 장치(500)를 거쳐서 터빈 허브(700)로 전달되지만, 이때 스프링(52, 53)이 수축하여 회전 전달 시에서의 전달 토크의 변동을 흡수한다. 또한, 엔진의 출력 토크의 급격한 변동이 도시하지 않은 변속 장치로 전달됨으로써 일어나는 진동, 소음 등을 방지하는 역할도 감당하고 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 토크 컨버터에 있어서는 로크업 클러치 피스톤(41)의 정 구동 시[로크업 클러치 장치(400)가 결합 상태로 놓여져 로크업 클러치 피스톤(41)이 도21에서의 반시계 회전 방향으로 회전할 때] 및 역 구동 시[엔진 브레이크 시 등에서 로크업 클러치 피스톤(41)이 도21에서의 시계 회전 방향으로 회전할 때]에는 스프링(52)이 압축되므로, 이 스프링(52)이 로크업 클러치 피스톤(41)의 평판부(411)와 반복하여 미끄럼 이동한다. 그로 인해, 로크업 클러치 피스톤(41)의 평판부(411)에는 스프링(52)과의 미끄럼 이동에 의한 마모가 생긴다.

또한, 로크업 클러치 피스톤(41)의 회전에 수반하여, 스프링(52)은 원심력을 받아, 로크업 클러치 피스톤(41)의 급상승부(412)에 압박된다. 따라서, 로크업 클 러치 피스톤(41)의 정 구동 시 및 역 구동 시에, 로크업 클러치 피스톤(41)의 급상승부(412)도 스프링(52)과 반복하여 미끄럼 이동하게 되어 마모가 생긴다.

본 예에서는, 상기와 같은 사용 환경에 있는 로크업 클러치 피스톤(41)의, 상기 평판부(411)와 급상승부(412)에 전자 빔 켄칭을 실시한다.

우선, 로크업 클러치 피스톤(41)의 전자 빔 켄칭 공정에 사용한 장치를 도22에 도시한다. 이 도면에 의해 알 수 있는 바와 같이, 본 예의 장치는, 도18에 도시한 장치와 기본 구성을 동일하게 하고, 적재대(15)를 45도 기울여 배치한 것이다. 또한, 빔 발생원(1)으로부터 발하게 된 고밀도 에너지 빔(10)은 2개의 조사하는 고밀도 에너지 빔(11, 12)으로 분배된다. 그 밖에는 도18에 도시하는 장치와 같다.

다음에, 이 장치를 이용하여 도23, 도24에 도시한 바와 같이, 로크업 클러치 피스톤(41)의 평판부(411)와 급상승부(412)의 2군데의 표면 처리 부분(401, 402)에 동시에 표면 처리를 한다. 그리고, 두께 3 ㎜의 평판부(411) 및 급상승부(412)에, 각각 두께 0.1 내지 0.2 ㎜의 경화층을 형성한다.

구체적으로는, 우선 도22에 도시한 바와 같이 장치의 적재대(15)에 세트한 로크업 클러치 피스톤(41)을, 표면 처리 부분(401, 402)의 이동 속도가 약 16.7 m/분이 되는 속도로 회전시킨다. 그리고, 도22, 도24에 도시한 바와 같이 2개의 고밀도 에너지 빔(11, 12)으로서 4.6 KW 출력의 전자 빔을 이용하여, 이것을 표면 처리 부분(401, 402)에 각각 조사한다.

이로써, 2개의 표면 처리 부분(401, 402)은 매우 단시간에 표층만이 용융하 여 용융부가 되고, 계속해서 매우 단시간에 급냉되어 마르텐사이트 조직이 된다. 즉, 전자 빔 조사에 의해 상온 조직(펄라이트)이 급속하게 가열되어 융체가 되고, 계속해서 자기 방냉에 의해 응고하여 오스테나이트가 되어, 그 직후 자기 방냉에 의한 급냉이 이루어져 마르텐사이트 조직으로 변태한다.

이와 같이 하여 얻게 된 로크업 클러치 피스톤(41)에서의 표면 처리 부분(경화층)(401)은 최표면의 약 0.03 ㎜ 두께의 전 용융층(211)과 그 밑의 약 0.17 ㎜ 두께의 불완전 용융층(212)으로 구성되어 있다(도시 생략).

본 예에 의해 얻게 된 로크업 클러치 피스톤(41)은 그 평판부(411) 및 급상승부(412)의 미끄럼 이동 부분에, 내마모성이 우수한 표면 처리부(경화층)(401, 402)를 각각 구비한 상태가 된다. 그로 인해, 이 로크업 클러치 피스톤(41)을 토크 컨버터에 조립한 경우에는 매우 우수한 내구성을 발휘한다.

또한, 표면 처리 부분(경화층)(401, 402) 이외의 부분은 표면 처리 전과 동일한 펄라이트 조직이므로, 소성 코킹 등의 각종 소성 가공을 용이하게 실시할 수도 있다.

또한, 상기 표면 경화층은 매우 두께가 얇고, 또한 고밀도 에너지 빔(11, 12)의 영향이 표면 처리 부분 이외의 부분에 거의 영향을 미치지 않으므로, 로크업 클러치 피스톤(41)의 외경 형상은 높은 정밀도로 유지된 상태로 되어 있다. 그로 인해, 본 예의 로크업 클러치 피스톤(41)은 특히 왜곡 제거 공정을 실시하지 않고 토크 컨버터에 조립할 수 있어, 생산 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 예에서는 2군데의 표면 처리 부분(401, 402)을 동시에 처리할 수 있다. 그로 인해, 종래보다도 매우 높은 생산성을 얻을 수 있다. 또한, 2군데의 표면 처리 부분(401, 402)은 상기와 같이, 각각 매우 단시간에 처리되므로, 서로의 열 영향을 받는 일도 없다.

다음에, 상기 전자 빔의 조사부 궤적의 일례를 도25를 이용하여 설명한다.

본 예의 전자 빔은 2개의 원 편향 궤적(C₁, C₂)을 따라 조사된다. 이 경우 각 원 편향 궤적(C₁, C₂)에 의해 각각 피 열 처리 영역(25, 26), 즉 상기한 고밀도 에너지 빔(11, 12)의 조사 부분에 상당하는 영역에 전자 빔에 조사되고, 그 사이에, 피처리 부재는 그 중심축 주위로 회전하게 된다. 따라서, 피 열 처리 영역(25, 26)에서의 전자 빔의 궤적은 화살표 H 방향으로 이동한다.

또, 각 원 편향 궤적(C₁, C₂)은 x축 방향 및 y축 방향에 있어서 정현파의 편향파형을 발생시키고, 그 편향 조합에 의해 형성된다. 또한, 각 원 편향 궤적(C₁, C₂)을 절환하고, 피 열 처리 영역(25, 26)에 있어서 서로 전자 빔을 조사하기 위해, 도26에 도시한 바와 같은 편향파형(w₁)이 발생하게 되고, 상기 편향파형(w₁)과 상기 y축 방향에서의 편향파형이 포개진다.

따라서, 전압(V_E)이 플러스인 값을 채용하는 시간(t₁) 사이에 피 열 처리 영역(25)에 전자 빔이 조사되고, 전압(V_E)이 마이너스인 값을 채용하는 시간(t₂) 사이에 피 열 처리 영역(26)에 전자 빔이 조사된다.

또한, 상기 편향파형(w₁)의 시간(t₁)을 짧고, 시간(t₂)을 길게 설정함으로써, 피 열 처리 영역(25, 26)으로의 조사 에너지를 조정할 수 있다.

예를 들어, 로크업 클러치 피스톤(41)의 평판부(411)는 급상승부(412)만큼 높은 내마모성이 요구되지 않는다. 그래서, 상기 편향파형(w₁)의 시간(t₁)을 짧고, 시간(t₂)을 길게 설정함으로써, 표면 처리 부분(401)을 표면 처리 부분(402)보다도 부드럽게 할 수 있다. 이로써, 표면 처리의 소비 에너지를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라, 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.

다음에, 도27에 도시한 바와 같이 피 열 처리 영역(27, 28)으로 전자 빔을 조사하는 경우의 다른 예를 나타낸다.

이 경우에는, 2개의 면 편향 궤적(C₃, C₄)에 의해 전자 빔이 조사된다. 즉, 각 면 편향 궤적(C₃, C₄)에 의해 각각 피 열 처리 영역(27, 28)에 전자 빔이 조사되고, 그 중, 피 처리 부재는 그 중심축 주위로 회전하게 된다. 따라서, 이 경우도 피열 처리 영역(27, 28)에서의 전자 빔의 궤적은 화살표 H 방향으로 이동한다.

또, 각 면 편향 궤적(C₃, C₄)은 x축 방향 및 y축 방향에 있어서 3각파의 편향 전압을 발생시킴으로써 형성된다. 또한, 각 면 편향 궤적(C₃, C₄)을 절환하고, 피 열 처리 영역(27, 28)에 있어서 전자 빔을 조사하기 때문에, 도28에 도시한 바와 같은 편향파형(w₁)과 상기 x축 방향 및 y축 방향에서의 3각파가 포개어진다.

물론, 원 편향과 면 편향을 조합하거나, 선, 타원 등의 궤적을 따라가도록 전자 빔을 편향시킬 수도 있다.

그런데, 본 예에서는 토크 컨버터의 로크업 클러치 피스톤을 처리하는 예를 설명하였지만, 그 밖에 예를 들어 다판 마찰 결합 장치에서의 플레이트 미끄럼 이동부, 부재끼리 또는 스냅 링 등에 의한 결합부, 오일 펌프 플레이트, 시일링 홈 등, 표층부를 전부 또는 부분적으로 경화시킬 필요가 있는 강 부재이면, 어느 것이라도 본 발명을 적용할 수 있다.

(제7 실시예)

본 예에서는, 제6 실시예에 있어서 설명한 로크업 클러치 피스톤에 대해, 도29에 도시한 3종류의 제조 방법(열 처리 방법)을 이용하여 제조하고, 이렇게 하여 얻게 된 제품에 있어서 열 처리 전후의 경화층의 경도를 측정하였다.

도29의 (a)에 도시한 바와 같이, 종래 공정은 주로 스텝 S11로부터 S15의 5개의 스텝을 갖는 것이다. 스텝 S11은 소재로서 열간 압연 코일을 준비하는 스텝이며, 스텝 S12는 소재로부터 원하는 형상의 로크업 클러치 피스톤을 프레스 성형에 의해 얻는 스텝이다. 스텝 S13은 로크업 클러치 피스톤에 종래의 일반적으로 행해지는 침탄 질화·켄칭 처리를 행하는 스텝이다. 스텝 S14는 침탄 질화·켄칭 처리에 의해 발생한 왜곡을 교정하는 왜곡 제거 처리를 행하는 스텝이다. 마지막 스텝 S15는 마무리 가공인 절삭 가공을 하는 스텝이다.

도29의 (b)에 도시한 바와 같이, 참고 공정은 주로 스텝 S21로부터 S24의 4개의 스텝을 갖는 것이다. 스텝 S21은, 소재로서 열간 압연 코일을 준비하는 스텝이며, 스텝 S22는 소재로부터 원하는 형상의 로크업 클러치 피스톤을 프레스 성형 에 의해 얻는 스텝이다. 지금까지는 종래 공정과 같다. 스텝 S23은 침탄 처리 혹은 침탄 질화 처리를 행하지 않고, 로크업 클러치 피스톤의 경화층 형성 부분에 대하여 전자 빔 켄칭 처리를 행하는 스텝이다. 마지막으로 스텝 S24는 왜곡 제거 처리를 행하는 일 없이 행하는 마무리 가공으로서의 절삭 가공의 스텝이다.

도29의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 공정은 주로 스텝 S31로부터 S35의 5개의 스텝을 갖는 것이며, 상기 참고 공정에 있어 전자 빔 켄칭 스텝 S23 전에, 감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정을 추가한 것이다. 즉, 스텝 S31은 소재로서 열간 압연 코일을 준비하는 스텝이며, 스텝 S32는 소재로부터 원하는 형상의 로크업 클러치 피스톤을 프레스 성형에 의해 얻는 스텝이다. 스텝 S33은, 상술한 본 발명의 감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정을 실시하는 스텝이다. 스텝 S34는 로크업 클러치 피스톤의 경화층 형성 부분에 대하여 전자 빔 켄칭 처리를 행하는 스텝이다. 마지막으로 스텝 S35는 왜곡 제거 처리를 행하는 일 없이 행하는 마무리 가공으로서의 절삭 가공의 스텝이다.

본 예에서는, 이상과 같은 3종류의 제조 방법에 의해 각각의 로크업 클러치 피스톤을 제작하고, 그 경화층의 단면 경도를 측정하였다.

상기 종래 공정에 의해 제작한 로크업 클러치 피스톤은, 재질로서 열간 압연 강판 JIS G 3113 SAPH(이하, 간단하게「SAPH」라 함)를 이용한 것이다. 이 종래 공정의 경우에는, 제품 전체의 표면이 경화층이 되지만, 전술한 도23의 표면 처리 부분(402)에 상당하는 위치의 경도를 측정하였다. 측정 결과는 부호 C81로 하여 도30에 도시한다. 이 도면은 횡축에, 표면으로부터의 거리, 종축에 경도(Hv)를 취 한 것이다.

상기 참고 공정 및 본 발명의 공정에 의해 제작한 로크업 클러치 피스톤은 재질로서, 화학 성분이 질량 ％에 있어서, C : 0.20 내지 0.25 ％, Si : 0.10 내지 0.25 ％, Mn : 0.30 내지 0.60 ％, Cr : 0.20 내지 0.40 ％, B : 0.0030 ％ 이상을 함유하는 보론 강(이하, 간단하게「보론 강」이라 함)을 이용한 것이다. 또한, 각 공정의 전자 빔 켄칭 스텝 S23, S34는 모두 전자 빔 조사에 의한 용융부가, 깊이 10 ㎛의 범위가 되도록 행하였다. 이들 공정의 경우는, 부분적으로 경화층이 형성되므로, 전술한 도23의 표면 처리 부분(402)에 상당하는 위치의 경도를 측정하였다. 측정 결과는 참고 공정에서 제작한 것을 부호 C82로 하고, 본 발명의 공정에서 제작한 것을 부호 E81로 하여 도30에 도시한다. 또한, 비교를 위해 본 발명의 공정에서의 스텝 S32 직후의 열 처리를 하고 있지 않은 로크업 클러치 피스톤에 대해서도, 상기 표면 처리 부분(402)에 상당하는 위치의 경도를 측정하고, 부호 C83으로 하여 도3O에 도시하였다.

어떠한 경우도, 경도 측정은 마이크로 비커스 경도계(50g)를 이용하였다.

도30으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 공정의 경우도 열 처리를 하지 않은 경우의 C83보다도 표면 경도의 향상을 얻을 수 있었지만, 특히 본 발명의 공정을 채용한 E81의 경우에는, 종래 공정을 채용한 C81 및 참고 공정을 채용한 C82보다도 높은 경도를 얻게 되었다. 이로써, 본 발명의 감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정, 및 고밀도 에너지를 이용한 켄칭 공정을 행함으로써, 종래 이상의 표면 개질 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 게다가, 도29에 도시한 공정의 비교로부터 명백한 바와 같이, 종래 공정에서는 왜곡 제거 처리의 스텝 S14가 필수가 되지만, 본 발명의 공정에서는 침탄 처리를 행하고 있음에도 불구하고, 상기 감압 서냉 공정과 전자 빔 켄칭 공정(고밀도 에너지 빔을 이용한 켄칭 공정)의 채용에 의해, 왜곡 제거 처리를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 열 처리 방법은 고경도뿐만 아니라, 대폭적인 공정 합리화가 가능하다.

(제8 실시예)

본 예에서는, 제7 실시예에서의 본 발명의 공정 및 참고 공정을 이용하여, 또한 재질로서 열간 압연 강판 JIS G 3141 SPCE(이하, 간단하게「SPCE」라 함)를 이용하여 로크업 클러치 피스톤을 제작하고, 그 경화층의 경도를 측정하였다. 어떠한 공정도 전자 빔 켄칭 스텝 S23, S24는 전자 빔 조사에 의한 용융부가, 깊이 10 ㎛의 범위가 되도록 행하였다. 경도 측정 부분은 전술한 도23의 표면 처리 부분(402)에 상당하는 위치이다. 본 발명의 공정을 채용한 경우의 측정 결과는 부호 E91로 하여, 참고 공정을 채용한 경우의 측정 결과는 부호 C91로 하여 도31에 나타낸다. 또한, 비교를 위해, 제7 실시예에서의 E81, E82에 대해서도 아울러 도31에 도시하였다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 재질에 있어서도, 전자 빔 켄칭 처리 전에, 감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정을 실시하는 것(E81, E91)이, 이것을 실시하지 않고 전자 빔 켄칭 공정을 실시하는 경우(C82, C91)보다도 경도 향상 효과가 큰 것을 알 수 있다. 특히, 재질이 상기 SPCE인 경우에는 감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정을 생략하여 전자 빔 켄칭 공정을 실시해도, 경도 향상 효과를 거의 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다.

(제9 실시예)

본 예는, 제7 실시예에서의 본 발명의 공정 및 참고 공정을 이용하여, 전자 빔 켄칭 공정에서의 용융부의 형성 깊이의 영향을 조사하는 시험을 행한 결과이다.

재질로서는, 상기한 SPCE와 상기한 보론 강을 이용하여, 각각 본 발명의 공정 및 참고 공정에서의 전자 빔 켄칭 공정의 용융부 깊이를 10 ㎛와 50 ㎛의 2종류로 하였다.

또한, 본 예에서도, 비교를 위해 본 발명의 공정에서의 스텝 32 직후의 열 처리를 하지 않은 로크업 클러치 피스톤에 대해서도, 상기 표면 처리 부분(402)에 상당하는 위치의 경도를 측정하였다.

측정 결과는 도32에 도시한다. 도32는 횡축에 종류를, 종축에 경도(Hv)를 취한 것이다. 부호 C101 내지 C104는 스텝 S32 직후의 열 처리를 하지 않은 것, 부호 C111 내지 C114는 참고 공정에 의해 제작한 것, 부호 E101 내지 E104는 본 발명의 공정에 의해 제작한 것이다. 또한, 부호 C101, C102, C111, C112, E101 및 E102는 재질이 상기 SPCE이며, 그 이외의 재질은 상기한 보론 강이다.

도32로부터 알 수 있는 바와 같이, 침탄 처리 사전에 행하지 않는 전자 빔 켄칭 공정만의 실시에 의한 경도 향상 효과는 재질에 따라 차이가 생기지만, 침탄 처리(감압 침탄 공정과 감압 서냉 공정)를 전자 빔 켄칭 공정 전에 행함으로써, 재질에 의한 차이를 그다지 발생시키는 일 없이 대폭적인 경도 향상 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

강 부재를 감압 하의 침탄 가스 중에 두고 침탄 처리하는 감압 침탄 공정과,

상기 감압 침탄 공정을 마친 상기 강 부재를, 냉각 가스 중에 두고 냉각할 즈음에, 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 서냉하는 감압 서냉 공정과,

냉각된 상기 강 부재 전체를 가열하는 것이 아니라, 켄칭에 의해 강도 향상시키고자 하는 부분만을 고밀도 에너지를 이용하여 가열한 후에 급냉하여 마르텐사이트 조직으로 함으로써 경화층을 형성하는 켄칭 공정을 포함하고,

상기 경화층 이외의 부분은 마르텐사이트화되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정은 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서, 상기 냉각 가스를 교반하면서 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정은, 적어도 상기 강 부재의 냉각에 의한 조직 변태가 시작되기 전부터 모든 조직 변태가 완료되기까지 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정에서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.65 bar의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제4항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정에서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.3 bar의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정에서는 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 상기 냉각 가스의 교반 속도를 높이는 조건으로 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감압 냉각 공정에서는 상기 강 부재의 온도가 A1 변태점 이하가 된 후에 상기 냉각 가스의 압력을 높이는 조건으로 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감압 침탄 공정은 상기 강 부재를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 동시에, 0.001 내지 0.1 bar의 감압 조건 하에 두고 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 켄칭 공정은 상기 강 부재의 원하는 부분을 고밀도 에너지를 이용하여 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하고, 그 후 급냉함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 급냉의 냉각 속도는 200 ℃/초 내지 2000 ℃/초인 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 고밀도 에너지를 이용한 가열은 고주파 가열에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 급냉은 물 켄칭에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 켄칭 공정은 고밀도 에너지 빔을 상기 강 부재의 원하는 부분에 조사함으로써 가열한 후, 자기 방냉에 의해 급냉함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제13항에 있어서, 상기 고밀도 에너지 빔은 전자 빔인 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제14항에 있어서, 상기 켄칭 공정에서는 전자 빔을 상기 강 부재의 원하는 부분에 조사하여 표층만을 융점 이상으로 가열하여 용융부를 형성하고, 계속해서 상기 용융부를 마르텐사이트 변태 영역까지 급냉하여 마르텐사이트 조직으로 함으로써 경화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 경화층은 0.2 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강 부재는 상기 감압 침탄 공정 및 상기 감압 냉각 공정 후에 바나듐 탄질화물의 석출 강화 혹은 베이나이트 조직의 변태 강화에 의해 기계적 강도 혹은 경도를 얻는 비조질강인 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.1 내지 0.6 ％, Si : 0.1 내지 0.6 ％, Mn : 0.5 내지 3.0 ％, Cr : 0.1 내지 2.0 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제19항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.22 내지 0.26 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 1.40 내지 1.60 ％, Cr : 0.40 내지 0.60 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제19항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.11 내지 0.15 ％, Si : 0.15 내지 0.35 ％, Mn : 2.10 내지 2.30 ％, Cr : 0.90 내지 1.10 ％, Mo : 0 내지 0.3 ％, V : 0 내지 0.3 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.2 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.2 내지 0.6 ％, Mo : 0 내지 0.4 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제22항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0 내지 0.1 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제22항에 있어서, 상기 강 부재의 화학 성분이, 질량 ％에 있어서, C : 0.2 내지 0.3 ％, Si : 0.4 내지 0.6 ％, Mn : 1.4 내지 2.0 ％, Cr : 0.4 내지 0.6 ％, Mo : 0.3 내지 0.4 ％, V : 0.05 내지 0.25 ％, S : 0 내지 0.05 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강 부재는 자동차의 구동계 부품인 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 강 부재는 토크 컨버터에서의 로크업 클러치 장치에 스프링과 함께 내장되는 로크업 클러치 피스톤이며,

상기 로크업 클러치 피스톤은 원반형의 평판부와, 상기 평판부로부터 축 방향으로 급상승한 급상승부를 갖고 있으며,

상기 평판부와 상기 급상승부에는, 상기 스프링과의 미끄럼 이동에 의한 마모를 억제하기 위한 경화층을 상기 켄칭 공정의 실시에 의해 마련하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 열 처리 방법.
삭제
삭제
강 부재를 원하는 형상으로 성형하는 성형 공정을 행한 후, 제1항 또는 제2항에 기재된 열 처리 방법을 실시하는 것을 특징으로 하는 강 부재의 제조 방법.