KR101093232B1 - 취성이 약화되도록 열처리된 소재의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

취성이 약화되도록 열처리된 소재가 게시된다. 그러한 소재는 몸체; 상기 몸체에 주파수를 인가한 후, 상기 몸체의 표면에 냉각수를 길이 방향을 따라 나선형상으로 분사함으로써, 나선부분이 발열되는 것을 방지하여 형성되는 비열처리부; 그리고 상기 비열처리부가 형성된 소재가 일정 온도로 발열된 후, 냉각수가 분사됨으로써 상기 비열처리부 이외의 부분이 냉각되어 형성되는 열처리부를 포함한다.

주파수, 열처리, 냉각, 소재, 나선

Description

취성이 약화되도록 열처리된 소재의 열처리 방법{HEAT TREATING METHOD OF MATERIALS TO REDUCE BRITTLENESS}

본 발명은 취성이 약화되도록 열처리된 소재의 열처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열처리 방식을 개선함으로써, 가열된 소재를 급냉시켜 열처리하는 경우 발생될 수 있는 취성이 약화되도록 열처리된 소재의 열처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주파수, 중주파,저주파를 이용한 열처리 장치(이하, 열처리 장치라 함)는 코일에 주파수 혹은 중주파, 저주파(이하, 주파수라 함)의 전류를 흘려 금속재료를 통과시키면 금속 내에 맴돌이 전류가 생성되어 고온의 열이 발생되는 원리를 이용한 장치이다.

상기 열처리 장치는 코일에 의하여 소재가 가열된 후, 냉각수에 의하여 소재가 급속히 냉각됨으로써 소재의 표면에 소입 경화층이 형성된다.

이러한 열처리 장치는 소재를 이송시키는 이송부와, 상기 이송부에 의하여 이송되는 소재를 가열하는 가열부와, 가열된 소재를 냉각시킴으로써 열처리하는 냉각부를 포함한다.

따라서, 소재가 이송부에 의하여 이송되어 가열부를 통과함으로써, 소재가 가열되고, 이러한 소재가 냉각부를 통과하면서 냉각수에 의하여 냉각됨으로써 열처리될 수 있다.

더욱이, 소재가 중공의 파이프 형상인 경우, 소재의 내주면을 냉각시키기 위한 내측 냉각부와, 소재의 외주면을 냉각시키기 위한 외측 냉각부가 구비됨으로써 소재의 내주면과 외주면이 모두 열처리될 수 있다.

그러나, 이러한 소재는 가열코일에 의하여 우선 가열된 후, 나중에 냉각부를 통과하면서 냉각수가 소재의 표면에 분사되어 급속 냉각이 이루어지므로, 소재의 열처리된 부분의 경도가 700Hv 정도에 도달하여 취성이 높아지게 되므로 표면크랙이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

특히, 펌프카에 적용되는 중공형상의 파이프인 경우, 액상의 모래, 자갈, 시멘트를 함유한 콘크리트를 고압상태에서 고속으로 펌핑하게 되므로, 파이프 내부를 통하여 펌핑되는 콘크리트가 파이프의 내주면에 충격을 줌으로써 파이프 내주면에 크랙이 발생되어 파이프가 파손될 수도 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열처리 방식을 개선함으로써 소재의 열처리시 발생될 수 있는 취성이 약화되도록 열처리된 소재의 열처리 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소재가 이송부에 의하여 가열부를 통과함으로써 주파수가 인가되는 제 1단계; 상기 주파수가 인가된 상기 소재의 표면에 열방지수단에 의하여 냉각수를 길이방향을 따라 나선형상으로 분사함으로써, 나선부분이 발열되는 것을 방지하는 비열처리부를 형성하는 제 2단계; 상기 열방지수단을 통과한 상기 소재가 발열됨으로써 상기 소재가 일정 온도로 가열되는 제 3단계; 그리고 가열된 상기 소재에 냉각수를 분사함으로써 냉각시켜서 상기 비열처리부 이외의 부분이 열처리된 열처리부가 형성되도록 하는 제 4단계를 포함하는 소재의 열처리 방법을 제공한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 열처리 소재는 열처리시 표면에 발열부와 비발열부가 순차적으로 형성된 후, 열처리를 실시함으로써 소재의 경화시 발생될 수 있는 취성을 약화시켜서 크랙의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 소재의 열처리 방법을 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 열처리된 소재(1)는

몸체(3)와; 상기 몸체(3)가 자전상태에서 이송되면, 상기 몸체(3)에 주파수를 인가한 후, 상기 몸체(3)의 표면에 냉각수가 나선형상을 따라 분사됨으로써, 냉각수가 분사된 부분은 발열이 되는 것을 방지하여 형성되는 비열처리부(2); 그리고 상기 비열처리부(2)가 형성된 소재가 일정 온도로 발열된 후, 냉각수가 분사됨으로써 상기 비열처리부(2) 이외의 부분이 냉각되어 형성되는 열처리부(4)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 열처리된 소재에 있어서, 상기 몸체(3)는 다양한 형상의 파이프를 포함하지만, 바람직하게는 중공형상 혹은 중실형상의 파이프를 의미한다.

상기 비열처리부(2)는 소재(1)의 열처리시 열처리되지 않은 부분이며, 소재(1)의 외주면에 나선방향으로 형성된다.

그리고, 나선형상의 상기 비열처리부(2)를 제외한 나머지 부분이 열처리부(4)이다.

이때, 상기 소재(1)에 형성된 비열처리부(2)와 열처리부(4)간의 축방향 길이비율(L:L1)은 15:100을 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 소재(1)의 반경방향으로는 1:3의 두께 비율(D1:D)을 유지하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 소재(1)의 표면을 열처리하는 경우, 비열처리부(2)를 형성함으로써, 소재(1)의 급속 냉각시 발생될 수 있는 취성을 약화시킬 수 있다.

즉, 소재(1)의 전면적에 걸쳐서 급속냉각을 실시하는 경우, 소재(1)의 경화과정에서 취성도 같이 높아질 수 있는 반면, 본 발명과 같이 소재(1)의 일부 구간을 비열처리하는 경우, 소재(1)의 취성이 약화될 수 있다.

결과적으로, 소재(1)의 외주면 일부구간에 비열처리부(2)가 형성됨으로써 취성으로 인하여 소재(1)에 크랙이 발생되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 비열처리부(2)와 열처리부(4)가 형성된 상기 소재(1)를 제조하는 방법이 도 3 내지 도 6에 의하여 설명된다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소재의 열처리 방법은 소재(1)가 이송부(6,8)에 의하여 가열부(5)를 통과함으로써 주파수가 인가되는 제 1단계(S100)와; 주파수가 인가된 소재(1)의 표면에 열방지수단(7)에 의하여 냉각수를 분사하여 비열처리부(2)를 형성함으로써, 비열처리부(2)가 발열되는 것을 방지 하는 제 2단계(S110)와; 상기 열방지수단(7)을 통과한 소재(1)가 발열구간(H)에 도달하여 발열됨으로써 소재(1)가 가열되는 제 3단계(S120)와; 그리고 상기 가열된 소재(1)에 냉각수를 분사함으로써 냉각시켜서 비열처리부(2)를 제외한 부분을 열처리하는 제 4단계(S130)를 포함한다.

이러한 소재의 열처리 방법에 있어서, 소재에 주파수가 인가되는 제 1단계(S100)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 열처리 장치(5)에 의하여 진행될 수 있다. 이때, 상기 열처리 장치는 주파수 뿐만 아니라, 중주파와, 저주파를 이용한 열처리 장치도 포함하나, 이하, 열처리 장치라 한다.

즉, 상기 열처리 장치는 가열부(20)를 구비하며, 상기 소재(1)가 이 가열부(20)를 통과함으로써 주파수가 인가되며, 일정 시간 후 소재(1)가 발열될 수 있다.

상기 가열부(20)는 주파수 발진기의 두 개의 단자와 각각 접속되어 있는 전극부(20a,20b,20c)와; 소재(1)가 관통될 수 있으며 상기 전극부(20a,20b,20c)와 접속되어 상기 주파수 발진기로부터 주파수를 인가받아 소재(1)를 가열하기 위한 가열코일(23)을 포함한다.

따라서, 상기 소재(1)가 원형의 가열코일(23)을 통과하는 과정에서, 상기 가열코일(23)로부터 소재(1)에 주파수가 인가될 수 있다.

상기 제 2단계(S110)에서는 가열부(5)를 통과한 소재(1)의 표면에 열방지수단(7)에 의하여 냉각수를 분사함으로써 비열처리부(2)가 형성된다.

즉, 상기 소재(1)는 가열코일(23)의 내측구간을 통과하면서 주파수가 인가되 고, 가열코일(23)의 출측(O)으로부터 일정 거리 떨어진 위치, 즉, 발열구간(H)에서부터 발열될 수 있다.

따라서, 상기 열방지수단(7)은 가열부(5)의 출측(O)과 이 발열구간(H)의 사이에 배치되며, 가열부(5)를 통과하면서 주파수가 인가된 소재(1)가 이 발열구간(H)에 도달하기 전에 소재(1)의 외부면에 냉각수를 분사함으로써 소재(1)가 가열되는 것을 방지하게 된다.

이러한 열방지수단(7)은 냉각수 공급부(도시안됨)에 연결되는 냉각수 배관(30)과, 냉각수 배관(30)에 연결되어 상기 소재(1)의 외부면(S1)에 냉각수를 분사하는 분사노즐(32)을 포함한다.

따라서, 상기 가열부(22)를 통과한 소재(1)의 선단(P1)이 도 7에 도시된 바와 같이, 열방지수단(7)에 도달하면, 상기 분사노즐(32)로부터 분사된 냉각수가 소재(1)의 선단(P1)에 분사된다.

이때, 상기 소재(1)는 이송부(6)에 구비된 한 쌍의 회전롤러(17)에 의하여 자전하면서 이송되는 상태이고, 분사노즐(32)은 고정된 상태이다.

따라서, 상기 분사노즐(32)에 의하여 분사된 냉각수는 소재(1)의 외부면(S1)에 나선형상을 따라 분사됨으로써, 소재(1)가 발열구간(H)에 도달하여 발열되는 경우, 나선형상 부분은 발열이 되지 않아서 비열처리부(2)로 되고, 그 외 부분만이 발열됨으로써 열처리부(4)가 된다.

그리고, 상기 비열처리부(2)와 열처리부(4)간의 축방향 길이 비율(L:L1)은 상기한 바와 같이 15:100을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 비열처리부(2)와 열처리부(4)는 소재(1)의 반경방향으로는 1:3의 두께 비율(D1:D)을 유지하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 비열처리부(2)와 열처리부(4)간의 거리(L1)는 소재(1)의 이송속도와, 냉각수의 유압 및 유량과 상관관계를 갖는다.

즉, 소재(1)의 이송속도에 따라, 비열처리부(2)와 열처리부(4)간의 간격이 넓거나 좁게 형성되고, 또한, 냉각수의 유압을 높이거나 낮춤으로써 유량을 제어하여 비열처리부(2)와 열처리부(4)의 간격을 조절할 수 있다.

상기한 바와 같이, 소재(1)의 외부면(S1)에 나선형상을 따라 비열처리부(2)와 열처리부(4)가 형성됨으로써, 후술하는 바와 같이, 상기 비열처리부(2)는 냉각부(8)에서 급냉되는 경우에도, 조직의 변화가 없어서, 소재(1)의 전체적으로는 비열처리부(2)와 열처리부(4)가 형성되므로 소재(1)의 취성이 상당히 완화될 수 있다.

상기 제 3단계(S120)에 있어서는, 상기 열방지수단(7)을 통과한 소재(1)가 발열됨으로써 일정 온도로 가열될 수 있다.

상기 가열부(20)를 통과하면서 주파수가 인가된 소재(1)는 일정 시간이 지난 시점, 즉, 소재(1)가 발열구간(H)에 도달한 시점부터 인가된 주파수에 의하여 일정 온도로 발열된다.

이때, 상기 제 2단계(S110)에서 비열처리된 부분은 발열이 방지되고, 비열처리되지 않은 부분이 발열됨으로써 열처리부(4)가 형성된다.

그리고, 상기 제 4단계(S130)에서는 이와 같이 가열된 소재(1)를 냉각부(8) 에 의하여 냉각시킴으로써 열처리를 실시하게 된다.

즉, 상기 냉각부(8)는 상기 열방지수단(7)의 인접위치에 배치되어 발열구간(H)을 통과한 상기 소재(1)의 외부면에 냉각수를 2차적으로 분사하여 소재(1)를 전면적으로 열처리하는 외측 냉각부(26)와, 상기 소재(1)의 내부에 삽입되어 소재(1)의 내측 표면(S)을 급냉시키기 위한 내측 냉각부(28)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 냉각부에 있어서, 상기 외측 냉각부(26)는 냉각수가 공급되는 하나 이상의 냉각수 유입구(30)와, 유입된 냉각수를 분사하기 위하여 환형으로 배열되는 냉각수 분출구(32)를 가진다.

따라서, 상기 외측 냉각부(26)는 발열구간(H)을 통과하면서 일정 온도로 가열된 소재(1)의 표면에 냉각수를 분사함으로써 소재(1)의 전면적을 급속하게 냉각시킬 수 있다.

이때, 소재(1)의 비열처리부(2)는 가열되지 않은 상태이므로 냉각수가 분사되어도 조직의 변화가 없으며, 다만, 가열된 열처리부(4)만이 냉각됨으로써 열처리될 수 있다.

결과적으로, 상기 소재(1)는 외측 냉각부(26)에 의하여 비열처리부(2)를 제외한 나머지 부분, 즉, 열처리부(4)가 경화처리될 수 있음으로 취성이 약화될 수 있다.

한편, 상기 내측 냉각부(28)는 소재(1)가 중공형상의 파이프인 경우, 이 소재(1)의 내부면(S)에 냉각수를 분사하므로써 소재(1)의 내부면(S)을 냉각시킨다.

이러한 내측 냉각부(28)는 냉각수가 공급되는 냉각수 유입관(34)과, 유입된 냉각수를 분사하기 위하여 환형으로 배열되는 냉각수 분사구(36)를 포함한다.

그리고, 상기 내측 냉각부(28)의 냉각수 분사구(36)는 소재(1), 즉 파이프의 내경보다 작은 직경의 원형상을 이룬다.

따라서, 상기 냉각수 분사구(36)를 통하여 분사된 냉각수는 소재(1)의 내부(S)면에 분사됨으로써 전면적으로 냉각시킬 수 있다.

이때, 상기 소재(1)는 이송부(1,3)에 의하여 자전상태에서 직진운동을 하고, 상기 냉각수 분사구(36)는 고정된 상태이다.

따라서, 상기 냉각수 분사구(36)로부터 분사된 냉각수는 소재(1)의 내부면(S) 전체 면적을 균일하게 냉각시킬 수 있다.

결과적으로, 소재(1)의 내부면(S)은 일정 강도 이상으로 경화 처리됨으로써, 콘크리트가 고속/고압상태로 이송되어도, 내부면(S)에 크랙이 발생되는 것이 방지될 수 있다.

이때, 상기 내측 냉각부(28)는 지지대(도시안됨)에 연결됨으로써 소재(1)의 내부에 삽입되는 경우, 처짐이 방지될 수 있다.

이러한 중공형상의 소재(1)가 펌프카에 적용되는 경우, 소재(1)의 외부면(S1)은 취성이 완화된 상태로 열처리됨으로써 크랙의 발생이 방지되며, 또한, 소재(1)의 내부면(S)은 강도가 유지될 수 있음으로 고속/고압의 콘크리트가 이송되는 경우에도 마모 혹은 크랙의 발생이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소재를 보여주는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 소재의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소재를 열처리 하는 공정을 도시하는 순서도이다.

도 4는 도 1에 도시된 소재를 열처리 하기 위한 열처리 장치를 보여주는 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 가열부와, 열방지수단과, 냉각부를 보여주는 사시도이다.

도 6은 도 4에 도시된 가열부와, 열방지수단과, 냉각부의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 7은 도 1에 도시된 열방지수단에 의하여 소재의 외부면에 열처리부와 비열처리부가 나선형상을 따라 형성된 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 소재가 이송부에 의하여 가열부를 통과함으로써 주파수가 인가되는 제 1단계;

   상기 주파수가 인가된 상기 소재의 표면에 열방지수단에 의하여 냉각수를 길이방향을 따라 나선형상으로 분사함으로써, 나선부분이 발열되는 것을 방지하는 비열처리부를 형성하는 제 2단계;

   상기 열방지수단을 통과한 상기 소재가 발열됨으로써 상기 소재가 일정 온도로 가열되는 제 3단계; 그리고

   가열된 상기 소재에 냉각수를 분사함으로써 냉각시켜서 상기 비열처리부 이외의 부분이 열처리된 열처리부가 형성되도록 하는 제 4단계를 포함하는 소재의 열처리 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 열방지수단은 냉각수 공급부에 연결되는 냉각수 배관과, 상기 냉각수 배관에 연결되어 상기 소재의 외부면에 냉각수를 분사하는 분사노즐을 포함하는 소재의 열처리 방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 비열처리부와 열처리부는 축방향으로 15:100의 길이 비율을 유지하고, 반경방향으로 1:3의 두께비율을 유지하는 것을 특징으로 하는 소재의 열처리 방법.

Images