KR101211798B1 - 내마모 기계부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모 기계부품의 제조방법에 관한 것으로, 이 제조방법은 내마모강재를 일정 크기로 기계가공 하는 단계(S10)와, 상기 내마모강재의 표면에 불활성 및 환원성을 갖는 내산화재를 도포하는 단계(S20)와, 상기 내마모강재를 주형에 적층하여 고정하는 단계(S30)와, 상기 내마모강재가 적층된 주형에 용해된 합금주강 용탕을 주입하는 단계(S40)와, 상기 주형 내부의 소재를 대기 중에서 냉각시키는 단계(S50)와, 상기 내마모강재와 합금주강 모재가 접합된 내마모부품에서 상기 주형을 해체하는 단계(S60)를 포함하여 구성된다.

따라서, 내마모성이 우수한 기계부품을 건설기계용 굴삭기 등에서 상대 매질과 직접 접촉하는 투스 또는 사이드 커터에 사용함으로써 장치의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 충분한 인성과 내마모성을 갖는 기계부품을 제조함으로써 작업시 기계부품이 쉽게 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

내마모성, 기계부품, 내마모강재, 합금주강, 내산화재

Description

내마모 기계부품의 제조방법{METHOD OF PRODUCING WEAR RESISTING MACHINE PART}

도 1은 본 발명에 따른 내마모 기계부품의 제조방법을 나타낸 블럭도이다.

본 발명은 내마모성을 갖는 기계부품에 관한 것으로, 특히 합금주강 모재와 내마모성 고탄소 합금강재를 주조시에 합금주강 모재와 접합함으로써 내마모성이 요구되는 장비의 마찰 접촉부에 사용하는 내마모 기계부품의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 건설기계의 작업장치 중 굴삭기의 버켓은 굴삭작업을 하는 도중에 상대 매질인 흙, 암반, 토사 등에 의해 마모가 발생되는 바, 이러한 작업장치의 내마모성을 향상시키는 것은 작업시간을 연장하고, 부품의 내구성이 향상됨으로써 장치의 유지비용이 절감되는 효과를 가져온다.

그러므로, 상기 굴삭기의 버켓과 같은 부품은 특히 내마모성이 요구되기 때문에 버켓을 이루는 소재의 내마모성을 향상시켜야 한다.

상기 버켓과 같은 종래의 투스 작업장치에 사용되는 투스 및 사이드 커터 등 은 상대 매질과의 마모에 대하여 내마모성이 요구되며, 또한 상기 버켓의 작업시 강한 충격에 대한 저항성을 동시에 만족하여야 한다.

그리고, 종래의 건설기계용 작업장치에 사용되는 투스나 사이드 커터는 합금강재를 일정한 형상으로 주조(CASTING)하여 제작하는데 강한 충격에 견디고 내마모성이 요구됨으로 상기 두 가지 특성을 만족하기 위한 합금주강 강재의 성분을 결정하기 어렵다.

즉, 내마모성을 향상시키기 위하여 합금주강의 성분 중에서 탄소량을 높이는 것이 효과적인 바, 상기 탄소량이 0.45wt% 이상 첨가되면 합금주강 모재의 경도는 증가하여 내마모성이 향상되나 충격에 약하여 쉽게 파손되는 문제가 있고, 주조방안의 설계가 어렵기 때문에 부품 내부에서 주조결함이 발생될 가능성이 높다.

또한, 저탄소(0.35wt% 이하)의 탄소량이 첨가된 합금주강은 충격에 대한 인성은 높으나 경도가 작아서 충분한 내마모성을 확보하기 곤란하다.

따라서, 상기 저탄소 합금주강의 경우는 경도를 향상시키고 경화성능을 좋게 하기 위하여 고가의 합금원소인 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 보론(B), 망간(Mn) 등을 다량 첨가하여 제작하기 때문에 상대적으로 비용이 많이 소요되고, 또한 탄소량이 적어서 합금주강의 경도를 향상시키는데 한계를 가진다.

이에 본 발명은 종래의 내마모성 기계부품이 갖는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 충격과 내마모성이 우수한 기계부품을 제작하기 위하여 충분한 충격 인성을 갖도록 인성이 있는 합금주강 모재에 상대 매질에 대한 마모특성을 갖는 내마모강재를 주조시 동시에 접합하는 내마모 기계부품의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 합금주강 모재와 내마모강재를 접합하는 내마모 기계부품의 제조방법에 있어서, 상기 내마모강재를 일정 크기로 기계가공 하는 단계와, 상기 내마모강재의 표면에 불활성 및 환원성을 갖는 내산화재를 도포하는 단계와, 상기 내마모강재를 주형에 적층하여 고정하는 단계와, 상기 내마모강재가 적층된 주형에 용해된 합금주강 용탕을 주입하는 단계와, 상기 주형 내부의 소재를 대기 중에서 냉각시키는 단계 및, 상기 내마모강재와 합금주강 모재가 접합된 내마모부품에서 상기 주형을 해체하는 단계를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 내산화재가 도포된 내마모강재를 200℃ 이하로 가열하여 수분을 제거하는 단계를 더 포함하는 구성이다.

또한, 상기 내마모강재는 탄소량이 0.6wt% 이상 첨가된 고탄소 합금공구강으로 구성되고, 상기 내산화재는 고온에서 상기 내마모강재와 합금주강 모재의 접합부가 산화되는 것을 방지하는 붕소와 브래이징 페이스트로 구성된다.

상기 내마모강재와 합금주강으로 이루어진 내마모부품을 침탄 또는 담금질로 열처리하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

합금주강 모재와 내마모강재를 접합하여 본 발명에 따른 내마모 기계부품을 제조하는 방법은 도 1에 도시된 것과 같이, 내마모강재를 일정 크기로 기계가공 하고(S10), 상기 내마모강재의 표면에 불활성 및 환원성을 갖는 내산화재를 도포하며(S20), 상기 내마모강재를 주형에 적층하여 고정하고(S30), 상기 내마모강재가 적층된 주형에 용해된 합금주강 용탕을 주입하며(S40), 상기 주형 내부의 소재를 대기 중에서 냉각시키고(S50), 상기 내마모강재와 합금주강 모재가 접합된 내마모부품에서 상기 주형을 해체(S60)하여 내마모 기계부품을 제조한다.

그리고, 상기 내산화재가 도포된 내마모강재를 200℃ 이하로 가열하여 수분을 제거하는 과정(S25)이 필요에 따라 더 포함될 수 있다. 즉 상기 내산화재의 수분을 제거하여 용탕 주입시 기포의 발생을 억제하기 위한 것이다.

한편, 상기 내마모강재는 탄소량이 0.6wt% 이상 첨가된 공구강재, 베어링강재, 금형강재 등과 같은 고탄소 합금공구강으로 구성되고, 상기 내마모강재의 크기를 대략 가로 120mm, 폭 70mm, 두께 10mm로 기계가공하여 제작한다.

상기 내마모강재로서 적합한 고탄소 합금공구강을 표1을 통해 나타내면 다음과 같다.

재질명	규격명	화학 성분(wt%)
		C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	W	V
합금공구 강재	STD11	1.40~1.60	0.40 이하	0.60 이하	0.03 이하	0.03 이하	0.50 이하	11.0~13.0	0.8~1.20	-	0.20~0.50
고속도공구 강재	SKH51	0.80~0.90	0.40 이하	0.40 이하	0.03 이하	0.03 이하	-	3.80~4.50	4.50~5.50	5.50~6.70	1.60~2.20
고탄소 크롬 베어링강재	STB4	0.95~1.10	0.15~0.35	0.50 이하	0.025 이하	0.025 이하	-	1.30~1.60	0.1~0.25	-	-

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표 1의 고탄소 합금공구강의 판재를 절단하여 일정 크기로 기계가공하는 바, 상기 합금공구강은 탄소량이 0.6wt% 이상 첨가되고 탄화물을 형성하는 합금원소로서 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐 등의 합금원소가 하나 이상 첨가되어, 열처리시 경화성능이 우수하며 강도가 높고 내마모성이 우수한 강재를 선택하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 내마모강재를 기계가공한 상태에서 고온의 합금주강과 접촉시 급격한 산화를 방지하기 위하여 내산화재를 내마모강재의 표면에 도포하는 바, 상기 내산화재는 붕소와 브래이징 페이스트로 구성된다.

표 2는 상기 브래이징 페이스트의 사용 실시 예를 나타낸 것이다.

명칭	화학성분(wt%)
	Cu	Zn	Si	Ag	P	Sn
실시예1	60	39.5	0.5	-	-	-
실시예2	30	26	-	44	-	-
실시예3	93.8	-	-	-	6.2	-
실시예4	27	25	-	45	-	3

삭제

여기서, 상기 붕소와 브래이징 페이스트를 동시에 상기 내마모강재의 표면에 도포할 수 있고, 상기 붕소와 브래이징 페이스트의 수분을 제거하여 용탕 주입시 기포의 발생을 억제한다. 이를 위하여 상기 내마모강재에 내산화재인 붕소와 브래이징 페이스트를 도포한 후 200℃ 이하로 가열하게 된다.

특히 고온의 합금주강이 상기 내마모강재와 접촉시 내마모강재의 표면에서 산화가 발생됨으로 내산화성 붕소와 브래이징 페이스트를 도포하여 합금주강과 내마모강재와의 미접합을 방지하고, 보다 견고한 접합층이 형성되도록 한다.

상기 내산화재를 도포하여 가열된 상기 내마모강재를 주형에 움직이지 못하도록 견고한 상태로 적층하는 단계(S30)는, 마모가 발생되는 부분에 국부적으로 상기 내마모강재를 하나 이상 고정시키는 과정으로서, 상기 주형에 요홈을 형성시켜 합금주강 용탕을 주입할 때 상기 내마모강재가 요동되는 것을 막아주도록 된 것이다.

그리고, 상기 내마모강재를 주형에 고정시키는 과정(S30)이 완료되면, 상기 합금주강을 용해하여 용탕을 주입하는바, 대기 중 용해로에서 상기 합금주강을 용해하여 주입온도가 1100℃ 이상의 고온일 때 주입한다(S40).

상기 합금주강의 용탕을 주입하는 과정(S40)은 기존의 건설기계용 작업기에 사용되는 투스 또는 사이드 커터용 합금주강의 강재를 사용하게 되고, 상기 용해로에서 합금성분이 충분히 용해된 후 상기 주형에 설치된 탕구를 통하여 내마모강재가 고정된 주형 내부로 유입된다.

특히 상기 내마모강재와 합금주강 사이에 반응이 발생됨에 따른 반응가스로 인한 주조결함의 발생을 억제하기 위하여 접합부 부위에 가스를 방출할 수 있는 가스구멍을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 합금주강의 용탕을 주입하는 단계(S40)가 완료되면, 상기 내마모강재와 합금주강에서 반응이 일어나도록 대기 중에서 충분한 시간을 갖고 냉각을 실시하고(S50), 냉각된 주형에서 주형틀을 제거하고 상기 내마모강재와 합금주강이 접합된 내마모부품을 분리한다. 즉 주형으로 사용되는 주물사를 제거하는 과정이다(S60).

상기와 같이 주물사가 제거된 내마모부품은 열처리(S70)를 통하여 그 경도를 높여 주는 바, 상기 내마모강재와 합금주강 모재 모두의 경도를 높이고 내마모성을 향상시키기 위해서는 열처리조건이 중요하다. 상기 내마모강재의 오스테라이징 온도와 합금주강의 오스테라이징 온도가 다르기 때문에 침탄 또는 담금질 열처리시 가열온도를 900℃ 이상의 온도에서 심층부까지 충분히 가열되도록 충분한 시간을 유지하여 내마모부품의 내부 경도도 동시에 열처리되도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 내마모 기계부품의 제조방법에 의하면, 내마모성이 우수한 기계부품을 건설기계용 굴삭기 등에서 상대 매질과 직접 접촉하는 투스 또는 사이드 커터에 사용함으로써 장치의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 충분한 인성과 내마모성을 갖는 기계부품을 제조함으로써 작업시 기계부품이 쉽게 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 합금주강 모재와 내마모강재를 접합하는 내마모 기계부품의 제조방법에 있어서,

   상기 내마모강재를 일정 크기로 기계가공 하는 단계(S10)와;

   상기 내마모강재의 표면에 불활성 및 환원성을 갖는 내산화재를 도포하는 단계(S20)와;

   상기 내마모강재를 주형에 적층하여 고정하는 단계(S30)와;

   상기 내마모강재가 적층된 주형에 용해된 합금주강 용탕을 주입하는 단계(S40)와;

   상기 주형 내부의 소재를 대기 중에서 냉각시키는 단계(S50)와;

   상기 내마모강재와 합금주강 모재가 접합된 내마모부품에서 상기 주형을 해체하는 단계(S60);와

   상기 내마모강재와 합금주강으로 이루어진 내마모부품을 침탄 또는 담금질로 열처리하는 단계(S70);

   를 포함하여 구성된 내마모 기계부품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내산화재가 도포된 내마모강재를 200℃ 이하로 가열하여 수분을 제거하는 단계(S25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모 기계부품의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 내마모강재는 탄소량이 0.6wt% 이상 첨가된 고탄소 합금공구강으로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모 기계부품의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 내산화재는 고온에서 상기 내마모강재와 합금주강 모재의 접합부가 산화되는 것을 방지하는 붕소와 브래이징 페이스트로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모 기계부품의 제조방법.
5. 삭제

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