KR101344603B1 - 로암 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열처리 경화강을 이용하여 로암 본체를 형성(forming)하는 단계와, 상기 로암 본체의 국부를 인덕션 히팅 열처리하는 단계 및, 상기 히팅 열처리된 국부를 상온에서 냉각하여 보강부를 마련하는 단계;를 포함하며, 상기 보강부는, 상기 인덕션 히팅 열처리에 의해 다른 부분에 비해 상대적으로 높은 연성을 것을 특징으로 한다.

Description

로암 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF LOW ARM}
본 발명은 로암 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리 경화강을 이용해 제작한 로암의 국부에 대해서만 열처리와 냉각을 함으로써, 파손에 취약한 부위에 대한 연성 증가를 통해 충격에 대한 강성을 확보할 수 있는 로암 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 현가장치는 자동차의 주행 안전성과 조향성에 있어서 중요한 역할을 담당하는 것으로, 차체를 차륜으로부터 안정적으로 지지함과 동시에 차륜으로부터 전달되는 노면 진동을 억제하고 감쇄시키는 기능을 발휘하기 때문에 무엇보다도 구조적 안전성의 확보가 우선시 된다.
이러한, 차량의 현가장치는 차체와 바퀴를 연결하며 노면으로부터의 충격을 흡수하는 스프링, 상기 스프링의 작동을 조절하는 쇽업소버(shock absorber), 바퀴의 작동을 제어하는 암 및 각종 링크 등으로 구성된다.
특히, 이러한 차량의 현가장치의 주요 부품 중 하나인 로암(low arm)은 크로스빔과 너클암 사이를 연결하는 것으로, 그 모양이 활 형상으로 이루어져 있으며 하중이 집중되는 국부적인 부위에서 파손 발생 빈도가 비교적 높은 부품에 속한다.
그러나, 종래의 로암은 외부로부터 큰 하중이나 충격이 가해질 때 구조적으로 취약한 부분에서 취성 파괴가 발생할 염려가 있었다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0040021호(2011년 04월 20일)이 있으며, 상기 문헌에는 다이오드 레이저를 이용한 자동차용 차체부품의 국부 열처리장치 및 그 열처리방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 구조적으로 취약한 로암의 국부를 인덕션 히터를 이용해 열처리한 후에 상온 분위기에서 방냉하여 강도를 하향시킨 것으로, 연성 증가를 통해 부품들간의 충격을 흡수하여 취성 파괴에 의한 위험성을 줄일 수 있는 로암 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 열처리 경화강을 이용하여 로암 본체를 형성(forming)하는 단계와, 상기 로암 본체의 국부를 인덕션 히팅 열처리하는 단계 및, 상기 히팅 열처리된 국부를 상온에서 냉각하여, 강도를 하향시킨 보강부를 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보강부는, 상기 인덕션 히팅 열처리에 의해 다른 부분에 비해 상대적으로 높은 연성을 갖는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
여기서, 상기 인덕션 히팅 열처리 온도는 600℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 인덕션 히팅 열처리는 유도 코일을 구비하는 인덕션 히터를 이용하며, 상기 유도 코일은 상기 로암 본체의 국부에 인접하도록 한번 이상 굴절되는 형태를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인덕션 히터는 상기 로암 본체의 양측에 한 쌍으로 설치되어, 상기 로암 본체의 양측을 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 로암 본체의 열처리 이동속도는 0.1 ~ 0.3m/min인 것이 바람직하다.
또한, 상기 열처리 경화강은 탄소(C) : 0.18 ~ 0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.5 ~ 2.0 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 황(S) : 0.02 중량% 이하, 인(P) : 0 중량% 이상 0.014 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열처리 경화강은 인장강도(TS) : 900MPa 이상 및 연신율(El) : 10%이상 를 가질 수 있다.
또한, 상기 보강부는 인장강도(TS) : 550 ~ 650MPa 및 연신율(El) : 20 ~ 25%를 가질 수 있다.
본 발명은 구조적으로 취약한 로암의 국부만을 일정 온도로 가열한 후에 열처리하여 강도를 하향시킴으로써, 취약한 부분의 연성 증가를 통해 부품들 간의 충격을 흡수하고, 이를 통해 취성 파괴의 위험성을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 각 단계를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로암 제조방법을 통해 제조된 로암의 인장강도 곡선을 보여주기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 인덕션 히터가 로암 본체를 열처리하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로암 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 각 단계를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로암 제조방법을 통해 제조된 로암의 인장강도 곡선을 보여주기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 인덕션 히터(200)가 로암 본체(110)를 열처리하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 로암 제조방법은 열처리 경화강을 이용한 인덕션 히팅 열처리로 로암(100)의 구조적 취약 부위의 연성을 국부적으로 향상시키기 위한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 로암(low arm, 100)은 로암 본체(110) 및, 보강부(120)를 포함할 수 있다.
상기 로암 본체(110)는, 활 형상(bow shape) 등으로 형성될 수 있다. 이러한 로암 본체(110)의 형상 및 크기는 본 발명이 적용될 차량의 크기, 형상 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
이러한, 로암 본체(110)는 중앙부에 관통형성된 툴링 홀(tooling hole, 111), 상기 로암 본체(110)의 일측 가장자리에 배치되는 볼 조인트(ball joint, 112), 상기 일측 가장자리에 반대되는 타측 가장자리에 배치되는 리어 부시(rear bush, 113) 및 상기 툴링 홀(111)의 뒷편에 배치되는 프론트 부시(114)가 구비될 수 있다.
이때, 로암 본체(110)는 인장강도(TS) 900MPa 및 연신율(El) : 10% 이상을 갖는 열처리 경화강을 이용하는 것이 바람직하다.
만일, 로암 본체(110)의 인장강도(TS)가 900MPa 미만일 경우에는 단판형 로암(100)의 구조적 강성을 효과적으로 확보하기 어려워 두께가 추가적으로 증가될 수 있는 문제점이 있다.
반대로, 로암 본체(110)의 인장강도(TS)가 900MPa를 초과할 경우에는 성형성이 불리해지거나 비용 증가로 인한 제품 경쟁력 저하 문제가 발생할 수 있다.
삭제
한편, 상기 로암 본체(110)의 두께는 2.0 ~ 4.0 mm를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
만일, 로암 본체(110)의 두께가 2.0mm 미만일 경우에는 자체 중량 저감 특성은 향상될 수 있으나, 단판형 로암(100)의 구조적 강성을 효과적으로 확보하기 어려운 문제가 있다.
반대로, 로암 본체(110)의 두께가 4.0 mm를 초과할 경우에는 자체 구조적 강성이 증가되어 제품의 내구성은 향상될 수 있으나, 단판형 로암(100)의 자체 중량이 지나치게 커져 차량 경량화 추세에 반하는 역효과를 가져올 수 있다.
이때, 로암 본체(110)를 이루는 열처리 경화강은 탄소(C) : 0.18 ~ 0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.5 ~ 2.0 중량%, 실리콘(Si) : 0.5 중량% 이하, 황(S) : 0.02 중량% 이하, 인(P) : 0.014% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성을 가질 수 있다.
탄소(C)는, 강판의 강도를 확보하기 위해 첨가된다.
만일, 탄소(C)의 함량이 강판 전 중량의 0.18 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다.
반대로, 탄소(C)의 함량이 강 전체 중량의 0.30 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 저온 충격연성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
망간(Mn)은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 결정립을 미세화시켜 강도 및 연성을 향상시키는 역할을 한다. 만일, 망간(Mn)의 함량이 0.5 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보 및 결정립 미세화 효과가 불충분하다.
반대로, 망간(Mn)의 함량이 2.0 중량%를 초과할 경우에는 강에 고용된 황을 MnS로 석출하여 저온 충격연성을 저하시키는 문제점이 있다.
실리콘(Si)은, 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과도 가진다.
다만, 상기 실리콘의 함량이 강 전체 중량의 0.5 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강판의 용접성 등을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 상기 실리콘은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.5 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
황(S)은, 인(P)과 함께 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS를 형성하여 저온 충격 연성을 저하시킨다.
따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.02 중량% 이하로 제한하였다.
인(P)은, 강도 향상에 일부 기여하나, 저온 충격연성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다.
따라서, 인(P)의 함량은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.014 중량% 이하로 제한하였다.
몰리브덴(Mo)은, 담금질성을 높이는 것과 동시에 템퍼링 연화 저항을 높이고, 강도 상승에 유효한 원소이다.
만일, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.05 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다.
반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.50 중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시킴과 동시에 탄화물의 석출에 의하여 항복비를 상승시키는 문제점이 있다.
크롬(Cr)은, 저 탄소(C) 함량에서도 충분한 강도를 확보하기 위해 첨가되는 유효한 원소이다.
또한, 상기 크롬(Cr)은 담금질성을 증가시키는 역할을 한다. 만일, 크롬(Cr)의 함량이 0.1 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다.
반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 열영향부(HAZ) 연성을 저하시키는 문제점이 있다.
보론(B)은, 강력한 소입성 원소이다. 만일, 보론의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 보론 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다.
반대로, 보론의 함량이 0.010 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격연성이 급격히 저하되고, 입계 편석에 의한 재질 편차를 발생시키는 문제점이 있다.
보강부(120)는, 도 3에서처럼 로암 본체(110)에서 구조적 강성이 취약한 부분의 연성을 높인 부분을 말한다.
보다 구체적으로, 상기 보강부(120)는 로암 본체(110)의 툴링 홀(111) 주위, 볼 조인트(112) 주위 및, 프론트 부시(114) 주위 중 하나 이상에 마련될 수 있다.
이와 같은 보강부(120)는, 인덕션 히팅 열처리를 실시하는 것에 의해 형성되며, 다른 부위에 비해 상대적으로 높은 연성을 갖는다.
또한, 상기 보강부(120)는 인장강도(TS) : 550 ~ 650MPa 및 연신율(El) : 20 ~ 25%를 갖는다.
이처럼, 로암 본체(110) 중 보강부(120)에 대해서만 선택적으로 인덕션 히팅 열처리를 실시함에 따른 것이다.
즉, 본 발명에서는 국부적으로 연성 향상이 필요한 부분에 대해서만 선택적으로 600℃의 인덕션 히팅 열처리를 실시함으로써, 해당 열처리 부분에 대해서만 선택적으로 높은 연성을 구현할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로암 제조방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 각 단계를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 1를 참조하면, 도시된 로암 제조 방법은 로암 본체 형성 단계(S110), 인덕션 히팅 열처리 단계(S120) 및 냉각 단계(S130)를 포함할 수 있다.
로암 본체 형성
로암 본체 형성 단계(S210)에서는 열처리 경화강을 이용하여 로암 본체(110)를 형성(forming)한다.
상기 로암 본체(110)로는 인장강도(TS) : 900MPa 및 연신율(El) : 10% 이상을 갖는 열처리 경화강을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 열처리 경화강은 탄소(C) : 0.18 ~ 0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.5 ~ 2.0 중량%, 실리콘(Si) : 0.5 중량% 이하, 황(S) : 0.02 중량% 이하, 인(P) : 0.014% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성을 가질 수 있다.
상기 로암 본체(110)는, 도 3에서처럼 활 형상으로 도시하였으나, 설계 목적에 따라 다양한 형상으로 설계 변경될 수 있다.
상기한 로암 본체(110)에는, 중앙부에 관통형성되는 툴링 홀(111)과, 상기 로암 본체(110)의 일측 가장자리에 배치되는 볼 조인트(112)와, 상기 일측 가장자리에 반대되는 타측 가장자리에 배치되는 리어 부시(113) 및, 상기 툴링 홀(111)의 뒷편에 배치되는 프론트 부시(114)가 구비될 수 있다.
인덕션 히팅 열처리
인덕션 히팅 열처리 단계(S220)에서는 로암 본체(110) 중 구조적 강성이 취약한 부위에 국부적으로 인덕션 히팅 열처리를 실시한다.
도 3은 본 발명에 따른 로암 제조방법의 인덕션 히터(200)가 로암 본체(110)를 열처리하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 인덕션 히팅 열처리는 유도 코일(210)을 구비하는 인덕션 히터(200)를 이용한다.
상기 유도 코일(210)은, 상기 로암 본체(110)의 국부에 인접하도록 한번 이상 굴절되는 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기 인덕션 히터(200)는 로암 본체(110)의 양측에 한 쌍으로 설치되어, 상기 로암 본체(110)의 양측을 가열할 수 있다.
이와 같은 상기 인덕션 히터(200)에는, 유도 코일(210)에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부(300)와, 상기 전원 공급부(300)를 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.
이때, 인덕션 히팅 열처리 단계(S220)는 950 ~ 1,050℃의 온도 및 0.1 ~ 0.3 m/min의 속도로 실시하는 것이 바람직하다.
만일, 열처리 온도가 950℃ 미만이거나, 로암 본체의 열처리 이동속도가 0.1 m/min 미만으로 실시될 경우에는 목표로 하는 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.
반대로, 열처리 온도가 1,050℃를 초과하거나, 열처리 속도가 0.3 m/min을 초과할 경우에는 내부 연성을 저하시키는 요인으로 작용하여 다른 부품과의 결합 후 파손 불량을 야기하는 문제를 야기할 수 있다.
냉각
냉각 단계(S230)에서는 인덕션 히팅 열처리된 로암 본체(110)를 냉각한다.
이때, 냉각은 대략 10 ~ 30℃까지 자연냉각 방식으로 냉각하는 공냉이 이용되거나, 또는 에어를 분사하는 에어 블로잉 방식이 이용될 수 있다.
즉, 상기 냉각 단계(S230)가 진행된 이후에, 로암 본체(110)의 구조적 강성이 취약한 부위에는 보강부(120)가 마련될 수 있다.
이때, 상기 보강부(120)는 로암 본체(110)에 구비된 툴링 홀(111) 주위, 볼 조인트(112) 주위 및 프론트 부시(114) 주위 중 하나 이상에 마련될 수 있다.
도 2의 결과에서 알 수 있듯이, 구조적 취약 부위에 형성된 상기 보강부(120)는 다른 부위에 비해 상대적으로 높은 연성을 가지게 되며, 높은 연성으로 인해 취성 파괴의 위험에서 벗어날 수 있게 된다.
따라서, 상기 보강부(120)를 제외한 로암 본체(110)의 다른 부위는 900MPa의 인장강도(TS)를 갖는 데 반해, 인덕션 히팅 열처리가 실시된 상기 보강부(120)는 550 ~ 650MPa의 인장강도(TS)를 가질 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 구조적으로 취약한 로암(100)의 국부만을 일정 온도로 가열한 후에 열처리하여 강도를 하향시킴으로써, 취약한 부분의 연성 증가를 통해 부품들 간의 충격을 흡수하고, 이를 통해 취성 파괴의 위험성을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100: 로암 110: 로암 본체
111: 툴링 홀 112: 볼 조인트
113: 리어 부시 114: 프론트 부시
120: 보강부 200: 인덕션 히터
210: 유도 코일 300: 전원 공급부
400: 제어부

Claims (8)

  1. 열처리 경화강을 이용하여 로암 본체를 형성(forming)하는 단계;
    상기 로암 본체의 국부를 인덕션 히팅 열처리하는 단계; 및
    상기 히팅 열처리된 국부를 상온에서 냉각하여, 강도를 하향시킨 보강부를 마련하는 단계;를 포함하며,
    상기 보강부는, 상기 인덕션 히팅 열처리에 의해 다른 부분에 비해 상대적으로 높은 연성을 갖는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인덕션 히팅 열처리 온도는,
    600℃인 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  3. 제1항에 있어서
    상기 인덕션 히팅 열처리는,
    유도 코일을 구비하는 인덕션 히터를 이용하며,
    상기 유도 코일은,
    상기 로암 본체의 국부에 인접하도록 한번 이상 굴절되는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인덕션 히터는,
    상기 로암 본체의 양측에 한 쌍으로 설치되어, 상기 로암 본체의 양측을 가열하는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로암 본체의 열처리 이동속도는,
    0.1 ~ 0.3m/min인 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 경화강은,
    탄소(C) : 0.18 ~ 0.30 중량%, 망간(Mn) : 0.5 ~ 2.0 중량%, 실리콘(Si) : 0 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 황(S) : 0 중량% 이상 0.02 중량% 이하, 인(P) : 0 중량% 이상 0.014 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) : 0.05 ~ 0.50 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 보론(B) : 0.001 ~ 0.010 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 경화강은,
    인장강도(TS) : 900MPa 및 연신율(El) : 10% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보강부는,
    인장강도(TS) : 550 ~ 650MPa 및 연신율(El) : 20 ~ 25%를 갖는 것을 특징으로 하는 로암 제조방법.
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