KR101467078B1 - 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법은, 양분된 시험편들의 절단면에 각각 존재하는 개재물의 크기 및 함유량을 측정하는 개재물 분석단계와, 상기 시험편들의 내부 절단면을 각각 가열 후 냉각시켜, 상기 시험편들의 절단면을 경화시키는 고주파 열처리단계 및, 상기 시험편들의 절단면에 크랙이 검출되는 경우, 상기 크랙 검출 결과와 상기 개재물 측정 결과를 비교분석하여, 상기 개재물의 크기 및 함유량을 재설정하는 MPI 검사단계를 포함한다.
Description
본 발명은 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 열처리할 소재와 동일 재질의 시험편을 이용해 소재의 제작 공정을 가상으로 모사함으로써, 개재물 함유량을 적정 수준으로 재설정하여, 고주파 열처리 소재의 크랙 발생을 줄일 수 있는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에 관한 것이다.
일반적으로, 크랭크 샤프트(crank shaft) 등과 같은 소재는 제강, 연주 과정과, 압연 과정과, 단조 과정과, 가공 과정과, 고주파 가열 과정과, MPI 검사 과정 등을 통해 제작된다.
이와 같은 크랭크 샤프트 소재는 성분 설계 시 소재의 가공성 향상을 위하여, 망간(Mn)과 황(S) 개재물을 필수적으로 생성시켜야 한다.
그러나, 크랭크 샤프트 등과 같은 소재는 개재물의 과다 투입으로 인해 고주파 열처리시 소재에 균열이 발생하는 경우가 있었고, 이는 제품의 품질 저하와 불량 발생 요인으로 작용한다.
따라서, 고주파 열처리 시 소재의 내부에 크랙이 발생하지 않도록, 개재물의 크기 및 함유량을 절정 수준으로 설정할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0900558호(2009년 05월 26일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 금속 봉 고주파열처리 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 외부로 노출시킨 시험편의 절단면에 대한 개재물 분석과 고주파 열처리를 실시한 후, MPI 검사를 통해 얻어진 크랙 검출 결과와 개재물 분석 결과를 비교분석함으로써, 소재의 크랙 발생을 최소화하여 소재의 불량 발생률을 줄일 수 있으며, 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법은, 양분된 시험편들의 절단면에 각각 존재하는 개재물의 크기 및 함유량을 측정하는 개재물 분석단계와, 상기 시험편들의 내부 절단면을 각각 가열 후 냉각시켜, 상기 시험편들의 절단면을 경화시키는 고주파 열처리단계 및, 상기 시험편들의 절단면에 크랙이 검출되는 경우, 상기 크랙 검출 결과와 상기 개재물 측정 결과를 비교분석하여, 상기 개재물의 크기 및 함유량을 재설정하는 MPI 검사단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 개재물 분석단계의 이전에 상기 시험편의 개재물 집적부위를 절단하여 양분시키는 시험편 절단단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 개재물 분석단계서 상기 개재물은 망간(Mn)과 황(S)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고주파 열처리단계의 이후에 상기 시험편의 절단면을 다듬기 위한 연삭단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 MPI 검사단계에서 상기 시험편들의 절단면에 크랙이 검출되는 경우, 상기 개재물의 크기 및 함유량을 하향 조정하여 재설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시험편 절단단계의 이전에 상기 시험편을 고주파 열처리 대상인 소재와 동일 재질로 제작하는 시험편 제작단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 개재물 분석단계의 이후에 상기 시험편들을 고주파 홀더 내에 안착 위치시키는 장착단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 소재에 포함되는 개재물의 크기 및 함유량을 적정범위 이내로 재설정함으로써, 소재의 크랙 발생을 최소화하여 소재의 불량 발생률을 줄일 수 있으며, 제품의 품질을 높일 수 있어 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 고주파 열처리 소재의 제작 공정을 가상으로 모사함으로써, 제작이 완료된 소재의 불량 발생률을 현저히 낮출 수 있어, 생산 단가를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에 대한 각 단계를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 시편 제작단계의 시편을 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 시편 내에 개재물(MnS) 집적부위가 형성된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 개재물 분석단계의 개재물 분석 결과를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 MPI 검사단계의 검사 결과를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 시편 제작단계의 시편을 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 시편 내에 개재물(MnS) 집적부위가 형성된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 개재물 분석단계의 개재물 분석 결과를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에서 MPI 검사단계의 검사 결과를 보여주기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법은 시험편 절단단계(S102)와, 개재물 분석단계(S201)와, 고주파 열처리단계(S301) 및, MPI 검사단계(S401)를 포함한다.
먼저, 상기 시험편 절단단계(S102)는 도 2와 3에서처럼 시험편(10)의 개재물 집적부위를 절단하여 둘로 양분시킨다.
이 후, 상기 시험편 절단단계(S102)에서는 양분된 상기 시험편(10)들의 절단면(11)을 외부로 노출시킨다.
여기서, 상기 시험편(10)의 개재물 집적부위는 소재의 특성에 따라 예측하거나, 별도의 측정 과정을 통해서 개재물 집적부위를 선정할 수 있다.
상기 시험편(10)은, 소재의 제작 공정을 모사하기 위한 것으로, 크랭크 샤프트 등과 같이 고주파 열처리할 소재와 동일한 재질을 갖는다.
즉, 시험편(10) 내에서 개재물(20, MnS)이 가장 집적된 부위를 선정한 후, 개재물 집적부위에 대한 고주파 열처리가 가능하도록 절단면을 외부로 노출시킨다.
한편, 시험편 절단단계(S102)의 이전에는 시험편(10)을 고주파 열처리 대상인 소재와 동일 재질로 제작하는 시험편 제작단계(S101)를 더 포함할 수 있다.
상기 시험편 제작단계(S101)에서는, 도 3에서처럼 시험편(10)을 사각 빔 형상으로 제작할 수 있다.
이 상태에서, 전술한 시험편 절단단계(S102)에서는 미도시한 절단기를 이용해 시험편(10)의 중심부를 절단한다.
이때, 상기 시험편(10)들의 절단면은 평탄하게 형성되고, 선정된 개재물(20, MnS) 집적부위가 외부로 노출될 수 있다.
즉, 크랭크 샤프트 등과 같은 제품은 그 특성상 내부 중심부에 개재물(20, MnS)이 집적되므로, 시험편(10)의 내부 중심부를 선정하여 외부로 노출시킬 수 있다.
예를 들어, 크랭크 샤프트 소재의 경우, 크랭크 샤프트 소재의 외면을 제거한 후, 중심부만을 시험편(10)으로 제작할 수 있다.
물론, 개재물(20, MnS)이 집적된 소재의 일부분만을 시험편으로 사용하는 것이 바람직하나, 이는 한정하지 않고 다양한 형태로 제작할 수 있다.
다음으로, 개재물 분석단계(S201)는 도 4에서처럼 시험편(10)들의 절단면(11)에 대한 내부 구조를 검사한다.
이후, 상기 개재물 분석단계(S201)에서는 시험편(10)들의 절단면 내에 존재하는 개재물(20, MnS) 정보를 분석한다.
상기 개재물(20, MnS) 정보에는, 크기 및 함유량 등이 포함될 수 있으며, 함유량은 황(S)의 개재 량을 말한다.
그리고, 상기 개재물 분석단계(S201)에서 개재물 분석은 고주파 열처리가 실시되는 절단면(11)의 전면에 걸쳐 실시될 수 있다.
이때, 분석된 개재물(20, MnS)의 크기 및 함유량은 후술 될 크랙 검출 결과와 비교분석할 데이터로 사용된다.
한편, 상기 개재물 분석단계(S201)의 이후에는 시험편(10)들을 고주파 홀더(미도시)내에 안착 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 시험편(10)들을 고주파 홀더에 고정한 상태에서 이하 설명될 고주파 열처리단계(S301)를 진행할 수 있다.
다음으로, 고주파 열처리단계(S301)는 양분된 시험편(10)들의 절단면(11)을 가열 후 냉각시킨다.
이때, 상기 시험편(10)들의 절단면(11)은 일정 강도로 경화이 이루어지며, 경화가 이루어진 절단면 상에는 일정 두께의 경화층이 형성된다.
따라서, 시험편(10)들의 절단면(11)은 일정한 온도로 가열 및 냉각되어 경화층이 형성되므로, 절단면의 표면은 내마모성이 증가한다.
또 한편, 고주파 열처리단계(S301)의 이후에는 시험편(10)의 절단면(11)을 균일하게 다듬기 위한 연삭단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 연삭단계에서는, 절단면(11)의 표면에 가해지는 열에 의해 형성된 그을음 등을 제거하여 균일한 면을 형성시킨다.
예를 들어, 상기 연삭단계에서는 시험편(10)의 표면을 0.5~0.2mm 범위 이내로 연삭할 수 있다.
최종으로, MPI 검사단계(S401)에서는 도 5에서처럼 고주파 열처리단계(S301)를 거친 시험편(10)들의 절단면(11)에 대한 크랙(30) 존재 여부를 검출한다.
이때, MPI 검사단계(S401)에서 시험편(10)들의 절단면(11)에 크랙이 검출되는 경우, 상기 크랙 검출 결과와 전술한 개재물 분석 결과를 비교분석한다.
이후, 상기 MPI 검사단계(S401)에서는 절단면(11) 상에 크랙이 발생하지 않도록, 개재물(20, MnS)의 크기 및 함유량을 설정범위 이내로 재설정한다.
이와 같은 상기 MPI 검사단계(S401)의 검사방법은, 자분탐상검사(Magnetic particle inspection)을 말한다.
상기 자분탐상검사는, 시험편을 자화시켜 시험체의 표면 및 표면 아래의 불연속부(크랙 등) 존재 유무 및 위치를 검출하는 비파괴 검사법이다.
따라서, 상기 MPI 검사단계(S401)에서는 시험편(10)들의 절단면에 존재하는 크랙 등을 보다 정확하게 검출할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 고주파 열처리 소재에 포함되는 개재물(20, MnS)의 크기 및 함유량을 적정범위 이내로 재설정할 수 있다.
이로써, 소재의 크랙 발생을 최소화하여 소재의 불량 발생률을 줄일 수 있으며, 제품의 품질을 높일 수 있어 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 고주파 열처리 소재의 제작 공정을 가상으로 모사함으로써, 제작이 완료된 소재의 불량 발생률을 현저히 낮출 수 있어 생산 단가를 절감할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 시험편
11: 절단면
20: 개재물
30: 크랙
11: 절단면
20: 개재물
30: 크랙
Claims (7)
- 양분된 시험편들의 절단면에 각각 존재하는 개재물의 크기 및 함유량을 측정하는 개재물 분석단계;
상기 시험편들의 내부 절단면을 각각 가열 후 냉각시켜, 상기 시험편들의 절단면을 경화시키는 고주파 열처리단계; 및
상기 시험편들의 절단면에 크랙이 검출되는 경우, 상기 크랙 검출 결과와 상기 개재물 측정 결과를 비교분석하여, 상기 개재물의 크기 및 함유량을 재설정하는 MPI 검사단계;를 포함하고,
상기 고주파 열처리단계의 이후에는 상기 시험편의 절단면을 균일하게 다듬기 위한 연삭단계를 더 포함하고,
상기 연삭단계에서는, 절단면의 표면에 가해지는 열에 의해 형성된 그을음을 제거하여 균일한 면을 형성시키고,
상기 연삭단계에서는 시험편의 표면을 0.5~0.2mm 범위 이내로 연삭하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 개재물 분석단계의 이전에,
상기 시험편의 개재물 집적부위를 절단하여 양분시키는 시험편 절단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법.
- 제1항에 있어서,
상기 개재물 분석단계서,
상기 개재물은 망간(Mn)과 황(S)인 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 MPI 검사단계에서,
상기 시험편들의 절단면에 크랙이 검출되는 경우, 상기 개재물의 크기 및 함유량을 하향 조정하여 재설정하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법.
- 제1항에 있어서,
상기 시험편 절단단계의 이전에,
상기 시험편을 고주파 열처리 대상인 소재와 동일 재질로 제작하는 시험편 제작단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법.
- 제1항에 있어서,
상기 개재물 분석단계의 이후에,
상기 시험편들을 고주파 홀더 내에 안착 위치시키는 장착단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 열처리 소재의 개재물 평가방법.
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