KR101471011B1 - Method for manufacturing Fe-Al bimetal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 Fe-Al 이종금속재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주철 주강을 코어재로 이용하고 Al을 기지재로 이용함으로써 다양한 제품의 형상에 대한 수요 요구를 충족할 수 있을 뿐만 아니라 유지 보수 등이 용이한 Fe-Al 이종금속재의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing Fe-Al dissimilar metal materials, and more particularly, to a method for manufacturing a Fe-Al dissimilar metal material by using cast iron castings as a core material and using Al as a base material, A1 The present invention relates to a method for manufacturing an Fe-Al dissimilar metal material which is easy to repair and the like.
세계적으로 강화되고 있는 환경규제에 대응하여 국제 수송 기계류 시장에서는 친환경 경량 고연비화가 중요한 화두가 되고 있다. 이를 위해서는 고강도화 및 경량화 기술을 통하여 각종 산업기계 부품들의 고강도화, 경량화 및 연비향상 극대화가 이루어져야 하며, 특히, 고강도 경량화 수송기기 부품 제조를 위한 이종소재 주조기술 확보가 매우 중요한 실정이다.In response to the increasingly stringent environmental regulations in the world, eco-friendly light weight, high fuel efficiency has become an important issue in the international transportation machinery market. To accomplish this, it is necessary to increase the strength, weight, and fuel efficiency of various industrial machine parts through the use of high strength and light weight technology. Especially, it is very important to secure technology for casting different materials for manufacturing high-strength and light weight transport equipment parts.
기존의 이종소재 주조기술로서는 강제압입법 확산접합법 및 마찰접합법 등이 개발되어 오고 있다. 그러나 이러한 방법들은 생산성 저하, 복합 형상 제품의 적용이 어려운 점 등으로 인한 문제점들이 발생 되어 왔다. As a conventional heterogeneous material casting technique, a strong pressure regulating diffusion bonding method and a friction bonding method have been developed. However, these methods have been problematic due to a decrease in productivity and difficulty in application of a composite product.
이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 용융접합공법이 개발되어 오고 있다. 상기 용융접합공법은 높은 생산성, 높은 접합속도, 그리고 철계 소재의 복잡형상 주조 정형품과 연계성이 뛰어나다는 장점을 갖고 있다. 그러나 상기 용융접합공정도 현재까지 접합결함 생성, 이종소재 간 젖음성 확보의 어려움 및 그로 인한 결합력의 문제로 인해 아직 널리 채택되고 있지 못하는 실정이다. In order to solve the problems of the prior art, a fusion bonding method has been developed. The fusion bonding method has the advantages of high productivity, high bonding speed, and excellent connectivity with complicated shaped casting articles of iron-based materials. However, the melt bonding process has not yet been widely adopted due to the problems of bonding defects, difficulty in securing wettability between dissimilar materials, and bonding strength.
고강도의 이종소재 부품을 높은 생산속도로 제조하기 위해서 코어재료로 주철, 주강 등 철계 주조재를 사용하고, 부품의 경량성을 확보하기 위해 기지는 알루미늄 합금을 사용하는 이종소재 간 용융접합을 개발하려는 노력이 종래부터 이루어 지고 있다. 그러나 본 공정은 흔히 사용되고 있는 코어재료인 주철, 주강 등 철계 주조재들의 표면과 내부에는 그라파이트와 탄소를 포함하고 있으며, 그 중 표면상의 그라파이트와 탄소계 입자들은 이종소재 간 용융접합의 경우 이물질로 작용하여 기재인 알루미늄 용탕과 철계 코어간의 젖음성을 떨어뜨리고, 계면 결합력을 약화시키는 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.
In order to manufacture high-strength heterogeneous material parts at a high production rate, we use iron-based casting materials such as cast iron and cast steel as core materials and develop fusion bonding between different materials using aluminum alloys to secure lightweight parts. Efforts have been made in the past. However, this process includes graphite and carbon on the surface and inside of iron casting materials such as cast iron and cast steel which are commonly used core materials, and graphite and carbon-based particles on the surface thereof act as foreign substances in the case of fusion bonding between dissimilar materials Thereby deteriorating the wettability between the aluminum molten steel and iron-based core as a base material, and causing a problem of weakening the interface bonding force.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코어재료인 주철, 주강 재료 표면의 그라파이트 및 탄소계 입자를 제거하여 용융접합을 행함으로써 젖음성과 계면결합력을 제고함으로써 최종제품의 기계적 특성을 높일 수 있는 Fe-Al 이종금속재의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a cast steel, a cast steel, And a method for manufacturing a Fe-Al dissimilar metal material.
또한 본 발명은 Fe-Al계 이종소재를 용융접합함에 있어서, Fe계 코어재의 주조 및 Fe-Al의 주조와 냉각공정들을 제어하여 용질 고용을 극대화하고 상변태에 의해 기지강화함으로써 이종소재의 기계적 성질을 효과적으로 향상시킬 수 있는 Fe-Al 이종금속의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention also relates to a process for producing a Fe-Al-based material by melt-bonding the Fe-based core material and the Fe-Al casting and cooling processes to maximize solute solubility and strengthen the matrix by phase transformation, The present invention provides a method for producing an Fe-Al dissimilar metal which can be effectively improved.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Further, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be understood from the following description in order to clearly understand those skilled in the art to which the present invention belongs .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
코어재로서 주철 주강재를 주조한 후 그 표면에 부착된 그라파이트를 탈착하는 공정;A step of casting a cast iron main material as a core material and desorbing the graphite adhered to the surface thereof;
상기 그라파이트가 탈착된 코어재를 기지 불안정화처리한 후 상온으로 냉각하는 공정;A step of destabilizing the graphite desorbed core material and cooling the core material to a normal temperature;
상기 상온으로 냉각된 코어재를 주형내 장입한 후, Al 용탕을 주형내 주입함으로써 Fe계 코어재와 기지재인 Al을 용융접합시키는 공정; 및Charging the core material cooled at the room temperature into the mold, and then injecting the Al melt into the mold to melt-bond the Fe-based core material and Al as the matrix material; And
상기 용융접합된 이종금속을 상온으로 냉각하는 공정;을 포함하는 Fe-Al 이종금속재의 제조방법에 관한 것이다.
And cooling the melt-bonded dissimilar metal to room temperature. The present invention also relates to a method for manufacturing a Fe-Al dissimilar metal material.
또한 본 발명에서는 상기 그라파이트 탈착법으로서 습식법 내지 건식법을 이용함이 바람직하다.
Further, in the present invention, it is preferable to use a wet method or a dry method as the graphite desorption method.
또한 상기 건식법은 질소와 수소의 비가 적절히 혼합된 혼합가스를 만들어 온도가 일정하게 유지되는 수증기 중에 주입하여 포화수증기를 형성한 후, 이를 일정하게 온도가 유지되고 있는 반응로 중에 주입함으로써 수소와 수증기의 혼합가스가 주철 주강재 표면의 그라파이트와 화학반응되어 이산화탄소, 메탄가스 등 일종의 가스형태로 빠져나가게 하는 방법인 것이 바람직하다.
In addition, the above-mentioned dry method is a method in which a mixed gas in which a ratio of nitrogen and hydrogen is appropriately made is injected into water vapor maintained at a constant temperature to form saturated water vapor and then injected into a reactor maintained at a constant temperature, It is preferable that the mixed gas is chemically reacted with the graphite on the surface of the cast steel main body so as to escape into a gas form such as carbon dioxide or methane gas.
또한 상기 습식법은 전도성의 염욕중에서, 주철 주강재를 양극으로 하여 전해탈지보다 높은 전류를 걸어줌으로써 주철 주강재 표면에 강한 산화반응을 유발시켜 그 표면에 존재하는 그라파이트를 탈착하여 제거하는 방법인 것이 바람직하다.
The wet method is preferably a method of causing a strong oxidation reaction on the surface of a cast steel main body by applying a current higher than electrolytic degreasing with a cast iron main material as an anode in a conductive salt bath to desorb and remove the graphite present on the surface Do.
또한 본 발명에서는 상기 코어재를 650~800℃의 온도범위에서 기지 불안정화처리함이 바람직하다.
In the present invention, it is preferable that the core material is subjected to base destabilization at a temperature of 650 to 800 ° C.
또한 상기 코어재를 기지 불안정화처리한 후, 100~400℃의 온도범위로 급냉하는 것이 바람직하다.
It is also preferable that the core material is subjected to base destabilization treatment and then quenched in a temperature range of 100 to 400 ° C.
또한 상기 급냉된 Fe계 코어재를 후속하여 100~400℃ 온도범위에서 일정시간 유지시킴으로써 코어재인 주철 주강의 내부조직을 오스페라이트와 베이나이트의 혼합조직으로 제어함함이 바람직하다.
It is preferable that the quenched Fe-based core material is maintained at a temperature range of 100 to 400 ° C for a predetermined time to control the internal structure of the cast iron cast steel, which is a core material, to a mixed structure of osferite and bainite.
또한 본 발명에서는 상기 Al의 용탕 주입온도를 700~800℃의 온도범위로 함이 바람직하다.
Further, in the present invention, it is preferable that the molten metal injection temperature of Al is set to a temperature range of 700 to 800 ° C.
또한 본 발명에서는 상기 용융접합된 이종금속의 냉각공정은 상기 용융접합된 이종금속을 450~650℃까지 냉각하고, 이어, 상온으로 급속냉각하는 것이 바람직하다.
Further, in the present invention, it is preferable that the molten dissimilar metal is cooled to 450 to 650 ° C, and then rapidly cooled to room temperature.
또한 상기 용융접합된 상온으로 냉각된 이종금속을 100~250℃의 온도범위에서 저온열처리하는 공정을 추가로 포함함이 바람직하다.
The method may further include a step of subjecting the dissimilar metal cooled to the melt-bonded normal temperature to a low-temperature heat treatment at a temperature ranging from 100 to 250 ° C.
또한 상기 용융접합된 상온으로 냉각된 이종금속을 상기 저온열처리 이전에 300~500℃ 온도범위에서 고온열처리하는 공정을 추가로 포함함이 바람직하다.
Preferably, the method further includes a step of subjecting the dissimilar metal cooled to the melt-bonded normal temperature to a high-temperature heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C. prior to the low-temperature heat treatment.
상술한 바와 같은 구성의 본 발명은 주조재인 주철 주강을 Fe계 코어재로 이용함으로써 제품의 강도 향상은 물론 높은 생산속도로 다양한 형상변화를 도모할 수 있고, 아울러 기지재로서 알루미늄 합금을 이용함으로써 제품의 경량성을 확보하는 이종소재를 효과적으로 제공할 수 있다.The present invention having the above-described constitution makes it possible not only to improve the strength of the product but also to achieve various shape changes at a high production rate by using the cast iron cast steel as the Fe-based core material, and by using an aluminum alloy as a base material It is possible to effectively provide a heterogeneous material ensuring the light weight of the light emitting device.
또한 그라파이트 탈착공정 뿐만 아니라 Fe계 코어재인 주철 주강재 및 Fe-Al 이종금속의 주조와 냉각공정을 제어함으로써 접합강도가 우수하고 소망하는 기계적 특성을 갖는 Fe-Al 이종금속재를 효과적으로 제공할 수 있다. Also, by controlling the casting and cooling process of the cast iron main material and the Fe-Al dissimilar metal, which are Fe-based core materials, as well as the graphite desorption process, Fe-Al dissimilar metal material having excellent bonding strength and desired mechanical properties can be effectively provided.
또한 알루미늄과 철계 소재 각각의 특성을 극대화하여 융합함으로써 자동차용 실리던 블록 등과 같은 미래 수송기기에서 요구하는 복합특성들을 효과적으로 구현할 수 있다.
In addition, by maximizing the characteristics of each aluminum and iron material, they can be effectively combined with the complex properties required for future transportation equipment such as automotive silindir blocks.
도 1은 본 발명의 Fe-Al 이종금속재의 주조 및 냉각공정을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 Fe-Al 이종금속재의 주조 및 냉각공정을 모식적으로 나타낸 그래프로서, 고온열처리를 추가로 포함하는 제조공정을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서 그라파이트 탈착 유무 등에 따른 접합강도를 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서 제조공정 등에 따른 인장강도를 비교하여 나타낸 그래프이다. 1 is a graph schematically showing a casting and cooling process of the Fe-Al dissimilar metallic material of the present invention.
FIG. 2 is a graph schematically showing a casting and cooling process of the Fe-Al dissimilar metallic material of the present invention, and is a graph showing a manufacturing process further including a high-temperature heat treatment.
Fig. 3 is a graph showing a comparison of bonding strengths depending on the presence or absence of graphite in the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing tensile strengths according to manufacturing processes and the like in the examples of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 크게 Fe계 코어재인 주철 주강재의 주조공정과 Fe-Al 이종금속의 주조공정으로 나누어진다. 이러한 본 발명의 Fe-Al 이종금속재의 제조방법은, 코어재로 주철 주강재를 주조한 후 그 표면에 부착된 그라파이트 및 탄소계 입자들을 탈착하고, 이어, 상기 그라파이트 탈착된 코어재를 기지 불안정화처리한 후 상온으로 냉각하는 공정을 포함한다. 후속하여, 상기 상온으로 냉각된 코어재를 주형내 장입한 후, Al 용탕을 주형내 주입함으로써 Fe계 코어재와 기지재인 Al을 용융접합시키는 공정; 상기 용융접합된 제품을 상온으로 냉각하는 공정; 그리고 상기 상온으로 급냉된 제품을 가열한 후, 저온열처리하는 공정;을 포함한다.
The present invention is broadly divided into a casting process of cast iron main material which is an Fe-based core material and a casting process of Fe-Al dissimilar metal. The method for manufacturing the Fe-Al dissimilar metallic material of the present invention comprises the steps of casting a cast iron main material into a core material, desorbing the graphite and carbon-based particles adhering to the surface thereof, and then subjecting the graphite-desorbed core material to base destabilization Followed by cooling to room temperature. Subsequently charging the core material cooled at the room temperature into the mold, and then injecting the Al melt into the mold to melt-bond the Fe-based core material and Al as the matrix material; A step of cooling the melt-bonded product to room temperature; And a step of heating the quenched product to room temperature and then performing a low temperature heat treatment.
먼저, 본 발명에서는 주조재인 주철 주강재를 Fe계 코어재로 마련한다. 본 발명은 이러한 주철 주강재인 Fe계 코어재의 특정 조성에 제한되지 않으며, 다양한 성분범위의 Fe계 소재를 이용할 수 있다.First, in the present invention, the main cast steel is a Fe-based core material. The present invention is not limited to the specific composition of the Fe-based core material, which is the cast iron cast steel, and Fe-based materials having various composition ranges can be used.
본 발명에서 이러한 주철 주강 재료를 이종금속의 코어재료로 이용하는 것은 다양한 형상의 제품으로 주조가 가능한 이점이 있기 때문이다. The reason why the cast iron casting material is used as a core material of dissimilar metals in the present invention is that casting can be performed with various shapes of products.
한편 이종금속의 코어재로서 주철 주강재를 이용할 경우, 주철 주강재의 표면에 부착된 그라파이트, 탄소계 물질 등 알루미늄과 젖음성을 떨어뜨리는 이물질의 존재가 문제될 수 있다. On the other hand, when cast iron main steel is used as a core material of dissimilar metals, there may be a problem of the presence of foreign substances such as graphite and carbon-based materials adhered to the surface of cast iron main steel and deteriorating wettability.
통상 용융접합공정에 있어서 주철 주강재 표면의 그라파이트는 용융접합시 젖음성을 악화시키고, 이에 따라 최종 접합된 제품의 접합강도를 떨어뜨린다.In general, the graphite on the surface of the cast steel main material in the fusion bonding process deteriorates the wettability in the fusion bonding, thereby lowering the bonding strength of the final bonded product.
따라서 본 발명에서는 이를 고려하여, 상기 Fe계 코어재인 주철 주강재의 표면에 부착된 그라파이트를 탈착시킨다. Accordingly, in the present invention, the graphite adhered to the surface of the cast iron main steel, which is the Fe-based core material, is desorbed.
본 발명에서는 상기 그라파이트의 탈착방법으로 습식법이나 건식법을 활용할 수 있다. In the present invention, a wet method or a dry method may be used as the desorption method of the graphite.
상기 습식법은 전도성의 염욕중에서, 주철 주강재를 양극으로하여 전해탈지보다 높은 전류를 걸어줌으로써 주철 주강재 표면에 강한 산화반응을 유발시켜 표면에 존재하는 그라파이트를 탈착하여 제거하는 방법인 것이 바람직하다 The wet method is preferably a method of desorbing and removing graphite present on the surface by causing a strong oxidation reaction on the surface of cast iron main steel by applying a current higher than electrolytic degreasing with a cast iron main material as an anode in a conductive salt bath
또한 선택적으로 상기 염욕내에 계면활성제를 첨가할 경우 계면활성제의 친유성과 친수성의 효과로 그라파이트 제거 효과가 증가하게 된다.In addition, when the surfactant is selectively added to the salt bath, the effect of removing the graphite is increased due to the lipophilic property and the hydrophilic property of the surfactant.
또한 전기를 걸어줄 시 전류밀도는 제품 면적당 50A/dm이상으로 기존의 전해탈지 공정보다는 상당히 높게 설정함이 좋다. 50A/dm 보다 작으면 산화반응의 속도가 낮아 그라파이트의 제거가 늦게 일어나며, 50A/dm 보다 크면 그라파이트 탈착반응이 활발하고 표면조도도 증가하여 Al-Fe 계면 간의 기계적 결합력도 증가시키는 효과가 있기 때문이다. Also, it is better to set the current density to be higher than the existing electrolytic degreasing process by more than 50A / dm per product area. If it is less than 50 A / dm, the rate of oxidation reaction is low and the removal of graphite occurs late. If it is larger than 50 A / dm, the graphite desorption reaction becomes active and the surface roughness increases and the mechanical bonding force between the Al- .
상기 건식법은 열처리로에서 수소, 질소, 수증기의 혼합가스비, 반응 온도 및 시간 등을 적절히 조절하여 주철 주강재 표면의 그라파이트를 제거할 수 있는 방법을 들 수 있다. The dry method is a method of removing graphite on the surface of the cast steel main body by appropriately adjusting the mixed gas ratio of hydrogen, nitrogen, and steam in the heat treatment furnace, the reaction temperature, and the time.
상세하게 설명하면, 질소와 수소의 비가 적절히 혼합된 혼합가스를 만들어 온도가 일정하게 유지되는 수증기 중에 주입하여 포화수증기를 형성한 후, 이를 일정하게 온도가 유지되고 있는 반응로 중에 주입함으로써 수소와 수증기의 혼합가스가 주철 주강재 표면의 그라파이트와 화학반응시켜 이산화탄소, 메탄가스 등 일종의 가스형태로 빠져나가게 된다. In detail, a mixed gas in which a ratio of nitrogen and hydrogen is appropriately mixed is injected into water vapor which is maintained at a constant temperature to form saturated water vapor, which is then injected into a reactor maintained at a constant temperature, Is chemically reacted with the graphite on the surface of the cast steel main body to escape into a gas form such as carbon dioxide or methane gas.
본 발명에서는 상기 습식법이나 건식법을 이용하여 그라파이트 제거 표면처리 공정을 진행한 후, 용융접합 주조시 이종소재 간 젖음성을 더욱 향상시키기 위해서 주철 주강 코어재의 표면처리를 추가로 진행할 수도 있다.
In the present invention, after the graphite removal surface treatment step is performed using the wet method or the dry method, the surface treatment of the cast iron core material may be further carried out in order to further improve the wettability between the different materials in the melt bonding casting.
후속하여 본 발명에서는 상기 그라파이트 탈착된 Fe계 코어재를 기지 불안정화처리한 후 상온으로 냉각한다. 본원발명에서 기지 불안정화처리(오스테나이트화처리)를 하는 이유는 Fe 코어재의 오스테나이트 기지내 탄소 및 합금원소들의 고용을 극대화하고 오스테나이트를 안정화시키기 위함이다. Subsequently, in the present invention, the graphite desorbed Fe-based core material is subjected to base destabilization treatment and then cooled to room temperature. The reason for performing the base destabilizing treatment (austenitizing treatment) in the present invention is to maximize the employment of carbon and alloying elements in the austenite base of the Fe core material and to stabilize the austenite.
본 발명에서는 이러한 기지 불안정화처리 온도범위를 800~1000℃로 함이 바람직하다. In the present invention, such a base destabilizing treatment temperature range is preferably 800 to 1000 占 폚.
이후, 상기와 같이 그 조직이 균질화된 Fe계 코어재를 상온으로 냉각함으로써 그 내부조직이 마르텐사이트와 베이나이트 혼합조직인 Fe계 코어재인 주철 주강재가 얻어질 수 있다. Thereafter, the Fe-based core material in which the structure is homogenized as described above is cooled to room temperature to obtain a cast iron main material, which is an Fe-based core material having an inner structure of martensite and bainite mixed structure.
본 발명에서는 또다르게는 Fe계 코어재를 불안정화처리한 후, 100~400℃의 온도범위로 급냉하여 일정시간 유지하고, 이어, 상온으로 냉각하는 공정을 채택할 수도 있다. In the present invention, it is also possible to employ a step of destabilizing the Fe-based core material, followed by quenching in the temperature range of 100 to 400 캜 for a predetermined time, followed by cooling to room temperature.
구체적으로, 상기 기지 불안정화처리를 마친 Fe 코어재를 100~400℃온도까지 염욕로에서 소입 냉각할 수도 있다. 상기 소입 냉각된 코어재는 후속하여 염욕로에서 일정시간 유지시킴으로써 코어재인 주철 주강의 내부조직이 오스페라이트와 베이나이트의 혼합조직이 되며, 따라서 제조된 최종 코어재의 강도와 인성이 조화되어 기계적 특성이 우수하게 된다.
Specifically, the base unstabilized Fe core material may be quenched and cooled in a salt bath to a temperature of 100 to 400 캜. The quenched and cooled core material is then maintained in a bath for a certain period of time in a salt bath furnace, whereby the internal structure of the cast iron cast steel, which is a core material, becomes a mixed structure of osferite and bainite. Thus, strength and toughness of the final core material are harmonized, .
이어, 본 발명에서는 상기 Fe계 코어재의 주조공정을 거친 코어재를 주형에 장입한 후, 그 주형에 용융 Al을 주입함으로써 코어재인 주철과 기지재인 Al을 용융접합시킨다. 도 1-2는 본 발명의 Fe-Al 이종금속의 주조 및 냉각공정을 모식적으로 나타낸 그래프이다.Next, in the present invention, a core material having been subjected to the casting process of the Fe-based core material is charged into a mold, and molten Al is injected into the mold to melt-bond the core material, namely, Fig. 1-2 is a graph schematically showing a casting and cooling process of the Fe-Al dissimilar metal of the present invention.
이러한 용융접합의 결과로 코어재인 주철 주강재와 기지재인 Al은 서로 용융접합되어 이종금속을 이룰 수 있다. As a result of this fusion bonding, the core steel, which is the core material, and the base material, Al, can be fusion bonded to each other to form a dissimilar metal.
이때 본 발명에서는 상기 Al 주입온도를 700~800℃범위로 함이 바람직하다. 만일 그 온도가 700℃ 미만이면 용융점 근처로 가기 때문에 완전한 용융상태가 아닌 슬러리가 될 확률이 있으며 주조성 또한 나빠지게 되며, 800℃를 초과하면 가스(수소)가 용탕상태에서 많이 고용되면서 주조후 기공이 생길 확률이 높아져 물성이 떨어질 확율이 높기 때문이다.
In the present invention, the Al injection temperature is preferably in the range of 700 to 800 ° C. If the temperature is lower than 700 ° C., the slurry is likely to become a slurry rather than a complete molten state because the molten state is near the melting point. If the temperature exceeds 800 ° C., hydrogen (gas) This is because the probability of occurrence is high and the probability of property deterioration is high.
그리고, 본 발명에서는 상기 용융접합된 이종금속을 상온으로 냉각처리한다.In the present invention, the melt-bonded dissimilar metal is cooled to room temperature.
그 구체적인 냉각방법의 일례로, 본 발명에서는 상기 용융접합된 이종금속을 450~650℃까지 냉각(A~B)시킨 후, 이어, 상기 용융접합된 이종금속을 상온으로 급냉시킨다(B-C). 본 발명에서 상기와 같이 냉각온도를 설정한 이유는 이 온도범위에서 Fe 코어재가 안정적으로 응고를 종료할 수 있으면서도 조직의 상당량이 오스테나이트를 유지할 수 있는 구간으로써, 만일 온도가 650℃를 초과하면 아직 응고가 이루어지지 않을 상태일 확률이 높으며 액체상태나 슬러리 상태일 수 있으며, 450℃ 미만에서는 후속하는 냉각공정을 통하여 소망하는 조직을 얻을 수 없기 때문이다.
In the present invention, the molten dissimilar metal is cooled (A to B) to 450 to 650 ° C., and then the molten bonded dissimilar metal is quenched to room temperature (BC). The reason why the cooling temperature is set as described above in the present invention is that a substantial amount of the structure can maintain the austenite while the Fe core material can be stably solidified in this temperature range and if the temperature exceeds 650 ° C It is likely to be in a state in which solidification is not achieved and may be in a liquid state or a slurry state, and when the temperature is lower than 450 ° C., a desired tissue can not be obtained through a subsequent cooling process.
후속하여 본 발명에서는 상기와 같이 상온으로 냉각된 이종금속을 가열하여 저온열처리를 행할 수 있다(도 1의 E-F, 도 2의 I-J). 이때 그 열처리온도를 100~250℃ 온도범위로 관리함이 바람직하다. 이러한 저온열처리에 의해 상기 Fe계 코어재인 주철 주강재의 기계적 특성이 최적화될 수 있을 뿐만 아니라 기지재인 Al의 시효효과를 얻을 수 있다. Subsequently, in the present invention, the dissimilar metals cooled to room temperature can be heated to perform the low-temperature heat treatment (E-F in FIG. 1, I-J in FIG. 2). At this time, it is preferable that the heat treatment temperature is controlled within a temperature range of 100 to 250 ° C. The low-temperature heat treatment not only optimizes the mechanical properties of the cast iron main steel, which is the Fe-based core material, but also obtains the aging effect of Al as a base material.
또한 본 발명에서는 필요에 따라 상기와 같이 냉각된 Fe-Al 이종금속재를 저온열처리함에 앞서, 도 2에서와 같이, 300~500℃로 가열한 후 고온열처리를 행할 수 있다(도 2의 E-F). 이러한 고온열처리로 인하여 Al이 용체화처리되어 이종금속재의 경도가 더욱 높아지게 된다.
In the present invention, as shown in FIG. 2, the Fe-Al dissimilar metal material cooled as described above may be heated to 300 to 500 ° C. and then subjected to a high-temperature heat treatment (EF of FIG. Due to such high-temperature heat treatment, Al is solubilized and the hardness of the dissimilar metal material becomes higher.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to experimental examples.
(실험예 1)(Experimental Example 1)
봉상형 주철 주강재를 Fe 코어재로 마련하였다. 그리고 상기 코어재들 중 일부는 건식법을 이용하여 그 표면의 그라파이트를 제거하는 탈착공정을 수행하였으며, 일부는 탈착공정을 행하지 아니하였다. 상기 건식법은 질소와 수소의 비가 적절히 혼합된 혼합가스를 만들어 온도가 일정하게 유지되는 수증기 중에 주입하여 포화수증기를 형성한 후, 이를 일정하게 온도가 유지되고 있는 반응로 중에 주입함으로써 수소와 수증기의 혼합가스가 주철 주강재 표면의 그라파이트와 화학반응시켜 이산화탄소, 메탄가스 등 일종의 가스형태로 빠져나가게 되는 방법을 이용하였다. The rod-shaped cast iron main steel was provided with Fe core material. Some of the core materials were subjected to a desorption process for removing graphite on the surface of the core material by a dry method, and some of them were not subjected to a desorption process. In the dry method, a mixed gas in which a ratio of nitrogen and hydrogen is appropriately mixed is injected into water vapor which is maintained at a constant temperature to form saturated water vapor, and then mixed with hydrogen and water vapor Gas is chemically reacted with the graphite on the cast steel main surface to escape into a gas such as carbon dioxide or methane gas.
이와 같이, 그라파이트 탈착된 Fe계 코어재인 주철 주강과 그라파이트 탈착되지 않은 주철 주강재 각각을 기지 불안정화 처리한 후 100~400℃ 온도로 냉각한후 템퍼링하고, 이어, 상온으로 공냉하였다. In this way, each of the cast iron cast steel, which is graphite-desorbed Fe-based core material, and the cast iron main steel material, which was not desorbed graphite, was subjected to base destabilization, then cooled to a temperature of 100 to 400 캜 and tempered, followed by air cooling at room temperature.
상기와 같이 제조된 Fe계 주철 주강재들을 주형내에 장입한 후, 주형내로 700~800℃ 온도의 용융 Al을 주입하고 소정시간 유지함으로써 Fe계 코어재인 주철 주강재와 기지재인 알루미늄을 용융접합시켰다.The cast iron main steel material prepared as described above was charged into a mold, molten Al at a temperature of 700 to 800 ° C. was injected into the mold and maintained for a predetermined time to melt-bond the main cast iron material and aluminum as the base material.
후속하여, 상기 용융접합된 이종금속중 그라파이트 미탈착된 이종금속은 상온으로 공냉시켜 최종 Fe-Al 이종금속재를 제조하였다.Subsequently, graphite undissociated dissimilar metals among the melt-bonded dissimilar metals were air-cooled to room temperature to produce the final Fe-Al dissimilar metal material.
한편 상기 용융접합된 이종금속중 그라파이트 탈착된 이종금속은 450~650℃까지 냉각처리한 후 탈형시키고, 이어, 상온으로 냉각하여 최종 Fe-Al 이종금속재를 제조하였다. 그리고 본 실험에서는 비교를 위하여 상기 그라파이트 탈착된 시편의 이종금속 중 일부를 다시 100~250℃ 온도범위에서 저온열처리를 행한 후 공냉시킴으로써 최종 Fe-Al 이종금속재를 제조하였다.
Meanwhile, the graphite-desorbed dissimilar metal among the melt-bonded dissimilar metals was cooled to 450 ~ 650 ° C, demoulded, and then cooled to room temperature to prepare a final Fe-Al dissimilar metal material. In this experiment, for comparison, some of the dissimilar metals of the graphite-desorbed specimen were further subjected to a low-temperature heat treatment at a temperature of 100 to 250 ° C and then air-cooled to produce a final Fe-Al dissimilar metal material.
이와 같이 제조된 Fe-Al 이종소재간 계면결합력을 정량적으로 측정하기 위하여 접합시험편을 가공하여 접합강도를 측정하였다. 접합강도시험은 각 조건당 3개를 시험하여 평균값을 얻었으며, 이를 도 3에 나타내었다. 또한 각조건당 3개에 대한 유효 인장강도를 측정하여 그 평균값을 도 4에 나타내었다. 본 실험에서 비교예는 그라파이트 탈착되지 않은 경우를 나타내며, 발명예1은 그라파이트 탈착되었으나 저온열처리를 행하지 않은 경우, 그리고 발명예2는 저온열처리를 행한 경우를 나타낸다.In order to quantitatively measure the interfacial bonding force between the Fe-Al heterogeneous materials produced in this way, the bonding strength was measured by processing the bonded test pieces. The bonding strength test was carried out with three pieces per each condition, and an average value was obtained, which is shown in FIG. In addition, the effective tensile strength was measured for three pieces per each test piece, and the average value thereof is shown in FIG. In this experiment, the comparative example shows the case where the graphite is not desorbed, Example 1 shows that the graphite is desorbed but the low temperature heat treatment is not performed, and Inventive Example 2 shows the case where the low temperature heat treatment is performed.
도 3에 나타난 바와 같이, Fe 코어재인 주철 주강재의 표면에 부착된 그라파이트를 탈착제거한 발명예 1-2가 그렇지 않은 비교예에 비하여 접합강도가 우수함을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, it can be seen that Inventive Example 1-2 in which graphite adhered to the surface of cast iron main material, which is an Fe core material, is desorbed and removed has a higher bonding strength than the comparative example.
또한 도 4에 나타난 바와 같이, 그라파이트 탈착을 함과 아울러 소정의 냉각공정을 채용한 본 발명재 1-2가, 그렇지 않은 비교예 보다 인장강도가 우수함을 알 수 있다. 특히, 저온열처리를 행한 발명예2가 그렇지 않은 발명예1에 비하여 보다 우수한 인장강도를 얻을 수 있음을 보여주고 있는데, 이는 저온열처리로 인한 Al의 시효에 기인한 결과라 여겨진다.
Further, as shown in FIG. 4, it can be seen that the present invention 1-2 having a graphite desorption and a predetermined cooling process has a higher tensile strength than the comparative example. In particular, Inventive Example 2 subjected to the low-temperature heat treatment shows superior tensile strength to Inventive Example 1 which is not, which is considered to be the result of the aging of Al due to the low-temperature heat treatment.
이상과 같이 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명한 실시예 외에도 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로 본 실시예는 특정형태로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, and the present invention can be embodied in other forms without departing from the spirit or scope of the present invention. The present embodiments are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the invention is not to be limited to the foregoing description, but may be modified within the scope and equivalence of the appended claims.
Claims (10)
상기 그라파이트가 탈착된 코어재를 기지 불안정화처리한 후 상온으로 냉각하는 공정;
상기 상온으로 냉각된 코어재를 주형내 장입한 후, Al 용탕을 주형내 주입함으로써 Fe계 코어재와 기지재인 Al을 용융접합시키는 공정; 및
상기 용융접합된 이종금속을 450~650℃까지 냉각하고, 이어, 상온으로 급속 냉각하는 공정;을 포함하는 Fe-Al 이종금속재의 제조방법.
A step of casting a cast iron main material as a core material and desorbing the graphite adhered to the surface thereof;
A step of destabilizing the graphite desorbed core material and cooling the core material to a normal temperature;
Charging the core material cooled at the room temperature into the mold, and then injecting the Al melt into the mold to melt-bond the Fe-based core material and Al as the matrix material; And
And cooling the melt-bonded dissimilar metal to 450 to 650 ° C. and rapidly cooling the melt to a normal temperature.
The method for producing a Fe-Al dissimilar metallic material according to claim 1, wherein the graphite desorption method employs a wet method or a dry method.
The method according to claim 2, wherein the dry process is performed by forming a mixed gas in which a ratio of nitrogen and hydrogen is appropriately mixed and injecting the mixed gas into water vapor which is maintained at a constant temperature to form saturated water vapor, Wherein the mixed gas of hydrogen and steam is chemically reacted with the graphite on the surface of the cast steel main body to escape into a gas form such as carbon dioxide or methane gas.
The method for producing a Fe-Al dissimilar metallic material as set forth in claim 1, wherein the core steel material is subjected to base destabilization in a temperature range of 800 to 1000 占 폚.
The method for producing an Fe-Al dissimilar metallic material according to claim 1, wherein the core material is subjected to base destabilization treatment and quenched in a temperature range of 100 to 400 ° C.
6. The method of claim 5, wherein the quenched Fe-based core material is maintained at a temperature range of 100 to 400 DEG C for a predetermined time to control the internal structure of the cast iron cast steel, which is a core material, to a mixed structure of osferite and bainite A method for producing Fe-Al dissimilar metal material.
The method for producing a Fe-Al dissimilar metallic material according to claim 1, wherein the temperature of the molten metal is set at 700 to 800 ° C.
The method of claim 1, further comprising a step of subjecting the Fe-Al dissimilar metal cooled at a normal temperature to a low-temperature heat treatment at a temperature in the range of 100 to 250 占 폚.
The method of manufacturing a Fe-Al dissimilar metal material according to claim 9, further comprising a step of subjecting the Fe-Al dissimilar metal cooled to a normal temperature to a high-temperature heat treatment in a temperature range of 300 to 500 ° C prior to the low- .
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