KR101716875B1 - 열처리 대상물의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법은, 열처리 대상물을 열처리로에 투입하기 전에 특정 온도로 통전 가열하는 제1단계; 및 상기 특정 온도로 통전 가열된 열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가하여 특정 온도를 유지하게 하는 제2단계; 를 포함한다.

Description

열처리 대상물의 열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD FOR OBJECT OF HEAT TREATMENT}

본 발명은 금속 재질의 스프링 등과 같은 열처리 대상물을 열처리로에 투입 전 통전을 통해 특정 온로로 급속 가열 후 전류를 주기적인 통전 또는 연속적으로 인가하여 일정 시간 특정 온도로 유지하게 함으로써, 열처리 대상물의 전체 뜨임 공정 시간을 현격하게 줄일 수 있도록 한 열처리 대상물의 열처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스프링 등과 같은 금속 재질의 열처리 대상물에 원하는 기계적 특성을 부여하기 위해 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing) 및 불림(Normalizing) 등과 같은 열처리를 실시한다. 열처리 중 뜨임은 담금질한 소재를 알맞은 온도로 다시 가열하였다가 공기 중에서 식혀 조직을 무르게 하여 내부 응력을 제거함으로써 담금질한 소재가 사용 중에 변형되거나 갈라지는 것을 막기 위한 것이다. 특히 자동차용 스프링은 차체의 충격을 흡수하여 승차감을 좋게 하는 역할을 하기 때문에 스프링에 강인한 탄성을 주기 위해 뜨임을 한다. 기존 자동차용 스프링의 뜨임 공정은 통상 열처리 대상물인 스프링을 열처리로(heat treating furnace)에 투입하여 약 380 ℃를 유지한 채 40분간 진행한다. 그러나 열처리로에서는 스프링의 급속 가열이 불가능하기 때문에 자동차용 스프링의 뜨임 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

일례로서, 대한민국 특허등록 제1200694호는 "차량 현가용 코일 스프링과 그 제조 방법"을 개시한다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 금속 재질의 스프링 등과 같은 열처리 대상물을 열처리로에 투입 전 통전을 통해 특정 온로로 급속 가열 후 전류를 주기적인 통전 또는 연속적으로 인가하여 일정 시간 특정 온도로 유지하게 함으로써, 열처리 대상물의 전체 뜨임 공정 시간을 현격하게 줄일 수 있도록 한 열처리 대상물의 열처리 방법을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법은, 열처리 대상물을 열처리로에 투입하기 전에 특정 온도로 통전 가열하는 제1단계; 및 상기 특정 온도로 통전 가열된 열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가하여 특정 온도를 유지하게 하는 제2단계; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2단계를 거친 열처리 대상물을 열처리로에 투입하여 열처리하는 제3단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열처리 대상물의 통전을 위해 열처리 대상물의 일단에는 전극이 접촉되고, 열처리 대상물의 타단에는 열처리 대상물의 일단에 접촉되는 전극과 다른 극의 전극이 접촉될 수 있다.

또한, 상기 열처리 대상물은 서로 극이 다른 한쌍의 전극에 접촉되어 통전될 수 있다.

또한, 상기 열처리 대상물은 서로 극이 다른 복수 쌍의 전극에 접촉되어 통전될 수 있다.

또한, 상기 제1단계 또는 제2단계에서 특정 온도는 380℃일 수 있다.

또한, 상기 제3단계에서 특정 온도는 380℃일 수 있다.

또한, 상기 열처리 대상물은 금속 재질일 수 있다.

또한, 상기 열처리 대상물은 스프링일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법에 의하면, 열처리 대상물의 전체 뜨임 공정 시간을 현격하게 줄일 수 있다.

또한, 열처리 대상물 내부의 디퓨전(diffusion) 효과를 가속화할 수 있다.

또한, 열처리 대상물의 뜨임을 위한 가열 시간을 대폭 단축할 수 있다.

또한, 주기적 통전에 의해 열처리 대상물의 온도가 뜨임에 적합한 최적의 온도로 유지되므로 열처리 대상물의 가열시간 및 소킹 타임(Soaking time)을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물의 뜨임을 위한 열치리 장치의 구성도이다.
도 2는 기존 열처리 대상물의 뜨임에 따른 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가 시의 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물의 주기적 통전을 이용한 실제 실험결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법은, 통전소성을 이용하여 열처리 대상물(10)의 전체 뜨임 공정 시간을 현격하게 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법은 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하기 전에 열처리 대상물(10)을 통전하여 급속 가열하는 제1단계(S100), 통전을 통해 열처리 대상물(10)을 급속 가열 후 열처리 대상물(10)에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가하여 일정 시간 특정 온도를 유지하는 제2단계(S200) 및 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하여 열처리하는 제3단계(S300)를 포함한다.

도 1, 3과 같이 제1단계(S100)는 열처리 대상물(10)을 통전하여 특정 온도로 급속 가열하는 단계이다. 뜨임 시간을 단축할 수 있도록 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하기 전에 통전을 통해 열처리 대상물(10)을 특정 온로로 급속 가열한다. 이때, 급속 가열 온도는 약 380℃일 수 있다. 또한, 급속 가열 온도는 약 300℃ 내지 400℃일 수 있다. 통전을 위해 열처리 대상물(10)의 상, 하단에는 서로 다른 전극(30)이 연결된다.

구체적으로 열처리 대상물(10) 상단에 + 전극(30)이 연결되고 열처리 대상물(10) 하단에 - 전극(30)이 연결된다. 반대로 열처리 대상물(10) 상단(30)에 - 전극이 연결되고 열처리 대상물(10) 하단에 + 전극(30)이 연결될 수 있다. 열처리 대상물(10)의 통전을 위해 전극은 서로 극이 다른 한쌍 또는 복수 쌍으로 열처리 대상물(10)에 접촉될 수 있다.

이와 같이 열처리 대상물(10)의 뜨임 공정에 있어서 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하기 전에 통전을 통해 열처리 대상물(10)을 뜨임에 적합한 최적의 특정 온도가 되도록 급속 가열함으로써 열처리로(20) 내에서의 열처리 대상물(10)의 뜨임 시간을 대폭 단축할 수 있다. 이로 인해 열처리 대상물(10)의 전체적인 뜨임 공정 시간을 단축할 수 있다.

도 4와 같이 제2단계(S200)는 통전에 의해 특정 온도로 급속 가열된 열처리 대상물(10)에 전류를 주기적 통전(multi-pulse electric current) 또는 연속적으로 인가하여 일정 시간 특정 온도를 유지하게 하는 단계이다. 즉 제2단계(S200)는 제1단계(S100)를 거치면서 일정 온도에 도달한 열처리 대상물(10)에 펄스 형태의 전류를 흐르게 하여 온도가 과도하게 상승되지 않고 특정 온도를 유지할 수 있도록 한다. 이때, 특정 온도는 약 380℃일 수 있다. 또한, 특정 온도는 300℃ 내지 400℃일 수 있다.

이와 같이 열처리 대상물(10)에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가할 경우 열처리 대상물(10) 내부의 디퓨전(diffusion) 효과를 가속화할 수 있다. 또한, 열처리 대상물(10)의 뜨임을 위한 가열 시간을 대폭 단축할 수 있다. 또한, 주기적 통전에 의해 열처리 대상물(10)의 온도가 뜨임에 적합한 최적의 온도로 유지되므로 열처리 대상물(10)의 가열시간 및 소킹 타임(Soaking time)을 단축할 수 있다. 따라서, 열처리 대상물(10) 뜨임 공정의 전체적인 시간을 현격히 줄일 수 있다.

제3단계(S300)는 주기적 통전에 의해 뜨임에 적합한 특정 온도로 유지되는 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하여 특정 온도로 뜨임 등과 같은 열처리를 수행하는 단계이다. 제1단계(S100)와 제2단계(S200)를 순차적으로 거치면서 열처리 대상물(10)은 통전에 의해 뜨임에 적합한 최적의 온도로 통전 가열된 상태로 열처리로(20)에 투입된다.

따라서 열처리로(20)에서 열처리 대상물(10)의 뜨임 시간을 대폭 단축할 수 있다. 열처리 대상물(10)은 열처리로(20)에서 약 380℃의 특정 온도를 유지한 채 일정 시간 열처리될 수 있다. 또한 열처리 대상물(10)은 열처리로(20)에서 약 300℃ 내지 400℃의 특정 온도를 유지한 채 일정 시간 열처리될 수 있다.

그런데 열처리로에서는 통전 가열과 같이 급속 가열이 불가능하기 때문에 때문에 기존 열처리 대상물의 뜨임 공정과 같이 열처리 대상물을 열처리로에 바로 투입하여 뜨임 공정을 진행할 경우 열처리 대상물을 뜨임에 적합한 온도로 가열하는데 많은 시간이 소요된다.

그러나 본 발명의 실시예는 통전을 통해 열처리 대상물(10)을 특정 온도로 급속 가열 후 열처리 대상물(10)에 전류를 주기적인 통전 또는 연속적으로 인가하여 열처리 대상물(10)이 특정 온도를 유지하게 하고, 이 상태로 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입함으로 열처리 대상물(10)의 전체적인 뜨임 공정 시간을 단축할 수 있다. 이는 도 3 내지 도 5의 그래프를 통해 확인할 수 있다.

한편, 도 1 내지 4에는 열처리 대상물(10)이 스프링으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것을 결코 아니다. 예컨대, 열처리 대상물(10)은 열처리가 가능한 금속 재질이면 모두 가능하다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 과정에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 투입하기 전 열처리 대상물(10)의 상, 하단에 전극(30)을 연결한다. 예컨대 열처리 대상물(10)의 상단에 + 전극(30)을 연결하고, 열처리 대상물(10)의 하단에 - 전극(30)을 연결한다.

이 상태에서 도 3과 같이 전극에 전류를 인가하여 열처리 대상물(10)을 통전 가열한다. 구체적으로 전원을 인가하여 열처리 대상물(10)에 전류를 흐르게 하면 열처리 대상물(10)은 도전성 재료로서 저항체에 전류를 통할 때에 발생하는 줄 열(Joule heat)에 의해 뜨임에 적합한 최적의 특정 온도로 급속 가열된다.

열처리 대상물(10)에 전류가 흐르고 흐르는 전기에너지만큼 열처리 대상물(10)의 온도가 급 상승한다. 전류는 열처리 대상물(10)의 일단으로부터 타단으로 흐른다. 이때, 발생하는 줄 열에 의해 열처리 대상물(10)이 급속 가열된다. 예컨대 열처리 대상물(10)은 통전에 의해 약 380℃의 특정 온도로 급속 가열된다.

열처리 대상물(10)을 뜨임에 적합한 온도로 급속 가열한 다음 열처리 대상물(10)을 열처리로(20)에 바로 투입하지 않고 도 4와 같이 열처리 대상물(10)이 일정 시간 특정 온도를 유지할 수 있도록 열처리 대상물(10)에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가한다. 이때 특정 온도는 380℃일 수 있다.

다음 열처리 대상물(10)은 뜨임에 적합한 온도를 유지하는 상태로 열처리로(20)에 투입된다. 본 발명의 실시예는 통전과 더불어 열처리로(20)에서 열처리를 진행하기 때문에 통전과 열처리로의 장점이 동시에 작용하여 열처리 대상물(10) 조직 전체에 열처리가 고르게 이루어질 수 있다. 따라서 조직 전체에 뜨임이 완벽하게 이루어진 강한 탄성을 가진 열처리 대상물을 생산할 수 있다.

한펴, 열처리 대상물을 열처리로에서 열처리하는 경우와 전류를 이용하여 열처리하는 경우 열처리 대상물의 물성이 다르다. 즉, 열처리 대상물에 전류를 가할 경우 모빌리티(mobility) 상승을 통해 열처리 대상물이 로(furnace)에서 열처리할 때와 다른 물성으로 변화하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예는 열처리 대상물을 열처리로에 투입하기 전 통전을 통해 급속가열 후 주기적 통전을 이용하여 일정 시간 온도를 유지하게 함으로써 열처리로에서의 열처리와 다른 물성으로 변화된 고품질의 열처리 대상물을 생산할 수 있다.

다음은 도 2 내지 5에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

도 2는 기존 열처리 대상물의 뜨임에 따른 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다.

도 2를 참조하면 기존 열처리로에 의한 열처리 대상물의 전체 뜨임 시간은 "t1 + t2"이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예서 열처리 대상물을 통전 급속 가열하고, 열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 또는 연속적인으로 인가 특정 온도를 유지하며, 열처리로에서의 열처리를 포함하는 열처리 대상물의 전체 뜨임 시간은 "t1'+ t2'"이다. 따라서 기존 열처리 대상물의 전체 뜨임 시간과 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 전체 뜨임 시간은 "t1'+ t2' < t1 + t2"와 같다.

결국, 도 2의 기존 열처리로에서 열처리 대상물의 가열 시간(t1)보다 도 3의 본 발명에 실시예의 열처리 대상물의 통전 가열 시간(t1')이 짧으므로 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법이 기존 열처리 대상물의 뜨임에 비해 열처리 대상물의 뜨임 시간을 단축할 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가 시의 열처리 대상물의 뜨임 시간 온도를 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열처리 대상물의 주기적 통전을 이용한 실제 실험결과를 나타내는 그래프이다.

도 4의 그래프와 같이 열처리 대상물을 열처리로에 투입하기 전 통전을 통해 약 380℃의 특정 온도로 "t1'"의 일정 시간 동안 가열한다. 그런 다음 급속 가열된 열처리 대상물을 약 380℃의 특정 온도를 유지할 수 있도록 열처리 대상물에 전류를 "t2e"시간 동안 주기적 통전 또는 연속적으로 인가한다.

열처리 대상물에 전류를 주기적 통전 혹은 연속적으로 인가함으로써 열처리 대상물 내부의 디퓨전 효과를 가속화할 수 있다. 또한, 전체적인 열처리 대상물 뜨임 공정의 가열시간 및 소킹 타임을 단축할 수 있다. 도 4의 그래프와 같이 "t2e" 구간에서의 온도는 톱니파(sawtooth wave) 형태의 펄스 파형으로 나타난다. 그리고 전류는 방형파(square wave) 형태의 펄스 파형으로 나타난다. 열처리 대상물은 뜨임에 적합한 특정 온도가 유지되는 상태에서 열처리로에 투입되어 "t2c"시간 동안 약 380℃ 등과 같은 특정 온도를 유지한 채 뜨임의 열처리과정을 거치게 된다.

도 5와 같이 열처리 대상물에 전류를 7회에 걸쳐 흐르게 하는 주기적 통전 실시하였다. 이때 열처리 대상물의 전체적인 온도 유지가 가능한지를 확인하기 위해 5개의 포인트로 나누어 열처리 대상물의 온도를 측정하였다. 그 결과 열처리 대상물의 전체적인 온도 유지가 가능한 것으로 확인되었다.

살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 열처리 대상물의 열처리 방법은 열처리 대상물을 열처리로에 투입 전 통전을 통해 급속 가열 후 열처리 대상물에 전류를 주기적인 통전 또는 연속적으로 인가하여 열처리 대상물이 일정 시간 일정 온도를 유지하게 함으로써, 열처리 대상물의 전체 뜨임 공정 시간을 현격하게 줄일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10:열처리 대상물 20:열처리로
30:전극

Claims (9)

1. 열처리 대상물을 열처리로에 투입하기 전에 상기 열처리 대상물을 서로 극이 다른 복수 쌍의 전극에 접촉하고 통전하여 특정 온도로 급속 가열하는 제1단계; 및
   상기 특정 온도로 통전 가열된 열처리 대상물에 펄스 형태의 전류를 주기적 통전 또는 연속적으로 인가하여 특정 온도를 유지하게 하는 제2단계;
   상기 제2단계를 거친 열처리 대상물을 열처리로에 투입하여 열처리하는 제3단계;
   를 포함하는 열처리 대상물의 열처리 방법.
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