KR101945005B1 - 온도 감소 도중 최종 질화 단계를 갖는 침탄 질화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 700℃ 내지 750℃로부터 860℃ 내지 1000℃까지의 온도에서의 초기 질화 단계(Ni)로 이어지는 단순 온도 상승 단계(M) 이후 단순 온도 상승 단계에 비하여 저감된 온도 구배를 이용하여 수행되는 초기 질화 단계(Ni)를 포함하는 온도 상승 단계; 및 일정 온도에서 교대로 나타나는 침탄 단계(C1-Cn) 및 질화 단계(N1-Nn)를 포함하고, 최종 질화 단계는 급속 온도 감소(T) 직전에 온도의 감소를 동반하는 것인, 철강 부품, 특히 자동차 제조에 사용되는 부품의 침탄 질화 방법에 관한 것이다.

Description

온도 감소 도중 최종 질화 단계를 갖는 침탄 질화 방법 {CARBONITRIDING METHOD HAVING A FINAL NITRIDATION STEP DURING TEMPERATURE DECREASE}

본 발명은 그 내용(본문, 도면 및 청구범위)이 참조로서 본 발명에 포함되는 2011년 10월 31일자 출원된 프랑스 출원 1159878에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 철강 부품 특히 자동차 제조에 사용되는 부품의 침탄 질화 방법에 관한 것이지만, 그에 국한되는 것은 아니다. 특히, 본 발명은 농업 기계, 공작 기계의 제조에 사용되는 부품 또는 항공 분야에서의 부품에도 적용될 수 있다.

온도 상승 단계 및 온도 균등화 단계가 선행하고, 급속 온도 감소 단계가 뒤따르는, 일정한 온도에서의 침탄(cementing) 및 질화가 교대로 수행되는 단계를 포함하는 철강 부품의 침탄 질화 방법은 문헌 EP1885904호에 공지되어 있다. 변형으로서, 온도 상승 단계 중 및/또는 온도 균등화 단계 중 800℃에서 질화 가스를 주입하는 방법이 제공된다.

본 발명은 전술한 문헌의 방법을 개량하기 위한 목적, 즉, 좋기로는 처리 시간을 감소시키고, 얻어지는 부품의 품질을 개량하기 위함을 목적으로 한다.

발명의 간단한 설명

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 온도 상승 단계가 선행하고, 급속 온도 감소 단계가 뒤따르는, 일정한 온도에서의 교대적 침탄 및 질화 단계를 포함하고, 상기 최종 질화 단계는 상기 급속 온도 감소 직전에 온도 감소를 동반하는 것인, 철강 부품, 특히 자동차 제조시 사용되는 부품의 침탄 질화 방법을 제공한다.

실제로, 이미 본 발명의 일부인 관점에 따르면, 침탄 온도보다 낮은 온도로부터 상기 급속 온도 감소의 개시가 가능하다는 것이 관찰되었다. 최종 질화 단계 도중의 온도 감소는, 따라서 양호한 질화로 이끄는 조건에서 후자의 수행을 가능하게 한다.

본 발명의 양호한 양태에 따르면, 상기 최종 질화 단계는 온도가 일정한 스테이지(a temperature stage)를 포함한다. 상기 최종 질화 단계는 따라서 최적 조건에서 수행된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 온도 상승 단계는 온도 상승이 이루어지는 초기 질화 단계로 이어지는 단순 온도 상승 단계를 포함한다. 좋기로는, 상기 초기 질화 단계 도중에 이루어지는 온도 상승은 상기 단순 온도 상승 단계에 비하여 감소된 온도 구배로 이루어진다. 따라서, 처리 시간을 증가시키지 않고, 양호한 질화를 촉진하는 조건에서 수행되는 질소 강화가 증가되고, 그에 따라 후속하는 질화 단계들 중 하나의 단축 또는 억제를 가능하게 하고, 이에 따라 총 처리 시간의 감소를 가능케 한다.

본 발명의 또 다른 하나의 양호한 관점에 따르면, 상기 초기 질화 단계는 700℃ 내지 750℃ 범위의 온도로부터 860℃ 내지 1000℃ 범위의 온도로 상승시켜 수행된다.

도면의 간단한 설명

여러 가지 구현예에 따른 본 발명의 여러 가지 단계를 설명하는 단순화된 도식인 첨부된 3개의 도면을 통하여, 전술한 그리고 다른 목적, 구성 및 효과가 본 발명에 다른 저압 침탄칠화 방법의 이하 여러 가지 구체적인 비제한적 구현예에 대한 설명으로부터 드러날 것이다.

발명의 상세한 설명

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 외기 온도로부터 700℃ 온도 지점(도면상 Ni1)까지 연속적인 실선으로 나타나 있는 제1 단순 온도 상승 단계 M을 포함하는 제1 온도 상승 단계를 포함한다. 처리 철강의 조성에 따라, 상기 단순 온도 상승 단계는 700℃ 내지 750℃의 범위의 온도에 이르기까지 수행될 수 있고, 10분 내지 90분 동안 이루어질 수 있다. 즉, 상기 단순 온도 상승은 8℃/분 내지 75℃/분 범위의 온도 구배로 수행된다.

그 후, 상기 방법은 온도 상승 단계 도중에 실시예에서의 940℃까지 온도 상승 단계가 계속되는 초기 질화 단계 Ni를 포함한다. 실시상, 상기 940℃ 온도는 더 양호한 품질 관리를 달성할 수 있게 하는 860℃와 더 빠른 처리를 수행할 수 있게 하는 1000℃ 사이에서 타협하게 된다.

도 1의 구현예에 있어서, 초기 질화 단계의 제1 구현예에 대응하여, 온도 상승은 일정하지만, 단순 온도 상승 시의 온도 구배보다는 작은 3.5℃/분 내지 16℃/분 범위의 온도 구배로 이루어진다. 상기 초기 질화 단계는 이 초기 단계에서 고정시키길 원하는 질소의 양과 처리될 철강의 조성에 따라 15분 내지 45분간 지속된다.

그 자체로 알려져 있듯이, 상기 초기 질화 단계는 확산 단계들과 교대로 수행되는 질화 가스 주입 단계 예컨대 암모니아 주입 단계들을 포함한다.

도 2에 나타나 있는 초기 질화 단계의 제2 구현예에 따르면, 온도 상승은 750℃ 내지 850℃ 범위의 온도 지점까지의 단순 온도 범위와 같은 동일한 온도 구배로 이루어지는데, 도 2에 Ni2로 나타난 바와 같이, 이 경우에는 800℃이다. 그 후, 온도는 도 2에서 Ni3로 나타내어진 시간까지 1단으로(at a stage) 유지되다가, 그로부터 급격한 온도 상승이 이루어져 침탄 온도에 이른다. 상기 일정 온도(stage temperature)는 공지된 방법으로 선택되어 처리될 부품 조성에 대하여 최적의 조건에서 상기 초기 질화 단계를 수행한다. 이와 관련하여, 상기 단계, 상기 최종 온도 상승은 부품에 적절치 않은 스트레스를 주지 않고 매우 신속하게, 예컨대 80℃/분 내지 100℃/분으로 수행될 수 있음을 주지하여야 한다.

도 3에 나타나 있는 초기 질화 단계의 제3 구현에에 따르면, 온도 상승은 Ni1 지점으로부터, 제1 구현예보다 낮은 온도 구배, 좋기로는 2℃/분 내지 8℃/분 범위로, Ni4로 나타내어진 시간까지, 이 경우에는 850℃에 해당하는 온도까지 이루어지고, 그로부터, 상기 제2 구현예에서와 유사한 구배에 따라 급격한 온도 상승이 이루어져 침탄 온도에 다다른다.

초기 질화 단계에 사용되는 구현예가 무엇이든, 그 후 상기 방법은 질화 단계들과 교대로 나타나는 n개의 침탄 단계들을 포함한다. 공지된 바와 같이, 상기 침탄 및 질화 단계들은 확산 단계들과 교대로 나타나는 처리 가스의 주입 단계를 포함한다(도면에 도시하지 않음). 도면상, 질화 단계 N1과 마지막 침탄 단계 Cn 사이가 끊어져 있다. 마지막 침탄 단계 Cn의 종국에, 상기 방법은 급속 온도 감소 T 직전에 온도 감소를 동반하는 최종 질화 단계 Nn을 포함한다.

도면상 단점선으로 나타낸 최종 질화 단계 Nn의 제1 구현예에 따르면, 상기 온도 감소는 효과적인 급속한 온도 감소가 가능할 정도로 충분히 높은 온도 범위이면서 질화를 위한 최적의 온도 범위 내 온도까지 계속하여 하강시키며 이루어진다. 구체적인 실시예에서, 급속 온도 감소 전 상기 최종 온도는 840℃이다. 실시상, 만족스러운 결과는 급속 온도 감소 전 최종 온도 범위 900℃ 내지 800℃에서 얻어진다. 이러한 제한된 온도 감소가 급속 온도 감소 중 부품에의 스트레스를 줄이는 것으로 관찰되었다.

상기 최종 질화 단계는 좋기로는 15분 내지 60분간 지속되는데, 이는 10℃/분 내지 1℃/분 범위의 온도 구배에 해당한다. 상기 초기 질화 단계에서와 동일한 방식으로, 상기 최종 질화 단계는 좋기로는 확산 단계들과 교대로 나타나는 질화 가스 주입 단계들을 포함한다.

도 2에 도시된 최종 질화 단계 Nn의 제2 구현예에 따르면, 상기 온도 감소는 처음에는 급속하게, 가공 철강에 대한 최적 질화 온도, 도면상 Nn1으로 나타난 온도, 여기서는 840℃까지 하강시 철강에 과도한 스트레스를 주지 않는 가능한 큰 구배로 이루어지고, 그 후 온도는 급속 온도 감소 개시 전까지 1단으로 유지된다.

실시상, 본 발명에 따른 방법은 상기 초기 질화 단계에 대한 임의의 구현예들과, 상기 최종 질화 단계에 대한 임의의 구현예들을 조합하여 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 질화 단계들의 효율 증가로 인하여 두 침탄 단계들 사이 포함되는 적어도 하나의 질화 단계를 단순 확산 단계로 대체하는 것이 가능하다는 것을 주지하여야 한다. 이러한 단계는 질화 단계보다 짧으므로, 총 처리 시간이 단축된다.

물론, 본 발명은 개시된 구현예에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 청구범위에 정의된 본 발명의 얼개로부터 벗어남이 없이 대체적인 구현예들이 응용될 수 있다. 특히, 상기 초기 온도 상승은 도면에서 점선으로 나타난 바와 같이 일정한 구배에 따라 이루어질 수 있다.

Claims (10)

1. 온도 상승 단계가 선행하고, 이어서 일정한 온도에서 침탄 단계들(C1-Cn) 및 질화 단계들(N1-Nn-1)이 교대로 수행되고, 이어서 급속 온도 감소 단계(T)를 포함하는 철강 부품의 침탄 질화 방법으로서,
   상기 급속 온도 감소 단계(T) 직전에 온도 감소를 동반하는 최종 질화 단계(Nn)를 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도 감소는 900℃ 내지 800℃ 범위의 온도까지 하강하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 온도 감소는 10℃/분 내지 1℃/분 범위의 온도 구배로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 최종 질화 단계는 등온도 스테이지(Nn1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 온도 상승 단계는 단순 온도 상승 단계가 먼저 수행되고, 이어서 온도가 상승되는 초기 질화 단계(Ni)가 수행되는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(Ni)는 700℃ 내지 750℃ 범위의 온도로부터 860℃ 내지 1000℃ 범위의 온도 범위로 상승시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(N1) 중에 이루어지는 온도 증가는 상기 단순 온도 상승 단계(M)에 비하여 감소된 온도 구배로 이루어지는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(Ni)는 등온도 스테이지(Ni2-Ni3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(N1)은 제1 침탄 단계(C1)로 즉시 이어지는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법.
10. 제5항에 있어서,
    상기 초기 질화 단계(N1)는 3.5℃/분 내지 10℃/분 범위의 온도 구배로 수행되는 것을 특징으로 하는 침탄 질화 방법

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