KR19980085543A - 고강도 고인성 구상 흑연 주철 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도를 가지면서도 연신율 향상으로 고인성을 가짐으로써, 기존의 단조품을 대체할 수 있게 되어 코스트 측면에서 유리함을 제공하고 또 설계 자유도의 향상을 제공하는 고강도 고인성 구상 흑연 주철에 관한 것이다. 본 발명에 따른 구상 흑연 주철은 C 3.30~3.90중량%, Si 2.0~2.60중량%, Mn 0.10~0.50중량%, P 0.04중량% 이하, S 0.02중량% 이하, Cu 0.4~0.8중량%, Mg 0.01~0.06중량%, Mo 0.05~0.2중량% 및 나머지 철과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 조성을 가지며, 870~900℃의 온도에서 30~60분 동안 유지되어 오스테나이즈화된 후 강제 공기 냉각된 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 고인성 구상 흑연 주철

본 발명은 고강도 및 고인성을 갖는 구상 흑연 주철에 관한 것이다.

오늘날 사용되고 있는 고강도 구상 흑연 주철의 일반적인 예로는 FCD55F, FCD60F, FCD65F 둥이 있으며, 이들의 물성 및 화학적 조성은 다음(표 1)에 나타낸 바와 같다:

[표 1]

항복강도(MPa)

인장강도(MPa)

연신율(%)

경도(HB)

화학적 조성(%)

C

Si

Mn

P

S

Cu

Mg

Fe

FCD55F

≥353

≥539

≥6

174~239

3.3~4.1

2.0~3.0

0.1~0.8

0.08이하

0.03이하

0.2~0.6

0.01~0.06

bal.

FCD60F

≥370

≥600

≥3

192~269

↑

↑

↑

↑

↑

0.6~1.0

↑

bal.

FCD65F

≥422

≥637

≥2

217~302

↑

↑

↑

↑

↑

0.6~1.0

↑

bal.

상기(표 1)에서 나타낸 바와 같은 구상 흑연 주철은 자동차의 너클류에 많이 사용되고 있다. 그러나, 이들 주철은 별도의 열처리에 의해 강도 개선이 가능하지만 연신율의 개선에는 한계가 있어, 고하중을 받으면서 강도를 필요로 하는 부품에 적용되는 데는 한계가 있다.

한편, 오늘난 사용되고 있는 고인성 주철의 대표적인 예로는 ADI(Austempered Ductile Iron)가 있는데, 이것은 강한 내마모성이 요구되는 캠, 크랭크샤프트 등과 같은 자동차 부품에 많이 적용되고 있다. 그러나, ADI는 강도가 너무 높아 가공성이 떨어지는 문제가 있어 적용 범위를 넓히는데 있어서 한계가 있고, 열처리 시간이 상대적으로 길기 때문에 생산성에 한계가 있다.

따라서, 상기의 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은, 고강도를 가지면서도 연신율 향상으로 고인성을 가짐으로써 적용 범위가 확대되고, 단시간 내의 열처리가 가능함으로써 생산성의 문제를 배제시키는 고강도 고인성 구상 흑연 주철을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구상 흑연 주철의 조직을 보여주는 100배 배율 현미경 사진,

도 2은 본 발명의 실시예에 따른 구상 흑연 주철의 조직을 보여주는 400배 배율 현미경 사진이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 C 3..30~3.90중량%, Si 2.0~2.60중량%, Mn 0.10~0.50중량%, P 0.04중량% 이하, S 0.02중량% 이하, Cu 0.4~0.8중량%, Mg 0.01~0.06중량%, Mo 0.05~0.2중량% 및 나머지 철과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 조성을 가지며, 870~900℃의 온도에서 30~60분 동안 유지되어 오스테나이즈화된 후 강제 공기 냉각된 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 구상 흑연 주철을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 고강도 고인성 구상 흑연 주철의 합금 조성은 Mn 및 Cu의 양이 각각 0.10~0.50 중량% 및 0.4~0.8 중량%로 규제되고 Mo가 미량 첨가되었다는 것을 제외하곤, 전술한 종래의 FCD60 상당재와 유사하다. 기존의 FCD60 상당재는 별도의 열처리로 강도 및 연신율에서의 개선이 가능하지만 그 효과에는 한계가 있다.

즉, FCD60 상당재의 강도를 유지하면서 연신율을 높이기 위해서는 조직상에 페라이트의 양이 20~30% 정도 있어야 하지만 FCD60에서는 퍼얼라이트 생성 원소의 양이 너무 많기 때문에 열처리에 의한 물성의 개선에는 한계가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 고강도 고인성 구상 흑연 주철에 있어서는 FCD60 상단재에서 페라이트의 양을 보정시키기 위하여 합금 조성에서 퍼얼라이트 생성 원소인 Mn 및 Cu의 양이 각각 0.10~0.50 중량% 및 0.4~0.8 중량%로 규제되어 있고, 인성 보정을 위해 Mo가 0.05~0.2 중량%의 양으로 첨가되어 있다. 그리고 이와 같은 합금 조성의 구상 흑연 주철이 65㎏/㎟ 이상의 고강도 및 약 10% 이상의 고연신율을 갖게 하기 위해서는 본 발명에 따른 독특한 열처리 방식이 수반되어야 한다. 이와 같은 열처리는 상기와 같은 합금 조성을 갖는 구상 흑연 주철을 870~900℃의 온도에서 30~60분 동안 유지시켜 오스테나이즈화시킨 후 실온까지 강제 공기 냉각시키는 것으로 이루어진다. 여기서, 강제 공기 냉각은 기지내에서 퍼얼라이트와 페라이트를 고르게 분포시키는 역할을 한다.

이와 같이 합금 조성이 조절되고 열처리된 본 발명에 따른 구상 흑연 주철은 77.4~79.6㎏f/㎟의 인장 강도 및 10.3~12.4의 연신율을 가진다.

[실시예]

C 3.60중량%, Si 2.3중량%, Mn 0.30중량%, P 0.03중량%, S 0.01중량%, Cu 0.5중량%, Mg 0.04중량%, Mo 0.13중량%와, 나머지 철 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 조성을 갖는 구상 흑연 주철을 열처리로에 장입한 후 880℃의 온도에서 45분간 유지시켜서 오스테나이즈화시켰다. 그런 다음, 상기 주철을 열처리로에서 꺼낸 후 실온까지 강제 공기 냉각시켰다.

이와 같이 처리된 구상 흑연 주철의 조직 분포를 검사하기 위하여 상기 주철의 표면에 대한 현미경 사진 촬영을 실시하였는데, 도 1은 주철 조직 표면의 100배 배율 현미경 사진이고, 도 2는 400배 배율 현미경 사진이다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따라 처리된 구상 흑연 주철의 구상 흑연 주위 및 기지에는 퍼얼라이트와 페라이트가 고르게 분포해 있으며, 분포된 페라이트 량은 적당량인 약 23% 정도이다.

또한, 본 실시예에 따라 처리된 구상 흑연 주철의 기계적 특성 평가를 위한 측정을 통상적인 방법으로 실시하였는데 인장 강도는 약 78.2㎏/㎟이고, 연신율은 약 11.2%였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 고인성 구상 흑연 주철은 고강도를 가지면서도 연신율 향상으로 고인성을 가짐으로써, 기존의 단조품을 대체할 수 있게 도어 코스트 측면에서 유리함을 제공하고 또 설계 자유도의 향상을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 주철은 열처리 시간이 1시간 이내와 같이 비교적 짧기 때문에 기조의 생산성의 문제를 해소시킨다.

한편, 이상에서는 본 발명에 의한 고강도 고인성 구상 흑연 주철의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. C 3.30~3.90중량%, Si 2.0~2.60중량%, Mn 0.10~0.50중량%, P 0.04중량% 이하, S 0.02중량% 이하, Cu 0.4~0.8중량%, Mg 0.01~0.06중량%, Mo 0.05~0.2중량% 및 나머지 철과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 합금 조성을 가지며, 870~900℃의 온도에서 30~60분 동안 유지되어 오스테나이즈화된 후 강제 공기 냉각된 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 구상 흑연 주철.