KR20000072399A

KR20000072399A - 구상흑연주철의 오스템퍼열처리방법

Info

Publication number: KR20000072399A
Application number: KR1020000051647A
Authority: KR
Inventors: 이광래
Original assignee: 이광래
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2000-12-05
Also published as: KR100340468B1

Abstract

본 발명은 피가공물의 심부조직을 표면조직과 같은 베이나이트조직으로 변태시킬 수 있는 새로운 구상흑연주철의 오스템퍼열처리방법에 대한 것이다.

본 발명에 따르면, 구상흑연주철을 오스템퍼 열처리하는 방법에 있어서, 구상흑연주철로 된 피가공물을 그 심부가 850∼950℃에 도달할 때까지 가열유지시킨 후에, 상기 피가공물을 200~300℃로 유지된 1차염욕에서 10초~5분간 침적하여 급냉시켜 피가공물 심부의 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 비켜 지나도록 하고, 상기 피가공물을 300~450℃의 2차염욕에서 60분~90분간 침적시켜 항온변태시킨 다음, 상온으로 냉각시키는 과정을 포함하여 이루어져서, 피가공물의 심부가 표면조직과 동일한 베이나이트조직으로 변태되도록 하는 것을 특징으로 하는 구상흑연주철의 오스템퍼 열처리방법이 제공된다.

Description

구상흑연주철의 오스템퍼열처리방법{austemper method of nodular graphite cast iron}

본 발명은 구상흑연주철의 오스템퍼열처리방법에 관한 것으로, 피가공물의 심부조직을 표면조직과 같은 베이나이트조직으로 변태시킬 수 있는 새로운 구상흑연주철의 오스템퍼열처리방법에 관한 것이다.

오스템퍼(Austemper)는 주철로 된 피가공물의 페라이트(ferrite)와 퍼얼라이트(pearlite) 혼합조직을 인성이 우수한 베이나이트(bainite)조직으로 변태시키는 열처리방법이다. 이 오스템퍼 처리는 도 1에 도시된 바와 같이 피가공물을 850~900℃의 오스테나이트영역으로 가열한 다음, A₁변태점과 M_S점 사이의 온도(주로 250~450℃)로 항온변태시킨 후 실온으로 냉각하여 이루어진다. 이때 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각경로에 따라 여러 가지 조직이 얻어지고 이에 따라 피가공물의 성질도 다양하게 변화되는데, 가열된 피가공물이 서냉되어 그 냉각경로가 b곡선과 같은 경로를 가지게 되면, 그 경로가 퍼얼라이트석출영역을 지나게 되므로 고온 퍼얼라이트조직이그대로 남아 있게 된다. 그리고 피가공물이 베이나이트조직으로 변태하기 위해서는 d곡선과 같은 냉각경로를 가져야 한다.

그런데, 비교적 크기가 크거나 두께가 두꺼운 피가공물을 오스템퍼하는 경우에는 가열된 피가공물의 냉각시 피가공물의 표면은 급냉되어 베이나이트조직으로 변태되나, 피가공물의 심부는 a나 b곡선과 같이 서냉되어 그 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역(1)을 지나게 되므로 피가공물의 심부에는 고온 퍼얼라이트조직이 남아있게 된다. 이와 같이 피가공물의 심부가 퍼얼라이트조직으로 남아있게 되면 심부의 경도가 상당히 높아져서 표면경도와 심한 편차를 보이게 되어 제품의 불량이 초래된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 피가공물의 주물시 Ni, Cu, Mo 등의 합금원소를 첨가하여 열처리하는 방안이 제안되기도 하였다. 이와 같이 합금원소를 첨가하는 경우에는 도 2의 (2)와 같이 퍼얼라이트석출영역이 우측으로 이동하게 되어 피가공물이 비교적 서냉하더라도 그 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 비켜 지나게 된다. 그러나 이와 같이 합금원소를 첨가하더라도, 피가공물 심부의 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 완전히 벗어나지 못하였다. 뿐만 아니라, 합금원소의 첨가로 인해 열처리의 비용이 상승되는 문제점이 있다. 따라서 비교적 크기가 크고 두꺼운 피가공물을 열처리하는 경우에는 이와 같이 합금원소를 첨가하더라도 그 심부까지 베어나이트조직으로 변태시키 지는 못하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 처리공정이 간단할 뿐만 아니라 피가공물의 심부조직을 표면조직과 같은 베이나이트조직으로 변태시킬 수 있어서 품질이 우수한 제품을 제작할 수 있고, 제품의 불량률을 낮출 수 있는 새로운 구상흑연주철의 오스템퍼 열처리방법을 제공하는 것이다.

도 1은 오스템퍼 열처리시 피가공물의 냉각경로에 따른 조직변화를 보인 도면

도 2는 종래의 오스템퍼링 열처리방법을 보인 사이클도

도 3은 본 발명의 일실시예와 비교예에서 사용된 피가공물의 사진

도 4는 열처리후의 조직변화를 관찰하기 위해 상기 피가공물을 절단한 사진

도 5는 상기 피가공물을 종래의 방법으로 열처리한 후 각 부분의 조직변화를 보인 사진

도 6은 본 발명에 의한 오스템퍼링 열처리방법을 보인 사이클도

도 7은 상기 피가공물을 본 발명에 의한 방법으로 열처리한 후 각 부분의 조직변화를 보인 사진이다.

이하, 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 피가공물은 구상흑연주철을 소정형상으로 성형하여 된 것이다. 이 구상흑연주철로 된 피가공물을 무산화분위기의 고온염욕 또는 가열로에서 850~900℃로 가열하는데, 이때 피가공물의 표면뿐만 아니라 그 심부까지 850~900℃가 되도록 약30~120분 정도 가열유지시킨다.

그런 다음 가열된 상기 피가공물을 후술하는 항온변태온도(300~450℃)보다는 낮고 M_S점 보다는 높은 온도인 200~300℃로 유지되고 있는 1차염욕로에 침지하여 급냉시킨다. 이때에는 피가공물의 두께에 따라 침지시간을 10초~5분정도 사이로 조절하는데, 피가공물의 두께와 침지시간이 비례되도록 처리한다. 이와 같이 1차염욕하면 1차염욕의 온도가 일반적인 항온변태온도(300~450℃) 보다 낮기 때문에, 피가공물의 표면이 급냉됨과 동시에 피가공물의 심부도 급냉되어 심부의 냉각경로가 도 1의 d곡선과 같이 되어 퍼얼라이트석출영역을 비켜 지나가게 된다. 이때 바람직하게는 상기 피가공물에 전술한 바와 같은 Ni, Cu, Mo 등의 합금원소를 첨가하면, 도 1에 도시된 (2)곡선과 같이 퍼얼라이트석출영역이 우측으로 이동되기 때문에 피가공물 심부의 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 더욱 확실하게 비켜지나가게 된다. 이러한 1차염욕시 염욕의 온도를 200~300℃정도로 조절하는 이유는 1차염욕의 온도가 200℃보다 낮으면 피가공물의 표면이 M_S점 보다 낮아져서 피가공물의 표면조직이 베이나이트화되지 않고 마르텐사이트조직으로 될 우려가 있고, 1차염욕의 온도가 300℃보다 높으면 일반적인 항온변태온도와 큰 차이가 없어서 피가공물 심부의 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 지나게 되기 때문이다. M_S점은 잔류 오우스테나이트가 상온 방치에 의해 안정화되어 저온에서 또 다시 마르텐사이트화하는 변태점이다.

이와 같이 피가공물을 1차염욕하여 그 심부까지 급냉시킨 다음, 300~450℃의 2차염욕로에 침지시켜 피가공물의 온도를 일반적인 항온변태온도로 상승시킨다. 그리고 이때 피가공물을 이 2차염욕로에서 60~90분간 침지시켜 항온변태시킨다. 그리고 나서 피가공물을 공기중에 방치하여 냉각시킨다.

비교예 1

도 3에 도시된 바와 같이 가장 두꺼운 부분(1)의 두께가 100㎜이며, 트럭용 부품인 콘트롤암 4개를 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 방법으로 열처리하였다. 즉, 900℃로 가열하고 1시간 유지시켜 피가공물 내부의 온도도 900℃에 도달되도록 한 다음, 390℃의 염욕로에서 90분 침지시킨 후, 공기중에서 냉각시켰다.

이와 같이 처리한 피가공물의 가장 두꺼운 부분을 도 4에 도시된 바와 같이 횡방향으로 절단하여 다수개의 시편을 만들고, 각 시편의 조직사진을 찍은 결과 도 5와 같았다.

일반적으로 검은 흑연사이의 조직이 침상조직인 베이나이트조직으로 되어야 열처리가 잘 된 것이나, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 처리방법으로 처리한 결과, 피가공물의 심부로 들어갈수록 베이나이트조직이 희미해지고 심부에서는 고온 퍼얼라이트조직이 잔류됨을 확인할 수 있다.

실시예 1

비교예 1에서와 동일한 피가공물을 도 6에 도시된 바와 같은, 본 발명에 의한 방법으로 처리하였다. 즉, 피가공물을 900℃로 가열하여 그 심부까지 동일한 온도가 되도록 45분 유지시킨 후, 270℃로 유지된 1차염욕로에 2분간 침지시켰다. 그런 다음, 380℃로 유지된 2차염욕로에 90분간 침적시켜 항온변태시킨 다음, 공기중에서 냉각시켰다.

이와 같이 한 다음, 상기 피가공물의 가장 두꺼운 부분을 도 2와 같이 절단하여 다수개의 시편을 만들어, 조직사진을 찍은 결과, 도 7과 같았다.

도 7에 의하면 본 발명에 의해 처리한 결과, 피가공물의 심부에도 표면조직과 동일한 베이나이트조직이 형성된 것을 확인할 수 있다.

그리고 비교예 1 및 실시예 1과 같이 처리한 피가공물의 물성을 테스트한 결과 표 1과 같았다.

<표 1>

구분	단위	비교예 1	실시예 1
표면조직		베이나이트	베이나이트
심부조직		고온 퍼얼라이트	베이나이트
표면경도	HB	277 ~ 293	286 ~ 293
심부경도	HB	320 ~ 340	277 ~ 293
표면인장강도	㎏ㆍf/㎟	95 ~ 100	95 ~ 100
심부인장강도	㎏ㆍf/㎟	100 ~ 120	95 ~ 105
표면신율	%	11 ~ 12	11 ~ 14
심부신율	%	2 ~ 3	8 ~ 10
표면충격치	㎏ㆍm/㎤	10 ~ 11	10 ~ 12
심부충격치	㎏ㆍm/㎤	2 ~ 3	9 ~ 10

표 1에 의하면 종래의 방법으로 처리한 비교예 1의 경우에는 심부에 고온 퍼얼라이트조직이 남아 있어, 심부가 표면보다 상대적으로 경도가 높음을 알 수 있다. 따라서 심부와 표면의 경도편차가 심하고, 피가공물의 두께에 따라 각 부분의 경도편차가 심하기 때문에 제품불량이 초래된다.

그러나 본 발명에 의한 방법으로 처리한 실시예 1의 경우에는 피가공물의 심부까지도 균일하게 베이나이트조직이 형성되므로 표면과 심부의 경도차이가 없었다. 따라서 본 발명에 의하면 우수한 품질의 제품을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 2단계 염욕처리하는 간단한 방법으로 피가공물의 내부조직을 표면조직과 같은 베이나이트조직으로 변태시킬 수 있는 새로운 구성의 구상흑연주철의 오스템퍼 열처리방법이 제공된다. 이러한 본 발명에 의하면, 피가공물의 심부까지도 표면조직과 같은 베이나이트조직으로 변태되므로 고품질의 제품을 생산할 수 있고, 이에 따라 제품의 불량률이 저하된다. 이와 같은 본 발명에 의한 방법은 특히 두께가 큰 대형제품에 적용하면 낮은 코스트로 고품질의 제품을 생산할 수 있어서 경제적이다.

Claims

구상흑연주철을 오스템퍼 열처리하는 방법에 있어서, 구상흑연주철로 된 피가공물을 그 심부가 850∼950℃에 도달할 때까지 가열유지시킨 후에, 상기 피가공물을 200~300℃로 유지된 1차염욕에서 10초~5분간 침적하여 급냉시켜 피가공물 심부의 냉각경로가 퍼얼라이트석출영역을 비켜 지나도록 하고, 상기 피가공물을 300~450℃의 2차염욕에서 60분~90분간 침적시켜 항온변태시킨 다음, 상온으로 냉각시키는 과정을 포함하여 이루어져서, 피가공물의 심부가 표면조직과 동일한 베이나이트조직으로 변태되도록 하는 것을 특징으로 하는 구상흑연주철의 오스템퍼 열처리방법