KR20020056059A - 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법 - Google Patents

자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 있어서, 통상의 진공침탄 과정 및 가스소입(Gas Quenching) 과정 후, 820 ∼ 850℃로 20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching) 하는 공정으로 이루어진 열처리법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 표면 이상층의 생성을 막는 진공침탄의 장점을 유지하면서 결정립 미세화가 부가적으로 일어나 결정입도 및 굽힘피로강도가 향상되며 또한 균일한 물성확보에 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법{Surface hardening method of automotive transmission gear}
본 발명은 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 있어서, 통상의 진공침탄 공정 및 가스소입(Gas Quenching) 공정 후, 820 ∼ 850℃로 20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching) 하는 공정으로 이루어진 표면경화처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 변속기 기어류는 그 특성상 내구성 향상을 위해 표면경화처리를 실시하는데 침탄소입열처리를 이용한다. 그러나 침탄소입열처리를 실시 할 경우 대부분 표면에 피로감도저하요소인 표면이상층(비소입층 또는 입계산화층)이 생성되므로 이의 개선을 위하여 새로운 열처리법이 개발 되었다. 그 중 하나가 진공침탄법이다.
진공침탄법은 진공분위기 (저압의 무산화 분위기)에서 침탄을 실시하고 고압의 가스로 소입시키는 (Gas Quenching) 열처리로 일반적인 공정은 도1과 같다. 진공침탄처리된 기어류는 표면에 표면이상층이 없어 일반 침탄소입열처리품에 비하여 피로감도(내구성)이 향상된다.
그러나 진공침탄법의 최종 물성은 특히 가스소입(Gas Quenching)과 관련된 가스의 종류, 가스압에 민감하다. 현재 낮은 밀도, 높은 열전도도 및 열전달계수가 큰 냉각 매체로 아주 우수한 H2나 He을 사용하나, 비용이 비싸고 폭발위험성이 있어 유지가 어려우므로 국내에서는 주로 N2를 사용하고 있다.
N2는 H2나 He에 비하여 가격이 저렴하고 유지가 용이하나 냉각능력이 1/6 ∼ 1/8 수준으로 떨어진다. 따라서 가스압으로 냉각능력을 보충하여야 하나 시설적, 비용적으로 제한을 받는다. 이 때문에 복잡한 형상의 부품을 처리하거나, 대량의 부품을 처리할 경우, 부품별 물성 편차가 커지는 문제가 있어 이를 극복하는 방법의 개발 필요성이 절실히 대두되고 있는 실정이었다.
이에, 본 발명의 별명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 통상의 진공침탄 및 가스소입(Gas Quenching) 공정 후, 820 ∼ 850℃로20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching)함으로써 표면 이상층의 생성을 막으면서 결정입도 및 굽힘피로강도가 향상되며 또한 균일한 물성을 확보할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 통상의 진공침탄 과정 및 가스소입(Gas Quenching) 공정 후, 820 ∼ 850℃로 20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching)하는 공정으로 이루어진 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 진공침탄법의 일반적인 공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 표면경화처리 공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 종래의 진공침탄 및 가스소입(Gas Quenching) 공정 후, 820 ∼ 850℃로 20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching)하는 공정으로 이루어진 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 관한 것이다.
우선, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 진공침탄로를 처리로로 하여, 880 ∼ 980℃에서 80 ∼ 200분 동안 침탄공정을 거친다. 그런 다음, 온도를 820 ∼ 850℃로 낮추어 10 ∼ 30분을 유지한 후, 기압 5 ∼ 10 bar의 조건하에서 가스소입(Gas Quenching)시켜 통상의 진공침탄 공정을 거친다.
이러한 침탄 공정 후, 통상의 소려(Tempering) 공정을 거치지 않고, 재가열공정을 거친다. 즉, 상기 침탄공정 후 가스소입한 다음, 다시 820 ∼ 850℃로 재가열하여 20 ∼ 30분 동안 유지시킨 후 기압 5 ∼ 10 bar의 조건하에서 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching)시키는 공정을 거쳐 결정립미세화가 일어나도록 한다. 그 결과, 진공침탄의 장점을 그대로 유지하면서 결정립미세화가 부가적으로 일어나도록 하여 물성이 향상되도록 함은 물론 균일한 물성을 확보할 수 있게 된다. 여기서, 가스소입의 경우 N2, H2또는 He 중에서 선택된 하나를 비교적 소형이면서 경량물을 처리할 때 사용하며, 오일소입은 중량물이나 큰 처리물 또는 경화길이를 크게 요구하는 부품의 경우에 사용한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 본 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 예시이며, 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 :
ASCM17H1 시편을 진공침탄로를 처리로로 하여, 920℃에서 113분 동안 침탄공정을 거치고, 온도를 850℃로 낮추어 10분동안 유지한 후, 가스소입 매체로 N2를 사용하여 기압 8.5 bar의 조건하에서 가스소입(Gas Quenching)을 하여 통상의 진공침탄 공정을 거쳤다.
이를 다시 820℃까지 재가열하여 30분동안 유지시킨 후 N2로 기압 8.5 bar의 조건하에서 가스소입(Gas Quenching)하는 공정을 실시하였다.
비교예:
상기 실시예와 마찬가지로 ASCM17H1 시편을 진공침탄로를 처리로로 하여, 920℃에서 113분 동안 침탄공정을 거치고, 온도를 850℃로 낮추어 10분을 유지하였다. 그런 다음, 가스소입 매체로 N2를 사용하여 기압 8.5 bar의 조건하에서 가스소입(Gas Quenching)을 실시하였다. 이를 다시 160℃에서 120분 동안 소려(Tempering) 처리하는 통상의 진공침탄방법을 실시하였다.
실험예:결정입도 및 굽힘피로강도 비교
상기 실시예 및 비교예에서 제작한 각각의 시편을 이용하여 이들의 결정입도 및 굽힘피로강도를 체크하였다. 이때, 결정입도는 JISG0551에 규정된 방법으로 측정하였으며, 굽힘피로강도는 Shimadzu H-M Ono형 회전굽힘피로시험기를 이용하여 107cycle에서 파손되지 않는 강도를 측정하였다. 그리고, 그 결과를 다음 표 1에 요약하여 나타내었다.
이상에서와 같이 실시예, 비교예 모두 표면 이상층은 관찰되지 않았으며, 기존 진공침탄법에 의한 처리물에 비하여 본 발명에 의한 처리물은 결정입도에 있어서 약 9.8% 증가하였으며, 굽힘피로강도에 있어서 약 7.5% 증가하였음을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면 소입(Quenching)이외의 공정은 진공로에서 이루어지므로 표면 이상층은 만들어지지 않으며, 재가열에 따른 결정립 미세화가 일어나 결정입도 및 굽힘피로강도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 즉, 표면 이상층의 생성을 막는 진공침탄의 장점을 유지하면서 결정립 미세화가 부가적으로 일어나 결정입도 및 굽힘피로강도가 향상되며 또한 균일한 물성확보에 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 자동차 변속기 기어류의 표면경화처리 방법에 있어서, 통상의 진공침탄 과정 및 가스소입(Gas Quenching) 공정 후, 820°∼ 850°로 20 ∼ 30분 재가열한 직후 가스소입(Gas Quenching) 또는 오일소입(Oil Quenching) 하는 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 표면경화처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스소입 공정은 N2, H2및 He 중에서 선택된 1종을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면경화처리 방법.
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