KR20030056643A - 오스템퍼링 열처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재의 표면부위만 선택적으로 오스템퍼링 열처리할 수 있는 오스템퍼링 열처리방법을 제공한다. 본 발명의 열처리방법은, 구상흑연주철로 이루어진 소재를 오스템퍼링 열처리하는 방법에 있어서, 소재를 예열하는 예열 단계와; 소재의 표면만 국부적으로 오스테나이트화될 수 있도록 예열된 소재를 가열하고 등온처리하는 등온열처리단계와; 소재의 표면을 냉각시켜 베이나이트화시키는 퀀칭 단계와; 소재 표면의 베이나이트 조직을 안정적으로 만들어주도록 등온 유지시키는 템퍼링 단계를 포함한다. 특히, 예열 단계에서 소재는 300℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 예열되며, 등온열처리단계에서 소재는 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 등온열처리되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 소재를 예열한 상태에서 이를 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온으로 유지시킴으로써 소재의 표면부위만을 선택적으로 오스템퍼링 열처리할 수 있고 동시에 소재의 열변형을 최대한 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Description

오스템퍼링 열처리방법{HEAT TREATMENT METHOD FOR AUSTEMPERING}

본 발명은 오스템퍼링 열처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재의 표면부위만 선택적으로 오스템퍼링 열처리할 수 있는 오스템퍼링 열처리방법에 관한 것이다.

ADI(Austempered Ductile Cast Iron)소재는 구상흑연주철을 오스템퍼링 열처리하여 얻어지는 것으로, 인장강도와 연신율이 높고 무게가 가벼우며 마찰저항이 우수하다는 특징을 갖추고 있다. 이러한 ADI 소재는, 내마성과 강도와 인성이 동시에 요구되는 기어류나 엔진의 부품에 많이 사용되고 있으며, 최근들어 그 사용범위가 점차 확대되고 있는 실정이다.

이와 같은 ADI 소재의 오스템퍼링 열처리방법을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 구상흑연주철로 이루어진 소재를 Ac3 변태점 이상으로 가열한 다음, 이를 등온 열처리하여 기지조직을 오스테나이트로 변태시킨다. 그리고 오스테나이트화 된 소재를 펄라이트 생성온도와 마르텐사이트 생성온도사이에서 급냉시키고, 급냉된 처리물을 다시 등온으로 유지시켜 오스테나이트 조직을 베이나이트로 변태시킨다. 그리고, 최종적으로 베이나이트화 된 소재를 공기 중에서 서냉시킨다.

이와 같은 공정을 통해 만들어진 ADI 소재(이하, "소재"라 약칭함)는 높은 인장특성과 항복특성 그리고 우수한 내마모성을 갖게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 오스템퍼링 열처리방법은, 소재의 표면에만 오스템퍼링 열처리하기 어렵다는 단점이 지적되고 있다. 즉, 종래의 오스템퍼링 열처리방법은 소재의 전체가 열처리 되는 바, 이에 따라 표면의 내마모성이 요구되는 소재를 열처리하는 경우, 필요 이상으로 소재의 내부까지 오스템퍼링되는 단점이 있는 것이다. 이같은 단점은 에너지 소비를 증가시킬 뿐만 아니라 이에 따른 열처리비용도 증가시키는 문제점이 있다.

또한, 종래의 오스템퍼링 열처리방법은, 오스테나이트를 베이나이트로 변태시키는 과정에서 부피의 팽창이 수반되는 바, 소재가 변형되어 높은 정밀도가 요구되는 부품의 사용이 제한된다는 단점이 지적되고 있다. 물론, 열처리가 완료된 소재를 기계가공함으로써 그 정밀도를 높여주기도 하지만, 이같은 경우, 별도의 기계가공처리를 해야하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 열처리 과정에서 발생되는 소재의 변형량을 감안하여 소재를 맞춰 제작해야 하는 등의 불편함이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 소재의 표면부위만을 선택적으로 오스템퍼링 열처리할 수 있는 오스템퍼링열처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소재의 부피팽창을 최소한으로 줄여 줌으로써 소재의 열변형을 최대한 방지할 수 있는 오스템퍼링 열처리방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오스템퍼링 열처리방법의 구성을 나타내는 블록도이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구상흑연주철로 이루어진 소재를 오스템퍼링 열처리하는 방법에 있어서, 상기 소재를 예열하는 예열 단계와; 상기 소재의 표면만 국부적으로 오스테나이트화될 수 있도록 예열된 상기 소재를 가열하고 등온처리하는 등온열처리단계와; 상기 소재의 표면을 냉각시켜 베이나이트화시키는 퀀칭 단계와; 상기 소재 표면의 베이나이트 조직을 안정적으로 만들어주도록 등온 유지시키는 템퍼링 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 예열 단계에서 상기 소재는 300℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 예열되며, 상기 등온열처리단계에서 상기 소재는 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 등온열처리되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 오스템퍼링 열처리방법의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 오스템퍼링 열처리방법의 구성을 나타내는 블록도이다. 이에 따르면, 본 발명의 열처리방법은 구상흑연주철로 이루어진 소재를 구비하고, 구비된 소재를 예열하는 단계(S101)를 포함한다. 예열 단계(S101)는, 소재를 예열함으로써 이후에 가해지는 고온의 열충격을 사전에 완화시키고, 이와 동시에 표면조직의 오스테나이트화에 걸리는 시간을 단축시키기 위함인 것이다. 이때의 예열 온도는 대략 300℃ 내지 500℃ 범위로 예열함이 바람직하다.

그리고 본 발명의 열처리방법은 예열된 소재를 대략 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온 처리하는 등온열처리단계(S103)를 포함한다.

등온열처리단계(S103)는 예열된 소재에 Ac3 변태점 이상의 고열을 일정하게 가하여 기지조직을 오스테나이트 조직으로 변태시키는 단계로서, 대략 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온으로 유지시킨다. 특히, 등온열처리단계(S103)는 900℃ 내지 990℃의 온도에서 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온으로 유지시킴으로써 소재의 표면부위만 오스테나이트 조직으로 변태시키면서 동시에 소재의 열변형을 방지하는 단계이다.

여기서, 소재의 표면부위만 오스테나이트 조직으로 변태되는 이유는, 예열된 소재를 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온으로 유지시키기 때문인데, 이는 종래의 열처리방법보다 월등히 짧은 가열시간과 등온유지시간을 갖게 함으로써, 고온의 열이 소재의 내부로 침투하여 소재의 내부 조직을 오스테나이트화시키는 것을 방지하기 때문이다. 한편, 예열 단계(S101)를 통해 미리 예열된 소재는, 짧은 가열시간과 등온유지시간에도 불구하고 표면조직의 오스테나이트화를 가능하게 한다.

아울러, 소재의 열변형이 방지되는 이유는, 등온열처리단계(S103)를 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도에서 시행하기 때문인데, 이는 Ac3 변태점(860℃ 내지 900℃)으로 가열하는 경우에는 짧은 시간내에 소재의 표면만을 가열하기가 어렵고, 1000℃이상의 온도로 가열하는 경우에는 부피의 팽창과 표면조직의 조대화등을 가져와 소재의 변형을 일으키기 때문이다.

한편, 등온열처리단계(S103)는 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도를 유지하는 가열로를 통해 이루어지도록 구성된다.

다음으로, 본 발명의 열처리방법은 열처리된 소재를 급냉시키는 퀀칭 단계 (S105)를 포함한다. 퀀칭 단계(S105)는 오스테나이트화 된 소재의 표면을 급격히 냉각시켜 베이나이트화시키는 단계로서, 이때의 냉각온도는 펄라이트의 생성온도와 마르텐사이트의 생성온도의 중간의 온도인 대략 230℃ 내지 400℃ 범위로 냉각한다.

한편, 퀀칭 단계(S105)가 완료되면, 이어서 퀀칭된 소재를 소정시간동안 등온 유지시키는 템퍼링 단계를 시행한다(S107). 템퍼링 단계(S107)는 퀀칭하여 형성된 소재 표면의 베이나이트 조직을 변태 또는 석출을 진행시켜 안정적으로 만들어주는 단계로서, 퀀칭 단계(S105)의 온도인 230℃ 내지 400℃ 범위를 그대로 유지시킨다. 여기서, 퀀칭 단계(S105)와 템퍼링 단계(S107)는 염욕로(salt bath furnace)에서 염욕처리함으로써, 소재의 표면이 고르게 등온 냉각될 수 있게 한다.

한편, 템퍼링 단계(S107)가 완료되면, 최종적으로 베이나이트화 된 소재를 공기 중에서 서냉시킨다(S109).

이상과 같이 여러 단계를 통하여 제조된 구상흑연주철의 소재는 그 표면만이 선택적으로 오스템퍼링 열처리되게 된다. 특히, 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 가열처리하고 등온으로 유지시킴으로써 소재의 열변형을 최대한 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 오스템퍼링 열처리방법은 소재를 예열한 상태에서 이를 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 가열하고 등온으로 유지시킴으로써 소재의 표면부위만을 선택적으로 오스템퍼링 열처리할 수 있고 동시에 소재의 열변형을 최대한 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (3)

1. 구상흑연주철로 이루어진 소재를 오스템퍼링 열처리하는 방법에 있어서,

   상기 소재를 예열하는 예열 단계와;

   상기 소재의 표면만 국부적으로 오스테나이트화될 수 있도록 예열된 상기 소재를 가열하고 등온처리하는 등온열처리단계와;

   상기 소재의 표면을 냉각시켜 베이나이트화시키는 퀀칭 단계와;

   상기 소재 표면의 베이나이트 조직을 안정적으로 만들어주도록 등온 유지시키는 템퍼링 단계를 포함하는 오스템퍼링 열처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 예열 단계에서 상기 소재는 300℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 오스템퍼링 열처리방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 등온열처리단계에서 상기 소재는 900℃ 내지 990℃ 범위의 온도로 30분 내지 120분 동안 등온열처리되는 것을 특징으로 하는 오스템퍼링 열처리방법.