KR20040037718A

KR20040037718A - 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한실린더 라이너 제조방법

Info

Publication number: KR20040037718A
Application number: KR1020020066314A
Authority: KR
Inventors: 김종문
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-07

Abstract

본 발명은 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법에 관한 것으로서, 실린더 라이너의 제조공정 시, 접종 효과의 극대화를 위한 보온로를 설치하는 동시에 금형온도 및 주입온도와 용탕의 화학성분 그리고, 이형제 재질 및 도포 두께를 달리하여 내구성을 증대시킴으로써, 외경을 가공하지 않고 주조 상태 그대로 사용 가능하므로 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있으며, 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하므로 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 실현할 수 있는 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법{Composition of cylinder liner for automobile and manufacturing method of cylinder liner using the same}

본 발명은 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 라이너의 제조공정 시, 접종 효과의 극대화를 위한 보온로를 설치하는 동시에 금형온도 및 주입온도와 용탕의 화학성분 그리고 이형제 재질 및 도포 두께를 달리하여 내구성을 증대시킴으로써, 외경을 가공하지 않고 주조 상태 그대로 사용 가능하므로 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있으며, 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하므로 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 실현할 수 있는 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 엔진의 실린더 블록은 엔진 본체의 기본이 되는 구성으로서, 다수개의 실린더 보어가 형성되어 있으며, 주로 주철재를 이용하여 제조되어 왔지만, 최근에는 엔진 경량화 및 열방출을 위한 열전도가 좋은 알루미늄 재질을 이용한 실린더 블록이 제조되고 있고, 많은 연구가 진행되고 있다.

상기 실린더 보어의 내경면에는 피스톤 왕복운동의 가이드 역할과 연소실과 크랭크 케이스 사이의 연소가스, 윤활유 누설방지 역할 등을 하는 실린더 라이너가 압입 장착되고 있다.

이와 같은 종래의 실린더 라이너의 제조방법은 원심 주조법에 의한 것으로서, 상기 원심 주조법은 주형을 회전시키면서 용융 금속을 흘려 보내고 원심력을 이용하여 주물을 만드는 주조법이다.

그런데, 상기 원심 주조법에 의해 제조된 실린더 라이너는 외경면이 금형에 직접 접촉하므로 과냉에 의한 공정 상, 흑연 조직의 생성으로 습동성(slideway) 및 내충격성이 취약하여 그로인해 내구성이 저하됨으로써, 조직의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 실린더 라이너의 제조공정 시, 접종 효과의 극대화를 위한 보온로를 설치하는 동시에 금형온도 및 주입온도와 용탕의 화학성분 그리고, 이형제 재질 및 도포 두께를 달리하여 내구성을 증대시킴으로써, 외경을 가공하지 않고 주조 상태 그대로 사용 가능하여 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있으며, 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하므로 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 실현할 수 있는 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 내경면의 현미경 조직을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 외경면의 현미경 조직을 나타내는 도면,

도 3은 종래의 자동차용 실린더 라이너 내경면의 현미경 조직을 나타내는 도면이다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물에 있어서, 철(Fe)을 주재로 하고, 탄소(C) 2.7~3.5 중량%, 규소(Si) 1.6~2.6 중량%, 망간(Mn) 0.5~1.0 중량%, 인(P) 0.1~0.4 중량%, 황(S) 0.12 이하, 크롬(Cr) 0.1~0.4 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

실린더 라이너의 제조방법에 있어서, 철(Fe)을 주재로 하고, 탄소(C) 2.7~3.5 중량%, 규소(Si) 1.6~2.6 중량%, 망간(Mn) 0.5~1.0 중량%, 인(P) 0.1~0.4 중량%, 황(S) 0.12 이하, 크롬(Cr) 0.1~0.4 중량%가 함유되어 있는 자동차용 실린더 라이너를 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착 성형하여 제조한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 성형 시, 보온로를 설치하여 금형 온도를 300℃로 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성형 시, 용탕의 주입온도를 1450~1470℃로 설정한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 성형 시, 금형에 적용되는 이형제는 벤토나이트인 것을 특징으로 한다.

상기 성형 시, 실린더 라이너의 도포두께를 1~1.5mm로 설정한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 내경면의 현미경 조직을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 외경면의 현미경 조직을 나타내는 도면이다.

본 발명에서 제공하는 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물의 경우, 각각의 성분에 대한 함유량은 아래의 표 1과 같다.

여기서, 탄소(C)의 경우, 함유량은 2.7~3.5 중량%, 바람직하게는 3.1 중량%를 사용한다.

이때, 탄소(C)는 적정의 성형성을 확보하기 위한 것으로서, 그 사용함량이 2.7 중량% 미만이면 흑연의 형성 및 주조성에 문제가 있고, 반면에 3.5 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 탄소 부상 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.

규소(Si)의 경우, 함유량은 1.6~2.6 중량%, 바람직하게는 2.1 중량%를 사용한다.

이때, 규소(Si)는 탈산제로 사용되는 것으로서, 전체의 함량 중, 그 사용함량이 1.6 중량% 미만이면 흑연 형성에 문제가 있고, 반면에 2.6 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 주조성 및 기지조직에 과다한 페라이트(Ferrite)가 발생하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

망간(Mn)의 경우, 함유량은 0.5~1.0 중량%, 바람직하게는 0.75 중량%를 사용한다.

또한, 망간(Mn)은 고용강화 원소로 일정한 강도 확보 및 인성 향상을 위하여 첨가되는 것이며, 그 사용함량이 0.5 중량% 미만이면 기지조직 중, 강도 향상에 기여하는 펄라이트(Pearlite)의 형성이 부족해지는 문제가 있고, 반면에 1.0 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 카바이드(Carbide)의 생성에 의해 취성이 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

인(P)의 경우, 함유량은 0.1~0.4 중량%, 바람직하게는 0.25 중량%를 사용한다.

인(P)은 분순물로서 그 사용함량이 0.1 중량% 미만이면 고철 및 회수철 등의 수급에 문제가 있고, 반면에 0.4 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 경질입자인 Steadite의 발생을 야기하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

황(S)의 경우, 함유량은 0.12 중량% 이하를 사용한다.

황(S) 역시 분순물로서 성형성 확보를 위해, 그 사용함량이 0.12 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 황화망간(MnS) 등의 불순물을 생성시키는 문제가 있어 바람직하지 않다.

그리고, 크롬(Cr)의 경우, 함유량은 0.1~0.4 중량%, 바람직하게는 0.25 중량%를 사용한다.

크롬(Cr)은 기지에 고용되어 강도증대에 효과가 있는 것으로서, 그 사용함량이 0.1 중량% 미만이면 강도가 취약해지는 문제가 있고, 반면에 0.4 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 다량의 카바이드(Carbide) 형성에 따른 취성 및 가공성 등에 문제가 있어 바람직하지 않다.

이와 같은 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 제조방법에 있어서, 본 발명은 일반적으로 차량 엔진의 연소실에 적용되는 실린더 라이너의 제조 시, 즉 주형을 회전시키면서 용융 금속을 흘려 보내고 원심력에 의해 주물을 만드는 원심 주조법을 이용한 제조공정 중에 외경부 가공공정 즉, 외경 선삭 및 연마를 삭제하여 주조 상태 그대로 사용 가능하므로 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 실린더 라이너의 외경면이 주물사와 접촉된 상태에서 용융금속을 주입하는 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하므로 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 이룰 수 있도록 되어 있다.

이는 자동차의 실린더 라이너의 제조방법에 있어서, 접종 효과의 극대화에 의한 흑연조직의 안정화를 목적으로 용탕의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 보온로를 추가 설치하고, 흑연 조직을 개선할 목적으로 금형의 온도를 기존의 260℃에서 300℃로 수정/설정하며, 과냉 조직의 방지를 목적으로 용탕의 주입온도를 1360~1400℃에서 1450~1470℃로 상향 설정함으로써, 상술한 바와 같은 효과를 이룰 수 있다.

한편, 상기 실린더 라이너를 탈형 시에 작업성의 향상을 위한 이형제는 기존의 규조토에서 벤토나이트로 변경하며, 조직 개선 및 탈형을 용이하게 할 수 있도록 원심 주조 시, 실린더 라이너의 도포의 두께는 기존의 0.5mm에서 1.2mm로 증대시키게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 내경면의 현미경 조직을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너 외경면의 현미경 조직을 나타내는 도면인데, 여기서 도 1과 도 2는 종래 기술에서 흑연의 형상이 과냉조직인 ASTM D 또는 E 형태가 대부분인데 비해서, 흑연의 형상이 ASTM A 형태의 75% 이상으로 되어 있어 우수한 물성을 지니게 된다. (주철은 일반적으로 ASTM 규정에 의해 그 흑연의 형상을 A,B,C,D,E 5가지로 분류하고 있음)

따라서, 이와 같은 실린더 라이너의 제조공정 시, 금형온도 및 주입온도와 용탕의 화학성분을 달리하여 내구성을 증대시킴으로써, 외경을 가공하지 않고 주조 상태 그대로 사용 가능하므로 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있으며, 실린더 라이너의 외경면이 미가공된 상태에서 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하도록 함으로써, 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 실현할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물과 이를 이용한 실린더 라이너 제조방법은 실린더 라이너의 제조공정 시, 접종 효과의 극대화를 위한 보온로를 설치하고, 금형온도를 300℃로 설정하고, 주입온도를 1450~1470℃로 상향 설정하고, 용탕의 화학성분 중, 기존의 구리와 붕소 성분을 삭제하는 동시에 그 사용함량을 달리하고, 이형제 재질 및 도포 두께를 변경하여 내구성을 증대시킴으로써, 외경을 가공하지 않고 주조 상태 그대로 사용 가능하므로 가공공정 단축 및 원가 절감을 이룰 수 있으며, 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착하므로 밀착성 향상에 의한 품질 향상을 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물에 있어서, 철(Fe)을 주재로 하고, 탄소(C) 2.7~3.5 중량%, 규소(Si) 1.6~2.6 중량%, 망간(Mn) 0.5~1.0 중량%, 인(P) 0.1~0.4 중량%, 황(S) 0.12 이하, 크롬(Cr) 0.1~0.4 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 실린더 라이너용 소재 조성물.
실린더 라이너의 제조방법에 있어서, 철(Fe)을 주재로 하고, 탄소(C) 2.7~3.5 중량%, 규소(Si) 1.6~2.6 중량%, 망간(Mn) 0.5~1.0 중량%, 인(P) 0.1~0.4 중량%, 황(S) 0.12 이하, 크롬(Cr) 0.1~0.4 중량%가 함유되어 있는 자동차용 실린더 라이너를 외경면이 주물사와 접촉된 상태로 다이캐스팅 공법을 이용하여 실린더 블록에 융착 성형하여 제조한 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 성형 시, 보온로를 설치하여 금형 온도를 300℃로 설정한 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 성형 시, 용탕의 주입온도를 1450~1470℃로 설정한 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 성형 시, 금형에 적용되는 이형제는 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 성형 시, 실린더 라이너의 도포두께를 1~1.5mm로 설정한 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 제조방법.