KR20080001256A - 고정용 툴 스크류, 렌치볼트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 기능 부품을 고정시키는 툴 스크류(Tool Screw), 렌치 볼트(Wrench Bolt)(이하 볼트라한다.)를 제조 방법에 관한 것으로 볼트 제조시 재료 성분으로는 탄소(C), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리(Mo), 바나듐(V)등을 소량 첨가하여 제조하고 제조된 코일(Coil) 및 환봉을 절단 및 냉간 단조하여 규정된 규격으로 형상 가공하고 침붕(Boronizing) 처리하여 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering)하거나 오스템퍼링(Austempering) 처리하여 표면을 침붕층을 생성시켜고 모재는 강도를 강화시켜 내마모성, 내식성, 내열성, 피로강도, 내압강도등의 기계적, 화학적, 열적 성질이 우수하게한 것으로 표면에 내마모성, 내열성을 향상시킨 화합물층(1)과 피로 강도를 증가시키는 확산층(2)와 강도와 연성, 인성을 강화시킨 모재층(3)(솔바이트 : Sorbite)을 형성하므로서 내마모성, 내식성, 내열성, 피로 강도가 우수한 기계적, 화학적 성질을 가진 고정시키는 볼트류를 얻을 수 있다.

강(Steel), 침붕(Boronizing), 화합물층(Fe2B), 확산층, 솔르바이트(Sorbite)조직, 베이나이트(Bainite)조직, 피로 강도, 내압 강도, 강도, 인성, 연성, 툴 스크류(Tool Screw), 렌치 볼트(Wrench Bolt)

Description

고정용 툴 스크류, 렌치볼트 및 그 제조 방법{Tool screw, wrench bolt and manufacture mothod for fixture}

도1은 본 발명의 실시 예를 나타내는 공정도

도2는 본 발명의 제조 방법을 통해 제조되는 툴 스크류 담금질, 뜨임된 조직 사진

침붕처리(S3)후 담금질(S4), 뜨임(S5)된 조직(3% 나이탈)

도3는 본 발명의 제조 방법을 통해 제조되는 툴 스크류 오스템퍼링된 조직 사진

침붕처리(S3-1)후 오스템퍼링(S4-1)된 조직(3% 나이탈)

*** 도면에 주요 부분에 대한 부호 설명 ***

1. 금속 화합물층 : 강재 표면에 붕소 함유량을 증가시킨 층

2. 확산층 : 붕소가 모재 내부로 확산되어진 층

3. 모재층( 솔바이트 조직 : Sorbite) : 확산층과 구별되는 모재

-담금질, 뜨임된 모재로서 강도, 인성, 연성을 갖임

4. 모재층(베이나트 조직 : Bainite) : 확산층과 구별되는 모재

-오스템퍼링 처리된 모재로서 탄성과 강도, 인성, 연성을 갖임

고열(400℃～900℃)이 발생하는 환경에서 특정 기능 부품 및 구조물을 고정시키는 스크류, 볼트류의 제조방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 탄소, 크롬, 몰리, 니켈이 첨가된 스크류, 볼트류를 침붕 처리하여 표면 경도가 우수하며 표면에 화합물층을 생성시켜 표면에는 내마모성과 내열성, 내식성, 피로 강도등의 기계적, 화학적 성질이 우수하게 한것이며, 내부에는 담금질, 뜨임이나 오스템퍼링 열처리로서 강도와 인성, 연성, 탄성 한계를 높여서 기능이 뛰어나게 한것이다.

일반적으로 스크류나 볼트류는 특정 부품 구조물등을 고정시키기 위한 것으로 종래의 제품은 냉간 단조(헤딩, 포밍)하여 나사 절삭하여 담금질, 뜨임 처리하여 기계적 성질(강도, 경도)이 표면과 내부가 동일하거나 내부가 낮은 스크류, 볼트를 사용하였다.

또 표면 처리한 것이라도 모재의 강도가 약하거나 약한 토르크 힘에서 쉽게 부서진다. 그러므로 상기와 같은 방법은 시중 구매 스크류, 볼트와 유사하여 표면 경도가 낮아 고정시 머리가 무너지는 현상이 빈번하고 고열 발생 환경에서는 쉽게 경도, 경화층이 떨어지고 무너져 조건에 따라 수명이 단축되고 약한 체결 토르크에 의해 가공품의 불량이 발생되고 생산성이 떨어지고, 유지 보수비가 과다하게 발생되는 문제가 야기 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 연구 개발하여 소량의 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 합금된 크롬 몰리브덴강, 공구강, 스텐레스로 제작된 스크류, 볼트류 표면에 붕소를 침투 확산시켜 표면에 내마성이 우수한 화합물층과 피로 강도를 증가시키는 확산층을 형성하고 내부에는 담금질, 뜨임 되거나 오스템퍼링 처리하여 비틀림에 대한 강인한 기계적 성질, 화학적 성질을 부여하여 스크류, 볼트 수명 향상이 그 기술적 과제이다.

이하 본 발명품을 실제 실시한 예를 공정별로 설명하면 다음과 같다.

본 제조 공정을 도1에 도시한 바와 같이 공정별로 살펴보면 C, Si, P, Mn, S등을 함유한 통상의 강에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8% 함유한 재료 선정 공정(S1)과:

Coil 혹은 환봉 소재를 냉간 단조(Heading, Former)하여 규정된 치수의 제품으로 나사 절삭 및 전조 가공 공정(S2)과:

완성된 제품을 세정하여 표피층에 화합물층과 확산층을 형성하는 Boronizing 열처리하는 공정(S3)과:

세정후 제품을 높은 온도에서도 화합물층을 유지하면서 내부 강도를 높이기 위해서 담금질 처리를 행하는 공정(S4)과:

담금질 처리된 제품을 내부에 강도, 인성, 연성을 동시에 만족시킬 수 있도록 뜨임공정(S5)과:

도2에 도시한 S1-1～S3-1 공정후 세정하여 제품을 높은 온도에서도 화합물층을 유지하면서 내부에 강도, 인성, 연성, 탄성을 높이기 위한 오스템퍼처리를 행하는 공정(S4-1)과:

표면에 이물질을 재거하는 후처리((Sanding) 공정(S6), (S5-1)이다.

스크류, 볼트류의 표면 열처리 공정인 보로라이징 공정(S3) (S3-1)은 800～1100℃로 스크류, 볼트류를 로내에서 가열하고 붕소(B)를 표피층에 침투, 확산시켜 화합 물층(1)과 확산층(2)과 모재층(3)으로 생성시킴 위함으로

Boronizing 처리시 유지 시간과 온도 및 냉각 방법에 따라 화합물층(1)과 확산층(2)이 형성되는 깊이 즉 내마모성이 달라질 수 있으므로 스크류, 볼트류의 크기 및 사용자가 요구하는 내마모성, 내열성, 강도의 수치에 따라 상기 관리 조건이 선택될 것이며 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 처리 시간, 온도, 냉각 방법은 특정하지 않는다.

위와같은 발명은 제1공정인 강 제조시에 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리(Mo), 바나듐(V)등을 투입하는 것은 보로나이징 처리시에 표면등에 백층 즉 금속 화합물층(1)과 확산층(2) 및 모재(3)을 생성하기 위함이다. 상기 크롬, 니켈, 몰리, 바나듐등의 합금량을 제한한다는 것은 투입 또는 제시된 량의 하한값 이하가 되면 충분한 내마모성을 가진 금속 화합물층을 얻기가 어렵고

상한값 이상이면 Coil 제조 및 냉간 단조시 표면 및 내부에 균열 발생이 빈번하므로 스크류 볼트류의 불량률이 높게 되는 문제점이 발생하게 된다.

즉 강의 제조시 크롬, 물리, 니켈, 바나듐을 투입해 보로나이징 처리함으로서 스크류 볼트류의 표피층에 Fe2B의 금속 화합물층(1)과 확산층(2) 및 모재층(3)이 순차로 형성되어 있음을 알수가 있다.

도1 과 도2는 통상적인 가공법에 따르므로 별도로 설명하지 않았으나 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 각 공정을 순차로 행하여져야함은 당연하다.

또 도2의 S4-1의 공정은 모재의 강도와 탄성이 높고 도1의 S4, S5 공정을 생략 할수 있어 효과적이며 각 공정은 순차로 행해져야 한다.

상기와 같이 되는 본 발명은 제품 모재를 표피층에 내마모성을 증가시키는 화합물층(1)과 피로 한도를 증가시키는 확산층(2) 모재층을 담금질, 뜨임하여 강도, 인성, 연성을 부여하는 솔르바이트(Sorbite)조직 도3(3)으로 변태시켜 우수한 기계적 성질의 제품이 얻어 진다.

또 모재의 조직이 베이나이트(Banite)조직 도4(4)으로 탄성과 강도가 우수한 기계적, 열적 성질의 스크류 볼트류가 얻어진다.

발명품은 특정 기능 고정 체결시 우수한 내마모성과 내열성, 내식성, 피로한도, 인성과연성이 뛰어나 수명이 길어 유지 보수 비용이 절감되는 스크류, 볼트류을 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 도1 공정으로 철강 재료에 탄소(C)을 0.01～1.0%, 크롬(Cr)은 0.2～2.0%, 몰리(Mo) 0.2～2.0%, 니켈(Ni) 0.2～2.0%, 바나듐(V)은 0.1～0.8으로 합금한 코일 및 환봉 재료 선정(S1)과 냉간 단조(Heading Forming) 하여 규정된 치수의 스크류, 볼트를 절삭 가공 전조하는 제작(S2)와 순차적으로 행하여진 스크류, 볼트류를 로 지그 박스에 분말상의 침붕재등의 혼합물속에 묻고 로 내에서 800～110℃로 가열하여 그 로내에 질소(N2)가스를 투입하고 로냉시키는 브로나이징 공정(S3) 모재의 강도를 향상시키는 담금질(S4)와 모재의 인성, 연성을 부여 하는 뜨임(S5)와

   표면의 조도 및 이물질 제거를 위해 후처리 샌딩(S6)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고정용 스크류 볼트의 제조방법
2. 도2 공정으로 철강 재료에 탄소(C)을 0.01～1.0%, 크롬(Cr)은 0.2～2.0%, 몰리(Mo) 0.2～2.0%, 니켈(Ni) 0.2～2.0%, 바나듐(V)은 0.1～0.8으로 합금한 코일 및 환봉 재료 선정(S1-1)과 냉간 단조(Heading Forming) 하여 규정된 치수의 스크류, 볼트를 절삭 가공 전조하여 제작(S2-1)와 순차적으로 행하여 진 스크류, 볼트류를 로 지그 박스에 분말상의 침붕재등의 혼합물속에 묻고 로 내에서 800～110℃로 가열하여 그 로내에 질소(N2)가스를 투입하고 로냉시키는 브로나이징공정(S3-1)

   내부에 강도와 탄성한계, 피로 한계로 높이기 위해 오스탬퍼링(S4-1)과 표면의 조도 및이물질 재거를 위해 후처리 샌딩(S5-1)으로 제시되는 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고정용 스크류 볼트의 제조방법

Images