KR20080011668A - 늘어붙음 방지 성능을 향상시킨 특수강으로 제조된 가이드요소의 세트 - Google Patents

Abstract

가이드 요소의 세트는 상기 요소 중의 적어도 하나는 최소한 0.15 내지 0.3 중량%의 탄소, 2 내지 5 중량%(바람직하게는 2 내지 3 중량%)의 크롬, 최소한 0.45 중량%(바람직하게는 0.9 중량% 미만)의 몰리브덴, 0.01 중량% 이상이며 최대 0.5 중량%(바람직하게는 0.3 중량% 미만)의 바나듐을 포함하는 강으로 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 강은 성형 후에 질화 처리되며, 이에 의해 5 내지 50 마이크론 두께의 철 및 질소 원자의 화합물층을 얻는다. 또한 상기 강은 0.4 내지 1.5 중량%의 망간을 포함할 수 있다.

가이드 요소, 샤프트, 베어링, 강, 질화 처리, 화합물층

Description

늘어붙음 방지 성능을 향상시킨 특수강으로 제조된 가이드 요소의 세트{PAIR OF GUIDING ELEMENT OF WHICH ONE IS MADE OF A SPECIFIC STEEL LEADING TO IMPROVED ANTI-SEIZING PERFORMANCES}

본 발명은 가이드 요소의 범주로 분류되는 기계 부품에 관한 것이다. 이러한 가이드 요소(실제로는 가이드 요소의 세트)는, 가능한 작은 마찰로 하나가 다른 하나에 대해 이동할 수 있게 장착되도록 하나가 다른 하나와 접촉하지만 하나가 다른 하나에 대하여 이동가능한 두개의 상반되는 부품으로 구성된다.

이들 부품이 접촉하게 되는 표면은 상대적인 이동 및 환경 때문에 역학적 및 화학적 스트레스를 받게 되어 마찰, 부식 또는 동시에 이들 양자 모두에 의해서 야기되는 마모에 의해 다소 급격하게 열화된다. 가이드 요소는 상이한 운동학적 관점에 상응하는 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있고, 따라서 가이드 요소는 샤프트/베어링 시스템(때때로 샤프트/패드 시스템이라고 칭함), 볼 조인트 또는 슬라이드웨이를 구성할 수 있다.

더 구체적으로, 본 발명은 그리스로 윤활되고, 접촉부의 표면이 열화됨에 따라 위험을 초래하는 예를 들면 높은 접촉 압력, 부식 환경 또는 동시에 이들 양자에 노출되는 가이드 요소에 관한 것이다.

비록 제한하는 것은 아니지만 본 발명은, 바람직하게는 샤프트/베어링 시스 템 또는 조인트의 부품을 형성하는 가이드 요소에 관한 것이며, 일반적으로 "샤프트"의 용어는 조인트의 수부재를 나타내는 것(이에 반하여 "베어링"은 암부재 이다)으로 예를 들면, 크랭크 샤프트 또는 캠샤프트의 크랭크 핀이나 저널이 될 수 있다.

1. 가이드 요소의 설계

일반적으로 가이드 요소, 구체적으로는 부하가 큰 상태하에서 사용하기 위해 설계된 샤프트/베어링 시스템은 강의 수부재 그리고 청동(초기 설계의 시스템)이나 강(최근의 시스템)의 암부재로 만들어진다.

오랫동안 이러한 가이드 요소를 위해 42CrMo4 타입(프랑스 표준에 의함)의 구조용 강 또는 탄소강이 사용되었으며, 일부의 강에 대해서는 어떻게든 마찰에 대한 내마모성을 증가시키기 위하여 질화 처리되었다. 가장 향상된 것으로서 가이드 요소는 EP 0 987 456에서 설명된 바와 같이 폴리머 코팅층으로 또한 코팅될 수 있고 그리스의 작용에 바람직한 특수한 기하학적 형태를 갖고 있다.

이와 같은 다양한 향상을 서로 조합하는 것이 가능하며 또한 알려져 있다.

2. 강의 선택

기계적인 구성요소를 설계할 경우, 당업자는 광범위하게 재료, 특히 강을 선택할 수 있다. 강의 조성은 국가적인, 지역적인 또는 국제적인 표준에 의해 결정되며 첨가 원소의 특성 및 농도는 원하는 용도를 위해 요구되는 성질에 따라 결정 된다.

따라서, 만약 당업자가 향상된 표면 특성에 관심을 갖고 있다면, 당업자는 "표면 경화용 강" 및 "질화처리용 강"으로 알려진 강에 더욱 특별한 관심을 갖게 될 것이다. 표면 경화용 강은 바람직하게 0.4% 미만의 탄소를 함유하고, 이 범위내에서 0.2 - 0.4%의 영역은 침탄질화를 위한 것이며, 이에 반하여 0.2% 미만의 농도는 표면 경화를 위해 특별히 의도된 것이다. 질화처리용 강은 바람직하게 크롬 몰리브덴 타입의 저합금강 또는 비합금 구조용 탄소강이며, 가장 바람직한 것은 알루미늄을 더 포함하고 있다. 이러한 범주의 강을 설명하는 문헌은 매우 많다. 예를 들면, "Pratique des traitements thermochimiques" - Editions Techniques de l'Ingenier"(이 문헌은 정기적으로 갱신된다) 뿐만 아니라 다양한 강을 생산하는 공급자의 기술자료집을 들 수 있다.

그러므로, 당업자는 선택된 공정 및 원하는 특성의 상관 관계로 강에 대하여 최적의 선택을 할 수 있도록 허용하는 지침을 갖게 된다.

참고로서, 표면 경화는 탄소의 표면확산에 의한 강의 열화학적 처리이며, 이러한 표면확산은 단단한 표면층을 형성하게 되는데 그 두께는 1 또는 2 ㎜가 될 수 있고 그 경도는 700 내지 900 HV 이다. 표면 경화 처리는 주로 저탄소강에 적용되고, 높은 표면 경도(내마모성)을 갖게 하는 동시에 양호한 코어 인성을 유지한다. 일반적으로 표면 경화 처리는 900℃에 가까운 온도에서 일정 시간 동안 가스 분위기에서 시행되는데, 이것은 표면 경화 처리후에 반드시 담금질, 응력 제거 어닐링 그리고 표면 경화 온도에서 부품이 변형되기 때문에 마지막으로 최종적인 가공을 해야 한다는 것을 의미한다.

질화 처리는 강의 표면 아래에 질소를 확산시키는 열화학적 처리이다. 질화 처리 후에, 깊이의 따라 두개의 매우 상이한 구역이 구별될 수 있다. 표면에서 약 20 마이크론까지의 층은 기본적으로 질화물 이온(ε 또는 γ' 상)으로 구성되며 이 층의 경도는 1000 HV 이상이다(이 층은 "화합물층" 또는 "백층"이라 칭한다). 그 아래의 층은 질소가 강에 들어간 "확산 구역"이라고 말하는 구역(일부의 경우 질화물의 석출이 일어날 수 있다)이며, 이 구역에서 질소의 침투 형태는 강에 첨가된 첨가 원소의 성질 및 질화 처리 조건에 의존하고, 이 구역에서 강은 압축 응력을 받는다. 질화 처리는 가스 분위기 또는 염욕에서 실시될 수 있다. 온도는 대략 570℃이며, 따라서 표면 경화 처리와 달리 질화 처리는 열처리 또는 그 후의 추가적인 가공을 필요로 하지 않는다. 앞서 언급한 압축 응력 때문에 실제적으로 질화 처리는 높은 피로 저항성과 함께 우수한 내마모성이 요구되는 것에 시행된다.

실제 가혹한 마모 조건을 경험하도록 의도된 강의 성능은, 적어도 가이드 요소의 세트에서 표면 경화 또는 질화 처리에 의해서 생성될 수 있는 단단한 층에만 전적으로 기인하는 것은 아니고 다른 인자, 특히 조성을 고려하여야 한다는 것이 분명해 졌다. 따라서, 질화 처리가 소정 등급의 강에 대한 양호한 마찰학적 성능을 부여하기에 충분한지를 사전에 보증하는 것은 가능하지 않다. 마찬가지로, 강에 대한 테스트를 하지 않고 그 조성으로부터 강의 마찰학적 성능을 예상하는 것이 현재 시점에서는 가능하지 않다. 그러므로, 유사한 합금의 성능으로부터 새로운 합금의 성능을 추정하는 것이 현재 시점에서 가능하지 않다.

본 발명은 가이드 요소의 세트(한 쌍), 구체적으로 샤프트-베어링 시스템에 관한 것이며, 가이드 요소 중의 하나는 강으로 만들어지고, 그 조성은 질화 처리 후에 매우 양호한 내마모성을 제공한다.

본 출원인은 전적으로 뜻밖이며 예상 못한 방식에서, 첨가 원소의 정확한 양을 맞추고 질화 처리한 소정의 강으로 가이드 요소를 제조함으로써 매우 양호한 성능, 특히 수명 및 내구성을 획득할 수 있다는 것을 알아내었다. 이러한 놀라운 결과는 획득한 성능의 수준뿐만 아니라 또한 일반적으로 유사한 조성의 강에 대하여 얻어지는 성능을 초과하는 소정의 강을 질화 처리함으로써 얻어지는 경도 층을 통한 특성 없이도 이러한 성능이 획득된다는 사실과 관련되어 있다. 현재 시점에서 이러한 현상을 설명한 것은 존재하지 않는다.

일반적으로 질화 처리의 유효성은 표면으로부터의 측정 거리에 따른 강의 미소경도의 전개에 의해 특징지어진다. "경도/표면으로부터의 거리" 곡선이 작성된다. 최근 기술 수준은 이러한 곡선과 가이드 요소 사이의 상관 관계를 설정한다. 이제 본 발명의 경우에서 얻어진 이러한 곡선은 대등한 조성을 갖지만 그럼에도 불구하고 매우 양호한 성능이 나타나지 않는 다른 질화 처리된 강으로 제조된 것과 전체적으로 대등하다.

보다 구체적으로, 본 발명은 강으로 제조된 가이드 요소 특히 샤프트 베어링 시스템의 베어링 또는 샤프트에 관한 것이며, 조성은:

· 0.15 내지 0.3 중량%의 탄소

· 2 내지 5 중량%의 크롬

· 적어도 0.45 중량%의 몰리브덴

· 0.01 중량% 이상이고 최대 0.5 중량%의 바나듐

그리고 성형한 후에, 5 마이크론 내지 50 마이크론의 두께를 갖는 철 원자와 질소의 화합물층을 얻기 위하여 질화 처리된다.

따라서, 본 발명은 부하가 큰 응용에서 생각되는 것과 대조적으로 백색층을 유지하는 것을 제안한다. 특히, 본 발명에 따른 가이드 요소의 늘어붙음(seizing)에 대한 우수한 저항성은 이러한 백색층에 기인한 것으로 생각된다.

바람직하게,

· 크롬 농도는 2 내지 3 중량% 이고,

· 몰리브덴 농도는 최대 0.9 중량% 이고,

· 바나듐 농도는 0.3 중량% 미만이다.

필수적인 것은 아니지만, 유리하게는 강이 또한 0.4 내지 1.5%의 망간을 더 포함한다.

다른 첨가 원소는 중요한 것이 아닌 것으로 나타났고 이러한 성능을 획득하는데 주요한 역할을 하지 않는 것으로 생각되며, 비록 알루미늄이 1%를 초과하는 것이 유해한 것으로 생각되지만 0.1% 이상 또는 0.01% 이상을 회피하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 마찬가지로, 니켈 또한 유해한 효과를 나타내는 것으로 생각되며 0.1%를 초과하지 않으면 예를 들어 0.01% 정도라면 무시될 수 있다. 황, 인, 칼슘도 0.1%를 초과하지 않으면 예를 들어 0.01% 정도라면 무시될 수 있다.

이것은 가이드 요소로 만들어지는 강이 상술한 것과 별개의 어떠한 다른 첨가 원소도 포함하지 않는 이유이다.

본 발명의 특히 유리한 형태에서, 질화 처리된 강은 특정한 사용 조건의 기능으로 샤프트-베어링 시스템에서 샤프트 또는 베어링에 사용되며, 샤프트-베어링 시스템의 다른 요소는 또한 특정 조성의 강이 되거나 또는 다른 대등한 재료 예를 들어 EP 0 987 456에 설명된 것과 같은 재료가 될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 본 발명은 슬라이드웨이, 볼-조인트, 크랭크 샤프트 시스템 또는 캠 샤프트 시스템과 같은 다른 많은 가이드 부재의 세트에 적용된다.

본 발명에 맞추기 위하여 앞에서 상술한 강 소재의 가이드 부재는 질화 처리되어야 하지만, 질화 과정이 주요한 영향을 갖는 것으로 보이지 않는다. 그러므로 이러한 질화 처리는 염욕에서, 가스 분위기에서, 또는 이온 처리에 의해 교체가능하게 실행될 수 있다. 유사하게, 질화층을 덮는 표면 산화층의 존재가 성능에 대해 중요한 영향을 갖지는 않는 것으로 나타났다. 마찬가지로, 마찰 감소 도료 또는 예를 들어 폴리머 타입의 다른 표면 코팅이 질화 후에 피복된다(앞서 언급한 EP 0 987 456 참조).

따라서, 본 발명의 유리한 특징에 따라 적용가능한 조합:

· 상기 요소는 노출되는 않는 캐비티를 포함하고 있다.

· 상기 요소는 바람직하게는 폴리아미드, 하전된 폴리아미드, 에폭시 수지, 하전된 에폭시 수지, 폴리아세테이트 수지, 폴리에틸렌, 플루오르카본, 치환 또는 치환되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리아미드 및 폴리에테르 에테르 케톤에서 선택된 폴리머 또는 코폴리머 재료의 코팅을 갖고 있다.

· 상기 요소는 샤프트와 상호 협동하는 베어링이다.

· 변경적으로, 상기 요소는 베어링과 상호 협동하는 샤프트이다.

· 상기 요소는 샤프트가 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트인 세트의 부품이다.

· 상기 요소는 상기 강으로 만들어진 요소가 예를 들어 슬라이드웨이에서

스키드-슬라이드웨이를 형성한다.

· 상기 요소는 상기 강으로 만들어진 요소가 예를 들어 볼-조인트인

볼-조인트 시스템을 형성한다.

· 상기 요소의 각각은 상기 조성을 갖는 강으로 제조된다.

이하의 예들은 최근 기술에 따른 실시형태, 본 발명에 따른 실시형태 그리고 본 발명에 따르지 않은 실시형태를 예시한다. 이러한 예는 본 발명에 따른 소정의 강의 조성과 마찰학적 성능 사이의 관계, 그리고 질화층(일반적으로 정의되는)의 경도와 마찰학적 성능 사이의 명확한 관계가 나타나지 않는 것을 돋보이게 한다.

이러한 각각의 예에서, 시험 절차는 가혹한 조건하에서 작동하는 그리스 윤활 방식 샤프트/베어링 시스템의 수명을 정확하게 표시하도록 선택되었다. 결과를 비교할 수 있도록 이러한 절차는 모든 예에서 동일하다. 강의 특성에 대한 영향을 비교할 수 있도록 하기 위하여, 모든 샘플은 염욕에 90분 동안 담그는 것에 의한 동일한 방식으로 질화 처리되었다. 가스 매질에서 실시하는 것보다는 염욕이 바람직하게 등온 매질이고 염욕에서의 질화 처리가 모든 샘플에 대한 동일성을 보장하 고 가스 질화 오븐의 열적 균일성에 대한 불확실성을 회피하기 때문에 이러한 방식이 채택되었다. 그러나, 본 발명의 범위에 들어가는 동일한 표면층을 생성하는 다른 임의의 처리 방식이 사용될 수 있다.

더욱이, 여러 가지 등급의 강에 대한 상이한 질화 처리의 비교에 대한 문헌은 매우 많으며, 관찰되는 금속학적 차이점이 작고 마찰학적 성능에 대한 현저한 영향이 없다는 것을 보여주고 있다.

일반적으로, 상이한 질화 처리 강의 비교는 두 종류의 특징과 관련이 있다.

- 화합물층의 두께 및 경도를 측정하고 측정 깊이에 따라 경도의 변화를 도시하는 것으로 구성되는 금속학적 특성.

- 샤프트를 모의 시험하는 담금질 표면 경화된 강 링을, 베어링을 모의 시험하는 질화 처리된 강 플레이트에 대하여 문지르는 것에 의한 마찰학적 특성. 링과 플레이트 사이에 가해진 하중은 250 daN로서 이것은 570 MPa의 압력에 상응하며, 슬라이딩 속도는 0.18 m/s, 접촉은 그레이드 2 파라핀 미네랄 오일과 리튬 비누를 토대로 하는 그리스와 같은 표준 그리스를 사용하여 윤활되었으며, 점성은 105 센티스토크이다. 마찰 계수가 시간의 함수로서 기록되고 시험은 늘어붙음이 발생하는 시점에 의해 특징지어진다. 시험 종료시에, 마모 형태를 관찰하기 위하여 현미경사진이 만들어질 수 있다.

더욱 구체적하게, 담금질 표면 경화된 강 링의 재료는 58 내지 62 HRC로 경화되는 담금질 표면 경화 16N6C 강으로 선택되고, 링을 모의 시험하는 플레이트의 질화 처리가 이하에 설명되는 다양한 예에 적용된다.

· "SURSULF^®"의 상표로 시판되는 상업적인 조성물의 용융 염욕에 침적,

· 처리 온도 : 570℃,

· 처리 시간 : 90 분,

· 수세 후에 건조.

예 1 : 최근 기술에 따른 것으로서, 본원 발명에 따른 것이 아님(42 CrMo 4)

최근 기술에 따라, 베어링을 모의 시험하는 플레이트는 0.42%의 탄소, 1%의 크롬, 0.2%의 몰리브덴, 0.01%의 바나듐 및 0.83%의 망간을 포함하는 강이며, 상술한 절차에 따라 질화 처리되었다.

화합물층의 미소경도는 1000 ± 70 kg/㎟ 이고, 두께는 20 ± 5 마이크로미터이다. 이러한 경도는 표면으로부터 50 마이크로미터에서 600 ± 50 kg/㎟ 보다 크지 않으며 200 마이크로미터의 깊이에서 급격히 감소하여 420 ± 50 kg/㎟에 도달하는데, 이것은 실질적으로 코어 경도이다.

마찰 시험에서는 25 분 후에 늘어붙음이 나타났으며 시험후에 금속학적 분석으로부터 화합물층이 여기저기에서 마모되었으며 이러한 화합물층이 존재하지 않는 위치에서 즉시 늘어붙음이 발생하는 것을 알 수 있었다.

예 2 : 본원 발명에 따른 것이 아님(40 CrAlMo 6-12)

가이드 요소를 모의 시험하는 플레이트는 0.44%의 탄소, 1.6%의 크롬, 0.32% 의 몰리브덴, 0.12%의 니켈 및 1%의 알루미늄을 포함하고 있는 강이다. 이 강은 상술한 절차에 따라 질화 처리되었다.

금속학적 분석은 1300 ± 100 kg/㎟의 경도 및 20 ± 5 마이크로미터의 두께를 갖는 화합물층이 존재하는 것을 보여준다. 50 마이크로미터의 깊이에서 경도는 여전히 820 ± 50 kg/㎟ 수준이며 200 마이크로미터의 깊이에서 실질적으로 코어 경도에 상응하는 330 ± 20 kg/㎟로 안정화된다. 이와 같은 경도 추이는 이 강의 설계 목적에 따라 기대되었던 결과와 일치한다.

지시된 조건하에서의 마찰을 시켰더니 샘플에서 시험 10분 후에 최초 늘어붙음이 발생하고 시험 60분 후에 전반적으로 늘어붙음이 발생하였다.

마찰 시험후에 현미경 사진 검사에서 화합물층은 여기저기에서 마모된 것을 나타내고 있고, 강의 내부 조직이 드러난 이러한 구역은 늘어붙음에 매우 민감하다.

예 1에서 설명된 경우와 비교하여 약간의 성능 향상은 예상할 수 있는 것이며 성능 향상은 표면층의 더 높은 경도에 따른 것이 될 수 있다.

예 3 : 본원 발명에 따른 것(32 CrMoV 13)

가이드 요소를 모의 시험하는 플레이트는 0.27%의 탄소, 2.9%의 크롬, 0.88%의 몰리브덴, 0.26%의 바나듐 및 0.12%의 니켈을 포함하는 강이고, 상술한 절차에 따라 질화 처리되었다.

이 플레이트에 대한 금속학적 검사는 20 ± 5 마이크로미터의 두께 및 1150 ± 100 kg/㎟의 경도를 갖는 화합물층이 존재하는 것을 보여준다. 50 마이크로미터의 깊이에서 경도는 770 ± 50 kg/㎟이며, 경도는 200 마이크로미터 깊이에서 350 ± 20 kg/㎟로 안정화되는데 이것은 실질적으로 코어 경도에 상응한다.

마찰 시험에서 늘어붙음이 시험 시간 140분 후에 발생하고, 마찰 구역의 검사에서 화합물층은 완저히 마모되지 않았으며, 남아 있는 두께는 5 내지 8 마이크로미터가 되었다. 외관은 깨끗하고 늘어붙음의 흔적이 없으며, 시험 중지시에 관찰된 미세한 늘어붙음은 마찰 시험의 대응 부분에서 발생하였다.

이러한 성능 향상은 화합물층의 초기 두께, 그 경도 또는 깊이의 함수로써 경도의 전개와 결코 관련지을 수 없는데, 왜냐하면 측정 정밀도내에서 이러한 크기는 훨씬 낮은 결과를 나타내는 예 2에서 측정된 크기와 전적으로 필적하는 것이기 때문이다.

예 4 : 본원 발명에 따른 것(15 CrMnMoV 9)

가이드 요소를 모의 시험하는 플레이트는 0.15%의 탄소, 1.25%의 망간, 2.14%의 크롬, 0.47%의 몰리브덴, 0.48%의 니켈 및 0.17%의 바나듐을 포함하는 강이고, 상술한 절차에 따라 질화 처리되었다.

금속학적 검사는 표면에 화합물층을 보여주는데 그 두께는 20 ± 4 마이크로미터이고 경도는 1100 ± 100 kg/㎟이다. 50 마이크로미터의 깊이에서 경도는 780 ± 50 kg/㎟이며, 경도는 200 마이크로미터 깊이에서 350 ± 20 kg/㎟으로 안정화된다.

마찰 시험에서 시험 시간 150분 후에 늘어붙음의 최초 흔적이 나타나며, 분리 후 플레이트의 검사에서 화합물층은 완전히 마모되었지만 플레이트는 매끄럽고 균일한 외관을 갖고 있고, 미세한 늘어붙음은 대응하는 부분에서만 발생하였다.

예 5 : 본원 발명에 따른 것(18 CrMo 7)

가이드 요소를 모의 시험하는 플레이트는 0.18%의 탄소, 2%의 크롬, 0.15%의 니켈, 0.7%의 망간 및 0.01%의 바나듐을 포함하는 강으로 제조된다. 이것은 상술한 절차에 따라 질화 처리된다.

금속학적 분석은 1150 ± 100 kg/㎟의 경도 및 13 ± 5 마이크로미터 두께의 화합물층이 존재하는 것을 나타내고, 경도는 화합물층 아래의 50 마이크로미터의 깊이에서 여전히 770 ± 50 kg/㎟이며 코어에서 300 ± 50 kg/㎟으로 안정화된다.

지시된 조건하에서의 마찰을 시켰더니 놀랍게도 샘플에서 시험 시간 225분 후에 최초 늘어붙음이 발생하는 것으로 나타났다.

예 6 내지 8 : 본원 발명에 따른 것이 아님

조 성
표준에 따른 강의 명칭	% C	% Cr	% Mo	% V	% Mn
15 CrMoV 6	0.15	1.25	0.8	0.2	0.8
30 CrMo 12	0.3	3	0.4	0
40 CrMnMo 8	0.38	2	0.2	0.1

질화 처리 후의 표면 특성
표준에 따른 명칭	화합물층 두께 (㎛)	화합물층 경도 (kg/㎟)	화합물층 아래 50㎛에서의 경도 (kg/㎟)	코어 경도 (kg/㎟)
15 CrMoV 6	15 ± 5	1180 ± 100	770 ± 50	400 ± 50
30 CrMo 12	20 ± 5	1120 ± 100	720 ± 50	360 ± 50
40 CrMnMo 8	13 ± 5	1050 ± 100	700 ± 50	320 ± 50

표준에 따른 명칭	늘어붙음 전의 수명 (분)
15 CrMoV 6	15
30 CrMo 12	21
40 CrMnMo 8	26

비제한적인 이러한 예는 본원 발명에 따른 질화 처리된 강으로 만들어진 부품에 대해 얻어진 결과의 놀라운 특성을 나타낸다. 이러한 현상(본원 발명에 따른 것이 아닌 강인 예 1 및 2의 경도가 본 발명에 따른 것인 강인 예 3 내지 5와 구분되는 것)에 표면 경도가 영향을 미치지 않는 것으로 보이지만 가이드 요소가 보편적인 또는 질화 처리한 구조용 강으로 만들어질 경우, 조성은 청구되는 범위의 밖에 속하며 화합물층의 내마모성은 보통이고, 마모의 결과로서 국부적인 소멸은 즉시 늘어붙음으로 나타나는 것에 반하여, 가이드 요소가 본원 발명에 따른 강으로 만들어지는 경우, 동일한 경도에서 화합물층이 훨씬 덜 신속하게 마모될 뿐만 아니라 그 아래의 확산 구역 자체도 놀라운 마찰학적 특성을 갖는데 왜냐하면 늘어붙음이 일어나지 않기 때문이며, 결국 이러한 현상은 극단적인 상황에서 마찰 시험의 대응하는 부분에서 발생한다. 그러므로, 가이드 요소의 구성요소의 수명은 경우에 따라 2.5 내지 5 배 이상 연장되는데, 이것은 매우 중요한 장점이다.

앞서 설명한 예에서 공지의 해결방안과 대비되는 늘어붙음에 대항하는 성질에서의 현저한 향상은 백층의 경도를 증가시키는 일없이 그리고 경화 깊이(예를 들면, WO 00/18975와 같은 문헌에서 생각되었던 것과 대조적으로 일반적으로 500 마이크론 미만)를 현저하게 증가시키는 일없이 얻어진 것이다.

이러한 현상에 대한 설명은 아직까지 알려지지 않은 것이다.

앞서 나타낸 바와 같이, 특히 본 발명은 베어링이 앞서 정의한 것에 따른 강으로 만들어지고, 임의의 방법으로 경화되고 그 경도가 55 HCR 이상인 강과 같은 강에 필적할 만한 재료로 샤프트가 만들어져 조합되는 샤프트-베어링 시스템에 적용된다. 이러한 강은 표면 경화하고 담금질하고 교정한 강, 교정한 HF 담금질 강, 경화된 후 경질 크롬으로 코팅한 강, 질화 처리한 강, 세라믹으로 코팅한 강 및 침탄질화 처리한 강으로부터 선택된 것이 될 수 있다.

변경적으로 이러한 샤프트-베어링 시스템의 샤프트는 위에서 언급한 정의에 따른 강으로 제조되고, 베어링은 상술한 재료 중의 하나로 만들어질 수 있다. 특히 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트 시스템의 특별한 경우에, 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트의 크랭크 핀 또는 저널을 위해 위에서 추천한 강을 사용하는 것이 유리하다.

본 발명은 위에서 언급한 EP-0 987 465에 설명된 것과 같은 다양한 가이드 요소의 세트에 적용되며, 따라서 앞서 열거한 강은 특히 슬라이드웨이-스키드 세트 의 슬라이드웨이 또는 스키드, 또는 볼-조인트 시스템의 볼-조인트 또는 캡을 제조하는데 사용될 수 있다.

동일한 세트의 두개의 가이드 요소가 위에서 언급한 정의한 것에 따른 강, 예를 들면 같은 조성을 갖는 강으로 제조될 수 있다.

마찬가지로, 유리하게는 표면중의 하나가 노출되지 않는 캐비티를 포함 및/또는 특히 폴리이미드, 하전된 폴리이미드, 에폭시 수지, 하전된 에폭시 수지, 폴리아세테이트 수지, 폴리에틸렌, 플루오르카본, 치환 또는 치환되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리아미드 및 폴리에테르 에테르 케톤으로부터 선택된 폴리머나 코폴리머 재료로 코팅된다(이것은 소정 강으로 제조된 부품에서 문제가 될 수 있다).

Claims (21)

1. 가이드 요소의 세트에 있어서, 상기 요소 중의 적어도 하나는 최소한 0.15 내지 0.3 중량%의 탄소, 2 내지 5 중량%의 크롬, 최소한 0.45 중량%의 몰리브덴, 0.01 중량% 이상이며 최대 0.5 중량%의 바나듐을 포함하는 강으로 제조되고, 5 마이크론 내지 50 마이크론 두께의 철 및 질소 원자의 화합물층을 얻기 위하여 상기 강은 성형 후에 질화 처리되는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
2. 제 1 항에 있어서, 크롬의 함유량은 2 내지 3 중량% 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서, 몰리브덴의 함유량은 최대 0.9 중량% 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 바나듐의 함유량은 최대 0.3 중량% 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 0.4 내지 1.5 중량%의 망간을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소는 노출되지 않는 캐비티를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소는 폴리머 또는 코폴리머 재료의 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 코팅은 폴리이미드, 하전된 폴리이미드, 에폭시 수지, 하전된 에폭시 수지, 폴리아세테이트 수지, 폴리에틸렌, 플루오르카본, 치환 또는 치환되지 않은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리아미드 및 폴리에테르 에테르 케톤으로부터 선택된 재료로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소는 샤프트와 협동하여 작동하는 베어링 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소는 베어링과 협동하여 작동하는 샤프트 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 샤프트는 크랭크 샤프트 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 샤프트는 캠 샤프트 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
13. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소들은 스키드-슬라이드웨이 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 강으로 제조된 요소는 슬라이드웨이 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
15. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 요소들은 볼-조인트 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 강으로 제조된 요소는 볼-조인트 인 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 요소는 상기 조성 및 5 내지 50 마이크론 두께의 화합물층을 갖는 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
18. 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 다른 가이드 요소는 강으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 요소는 0.1% 이상의 알루미늄을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 요소는 0.1% 이상의 니켈을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 요소는 0.1% 이상의 황, 인 및/또는 칼슘을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가이드 요소의 세트.