KR20080077084A - 레이저 경화 처리에 의해 슬라이딩-링 밀봉부의 슬라이딩링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

레이저 경화 처리에 의해 슬라이딩-링 밀봉부의 슬라이딩링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

기계적인 밀봉부용으로 이용될 수 있는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법은 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료로부터 주조하는 단계, 적어도 밀봉 영역을 기계 가공하는 단계 및 각각의 밀봉 영역의 표면을 레이저 경화 처리하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 경화 처리에 의해 슬라이딩-링 밀봉부의 슬라이딩 링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법{PROCESS FOR PRODUCING SLIDING RINGS AND/OR MATING RINGS OF A SLIDING-RING SEAL BY MEANS OF LASER HARDENING}
본 발명은 기계적인 밀봉부용으로 이용될 수 있는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
기계적인 밀봉부(mechanical seal)는 다양한 칠드 주철 재료, 니켈 주철, 스틸 및 시트 스틸로부터 제조된다. 이러한 재료들은 분야와 공급자에 의존하여 이용된다. 10 m/s의 최대값은 밀봉 면에 대한 칠드 주철 또는 대대응 재료의 경우 제어 가능한 원주 속도에 대한 한계점이다.
US-A 4 094 514호는 기계적인 밀봉부용 슬라이딩 링 및/또는 정합 링을 제조하기 위해 이용될 수 있는 개선된 마모 저항을 나타내는 금속 합금을 공개한다. 이러한 합금은 하기 조성으로 구성된다.
C 3.10 내지 3.35%
Mn 최대 1.0%
Si 대략 0.75 내지 대략 1.40%
Cr 대략 16.5 내지 대략 19.0%
V 대략 0.75 내지 대략 2.0%
Mo 대략 2.5 내지 대략 4.0%
Co 대략 0.25 내지 대략 1.25%
P <0.04%
S <0.04%
Fe 잔여물 및 불가피 불순물.
JP-A 60200950호는 높은 마모 저항을 나타내는 밀봉 면을 가진 기계적인 밀봉부를 공개한다. 화학적 조성은 하기에 특정된다.
C 2.2 내지 3.8%
Si 2.0 내지 4.0%
Mn 0.4 내지 2.0%
Cu 0.5 내지 4.0%
Ni ≤4.0%
Cr, Ti, W, V 0.3 내지 1.3%
Mo 0.3 내지 1.5%(필요 시)
P ≤0.5%
S ≤0.2%
Fe 잔여물 및 불가피 불순물.
상기 밀봉 면은 특정의 표면 구조를 형성하기 위하여 재용융되고 냉각된다.
RU-C1 2152550호는 기계적인 밀봉부 및 이의 제조 방법을 공개한다. 슬라이딩 링 및/또는 정합 링의 밀봉 면은 반경 방향으로 도시된 바와 같이 상대적으로 높고 낮은 경도의 영역을 포함하는 것으로 가정된다. 상대적으로 높은 경도를 나타내는 밀봉 영역의 섹션들은 레이저 방사와 관련하여 필요 시 표면 경화 처리 또는 합금화 공정(alloying)에 의해 제조된다.
본 발명의 목적은 기계적인 밀봉부(mechanical seal)가 상대적으로 높은 높은 원주 속도에 따라(>10 m/s)에 따라 적용 분야에서 이용되어 질 수 있는 재료 및 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적은 기계적인 밀봉부용으로 이용될 수 있는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링을 제조하기 위한 방법에 의해 구현되며, 상기 방법은 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료로부터 주조하는 단계(casting), 적어도 밀봉 영역을 기계 가공하는 단계(machining) 및 각각의 밀봉 영역의 표면을 레이저 경화 처리하는 단계(laser hardening)를 포함한다.
이용되는 높은 열전도성을 나타내는 각각의 슬라이딩 링 및/또는 정합 링에 대한 선호되는 화학적 조성은 하기를 따른다.
C 3.4% 내지 3.9%
Si 2.2% 내지 3.2%
Mn 0.5% 내지 1.0%
Cr 0.1% 내지 0.4%
V 최대 0.15%
Cu 0.1% 내지 0.7%
P 0.3% 내지 0.6%
S 최대 0.13%
Fe 잔여물 및 불가피 불순물.
또한 본 발명의 목적은 기계적인 밀봉부용 슬라이딩 링 및/또는 정합 링에 의해 구현되며, 상기 슬라이딩 링 및/또는 정합 링은 방사면(radial plane)에서 연장되는 밀봉 영역을 가지며 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료로 구성되는 대략적인 모서리가 있는 횡단면(angular cross section)을 포함하는 기본 몸체를 포함하고, 상기 밀봉 영역은 레이저-경화된 표면이 제공된다.
바람직하게 슬라이딩 링 및/또는 정합 링은 구동 밀봉부 내의 밀봉 요소로써 이용될 수 있다.
본 발명의 그 외의 다른 특징에 따라서, 슬라이딩 링 및/또는 정합 링은 특히 20 내지 35 m/s의 영역 내의 원주 속도로 차량의 피니언 샤프트 내에서 이용될 수 있다.
이용된 회주철 재료는 우수한 열전도성을 나타낸다. 이는 특정된 높은 원주 속도에서 발생되는 높은 마찰열을 가능한 빨리 윤활제/냉각제로 전달하기 위해 중요하다. 본 발명에 따라 밀봉 영역의 표면을 레이저 경화 처리하고 추가적으로 구동 밀봉부 내에서 원주 속도를 최적화 상태로 증가시킴에 따라 레이저-경화 처리된 표면의 마모 저항이 상당히 증가될 수 있다.
예를 들어 피니언 샤프트 밀봉부에 따른 테스트에서, 적어도 25 m/s의 원주 속도가 시징(seizing)을 야기하지 않고 구현될 수 있다.
주조에 의해 제조된 금속 슬라이딩 링 및/또는 정합 링은 재료가 터닝(turning)에 의해 상업용으로 이용 가능한 머신 공구상에서 기계 가공될 수 있도록 단순한 방법으로 제조될 수 있다. 레이저 경화 처리용 장치에 따라 다양한 직경을 가진 슬라이딩 링 및/또는 정합 링들이 단순한 조절 메커니즘에 의해 경화 처리될 수 있다.
본 발명에 따라 밀봉 영역의 표면을 레이저-경화 처리함으로써 기계적인 밀봉부가 작동되는 동안 높은 재료 손실을 수반하는 이에 이용된 코팅이 제거될 수 있다.
본 발명의 주요 특징은 하기에 기술되며 첨부된 도면의 실시예로써 도시된다.
도 1은 상세히 도시되지 않은 기계적 밀봉부부의 슬라이딩 링(sliding ring) 또는 정합 링(mating ring, 1)의 실시예를 도시하는 도면.
슬라이딩 링 또는 정합 링(1)은 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료(grey cast iron material)로 구성되며, 하기 조성(중량%)을 가진다.
C 3.65%
Si 2.55%
Mn 0.8%
Cr 0.25%
V 0.10%
Cu 0.45%
P 0.35%
S 0.08%
Fe 잔여물 및 불가피 불순물(unavoidable impurities)
상기 물질에 대해 특정된 범위 내에서 유사한 조성들이 허용될 수 있다.
외측 주변 표면(2)과 내측 주변 표면(3)에 추가적으로 대략적으로 모서리가 있는 횡단면(angular cross section)을 가지는 슬라이딩 링은 밀봉 영역(4)을 포함한다. 주조 공정 이후, 적어도 밀봉 영역(4)이 기계 가공된다. 예를 들어 30 m/s의 영역에서의 원주 속도에 대한 구동 밀봉부(drive seal)와 같이, 밀봉 영역(4)은 레이저 공구(5)를 이용하여 표면 경화처리(surface hardening)된다.

Claims (5)

  1. 기계적인 밀봉부용으로 이용될 수 있는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링(1)을 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료로부터 주조하는 단계(casting), 적어도 밀봉 영역(4)을 기계 가공하는 단계 및 각각의 밀봉 영역(4)의 표면을 레이저 경화 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 슬라이딩 링 및/또는 정합 링(1)은 하기 화학적 조성(중량%),
    C 3.4% 내지 3.9%
    Si 2.2% 내지 3.2%
    Mn 0.5% 내지 1.0%
    Cr 0.1% 내지 0.4%
    V 최대 0.15%
    Cu 0.1% 내지 0.7%
    P 0.3% 내지 0.6%
    S 최대 0.13%
    Fe 잔여물 및 불가피 불순물
    을 가지는 보통-처리되지 않은 회주철(plain, untreated grey cast iron)로 부터 주조에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 기계적인 밀봉부용 슬라이딩 링 및/또는 정합 링에 있어서, 상기 슬라이딩 링 및/또는 정합 링은 방사면(radial plane)에서 연장되는 밀봉 영역(4)을 가지며 높은 열전도성을 나타내는 회주철 재료로 구성되는 대략적인 모서리가 있는 횡단면을 포함하는 기본 몸체(1)를 포함하고, 상기 밀봉 영역(4)은 레이저-경화된 표면이 제공되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링.
  4. 제 3 항에 있어서, 구동 밀봉부(drive seal) 내의 밀봉 요소로써 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 특히 20 내지 35 m/s의 영역 내의 원주 속도로 차량의 피니언 샤프트 내에서 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 링 및/또는 정합 링.
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