KR20120091502A - 무연 황동합금의 열처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 납을 사용하지 않거나 극소량을 포함하는 무연 황동합금의 가공성 및 내식성을 향상시키도록 한 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 무연황동 원소재를 풀 어닐링 하는 제 1단계와, 이 제 1단계후 기계가공하는 제 2단계와, 이 제 2단계후 소프트 어닐링 하는 제 3단계를 포함한 열처리 방법이다.

Description

무연 황동합금의 열처리방법{Heat Treatment Method of Unleaded Brass Alloy}
본 발명은 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 납을 포함하지 않거나 또는 극소량의 납이 포함되는 무연 황동합금의 가공성, 내균열성, 내마모성 및 내식성을 향상시키도록 한 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동 합금은 자동차 부품, 전자부품, 배관부재(수도꼭지 금구, 밸브 등) 등에 널리 사용하는 것으로서, 기계 가공성과 시효 경과에 대한 내부식성(탈아연방지)이 우수해야 한다.
이와 같이, 동 합금의 기계 가공성과 내부식성(탈아연방지)을 개선시키기 위한 방법으로서, 납을 첨가하는 것이 유효하다고 알려져 있다.
납을 포함하는 동 합금을 제조하는 경우, 인체와 환경에 악영향을 미치는 납을 포함하고 있으므로, 합금의 용해, 주조시에 발생하는 금속 증기중의 납 성분을 작업자가 흡인하거나, 황동합금을 주로 사용하는 배관부재인 경우, 음용수와의 접촉에 의해 납성분이 용출되어 인체에 흡음된다고 하는 위험성이 항상 존재하게 된다.
따라서, 인체 및 환경에 악영향을 미치는 납을 제외하고 황동합금을 제조(무연 황동합금)하는 경우, 기계 가공성이 불량해지기 때문에, 납이나 카드늄을 함유하지 않는 무연 쾌삭성 동 합금으로서, 예를 들어 일본 특개 2000-119775호 공보에 개시된 바와 같이, 인장강도 600 내지 800MPa 정도를 갖는 동합금이 제안되어 있지만, 첨가 원소인 규소(Si)는 동합금의 기계 가공성(피삭성)을 개선하지만, 구리나 납에 비하여 경질이기 때문에 납 함유 황동계 합금에 비하면 절삭 저항이 커지고, 또한 공구 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
또한, 무연 황동합금인 경우, 그 자체로는 가공성이 좋지 않기 때문에, 주조공정을 통해 주조품을 제조하는 수준이었다. 따라서, 배관피팅 제품과 같이 다양한 형상으로 가공해야 하는 제품에는 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
더욱이, 환경이나 인체에 악영향을 미칠 우려가 있는 납이나 카드늄을 대체하면서 기계 가공성이 향상된 원소를 첨가하여 우수한 기계적 특성을 실현할 수 있도록 하기 위해 황동합금의 조성비를 달리하면서 비스무스(Bi) 등을 포함한 것도 있으나, 이러한 비스무스 등은 고가이고, 저온 가공시 취성에 의해 균열이 발생하기 때문에, 이러한 비스무스를 포함한 황동합금으로 제품을 제조하는 경우, 제품의 비용이 상승하고 적용상의 제약을 받는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 인체나 환경에 해로운 납을 전혀 함유하지 않거나 또는 인체나 환경에 악영향을 주지 않는 범위의 극소량의 납을 포함하면서 가공성 향상을 위한 성분의 첨가없이 기계 가공성 및 내식성과 내마모성이 우수하고 경시(經時)균열을 개선하는 무연 황동합금의 열처리 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 해결 수단은, 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링 하여 내부 응력 및 경계 균열을 제거하기 위한 제 1단계와, 이 제 1단계후 기계 가공하는 제 2단계와, 이 제 2단계후 소프트 어닐링 하여 기계 가공에 의한 응력집중 및 잔존 응력제거를 위한 제 3단계로 이루어진 것이다.
또한, 본 발명은 무연 황동합금 원소재를 단조하는 제 1단계와, 이 제 1단계후 풀 어닐링하여 원 소재의 가열과 단조시 외력에 의한 응력 및 경계 균열을 제거하기 위한 제 2단계와, 이 제 2단계후 기계 가공하는 제 3단계와, 제 3단계후 소프트 어닐링하여 기계 가공에 의한 응력집중 및 잔존 응력제거를 위한 제 4단계로 이루어진 것이다.
이와 같이, 본 발명은 납을 포함하지 않거나 또는 극소량을 포함하는 무연 황동합금의 열처리방법을 통해 친환경 소재로서 사용가능하고, 기계 가공성, 내마모성, 조직의 균질성, 내균열성 및 내식성이 향상되어 특히 가공품 표면의 경시균열 및 탈아연 부식을 방지함으로써 음용수용 배관 피팅제품 등에 적합하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링한 경우와 하지 않은 경우의 조직을 대비하여 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 열처리 방법을 수행한 경우와 완전히 하지 않은 경우의 배관피팅 시험편을 시험한 결과를 사진으로 보여주는 결과표이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
본 발명에서 설명하고 있는 무연 황동합금은 납 성분을 전혀 포함하지 않거나 또는 극소량의 납 성분을 포함하는 수준을 의미한다.
하기 본 발명의 실시 예들에 사용된 소재는 네이벌 브래스(naval brass)이다.
[제 1실시 예]
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링(full annealing) 하는 제 1단계(S1)와, 이 제 1단계(S1)후 기계가공하는 제 2단계(S2)와, 이 제 2단계(S2)후 다시 소프트 어닐링(soft annealing) 하는 제 3단계(S3)로 이루어진 것이다.
상기 제 1단계(S1)는 원소재를 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링을 시행한다. 이렇게 풀 어닐링을 시행함으로써 원 소재의 기계 가공성을 향상시키고, 응력집중에 의한 경계 균열을 제거할 수 있다.
또한, 상기 제 2단계(S2)에서의 기계가공작업은 예를 들어 원하는 배관 피팅 제품으로 가공하는 작업이다.
또한, 제 3단계(S3)는 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링을 시행한다.
최종적으로 소프트 어닐링을 함으로써 기계가공된 원소재(배관 피팅 제품)의 내부 응력 제거로 균열방지와 내마모성 및 내식성이 향상된다.
[제 2실시 예]
본 발명은 제 2실시 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 무연 황동합금 원소재를 단조(forging)하는 제 1단계(P1)와, 이 제 1단계(P1)후 풀 어닐링하는 제 2단계(P2)와, 이 제 2단계후 기계가공하는 제 3단계(P3)와, 제 3단계(P3)후 소프트 어닐링하는 제 4단계(P4)로 이루어진 것이다.
다시 말해서, 원소재(C46400)를 열처리 공정(어닐링 공정)을 거치지 않고, 먼저 단조 공정을 시행하고, 단조 공정후, 단조품에 대해 1차로 풀 어닐링 하며, 풀 어닐링후 단조품에 대하여 기계가공을 한 다음, 가공 완료후 2차로 소프트 어닐링 작업을 하여 단조품의 조직을 안정되게 한다.
또한, 상기 풀 어닐링하는 제 2단계(P2)는 상기 제 1실시 예에서와 마찬가지로, 단조품을 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링을 시행하여 기계 가공성의 향상 및 금속의 가열과 단조시 외력에 의한 응력 및 경계 균열을 제거하도록 한다.
또한, 제 4단계(P4)는 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 시행하여 기계 가공에 의한 응력 집중 및 잔존 응력 제거를 하도록 함으로써, 균열방지와 내마모성 및 내식성이 향상된다.
본 발명에 따른 열처리 방법에 의하면, 질소가스 분위기내에서 각각 상기 언급한 온도 및 시간 조건하에서 풀 또는 소프트 어닐링 작업을 시행한 결과, 단조 또는 기계 가공후 금속조직에 발생할 수 있는 경시균열 및 탈아연 부식현상이 방지된다.
만일, 질소가스 분위기내에서 열처리를 하지 않고 일반 대기상태 분위기에서 열처리를 하는 경우에는 산소, 암모니아 등의 가스에 의해 부식이 발생할 수 있고, 조직 표면의 부식 진행으로 표면경화 현상이 발생하기 때문에, 질소가스 분위기내에서 열처리 작업을 하면 이러한 부식의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명의 열처리 방법에 따른 가공품과 열처리를 하지 않은 가공품을 비교해보면 도 3과 같다.
도 3에서 보는 바와 같이, 풀 어닐링전에는 원소재의 부식된 정도가 많으나, 어닐링후에는 원소재의 부식 정도가 상대적으로 적게 됨을 알 수 있다.
다시 말해서, 부식이 진행될 수록 원소재 조직이 많이 쪼개지는 모양을 나타내는데, 어닐링전에 비해서 어닐링 후에 모습이 덜 쪼개진 형태를 이루고 있고, 그에 따라 본 발명에 따른 열처리 방법에 의하면 원소재의 내식성이 향상됨을 알 수 있는 것이다.
도 4는 3종류의 배관 피팅류 시험편1,1-1, 2,2-1,3,3-1의 6개를 처리방법 별로 시험한 결과표로서, 본 발명에 따른 열처리 방법을 수행한 시험편 1-1,2-1,3-1은 확대사진에서 보는 바와 같이, 시험편 1,2,3에 비해 경시균열 및 부식이 상대적으로 나타나지 않음을 알 수 있다.
상기 시험편 1과 시험편 1-1, 시험편 2와 2-1,시험편 3과 시험편 3-1은 각각 동일한 배관제품으로서, 열처리 방법을 달리하여 시험한 결과를 나타낸 것이다.
한편, 본 발명에 따른 열처리 방법은 납을 전혀 포함하지 않은 무연 황동합금은 물론, 인체와 환경에 악영향을 주지 않는 범위의 극소량(전체 조성비 100중량%중 0.005 ~ 0.2중량%) 의 납 성분을 포함하는 무연 황동합금(C46400 계열)이더라도 기계 가공성 및 내식성이 향상될 수 있다.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.
S1,P1 : 제 1단계
S2,P2 : 제 2단계
S3,P3 : 제 3단계
P4 : 제 4단계

Claims (7)

  1. 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링 하는 제 1단계와,
    이 제 1단계후 기계 가공하는 제 2단계와,
    이 제 2단계후 소프트 어닐링 하는 제 3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  2. 무연 황동합금 원소재를 단조하는 제 1단계와,
    이 제 1단계후 풀 어닐링하는 제 2단계와,
    이 제 2단계후 기계 가공하는 제 3단계와,
    이 제 3단계후 소프트 어닐링하는 제 4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 원소재는 네이벌 브래스인 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 풀 어닐링은 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 시행하는 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 소프트 어닐링은 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 시행하는 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 풀 어닐링 또는 소프트 어닐링은 질소가스 분위기내에서 하는 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 무연 황동합금 원소재는 0.2중량% 이하의 극소량을 가지는 납을 포함한 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리 방법.
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