KR20130054102A - 합금주철 및 그를 이용한 로터리 압축기의 롤링피스톤의 제조방법 - Google Patents

합금주철 및 그를 이용한 로터리 압축기의 롤링피스톤의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합금주철 및 그를 이용한 로터리 압축기용 롤링피스톤의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 중량비로 C : 3.0 ~ 3.5%, Si : 2.2 ~ 2.4%, Mn : 0.5 ~ 1.0%, P : 0.1 ~ 0.3%, S : 0.06 ~ 0.08%, Cr : 0.7 ~ 1.0%, Cu : 0.6 ~ 1.0% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 부피비로 3 ~ 8%의 스테다이트 조직이 형성되는 것을 특징으로 하는 합금주철이 제공된다.

Description

합금주철 및 그를 이용한 로터리 압축기의 롤링피스톤의 제조방법{ALLOY CAST IRON AND MANUFACTURING METHOD OF ROLLING PISTON USING THE SAME}
본 발명은 합금주철 및 그를 이용한 로터리 압축기용 롤링피스톤의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 쉘(shell)의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛을 포함한다. 이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 여러가지의 형태로 구분할 수 있는데, 예컨대, 로터리 압축기의 경우 상기 압축유닛은 압축공간을 형성하는 실린더와, 그 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 분리하는 베인과, 상기 베인을 지지하는 동시에 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 복수 개의 베어링부재 및 상기 실린더 내에서 회전가능하게 장착되는 롤링 피스톤으로 이루어져 있다.
상기 베인은 상기 실린더에 형성된 베인 슬롯의 내부에 삽입되고, 단부가 상기 롤링 피스톤의 외주부에 고정되어 상기 압축공간을 둘로 나누게 되며, 압축과정 중에서 상기 베인 슬롯의 내부에서 지속적으로 슬라이드 이동하게 된다. 이 과정에서 고온 고압의 냉매와 지속적으로 접촉하여야 할 뿐만 아니라, 냉매가 누설되지 않도록 롤링 피스톤 및 상기 베어링과 밀착된 상태를 유지하여야 하기 때문에, 상기 베인은 높은 내마모성을 가져야 한다.
여기서, 상기 롤링피스톤은 상기 실린더의 내주면과 내접하는 동시에 상기 베인과도 선접촉되어 미끄럼 운동을 하게 됨에 따라 상기 롤링피스톤에 대해서도 상기 베인에 못지 않은 내마모성이 요구되고 있다.
그러나, 종래의 롤링피스톤은 통상 경도(HRC)가 30~40에 불과한 회주철을 사용함에 따라 압축기의 장시간 운전시 상기 롤링피스톤이 마모되면서 냉매의 누설이 발생될 우려가 있었다. 특히, 오존층 파괴로 인해 사용이 중지된 CFC를 대체하는 HFC 등의 신냉매의 경우 CFC에 비해서 낮은 윤활성능을 가질 뿐만 아니라, 에너지 소모량 절감을 위한 인버터의 사용 등으로 인해서 압축기의 운전속도나 운전압력이 높아지면서, 상기 롤링피스톤에 요구되는 내마모성은 종래에 비해서 더욱 높아지고 있다.
이러한 내마모성을 만족시킬 수 있도록 하기 위해서, 종래의 롤링피스톤은 회주철에 다양한 종류의 원소를 첨가한 합금주철을 이용하여 제조되고 있는데, 구체적으로 Mo, Ni, Cr 등을 첨가하여 내마모성이나 경도를 향상시키고 있으나, 이들은 합금주철의 원재료비의 40%에 이를 정도의 고가여서 제품의 단가를 높이는 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 종래에 비해서 보다 저렴하게 롤링피스톤을 제조할 수 있는 합금주철을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
본 발명은 또한, 종래에 비해서 보다 저렴하게 롤링피스톤을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 중량비로 C : 3.0 ~ 3.5%, Si : 2.2 ~ 2.4%, Mn : 0.5 ~ 1.0%, P : 0.1 ~ 0.3%, S : 0.06 ~ 0.08%, Cr : 0.7 ~ 1.0%, Cu : 0.6 ~ 1.0% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 부피비로 3 ~ 8%의 스테다이트 조직이 형성되는 것을 특징으로 하는 합금주철이 제공된다.
또한, 상기 합금주철은 담금질 및 템퍼링으로 이루어지는 열처리를 거칠 수 있다. 여기서, 상기 담금질은 900±10℃의 온도에서 90 ~ 150분간 유지한 후 50 ~ 90℃의 온도까지 유냉(oil cooling)한 후 50 ~ 90℃의 온도에서 5 ~ 7시간 동안 유지하는 것으로 실시될 수 있다.
또한, 상기 템퍼링은 250±10℃의 온도에서 150 ~ 210분간 유지한 후 상온까지 공기 중에서 냉각하는 것으로 실시될 수 있다.
그리고, 템퍼링된 합금주철의 로크웰 경도가 45 ~ 55가 되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 중량비로 C : 3.0 ~ 3.5%, Si : 2.2 ~ 2.4%, Mn : 0.5 ~ 1.0%, P : 0.1 ~ 0.3%, S : 0.06 ~ 0.08%, Cr : 0.7 ~ 1.0%, Cu : 0.5 ~ 0.9% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 제조하는 용융단계; 상기 용탕을 주형에 주입하고 냉각하여 부피비로 스테다이트 조직이 3 ~ 8%인 반제품을 얻는 주조단계; 냉각된 반제품을 소정 형상으로 연마하는 연마단계; 및 로크웰 경도로 45 ~ 55의 경도를 갖도록 연마된 반제품을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 열처리 단계는 담금질 및 템퍼링을 포함할 수 있고, 상기 담금질은 900±10℃의 온도에서 90 ~ 150분간 유지한 후 50 ~ 90℃의 온도까지 유냉(oil cooling)한 후 50 ~ 90℃의 온도에서 5 ~ 7시간 동안 유지하는 것으로 실시될 수 있다. 또한, 상기 템퍼링은 250±10℃의 온도에서 150 ~ 210분간 유지한 후 상온까지 공기 중에서 냉각하는 것으로 실시될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 고가인 Ni, Cr 및 Mo 등의 성분을 함유하지 않거나 최소화하여 제조단가를 낮추면서도 충분한 기계적 특성을 갖는 롤링피스톤을 제조할 수 있게 된다.
특히, 적정 범위의 함량으로 Cu를 추가하여, 절삭성능을 개선하고 인장강도와 내마모성을 더욱 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 합금주철의 일 실시예를 소재로 하여 제조된 롤링피스톤을 구비한 로터리 압축기의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기의 압축기구부를 도시한 횡단면도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 합금주철의 제1 실시예를 촬영한 조직사진이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 합금주철의 제1 실시예를 촬영한 조직사진이다
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 합금주철의 제2 실시예를 촬영한 조직사진이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 합금주철의 제3 실시예를 촬영한 조직사진이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 합금주철의 제4 실시예를 촬영한 조직사진이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 합금주철의 제5 실시예를 촬영한 조직사진이다.
도 8a 내지 8c는 본 발명에 따른 합금주철의 제6 실시예를 촬영한 조직사진이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 합금주철의 실시예에 대해서 상세하게 설명하기로 한다. 한편, 상기 합금주철의 실시예에 대한 설명에 앞서서, 상기 합금주철로 제조된 롤링피스톤이 적용된 로터리 압축기에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 개략적으로 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로터리 압축기는, 밀폐용기(10)의 내부 공간에 전동기구부(20)와 압축기구부(30)가 함께 설치된다. 그리고 상기 압축기구부(30)는 실린더(31), 상부베어링(32), 하부베어링(33), 롤링피스톤(34), 그리고 베인(35) 등으로 이루어진다. 도면부호 21은 고정자, 22는 회전자, 23은 회전축, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.
상기 롤링피스톤(34)은 그 경도가 대략 그 경도(HRC)가 45 ~ 55인 특성을 갖도록 재질이 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 그리고 철(Fe)로 된 일반적인 회주철의 성분 외에 크롬(Cr)과 구리(Cu)를 추가적으로 포함한다. 이하, 각 성분의 역할에 대해서 설명한다.
(1) 탄소 (C) : 3.0 ~ 3.5%
주철의 내부에 존재하는 탄소는 흑연으로서 존재하거나 Fe3c로 표기되는 탄화물(또는 카바이드)의 형태로 존재하게 된다. 따라서, 탄소의 함유량이 적은 경우 대부분의 탄소는 탄화물의 형태로 존재하므로 편상흑연 조직이 잘 나타나지 않으므로 3.2% 이상으로 첨가하여 전체적으로 균일한 편상흑연 조직을 얻을 수 있도록 한다. 한편, 탄소의 함량이 높을수록 응고점이 낮아지므로 주조성을 개선하는데는 도움이 되지만 흑연석출량이 지나치게 많아져 취성을 높이고 인장강도에 좋지 않은 영향을 미친다. 즉, 탄소포화도(Sc)가 대략 0.8 내지 0.9인 경우에 가장 큰 인장강도를 가질 수 있으므로, 그 최대 한도를 3.5%로 하여 양호한 인장강도를 얻을 수 있도록 한다.
(2) 규소 (Si) : 2.2 ~ 2.4%
규소는 흑연화촉진원소로서 탄화물을 분해하여 흑연으로서 석출하도록 하는 역할을 한다. 즉, 규소의 첨가는 탄소량을 증가시키는 것과 같은 효과를 제공한다. 아울러, 규소는 주철 내에 존재하는 미세한 흑연조직을 편상흑연 조직으로 성장하도록 하는 역할을 하게 된다. 이렇게 성장된 편상흑연 조직은 마그네슘이나 구상화제 등에 의해 구상흑연으로 생성되게 된다. 그러나, 규소는 다량으로 첨가되는 경우 주철의 기지조직을 강화하여 인장강도를 높이는 역할도 겸하게 된다. 즉, Si/C가 커지면 흑연의 양이 적어지고 고규소로 인한 기지조직 강화 효과로 인해 인장강도가 향상될 수 있으며, 이는 용탕에 접종을 행한 경우에 더욱 뚜렷하게 나타난다. 이러한 관점에서, 상기 규소의 함량을 2.2 ~ 2.4%로 결정하였다.
(3) 망간 (Mn) : 0.5 ~ 1.0%
망간은 탄소의 흑연화를 방해하는 백주철화 촉진원소로서 화합탄소(즉 세멘타이트)를 안정화시키는 역할을 한다. 또한 망간은 페라이트의 석출을 방해하고 퍼얼라이트를 미세화시키므로 주철의 기지조직을 퍼얼라이트화하는 경우에 유용하다. 특히 망간은 주철 중의 황과 결합하여 황화망간을 만들며, 이 황화망간은 용탕의 표면으로 떠올라 슬래그로서 제거되거나 응고된 후 비금속 개재물로써 주철 중에 남게 되어 황화철이 생성되는 것을 방지한다. 즉, 망간은 유황의 해를 중화시키는 원소로서도 작용한다. 퍼얼라이트화 촉진 및 황 성분의 제거를 위해 0.5 ~ 1.0% 함유한다.
(4) 크롬 (Cr) : 0.7 ~ 1.0%
크롬은 흑연화 방해 원소로서 다량으로 첨가하면 백주철화하게 되고, 경도를 과도하게 향상시켜 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 반면에, 탄화물을 안정화시키는 작용을 하고, 내열성을 향상시키는데에도 도움을 준다. 따라서, 0.7 ~ 1.0%로 첨가하여 기계적 성능과 내열성을 향상시킬 수 있도록 한다. 아울러, 상기 크롬은 담금질성을 높이고 공석변화시에 퍼얼라이트 주철을 안정시키는 역할도 하게 된다.
특히, 크롬은 몰리브덴과 밀도 등의 특성이 유사하여, 몰리브덴의 대체재로서 활용할 수 있다. 따라서, 고가의 몰리브덴을 포함하지 않고, 이를 상대적으로 저가인 크롬으로 대체하여 유사한 물성을 얻으면서도 재료비를 절감할 수 있게 된다.
(5) 구리 (Cu) : 0.6 ~ 1.0%
구리는 흑연의 형상을 굵고 짧게 하고, D, E형 과냉 흑연을 감소시키고 A형 편상흑연을 촉진시키는 원소이다. 아울러, 퍼얼라이트 형성을 촉진하면서 퍼얼라이트 사이의 거리를 작게 하여 퍼얼라이트를 세분화시켜 조직의 균일성을 향상시키고, 제품의 품질 편자를 줄이는 데 도움을 준다. 또한, 용탕의 유동성을 높여서 주조성을 높이고 그로 인한 잔류응력을 낮아지게 하는 효과가 있다.
아울러, 구리는 조직을 치밀하게 하고 주철의 인장강도 및 경도 등을 다소 향상시키게 된다. 특히, 구리는 담금질성을 높이고, 절삭성능을 개선하는 기농도 가지고 있다. 이러한 효과는 3.0% 정도의 탄소를 함유한 경우에 현저하게 나타나며, 크롬을 함께 첨가하면 더욱 양호한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 구리의 흑연화 촉진특성과 크롬의 안정화 작용이 서로 중화되고, 인장강도와 경도를 함께 증가시키며, 얇은 주조물의 접종처리를 강화하는 역할도 갖는다.
(6) 인 (P) : 0.1 ~ 0.3%
인은 인화철(Fe3P)의 화합물을 형성하여 페라이트, 탄화철과 함께 3원 공정 스테다이트로서 존재한다. 상기 인화철은 과냉되기 쉬우며 주물에서 편석을 잘 일으킨다. 이로 인해서, 인의 함유량이 증가할수록 취성이 증가하고 인장강도도 급속히 떨어진다. 특히, 인이 0.3%를 초과하여 함유되면, 인화철이 연속된 그물형상으로 분포되어 결정 사이를 불균일하게 하고 기계적 성능을 악화시키는 원인이 된다. 따라서, 인의 함량을 0.1 ~ 0.3%으로 하여 인화철이 단속된 그물형상이나 섬 모양으로 분포되도록 하고 이를 통해 기계적 성능의 악화를 방지하도록 한다.
(7) 황 (S) : 0.06 ~ 0.08%
황은 다량으로 첨가될수록 용탕의 유동성을 저하시키고 수축량을 증가시키며, 수축공이나 균열발생의 원인이 되기도 한다. 따라서, 가급적 적게 함유하는 것이 바람직하다. 다만, 0.1% 이하로 함유되는 경우에는 그러한 악영향이 크게 드러나지 않으므로 상기 함량이 되도록 관리한다.
상기와 같은 특성을 갖는 원소들을 혼합하여, 본 발명에 따른 합금주철을 생산할 수 있고, 이는 압축기의 롤링피스톤을 제조하는데 사용될 수 있다. 이제, 상기 합금주철로 이루어진 압축기용 롤링피스톤을 생산하는 제조공정에 대해서 설명한다.
(1) 제련(smelting)
상술한 원소들을 적정 비율로 선택하여 원료를 조제하고, 이를 중주파 유도전기로(middle frequency induction furnace)에 넣고 원료가 모두 용해되도록 가열한 후 제련한다.
(2) 접종(inoculation)
상기 제련 단계에서 제련된 용탕에 접종제를 접종한다. 접종은 흑연핵을 많이 발생시켜 흑연화를 촉진하고, 흑연의 분포를 균일화하여 강도를 증가시키는데 도움을 준다. 이때, 접종제로는 바륨실리콘철 합금(FeSi72Ba2)을 사용하고, 그 첨가량은 상기 용탕의 질량의 0.4 ~ 1.0%이다.
(3) 주조(casting)
상기 접종 단계에서 접종처리된 용탕을 원하는 형태의 캐비티를 갖도록 사전에 제작한 주형에 상기 용탕을 주입한다. 이때, 레진코티드 샌드를 이용한 쉘 몰드법(shell mold process) 혹은 매몰주조법(investment mold process)을 이용하여 주조를 진행한다. 냉각된 롤링피스톤 반제품은 편상구조의 흑연과 탄화물을 함유하게 되며, 상기 스테다이트의 함량이 체적비로 3 ~ 8%가 되도록 한다. 상기 스테다이트는 대단히 경한 조직으로서 경도 및 내마모성 향상에는 도움을 주지만, 과도하게 함유되면 가공성을 크게 저하시키고 취성을 증가시키게 된다. 따라서, 상기와 같이 각 성분의 함량을 조절하여 스테다이트의 체적비가 상기 범위 내가 되도록 조절한다.
(4) 연마(grinding)
상기 주조 단계에서 얻은 롤링피스톤 반제품을 연마하여 의도한 형태를 갖도록 가공한다.
(5) 열처리
열처리 과정은 담금질과 템퍼링으로 이루어질 수 있다.
- 담금질(quenching) : 공기 온도를 제어할 수 있는 전기저항로를 이용하여 연마된 롤링피스톤 반제품을 900±10℃의 온도에서 90 ~ 150분간 유지한 후 50 ~ 90℃의 온도까지 유냉(oil cooling)한 후 50 ~ 90℃의 온도에서 5 ~ 7시간 동안 유지한다.
- 템퍼링
담금질이 완료된 반제품을 250±10℃의 온도에서 150 ~ 210분간 유지한 후 상온까지 공기 중에서 냉각한다.
여기서, 몰리브덴 및 니켈을 합유한 경우에 비해서, 본 발명의 합금주철에서는 스테나이트가 균일하게 분포되지 않는 문제가 있음을 발견하였고, 이를 해소하기 위해서 담금질 및 템퍼링 온도를 높여서 스테나이트가 보다 균일하게 분포되도록 한다.
(6) 정밀 연마 및 폴리싱(fine grinding and polishing)
상기 열처리 단계에서 담금질(quenching)과 템퍼링 처리된 롤링피스톤을 정밀 연마 및 폴리싱 가공을 통해서 최종 형상 및 요구한 표면 품질을 갖도록 가공한다.
(7) 이온 침황(sulphurizing)
상기 정밀 연마 및 폴리싱 단계에서 얻은 롤링피스톤에 대해 이온 침황(sulphurizing)처리를 진행하여, 표면에 0.005 ~ 0.015mm 두께의 유화물 침황(sulphurizing)층을 형성한다. 상기 침황층은 상기 롤링피스톤의 내부에 존재하는 편상흑연과 함께 작용하여, 롤링피스톤이 자체적으로 갖는 윤활성 및 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 각 성분을 상기 함량 범위 내에서 함량을 달리하여 하기 표 1에 정리된 바와 같이 총 6개의 시료를 제작하였다.
Figure pat00001
상기 표 1에서 각 함량은 모두 중량 %이다. 이러한 성분을 포함하도록 제조된 각각의 시료에 대해서 물성을 측정한 결과를 이하에서 설명하도록 한다.
실시예 1
실시예 1의 경우 주조 직후의 경도는 98HRB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 49HRC, 인장강도는 293MPa로 측정되었다. 아울러, 도 3a를 참조하면, 상기 실시예 1의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 85% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 통상적으로, A 내지 E형 흑연으로 구분되는 편상흑연의 형태 중에서 A형이 가장 양호한 것으로 간주되므로, 상기 실시예 1은 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 3% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 3c를 참조하면 상기 실시예 1의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 결과를 보면, 종래의 일반적인 합금주철 롤링피스톤이 30 ~ 40의 경도를 가지는 점을 감안하면 상기 실시예 1은 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수한 경도 및 내마모성을 가지고 있음을 알 수 있다. 아울러, 대략 46 ~ 56의 경도를 갖는 Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 2의 경우 주조 직후의 경도는 99HRB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 50HRC, 인장강도는 298MPa로 측정되었다. 아울러, 도 4a를 참조하면, 상기 실시예 2의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 90% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 2 역시 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 4b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 3.5% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 4c를 참조하면 상기 실시예 2의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 실시예 2 역시, 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수하고, Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
실시예 3
실시예 3의 경우 주조 직후의 경도는 100HRB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 51HRC, 인장강도는 300MPa로 측정되었다. 아울러, 도 5a를 참조하면, 상기 실시예 3의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 95% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 3 역시 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 5b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 4% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 5c를 참조하면 상기 실시예 3의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 실시예 3 역시, 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수하고, Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 4의 경우 주조 직후의 경도는 101RB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 52HRC, 인장강도는 305MPa로 측정되었다. 아울러, 도 6a를 참조하면, 상기 실시예 4의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 85% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 4 역시 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 6b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 4.5% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 6c를 참조하면 상기 실시예 4의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 실시예 4 역시, 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수하고, Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 5의 경우 주조 직후의 경도는 102HRB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 52HRC, 인장강도는 310MPa로 측정되었다. 아울러, 도 7a를 참조하면, 상기 실시예 5의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 90% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 5 역시 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 7b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 5% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 7c를 참조하면 상기 실시예 5의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 실시예 5 역시, 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수하고, Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
실시예 6
실시예 6의 경우 주조 직후의 경도는 103HRB로 높았지만, 상술한 바와 같은 열처리 후 경도는 53HRC, 인장강도는 308MPa로 측정되었다. 아울러, 도 8a를 참조하면, 상기 실시예 6의 조직 내부에 석출된 흑연의 형태는 편상 흑연이 부드럽게 만곡되어 있고 균등하게 분포되어 있는 A형 흑연이 대략 95% 정도로 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 상기 실시예 6 역시 양호한 물성을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8b를 참조하면, 스테다이트의 함량이 대략 6% 정도로 측정됨을 알 수 있고, 도 8c를 참조하면 상기 실시예 6의 기저조직이 마르텐사이트임을 알 수 있다.
상기 실시예 6 역시, 종래의 합금주철 롤링피스톤에 비해 우수하고, Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있음을 알 수 있다.
상기 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
Figure pat00002
상술한 바와 같이, 상기 각 실시예들은 모두 종래의 합금주철로 이루어진 롤링 피스톤에 비해서 우수한 경도 및 내마모성을 가지고 있을 뿐만 아니라 인장강도도 향상됨을 알 수 있다. 아울러, 고가의 Ni. Mo, Cr 함유 롤링피스톤에 비해서도 거의 대등한 성능을 지니고 있어, 저렴하게 제조할 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (9)

  1. 중량비로 C : 3.0 ~ 3.5%, Si : 2.2 ~ 2.4%, Mn : 0.5 ~ 1.0%, P : 0.1 ~ 0.3%, S : 0.06 ~ 0.08%, Cr : 0.7 ~ 1.0%, Cu : 0.6 ~ 1.0% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 부피비로 3 ~ 8%의 스테다이트 조직이 형성되는 것을 특징으로 하는 합금주철.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금주철은 담금질 및 템퍼링으로 이루어지는 열처리를 거친 것임을 특징으로 하는 합금주철.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 담금질은 900±10℃의 온도에서 90 ~ 150분간 유지한 후 50 ~ 90℃의 온도까지 유냉(oil cooling)한 후 50 ~ 90℃의 온도에서 5 ~ 7시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 합금주철.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 템퍼링은 250±10℃의 온도에서 150 ~ 210분간 유지한 후 상온까지 공기 중에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 합금주철.
  5. 제4항에 있어서,
    템퍼링된 합금주철의 로크웰 경도가 45 ~ 55인 것을 특징으로 하는 합금주철.
  6. 중량비로 C : 3.0 ~ 3.5%, Si : 2.2 ~ 2.4%, Mn : 0.5 ~ 1.0%, P : 0.1 ~ 0.3%, S : 0.06 ~ 0.08%, Cr : 0.7 ~ 1.0%, Cu : 0.5 ~ 0.9% 및 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 제조하는 용융단계;
    상기 용탕을 주형에 주입하고 냉각하여 부피비로 스테다이트 조직이 3 ~ 8%인 반제품을 얻는 주조단계;
    냉각된 반제품을 소정 형상으로 연마하는 연마단계; 및
    로크웰 경도로 45 ~ 55의 경도를 갖도록 연마된 반제품을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 담금질 및 템퍼링을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 담금질은
    900±10℃의 온도에서 90 ~ 150분간 유지한 후 50 ~ 90℃의 온도까지 유냉(oil cooling)한 후 50 ~ 90℃의 온도에서 5 ~ 7시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 템퍼링은
    250±10℃의 온도에서 150 ~ 210분간 유지한 후 상온까지 공기 중에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤의 제조방법.
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