KR20140110611A - 베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법 - Google Patents

베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 의하면, 중량비로 C: 3.0~3.5%, Si: 2.0~2.5%, Mn: 0.5~1.0%, Cr: 0.5~1.0%, Cu: 0.2~0.5%, P: 0.1~0.3%, B: 0.02~0.06%, S: 0.06~0.1% 및 Ti<0.04%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 재질로 이루어지고, 탄화물이 포함된 템퍼드 마르텐사이트 기지조직을 갖는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링이 제공된다.

Description

베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법{CAM RING OF A VANE PUMP AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동차의 스티어링 펌프로 사용되는 베인 펌프의 캠링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 조향장치의 조향력을 배가시키기 위한 다양한 장치들이 활용되고 있는데, 유압식 조향장치의 경우 유압을 공급하기 위한 파워 스티어링 펌프를 사용하게 된다. 이러한 파워 스티어링 펌프로는 다양한 종류의 펌프가 활용될 수 있으나, 일반적으로는 효율이 높고, 부피 및 중량이 작을 뿐만 아니라, 진동이 작은 베인 펌프가 활용되고 있다.
도 1은 이러한 베인 펌프의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도로서, 상기 베인 펌프는 몸체부(1) 및 상기 몸체부(1)에 내장되는 펌프 카트리지(3)를 포함하고 있으며, 상기 펌프 카트리지(3)는 상기 몸체부(1) 내에서 회전가능하게 설치되는 로터(31)와 상기 로터(31)가 내장되는 캠링(30)을 포함한다. 아울러, 상기 로터(31)에는 복수 개의 슬롯이 형성되어 있고, 상기 슬롯의 내부에는 베인(32)이 상기 슬롯의 내부에서 슬라이드 가능하게 장착된다. 여기서, 상기 베인(32)은 도시되지 않은 스프링 등에 의해서 상기 캠링(30)의 내벽을 향하여 가압되면서, 베인(32)의 단부와 캠링(30)의 내벽면 사이에서의 누설을 방지하도록 구성된다.
상기 로터(31)는 엔진의 구동력에 의해 회전되는 회전축(50)에 결합되어 있어, 엔진의 구동과 함께 회전하게 된다. 로터(31)가 회전하면, 상기 베인(32)이 함께 회전하면서 베인과 캠링 그리고 로터의 외면으로 정의되는 공간 내의 유체를 압송시키게 된다.
따라서, 상기 캠링은 높은 내마모성 및 내충격성을 갖고 있어야 한다. 이를 위해서, 종래에는 20CrMo 또는 Cr12MoV 등의 저합금강을 이용하여 담금질 및 템퍼링 등의 열처리를 통해 제조하여 왔다. 이러한 제조방법은 처리가 복잡할 뿐만 아니라 바 형태의 연속주조물을 절단하여 가공하여야 하므로, 재료 소모량이 많고 가공시간도 길어지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 내마모성 및 내충격성이 우수하면서도 제조가 용이한 캠링을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 캠링을 제조하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 중량비로 C: 3.0~3.5%, Si: 2.0~2.5%, Mn: 0.5~1.0%, Cr: 0.5~1.0%, Cu: 0.2~0.5%, P: 0.1~0.3%, B: 0.02~0.06%, S: 0.06~0.1% 및 Ti<0.04%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 재질로 이루어지고, 탄화물이 포함된 템퍼드 마르텐사이트 기지조직을 갖는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링이 제공된다.
여기서, 체적비로 3 ~ 10%의 탄화물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 캠링은 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에 탄화물 및 A형 편상흑연이 포함된 형태를 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 중량비로 C: 3.0~3.5%, Si: 2.0~2.5%, Mn: 0.5~1.0%, Cr: 0.5~1.0%, Cu: 0.2~0.5%, P: 0.1~0.3%, B: 0.02~0.06%, S: 0.06~0.1% 및 Ti<0.04%를 포함하고, 잔부는 Fe가 되도록 원료를 혼합한 후 용융하는 제련 단계; 제련된 용탕을 꺼내어 주형에 주입하는 주조 단계; 주조가 완료된 반제품을 캠링 형태로 가공하는 기계가공 단계; 기계가공된 캠링을 열처리하는 열처리 단계; 및 열처리된 캠링의 최종 치수 및 형상을 갖도록 연마하는 연마 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법이 제공된다.
또한, 상기 주조 단계에서 용탕은 1500 ~ 1550℃의 온도에서 꺼내어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 제련 단계에서 용탕에 접종제를 주입할 수 있다. 여기서, 상기 접종제는 바륨실리콘철 합금(FeSi72Ba2)이고, 용탕질량의 0.3 내지 0.5%를 접종할 수 있다.
한편, 상기 열처리 단계는 담금질 후 템퍼링을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 담금질은 캠링 반제품을 890 ~ 930℃로 가열하여 1.5 ~ 2.5 시간 동안 유지하는 단계; 50 ~ 90℃의 온도를 갖는 담금질 오일에 냉각하는 단계; 및 대기 중에서 상온까지 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 템퍼링은 담금질된 캠링 반제품을 220 ~ 250℃로 가열하여 1.5 ~ 2.5 시간 동안 유지하는 단계; 및 대기 중에서 상온까지 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 측면들에 의하면, 마르텐사이트가 갖는 높은 경도를 템퍼링을 통해서 강도는 그대로 유지하면서 인성을 증가시킨 구조를 가지므로 내마모성 및 내충격성을 향상시킬 수 있으며, 탄화물에 의해 경도를 추가적으로 향상시킬 수 있게 된다. 아울러, 비교적 저렴하고 용이하게 구할 수 있는 성분들로 이루어지므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, A형편상흑연이 갖는 윤활성으로 인해서 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 담금질 및 템퍼링 처리를 통해서 HRC 경도로 50 ~ 55에 이르는 높은 경도를 갖도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 베인 펌프의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 베인 펌프용 캠링의 일 실시예의 내부구조를 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 베인 펌프의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다. 여기서, 본 발명은 베인 펌프에 포함되는 캠링의 형태에 관한 것이 아니라 그 재질과 관련된 것이므로 캠링에 형태에 의해서는 제한되지 않는다. 이하의 설명에서는 상기 도 1에서 설명된 형태의 베인 펌프를 근거로 하여 설명하도록 한다.
일반적으로 주철은 경도가 높아 내마모성이 우수하고, 절삭성이 양호한 특성을 갖지만, 인장강도가 낮고 취성이 강해서 고압력 분위기에 노출되는 부재로서는 잘 사용되지 않았다. 특히, 상술한 베인 펌프용 캠링의 경우 액체가 누설되지 않도록 하기 위해서 베인의 단부와 밀착되어 슬라이드 되기 때문에 종래에 비해 보다 높은 내마모성이 요구된다. 본 발명에서는 주철에 포함되는 다양한 원소를 적정 함량으로 혼합하여 높은 인장강도와 내마모성을 가져서 다양한 용도로 사용될 수 있는 합금주철을 제공하고 있다. 이하, 각 원소에 대해서 설명한다. 여기서, 특별히 표시하지 않는 한 각 함량은 중량비이다.
(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 않는다. 구체적으로, C 함량이 1.7 ~ 2.0%일 시 흑연은 망상으로 분포되고, C 함량이 2.0 ~ 2.6%일 시 결정간 흑연이 나타나고, C 함량이 2.6 ~ 3.5%일 시 흑연은 정상적인 얇은 편상을 나타내며 C 함량이 3.5%이상일 시 거칠고 두꺼운 편상구조의 흑연이 나타난다. 합금주철에 있어서 탄소의 함량을 3.0 ~ 3.5%로 제한하면 탄소는 주로 편상구조의 흑연 상태로 존재하고, 고탄소 합금주철의 금속조직은 페라이트와 거칠고 두꺼운 편상구조의 흑연을 포함하며, 비교적 높은 기계강도와 경도를 갖지만 과다한 경우 기계적 성능을 저하사킨다.
따라서,3.0% 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) : 2.0 ~ 2.5%
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. 일반적으로 Si-C 함량이 낮으면 비교적 높은 기계강도와 경도를 얻을 수 있지만 유동성이 상대적으로 낮고, 반대로 Si-C 함량이 높으면 유동성이 좋지만 기계강도와 경도가 낮다
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 2.0 ~ 2.5%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.
상술한 바와 같이, 망간은 퍼얼라이트를 안정시키고 세분화하지만, 그 경우에 망간의 함량이 증가함에 따라서 주철의 강도와 경도가 높아지고 소성과 인성이 낮아지게 된다. 그리고, 망간은 마르텐사이트의 상태 전환 시작점(Ms)를 현저하게 낮출 수 있지만, 다량으로 첨가되는 경우 탄화물을 형성하여 취약성을 증가시키고 합금주철의 기계적 성능에 영향을 미치게 된다.
아울러, 규소가 충분히 함유되어 있는 경우에, 망간은 주철의 조직에 큰 영향을 미치지 못하게 되므로, 퍼얼라이트화 촉진 및 황 성분의 제거를 위해 0.5 ~ 1.0% 함유한다.
(4) 크롬 (Cr) : 0.5 ~ 1.0%
크롬은 탄화물 형성을 촉진하고 탄소의 흑연화를 방해 원소로서 다량으로 첨가하면 백주철화하게 되고, 경도를 과도하게 향상시켜 가공성을 저하시키는 원인이 된다. 반면에, 탄화물을 안정화시키는 작용을 하고, 내열성을 향상시키는데에도 도움을 준다. 또한, 크롬은 주철 내에서 페라이트 생성을 막고 퍼얼라이트 편상층 사이의 거리를 감소시키며, 퍼얼라이트 형성을 촉진하는 원소이다. 아울러, 크롬은 퍼얼라이트 양을 높이고 안정시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 퍼얼라이트 조직을 세분화하는 역할도 하게 된다. 그러나, 크롬의 함량이 과도하면 과도하게 시멘타이트가 형성되어 칠드(chilled) 조직이 형성될 수 있다.
따라서, 0.5 ~ 1.0%로 첨가하여 기계적 성능과 내열성을 향상시킬 수 있도록 한다.
(5) 구리 (Cu) : 0.2 ~ 0.5%
구리는 흑연의 형상을 굵고 짧게 하고, D, E형 과냉 흑연을 감소시키고 A형 편상흑연을 촉진시키는 원소이다. 또한, 구리는 흑연의 형태 개선에 아주 좋은 역할을 하게 되며, 공석전환 과정에서 흑연화를 저해하고 주철의 칠드 경향을 경감한다. 아울러, 탄화물의 분포를 개선하고 퍼얼라이트를 형성하며, 조직을 세분화한다.
아울러, 퍼얼라이트 형성을 촉진하면서 퍼얼라이트 사이의 거리를 작게 하여 퍼얼라이트를 세분화시킨다. 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. 이러한 효과는 3.0% 정도의 탄소를 함유한 경우에 현저하게 나타나며, 크롬을 함께 첨가하면 더욱 양호한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 구리는 상술한 바와 같이 0.2 ~ 0.5% 만큼 함유한다.
(7) 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. 따라서, 인의 함량은 0.1 ~ 0.3%로 한다.
(8) 황 (S) : 0.06 ~ 0.1% 이하
황은 다량으로 첨가될수록 용탕의 유동성을 저하시키고 수축량을 증가시키며, 수축공이나 균열발생의 원인이 되기도 한다. 따라서, 가급적 적게 함유하는 것이 바람직하다. 다만, 0.06 ~ 0.1% 이하로 함유되는 경우에는 그러한 악영향이 크게 드러나지 않으므로 상기 함량이 되도록 관리한다.
(9) 붕소 (B) : 0.02 ~ 0.06%
붕소는 흑연을 세분화시키지만 흑연의 양을 감소시키고 탄화물의 형성을 조장하는 역할을 한다. 특히, 적은 양의 붕소를 첨가하면 붕소 탄화물 상태로 석출되고, 이러한 붕소 탄화물은 주철의 경도와 내마모성을 크게 높이게 된다. 특히, 붕소탄화물은 그물 형상으로 형성되는데, 붕소의 함량이 적으면 상기 그물 형상이 단속된 형상을 갖게 되지만, 과도한 경우에 연속적으로 이어진 그물망을 형성하여 기계적 성능을 저하시키게 된다.
그리고, 붕소 함유 합금주철이 마모되면, 경도가 높은 붕소 탄화물은 제1 미끄럼면을 형성하여 부하를 지지하고, 경도가 비교적 낮은 퍼얼라이트 등이 마손되면서 오목한 제2 미끄럼면을 형성하게 된다. 제2 미끄럼면과 제1 미끄럼면사이의 슬롯은 오일 저장작용이 있어 붕소 탄화물이 윤활유를 끊임없이 공급받아 마모양을 감소시키고 붕소 주철의 내마모성을 향상시킨다. 동시에 붕소 함유량이 증가되면 붕소 탄화물이 증가되도록 하고, 그로 인해 붕소 탄화물의 지지작용이 증가하여 제1 미끄럼면에서 단위면적이 받는 압력을 감소시켜 마모 정도가 경감되도록 하여 내마모성을 높인다.
하지만 붕소 함유량이 너무 높으면 붕소 탄화물의 입경이 커지게 되어 기지조직과의 결합력이 저하된다. 그로 인해, 마찰력이 가해지면 붕소 탄화물이 쉽게 이탈되고, 이렇게 이탈된 붕소 탄화물은 마찰면에서 경질 마모입자로 작용하게 되어 주철의 마모를 심하게 하는 원인이 된다. 또한, 이러한 경우에 주철의 경도가 지나치게 높아서 가공성이 저하된다. 이로 인해서, 붕소의 함량을 0.02% ~ 0.06%으로 결정한다.
(10) 티탄 (Ti) : 0.04% 미만
티탄은 흑연을 세분화하고 퍼얼라이트 형성을 촉진하며, 퍼얼라이트의 고온 안정성을 높인다. 티탄의 함유량이 비교적 낮을 경우 흑연화를 촉진하고 주철의 흑연분포 및 형태를 개선시키는 역할을 한다, 하지만 함유량이 증가함에 따라 화합물 TIN, TIC등 형식으로 결정의 계면 주위에 석출되어 오스테나이트 결정 응고의 핵이 된다, 이로인해서, 주철 경도가 높아지는 동시에 가공성능이 악화된다. Ti 함량이 비교적 낮을 경우 Ti는 흑연화 형성을 촉진하고, 회주철 구조의 페라이트(ferrite) 양을 높여 경도가 낮아지게 하고, 반대로 Ti 함유량을 높일 시 Ti는 주철 결정체를 세분화하고 합금 구조를 강화하는 동시에 TIC2가 결정체 계면에서 석출되기에 회주철의 경도가 더욱 높아지게 한다.
Ti는 D형 흑연주철을 제조하는 합금원소 중 하나이다, D형 흑연 주철은 A형 흑연 주철보다 더 높은 강도가 있을 뿐만 아니라 더 좋은 내마모성을 가지고 있다. Ti의 함량이 0.1%이하 일 시 Ti는 부분적으로 페라이트(ferrite)에 용해되고 대부분 TiC2, 혹은 TiN형식으로 석출된다. 이로 인해서, 티탄은 용탕에 대하여 탈산, 탈질 작용이 강하다. 힌편, TiC2, TiN이 과냉각되면, A형 흑연을 세밀하게 하면서 D형 흑연이 나타난다. 그리고 흑연 함량과 페라이트 함량이 비교적 많아 A,D혼합형 구조를 형성하여 회주철의 강도와 경도가 하강하도록 한다.
Ti함량이 0.1%보다 클 때, Ti는 D형 흑연 형성의 강도가 높아지도록 하고 D형 흑연 양이 95%를 초과하게 한다, 동시에 흑연 양과 페라이트(ferrite) 양이 비교적 적어 페라이트(ferrite)에 용해된 Ti가 많아지고 페라이트(ferrite)가 강화되면서 회주철의 강도와 경도가 높아지게 한다.
따라서, D형 흑연의 양을 확보하고 가공성능을 향상시키기 위해서, 0.04% ㅁ미만으로 함유한다.
상기와 같은 특성을 갖는 원소들을 혼합하여, 본 발명에 따른 합금주철제 캠링을 생산할 수 있다. 이제, 상기 합금주철로 이루어진 캠링을 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. 이때, 로에서 용탕을 꺼내는 온도는 대략 1500 ~ 1550℃이다.
(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 0.3 ~ 0.5%이다.
(3) 주조(casting)
상기 접종 단계에서 접종처리된 용탕을 원하는 형태의 캐비티를 갖도록 사전에 제작한 주형에 상기 용탕을 주입한다. 이때, 그린샌드주형(green sand mold)을 이용하여 주조를 진행한다. 상기 용탕을 주형에 주입하는 동시에 스트림 주입처리(stream inoculation)를 진행하는데, 주입제는 유황산소 주입제이고 그 첨가랑은 합금주철 원액 질량의 0.05 ~ 0.15% 이다. 냉각된 캠링 반제품은 A형편상흑연과 탄화물의 퍼얼라이트 조직을 갖게 되며, 탄화물의 함량은 캠링의 총 체적을 3 ~ 10%에 달하게 된다.
(4) 기계가공
상기 주조 단계에서 얻은 캠링 반제품을 기계가공하여 연마하여 의도한 형태를 갖도록 가공한다.
(5) 열처리
열처리 과정은 담금질과 템퍼링으로 이루어질 수 있다.
- 담금질(quenching) : 공기 온도를 제어할 수 있는 전기저항로를 이용하여 연마된 캠링 반제품을 890~930℃까지 가열한 상태에서 1.5 ~ 2.5시간 유지한 다음 신속하게 온도가 50 ~ 90℃인 오일에 넣어 냉각시킨 후, 대구 중에서 상온까지 냉각시킨다. 이러한 담금질을 통해서, 퍼얼라이트 기지조직이 마르텐사이트 기지조직으로 변태되고 이로 인해 경도를 크게 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 담금질 처리가 완료되면, 마르텐사이트 기지조직 및 탄화물과 A형편상흑연을 함유한 캠링을 얻게 된다.
- 템퍼링(tempering) : 공기 온도를 제어할 수 있는 전기저항로를 이용하여 상기 담금질 처리에서 얻은 탄화물과 A형편상흑연을 함유한 마르텐사이트 주철의 캠링을 220~250℃까지 가열한 후 1.5 ~ 2.5시간 유지하고, 대기 중에서 상온까지 공기냉각시켜 상기 담금질 처리에 의해 높아진 강도와 경도를 약간 낮추는 대신 연성을 늘려서 취성을 낮추게 된다. 이러한 템퍼링 처리에 의해서 금속조직은 템퍼트 마르텐사이트 조직으로 변화하게 된다.
(6) 정밀 연마 및 폴리싱(fine grinding and polishing)
상기 열처리 단계에서 담금질(quenching)과 템퍼링 처리하여 얻은 탄화물 합금주철의 캠링이 정밀 연마 및 폴리싱 가공을 통해서 최종 형상 및 요구한 표면 품질을 갖도록 가공한다.
실시예 1
상기 실시예 1은 하기의 과정을 통해서 제조되었다.
원소 질량비: C: 3.2%, Si: 2.11%, Mn: 0.63%, Cr: 0.77%, Cu: 0.4%, P: 0.15%, B: 0.023%, S: 0.07%, Ti: 0.038% 및 나머지는 Fe로 조제되고, 상기 조제된 원료를 중주파 유도전기로에 넣고 상기 원료가 전부 용해되게 온도를 높여 합금주철의 용탕으로 제련하며, 전기로에서 꺼내는 온도는 1520℃이다.
상기 단계에서 제련되어 화로에서 나온 합금주철의 용탕에 접종처리를 진행하고, 그 중 접종제는 바륨실리콘철 합금으로서 FeSi72Ba2이고 그 첨가량은 상기 용탕 질량의 0.35%이다.
상기 단계에서 접종처리를 진행한 합금주철의 용탕을 그린샌드주형에 주입하고, 원액질량의 0.1%에 해당하는 유황산소 주입제를 주입처리한다. 이를 통해, A형 편상흑연과 탄화물을 함유한 퍼얼라이트 합금주철 캠링을 얻으며, 이때 탄화물의 함량은 상기 캠링 총체적의 4%이다.
상기 단계에서 얻은 캠링을 연마하여 의도한 형태를 갖도록 가공한다.
그 후, 베인을 895℃까지 가열하고 온도를 2시간 유지한 후, 온도가 55℃인 오일에 넣어 냉각시키고, 대기 중에서 상온까지 냉각시켜 기지 조직을 마르텐사이트로 변태시킨다. 그리고, 상기 담금질로부터 얻은 캠링을 230℃까지 가열하여 2시간 유지한 후 상온까지 공냉한다.
이렇게 얻어진 캠링 반제품을 정밀 연마 및 폴리싱을 거쳐 완성한다.
도 2는 상기 실시예1의 내부 구조를 나타낸 사진으로서, 탄화물 및 A형편상흑연이 고르게 석출되어 있음을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 2의 경우, 원소 질량비: C: 3.3%, Si: 2.2%, Mn: 0.62%, Cr: 0.842%, Cu: 0.35%, P: 0.171%, B: 0.035%, S: 0.083%, Ti: 0.035% 및 나머지는 Fe인 원료를 용해한 후 1530℃ 온도에서 용탕을 인출한 후, 접종제로서 FeSi72Ba2를 용탕 질량의 0.4% 만큼 첨가한다. 그 후, 접종처리를 진행한 용탕을 그린샌드주형에 의해 주조하되 0.15%의 유황산소 주입제를 주입처리 하여, 탄화물이 체적비로 4.5%인 캠링 반제품을 얻는다.
이를 기계 가공한 후, 900℃까지 가열하고 온도를 2시간 유지한 후 온도가 57℃인 오일에 넣어 냉각한 후 대기 중에서 상온까지 냉각시켜 마르텐사이트화한 후 225℃까지 가열하여 2시간 유지한 다음 상온까지 공냉한 후, 정밀 연마 및 폴리싱 처리한다.
실시예 3
실시예 3의 경우, 원소 질량비: : C: 3.38%, Si: 2.34%, Mn: 0.66%, Cr: 0.829%, Cu: 0.45%, P: 0.169%, B: 0.043%, S: 0.096%, Ti: 0.043% 및 나머지는 Fe인 원료를 용해한 후 1525℃ 온도에서 용탕을 인출한 후, 접종제로서 FeSi72Ba2를 용탕 질량의 0.38% 만큼 첨가한다. 그 후, 접종처리를 진행한 용탕을 그린샌드주형에 의해 주조하되 0.13%의 유황산소 주입제를 주입처리 하여, 탄화물이 체적비로 6%인 캠링 반제품을 얻는다.
이를 기계 가공한 후, 905℃까지 가열하고 온도를 2시간 유지한 후 온도가 60℃인 오일에 넣어 냉각한 후 대기 중에서 상온까지 냉각시켜 마르텐사이트화한 후 235℃까지 가열하여 2시간 유지한 다음 상온까지 공냉한 후, 정밀 연마 및 폴리싱 처리한다.
실시예 4
실시예 3의 경우, 원소 질량비로 C: 3.38%, Si: 2.34%, Mn: 0.66%, Cr: 0.829%, Cu: 0.45%, P: 0.169%, B: 0.043%, S: 0.096%, Ti: 0.043% 및 나머지는 Fe인 원료를 용해한 후 1528℃ 온도에서 용탕을 인출한다. 이후 절차는 상기 실시예 1과 같다.

Claims (10)

  1. 중량비로 C: 3.0~3.5%, Si: 2.0~2.5%, Mn: 0.5~1.0%, Cr: 0.5~1.0%, Cu: 0.2~0.5%, P: 0.1~0.3%, B: 0.02~0.06%, S: 0.06~0.1% 및 Ti<0.04%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 재질로 이루어지고,
    탄화물이 포함된 템퍼드 마르텐사이트 기지조직을 갖는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링.
  2. 제1항에 있어서,
    체적비로 3 ~ 10%의 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캠링은 템퍼드 마르텐사이트 기지조직에 탄화물 및 A형 편상흑연이 석출된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링.
  4. 중량비로 C: 3.0~3.5%, Si: 2.0~2.5%, Mn: 0.5~1.0%, Cr: 0.5~1.0%, Cu: 0.2~0.5%, P: 0.1~0.3%, B: 0.02~0.06%, S: 0.06~0.1% 및 Ti<0.04%를 포함하고, 잔부는 Fe가 되도록 원료를 혼합한 후 용융하는 제련 단계;
    제련된 용탕을 꺼내어 주형에 주입하는 주조 단계;
    주조가 완료된 반제품을 캠링 형태로 가공하는 기계가공 단계;
    기계가공된 캠링을 열처리하는 열처리 단계; 및
    열처리된 캠링의 최종 치수 및 형상을 갖도록 연마하는 연마 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주조 단계에서 용탕은 1500 ~ 1550℃의 온도에서 꺼내어지는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제련 단계에서 용탕에 접종제를 주입하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접종제는 바륨실리콘철 합금(FeSi72Ba2)이고, 용탕질량의 0.3 내지 0.5%를 접종하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 담금질 후 템퍼링을 수행하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 담금질은
    캠링 반제품을 890 ~ 930℃로 가열하여 1.5 ~ 2.5 시간 동안 유지하는 단계;
    50 ~ 90℃의 온도를 갖는 담금질 오일에 냉각하는 단계; 및
    대기 중에서 상온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 템퍼링은
    담금질된 캠링 반제품을 220 ~ 250℃로 가열하여 1.5 ~ 2.5 시간 동안 유지하는 단계; 및
    대기 중에서 상온까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프용 캠링의 제조방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106756483A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 安徽南方化工泵业有限公司 一种离心泵的半开式叶轮叶片
CN110240482B (zh) * 2019-06-13 2021-09-17 浙江永灵液压机械有限公司 一种叶片泵定子内表面热处理工艺
CN114351038A (zh) * 2022-01-13 2022-04-15 宜宾普什联动科技有限公司 电炉熔炼高强度中等耐热合金铸铁及其熔炼方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2428822A1 (de) * 1974-06-14 1976-01-02 Goetzewerke Sphaerogusseisenlegierung mit erhoehter verschleissbestaendigkeit
DE3147461C2 (de) * 1981-12-01 1983-10-13 Goetze Ag, 5093 Burscheid Verschleißfeste Gußeisenlegierung hoher Festigkeit mit sphärolithischer Graphitausscheidung, ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung
JPS6223956A (ja) * 1985-07-23 1987-01-31 Atsugi Motor Parts Co Ltd 耐摩耗性鋳鉄
JP3172337B2 (ja) * 1993-07-29 2001-06-04 株式会社日立製作所 圧縮機
JP3779370B2 (ja) * 1996-02-28 2006-05-24 株式会社リケン 鋳鉄及びピストンリング
US7628870B2 (en) * 2005-02-08 2009-12-08 Helio Precision Products, Inc. Heat treated valve guide and method of making
CN101195889A (zh) * 2006-12-05 2008-06-11 陶晓明 CuCr低合金铸铁气缸套
CN101591750A (zh) * 2009-07-03 2009-12-02 成都银河动力股份有限公司 铜硼铬高性能低成本缸套材料
CN102251166B (zh) * 2011-06-29 2013-05-22 乐金电子（秦皇岛）有限公司 空调压缩机滑片的制造方法

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