KR20140118400A - 주철 캠 샤프트의 오스템퍼의 연속처리 프로세스 기술에 대하여 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 캠 샤프트의 캠 로브 표면처럼, 다른 장치 기기요소와 접하는 부분에서 높은 저항과 압력을 받거나 높은 하중을 받는 부분의 기계장치 기기요소에 이용되는 흑연 구상화주철제품의 내구성을 향상하는 처리기술을 주조 조형 공정과 가공 공정의 사이에 마련하는 것으로 연속적으로 처리하는 것을 가능하게 한 장치를 제공한다.
주철 캠 샤프트를 부분적으로 오스템퍼처리하는 것에 의해, 캠 로브 표면의 기지(基地)를 일시적으로 오스테나이트화(化)시켜, 그 후 오스테나이트를 베이나이트화(化)하여, 잔류오스테나이트를 필요 최소한으로 함으로써, 주철 표면에 걸리는 높은 스트레스에 견디고, 주기적인 스트레스에 의한 마모에 대해서도 높은 저항을 가진 캠 표면을 만드는 것이 가능해 지는 오스템퍼처리기술과 그 처리기술을 주철 캠 샤프트의 선택적 부위에 실시하여 연속적으로 처리를 가능하게 하는 장치의 개량 발명이다.

Description

주철 캠 샤프트의 오스템퍼의 연속처리 프로세스 기술에 대하여 {AUSTEMPER CONSECUTIVE PROCESSING OF CAST IRON CAMSHAFT}

본 발명은 구상흑연주철부재(금속재료)의 오스템퍼(austemper)처리기술 및 이것을 이용하는 연속처리장치에 관한 것이다.

예를 들어, 자동차 엔진 같은 고속회전에서 스트레스(Hertz면적의 압력 등)를 계속 받는 롤러 종동절(roller follower)타입（회전 베어링 타입）의 캠 샤프트는 높은 스트레스에도 견디기 위해서 종래부터 주철, 파우더메탈, 단조 등의 철로 제조되고 있다.

특히, 주철제의 캠 샤프트는 효율적인 한편 저가로 용이하게 양산할 수 있기 때문에 종래부터 많이 사용되고 있다. 단, 주철제의 캠 샤프트는, 파우더메탈이나 단조와 비교하면 높은 강도, 높은 저항력에 대한 내마모성에서 뒤떨어지는 경향이 있다.

그러나, 오스템퍼 처리를 한 주철제품은 높은 강도, 높은 저항력에 대하여 내마모성이 있는 것은 이미 알려져 있다. 예를 들어, 특허 제2931956호 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철의 부분 개질 방법（독립 행정법인 산업기술종합연구소）에 의하면, 캠 샤프트 전체에 복수의 다른 온도조건으로 단계적인 오스템퍼 처리를 행하는 것에 의해 처리전보다도 내구성을 개선하고, 원하는 물성을 얻는 것이 가능한 기술을 발명하였다. 동일한 문헌으로는 특허 공개 평5－112817　ADI부품의 열처리방법(중소기업 사업단) 등이 있다.

이상과 같이 오스템퍼 처리된 주철품의 조합성분이 해명되고 그 생성과정도 판명 되었다. 또한, 이것 이전의 특허와 수법은 캠 샤프트 롤러 종동절(roller follower)과 같이 회전 접촉하는 기계부품에 적절한 경도를 지닌 주철재를 효율적인 시간과 염가의 종합비용으로 만드는 것에 대해서도 언급하여 분명하게 해왔고 종합 비용&생산시간을 줄이는 것이 가능한 선택부위만의 오스템퍼화(化)에 대해서도 분명히 하고 있다.

[특허문헌１]US.PAT.　No4880477　CWC사 특허_Process_of_making_an_austempered [특허문헌２]특허공개 평5－112817 ADI부품의 열처리 방법　 중소기업사업단 [특허문헌３]특허 제2931956호 Austmepered Ductile 주철의 부분 개질(改質)방법 독립 행정법인 산업기술종합연구소

이것 이전의 특허에 대해서는 오스템퍼 처리된 주철품의 금속조직에서 높은 강도, 높은 저항력에 대한 내마모성의 기계적 개질에 대해서는 언급하고 있지만, 그 외의 주철의 특색이 되는 높은 인장강도와 인성 등의 기계적 성질도 개재(介在)양립시키기 위해서의 오스템퍼 처리의 양산을 위한 연속처리프로세스에 대해서는 기술하고 있지 않다.

금속 조직의 잔류 오스테나이트(austenite), 베이나이트(bainit)의 양을 의도적, 선택적으로 제어 할 수 있고, 또한 고도의 기계적 성질(높은 강도, 높은 저항력, 내마모성, 높은 인장강도, 높은 인성)을 겸비한 오스템퍼드 덕테일(Austmepered Ductile) 주철을 포함한 주철의 양산제조를 가능하게 한 연속처리 프로세스의 기술의 발명이다.

여기에서 말하는 주철 캠 샤프트 조합성분으로는 중량비율로 말하는 탄소C가 3.0％~4.0％, 규소SI 1.5％~3.0％, 망간Mn 0.0％~1.0％, 구리Cu 0.5%~1.0%, 황S 0.02％Max, 인P 0.05%Max, 마그네슘Mg 0.02％~0.06％, 크롬Cr 0.1％Max, 니켈Ni 0.1％Max, 알루미늄AI0.1％Max, 주석Sn 0.06％Max, 몰리브덴Mo 0.1％Max로, 나머지의 비율에 해당하는 중량이 철Fe에 상응시켜 주철조직에 포함되어 있는 것으로 한다.

이 열처리는 처리하고 싶은 부분을 우선 1단계의 온도조건으로 섭씨 900℃~1200℃로 오스테나이트화(化)를 실행한다. 그 시간은 1초~600초 사이로 한다. 가온 후 즉시 2단계의 온도로 전환시킨다. (이행지연시간은 1초~10초의 범위 내로 한다.)

2단계의 온도조건으로서 섭씨 250℃~400℃로 감온, 유지시킨다.

2단계의 유지시간은 1초~72000초 사이로 한다.

그 후, 1초~4000초 사이에서 냉각하고, 대기 온도와 같을 때까지 냉각한다.

3단계의 온도조건으로서, 섭씨 125℃~175℃에 다시 가열, 유지한다.

3단계의 유지시간은 1초~7200초 사이로 한다.

그 후, 1초~7200초 사이에서 냉각을 실시한다.

상기의 열처리에 의해 금속조직의 미세구조는 잔류 오스테나이트 조직이 5%~25%, 베이나이트(bainit)조직이 45%~75%, 마텐자이트(martensite)조직이 0%~25%, 구상화흑연(球化鉛)이 10%미만, 나머지 1%정도가 시멘타이트(cementite)가 된다.

위에서 말한 오스템퍼처리를 연속적으로 처리 가능하게 하는 프로세스로, 그 프로세스의 전(前)공정으로, 주철 캠 샤프트를 주조 조형하는 공정을 부설하여 후 (後)공정으로 주조 캠 샤프트를 가공하는 공정을 부설하는 것으로 연속 안정된 오스템퍼처리 주철 캠 샤프트의 연속생산을 가능하게 하는 프로세스를 구축할 수 있게 된다.

상기의 프로세스 적용 예로는 자동차 엔진의 캠 샤프트에 적용할 수 있다. 대상 제품은 선택된 일부분만 열처리를 한다. 예를 들어, 캠 로브(cam lobe)만을 국부열처리를 행하는 것이 이에 해당된다. 특히 캠이 롤러 종동절(roller follower)타입이고, 캠 로브(cam lobe)가 다른 엔진 부품과 회전 접촉하는 경우 등에는 큰 효과가 기대된다.

이 발명의 그 외 목적, 특징, 우위성은 부수의 도면과 설명으로 명시한다.

도 1은 단면도의 엔진 밸브(급배기변압봉　給排弁押棒）, 로커 암(rocker arm（swing arm)）과 본 기술의 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철에 의한 캠 샤프트의 회전축베어링 부분이다.
도 2는 도 1캠샤프트를 사투상도화(斜投像化)한 것이다.
도 3은 본 발명에 있어 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철재의 바람직한 열처리 조건, 프로세스 시간- 온도를 모식도화（模式化）한 것이다.
도 4는 본 발명에 있어 프로세스 시간의 경과에 의한 금속 조직의 변천을 분석하고, 프로세스의 타당성을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 있어오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철재의 캠 샤프트를 연속 처리하기 위해서의 프로세스의 공정 흐름(flow)를 모식도화하여 나타낸 것이다.

도 1,2는 “DOHC로커 암(rocker arm)식(式)”라고 불리는 흡배기동변기구(吸排動弁機構 밸브 시스템）을 채용한 자동차의 엔진에서 볼 수 있는 캠 샤프트1의 롤러 종동절(roller follower)이다. 이 캠 샤프트는 캠 축 본체2와 편심(偏心) 캠 로브(cam lobe)3으로 되어 있다.

“DOHC로커 암(rocker arm)식”흡배기동변기구은 흡배기 밸브4, 밸브 스프링5, 로커 암(rocker arm)6, 로커 암의 롤러 종동절(roller follower)7 그리고 캠 샤프트1로 구성되어 있다. 이로커 암6은 통상 밸브 스프링5에 의해 위로 밀어 올려져 있고, 로커 암의 롤러 종동절(roller follower)7와 편심캠 로브부3이 눌린 상태가 되어있다. 캠 샤프트1이 회전하는 것에 의해 편심 로브부3이 편심 되어 있어서 편심 캠 로브부3과 로커 암의 롤러 종동절7의 접점8에서 접점9에 이동한다. 이것에 따라 로커 암6이 아래 방향으로 밀려 내려진다.

로커 암6이 아래방향에 눌려 내려감에 따라, 밸브 스프링5도 압축되어 그것과 같이 흡배기 밸브4의 봉도 아래 방향으로 밀려 내려간다.

그 후, 캠 샤프트1이 회전하는 것에 의해 편심로브부3이 편심되어 있기 때문에 편심 캠 로브부3 로커 암의롤러 종동절7의 접점9가 접점8에 이동해가는 것에 의해 밀려 내려져있는 로커 암6의 아래방향으로 압축력이 해제되고, 밸브스프링5의 윗 방향으로 밀어 올리는 힘에 의해 로커 암6, 흡배기 밸브4같이 원래의 상단 위치로 돌아오게 된다.

급배기 밸브4는 엔진 실린더헤드 10중에 포함되어 있으며, 실린더헤드 10에 대해서 밸브의 개폐왕복운동을 실행시키고 있다.

도 1의 캠 샤프트1은 엔진에서 봐서 중력방향으로 회전한다. 편심캠 로브3은 로커 암의 롤러 종동절7에 대하여 높은 내리누르는 압력을 유지하면서 고속회전을 연속적으로 준다.

이 흡배기 밸브의 열렸다 닫혔다 하는 동작은 편심캠 로브부(部)3의 회전주기를 1사이클로하여 완성되고 있다.

이 편심캠 로브부(部)3부터 흡배기 밸브4의 상호간 직접적인 움직임은 로커 암6, 로커 암의 롤러 종동절7가 없이는 성립하지 않는다.

편심 캠 로브부3에 부여된 접촉압력은, 밸브 스프링5가 복원 상승하기 직전이 최대값이 된다. 로커 암 6이 흡배기 밸브4의 봉을 밀어내릴때도、로커 암의 롤러 종동절7은 편심 캠 로브부3에 압력을 준다. 이 압력은 편심 캠 로브부3의 사이클마다 로커 암의 롤러 종동절7과 편심 캠 로브부3의 상호간의 회전에서 발생하며, 편심 캠 로브부3의 접촉면에 커다란 영향(특히 마모, 磨耗)을 주고 있다.

그러므로 편심 캠 로브부3은 높은 물리적 스트레스（Hertz면적의 압력）에 대한 높은 강성을 지닌 재료로 제작되는 것이 중요하다. 그 기능（performance）을 성립시키기 위해서, 예를 들어 편심 캠 로브부3은1700Mpa을 초과하는Hertz 면적의 압력에 견딜 수 없으면 안 된다.

본 기술(발명)은 캠 샤프트를 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철에서 제작하는 것에 의해서 편심 캠 로브부3의 접점이 1700 Mpa를 넘는 Hertz 면적의 압력에 견디는 것이 가능하도록 발명하였다.

오스템퍼는 철 합금에 대한 아래의 열처리를 말한다.

(1) 오스테나이트생성까지 온도가 상승한다.

(2) 마텐자이트가 형성되는 높은 온도에서 담금질을 실시한다.

(3) 베이나이트(bainite)마이크로 조직이 침상 훼라이트(針ferrite)와 고탄소오스테나이트의 층을 형성할 때까지 그 온도에서 재가열 담금질로 강도를 높인다.

[발명을 실시하기 위한 형태]

오스템퍼드 덕테일(austempered ductile)주철을 만드는 기술, 방법을 기술한다.

금속의 조성분은 중량비로 백분율 표시하여 다음과 같이 한다.

탄소C 3.0％~4.0％

규소 Si 1.5％~3.0％

망간Mn 0.0％~1.0％

구리Cu 0.5％~1.0％

황 S 0.02％Max

인 P 0.05％Max

마그네슘Mg0.02％~0.06％

크롬Cr 0.10％Max

니켈Ni 0.10％Max

알루미늄Al 0.10％Max

주석Sn 0.06％Max

몰리브덴Mo 0.10 Max

철Fe에 대해서는, 상기의 혼합량을 제외한 나머지의 무게 비율에 해당하는 모든 부분이다.

도 3에서 보는 것처럼 연성(ductile)주철을 오스템퍼하려면 오스템퍼처리하고자 하는 부분을 오스테나이트화(化)가 생성되는 섭씨900℃~1200℃（섭씨1050℃~1180℃가 바람직하다.）에서1초~600초（10분）의 사이에서 가온 한다. （바람직하게는, 작은 것은10초~100초, 큰 것은10분이하）이 처리 시간에 금속조직은 오스테나이트화(化)된다.

이 직후에 지연 없이1초~60초 후（바람직하게는1초~10초후）에 오스템퍼 처리하기 위해 가온 된 부분을 염욕(salt bath)에1초~72000초 동안 담근다.　 염욕(salt bath)는 섭씨250℃~400℃（바람직하게는 섭씨250℃~300℃）에 조온(調)된 아질산 나트륨, 질산 나트륨과 아질산 칼륨 등의 혼합액을 사용한다.

이 처리에 있어 중요한 점은, 도 3의 변태도(態)에 보이는 것처럼 금속조직의 펄라이트(pearlite)화(化)를 피하는 것이 중요하다. 이것이 펄라이트(pearlite)범위에 들어가면 강성(剛性), 내마모성과 딱딱함은 감소한다. 이러한 이유로 가열에서 감온, 항온 유지의 시간관리가 중요하게 된다. 또한 염욕(salt bath)의 매체는 기름 일 경우도 있다.

제품의 염욕(salt bath)는 1초~72000초（바람직하게는 １초~3600초）의 사이에서 침지(浸漬)하여, 항온 유지한다. 이 사이에 침지해있는 처리부분은 베이나이트가 형성된 범위에 이행하여 그것에 의해 처리하고자 하는 금속조직의 일부분의 미세구조를 베이나이트에 변화시킨다. 염욕(salt bath)의 온도, 침지시간의 조합을 변화시키는 것에 의해서 처리 하고 싶은 금속조직에 포함된 오스테나이트, 베이나이트, 마텐자이트 등의 비율과 담금질 층의 깊이를 바꾸는 것이 가능하게 되고, 그 비율에 따라서 요구되는 금속의 물리적 성질에 적합 시키는 것도 가능하게 된다.

오스템퍼처리 후, 염욕(salt bath)에서 제품을 꺼내 섭씨 10℃~50℃의 온도에서 냉각을 한다. 냉각은 공기냉각, 물 냉각이나 기름 등이 있다.

냉각시간에 대해서는 1초~4000초에서 이루어지는 것으로, 처리된 부분의 온도는 대체로 섭씨100℃을 밑돌며 반응하지 않는 오스템퍼는 마텐자이트 화(化) 하지 않는 잔류 오스테나이트 가 되어 오스템퍼처리에 따라 형성된 금속조직에서 안정된다.

오스템퍼처리부분의 마텐자이트 양에 신경을 쓰지 않아도 좋을 경우는, 강제적으로 급냉을 행함으로써 냉각시간을 대폭 단축하는 것도 가능하다.

물로 냉각 시키는 경우는, 염욕(salt bath)에 부착된 염(salt)을 세척하고, 산화 스케일의 잔류 및 녹 발생을 방지하는 데 유효한 냉각방법이다.

세척된 제품은 대기 온도에 보관하는 것으로 자연 방랭(放冷), 냉각 된다.

상기에서 언급한 바와 같이 이 프로세스에서 얻을 수 있는 미세조직에는 베이나이트(針ferrite와 고탄소오스테나이트가 교대로 엮이는 층)가 많이 형성되고 있다. 또, 또한 미세조직은 구상화흑연과 잔류오스테나이트（미반응 저탄소 오스테나이트 즉, 베이나이트형성에 이르지 못한 오스테나이트）와 마텐자이트를 포함하고 있다. 각 미세성분의 양은 오스템퍼온도, 사이클시간, 화학성분에 의해 조절이 가능하다.

높은 성능(강도, 저항력에 대한 내마모성을 가진 인장 강도, 인성)을 합하여 지닌 주철 캠 샤프트 때문의 선호되는 철의 미세구조로서는 이하의 비율에서 금속조직이 형성되어 있는 것이 중요하다. 주철 캠 샤프트를 위한 선호되는 철의 미세구조로서는 대개45%~75%의 범위의 베이나이트, 5%~15% 범위에 반응하지 않는 잔류오스테나이트, 0%~25%의 범위의 마텐자이트(martensit), 그리고 구상흑연10%미만의 비율로 포함되어 있다. 적은 시멘타이트(cementite (carbide))는 최초 철의 미세구조에서 존재하는 경우가 있지만 이 경우 통상 1%미만정도이다.

이 비율의 범위에서 더 높은 성능 (강도, 저항력에 대한 내마모성을 지닌 인장 강도, 인성）을 가지고 있는 조직을 안정적, 연속적으로 얻기 위한 처리조건에 대하여 검증을 실시하였다. 본 발명에서 주목하고자 하는 것은 어떻게 안정된 금속조직인 베이나이트가 차지하는 비율을 크게 할 수 있는지가 높은 성능（강도, 저항력에 대한 내마모성을 가지고 인장 강도, 인성）을 충족하는 처리조건이 될 수 있다는 것이다.

베이나이트는 금속조직으로서 비교적 안정되어 있고 경도와 인성을 겸비해 요구되는 성질을 가지고 있지만 잔류 오스테나이트는 부드럽고, 인성은 풍부하지만 캠 샤프트 같은 높은 스트레스를 받는 부분에서는 마모에 관해 약해지는 결점이 있다.

또, 마텐자이트(martesaite)는 매우 치밀하고, 경도가 높은 조직을 가지고 내마모성이 뛰어나지만 외부응력에 의한 파손이나 열 영향에 의한 균열 등의 발생원인이 되어 부품의 결함 등의 파손으로 이어질 수도 있다.

따라서 상기의 이유로 오스템퍼처리에 따라 포함된 베이나이트비율을 높이는 처리조건에 대해서도 검증을 행했다. 그 온도조건에 대해서 나타내고 있는 것이 도 3이며, 그 기계적 성질을 검증한 것이 도 4이다.

도 3과 위에서 설명한 온도조건을 이용하여 금속조직에 안정되고, 높은 기계적 성질을 갖고 있는 베이나이트조직을 가장 안정적으로 얻을 수 있는 조건에 대하여 시간적 조건의 변화를 주고, 그것과 동기화 한 금속조직을 각각 샘플링 하였다. 그리고, 그 시간적 변화에 동기화 한 각각의 샘플의 금속조직에서 차지하는 베이나이트의 측정을 실시했다. 그 결과 섭씨 250℃~280℃에 가온 항온 상태의 염욕(salt bath)에 침지한 경우, 침지 후 45분~50분을 경과한 금속조직은, 75％를 넘는 베이나이트조직으로 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또, 이 조건을 기초로오스템퍼처리된 주철 캠샤프트１의 편심 캠 로브３는 표면 및 내부경도, 열처리 깊이 및 기계적 성질을 만족시킬 결과를 얻는 것이 가능하였다.

이 프로세스에 따라 제조처리된 주철 캠 샤프트는 V형６기통엔진에 시작(試作) 채용되어 약 2년여에 걸친 엔진테스트가 행해졌다. 그 결과, 이 주철 캠 샤프트 1및 편심캠 로브부3은, Hertz면적의 압력1700Mpa의 스트레스를 충분히 이겨낼 수 있는 것이 증명되었다.

따라서, 금속조직의 잔류 오스테나이트, 베이나이트의 양을 의도적, 선택적으로 조절이 가능하며, 고도의 기계적 성질 (높은 강도, 높은 저항력, 내마모성, 높은 인장강도, 높은 인성）을 함께 가진 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철을 포함한 주철의 양산제조를 가능하게 한 연속처리프로세스의 기술의 발명을 실증하는 것이 가능해졌다.

또한, 상기의 처리에 특징적인 부분으로는 주철 캠 샤프트를 가공하지 않고, 소재형상 그대로 처리를 하는 것이다. 오스템퍼처리부분을 황가공(荒加工) 실시 후 처리하는 것도 가능하지만, 본 발명에 있어 주조 라인에서 소재를 주조 조형한 후, 본 발명의 오스템퍼처리를 시행하고, 그 후의 캠 샤프트를 가공하는 일련의 공정이 연속처리 프로세스로서 발명의 실례가 특징이다.

또한, 본 발명의 오스템퍼처리는 제품전체를 처리하는 것이 아니라, 제품의 일부분을 선택적으로（주철 캠 샤프트１의 편심 캠 로브부분3만）, 소재형상 그대로

(미가공) 처리를 가능하게 하는 부분도 특징이다.

따라서, 본 발명의 연속처리 프로세스를 사용하는 것에 따라 주철 캠 샤프트 소재의 주조조형, 오스템퍼처리, 캠 샤프트의 가공과 끊김 없이 연속적인 처리 프로세스를 구축하는 것이 가능하게 된다. 이 프로세스를 이용함으로써 생산공정의 전체비용, 생산시간의 효율화, 저감에 크게 기여하는 것이 입증되게 된다.

위의 오스템퍼처리의 연속처리 프로세스를 설명한다.

연속처리를 하는 프로세스에 대한 설명

도 5는 오스템퍼드 덕테일(austemperd ductile)오스템퍼드 덕테일(austemperd ductile)많은 균일한 처리를 하기 위한 제조공정(장치)이다. 제조공정은 미처리제품 워크세트(workset) 11, 고주파 열처리기12, 반송기13, 반송 컨베이어 14, 염욕(salt bath) 15, 가열항온기16, 교반(拌) 장치17, 세척기18, 방청기(防機)19, 각인기(刻印機)20, 처리된 제품포장기２１ 이와 같이 구성되어 있다.

오스트템퍼 덕테일(Austemper ductile) 주철의 처리공정에 관해 처음순서부터 설명한다. 먼저 미처리제품 워크세트11에 주조제품을 설치한다. 세트에 대해서는 사람 또는 기계장치(로봇 등)에 의해 설치한다. 설치된 제품은 고주파열처리기 12의 치구(治具)에 세트 되어 처리를 하고 싶은 부분에 균일(깊이, 범위, 시간)하게 담금질 처리를 한다. 담금질처리조건을 감시하기 위해 타이머, 출력, 온도 등을 상시 감시하고 이상 발생하였을 때 알리는 사양으로 한다. 소정의 담금질 조건으로 처리된 제품은, 고주파 담금질기12에서 반송기13 의해 꺼내어져, 반송 컨베어 14에 의해 교체된다. 반송장치 13은 안전면에서 기계장치(로봇 등)을 이용한다. 반송장치14에 의해 교체 된 제품은 염욕(salt bath)15에 투입하고 처리 하고자 하는 부분을 소정의 시간 침지시킨다. 반송 컨베어 14는 소정의 시간 침지 가능 하도록, 반송속도가 일정하게 되도록 감시한다. 또한, 염욕(salt bath)15는 욕조(浴槽)내부, 각 부분의 온도감시를 하여, 가열항온기１６과 교반 장치１７을 이용하여 욕조내부의 온도가 균일하게 되도록 관리를 한다. 소정의 시간 침치된 제품은, 염욕(salt bath)１５에서 반송 컨베어１４에 의해 꺼내어 세척기１８에 투입된다.

세척기１８은 제품에 부착된 오스트템퍼드(austemperd)１５의 용액을 세척하는 것으로, 용액의 공정 외 반출, 산화 스케일과 녹의 발생방지의 조치를 한다. 세척기１８을 완료한 제품은 반송 컨베어１４에 의해 방청기１９에 투입된다. 방청기１９의 제품전체를 방청용액으로 피복(被覆)함으로써, 녹 발생을 방지하는 조치를 시행한다. 방청기１９를 완료한 제품은 반송 컨베어１４에서 분리되어 각인기２０에 설치한다. 각인기２０에서는 처리 된, 식별을 시행하기 위하여 제품의 외관 부분에 각인을 함으로써 미처리품과의 식별 뿐만 아니라 내용에 따라 처리 롯(lot) 정보도 포함시키는 것으로 제품 처리의 추적(traceability)을 가능하게 하는 역할을 하고 있다. 각인의 방법으로 제품의 각인면에 따라 다르나, 레이저나 에어 진동 등 종류의 선택이 가능하다. 각인기２０을 완료하면 오스템퍼드 덕테일(austempered ductile) 주철로서 양호한 품질이 담보된 제품이 되는 것이 가능하다. 또한, 처리조건（온도, 시간）은 도 ３에 나타난 조건을 반영시킨 것으로 한다.

이 발명에 대해 올바른 상황에서 구체화 된 경우에 대해서는 주식회사 야스나가가 그 구체화에 대하여 아무런 제한을 할 의도는 없다.

그러나, 첨부의 주장에 의해 정의된 발명의 정신 및 범위 안에 포함되어 있는 등 가물(等物)과 변형시킨 모든 것에 대해서는 권리의 주장을 커버하는 것으로 한다.

[산업상의 이용가능성]

위의 일련의 1사이클이지만, 각 장치기구를 자동반송장치에서 연속 시킴으로서 1사이클의 처리에 시간을 필요로 하는 오스템퍼처리에도 연속해서 다수의 제품을 생산하는 것이 가능해지고, 선택부위만 오스템퍼처리를 시행하여 높은 강도, 높은 저항력에 대한 대마모성(摩耗性)의 기계적 개질과, 주철의 특징인 높은 인장강도와 인성 등의 기계적 성질도 개재(介在)양립시키기 위해 오스트템퍼(asutemper)처리의 양산프로세스를 확립하는 것이 가능하다. 이에 따라 커다란 종합비용 및 생산시간의 효율화를 실현하는 것이 가능하게 된다.

본 양산처리 프로세스는 많은 수요가 필요하게 되어 자동차 엔진의 캠 샤프트에 대응이 가능하다.

1　　캠샤프트
2　　캠 축 본체
3　　편심캠 로브부
4　　흡배기 밸브
5　　밸브스프링
6　　로커 암
7　　로커 암의 롤러 종동절
8　　접점
9　　접점
10　 엔진 실린더헤드
11　 미처리품 워크세트
12　 고주파 열처리기
13　 반송기
14　 반송 컨베이어
15　 염욕(salt bath)
16　 가열 항온기
17　 교반 장치
18　 세척기
19　 방청기
20　 각인기
21　 처리된 제품 포장기

Claims (33)

1. 주철 캠 샤프트에서 선택부위의 표면만을 강화시키는 방법이다.
   주조된 캠 샤프트의 중량비에 대해 탄소C 3.0％~4.0％, 규소Si 1.5％~3.0％、
   망간Mn 0.0％~1.0％, 구리Cu 0.5％~1.0％, 황S 0.02％Max, 인P 0.05％Max,
   마그네슘Mg 0.02％~0.06％、크롬Cr 0.1％Max、니켈Ni 0.1％Max、 알루미늄Al
   0.1％Max, 주석Sn 0.06％Max、몰리브덴Mo 0.1％Max로, 나머지의 비율에 해당하는 중량이 철Fe에 상응하여 주철조직에 포함되어 있다.
   상기의 주철 캠의 잔류 오스테나이트(austenite)를 부분적, 선택적으로 최소화 하기 위해서 복수의 단계적인 온도변화를 준다.
   1단계의 온도조건으로 섭씨900℃~1200℃의 상태를1초~600초 간 실시한다.
   2단계의 온도조건으로 섭씨250℃~400℃의 상태를 1초~72000초 간 실시하여 그 후, 1초~4000초 사이에서 냉각한다.
   3단계의 온도조건으로 섭씨125℃~175℃의 상태를 １초~7200초 간 실시하여, 그 후 1초~7200초의 사이에서 냉각을 실시한다.
   냉각하는 방법으로는 대기 방냉(放冷), 강제 공냉(空冷), 수냉(水冷)등이 있지만, 수냉이나 강제공냉의 경우는 냉각온도를 섭씨1℃~50℃, 냉각시간은 1초~4000초의 범위로 한다.
   이상의 방법을 주철 캠 샤프트에 의도적, 선택적으로 실시한 부분에 대하여 오스트템퍼 덕테일(austemper ductile) 주철의 층이 형성된다.
   상기의 오스템퍼 처리 기술의 장치에 대하여 이전공정으로 연성(ductile)주철 조형 공정을 다음 공정에 캠 샤프트 가공공정을 배치하여 연속처리하기 위한 과정이다
2. 청구 항1에서 말하는 최초의 온도는, 섭씨 900℃~1200℃까지를 말한다.
3. 청구 항1에서 말하는 유지온도는 1초~600초 사이까지를 말한다.
4. 청구 항1에서 말하는 가온기로서는 고주파 가열(유도코일), 화염가열(화염 토치와 버너), 용접기, 플라즈마 토치, 전자빔, 레이제 등을 포함하는 것으로 한다.
5. 청구 항1에서 오스템퍼(austemper)를 베이나이트(bainite)화(化)하기 위해 1단계 온도에서 2단계 온도로 감온하는 시간은 1초~10초의 범위에서 지연되지 않도록 할 필요가 있다.
6. 청구 항4의 지연시간은 1초~10초의 범위이다.
7. 청구 항1의 2단계의 온도는 섭씨 250℃~400℃의 범위로 한다.
8. 청구 항1의 2단계의 온도는 1초~72000초의 범위에서 보관, 유지되는 것이다.
9. 청구 항1의 2단계의 온도는 염욕(salt bath)에 주철 캠 샤프트를 전체 또는 일부를 침지함으로써 감온하는 것으로 한다.
10. 청구항9의 염욕(salt bath)는, 아질산 칼륨, 아질산 소다를 혼합한 것이다
11. 청구 항１에서 말하는 2단계의 온도의 감온으로, 유욕(油浴)도 포함한 것이다.
12. 청구 항１에서 말하는 2단계의 온도의 감온으로서 자동 유동(流動)의 반송형태도 포함 한 것을 의미한다.
13. 청구 항１에서 말하는 냉각은, 주철 캠 샤프트를 염욕(salt bath)에서 꺼내어, 냉각 지연 시간으로 섭씨10℃~50℃의 공중방냉을 1초~60초동안 시행 후, 섭씨10℃∼50℃의
    냉각수에 약１초~60초간 침지하여 냉각한다.
14. 청구 항１에서 말하는 냉각은, 공기에 의한 강제냉각도 포함하는 것으로 한다.
15. 청구 항１에서 말하는 냉각은, 물에 의한 세척 헹굼도 포함하는 것으로 한다.
16. 청구 항１에서 말하는 냉각은, 유욕(油浴)에 의한 냉각도 포함하는 것으로 한다.
17. 청구 항１에서 말하는 주철 캠 샤프트는 내연기관（자동차, 이륜차 ）를 비롯한 기계장치기기의 요소(要素), 장비에 사용되는 주철 캠 샤프트를 말한다.
18. 청구 항１에서 말하는 １단계의 가온은, 워크에 대한 선택으로 한 부분에 국한적인 가열을 말한다.
19. 청구 항１에서 말하는 탄소C는 3.0％~4.0％
20. 청구 항1에서 말하는 규소SI는 1.5％~3.0％
21. 청구 항１에서 말하는 망간Mn은0.0％~1.0％
22. 청구 항１에서 말하는 구리Cu는0.5％~1.0％
23. 청구 항１에서 말하는 황S은0.02％Max
24. 청구 항１에서 말하는 인P은0.05％Max
25. 청구 항１에서 말하는 마그네슘Mg은0.02％∼0.06％
26. 청구 항１에서 말하는 크롬Cr은0.10％Max
27. 청구 항１에서 말하는 니켈Ni은0.10％Max
28. 청구 항１에서 말하는 알루미늄Al은 0.10％Max
29. 청구 항１에서 말하는 주석Sn은 0.06％Max
30. 청구 항１에서 말하는 몰리브덴Mo은 0.10Max
31. 청구 항１에서 말하는 Fe는, 위의 혼합량을 제외한 나머지의 중량비율에 해당하는 모든 부분이다.
32. 청구 항１에서 말하는 처리 프로세스를 개발 또는 연속 처리를 가능하게 한 공정
33. 청구 항１에서 말하는 처리 프로세스를 사용하여, 이전 공정에 주조조형공정을 부설(敷設), 후 공정으로 가공공정을 부설한 일련의 연속처리 프로세스

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