KR20150117725A - Its controlling device and surface heat treatment method - Google Patents

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KR20150117725A
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Abstract

The present invention relates to a surface heat treatment method and a control device thereof which allow a compound layer and a diffusion layer of a single material to be simultaneously heat-treated with their surfaces to satisfy their target thicknesses. To achieve this, the surface heat treatment method to laminate the compound layer and the diffusion layer on the single material, comprises: a setting step of setting the target thicknesses of the compound layer and the diffusion layer; a deduction step of deducing target thermal energy levels of the compound layer and the diffusion layer for reaching the target thicknesses of the compound layer and the diffusion layer in a heat treatment condition of applying thermal energy to the single material; a heat treatment step of proceeding with heat treatment by comparing the target thermal energy levels with real-time thermal energy levels measured by applying the thermal energy to the compound layer and the diffusion layer during the heat treatment by applying the thermal energy to the single material. Therefore, the surface heat treatment method and the control device thereof satisfy the target thicknesses of each layer at the same time and allow the easy and convenient heat treatment of products as the rate of relative thermal energy levels for reactions of each layer are set and a thermal cycle model satisfying the rate is set to proceed with the heat treatment to simultaneously apply the thermal energy to each layer to be heat-treated during the surface heat treatment of the single material on which the compound layer and the diffusion layer are formed.

Description

표면 열처리방법 및 그 제어장치{Its controlling device and surface heat treatment method}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a surface heat treatment method,

본 발명은 단일소재에서의 표면 열처리 기술에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 각 소재의 반응에 대한 상대적 열에너지수치의 비율과 열사이클 모델을 설정하고, 상기 열에너지수치의 비율에 도달하도록 실제로 열에너지를 가하면서 열에너지수치를 모니터링함으로써, 각 반응에 의해 형성되는 층의 두께를 동시에 만족하면서 열처리하도록 한 표면 열처리방법 및 그 제어장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a surface heat treatment technique in a single material, and more particularly, to a method of setting a thermal cycle model and a ratio of a relative thermal energy value to a reaction of each material, To a surface heat treatment method and a control apparatus therefor, wherein heat treatment is performed while simultaneously satisfying the thickness of the layer formed by each reaction by monitoring the heat energy value.

이종소재를 동시에 열처리는 소결공정은, 날부분과 몸체부분으로 구성되는 2가지 분말소재를 소결한 다이아몬드공구, 유전체와 자성체를 동시 소결한 LC filter, 스틸합금과 알루미늄합금 분말을 소결한 자동차 경량화 부품 등 다양한 이종소재 분말을 동시에 소결하기 위한 기술로서 이용될 수 있다.
The sintering process for the heat treatment of different materials simultaneously consists of a diamond tool sintered of two powder materials consisting of a blade part and a body part, an LC filter obtained by sintering a dielectric material and a magnetic material simultaneously, a lightweight automobile part sintered with a steel alloy and an aluminum alloy powder And the like can be used as a technique for simultaneously sintering various kinds of heterogeneous material powders.

이 같은, 이종소재의 통상적인 동시 소결 방법은, 먼저 주재료와 부재료를 구분한 후, 주재료의 소결 품질을 우선적으로 확보하고 부재료의 소결에 대해서는 분말의 종류와 그 성분비를 변화시키면서 다양한 가열조건에서 시행착오적으로 소결열처리를 실시하게 된다. The conventional co-sintering method of the different materials first divides the main material and the sub material, secures the sintering quality of the main material first, and sintering the sub material is performed under various heating conditions while varying the type and composition ratio of the powder The sintering heat treatment is aberrantly performed.

이에, 기존의 이종소재 열처리 방식은, 개발자의 직관, 경험 등이 절실히 요구되며, 우수한 성능을 고려한 이종 소재 선정 및 제품 개발보다는, 동시 소결 가능성 및 접합 가능성을 더 우선시할 수밖에 없는 문제가 있다.
Therefore, the existing heterogeneous material heat treatment method has a problem that the intuition and experience of the developer are desperately required, and the possibility of simultaneous sintering and the possibility of sintering are inferior rather than selection of different materials and product development considering superior performance.

한편, 본 출원인에 의해 한국 등록특허공보 등록번호 제10-0612446호로 선출원되어 등록된 "에너지수치를 이용한 열처리 제어방법"을 살펴보면, 열처리공정에 있어서, 노 내의 가열 온도를 소결에 대한 누적에너지수치로 환산 및 모니터링하여, 소결 공정 중에 실시간으로 소결밀도를 모니터링할 수 있는 열처리 제어방법이 개시된바 있다.
In the "heat treatment control method using energy value", which was previously filed by the present applicant and registered with Korean Patent Registration No. 10-0612446, the heating temperature in the furnace is set to a cumulative energy value for sintering And controlling the sintering density in real time during the sintering process.

즉, 상기한 기술은 한 종류의 소재에 가해지는 에너지에 따라 소결밀도가 증가하는 양상을 모니터링할 수 있고 소재가 목표 소결밀도에 도달하였을 때 소결종료를 실시하므로 열처리의 제어가 가능하다.
That is, the above-described technique can monitor the increasing sintering density depending on the energy applied to one kind of material and control the heat treatment because the sintering is terminated when the material reaches the target sintering density.

그러나, 이종소재를 동시에 소결 열처리하는 기술과 같이, 두 종류의 소재가 같이 노 내에 투입되어 동시에 소결될 때에는 두 소재의 목표 소결밀도를 동시에 만족시킬수 있는 소결열처리 스케쥴이 제시되지 못하는 문제가 있다.However, when two kinds of materials are simultaneously injected into a furnace and sintered at the same time, there is a problem that a sintering heat treatment schedule capable of simultaneously satisfying a target sintering density of the two materials can not be presented.

즉, 두 소재 중, 한 소재가 목표 소결밀도에 도달하더라도, 다른 종류의 분말인 두 번째 소재의 소결밀도는 전혀 제어를 할 수가 없다는 문제가 있다. 만일, 세 종류 이상의 소재가 같이 투입되어 열처리 될 경우에는, 세 소재 이상의 목표 소결밀도를 동시에 달성해야 하므로 더욱 어려운 문제가 발생된다.
That is, even if one of the two materials reaches a target sintered density, there is a problem that the sintered density of the second material, which is another kind of powder, can not be controlled at all. If three or more kinds of materials are put together and heat-treated, the target sintered density of three or more materials must be achieved at the same time, which is a more difficult problem.

한편, 상기한 문제는 비단 소결공정 뿐만 아니라, 표면개질 공정에서도 예를 들 수 있다. On the other hand, the above-mentioned problems can be exemplified not only in the sintering process but also in the surface modification process.

일례로, 기존의 플라즈마질화공정을 살펴보면, 내마모성 목적의 깊은 질화 공정시 2가지 질화층이 형성되며, 최외각 표면은 화합물층(혹은 백색층)으로 10㎛ 정도의 Fe4N의 형태로 광학현미경이나 SEM 이미지로 관찰되며, 두 번째는 그 내부로 질소이온이 확산되어 100~600㎛ 깊이까지 표면경도가 높아지는 확산층 혹은 실용질화층으로 불리는 질화층이 형성된다.
For example, in the conventional plasma nitriding process, two nitriding layers are formed in a deep nitriding process for abrasion resistance purpose, and the outermost surface is a compound layer (or white layer) in the form of Fe 4 N of about 10 μm, And a nitride layer called a diffusion layer or a practical nitrided layer is formed in which a nitrogen ion is diffused into the inside of the diffusion layer and a surface hardness is increased to a depth of 100 to 600 μm.

화합물층은 그 자체가 취성이 강한 층이며, 어느 수준 이상(통상 5㎛)의 두께에서는 결합력까지 문제가 되므로, 전조다이스와 같이 극한의 응력이 가해지는 공구에는 아예 없거나 최소한의 화합물층 두께가 요구된다.The compound layer is a brittle layer itself, and a bonding force is a problem at a thickness of at least a certain level (usually 5 탆). Therefore, a tool which is subjected to an ultimate stress such as a rolling die requires no or minimal compound layer thickness.

그리고, 이온의 금속내부로 확산에 의해 형성되는 확산층은 공구에서는 일반적으로 300㎛ 정도가 요구되나, 400㎛ 이상은 오히려 취성을 일으킨다.
The diffusion layer formed by diffusion into the metal of the ions is generally required to be about 300 mu m in the tool, but more than 400 mu m causes the brittleness.

또 다른 경우로, 내부식성과 내마모성을 동시에 확보하기 위한 플라즈마산질화의 경우는, 기존의 내마모성에 추가로 내부식성 확보를 위해 부식에 강한 산질화 화합물층을 최소 10㎛ 이상 확보가 요구된다.
In another case, in the case of plasma oxynitridation for securing corrosion resistance and abrasion resistance, it is required to secure at least 10 탆 thick oxynitride compound layer resistant to corrosion in order to secure corrosion resistance in addition to the conventional abrasion resistance.

이와 같이, 플라즈마질화, 플라즈마산질화 등과 같은 표면개질에서도 표면에 형성되는 두 층의 두께를 각각 제어해야 할 필요가 있는 것이다.Thus, it is necessary to control the thicknesses of the two layers formed on the surface, respectively, even in the case of surface modification such as plasma nitridation or plasma oxynitridation.

통상 두 층의 두께를 제어하는 방법으로, 총 투입되는 가스량이 정해졌을 때, 수소와 질소의 가스비를 조절하여, 화합물층의 생성을 조절한다. 즉, 질화화합물층 생성을 최대한 억제해야 할 경우, 질소의 비율을 낮추고, 그 반대일 경우 질소의 비율을 높이게 된다.
Generally, the thickness of the two layers is controlled, and when the total amount of gas to be introduced is determined, the gas ratio of hydrogen and nitrogen is controlled to control the formation of the compound layer. That is, when the formation of the nitride compound layer is to be suppressed as much as possible, the nitrogen ratio is lowered, and in the opposite case, the nitrogen ratio is increased.

그러나, 기존의 질화층 형성방법은 근본적으로 시행착오법으로 조건을 잡는 특성상, 질소의 분압을 조절할 때마다 반응에 필요한 온도와 시간이 모두 달라지므로, 시험을 원점에서 다시 시작해야 하는 문제가 있다. 그나마 화합물층이 없는 질소 분압 조건을 찾았고 이제 목표 두께의 확산층을 확보하기 위해 온도를 올리거나 시간을 늘릴 경우, 화합물층이 다시 생성되므로 시험이 다시 원점으로 돌아가게 되는 문제도 있다.
However, since the conventional nitriding layer forming method is basically a trial and error method, the temperature and time required for the reaction are changed every time the partial pressure of nitrogen is controlled, so that the test must be restarted at the origin. However, when the nitrogen partial pressure condition without the compound layer is found and the temperature is raised or the time is increased to secure the diffusion layer of the target thickness, the compound layer is regenerated and the test is returned to the origin again.

한편, 본 출원인에 의해 한국 등록특허공보 등록번호 제10-1249539호로 선출원되어 등록된 "플라즈마질화 공정의 질화깊이 실시간 모니터링방법" 에는, 플라즈마질화 열처리공정에 있어서, 노 내에 투입된 제품의 표면에 열전대를 추가로 설치하여, 제품표면온도를 실시간 측정하면서 플라즈마질화에 대한 누적에너지수치로 환산 및 모니터링하여, 플라즈마질화 공정 중에 실시간으로 질화깊이를 모니터링하게 된다.
On the other hand, in the "method for real-time monitoring of nitriding depth in plasma nitriding process ", which was filed and registered as a Korean Registered Patent Publication No. 10-1249539 by the present applicant, a plasma nitriding heat treatment process has been proposed in which a thermocouple The nitriding depth is monitored in real time during the plasma nitriding process by converting the measured product surface temperature into the cumulative energy value for plasma nitriding while measuring the product surface temperature in real time.

그러나, 상기한 플라즈마질화 공정에 있어서, 화합물층과 확산층 중, 한 층에 대한 제어 방법만 제시할 뿐 두 층의 두께를 동시에 만족시킬 수 있는 방법은 제시하지 못하는 문제가 있다. 즉, 두 반응 모두 열적활성화 반응이므로 과도한 열처리시, 화합물층과 확산층이 함께 두꺼워고, 미흡한 열처리 시에는 함께 얇아지기 때문에 두 층에 대해 동시에 두께를 제어하기 어려운 문제가 있다.
However, in the plasma nitridation process described above, only a control method for one layer out of the compound layer and the diffusion layer is presented, and there is a problem that a method of simultaneously satisfying the thicknesses of the two layers can not be proposed. That is, since both reactions are thermal activation reactions, the compound layer and the diffusion layer become thick together during the excessive heat treatment, and when the heat treatment is insufficient, they become thin together, so that it is difficult to simultaneously control the thickness of the two layers.

KRKR 10-061244610-0612446 BB KRKR 10-124953910-1249539 BB

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 단일 소재에서 두 가지 이상의 반응이 동시에 일어나는 표면 열처리시, 각 소재의 반응에 대한 상대적 열에너지수치의 비율과 열사이클 모델을 설정하고, 상기 열에너지수치의 비율에 도달하도록 실제로 열에너지를 가하면서 열에너지수치를 모니터링함으로써, 각 반응에 의해 형성되는 층의 두께를 동시에 만족하면서 열처리하도록 한 표면 열처리방법 및 그 제어장치를 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a thermal cycle model and a ratio of a relative thermal energy value to a reaction of each material during a surface heat treatment in which two or more reactions occur simultaneously in a single material , And the thermal energy is applied while actually applying heat energy so as to reach the ratio of the heat energy value, thereby performing heat treatment while simultaneously satisfying the thickness of the layer formed by each reaction, and a control device thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리하는 방법으로서, 화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하는 설정단계; 상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하는 도출단계; 및 상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하는 열처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for surface heat treatment to form a compound layer and a diffusion layer on a single material, the method comprising: setting a target thickness of a compound layer and a diffusion layer; A derivation step of deriving a target heat energy value of the compound layer and the diffusion layer to reach a target thickness of the compound layer and the diffusion layer under a heat treatment condition for applying heat energy to the single material; And a heat treatment step of applying heat treatment to the single material by applying heat energy to the compound layer and the diffusion layer during heat treatment, and comparing the measured value of the target heat energy with a real time heat energy value measured by the heat treatment.

상기 도출단계는, 상기 목표 두께에 도달하기 위한 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율을 설정하는 비율설정단계; 상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 가열온도와 가열시간의 관계를 형성하는 열사이클 모델을 통해 구하는 제1확보단계; 상기 제1확보단계에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하는 제2확보단계;를 포함하여 구성될 수 있다.The deriving comprises: setting a ratio of a target thermal energy value of the compound layer to reach the target thickness and a target thermal energy value of the diffusion layer; A first securing step of obtaining a target heat energy value of the compound layer through a thermal cycle model forming a relationship between a heating temperature and a heating time; And a second securing step of substituting the thermal cycle model used in the first securing step into the diffusion layer to obtain a target thermal energy value of the diffusion layer.

상기 제2확보단계에서 구해진 상기 확산층의 열에너지수치가 상기 확산층의 목표 열에너지수치와 일치하지 않는 경우, 상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 다른 열사이클 모델로 변경하면서 다시 구하는 제3확보단계; 상기 제3확보단계(S24)에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하는 제4확보단계;를 더 포함할 수 있다.A third securing step of, when the heat energy value of the diffusion layer obtained in the securing step is not equal to the target heat energy value of the diffusion layer, changing the target heat energy value of the compound layer to another thermal cycle model; And a fourth securing step of substituting the thermal cycle model used in the third securing step S24 into the diffusion layer to obtain a target thermal energy value of the diffusion layer.

상기 제3확보단계와 제4확보단계는, 상기 화합물층의 열에너지수치 및 확산층의 열에너지수치가 상기 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율과 일치될 때까지 반복하여 수행할 수 있다.The third securing step and the fourth securing step may be repeatedly performed until the thermal energy value of the compound layer and the thermal energy value of the diffusion layer coincide with the target thermal energy value of the compound layer and the target thermal energy value of the diffusion layer.

상기 표면 열처리는 플라즈마질화 열처리일 수 있다.The surface heat treatment may be a plasma nitridation heat treatment.

상기 열처리단계에서는, 실시간 측정되는 열에너지수치가 목표 열에너지수치 이하시, 계속해서 소재의 플라즈마질화 열처리를 진행하고, 상기 실시간 측정되는 열에너지수치가 목표 열에너지수치에 도달시, 소재의 플라즈마질화 열처리를 종료하면서 소재를 냉각시킬 수 있다.In the heat treatment step, when the heat energy value measured in real time is lower than the target heat energy value, the plasma nitridation heat treatment of the material continues, and when the heat energy value measured in real time reaches the target heat energy value, the plasma nitriding heat treatment of the material is terminated The material can be cooled.

상기 열에너지수치는 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지를 이용하여 아래의 수학식1에 의해 측정될 수 있다.The heat energy value can be measured by the following equation (1) using the compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy.

수학식 1Equation 1

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 T= 절대온도, Q=화합물층 형성 활성화에너지(activation energy) 또는 확산층 형성 활성화에너지(activation energy), R=기체상수, dt=가열유지시간을 나타냄.Where T = absolute temperature, Q = activation energy or diffusion layer formation activation energy, R = gas constant, dt = heating hold time.

상기 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지는, 화합물층 및 확산층에 대해 독립적으로 가해지는 열에너지와 화합물층 두께 및 확산층 두께와의 관계에서 도출할 수 있다.The compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy can be derived from the relationship between the thermal energy independently applied to the compound layer and the diffusion layer, and the thickness of the compound layer and the diffusion layer.

본 발명의 구성은, 단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리 제어하기 위한 장치로서, 화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하며, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하고, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The constitution of the present invention is an apparatus for controlling surface heat treatment so as to form a compound layer and a diffusion layer on a single material so as to form a laminate therebetween, wherein the target thickness of the compound layer and the diffusion layer is set, and the heat treatment condition for applying heat energy to the single material, A target thermal energy value of the compound layer and the diffusion layer for reaching the target thickness is derived, and when the thermal energy is applied to the single material, the target thermal energy value and the real time thermal energy value measured by applying the thermal energy to the compound layer and the diffusion layer are compared And a control unit controlling the heat treatment to be performed.

상기 제어부와 연결된 컨트롤패널에는 실시간 측정되는 화합물층 및 확산층 열에너지수치와, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치가 표시되어 육안으로 확인되도록 구성될 수 있다.
The control panel connected to the control unit may be configured to visually confirm the thermal energy values of the compound layer and the diffusion layer measured in real time and the target thermal energy values of the compound layer and the diffusion layer.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 단일소재에 화합물층 확산층이 형성되는 표면 열처리시, 각 층의 반응에 대한 상대적 열에너지수치의 비율을 설정하고, 이를 만족시킬 수 있는 열사이클 모델을 설정하여 각 층에 열에너지를 동시에 가하여 열처리함으로써, 각 층의 목표 두께를 동시에 만족시키면서 제품을 쉽고 간편하게 열처리하는 효과가 있다.
According to the present invention, by setting the ratio of the relative thermal energy value to the reaction of each layer during a surface heat treatment in which a compound layer diffusion layer is formed on a single material, and setting a thermal cycle model capable of satisfying this, The heat energy is simultaneously applied to the layer, and the layer is heat-treated to simultaneously and easily heat-treat the product while satisfying the target thickness of each layer.

도 1은 본 발명에 의한 표면 열처리방법에 열처리 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서 화합물층의 열에너지수치에 대한 화합물층 두께의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서 확산층의 열에너지수치에 대한 확산층 두께의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 표면 열처리방법의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서의 열사이클 모델의 설계 예시를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 의한 표면 열처리 제어장치에서 제어되는 수치들이 컨트롤패널에 모니터링되는 것을 예시하여 나타낸 도면.
1 is a view for explaining a heat treatment flow in a surface heat treatment method according to the present invention.
2 is a view for explaining the relationship of the thickness of the compound layer to the thermal energy value of the compound layer in the surface heat treatment method according to the present invention.
3 is a view for explaining the relationship of the thickness of the diffusion layer with respect to the thermal energy value of the diffusion layer in the surface heat treatment method according to the present invention.
4 is a conceptual view for explaining the principle of a surface heat treatment method according to the present invention.
5 is a diagram showing a design example of a thermal cycle model in the surface heat treatment method according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a control panel monitoring values controlled by a surface heat treatment control apparatus according to the present invention; FIG.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 표면 열처리방법에 열처리 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서 화합물층의 열에너지수치에 대한 화합물층 두께의 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서 확산층의 열에너지수치에 대한 확산층 두께의 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 표면 열처리방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 본 발명에 의한 표면 열처리방법에서의 열사이클 모델의 설계 예시를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 의한 표면 열처리 제어장치에서 제어되는 수치들이 컨트롤패널에 모니터링되는 것을 예시하여 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a view for explaining a heat treatment flow in the surface heat treatment method according to the present invention, FIG. 2 is a view for explaining the relationship of the thickness of the compound layer to the heat energy value of the compound layer in the surface heat treatment method according to the present invention, FIG. 4 is a conceptual view for explaining the principle of the surface heat treatment method according to the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining the principle of the surface heat treatment method according to the present invention FIG. 6 is a diagram illustrating a control panel in which numerical values controlled by the surface heat treatment control apparatus according to the present invention are monitored. FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of a thermal cycle model in the surface heat treatment method.

본 발명의 표면 열처리방법은, 크게 설정단계(S10)와, 도출단계(S20)와, 열처리단계(S30)를 포함하여 구성된다.
The surface heat treatment method of the present invention comprises a large setting step (S10), a derivation step (S20), and a heat treatment step (S30).

도 1을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리하는 방법으로서, 화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하는 설정단계(S10); 상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하는 도출단계(S20); 및 상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하는 열처리단계(S30);를 포함하여 구성된다.
Referring to FIG. 1, a surface heat treatment method in which a compound layer and a diffusion layer are formed on a single material, includes a setting step (S10) of setting a target thickness of a compound layer and a diffusion layer; A derivation step (S20) of deriving a target heat energy value of the compound layer and the diffusion layer to reach a target thickness of the compound layer and the diffusion layer under a heat treatment condition for applying heat energy to the single material; And a heat treatment step (S30) in which heat treatment is performed while comparing the target thermal energy value with a real time heat energy value measured by applying thermal energy to the compound layer and the diffusion layer when heat treatment is performed by applying heat energy to the single material.

즉, 단일소재가 표면 열처리되는 경우, 상기 화합물층 및 확산층의 반응에 대한 상대적 열에너지수치의 비율을 설정하고, 이를 만족시킬 수 있는 열사이클 모델을 설정하여 상기 소재에 열에너지를 가하여 열처리함으로써, 화합물층 및 확산층의 설정된 두께를 만족시키면서, 제품을 쉽고 간편하게 표면 열처리 가공하게 되는 것이다.
That is, when a single material is subjected to a surface heat treatment, a ratio of a relative thermal energy value to a reaction between the compound layer and the diffusion layer is set, and a thermal cycle model capable of satisfying the thermal cycle model is set. The surface of the product can be easily and easily heat-treated.

특히, 상기 도출단계(S20)는, 다시 비율설정단계(S21)와, 제1확보단계(S22)와, 제2확보단계(S23), 제3확보단계(S24) 및 제4확보단계(S25)를 포함하여 구성될 수 있다.
In particular, the deriving step S20 may further include a ratio setting step S21, a first securing step S22, a second securing step S23, a third securing step S24, and a fourth securing step S25 ). ≪ / RTI >

구체적으로, 상기 비율설정단계(S21)에서는, 상기 목표 두께에 도달하기 위한 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율을 설정한다.Specifically, in the ratio setting step S21, a ratio of the target thermal energy value of the compound layer to reach the target thickness and the target thermal energy value of the diffusion layer is set.

그리고, 상기 제1확보단계(S22)에서는, 상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 가열온도와 가열시간의 관계를 형성하는 열사이클 모델을 통해 구한다.In the first securing step (S22), the target heat energy value of the compound layer is obtained through a thermal cycle model in which the relationship between the heating temperature and the heating time is formed.

또한, 상기 제2확보단계(S23)에서는, 상기 제1확보단계(S22)에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하게 된다.
In the second securing step S23, the thermal cycle model used in the first securing step S22 is substituted into the diffusion layer to obtain the target thermal energy value of the diffusion layer.

즉, 화합물층 및 확산층 간의 목표 열에너지수치의 비율을 설정한 후에, 화합물층의 목표 열에너지수치를 해당 열에너지수치를 확보할 수 있는 열사이클 모델을 통해 구하고, 이어서 상기 열사이클 모델을 확산층에 적용하여 확산층의 목표 열에너지수치를 구하게 되는바, 화합물층 및 확산층 간의 목표 열에너지수치의 비율를 만족하는 열사이클 모델을 설정할 수 있는 것이다.
That is, after the ratio of the target heat energy value between the compound layer and the diffusion layer is set, the target thermal energy value of the compound layer is obtained through a thermal cycle model capable of securing the corresponding thermal energy value, and then the thermal cycle model is applied to the diffusion layer, It is possible to set a thermal cycle model satisfying the ratio of the target heat energy value between the compound layer and the diffusion layer.

다만, 제3확보단계(S24)에서는, 상기 제2확보단계(S23)에서 구해진 상기 확산층의 열에너지수치가 상기 확산층의 목표 열에너지수치와 일치하지 않는 경우, 상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 다른 열사이클 모델로 변경하면서 다시 구한다.However, in the third securing step (S24), when the heat energy value of the diffusion layer obtained in the second securing step (S23) does not coincide with the target heat energy value of the diffusion layer, the target heat energy value of the compound layer is changed to another heat cycle model .

그리고, 제4확보단계(S25)에서는, 상기 제3확보단계(S24)에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하게 된다.
In the fourth securing step (S25), the thermal cycle model used in the third securing step (S24) is substituted into the diffusion layer to obtain the target thermal energy value of the diffusion layer.

이때, 상기 제1확보단계(S22) 및 제2확보단계(S23)를 통해 화합물층 및 확산층 간의 목표 열에너지수치의 비율을 만족하는 열사이클 모델을 확보하지 못한 경우에는, 상기 제3확보단계(S24)와 제4확보단계(S25)는, 상기 화합물층의 열에너지수치 및 확산층의 열에너지수치가 상기 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율과 일치될 때까지 반복하여 수행할 수 있게 된다.
If the thermal cycle model that satisfies the ratio of the target thermal energy value between the compound layer and the diffusion layer is not obtained through the first securing step (S22) and the second securing step (S23), the third securing step (S24) And the fourth ensuing step (S25) can be repeatedly performed until the thermal energy value of the compound layer and the thermal energy value of the diffusion layer coincide with the target thermal energy value of the compound layer and the target thermal energy value of the diffusion layer.

본 발명에 적용된 이종소재의 열처리는 바람직하게는 플라즈마질화 열처리로서, 플라즈마질화 열처리를 통해 화합물층 및 확산층의 정해진 질화층 두께를 확보하면서 제품을 플라지마질화 열처리할 수 있다.
The heat treatment of the heterogeneous material applied to the present invention is preferably a plasma nitriding heat treatment, and the product can be subjected to plasma nitriding heat treatment while ensuring the thickness of the nitrided layer of the compound layer and the diffusion layer through the plasma nitriding heat treatment.

아울러, 본 발명에서 상기 열처리단계(S30)에서는, 실시간 측정되는 화합물층 및 확산층의 열에너지수치가 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치 이하시, 계속해서 소재의 플라즈마질화 열처리를 진행하고, 상기 실시간 측정되는 열에너지수치가 목표 열에너지수치에 도달시, 소재의 플라즈마질화 열처리를 종료하면서 소재를 냉각시킬 수 있다.
Further, in the heat treatment step (S30) of the present invention, when the thermal energy values of the compound layer and the diffusion layer measured in real time are lower than the target thermal energy values of the compound layer and the diffusion layer, the plasma nitriding heat treatment of the material continues, Reaches the target heat energy value, the material can be cooled while completing the plasma nitriding heat treatment of the material.

그리고, 상기 열에너지수치는 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지를 이용하여 아래의 수학식1에 의해 계산될 수 있다.The heat energy value can be calculated by the following equation (1) using the compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy.

수학식 1Equation 1

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, 화합물층의 경우에는, T= 절대온도, Q=화합물층 형성 활성화에너지(activation energy), R=기체상수, dt=가열유지시간을 나타내며,Here, in the case of the compound layer, T = absolute temperature, Q = activation energy of compound layer formation, R = gas constant, dt = heating holding time,

확산층의 경우에는, T= 절대온도, Q=확산층 형성 활성화에너지(activation energy), R=기체상수, dt=가열유지시간을 나타낸다.
In the case of the diffusion layer, T = absolute temperature, Q = diffusion layer formation activation energy, R = gas constant, and dt = heating holding time.

또한, 상기 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지는, 화합물층 및 확산층에 대해 독립적으로 가해지는 열에너지와 화합물층 두께 및 확산층 두께와의 관계에서 도출한 것일 수 있으며, 경우에 따라 해당 소재의 공지된 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지를 적용할 수도 있을 것이다.
The compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy may be derived from the relationship between the thermal energy independently applied to the compound layer and the diffusion layer, the thickness of the compound layer, and the thickness of the diffusion layer. In some cases, Activation energy and diffusion layer formation activation energy may be applied.

한편, 본 발명에 의한 표면 열처리 제어장치는, 제어부(10)를 통해 제어 가능하게 구성될 수 있다.
Meanwhile, the surface heat treatment control apparatus according to the present invention can be configured to be controllable through the control unit 10. [

구체적으로, 단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리 제어하기 위한 장치로서, 화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하며, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하고, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하도록 제어하는 제어부(10);를 포함하여 구성된다.
Specifically, a device for controlling the surface heat treatment so as to form a compound layer and a diffusion layer on a single material is formed by setting a target thickness of a compound layer and a diffusion layer, and setting a target thickness of the compound layer and the diffusion layer And the heat energy is applied to the single material and the heat energy is applied to the compound layer and the diffusion layer during the heat treatment to compare the target value of the target thermal energy with the real time heat energy value measured. And a control unit (10) for controlling the control unit (10).

여기서, 상기 제어부(10)와 연결된 컨트롤패널(12)에는 실시간 측정되는 화합물층 및 확산층 열에너지수치와, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치와 함께, 현재 열처리 온도가 표시되어 육안으로 확인되도록 구성될 수 있다.
Here, the control panel 12 connected to the controller 10 may be configured such that the current heat treatment temperature is displayed and visually confirmed, together with the numerical values of the compound layer and the diffusion layer thermal energy measured in real time and the target thermal energy value of the compound layer and the diffusion layer .

본 발명의 작용 및 효과를 첨부된 도면에 의해 살펴본다.The operation and effect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 표면 열처리방법에 의해 단일 소재에 플라즈마질화 열처리시, 최외각에는 화합물층이 형성되고, 금속 내부로는 질소의 확산침투에 의해 경도가 증가하는 확산층이 형성된다.
According to the surface heat treatment method of the present invention, a compound layer is formed at the outermost layer during the plasma nitridation heat treatment for a single material, and a diffusion layer whose hardness is increased by diffusion penetration of nitrogen is formed in the metal.

구체적으로, 화합물층과 확산층을 동시에 제어하고자 하는 경우, 동일한 플라즈마 가스분위기 조건 및 다양한 항온유지 조건에서 열처리를 실시하면, 도 2의 좌측에 도시되어 있는 그래프와 같이, 항온온도를 달리한 개수만큼 다양한 화합물층 성장 곡선이 형성된다. 이때 x축을 수학식1을 이용하여 열에너지수치로 환산하면 우측과 같은 단일곡선으로 귀착된다.Specifically, when the compound layer and the diffusion layer are to be controlled simultaneously, heat treatment is performed under the same plasma gas atmosphere condition and various constant temperature holding conditions. As shown in the graph on the left side of FIG. 2, A growth curve is formed. At this time, if the x-axis is converted into the heat energy value using Equation (1), it results in a single curve like the right side.

즉, 어떤 승온속도 혹은 열적이력을 갖던 상관없이 제품에 가해진 열에너지수치와 화합물층 두께 성장에는 유일한 관계가 있다는 사실로써, 제품에 가해지는 열에너지를 측정하면 이 그래프를 이용하여 화합물층 두께를 실시간 모니터링 할수 있는 것이다. That is, regardless of the heating rate or thermal history, there is a unique relationship between the thermal energy value applied to the product and the thickness of the compound layer thickness, so that by measuring the thermal energy applied to the product, this graph can be used to monitor the compound layer thickness in real time .

여기서, 수학식 1에 대입한 화합물층 형성 활성화에너지 값은 259kJ/mol이다.
Here, the activation energy value of the compound layer formation substituted into the equation (1) is 259 kJ / mol.

이와 동일한 방식으로 확산층의 두께 성장 시험을 실시하여, 도 3의 우측 곡선과 같이 열에너지수치의 증가에 따라 확산층의 두께가 함께 증가하는 관계를 형성하는 곡선을 구하였다. 이때, 확산층 형성 활성화에너지 값은 112kJ/mol이다.A thickness growth test of the diffusion layer was carried out in the same manner as above to obtain a curve forming the relationship in which the thickness of the diffusion layer increases together with the increase of the heat energy value as shown in the right curve of Fig. At this time, the diffusion layer formation activation energy value is 112 kJ / mol.

즉, 화합물층 형성의 활성화에너지 대비 확산층 형성의 활성화에너지가 약 절반 수준이므로, 확산층이 더욱 빠르게 성장할 수 있음을 예측할 수 있다.
That is, since the activation energy for forming the diffusion layer is about half of the activation energy for the formation of the compound layer, it can be predicted that the diffusion layer can grow more rapidly.

이처럼, 단일 소재에서도 서로 다른 상이 존재하는 경우, 각 상의 형성에 대한 활성화에너지가 서로 다르다는 사실을 이용하여, 도 4와 같이 각 상 형성의 활성화에너지 이상의 상대적 면적비율 개념을 이용하여 플라즈마 질화시 가하고자 하는 열사이클 모델을 설계할 수 있다.Using the fact that the activation energy for each phase is different when there are different phases in a single material as well, the plasma nitridation process is performed using the concept of the relative area ratio above the activation energy of each phase as shown in FIG. A thermal cycle model can be designed.

즉, 화합물층 및 확산층의 목표 두께가 있고, 이 목표 두께를 달성하기 위한 열에너지가 도 4와 같이 설계되면, 이와 동시에 온도와 시간의 가열조건이 정해지는 원리이다.
That is, when there is a target thickness of the compound layer and the diffusion layer, and the thermal energy for achieving the target thickness is designed as shown in FIG. 4, the heating and temperature heating conditions are simultaneously determined.

도 4를 예로 들어 살펴보면, 공구에서와 같이 화합물형성을 최소화하고 확산층을 최대화 할 경우, 화합물층 형성 활성화에너지 이하의 온도에서 플라즈마질화처리를 하면, 화합물층 형성이 억제되고 확산층만을 형성시킬수 있다. 즉, 시간을 조절하여 확산층의 두께를 조절할 수 있는 것이다. Taking FIG. 4 as an example, when the compound formation is minimized and the diffusion layer is maximized as in a tool, plasma nitridation treatment is performed at a temperature equal to or lower than the compound layer formation activation energy, so that the compound layer formation can be suppressed and only the diffusion layer can be formed. That is, the thickness of the diffusion layer can be adjusted by adjusting the time.

또한, 내부식성확보를 위한 플라즈마산질화 공정에서는 10㎛ 수준의 화합물층 두께도 필요할 경우, 300㎛의 확산층이 형성되는 다양한 가열조건, 즉 동일 면적이 확보되는 조건에서 화합물층이 10㎛이 되는 조건을 선정하여 열처리를 설계할수 있다. 즉, 열사이클 모델(상대적 면적비)을 적절히 조정하여 목표로 하는 두 층 두께를 동시에 달성할 수 있다는 것이다.
Further, in the plasma oxynitriding process for securing corrosion resistance, when a compound layer thickness of 10 mu m level is also required, a condition that a compound layer becomes 10 mu m under various heating conditions in which a diffusion layer of 300 mu m is formed, that is, So that the heat treatment can be designed. That is, the target two-layer thickness can be simultaneously achieved by appropriately adjusting the thermal cycle model (relative area ratio).

도 5는 본 발명의 표면 열처리를 위한 실제 열사이클 모델을 설계한 예시로서, 확산층의 목표 두께가 100㎛이고 화합물층의 목표 두께가 5㎛이하로 최대한 억제를 원하는 경우, 화합물층 형성이 개시되기 이하의 온도에서 다양하게 열처리 설계가 가능하다. 또한, 화합물층을 20㎛ 수준을 일정하게 유지하면서 확산층의 두께를 500~940㎛까지 다르게 할 경우, 화합물층 형성에 필요한 열에너지 즉, 열사이클 모델의 면적을 일정하게 유지하면서, 확산층 형성에 필요한 열에너지 즉, 열사이클 모델의 상대적 면적을 달리하여 달성할 수 있다.
5 is an example of designing an actual thermal cycle model for the surface heat treatment of the present invention. When the target thickness of the diffusion layer is 100 탆 and the target thickness of the compound layer is desirably suppressed to the maximum of 5 탆 or less, Various heat treatment designs can be made at temperature. When the thickness of the diffusion layer is varied to 500 to 940 占 퐉 while keeping the compound layer constant at the level of 20 占 퐉, the thermal energy necessary for forming the diffusion layer, that is, Can be achieved by varying the relative area of the thermal cycle model.

이처럼, 설계된 열사이클 모델에 의해 두 층의 목표 두께에 해당되는 목표 열에너지수치를 설정하고, 실시간으로 현재까지 가해진 열에너지수치를 수학식 1에 의해 측정하여 목표 열에너지수치와 비교하면 실시간 두께가 성장되는 과정을 모니터링할 수 있게 된다.
Thus, by setting the target thermal energy value corresponding to the target thickness of the two layers by the designed thermal cycle model and comparing the thermal energy value applied up to the present time with the target thermal energy value by the formula 1, Can be monitored.

이와 같은 표면 열처리방법을 도 1에 도시된 흐름도를 통해 다시 한 번 살펴보면, 먼저, 화합물층 및 확산층의 목표 질화두께를 달성하기 위한 설계 단계로서, 각 층에 대한 독립적으로 가해진 열에너지수치와 질화두께와의 관계를 도출한다. 그리고, 미리 제품성능시험을 통해 확보한 목표 질화두께에 도달하기 위한 두 층의 열에너지수치의 비를 목표로 설정한다.1, first, as a design step for achieving a target nitriding thickness of the compound layer and the diffusion layer, the surface heat treatment method is applied to the surface of the substrate, Derive a relationship. Then, the ratio of the thermal energy values of the two layers to reach the target nitriding thickness obtained in advance through the product performance test is set as the target.

이어서, 화합물층의 열에너지수치를 온도와 시간으로 이루어진 열사이클 모델을 변화시키면 구하고, 상기 열사이클 모델을 대입하여 확산층의 열에너지수치를 구한다. Subsequently, the heat energy value of the compound layer is obtained by changing the thermal cycle model made up of temperature and time, and the heat cycle model is substituted to obtain the heat energy value of the diffusion layer.

만약 확산층의 열에너지수치가 목표 열에너지수치와 다른 경우, 다시 화합물층의 목표 열에너지수치를 다른 열사이클 모델(가열시간, 가열온도)을 대입하여 구하고, 이어서 그 열사이클 모델을 확산층에 대입하여 확산층의 열에너지수치가 목표 열에너지수치에 일치하는지를 확인한다. 이렇게 일치될 때까지 반복하다, 일치되는 순간 실제 플라즈마질화 열처리를 실시하게 된다.If the thermal energy level of the diffusion layer differs from the target thermal energy value, the target thermal energy value of the compound layer is again obtained by substituting another thermal cycle model (heating time, heating temperature), and then the thermal cycle model is substituted into the diffusion layer, Is equal to the target heat energy value. The process is repeated until such a match is reached, and the actual plasma nitridation heat treatment is performed at the moment of coincidence.

이어서, 설계된 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 제어부(10)에 입력한 후에, 실제 열처리과정 중, 수학식 1을 이용하여 실시간 각 층에 가해지고 있는 열에너지수치를 목표 열에너지수치와 비교하면서 계속 플라즈마질화 열처리를 하다가, 상기 열에너지수치가 목표 열에너지수치에 도달하는 순간 플라즈마 열처리를 종료하는 것이다.
Subsequently, the target thermal energy values of the designed compound layer and the diffusion layer are input to the controller 10, and then, during the actual heat treatment process, the thermal energy value applied to each layer in real time using Equation 1 is continuously compared with the target thermal energy value, During the heat treatment, the plasma heat treatment is terminated as soon as the heat energy value reaches the target heat energy value.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the specific embodiments set forth herein; rather, .

S10 : 설정단계 S20 : 도출단계
S21 : 비율설정단계 S22 : 제1확보단계
S23: 제2확보단계 S24 : 제3확보단계
S25 : 제4확보단계 S30 : 열처리단계
10 : 제어부 12 : 컨트롤패널
S10: Setting step S20: Deriving step
S21: ratio setting step S22: first securing step
S23: Second securing step S24: Third securing step
S25: Fourth ensuring step S30: Heat treatment step
10: Control unit 12: Control panel

Claims (10)

단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리하는 방법으로서,
화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하는 설정단계(S10);
상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하는 도출단계(S20); 및
상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하는 열처리단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
As a method for surface heat treatment so that a compound layer and a diffusion layer are laminated on a single material,
A setting step (S10) of setting a target thickness of the compound layer and the diffusion layer;
A derivation step (S20) of deriving a target heat energy value of the compound layer and the diffusion layer to reach a target thickness of the compound layer and the diffusion layer under a heat treatment condition for applying heat energy to the single material; And
And a heat treatment step (S30) of performing heat treatment while comparing the target thermal energy value with a real time thermal energy value measured by applying thermal energy to the compound layer and the diffusion layer when the heat treatment is applied to the single material by heat treatment. Heat treatment method.
제 1항에 있어서,
상기 도출단계(S20)는,
상기 목표 두께에 도달하기 위한 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율을 설정하는 비율설정단계(S21);
상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 가열온도와 가열시간의 관계를 형성하는 열사이클 모델을 통해 구하는 제1확보단계(S22);
상기 제1확보단계(S22)에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하는 제2확보단계(S23);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
The method according to claim 1,
The derivation step (S20)
A ratio setting step (S21) of setting a ratio of a target thermal energy value of the compound layer and a target thermal energy value of the diffusion layer to reach the target thickness;
A first securing step (S22) of obtaining a target heat energy value of the compound layer through a thermal cycle model forming a relationship between a heating temperature and a heating time;
And a second securing step (S23) of substituting the thermal cycle model used in the first securing step (S22) into the diffusion layer to obtain a target heat energy value of the diffusion layer.
제 2항에 있어서,
상기 제2확보단계(S23)에서 구해진 상기 확산층의 열에너지수치가 상기 확산층의 목표 열에너지수치와 일치하지 않는 경우, 상기 화합물층의 목표 열에너지수치를 다른 열사이클 모델로 변경하면서 다시 구하는 제3확보단계(S24);
상기 제3확보단계(S24)에서 사용된 상기 열사이클 모델을 상기 확산층에 대입하여 상기 확산층의 목표 열에너지수치를 구하는 제4확보단계(S25);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
3. The method of claim 2,
A third securing step (S24) in which, when the heat energy value of the diffusion layer obtained in the securing step S23 does not coincide with the target heat energy value of the diffusion layer, the target heat energy value of the compound layer is changed to another thermal cycle model );
And a fourth securing step (S25) of substituting the thermal cycle model used in the third securing step (S24) into the diffusion layer to obtain a target thermal energy value of the diffusion layer.
제 3항에 있어서,
상기 제3확보단계(S24)와 제4확보단계(S25)는, 상기 화합물층의 열에너지수치 및 확산층의 열에너지수치가 상기 화합물층의 목표 열에너지수치 및 확산층의 목표 열에너지수치의 비율과 일치될 때까지 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
The method of claim 3,
The third securing step (S24) and the fourth securing step (S25) are repeated until the heat energy value of the compound layer and the heat energy value of the diffusion layer match the target heat energy value of the compound layer and the target heat energy value of the diffusion layer And the surface heat treatment is performed.
제 1항에 있어서,
상기 표면 열처리는 플라즈마질화 열처리인 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the surface heat treatment is a plasma nitridation heat treatment.
제 5항에 있어서,
상기 열처리단계(S30)에서는,
실시간 측정되는 열에너지수치가 목표 열에너지수치 이하시, 계속해서 소재의 플라즈마질화 열처리를 진행하고,
상기 실시간 측정되는 열에너지수치가 목표 열에너지수치에 도달시, 소재의 플라즈마질화 열처리를 종료하면서 소재를 냉각시키는 것을 특징으로 표면 열처리방법.
6. The method of claim 5,
In the heat treatment step S30,
When the heat energy value measured in real time is lower than the target heat energy value, the plasma nitriding heat treatment of the material continues,
Wherein the material is cooled while terminating the plasma nitridation heat treatment of the material when the heat energy value measured in real time reaches a target heat energy value.
제 6항에 있어서,
상기 열에너지수치는 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지를 이용하여 아래의 수학식1에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
수학식 1
Figure pat00003

여기서 T= 절대온도, Q=화합물층 형성 활성화에너지(activation energy) 또는 확산층 형성 활성화에너지(activation energy), R=기체상수, dt=가열유지시간을 나타냄.
The method according to claim 6,
Wherein the heat energy value is measured by the following formula (1) using the compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy.
Equation 1
Figure pat00003

Where T = absolute temperature, Q = activation energy or diffusion layer formation activation energy, R = gas constant, dt = heating hold time.
제 6항에 있어서,
상기 화합물층 형성 활성화에너지 및 확산층 형성 활성화에너지는, 화합물층 및 확산층에 대해 독립적으로 가해지는 열에너지와 화합물층 두께 및 확산층 두께와의 관계에서 도출한 것을 특징으로 하는 표면 열처리방법.
The method according to claim 6,
Wherein the compound layer formation activation energy and the diffusion layer formation activation energy are derived from the relationship between the thermal energy independently applied to the compound layer and the diffusion layer, the compound layer thickness and the diffusion layer thickness.
단일 소재에 화합물층 및 확산층이 적층 형성되도록 표면 열처리 제어하기 위한 장치로서,
화합물층 및 확산층의 목표 두께를 설정하며, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하는 열처리 조건에서, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 두께에 도달하기 위한 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치를 도출하고, 상기 단일 소재에 열에너지를 가하여 열처리시, 상기 화합물층 및 확산층에 열에너지가 가해져서 측정되는 실시간 열에너지수치와 상기 목표 열에너지수치를 비교하면서 열처리를 실시하도록 제어하는 제어부(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 열처리 제어장치.
An apparatus for controlling surface heat treatment so that a compound layer and a diffusion layer are laminated on a single material,
The target thickness of the compound layer and the diffusion layer is set and a target thermal energy value of the compound layer and the diffusion layer for reaching the target thickness of the compound layer and the diffusion layer is derived under the heat treatment condition for applying heat energy to the single material, And a controller (10) for controlling the heat treatment to be performed while comparing the measured real-time thermal energy value and the target thermal energy value measured by applying thermal energy to the compound layer and the diffusion layer during the heat treatment.
제 9항에 있어서,
상기 제어부(10)와 연결된 컨트롤패널(12)에는 실시간 측정되는 화합물층 및 확산층 열에너지수치와, 상기 화합물층 및 확산층의 목표 열에너지수치가 표시되어 육안으로 확인되도록 구성된 것을 특징으로 하는 표면 열처리 제어장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the control panel (12) connected to the controller (10) is configured to visually confirm the thermal energy level of the compound layer and the diffusion layer measured in real time and the target thermal energy value of the compound layer and the diffusion layer.
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