KR20180029154A - 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드 - Google Patents

고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드 Download PDF

Info

Publication number
KR20180029154A
KR20180029154A KR1020160116523A KR20160116523A KR20180029154A KR 20180029154 A KR20180029154 A KR 20180029154A KR 1020160116523 A KR1020160116523 A KR 1020160116523A KR 20160116523 A KR20160116523 A KR 20160116523A KR 20180029154 A KR20180029154 A KR 20180029154A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
preform
powder
sintered body
manufacturing
titanium alloy
Prior art date
Application number
KR1020160116523A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101876283B1 (ko
Inventor
권영삼
Original Assignee
주식회사 쎄타텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 쎄타텍 filed Critical 주식회사 쎄타텍
Priority to KR1020160116523A priority Critical patent/KR101876283B1/ko
Publication of KR20180029154A publication Critical patent/KR20180029154A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101876283B1 publication Critical patent/KR101876283B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/008—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of engine cylinder parts or of piston parts other than piston rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B22F2201/11—Argon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/20—Use of vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2203/00—Controlling
    • B22F2203/11—Controlling temperature, temperature profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2203/00—Controlling
    • B22F2203/13—Controlling pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

본 발명은 분말야금 공법을 이용하여 간단한 제조과정과, 낮은 제조비용으로 제조됨과 동시에 균일한 소결조직에 의한 우수한 기계적 물성을 가질 수 있는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 60Al-40V 분말과 티타늄 분말을 1:9 의 무게 비율로 혼합하는 분말혼합단계; 상기 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말을 금형에 투입한 후 압축하여 프리폼을 성형하는 프리폼 성형단계; 상기 프리폼 성형단계에서 성형된 프리폼을 열간탈지하는 열간탈지단계; 상기 프리폼을 성형체에서 소결하여 소결체를 제조하는 소결체 제조단계; 및 상기 소결체를 최종 가공하는 최종가공단계;를 포함하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법을 제공한다.

Description

고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드{Method of high strength aluminum alloy component and connecting rod using the same}
본 발명은 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말야금 공법을 이용하여 간단한 제조과정과, 낮은 제조비용으로 제조됨과 동시에 균일한 소결조직에 의한 우수한 기계적 물성을 가질 수 있는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법에 관한 것이다.
커넥팅로드는 피스톤에 연결되는 소단부, 크랭크 축의 크랭크 핀에 연결되는 대단부, 상기 소단부 및 대단부를 일체로 연결하는 로드부로 구성되어 증기기관 또는 내연기관 등에서 피스톤과 크랭크축을 연결하고 피스톤의 직선 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하여 크랙크 축에 전달하는 장치이다.
종래 상기 커넥팅로드는 대부분 합금강을 이용한 열간단조(hot forging)공정이나 철계분말을 이용한 소결단조(powder Forging)공정으로 제조된다. 특히, 소결단조 공정은 열간단조 공정에 비하여 제조공정이 간단하고, 공정 중 플래시가 형성되지 않아 제조공정 과정 중에 손실되는 소재의 양이 매우 적다는 장점으로 인하여 대부분의 커넥팅로드는 소결단조 공정으로 제조되고 있다.
보다 구체적으로, 소결단조에 의한 커넥팅로드 제조방법은 도 1과 같이 철계(Fe-(1.5～3.5)Cu-(0.45～0.9)C 조성)의 금속분말의 혼합단계(S110), 혼합된 상기 금속분말을 금형에 넣고 압축하여 밀도 6.7~6.8g/㎤의 프리폼을 성형하는 단계(S120), 상기 프리폼을 930~950℃에서 10~20분동안 예비소결하는 단계(S130), 상기 프리폼을 1230℃~1250℃에서 20분 동안 본 소결하여 합금화하는 단계(S140), 상기 가열소결한 소결품을 900℃~1000℃로 냉각된 상태에서 단조 프레스 다이에서 7.8g/㎤ 밀도로 고온 밀폐단조하는 단계(S150), 밀폐단조된 소결품을 냉각하는 단계(S160), 고온 단조시 생성된 제품의 모서리부의 버를 제거하는 단계(S170), 쇼트 블라스트(Shot blast) 또는 쇼트 피닝(shot peening)방법에 의해 제품 표면의 산화물을 제거하는 단계(S180), 그리고 최종 가공을 수행하는 단계(S190)를 포함한다.
최근 자동차 메이커에서는 환경규제 만족 및 연비성능 개선을 위하여 실린더 내부에 연료를 직접 분사하는 방식인 가솔린 직분사(GDI; Gasoline Direct Injection)와 터보 가솔린 직분사(TGDI; Turbo Gasoline Direct Injection) 방식을 채택하고 있다.
상기 GDI/TGDI 방식의 엔진은 실린더 내부에 연료를 직접 분사하면 종래의 MPI(Multi Point Injection) 방식에 비하여 높은 연소압을 발생되고, 이때 발생된 연소압은 피스톤에 전달되며, 그에 따라 커넥팅로드는 보다 큰 인장하중 및 압축 하중을 지속적으로 반복해서 받게 되므로 보다 우수한 기계적 강도(인장강도, 항복강도, 피로강도)가 필요하게 된다.
기존 MPI 엔진방식에 사용되는 커넥팅로드의 요구물성은 인장강도 800MPa 수준이나 GDI/TGDI 방식의 엔진에 적용하기 위해서는 인장강도 1000MPa 수준이 요구된다. 현재 최고 수준의 합금강 분말단조재의 물성은 HS170(Fe-3.25Cu-0.7C)의 항복강도 810MPa, 인장강도 1100MPa 및 피로강도 410MPa수준이다.
티타늄합금의 경우 밀도가 4.43g/㎤으로 기존 커넥팅로드에 사용되는 합금강의 밀도인 7.8g/㎤의 60%에 불과하며 기계적강도도 높기 때문에 커넥팅로드 소재로 매우 유망하다.
특히, 커넥팅로드의 무게 감소는 연비성능 향상과 엔진의 진동소음(NVH; noise, vibration and harshness) 감소가 가능하므로 티타늄합금 소재를 이용한 커넥팅로드가 많은 관심을 받고 있다.
일반적으로, 티타늄합금을 이용한 커넥팅로드의 경우 현재 열간단조 공정으로 제작되고 있으며 티타늄 합금 소재의 가격이 고가이며 가공이 어렵기 때문에 제조단가가 높은 문제점이 있다.
또한, 열간단조 공정으로 제작된 티타늄합금을 이용한 커넥팅로드는 열간단조시 표면 산화에 의하여 생성되는 알파 케이스, 즉 경도가 매우 높으며 취성이 강한 표면 산화조직이 생성되어 가공이 매우 어렵고 공구마모가 많이 발생되는 문제점이 있다.
이에 따라 티타늄합금을 이용한 커넥팅로드는 경주용 자동차나 일부 고가의 승용차에서만 제한적으로 사용되고 있다.
따라서, 티타늄합금 커넥팅로드의 제조단가 절감을 위한 소결단조 공정이 개발되고 있으나 아직까지 실용화가 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1173054(발명의 명칭: 커넥팅로드용 합금분말 조성물 및 이를 이용한 커넥팅로드의 제조방법)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 분말야금 공법을 이용하여 간단한 제조과정과, 낮은 제조비용으로 제조됨과 동시에 균일한 소결조직에 의한 우수한 기계적 물성을 가질 수 있는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법을 제공하는 것이다.
상술된 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 60Al-40V 분말과 티타늄 분말을 1:9 의 무게 비율로 혼합하는 분말혼합단계; 상기 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말을 금형에 투입한 후 압축하여 프리폼을 성형하는 프리폼 성형단계; 상기 프리폼 성형단계에서 성형된 프리폼을 열간탈지하는 열간탈지단계; 상기 프리폼을 성형체에서 소결하여 소결체를 제조하는 소결체 제조단계; 및 상기 소결체를 최종 가공하는 최종가공단계;를 포함하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법을 제공한다.
상기 혼합분말은 상기 60Al-40V 분말와 상기 티타늄 분말과 함께 프리폼 성형시 금형과의 마찰을 감소시키고 취출을 용이하게 하기 위한 윤활제를 더 포함하며, 상기 윤활제는 상기 열간탈지단계에서 제거될 수 있다.
상기 열간탈지단계에서의 상기 윤활제의 제거는 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 400℃ 내지 500℃의 온도로 30분 내지 240분 동안 수행될 수 있다.
상기 프리폼 성형단계에서 성형되는 프리폼의 상대밀도는 78% 내지 85%일 수 있다.
상기 프리폼 성형단계에서의 상기 프리폼을 성형하는 성형압력은 400MPa 내지 700MPa일 수 있다.
상기 소결체 제조단계에서의 상기 소결체의 제조는 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 1100℃ 내지 1400℃ 범위 이내의 온도로 30분 내지 240분 동안 수행될 수 있다.
상기 소결체 제조단계에서 상기 소결체의 밀도가 97% 내지 99.5%이며 20㎛이하의 미세기공이 균일하게 분포될 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열간단조 등의 추가적인 제조공정 없이 단순히 금형압축성형과 소결공정에 의하여 정밀한 티타늄합금 소결체를 얻을 수 있으므로, 최종 가공비용과 소재손실이 낮아지는 이점이 있다.
둘째, 티타늄합금 소결체의 가공만으로 최종 제품을 제작할 수 있으므로, 낮은 제조비용과 간단한 제조공정으로 최종 제품이 제작되는 이점이 있다.
셋째, 티타늄합금 소결체의 조직 변화를 줄 수 있는 추가적인 열간단조공정이 생략됨으로써 불균일한 조직의 생성을 방지하고, 이에 따라 균일하고 우수한 기계적 물성을 가지는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 소결단조에 의한 커넥팅로드 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고강도 티타늄합금 부품 제조방법의 순서도이다.
도 3은 티타늄과 60Al-40V 혼합분말의 성형압력과 성형밀도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 4는 티타늄과 60Al-40V 혼합분말의 성형압력과 Ti-6Al-4V 소결체의 소결밀도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 소결체의 형상을 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 소결체의 미세조직을 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 비교예 1의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 소결체의 미세조직을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 비교예 2의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 소결체의 미세조직을 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 비교예 3의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 단조체의 형상을 보여준다.
도 10은 본 발명에 따른 비교예 3의 Ti-6Al-4V 커넥팅로드 단조체의 미세조직을 보여준다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법은 분말혼합단계(S210), 프리폼 성형단계(S220), 열간탈지단계(S230), 소결체 제조단계(S240), 그리고 최종가공단계(S250)를 포함한다.
상기 분말혼합단계(S210)에서 혼합되는 혼합분말은 60Al-40V 분말, 티타늄 분말, 그리고 윤활제를 포함한다.
본 발명의 분말혼합단계(S210)에서 상기 혼합분말에 포함되는 60Al-40V 분말은 바나듐(V) 3.5 내지 4.5 중량%, 알루미늄(Al) 5.5 내지 6.75 중량%을 포함하여 이루어진다.
상기 60Al-40V 분말과 티타늄 분말은 1:9의 무게 비율로 혼합된다.
상기 윤활제는 상기 60Al-40V분말과 티타늄 분말을 혼합한 혼합분말의 프리폼 성형 시 금형과의 마찰을 감소시키고 취출을 용이하게 하기 위해 포함되며, 상기 열단탈지단계(S230)에서 제거된다.
상기 윤활제가 첨가되는 양은 상기 60Al-40V 분말과 티타늄 분말의 전체 무게에 따라 조절될 수 있다.
상기 프리폼 성형단계(S220)에서는 상기 분말혼합단계(S210)에서 혼합된 혼합분말을 금형에 주입한 후 압축하여 프리폼을 성형한다.
도 3은 상기 60Al-40V 분말과 티타늄 분말을 무게 비로 1:9로 계량하여 금형에 넣고 압축성형하는 경우 성형압력에 따라 성형되는 프리폼의 상대밀도 변화를 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이 성형압력이 높을수록 높은 성형밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
일반적으로, 프리폼을 형성하기 위한 성형압력은 성형밀도를 높이기 위하여 가능한 높은 것이 좋으나, 성형압력이 높은 경우 금형의 수명이 짧아지고, 성형 중에 발생되는 금형과 분말 사이에 발생되는 마찰의 영향으로 밀도 구배가 커지게 된다.
따라서 프리폼을 형성하기 위한 압력은 성형밀도를 높이기 위하여 가급적 높은 것이 좋으나, 분말야금에서 사용되는 성형금형의 경우 800 MPa이상의 압력에서는 금형파손이 쉽게 발생하며 금형마모가 많아 금형 수명이 짧기 때문에 수명을 짧게 만들기 때문에 통상 800 MPa이하의 압력으로 성형하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 600 MPa이상의 압력에서는 압력의 증가에 따른 성형밀도의 증가량이 낮기 때문에 상기 프리폼의 성형밀도(상대밀도)가 78% 내지 85%가 되도록 상기 혼합분말을 400 MPa 내지 800 MPa 범위의 성형압력으로 압축성형 하는 것이 바람직하다.
상기 열간탈지단계(S230)에서는 상기 프리폼 성형단계(S220)에서 성형된 프리폼을 열간탈지하여 윤활제를 제거한다.
상기 열간탈지단계(S230)는 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 400℃ 내지 600℃ 범위 이내의 온도로 30분 내지 240분 동안 수행된다.
상기 소결체 제조단계(S240)에서는 윤활제가 제거된 상기 프리폼을 소결하여 소결체를 제조하는 단계로, 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 소결온도는 1100℃ 내지 1400℃ 범위 이내의 온도로 소결유지시간은 30분 내지 240분 동안 수행된다. 소결체 제조단계(S240)에서 소결온도와 소결유지시간은 사용되는 티타늄 분말과 60Al-40V 분말의 입도에 따라 변경될 수 있으며 상기 소결체의 소결밀도(상대밀도)가 97% 내지 99.5%가 되도록 소결하는 것이 바람직하다.
상술된 성형압력 범위 내에서 의해 형성된 상기 프리폼은 성형압력에 따라 성형밀도 뿐만 아니라 소결밀도 및 형성되는 잔류기공의 크기와 갯수의 차이를 갖는다. 도 4는 도 3과 같이 성형된 60Al-40V 분말과 티타늄 분말 혼합 프리폼을 1250℃의 소결온도에서 2시간동안 소결하는 경우 성형압력에 따른 프리폼의 소결밀도의 변화를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이 성형압력이 높은 경우 동일 소결조건에서 높은 소결밀도를 얻을 수 있으며 높은 소결밀도를 갖는 소결체는 상대적으로 우수한 기계적 물성을 갖는다.
상기 최종가공단계(S250)에서는 상술된 과정을 거친 상기 소결체를 최종 요구되는 치수로 구현하기 위하여, 상기 소결체를 최종 가공하게 된다.
상기 소결체가 추가적인 열간단조공정 없이 소결체 제조단계(S240)를 통하여 소결밀도 4.30g/cc 이상(상대밀도 97%이상)으로 치밀화 되는 경우 기계적 물성이 우수하기 때문에 열간단조공정을 생략할 수 있다. 따라서, 열간단조에 발생되는 알파케이스, 즉 열간단조시 발생되는 표면산화에 의하여 높은 경도와 강한 취성의 성질을 가지는 표면 산화조직의 생성을 방지함으로써 최종가공단계에서 소결체의 가공이 용이해지고, 공구마모가 감소되어 공구수명이 향상되어 가공비용이 대폭 절감될 수 있다.
상기 소결체가 추가적인 열간단조공정 없이 소결체 제조단계(S240)를 통하여 소결밀도 4.30g/cc 이상(상대밀도 97%이상)으로 치밀화 되기 위해서는 도 3과 도 4를 감안할 때 성형밀도가 상기 프리폼 성형단계(S220)에서 프리폼의 성형밀도가 3.46 g/cc 이상(상대밀도 78%이상)이 되도록 상기 혼합분말을 400 MPa 이상의 압력으로 압축성형 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 상기 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법을 이용한 커넥팅로드를 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 명세서의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
입자 크기가 45 ㎛이하인(-325 mesh) 60Al-40V 분말과, 입자크기가 150 ㎛이하인(-100 mesh) 티타늄 분말을 1:9 의 무게 비율로 혼합한 혼합분말을 커넥팅로드 형상의 금형에 투입한 후 600MPa의 성형압력으로 커넥팅로드 형상의 프리폼을 성형하고, 성형된 프리폼은 아르곤(Ar) 분위기에서 500℃의 온도에서 1시간 동안 열간탈지 과정을 거친다. 다음으로 상기 프리폼은 진공분위기에서 1250℃의 온도로 120분 동안 수행되는 소결체 제조단계(S240)를 거쳐 Ti-6Al-4V 티타늄합금 소결체를 제조한다. 다음으로 상기 소결체는 최종가공단계(S250)를 거쳐 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드을 제조한다. 도 5는 상기 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드 소결체의 형상을 보여주며 도 6은 상기 소결체의 미세조직을 보여준다.
<비교예 1>
프리폼을 형성하는 성형압력이 300 MPa인것을 제외하고는 실시예와 동일하게 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드를 제조한다. 도 7은 상기 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드 소결체의 미세조직을 보여준다.
<비교예 2>
프리폼을 형성하는 성형압력이 400 MPa인것을 제외하고는 실시예와 동일하게 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드를 제조한다. 도 8은 상기 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드 소결체의 미세조직을 보여준다.
<비교예 3>
프리폼을 형성하는 성형압력이 400 MPa인것, 소결체를 추가적으로 960℃의 온도로 열간단조하는 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 Ti-6Al-4V 티타늄합금 커넥팅로드를 제조한다.
구분 성형압력(MPa) 열간단조 소결밀도(g/cc)
(상대밀도(%))		 인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신률(%)
실시예 600 × 4.37(98.5) 962 894 15
비교예 1 300 × 4.26(96.1) 884 796 12
비교예 2 400 × 4.30(97.0) 900 830 12
비교예 3 400 ○ 4.42(99.8) 1080 1030 12
ASTM B381
단조재 규격		 - - - >895 >828 >10
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 상기 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품의 제조방법 중 혼합분말을 소결체로 제조하기 위한 성형압력과 이에 따른 단조공정에 따라 기계적 물성이 달라짐을 확인할 수 있다.
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 상기 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품의 제조방법 중 혼합분말을 소결체로 제조하기 위한 성형압력과 열간단조공정 추가여부에 따라 기계적 물성이 달라짐을 확인할 수 있다.
즉, 표 1에 나타낸 바와 같이, 성형압력이 400 MPa이며 열간단조공정이 추가 된 조건(비교예 3)과 성형압력이 각각600 MPa과 400 MPa이며 열간단조공정이 생략된 조건(실시예, 비교예 2)에서 제조된 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품의 인장강도, 항복강도 및 연신률은 ASTM B381의 Ti-6Al-4V 티타늄합금 단조재 규격에 모두 부합하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 성형압력이 300 MPa이며 열간단조공정이 생략된 조건(비교예 1)에서 제조된 티타늄합금 부품의 인장강도와 항복강도는 ASTM B381의 Ti-6Al-4V 티타늄합금 단조재 규격에 다소 미흡함을 확인할 수 있다.
상기 실시예와, 상기 비교예 1 및 상기 비교예 2의 소결체 미세조직을 도 6과 도 7 및 도 8을 통해 비교해보면, 상기 실시예의 소결체에 형성된 잔류기공은 상기 비교예 1과 비교예 2의 소결체에 형성된 잔류기공과 비교하여 크기가 줄어들었고, 잔류기공의 갯수 또한 감소한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 프리폼을 성형하기 위한 성형압력은 소결밀도 뿐만 아니라 소결체의 잔류기공의 갯수와 크기에 영향을 미치며, 성형압력이 클수록 소결체에 형성되는 잔류기공의 크기는 작아지고 그 갯수는 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 비교예 3을 통해 제작된 커텍팅로드 단조체의 표면에 열간단조공정 중 고온 산화로 인한 산화층이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 10은 열간단조 과정을 거친 비교예의 미세조직이며, 열간단조에 의해 잔류기공이 모두 제거된 것을 확인할 수 있다.
표 1에서와 같이, 실시예, 비교예 2 및 비교예 3을 통해 제작된 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품은 ASTM B381의 Ti-6Al-4V 티타늄합금 단조재 규격에 모두 부합하는 기계적 강도를 가질 수 있게 된다.
다만, 실시예의 Ti-6Al-4V 고강도 티타늄합금 부품은 열간단조 공정이 추가되지 않고 제작됨으로써 도 5에 도시된 바와 같이 상술한 고온 산화층이 소결체 표면에 관찰되지 않으며 표면 상태가 매우 양호함을 알 수 있다. 이에 따라 단조체의 산화된 표면을 제거하는 등의 추가적인 공정이 생략되므로 고강도 티타늄합금 부품의 제조비용 및 제조시간이 대폭 감소하게 된다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 60Al-40V 분말과 티타늄 분말을 1:9 의 무게 비율로 혼합하는 분말혼합단계;
    상기 분말혼합단계에서 혼합된 혼합분말을 금형에 투입한 후 압축하여 프리폼을 성형하는 프리폼 성형단계;
    상기 프리폼 성형단계에서 성형된 프리폼을 열간탈지하는 열간탈지단계;
    상기 프리폼을 성형체에서 소결하여 소결체를 제조하는 소결체 제조단계; 및
    상기 소결체를 최종 가공하는 최종가공단계;를 포함하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합분말은 상기 60Al-40V 분말와 상기 티타늄 분말과 함께 프리폼 성형시 금형과의 마찰을 감소시키고 취출을 용이하게 하기 위한 윤활제를 더 포함하며, 상기 윤활제는 상기 열간탈지단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열간탈지단계에서의 상기 윤활제의 제거는 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 400℃ 내지 500℃의 온도로 30분 내지 240분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리폼 성형단계에서 성형되는 프리폼의 상대밀도는 78% 내지 85%인 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프리폼 성형단계에서의 상기 프리폼을 성형하는 성형압력은 400MPa 내지 700MPa인 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 제조단계에서의 상기 소결체의 제조는 아르곤(Ar)분위기 또는 진공분위기에서 1100℃ 내지 1400℃ 범위 이내의 온도로 30분 내지 240분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소결체 제조단계에서 상기 소결체의 밀도가 97% 내지 99.5%이며 20㎛이하의 미세기공이 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법.
KR1020160116523A 2016-09-09 2016-09-09 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드 KR101876283B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160116523A KR101876283B1 (ko) 2016-09-09 2016-09-09 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160116523A KR101876283B1 (ko) 2016-09-09 2016-09-09 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180029154A true KR20180029154A (ko) 2018-03-20
KR101876283B1 KR101876283B1 (ko) 2018-07-10

Family

ID=61910687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160116523A KR101876283B1 (ko) 2016-09-09 2016-09-09 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101876283B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102351273B1 (ko) * 2020-08-21 2022-01-17 계림금속 주식회사 티타늄 합금 제조를 위한 금속 분말 사출 성형 방법
WO2022083806A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-28 Institute Of Physics Of Materials Method of consolidating powders by volumetric forming

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5040584B2 (ja) * 2007-10-24 2012-10-03 三菱マテリアル株式会社 多孔質チタン焼結体の製造方法および多孔質チタン焼結体の製造装置
KR101658381B1 (ko) * 2014-07-25 2016-10-04 연세대학교 산학협력단 분말 성형체 제조방법 및 분말 성형체 제조용 혼합분말

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102351273B1 (ko) * 2020-08-21 2022-01-17 계림금속 주식회사 티타늄 합금 제조를 위한 금속 분말 사출 성형 방법
WO2022083806A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-28 Institute Of Physics Of Materials Method of consolidating powders by volumetric forming
CZ309485B6 (cs) * 2020-10-19 2023-02-15 Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i Způsob zhutňování prášků objemovým tvářením

Also Published As

Publication number Publication date
KR101876283B1 (ko) 2018-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI447238B (zh) 低合金化鋼粉
KR101706913B1 (ko) 철 바나듐 분말 합금
JP4304245B2 (ja) 成形表面を有する粉末冶金による物体
JPH07506661A (ja) 分割された少なくとも一つの転動体用軸受面を有する部品の製作方法
US9095905B2 (en) Method of manufacturing control finger using metal powder injection molding
KR101876283B1 (ko) 고강도 Ti-6Al-4V 티타늄합금 부품 제조방법 및 이를 이용한 커넥팅로드
CN105234405B (zh) 一种具有致密化表面的铁基粉末冶金零件的制备方法
CN1058650C (zh) 粉末冶金阀座制造方法
KR101612367B1 (ko) 물성이 향상된 비조질강 조성물과 이를 이용한 커넥팅 로드 및 이의 제조방법
KR101173054B1 (ko) 커넥팅로드용 합금분말 조성물 및 이를 이용한 커넥팅로드의 제조방법
JP3389590B2 (ja) コンロッドの製造方法
KR20050055732A (ko) 고정밀도 소결 캠 로브 재료
KR101874608B1 (ko) 커넥팅 로드의 제조 방법
KR20050012161A (ko) 사일런트 체인용 소결 스프로켓 및 그 제조방법
US20150246393A1 (en) Method of manufacturing connecting rod by using semi-closed sinter forging
KR101227616B1 (ko) 고연소압 엔진 대응을 위한 고강도 커넥팅로드의 제조방법
JP2015151586A (ja) 焼結金属部品の製造方法
US20200070240A1 (en) Light weight inserts for piston rings, methods of manufacturing thereof and articles comprising the same
WO2018181107A1 (ja) 焼結アルミニウム合金材およびその製造方法
CN105986203A (zh) 一种高韧性铁基粉末冶金锻造汽车连杆及其制备方法
KR101355398B1 (ko) 열간 단조품의 제조방법
KR101522627B1 (ko) 자동차 배기시스템용 고밀도 스테인레스 강 부품의 제조방법 및 그 부품
KR101037820B1 (ko) 내마모성 복합재료와 이를 소재로 하는 엔진용 피스톤 핀 및 그 제조 방법
JPH0525591A (ja) ピストンリング用線およびその製造方法
Bankovic et al. Powder forging makes a better conn rod

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant