KR20190020043A - 투사재 및 그 투사재를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법 - Google Patents

투사재 및 그 투사재를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법 Download PDF

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Abstract

금속 제품의 표면에 형성된 스케일을 블라스트 처리에 의하여 제거하기 위해서 이용하는 주강제의 투사재에 있어서, 입자 지름 d1이 제1 입자 지름 구간 d1max ≥ d1 > d1min에 속하는 투사재 군으로서, 제1 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P1을 갖는 제1 군과, 입자 지름 d2가 제2 입자 지름 구간 d2max ≥ d2 > d2min에 속하는 투사재 군으로서, 제2 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P2를 갖는 제2 군을 구비하고, 제1 군과 제2 군은 d1max = d2min의 관계를 충족하고, 제1 군과 제2 군으로 구성되는 투사재의 입자 지름 빈도 분포는 실질적으로 연속되어 있다.

Description

투사재 및 그 투사재를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법
본 개시는 열간 단조 등에 의해 제조된 금속 제품의 표면에 부착된 산화 스케일을 제거하는 공정에서 사용되는 주철제의 투사재 및 당해 투사재를 이용한 표면 처리 방법에 관한 것이다.
종래에, 금속 제품의 표면에 산화물로 이루어진 스케일이 부착한 경우 (예컨대, 단조 등의 가공), 그 스케일을 제거하는 블라스트 처리를 수행하기 위해서 경질 입자로 이루어진 투사재를 금속 제품 표면에 투사하는 숏 블라스트 처리가 이루어지고 있다 (예컨대, 특허문헌 1).
일본 특개 2001-121205호 공보
많은 금속 제품은, 스케일을 제거한 후에, 필요에 따라서 치수의 조정을 수행하고, 그 후 대상으로 하는 금속 제품에 맞춘 마무리 가공을 거쳐서 최종 제품이 완성된다. 예컨대, 베어링 등의 접동 부품을 제조하는 경우, 표면에 윤활유를 유지하기 위한 작은 홈(딤플)을 다수 마련하는 가공을 수행한다. 이 때문에, 스케일을 제거하는 공정에 있어서, 금속 표면을 조면화하여 적절한 딤플이 형성될 수 있다면 비용 절감에 기여한다. 그러나, 스케일을 제거하고, 또한 금속 제품의 표면에 적절한 딤플을 형성하는 능력을 갖는 투사재 및 블라스트 가공법은 존재하지 않는다.
또한, 접동 부품에 한정하지 않고, 마무리 가공에 있어서는, 금속 제품을 치구에 파지할 필요가 있다. 이 때문에, 금속 제품의 표면은 파지력을 증대시킬 수 있을 정도로 조면화 되어 있는 것이 필요하다. 금속 제품의 표면을 조면화 하기 위해서는, 비교적 큰 지름의 투사재를 사용할 필요가 있다. 그러나, 투사재의 치수를 크게 하면 커버리지(일정 면적 당에서의 투사재의 실제 타흔(打痕) 면적)이 저하된다. 따라서, 스케일을 제거하는 효율이 저하된다. 나아가, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거, 예컨대, 마이크로크랙의 봉공(封孔)을 스케일 제거와 동시에 수행하는 것도 요청되고 있다.
즉, 스케일 제거와 조면화, 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 한번의 처리로 효율적으로 수행하는 것에 대한 요청이 있다. 그러나, 그것을 가능하게 하는 투사재 및 표면 처리 방법은 존재하지 않는다.
여기서, 본 개시에서는 스케일이 형성된 금속 제품에 대해서 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 수행할 수 있는 투사재 및 그 투사재를 이용한 표면 처리 방법을 제공한다.
본 개시의 일 측면은, 금속 제품의 표면에 형성된 스케일을 블라스트 처리에 의하여 제거하기 위해서 이용되는 주강제의 투사재이다. 이 투사재는, 제1 군과 제2 군의 투사재 군을 구비하고 있다. 제1 군은 입자 지름 d1이 제1 입자 지름 구간 d1max ≥ d1 > d1min에 속하는 투사재 군으로서, 제1 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P1을 갖는다. 제2 군은 입자 지름 d2가 제2 입자 지름 구간 d2max ≥ d2 > d2min에 속하는 투사재 군으로서, 제2 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P2를 갖는다. 제1 군과 제2 군은, d1max = d2min의 관계를 충족한다. 제1 군과 제2 군으로 구성되는 투사재의 입자 지름 빈도 분포는 실질적으로 연속되어 있다.
제1 군의 투사재는 주로 스케일의 제거를 효율적으로 수행하는 것에 기여하고, 제2 군의 투사재는 스케일을 블라스트 처리에 의하여 제거하면서, 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거에 기여한다. 본 개시의 투사재에서는, 투사재의 입자 지름 분포를 제1 군의 투사재와 제2 군의 투사재의 양쪽이 존재하도록 조정함으로써, 각각의 이점을 유지하고, 부족한 블라스트 처리 능력을 보완할 수 있다. 즉, 스케일이 형성된 금속 제품에 대해서, 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 충분히 수행할 수 있다.
일 실시형태에서는, d1min = 0.710 mm 및 d2max = 1.700 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm이어도 된다. 이 경우, 금속 제품의 표면의 조면화 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 유효하게 수행할 수 있다.
일 실시형태에서는, 금속 제품은 열간 단조품으로서, 투사재는 비커스 경도가 HV300 ~ HV600이어도 된다. 투사재는 HV300 이상에서는 블라스트 처리 대상에 대해서 충분한 경도이며, HV600 이하에서는 투사재가 충분한 인성(靭性)을 갖는다. 이 때문에, 비커스 경도가 HV300 ~ HV600인 투사재로 함으로써 충분한 경도와 인성을 겸비할 수 있고, 금속 제품이 열간 단조품이어도 충분히 표면 처리를 할 수 있다.
일 실시형태에서는, 금속 제품은 접동 부품으로서, 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d1 > 1.000 mm, 상기 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm에 존재하여도 된다.
일 실시형태에서, d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.180 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm이어도 된다. 이 경우, 금속 제품은 열간 단조품으로서, 투사재는 비커스 경도 HV300 ~ HV600이어도 된다. 나아가, 금속 제품은 접동 부품으로서, 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.000 mm ≥ d1 > 0.850 mm, 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d2 > 1.000 mm에 존재하여도 된다.
일 실시형태에서, d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.180 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm이어도 된다. 이 경우, 금속 제품은 열간 단조품으로서, 투사재는 비커스 경도 HV300 ~ HV600이어도 된다. 나아가, 금속 제품은 접동 부품으로서, 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.000 mm ≥ d1 > 0.850 mm, 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm에 존재하여도 된다.
일 실시형태에서, 투사재는 전체가 볼록 곡면으로 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 예컨대 표면에 무수한 곡면을 갖는 딤플을 형성할 수 있다. 또한, 투사재의 접촉 면적이 균일하면서도 넓어지게 되므로, 금속 제품의 소성 변형이 효율적으로 수행되고, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 효율적으로 수행할 수 있다.
본 개시의 다른 측면은, 상기 투사재를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법으로서, 미사용의 투사재를 상기 블라스트 장치에 장전하는 투사재 장전 공정과, 블라스트 장치의 조업에 의해 투사재의 입자 지름 분포를 일정한 입자 지름 분포가 안정한 오퍼레이팅 믹스를 형성하는 오퍼레이팅 믹스 형성 공정과, 투사재를 블라스트 장치에 의해 금속 제품에 투사하여 금속 제품의 표면의 스케일을 제거하면서, 금속 제품 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표면의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 수행하는 표면 처리 공정을 포함한다.
이 개시에 따르면, 상기 투사재를 이용하여서, 오퍼레이팅 믹스 형성 공정에 있어서 오퍼레이팅 믹스를 형성한 상태에서 금속 제품의 표면의 스케일을 제거하면서, 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 상기 금속 제품 표면의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 효율적으로 수행할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 투사재의 입자 지름 분포는 0.250 mm ~ 1.700 mm이며, 또한 최대 빈도 P1 및 P2를 가져도 된다. 이 경우, 스케일의 제거와, 최대 빈도 P1을 갖는 입도 분포 군의 투사재에 의한 조면화 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 장기간에 걸쳐서 양립할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 최대 빈도 P1 및 P2가 P2 ≤ P1을 충족하여도 된다.
일 실시형태에서는, 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 투사재의 입자 지름 분포가, 미사용의 투사재에 비해서, 최대 빈도 P1 및 P2의 위치는 변하지 않고 최대 빈도 P1 및 P2 사이의 빈도 V가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증가하여도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 제1 군의 투사재의 효과 및 제2 군의 투사재의 효과를 유지하면서 최대 빈도 사이의 입자 지름 분포가 브로드하게 된다. 이 때문에, 투사재에 의한 타흔의 크기가 연속적인 분포를 가지므로, 커버리지를 증가시킬 수 있으며, 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, "최대 빈도 P1 및 P2 사이의 빈도 V가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증가한다"라는 것은 최대 빈도 P1과 빈도 V와의 차이 및 최대 빈도 P2와 빈도 V와의 차이의 적어도 한쪽이 작아지는 것을 가리킨다.
일 실시형태에서는, 상기 금속 제품은 열간 단조에 의해 성형된 접동 부품이며, 상기 표면 처리 공정에 의해 당해 접동 부품의 표면의 스케일을 제거하면서, JIS-B0601:2000 (JIS: Japanese Industrial Standards)에서 규정하는 십점 평균 거칠기 Rz를 50 μm ~ 60 μm로 하여도 된다. 이 경우, 접동 부품의 표면 처리 공정에서는, 후가공 등에 있어서 적합한 표면 거칠기로 조정할 수 있다.
스케일이 형성된 금속 제품에 대해서, 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 수행할 수 있는 투사재 및 그 투사재를 이용한 표면 처리 방법이 제공된다.
도 1은 본 개시의 투사재의 입자 지름 분포를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2a는 커버리지가 100%에 도달하였을 때의 투사 밀도를 나타내는 설명도이다. 도 2b는 투사재의 입자 지름에 대한 1kg 당 투사재의 수를 나타내는 설명도이다.
도 3은 투사재의 입자와 충돌 에너지와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 4는 투사재의 입자 지름과 투사재의 수명치와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시예의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 입자 지름 분포를 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 이전의 입자 지름 분포와 비교하여 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 실시예의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 전의 입자 지름 분포이다.
도 7은 도 6의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 입자 지름 분포이다.
도 8은 실시예의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 전의 입자 지름 분포이다.
도 9는 도 8의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 입자 지름 분포이다.
본 개시에 따른 투사재는, 블라스트 처리에 의해 금속 제품의 표면으로부터 스케일을 제거하기 위해서 이용될 수 있는 주철제 (주강제)의 투사재이다. 여기서, 투사재의 경도는 스케일 제거의 대상으로 되는 금속 제품에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는, 기어와 실린더, 접동 부품 등의 열간 단조에 의해서 제조 (성형)되는 금속 제품의 표면 처리에 이용할 수 있는 투사재에 대해서 설명한다.
투사재는 비커스 경도 HV300 ~ HV600의 범위에서 선택된 철계 재료 (주철)로 이루어진 구상의 숏이다. 여기서, 이러한 철계 재료로서 예컨대, 중량%로 C: 0.8% ~ 1.2%, Mn: 0.35% ~ 1.20%, Si: 0.40% ~ 1.50%, P ≤ 0.05%, S ≤ 0.05%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 성분계로서, 템퍼드 마르텐사이트 조직 및/또는 베이나이트 조직, 또는 ?치드 마르텐사이트 조직 또는 그에 유사한 조직을 갖는 입자를 채용할 수 있다. 이러한 입자는, 예컨대 물-아토마이즈법 등의 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 여기서, 투사재는 HV300 이상에서는 블라스트 처리 대상에 대해서 충분한 경도이며, HV600 이하에서는 투사재가 충분한 인성을 갖는다. 이와 같이, 본 개시의 투사재는 충분한 경도와 인성을 겸비하기 때문에, 열간 단조품의 표면의 블라스트 처리에 이용할 수 있다. 여기서, 비커스 경도 HV는 일본공업규격 JIS Z 2244 (2009)에 근거한 것이다.
도 1에 투사재의 입자 지름 분포를 모식적으로 나타낸다. 가로축은 입자 지름, 세로축은 중량 분율이다. 투사재는 주로 스케일의 제거에 기여하는 제1 입자 지름 구간 d1max ≥ d1 > d1min (입자 지름 d1)에 속하는 투사재 군으로서, 당해 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P1을 갖는 제1 군과, 주로 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거에 기여하는 제2 입자 지름 구간 d2max ≥ d2 > d2min (입자 지름 d2)에 속하는 투사재 군으로서, 당해 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P2를 갖는 제2 군을 구비하고 있다. 여기서, 제1 군과 제2 군은 d1max = d2min의 관계를 충족한다. 또한, 제1 군과 제2 군으로 구성되는 투사재의 입자 지름 빈도 분포는 실질적으로 연속되어 있다. 이하에서는 최대 빈도 P1 및 P2 사이의 빈도를 V (V1, V2, ...)으로 한다.
여기서, "입자 지름 구간 d1max ≥ d > d1min의 입자"는 JIS Z8801 (2006)에 규정된 공칭 체눈 크기 d1max의 표준체를 통과하고 공칭 체눈 크기 d1min의 표준체로 포획된 (통과하지 않은) 입자를 나타낸다. 예컨대, "입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d > 1.400 mm의 입자"는 JIS Z8801 (2006)에 규정된 공칭 체눈 크기 1.700 mm의 표준체를 통과하고 공칭 체눈 크기 1.400 mm의 표준체로 포획된 (통과하지 않은) 입자를 나타낸다. 또한, 입자 지름 구간의 하한치 이하의 작은 지름의 입자를 최대 5% 정도 포함하는 것을 허용하는 것으로 한다. 또한, 각 도면에 있어서 가로축의 입자 지름은 입자 지름 구간의 하한치를 대표치로서 나타내고 있다. 예컨대, 입자 지름 1.400 mm로 표기한 경우에는, "입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d > 1.400 mm의 입자"를 나타낸다.
제1 군의 투사재는 스케일의 제거를 효율적으로 수행하기 위해서 보다 적은 투사량으로 커버리지를 증가시키는 것이 필요하다. 도 2a는 커버리지가 100%에 도달하였을 때의 입자 지름과 투사 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축이 입자 지름, 세로축이 투사 밀도이다. 투사 밀도의 평가는, 임펠러식 블라스트 장치를 이용하여 투사 속도 73 m/s에서 경도 HV200의 SUJ2 (고탄소 크롬 베어링강 강재)제 타겟에 투사재를 워크(1) 및 워크(2)에 충돌시켜서 수행하였다. 투사 후의 워크는 현미경으로 외관 촬영을 수행하고 표준 사진과의 비교에 의해 커버리지의 평가를 수행하였다.
입자 지름이 작을수록 작은 투사 밀도로 커버리지가 100%에 도달하는 경향이 확인되었다. 이것은 입자 지름이 작을수록, 단위 질량 당의 투사재의 수가 많으므로, 투사재가 금속 제품에 접촉하는 기회가 많기 때문이다. 도 2b는 투사재의 입자 지름에 대한 1kg 당의 투사재의 수의 그래프이다. 가로축이 입자 지름, 세로축이 단위 질량 당의 투사재 수이다. 투사재의 입자 지름이 1.000 mm 이하로 되면, 단위 질량 당의 투사재의 수가 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 스케일 제거를 효율적으로 수행하기 위해서, 입자 지름은 1.000 mm 이하로 할 수 있다. 또한, 입자 지름이 0.500 mm 이하의 투사재는 후술하는 블라스트 처리에 있어서 세퍼레이터, 집진기로 제거되기 쉽고, 투사재 수명의 저하로 이어진다. 이 때문에, 입자 지름은 0.600 mm를 초과해도 된다.
제2 군의 투사재는 스케일을 블라스트 처리에 의하여 제거하면서, 주로 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함을 제거하기 위해서 충분한 충돌 에너지를 갖는 것이 필요하다. 도 3은 단일 입경의 투사재의 입자 지름과 충돌 에너지와의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축이 입자 지름, 세로축이 하나의 입자 당의 충돌 에너지이다. 여기서, 충돌 에너지는 투사재 중량 M, 속도 V에 있어서, 1/2 × M × V2 (M = ρ × 4/3 × πr3)로부터 산출되었다. 또한, ρ = 7.5 g/cm3, V = 70 m/s이다. 열간 단조품의 표면의 조면화에는, 적어도 0.01 J/개의 충돌 에너지가 필요하다. 이 때문에, 입자 지름은 1.000 mm 이상으로 할 수 있다. 또한, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거, 예컨대, 마이크로크랙의 봉공 처리는 1.200 mm 이상의 입자 지름으로 할 수 있다.
이어서, 투사재의 수명으로부터 적절한 입자 지름을 검토하였다. 도 4는 투사재의 입자 지름과 수명치과의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축이 입자 지름, 세로축이 수명치이다. 투사재의 수명 시험은, SAE J445 (SAE: Society of Automotive Engineers)에 규정된 100% Replacement Method에 준거하고, 어바인식 라이프 테스터를 이용하여서, 투사 속도 60 m/s, 타겟 경도 HRC65 (HRC: Rockwell hardness)로 하고, 컷오프 값은 one screen 아래의 체눈으로 측정 실시하였다. 일정 충돌 횟수마다 분쇄한 투사재를 사별(篩別) 제거하면서, 잔류한 투사재의 중량을 측정하고 잔류한 투사재가 최초의 30% 이하가 될 때까지 시험을 수행하였다. 이 시험에 의해 얻은 충돌 횟수와 잔류 투사재의 중량 비율의 관계를 나타내는 수명 곡선을 적분하여서 구해지는 수치를 수명치로 하였다.
투사재의 입자 지름이 클수록 수명이 짧아지는 경향으로 되었다. 투사재의 수명치는 1000 사이클 이상이 요구되는 경우가 많다. 이 때문에 제2 군의 투사재는 1.700 mm 이하로 할 수 있다. 또한 입자 지름이 큰 투사재를 이용하면 블라스트 장치의 손상, 예컨대, 부품의 마모 등이 커진다. 이 때문에, 필요 이상으로 입자 지름을 크게 하지 않아도 된다.
제1 군의 투사재만으로는, 커버리지를 향상시킬 수 있으므로 효율적인 스케일 제거를 수행할 수 있지만, 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 충분히 수행할 수 없다.
한편, 제2 군의 투사재만으로는, 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 충분히 수행할 수 있지만, 단위중량 당의 입자수가 적어지기 때문에 커버리지 (일정 면적 당에서의 투사재의 실제 타흔 면적)의 저하로 이어진다.
본 개시의 투사재에서는, 투사재의 입자 지름 분포를 제1 군의 투사재와 제2 군의 투사재의 양쪽이 존재하도록 조정함으로써 각각의 이점을 유지하고 부족한 블라스트 처리 능력을 보완할 수 있다. 즉, 스케일이 형성된 금속 제품에 대해서 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 충분히 수행할 수 있다. 여기서, 제1 군과 제2 군은, d1max = d2min의 관계를 충족하여도 된다. 또한, 제1 군과 제2 군으로 구성되는 투사재의 입자 지름 빈도 분포는 실질적으로 연속되어 있다. 이로써, 표면 처리에 의한 타흔의 크기가 연속적인 분포를 갖기 때문에 커버리지를 증대시킬 수 있으며, 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다. 이 효과를 나타내기 위해서, d1max = d2min을 1.000 mm으로 하여도 되고, 1.180 mm로 하여도 된다.
여기서, 조면화 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 유효하게 수행하기 위해서, 제1 군의 투사재의 비율을 조정하여서 최대 빈도 P1 및 P2가 P2 ≤ P1을 충족하여도 된다.
금속 제품은 접동 부품인 경우에는, 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.000 mm ≥ d1 > 0.850 mm, 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm에 존재하는 것과 같은 투사재를 이용할 수 있다. 또는, 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d1 > 1.000 mm, 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm에 존재하는 것과 같은 투사재를 이용하여도 된다. 또한, 표면 거칠기를 작게 하고 싶은 경우에는 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.000 mm ≥ d1 > 0.850 mm, 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d2 > 1.000 mm에 존재하는 것과 같은 투사재를 이용할 수 있다.
투사재의 입도 분포는 워크인 금속 제품의 성상 (형상, 재질, 스케일의 상태 등) 및 표면 처리의 목적에 맞춰서 적절히 변경할 수 있다. 예컨대, d1min = 0.710 mm 및 d2max = 1.700 mm로 하고, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm로 하여도 된다. 또는, d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.180 mm로 하고, d1max = d2min을 1.000 mm 또는 1.180 mm로 하여도 된다. 또는, d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.700 mm로 하고, d1max = d2min을 1.000 mm 또는 1.180 mm로 하여도 된다. 어느 경우에서도, 최대 빈도 P1 및 P2를 가지며, 또한 실질적으로 연속되어 있는 입도 분포를 가짐으로써, 스케일이 형성된 금속 제품에 대해서, 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 충분히 수행할 수 있다.
투사재는 물-아토마이즈법 등의 공지의 방법에 의해서 제조한 입자를 JIS Z8801 (2006)에 규정된 체눈의 체를 이용하여서 분급하고, 원하는 입자 지름 분포가 되도록 혼합, 조정하여서 제조할 수 있다.
이어서, 상기 투사재를 사용하여서 블라스트 처리에 의해 스케일 제거 및 조면화 또는 봉공 처리를 수행하는 표면 처리 방법에 대해서 설명한다.
본 개시의 투사재를 이용하여 금속 제품의 표면 처리를 수행하는 데에는, 예컨대, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 공지의 원심형 블라스트 장치를 이용할 수 있다. 또한, 본 개시의 블라스트 처리 방법은 당해 블라스트 장치를 이용한 방법에 한정되는 것은 아니다.
블라스트 장치는 투사재의 저류 및 정량 공급을 수행하는 호퍼, 투사재를 투사하는 임펠러 유닛, 투사재를 순환시키는 순환 장치, 투사재와 모래와 스케일을 분리하는 세퍼레이터 및 집진 장치를 구비하고 있다.
투사재는 호퍼로부터 임펠러 유닛에 투입되고, 임펠러 유닛에 투입된 투사재는 임펠러 유닛 내에서 가속되어서 투사실 내에 배치된 금속 제품에 투사된다. 이로써, 금속 제품의 블라스트 처리를 수행한다.
투사된 투사재는, 블라스트 처리에 의해 금속 제품으로부터 제거된 스케일과 함께 순환 장치에 의해 회수되고, 세퍼레이터로 보내진다.
세퍼레이터에서는 투사재를 에이프런 형상으로 낙하시키고, 집진기에 의해 생기는 기류에 의해 모래, 스케일 및 분쇄된 미세한 투사재를 선별하고, 이들을 집진기 및 장치 밖으로 배출한다. 블라스트 처리에 유효한 투사재는 다시 임펠러 유닛에 공급되어 순환 사용된다.
장치 밖으로 배출된 양만큼 장치 내 투사재량이 감소하므로 감소량에 대응한 양의 투사재를 보급할 필요가 있다 (미사용의 투사재를 블라스트 장치에 장전하는 투사재 장전 공정). 투사재의 감소는 임펠러 유닛의 부하 전류값에 의해 감지되고 새로운 투사재가 호퍼에 자동적으로 또는 수동으로 보급된다.
상기 투사, 미분의 장치 외 배출, 보급을 반복하여 수행하는 일련의 조작의 결과, 장치 내 투사재의 입자 지름 분포는 미사용의 투사재의 입자 지름 분포와는 상이한 일정한 입자 지름 분포에서 안정하다 (블라스트 장치의 조업에 의해 투사재의 입자 지름 분포를 일정한 입자 지름 분포가 안정한 오퍼레이팅 믹스를 형성하는 오퍼레이팅 믹스 형성 공정). 이 안정된 입자 지름 분포의 상태를 오퍼레이팅 믹스라고 한다. 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후, 투사재를 블라스트 장치에 의해 금속 제품에 투사하여 금속 제품의 표면의 스케일을 제거하면서, 금속 제품의 표면의 조면화, 또는 금속 제품 표면의 표층부에 존재하는 결함의 제거가 수행된다 (표면 처리 공정). 투사재는 오퍼레이팅 믹스 형성 후의 장치 내 투사재의 입자 지름 분포를 효율적인 블라스트 처리가 수행될 수 있도록 관리하는 것이 중요하다.
본 개시의 투사재를 이용하면, 특별한 장치, 방법에 의하지 않고 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후에서의 블라스트 장치 내의 입자 지름 분포를 브로드하게 (예컨대, 0.250 mm ~ 1.700 mm) 하고, 또한 최대 빈도 P1 및 P2를 갖도록 할 수 있다. 그리고, 미사용의 투사재에 비해서, 최대 빈도 P1 및 P2의 위치 (입경)는 변하지 않고, 최대 빈도 P1과 P2 사이의 빈도 V가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증대된다고 하는 특징적인 분포로 할 수 있다. 이에 따르면, 제1 군의 투사재의 효과 및 제2 군의 투사재의 효과를 유지하면서, 최대 빈도 사이의 입자 지름 분포가 브로드하게 된다. 투사재에 의한 타흔의 크기가 연속적인 분포를 가지므로, 커버리지를 증대시킬 수 있으며, 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다.
나아가, 효율적인 스케일 제거를 수행하면서, 조면화, 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 유효하게 수행하기 위해서는, 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후에서의 블라스트 장치 내의 입자 지름 분포에 있어서, 최대 빈도 P1 및 P2가 P2 ≤ P1을 충족하도록 하여도 된다.
투사재는 그 전체가 볼록 곡면으로 형성되어도 된다. 전체가 볼록 곡면으로 형성된 투사재를 이용하여 표면 처리 공정을 수행한 경우, 예컨대 표면에 무수한 곡면을 갖는 딤플을 형성할 수 있다. 이 때문에, 금속 제품의 접동성을 잃지 않고 표면에 윤활유를 유지하기 위한 딤플을 형성할 수 있다. 또한, 투사재의 접촉 면적이 균일하면서도 넓어지므로, 금속 제품의 소성 변형이 효율적으로 수행되고, 금속 제품의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, "전체가 볼록 곡면으로 형성되어 있는"이란, 각부(角部)를 갖지 않는 형상을 가리킨다. 구상의 입자뿐만 아니라, 예컨대 원주 형상의 입자의 각부를 깎아내어서 둥굴게 한 형상의 입자도 포함된다.
(변경예)
투사재의 형태는 숏에 한정되는 것은 아니고, 그릿, 컷와이어 등을 이용할 수도 있다.
본 개시의 투사재 및 표면 처리 방법은, 강재로 이루어진 열간 단조품 이외에도 스케일이 형성되는 재료, 제조 방법의 금속 제품의 표면 처리에 적용할 수 있다. 예컨대, 압연 강판의 스케일 제거 등에 적용할 수 있다.
(실시형태의 효과)
본 개시의 투사재 및 그 투사재를 이용한 표면 처리 방법에 의하면, 스케일이 형성된 금속 제품에 대해서 효율적으로 스케일을 제거하면서, 표면을 조면화, 또는 표층부에 존재하는 결함의 제거를 수행할 수 있다. 특히, 투사재의 경도, 입자 지름 분포를 적절하게 설정함으로써, 열간 단조품의 표면 처리에 이용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 개시의 효과를 확인하기 위해서 수행한 실시예에 대해서 설명한다.
본 개시의 투사재를 이용한 스케일 제거를 수행하고, 표면 처리 후의 표면 거칠기를 평가하였다. 본 시험에 사용한 피가공물은 재질을 SUJ로 하고, 형상은 원통 (원추 롤러 베어링의 내륜), 시험에 사용한 투사 시험 장치는 숏 블라스트 SNTX-I형 (신토고교 가부시키가이샤)이고, 투사 속도 73 m/s에서 실시하였다. 투사 밀도는 100% 커버리지에 도달 시의 투사 밀도로 하였다. 투사 밀도는 150 kg/m2 ~ 300 kg/m2로 하였다. 또한, 평가 항목은 표면 거칠기이며, 측정 방법으로서 JIS-B0601:2000에 규정된 십점 평균 거칠기 Rz (μm)를 채용하였다.
투사재는 경도 HV450의 스틸숏으로서, 최대 빈도 P1 및 P2에서의 입자 지름 및 최대 빈도 P1과 최대 빈도 P2와의 비율을 변화시킨 투사재를 준비하고 시험에 제공하였다. 시험은, 투사재를 투사 시험 장치에 투입하고, 연속 운전 및 보급을 반복하여 오퍼레이팅 믹스를 형성한 후 투사 시험을 수행하였다.
시험에 이용된 투사재의 입자 지름 분포를 하기에 나타낸다.
(1) 제1 군
최대 빈도 P1이 되는 입자 지름이 0.710 mm (입자 지름 구간 0.850 mm ≥ d1 > 0.710 mm), 0.850 mm (입자 지름 구간 1.000 mm ≥ d1 > 0.850 mm), 1.000 mm (입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d1 > 1.000 mm) 의 3 수준
(2) 제2 군
최대 빈도 P2가 되는 입자 지름이 1.400 mm (입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm), 1.180 mm (입자 지름 구간 1.400 mm ≥ d2 > 1.180 mm), 1.000 mm (입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d2 > 1.000 mm)의 3 수준
각 조건에서의 표면 거칠기 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 이와 같이, 최대 빈도 P1 및 P2에 대응하는 적절한 입자 지름을 선정함으로써 표면 거칠기를 조정할 수 있다. 예컨대, 열간 단조에 의해 제조된 접동 부품의 표면 처리 공정에서는, 후가공 등에 있어서 적절한 표면 거칠기 Rz 50 μm ~ 60 μm 정도로 조정할 수 있다.
[표 1]
Figure pct00001
이하, 상기의 입자 지름 분포를 그래프로 나타낸다. 도 5는 본 개시의 투사재 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 입자 지름 분포를 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 전의 입자 지름 분포와 비교하여 모식적으로 나타내는 설명도이다. 제1 군은 최대 빈도 P1의 입자 지름이 0.850 mm, 제2 군은 최대 빈도 P2의 입자 지름이 1.400 mm이다. "이니셜"은 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 전의 입자 지름 분포이며, "오퍼레이팅 믹스"는 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 입자 지름 분포이다. 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 최대 빈도 P1, P2와 빈도 V1과의 차분(差分)은 이니셜의 최대 빈도 P1, P2와 빈도 V1과의 차분보다도 작다. 또한, 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 최대 빈도 P1, P2와 빈도 V2와의 차분은 이니셜의 최대 빈도 P1, P2와 빈도 V1과의 차분보다도 작다. 이처럼 최대 빈도 P1 및 P2의 위치는 변하지 않고, 최대 빈도 P1과 P2 사이의 빈도 V (V1, V2)가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증대한다고 하는 특징적인 분포로 되는 것이 확인되었다. 표 1을 참조하면, 이 투사재를 이용함으로써 표면 거칠기 Rz 54.13 μm 정도로 조정할 수 있다.
도 6은, 실시예의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 전의 입자 지름 분포이다. 가로축은 입자 지름, 세로축은 중량 분율이다. 제1 군이 입자 지름 1.000 mm, 제2 군의 입자 지름이 1.400 mm이다. n은 시험 번호이며, 평균은 시험 번호로 나타내는 시험 결과의 평균치이다. 도 7은, 도 6의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 후의 입자 지름 분포이다. 이처럼 최대 빈도 P1 및 P2의 위치 (입자 지름)는 변하지 않고, 최대 빈도 P1 및 P2 사이의 빈도 V가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증대한다고 하는 특징적인 분포로 되는 것이 확인되었다. 오퍼레이팅 믹스의 형성 후의 평균에서의 최대 빈도 P2 : 최대 빈도 P1은 18:23이며, P2 ≤ P1을 충족한다.
도 8은, 실시예의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 전의 입자 지름 분포이다. 가로축은 입자 지름, 세로축은 중량 분율이다. 제1 군이 입자 지름 0.850 mm, 제2 군의 입자 지름이 1.000 mm이다. n은 시험 번호이며, 평균은 시험 번호로 나타내는 시험 결과의 평균치이다. 도 9는 도 8의 투사재의 오퍼레이팅 믹스 형성 후의 입자 지름 분포이다. 이처럼 최대 빈도 P1 및 P2의 위치 (입경)는 변하지 않고, 최대 빈도 P1 및 P2 사이의 빈도 V가 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증대한다고 하는 특징적인 분포로 되는 것이 확인되었다. 오퍼레이팅 믹스 의 형성 후의 평균에서의 최대 빈도 P2 : 최대 빈도 P1은 23:24이며, P2 ≤ P1을 충족한다.

Claims (12)

  1. 금속 제품의 표면에 형성된 스케일을 블라스트 처리에 의하여 제거하기 위해서 이용하는 주강제의 투사재에 있어서,
    입자 지름 d1이 제1 입자 입자 지름 구간 d1max ≥ d1 > d1min에 속하는 투사재 군으로서, 상기 제1 입자 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P1을 갖는 제1 군과,
    입자 지름 d2가 제2 입자 입자 지름 구간 d2max ≥ d2 > d2min에 속하는 투사재 군으로서, 상기 제2 입자 입자 지름 구간 내에 최대 빈도 P2를 갖는 제2 군을 구비하고,
    상기 제1 군과 상기 제2 군은 d1max = d2min의 관계를 충족하고,
    상기 제1 군과 제2 군으로 구성되는 투사재의 입자 지름 빈도 분포는 실질적으로 연속되어 있는, 투사재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    d1min = 0.710 mm 및 d2max = 1.700 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm인, 투사재.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 제품은 열간 단조품으로서,
    상기 투사재는 비커스 경도 HV300 ~ HV600인, 투사재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 제품은 접동 부품으로서,
    상기 최대 빈도 P1이 입자 지름 구간 1.180 mm ≥ d1 > 1.000 mm, 상기 최대 빈도 P2가 입자 지름 구간 1.700 mm ≥ d2 > 1.400 mm에 존재하는, 투사재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.180 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm인, 투사재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    d1min = 0.600 mm 및 d2max = 1.700 mm이며, d1max가 1.000 mm 또는 1.180 mm인, 투사재.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 투사재는 전체가 볼록 곡면으로 형성되어 있는, 투사재.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 기재된 상기 투사재를 이용한 금속 제품의 표면 처리 방법으로서,
    미사용의 투사재를 블라스트 장치에 장전하는 투사재 장전 공정과,
    상기 블라스트 장치의 조업에 의해 투사재의 입자 지름 분포를 일정한 입자 지름 분포가 안정한 오퍼레이팅 믹스를 형성하는 오퍼레이팅 믹스 형성 공정과,
    상기 투사재를 상기 블라스트 장치에 의해 상기 금속 제품에 투사하여 상기 금속 제품의 표면의 스케일을 제거하면서, 상기 금속 제품의 표면의 조면화 또는 상기 금속 제품의 표면의 표층부에 존재하는 결함의 제거를 수행하는 표면 처리 공정을 구비하는, 금속 제품의 표면 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 상기 투사재의 입자 지름 분포는 0.250 mm ~ 1.700 mm이며, 또한 최대 빈도 P1 및 P2를 갖는, 금속 제품의 표면 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 최대 빈도 P1 및 P2가 P2 P1을 충족하는, 금속 제품의 표면 처리 방법.
  11. 상기 오퍼레이팅 믹스 형성 공정 후의 상기 투사재의 입자 지름 분포가,
    미사용의 투사재에 비해서
    상기 최대 빈도 P1 및 P2의 위치는 변하지 않고, 상기 최대 빈도 P1과 P2 사이의 빈도 V가 상기 최대 빈도 P1 및 P2에 대해서 상대적으로 증가하는, 금속 제품의 표면 처리 방법.
  12. 청구항 8 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 제품은 열간 단조에 의해 성형된 접동 부품이며, 상기 표면 처리 공정에 의해 상기 접동 부품의 표면의 스케일을 제거하면서, JIS-B0601:2000에 규정된 십점 평균 거칠기 Rz를 50 μm ~ 60 μm로 하는, 금속 제품의 표면 처리 방법.
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