KR20190114489A - 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 및 이의 제조방법 - Google Patents

오스템퍼드 구상흑연주철 후크 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법을 제공한다. 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법은 탄소(C) 3.3wt% 내지 3.7 wt%, 규소(Si) 2.5 wt% 내지 2.9 wt% 및 마그네슘(Mg) 0.02 wt% 내지 0.05 wt%을 포함하고 잔부가 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 용탕을 쉘 적층 주형에 장입하는 단계, 상기 쉘 적층 주형에 장입한 용탕을 오스테나이트화 처리하는 단계 및 상기 오스테나이트화 처리한 용탕을 염욕로에서 오스템퍼링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 최적조성 및 오스템퍼링을 통해 높은 인장강도를 갖는 후크를 제조할 수 있다.

Description

오스템퍼드 구상흑연주철 후크 및 이의 제조방법 {Austemperedductile iron hooks and their manufacturing methods}
본 발명은 구상흑연주철 후크 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오스템퍼링을 통해 기계적 성질을 향상시킨 구상흑연주철 후크 제조방법에 관한 것이다.
자동차 견인용 후크는 용도적 특성상 높은 인장강도가 요구된다. 구상흑연주철은 탄소함량이 높은 철기 합금이며 용탕을 구상화 처리하여 응고가 일어나는 동안 구상흑연이 정출하여 강도, 경도, 연성 및 인성을 향상시킨 주철이다. 주방 상태에서는 주로 페라이트와 펄라이트가 혼합된 기지에 구상흑연이 분산되어 있다. 펄라이트 부피 분률이 많을수록 강도와 경도는 증가하고, 연성과 인성은 감소한다. 이와 같이 기지 조직에 따라서 구상흑연주철의 기계적 성질이 달라지며 주방상태에서의 기계적 성질은 화학 조성에 따라 달라진다. 따라서 구상흑연주철을 이용한 자동차 견인용 후크의 개발이 요구되고 있다.
대한민국등록특허 제10-1020174호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인장강도가 우수한 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법은 탄소(C) 3.3wt% 내지 3.7 wt%, 규소(Si) 2.5 wt% 내지 2.9 wt% 및 마그네슘(Mg) 0.02 wt% 내지 0.05 wt%을 포함하고 잔부가 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 용탕을 쉘 적층 주형에 장입하는 단계, 상기 쉘 적층 주형에 장입한 용탕을 오스테나이트화 처리하는 단계 및 상기 오스테나이트화 처리한 용탕을 염욕로에서 오스템퍼링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계는 800°C 내지 1000°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계는 1시간 내지 3시간 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계는 250°C 내지 450°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계는 30분 내지 90분 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 흑연 구상화율이 90% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 인장강도는 800N/mm2 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 항복강도는 750N/mm2 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 연신율은 9% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 쉘 적층 주조를 통해 기계적 성질이 우수한 후크를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 쉘 적층 주조를 통해 높은 생산성 및 회수율을 갖는 후크를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오스템퍼링을 통해 고강도 저경량 특성을 갖는 후크를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 최적조성 및 오스템퍼링을 통해 높은 인장강도를 갖는 후크를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 KS B 08014호 표준 시편 및 서브사이즈 시편의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 쉘 적층 시험 주조품의 미세조직 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 시제품의 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법을 설명한다.
도 1을 본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법은 탄소(C) 3.3wt% 내지 3.7 wt%, 규소(Si) 2.5 wt% 내지 2.9 wt% 및 마그네슘(Mg) 0.02 wt% 내지 0.05 wt%을 포함하고 잔부가 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 용탕을 쉘 적층 주형에 장입하는 단계(S100), 상기 쉘 적층 주형에 장입한 용탕을 오스테나이트화 처리하는 단계(S200) 및 상기 오스테나이트화 처리한 용탕을 염욕로에서 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 탄소(C)의 함량은 전체 중량 대비 3.3wt% 내지 3.7 wt%인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탄소 함량이 3.3 wt% 미만일 경우, 낮은 탄소 함량으로 인해 흑연의 구상화에 따른 열전도도 저하 및 기계가공성이 낮아질 수 있다.
이때, 상기 탄소 함량이 3.7 wt%를 초과할 경우, 높은 탄소 함량으로 인해 취성이 증가하여 내구성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 규소(Si)함량은 2.5 wt% 내지 2.9 wt% 인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 규소 함량이 2.5 wt% 미만일 경우, 낮은 규소 함량으로 인해 냉각시 수축률 증가로 인해 내구성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 규소 함량이 2.9 wt%를 초과할 경우, 높은 규소 함량으로 인해 흑연화가 과다하게 촉진될 수 있다.
이때, 상기 마그네슘은 구상화제로 이용된다.
이때, 상기 마그네슘 함량이 0.02 wt% 미만일 경우, 낮은 마그네슘 함량으로 인해 흑연주철의 구상화율이 90%보다 낮아질 수 있다. 또한, 낮은 구상화율로 인해 후크의 기계적 성질이 저하될 수 있다.
이때, 상기 마그네슘 함량이 0.05wt% 초과일 경우, 높은 마그네슘 함량으로 인해 구상화가 과하게 발생하여 주조성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 쉘 적층 주형은 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 주조하기 위한 주형인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)는 800°C 내지 1000°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)는 800°C 미만의 온도에서 수행할 경우, 오스테나이트화의 진행이 미흡할 수 있다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)는 1000°C 초과의 온도에서 수행할 경우, 높은 온도로 인해 오스테나이트화의 진행이 미흡할 수 있다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)는 1시간 내지 3시간 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)를 1시간 미만 수행할 경우, 철강 조직의 오스테나이트화가 불완전하여 최종 주조품인 후크의 인성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)를 3시간 초과 수행할 경우, 필요이상의 열처리로 인해 경제적 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)는 250°C 내지 450°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)는 250°C 미만의 온도에서 수행하는 경우, 급냉으로 인해 균열이 발생할 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)는 450°C 초과의 온도에서 수행하는 경우, 높은 온도로 인해 베이나이트 외의 다른 미세조직이 형성될 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)는 30분 내지 90분 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)를 30분 미만 수행하는 경우, 오스페라이트화 조직의 생성이 미진하게 되어 주조품의 인성 또는 강도가 저하될 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300)를 90분을 초과하여 수행하는 경우, 필요이상의 열처리로 인해 경제적 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 흑연 구상화율이 90% 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 흑연 구상화율이 90% 미만인 경우, 낮은 구상화율로 인해 기계적 성질이 저하될 수 있다.
이때, 상기 오스템퍼링을 수행하는 단계(S300) 다음에 2차 오스템퍼링을 수행하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 2차 오스템퍼링을 수행하는 단계(미도시)는 상기 오스테나이트화 처리하는 단계(S200)에서 형성된 오스테나이트 조직을 안정화하기 위해 수행할 수 있다.
이때, 상기 2차 오스템퍼링을 수행하는 단계(미도시)는 150°C 내지 350°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2차 오스템퍼링을 수행하는 단계(미도시)는 30분 내지 120분 수행하는 것을 특징으로 한다.
쉘 스택 주조법은 쉘 금형을 이용하여 판 모양의 쉘 주형을 제조하고, 이 쉘 주형판을 적층으로 쌓아서 전체 주형세트를 조립시키는 것을 특징으로 한다. 이때, 주형 한 세트 당 사용되는 주형판의 개수는 제한이 없으나 주형판의 아래쪽에는 상부 주형의 공간이 되고, 위쪽은 하부 주형의 공간이 되는 것을 특징으로 한다. 상기 쉘 스택 주조법을 통해 주조할 경우, 높은 제품 회수율 및 생산성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 일반적인 사형 주조한 제품에 비하여 기계적 성질이 우수한 제품을 얻을 수 있다.
구상흑연주철의 화학조성이 흑연의 형상의 조절에 영향을 주는 1차 원소로는 탄소, 규소 및 망간 등이 있으며 구상화 원소로는 마그네슘을 주로 첨가한다. 이는 주조품의 기지조직과 열처리 반응에 주로 영향을 미친다. 한편, 규소는 흑연화 촉진 원소로써 오스테나이트의 탄소 용해도를 감소시키고 공석온도를 낮추어 주는 역할을 한다. 또한 궁극적인 펄라이트와 페라이트의 비율, 페라이트의 경도 및 연성-취성 천이 거동에 크게 영향을 미친다.
일반적으로 구상흑연주철은 주조품을 열처리하여 미세조직과 기계적 성질을 조절할 수 있으며, 목적에 따라 열처리 방법을 달리한다. 이때, 열처리 반응성을 높이기 위하여 구리, 몰리브덴, 주석 등과 같은 몇 가지 합금원소를 첨가할 수 있다. 이와 같은 합금원소는 구상흑연주철을 오스테나이트화 처리 한 후 냉각하는 동안 오스테나이트가 펄라이트로 분해하는 것을 지연시키는 역할을 한다. 이때, 구상흑연주철의 열처리는 탄화물을 제거하고 기지조직을 균일하게 하여 강도와 경도를 증가시키거나 인성과 연성을 증가시키기 위해 수행할 수 있다. 특히 강도와 연성 및 인성을 동시에 증가시키기 위하여 오스템퍼링 열처리를 수행할 수 있다.
상기 오스템퍼링 열처리는 탄화물을 제거하고 강도와 연성 및 인성을 동시에 가지는 오스페라이트 기지조직을 얻기 위한 열처리이다. 상기 오스페라이트 기지조직을 가지는 주철 재료를 오스템퍼드 구상흑연주철(Austempered ductilecast iron, ADI) 이라 한다. 오스템퍼드 구상흑연주철은 일반 구상흑연주철에 비해 강도, 인성 및 마모저항 등의 특성이 우수하다. 또한, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철은 높은 연성과 인성을 가지는 보통의 구상흑연주철에 비하여 두배 이상의 강도를 가질 수 있다. 이와 같은 특성과 오스템퍼드 구상흑연주철 재료로 제조할 경우 부품의 중량을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 쉘 적층 주조를 통해 기계적 성질이 우수한 후크를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 쉘 적층 주조를 통해 높은 생산성 및 회수율을 갖는 후크를 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 오스템퍼링을 통해 고강도 저경량 특성을 갖는 후크를 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 최적조성 및 오스템퍼링을 통해 높은 인장강도를 갖는 후크를 제조할 수 있다.
실시예1
본 발명의 실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조하기 위해 쉘 적층 주형을 제조하였다.
상기 쉘 적층주형은 가로, 세로 및 두께가 각각 330mm, 300mm 및 35mm 이며 주조 시편의 양쪽에는 직경 20mm의 구멍을 설치하여 조립 시 압탕 역할을 수행할 수 있게 제조하였다. 세로길이 가운데인 150mm 위치에서 오른쪽 세로 변으로부터 왼쪽으로 100mm의 위치에 직경 40mm의 구멍을 뚫고 주입컵, 중자 접착제를 사용하여 주형에 부착하였다. 상판과 하판을 조형한 후, 5층까지 쉘을 적층하여 합형 후 중자 접착제를 사용하여 쉘 적층 측면을 펴발라주었다. 다음, 토치를 이용하여 상기 주형을 경화하였다. 용탕 주입시 압력에 의한 주형분리력에 기인하여 나타나는 두께 변화를 최소화하기 위하여 무거운 추를 이용하여 고정하였다.
실시예2
본 발명의 실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조하기 위해 용탕을 제조하였다.
먼저, 고주파 유도 용해로에 주물선과 강 고철을 장입하여 용탕을 얻었다. 다음, 최종 주조품의 규소 함량을 얻기 위해 구상화 처리 후5wt% Fe-Si를 노 중 용탕에 첨가하였다. 다음 용탕의 온도가 약 1450°C에 도달하였을 때 최종 주조품의 잔류 마그네슘 함량을 변화시키기 위해 노 중 용탕에 5.0wt% Mg-Fe-Si 합금을 플런징 및 샌드위치법으로 구상화 처리하였다. 다음, 슬럭스를 사용하여 용탕 표면의 슬래그를 제거하고 레이들에 출탕하였다. 이때, 규소 함량의 조절을 위해 2.0wt% Ba-Fe-Si 합금을 이용하여 후접종 처리하였다. 다음, 상기 후접종 처리한 용탕의 온도를 1350°C 내지 1370°C에서 일정하게 유지하며 쉘 적층 주형에 주입하였다. 이때, 소형 레이들을 이용하여 용탕을 주입하여 화학조성 분석용 시편을 얻었다. 다음, 주입된 용탕이 완전히 응고된 뒤 상온으로 냉각한 후 탈사하여 시험 주조품을 얻었다.
이때, 상기 실시예2에서 이용한 장입물, 첨가제 및 용탕처리제의 화학조성을 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
실험예1
시험 주조품의 화학조성을 확인하기 위해 화학조성 분석용 칠 시편의 표면을 연마지를 이용하여100회 연마 후 에미션 스펙트로미터를 이용하여 분석하였다.
먼저, KS B 08014호 표준 시편 및 서브 사이즈 시편을 절단한 후 절단면을 보통의 방법으로 조연마하고, 다이아몬드슬러리로 1㎛ 등급까지 세연마하였다. 다음, 부식시키기 전 시편의 흑연조직과 3.0% 나이탈 용액으로 부식 시킨 후의 기지조직을 광학 현미경으로 관찰하였다. 그리고 화상분석 장치를 이용하여 구상화율 및 기지 조직 중 펄라이트 부피분율을 측정하였다. 모든 경우에 5 위치를 선정하여 측정하고 최대 및 최소값을 제외한 세 값의 평균값을 얻었다.
이때, KS B 08014호 표준 시편 및 서브사이즈 시편의 구조를 도 2에 나타내었다. 이때, 도 2의 (a)는 KS B 08014호 표준 시편의 단면도이고, (b)는 서브사이즈 시편의 단면도이다.
이에 대한 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00002
실험예2
주방상태 및 열처리한 인장시편을 사용하여 만능 재료 시험기를 이용하여 시험하였다.
먼저, 표준시편의 경우 분당 2.0mm의 크로스 헤드 속도 조건에서 그리고 서브사이즈 인장시편의 경우에는 STS 316L 스테인리스 강 치구와 조립하여 만능 재료 시험기에 장착 시킨 후 분당 1.0mm의 크로스 헤드 속도 조건에서 인장시헙하였다. 투영기를 이용하여 인장 시험 전후의 단면 직경과 표점거리를 측정하여 항복 및 인장강도 그리고 연신율 값을 계산하였으며 각 조건별로 3회 시험하여 평균값을 얻었다. 그리고 각 조건별로 나머지 1개씩의 단면 수축부가 각각 12.5mm 및 6.25mm인 시험 주조품의 단면 수축부 가운데로부터 높이가 16mm 및 7.0mm인 시편을 절단하여 얻어 연마 후 브리넬 경도 시험을 수행하였다. 이때, 5회 시험하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 값의 평균값을 얻었다.
이에 대한 결과를 하기 표 3 내지 표 4에 나타내었다.
표 3은 서브사이즈 시험편 단면 크기에 따른 미세조직 및 기계적 성질을 나타낸 표이다.
[표 3]
Figure pat00003
표 4는 표준 시험편 단면 크기에 따른 미세조직 및 기계적 성질을 나타낸 표이다.
[표 4]
Figure pat00004
표 2 내지 표 4 및 도 4를 참조하면, 잔류 마그네슘의 함량이 증가함에 따라 구상화율, 흑연립수, 펄라이트 부피분율, 강도, 경도 및 연신율이 증가하였다. 이는 잔류 마그네슘의 함량이 증가함에 따라 구상화율이 증가하기 때문이다. 또한, 금속 기지 중 결합으로 작용하는 흑연의 구상화율이 증가함에 따라 흑연 앞의 기지 중 응력 집중이 감소하여 기계적 성질이 증가함을 알 수 있다. 한편, 탄소 함량 증가에 따라 구상화율, 흑연립수 및 펄라이트 부피분율이 감소함을 알 수 있다. 이에 따라 강도 및 경도와 같은 기계적 성질이 감소하였다. 한편, 규소 함량의 증가에 따라 평형반응인 오스테나이트-흑연 공정반응의 온도가 증가하여 공정 흑연의 형성을 촉진한 것으로 판단된다. 이에 따라, 구상화율 및 흑연립수가 증가한 반면, 펄라이트 부피분율은 감소하여 연신율은 증가한 반면 강도는 감소하였다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 구상흑연주철 후크의 최적 조성에 있어서 탄소 함량은 3.30wt% 내지 3.50wt%일 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 구상흑연주철 후크의 최적 조성에 있어서 규소 함량은 2.50wt% 내지 2.70wt%일 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 구상흑연주철 후크의 최적 조성에 있어서 잔류 마그네슘 함량은 0.04wt% 내지 0.05wt%일 수 있다.
실시예3
본 발명의 실시예에 따른 오스템퍼링의 효과를 알아보기 위해 상기 실시예 2에서 주조한 시험주조품에 오스템퍼링 처리를 수행하였다.
먼저, 용해 및 주조 후 응고된 시험편, 즉 주방상태의 시험편을 3.1kW 용량의 발열체가 칸탈인 박스로를 이용하여 900°C의 온도에서 2시간동안 오스테나이트화 처리하였다. 이때, 오스템퍼링 처리를 하기 위해 7.8kW 용량의 발열체가 니크롬선이며 질산나트륨과 질산칼륨을 중량비로 45:55인 저온용 혼합염을 사용하여 350°C로 유지되고 있는 염욕로에서 30 및 60분 동안 오스템퍼링 처리하였다. 다음, 열처리된 시험편을 사용하여 미세조직을 관찰하고 기계적 성질을 시험하였다. 이에 대한 결과를 표5에 나타내었다.
표 5는 오스템퍼링 열처리 후 기계적 성질을 나타낸 표이다.
[표 5]
Figure pat00005
표 5를 참조하면, 오스템퍼링을 수행하지 않은 상기 표 3 및 상기 표 4에 나타난 결과에 비해 오스템퍼링을 수행한 경우 항복강도, 인장강도, 연신율 및 브리넬 경도가 모두 크게 강화된 것을 알 수 있다. 또한, 350°C의 온도에서 오스템퍼링처리를 수행할 경우, 30분 보다 60분 조건의 기계적 더 우수한 것으로 나타났다.
실시예4
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 견인용 후크 시제품을 제조하였다.
먼저, 1회 용해시 2.5톤의 용탕을 얻을 수 있는 유도 용해로를 이용하여 용탕을 제조하였다. 이때, 목표 조성은 3.5wt%C-2.7wt%Si로 설정하였다. 다음, 5%Mg-Fe-Si 합금을 구상화제로 사용하여 구상화처리 한 후 상기 용탕을 쉘 적층 주형에 주입하였다. 다음, 탄소함량이 1.5wt% 이하인 강 고철 및 4.34wt% 주물용 선철을 용해하여 기본 용탕을 얻었다. 이때, 상기 기본 용탕의 탄소 및 규소 함량을 조절하기 위하여 가탄제, 페로실리콘 및 탄화 규소를 첨가하였다. 다음, 300kg 용량의 레이들을 이용하여 출탕하였다. 이때, 출탕온도는 1500°C였다. 출탕시 샌드위치법으로 구상화처리 하였으며, 0.040wt%의 잔류 마그네슘 함량을 얻기 휘하여 5%Mg-Fe-Si 합금을 첨가하여 구상화처리하였다. 다음, 레이들 중 용탕 표면의 슬래그를 제거하고 규소함량을 0.4wt% 증가 시키는 방법으로 후 접종 처리하였다.
다음, 약 1400°C의 온도에서 쉘 적층 주형에 용탕을 주입하였다. 이때, 소형 레이들을 이용하여 화학조성 분석용 칠 시편을 얻기 위한 금형에 용탕을 주입하였다. 마지막으로, 완전히 응고가 일어난 후 상온에서 탈사하였다. 상기 분석용 칠 시편을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 특성을 평가하여 표 6에 나타내었다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 시제품의 사진이다.
표 6은 본 발명의 실시예에 따른 후크 시제품의 미세 조직 및 기계적 특성을 나타낸 표이다.
[표 6]
Figure pat00006
표 6을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 후크 시제품의 구상화율이 90% 이상이며, 높은 펄라이트 부피분률을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 오스템퍼링 처리 전과 후를 비교하였을 때, 오스템퍼링을 수행한 경우 상기 후크 시제품의 경도가 크게 증가한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 쉘 적층 주조를 통해 기계적 성질이 우수한 후크를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 쉘 적층 주조를 통해 높은 생산성 및 회수율을 갖는 후크를 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 오스템퍼링을 통해 고강도 저경량 특성을 갖는 후크를 제조할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따라 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 제조할 경우, 최적조성 및 오스템퍼링을 통해 높은 인장강도를 갖는 후크를 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크를 설명한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 인장강도는 800N/mm2 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 항복강도는 750N/mm2 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 연신율은 9% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 쉘 적층 주조를 통해 기계적 성질이 우수한 후크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 쉘 적층 주조를 통해 높은 생산성 및 회수율을 갖는 후크를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 오스템퍼링을 통해 고강도 저경량 특성을 갖는 후크를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 오스템퍼드 구상흑연주철 후크는 최적조성 및 오스템퍼링을 통해 높은 인장강도를 갖는 후크를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 탄소(C) 3.3wt% 내지 3.7 wt%, 규소(Si) 2.5 wt% 내지 2.9 wt% 및 마그네슘(Mg) 0.02 wt% 내지 0.05 wt%을 포함하고 잔부가 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 용탕을 쉘 적층 주형에 장입하는 단계;
    상기 쉘 적층 주형에 장입한 용탕을 오스테나이트화 처리하는 단계; 및
    상기 오스테나이트화 처리한 용탕을 염욕로에서 오스템퍼링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오스테나이트화 처리하는 단계는 800°C 내지 1000°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오스테나이트화 처리하는 단계는 1시간 내지 3시간 수행하는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오스템퍼링을 수행하는 단계는 250°C 내지 450°C의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오스템퍼링을 수행하는 단계는 30분 내지 90분 수행하는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 흑연 구상화율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법.
  7. 제1항의 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 인장강도는 800N/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 항복강도는 750N/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 오스템퍼드 구상흑연주철 후크의 연신율은 9% 이상인 것을 특징으로 하는 오스템퍼드 구상흑연주철 후크.
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