KR840001096B1 - A hot forging powder material - Google Patents

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KR840001096B1
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요시노부 다께다
노부히도 구로이시
스스무 노지
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나까하라 쓰네오
스미도모덴기 고오교오 가부시기가이샤
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Abstract

This method produces a powder-forged material contg.(%) 1.4-3.5 Si, 0.2-0.9 Mn, 1.0-2.0 C balance Fe. The swarf of an FCD cast-iron mother material is pulverised and the graphite microparticles sepd. to give a material with a C content of 1.0-2.5%. The powder is then performed to a density of 80-85% and lubricant is applied before heating in a non-carburising atm. at a temp. above the material melting point but below 1300 deg. C for 10-900 secs. before cooling to give a surface temp. of 1000-1100 deg. C. The material is then forged in a die under pressure, such that its specific gravity is 100-110 % of the mother material.

Description

분말열간 단조재료Powder Hot Forging Material

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 단조체의 마모시험 결과의 도시도.1 is a view showing the wear test results of the forging body according to an embodiment of the present invention.

시험재료 : S-55C(HV-270)Test material: S-55C (HV-270)

압 력 : 10kg/㎠Pressure: 10kg / ㎠

거 리 : 500mDistance: 500m

윤활제 없음No grease

실선은 S55C, 점선 FC-25, 쇄선은 본 발명품을 각각 표시함.Solid line indicates S55C, dotted line FC-25 and dashed line indicates the present invention, respectively.

제2도는 100배의 현미경 사진에 의한 조직의 도시도.2 is a diagram showing tissue by 100 times micrograph.

제3도는 400배의 현미경 사진에 의한 조직의 도시도.3 is a diagram showing tissue by 400 times micrograph.

본 발명은 내마모미끄럼성(wear resisting slidability)이 우수한 고강도의 분말열간 단조재료에 관한 것이다.The present invention relates to a high strength powder hot forging material having excellent wear resisting slidability.

분말열간 단조부품은 분말야금법의 우수한 경제성, 즉 양호한 재료회수율, 절삭 등의 기계가공공정의 생략 가능 및 우수한 재질의 균일성등에 의하여 일반적인 단조부품 혹인 절삭 가공부품으로 점차 대체되고 있다.Powder hot forging parts are gradually replaced by general forging parts or cutting parts due to the excellent economy of powder metallurgy, that is, good material recovery rate, omission of machining process such as cutting, and excellent material uniformity.

그러나 분말 열간단조품은 공업화의 단게에서 제품의 가격(즉 원료비와 가공비)과 성능이 균형을 이루지 않으므로 결국 시장에서의 가격 경쟁력에 있어서 연강재(wrought steel material)와 경쟁할 수 없는 단점이 잇다.However, powder hot forged products do not balance product prices (ie raw material costs and processing costs) and performance at the stage of industrialization.

분말 열간단조품은 주로 강제품의 기어, 캠(cam)등의 기계부품 분야에서 사용되는에 이와같은 부품에 요구되는 재료의 특성은 높은 인장강도와 압축강도 및 인성이다.Powder hot forging is mainly used in the field of mechanical parts such as gears, cams, etc. of steel products, the characteristics of the material required for such parts are high tensile strength, compressive strength and toughness.

또한 중요한 것은 내마모성을 위하여 필요한 경도 및 적당한 미끄럼성이다. 특히 상기 미끄럼성은 단순히 경도나 인성으로부터 얻을 수 있는 성질이 아니고 미세한 금속 조직의 적절한 상황에 의하여 비로서 실현된다. 게다가 또 이들 재료의 특성이 동시에 만족되어야 되기 때문에 종래의 재료의 경우에 있어서, 경제성이나 기술상에 여러 문제점이 있다. 예를 들어 주철재료는 함유된 흑입자(편상 또는 구상)의 작용에 의하여 우수한 내마모미끄럼성을 가지고 있음에도 불구하고 그 함유된 흑연입자의 취성 및 입자계면의 공동으로 인해 강도와 인성이 저하된다. 그러므로 주철금속은 조직의 불균일성이나 편석을 해결할 수 없으므로 기계부품 재료로는 부적당하다. 또 탄소강이나 저급합금 강재의 경우는 적러한 열처리에 의하여 강도 및 인성은 만족시킬 수 있으나 내마모끄럼성 저하되기 때문에 질화 등 특수한 표면처리가 필요하다. 또 연강재는 제강단계에 있어서 제거되지 않고 남아 있는 비금속 개재물이 존재하며, 더구나 단조나 압연처리에 의하여 생긴 소재의 방향성이 부품 강도의 균일성을 손상시키는 단점이 잇다.Also important are the hardness and the appropriate slipperiness necessary for wear resistance. In particular, the slipperiness is not simply a property obtained from hardness or toughness, but is realized as a ratio by an appropriate situation of a fine metal structure. In addition, since the properties of these materials must be satisfied at the same time, in the case of the conventional materials, there are various problems in economy and technology. For example, the cast iron material has excellent wear resistance and sliding resistance due to the action of the contained black particles (flakes or spherical particles), but the strength and toughness of the cast iron material decrease due to the brittleness of the contained graphite particles and the cavity of the grain boundary. Therefore, cast iron metal is not suitable as a mechanical component material because it cannot solve the nonuniformity or segregation of the structure. In addition, in the case of carbon steel or low alloy steel, strength and toughness can be satisfied by proper heat treatment, but since the wear resistance is reduced, special surface treatment such as nitriding is required. In addition, the mild steel material has non-metallic inclusions that are not removed in the steelmaking step, and furthermore, the directionality of the material produced by forging or rolling may impair the uniformity of component strength.

또한 종래의 분말열간 단조부품도 상기와 동일한 문제점이 존재하므로 고강도이고 내마모 미끄럼성이 우수한 재질을 얻을 수 없었다.In addition, the conventional powder hot forging parts also have the same problems as above, it was not possible to obtain a material of high strength and excellent wear resistance slip.

본 발명에 있어서는 분말 야금법의 특징인 용융제련법에 의해 제조가 곤란하거나 또는 불가능한 복합조직합금을 제조하는 기술과 분말열간단조 기술의 특징인 고밀도이며 공공등의 결함이 없는 재료를 제조하는 기술의 조합에 의하여 종래에 볼 수 없었던 새로운 고성능 부품용 재료를 얻을 수 있다.In the present invention, a combination of a technique for producing a composite tissue alloy, which is difficult or impossible to manufacture by a smelting method, which is a characteristic of powder metallurgy, and a technique for producing a high density, defect-free material, which is a feature of powder hot forging technology. By this, a new high performance component material which has not been seen in the past can be obtained.

본 발명 재료의 가장 중요한 구성요소는 기지상중에 균일하게 분산석출시킨 미세 흑연입자이다. 종래 흑연을 분사석출시코 재료로는 자가 말할 필요도 없이 주철이 알려져 있고, 특히 구상 흑연주철은 구상의 흑연입자를 분산시코 우수한 재료다. 그러나 흑연입자의 크기가 10-100㎛로 비교적 크기 때문에 소재의 강도 및 인성이 좋지 못하다. 주조법에 의하여 흑연입자를 미세하게 제어하기도 어려우며, 탄소함유량을 대폭적으로 변화시키는 것도 경질의 시멘타이트상의 석출을 초래하므로 곤란하다. 그러나 본원분말야금법에 있어서 적당한 조성으로 원료분말을 선택하며 용이하게 미세한 흑연입자를 균일하게 분산석출시킬 수 있음을 알았다. 이를 위해 선택된 조성은 탄소의 흑연화 원소이고, 철합금의 강화원소인 Si가 가장 중요하며, 이것의 선택범위는 2-3%가 가장 적당하다. 상기한 흑연화 효과는 상기 하한치 이하에서는 유효하지 않고 상한치 이상에서는 도리어 경화가 지나치게 진행되어 취화되기 때문에 본 범위가 선택되었다. 또 다른 필수원소로서는 소입성 향상에 효과가 있으며 칠합금의 강화원소이기도 한 Mn을 0.2-0.9% 함육시키는 것이다.The most important component of the material of the present invention is fine graphite particles uniformly dispersed and precipitated in the matrix. Cast iron is conventionally known as a spray-precipitated graphite material, and spherical graphite cast iron is particularly excellent in dispersing spherical graphite particles. However, the strength and toughness of the material are not good because the size of the graphite particles is relatively large as 10-100㎛. It is also difficult to finely control the graphite particles by the casting method, and it is difficult to significantly change the carbon content because it causes hard cementite phase precipitation. However, in the powder metallurgy method of the present application, it was found that raw material powders can be selected and appropriately dispersed and precipitated evenly with fine graphite particles. The composition selected for this is the graphitization element of carbon, Si is the most important element of the iron alloy reinforcement, the selection range of 2-3% is most suitable. Since the graphitization effect is not effective below the lower limit and hardening proceeds excessively and becomes brittle above the upper limit, the present range was selected. Another essential element is 0.2-0.9% of Mn, which is effective in improving hardenability and is a reinforcing element of seven alloys.

Mn은 흑연을 안정하게 존재시키는데 유효한 원소이다.Mn is an element effective for stably presenting graphite.

Mn의 상, 하한치는 Si와 마찬가지로 유효한 범위와 유해한 범위에 의하여 간단히 결정된다. 말할 필요도 없이 C는 흑연으로 되는 원소이고, 동시에 강으로 되기 위하여 불수필 가결한 원소이다. 상기한 바와 같이 조립의 흑연입자가 다수 존재하면 강도 및 인성에 나쁜 영향르 미치고, 반대로 너무 작게되면 내마모 미끄럼성 효과가 감소된다. 또 고용도는 탄소는 기지상을 공석강으로 강화시키는데 필수적인 원소이므로 약 0.8% 정도가 함유되어야 한다.As with Si, the upper and lower limits of Mn are simply determined by the effective range and the harmful range. Needless to say, C is an element which becomes graphite and an element which is indispensable in order to become steel at the same time. As described above, the presence of a large number of granulated graphite particles adversely affects the strength and toughness, and on the contrary, when too small, the wear resistance and slippage effect is reduced. In addition, the solid solubility should contain about 0.8% since carbon is an essential element for strengthening the matrix into vacant steel.

흑연입자로 필요한 가장 적당한 탄소량은 전탄소량으로서 1-2%이고 바람직하게는 1.4-1.8%이다. 그외의 원소 예를 들어 P.S.O 등을 불가피한 불순물로서 존재하나, 그 양이 0.3%이하인 경우는 별반 효과가 없기 때문에 일반적으로 불순물로서 혼입되어 있는 정도의 범위에 대해서는 특별히 규정하지 않는다. 또한 원료로부터의 혼입으로서, 미량의 Mg, Al, SnMo, Cr, Cu등의 처이 원소에 있어서, 단순히 불순물로 존재하는 한 어떤 효과도 없으므로 그범위를 특별히 규정할 필요는 없다.The most suitable carbon amount required for the graphite particles is 1-2% as the total carbon amount, and preferably 1.4-1.8%. Other elements such as P.S.O and the like are present as unavoidable impurities. However, when the amount is 0.3% or less, there is no effect. Therefore, there is no particular restriction on the extent of inclusion of impurities as impurities. In addition, as a mixture from a raw material, there is no effect as long as it exists only as an impurity in some elements, such as a trace amount of Mg, Al, SnMo, Cr, Cu, and it does not need to define the range in particular.

본 발명의 재료를 다시 열처리 하는 것에 의하여 기기상을 경화시켜 강도를 높임과 동시에 내마모성을 향상시키는 것이 가능하다.By heat-treating the material of this invention, it is possible to harden an apparatus phase, to raise strength and to improve abrasion resistance.

이 경우 기지상의 경도는 400-600mHV로 하는 것이 가장 바람며, 지나친 경화에 의한 취화를 피하고 효과를 높이기 위하여, 상, 하한치를 설정하였다.In this case, the hardness of the known phase is most preferably 400-600 mHV. In order to avoid embrittlement due to excessive hardening and to enhance the effect, the upper and lower limits are set.

실시예Example

Fe : 2.6%, Si : 0.8%, Mn : 1.7%의 분말을 분말열간 단조하여, 비중 7.6.cc의 단조체를 얻었다. 다시 이 단조체를 900℃에서 소입시킨 후 소려하였다. 각각의 재료의 단면조직 사진을 제2도와 제3도에 도시하였다. 상기 도면에는 명백하게 미세한 흑연 입자가 균일하게 분산석출되어 있다. 본 밸요의 기계적 성질의 비교예를 표-1에 표시하였다. 또 맘시험의 결과를 제1도에 도시하였다. 상기 결과로부터 본 발명의 재료는 종래의 재료에 비해 기계구조 품에 직합한 우수한 특성을 가지며 분말열간 단조재료로서 널리 사용되는 유용한 재료이다.The powders of Fe: 2.6%, Si: 0.8% and Mn: 1.7% were hot forged to obtain a forging having a specific gravity of 7.6.cc. Again, the forging was quenched after being quenched at 900 ° C. A cross-sectional photograph of each material is shown in FIGS. 2 and 3. Clearly fine graphite particles are uniformly dispersed and precipitated in the figure. Table 1 shows a comparative example of the mechanical properties of the Valyo. The results of the mam test are shown in FIG. From the above results, the material of the present invention is a useful material which has excellent properties that are suitable for mechanical structural products, and is widely used as a powder hot forging material, compared with conventional materials.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

Claims (1)

분말열간단조재료에 있어서, 주량%로서 Si2-3%, Mn0.2-0.9%, C1.0-2.0%와 잔부가 철로 이루어져 있으며, 함유탄소량중 0.5-1.2%가 입자직경 0.5-2.0㎛의 미세흑연입자로서 균일하게 분산 석출된 것을 특징으로 하는 분말열간 단조재료.In powder hot forging material, Si2-3%, Mn0.2-0.9%, C1.0-2.0%, and the balance are iron, and 0.5-1.2% of the carbon content is 0.5-2.0㎛ Powder hot forging material, characterized in that uniformly dispersed precipitated as fine graphite particles.
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