KR890002609B1

KR890002609B1 - 내점식성이 뛰어난 주철부품의 제조방법

Info

Publication number: KR890002609B1
Application number: KR1019830003899A
Authority: KR
Inventors: 유끼오 야마모도; 마사시 요리다까
Original assignee: 마쓰다 가부시기 가이샤; 야마사끼 요시기
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1983-08-20
Publication date: 1989-07-20
Also published as: KR840005747A; JPS6147208B2; JPS5938325A; US4482396A

Abstract

내용 없음.

Description

내점식성이 뛰어난 주철부품의 제조방법

제1도는 담금질 공정에 있어서의 온도와 가열시간의 조건을 보여주는 도면.

제2도는 내마모성처리 시험결과를보여주는 도면.

제3(a)도-제3(b)도는 각기 상이한 담금질 조건에 따라 접등면의 금속조직을 보여주는 주철부품의 현미경 사진.

본 발명은 내점식성(耐點蝕性)에 뛰어난 주철부품의 제조방법에 관한 것이다. 예를들면, 자동차 엔진의 태핏(tappet)등의 주철 부품에 있어서는 마찰과 반복하는 충격력이 내마모성(耐摩耗性)과 내점식성이 요구되는 것으로, 이와같은 주철부품의 제조방법으로서, 종래에는 일본국 특공소 43-17497호 공보에 게시된 바와같이 C 2.7-3.8%, Mn 0.5-1.5%, Ni＜1.5%, Cr 0.2-1.0%, Mo＜1.0% B와 F 0.01-0.10%를 함유하되, B와 Cr 1 : 1-1 : 10으로 한 주철을 먼저 전기로에서 용융한 다음에, 희망하는 성분의 주철소재에 따라 접동면에 냉각금속편(chiller)을 사용하여 주조하고, 이것을 850-950℃에서 10-120분동안 어니일링(annealing)하고, 냉강조직의 일부를 흑연으로 분해한 다음 기계가공하고나서 담금질(quenching)하고, 탬퍼링(tempering)을 하는 방법을 제안하고 있다. 상기한 종래방법은 냉각금속편에 의하여 얻은 탄화물(Fe₃C)즉 시멘트 타이트(cementite)를 고온에서 어니일링하여 흑연으로 분해하고, 이 흑연에 의한 자기윤활성으로 내마모성을 향상하도록 하려는 것이지만, 시멘타이트의 감소는 내점식성의 저하를 가져오게 한다. 그러나, 시멘타이트의 잔류량이 많은 편이 내마모성은 양호하다는 것이 판명되어 있다(나중에 기술하는 시험결과 참조). 나아가서 상기한 종래방법에서는 기계가공을 한 다음의 부품을 800-900℃에서 5-20분 동안 가열하여 담금질을 하는 것이나, 이 담금질에 의하여 베이스부(base 部)를 마르텐사이드(martensite)화함과 동시에 중간층으로 페라이트(ferrite)층을 발생하고 있으며, 이 페라이트층은 부서지기 쉽고, 반복하는 충격력에 대하여 탄화물이 탈락하는 말하자면 깍긴 마모(tapping weare)가 발생하여 내점식성이 저하하는 문제가 있다. 이 점을 해소하기 위하여 상기한 종래방법에서는 주철소재 붕소를 첨가하여 페라이트층의 발생을 지지하고 있다.

상기한 종래 방법과는 달리 미국특허 4,124,413,(1978년 11월 7일 등록)의 내마모성 및 내점식성 주철제품 제조방법은, C 2.8-3.3%, Si 1.5-21%, Cr 1.0-1.5%, Mo 0.6-0.8, Ni 0.2-0.55%, P＜0.05% 성분들의 함량에 따른 적정량의 순철로 구성된 용융물을 주조하여 20-40% 체적비로서 유동적인 시멘타이트를 함유하는 주물을 형성시킨 다음, 생성주물을 1-10시간동안 860-959℃로 템퍼링(tempering)한 다음 담금질하여 비커스경도(vickers hardness) Hv 750-900을 갖는 제품을 얻는다. 상기 방법에서 활용한 담금질, 템퍼링하는 페라이트층을 형성하는데, 활용가능하며, 페라이트층의 형성을 억제할 대응수단도 기술되어 있다.

본 발명은 그와같은 점에 비추어 템퍼링온도를 낮추어서 시멘타이트의 분해를 적게하며, 나아가서 염옥(saltbath)의 가열로에 의한 특정시간과 온도조건에 따라 담금질을 하고, 붕소를 첨가하지 않고도 중간층의 발생을 없애고 내마모성 내점식성이 뛰어난 주철부품의 제조방법을 제공하려는 것이다. 즉, 본 발명의 주철부품의 제조방법은 C 2.8-3.8%, Si 1.8-2.8%, Mn 0.5-1.0%, Cu 0.2-1.0%, Ni 0.2-1.0%, Cr 0.5-1.5%, Mo 0.4-1.5%, P＜0.15%, S＜0.1%, 나머지 Fe로서 이루어지며, 접동면이 시멘타이트가 30-50% 결정화(結晶化)하는 냉강(chill)조직으로 되도록 부품을 주조하여, 이부품을 550-630℃에서 20-60분 동안 어니일링한 다음 기계가공을하고, 다음에 염욕의 가열로에 채워넣은 다음 첨부도면의 제1도에서 보는 바와같이 점 A(950℃, 1분), B(910c, 1분), C(870℃, 2분), D(850℃, 4분), E(850℃, 10분), F(870℃, 10분), G(950℃, 6분)로 둘러싸는 범위내의 시간과 온도조건으로 가열하여 담금질하고 시멘타이트로 분해하는 일이 없이 기저부를 마르텐사이트화하며 나아가서 100-250℃, 120분 이하에서 탬퍼링을 하는 것을 특징으로 하는 것이다. 다음에, 본 발명의 한 실시에의 제조방법을 공정순으로 설명한다. 우선 제1공정은 주철소재에 따라 부품의 주조를 하는 것이나, 그 주철의 조성을 다음과 같다(단위는 중량%). C 2.8-3.8%, Si 1.8-2.8%, Mn 0.5-1.0%, Cu 0.2-1.0%, Ni 0.2-1.0%, Cr 0.5-1.5%, Mo 0.4-1.5%, P＜0.15%, S＜0.1% Fe 나머지 또, 구체적으로 한 예를 들면, C 3.47%, Si 2.34%, Nn 0.83%, Cu 0.25%, Ni 0.38%, Cr 1.12%, Mo 0.48%, P 0.135% 나머지 Fe로 조성한다. 여기에서 각 성분의 배합량의 범위는 다음의 이유에 따라 결정하고 있다. C : 탄화물의 량에 따라 2.8-3.8%필요. Si : 주조성을 양호하게 하며, 흑연량, 냉각깊이를 통제. C량과의 관계에 따라 1.8-2.8%필요 Mn : 주철속의 S를 Mns로 하기 위하여 0.5% 이상필요, 1.0%를 초과하면 주철의 수축이 크고 Cu : 조직의 강화, 담금질의 향상, 0.2% 미만에서는 효과없고, 1.0%를 초과하면 효과가 포화. Ni : Cu와 마찬가지. Cr : 탄화물의 안정화, 내마모성 향상. 1.5%를 초과하면 절삭성(切削性)이 역효과. Mo : 조직의 강화. 0.4% 미만에서 효과, 1.5%를 초과하면 효과가 포화. P,S : 불순물로소의 상한량.

상기한 조성의 주철로 주조함에 있어서는, 주형에 냉각 금속면을 배설하여 접동면에 해당하는 부분에 30-50%의 시멘타이트(Fe₃C)를 결정화하도록 주조하는 것이다. 이 시멘타이트가 결정되는 양은, 그 양이 많으면 부서지게 되며, 적으면 내마모성이 부량하게 된다. 제2공정은 상기한 부품의 비뚤어짐을 떼어내어서 기게가 공시에 가공조작의 발생을 방지하고, 기게가공후 제3공정에서 담금질처리를 행할시 변형의 방지를 위하여 어니일링하는 것이고, 그 처리조건은 550-630에서 20-60분이면 실시할 수 있다. 이 공정에서 주조시의 잔류응력이 완전히 제거된다. 따라서 일본에서는 응력, 제거, 어니일링이라 칭한다. 이 비둘어짐을 데어내는 어니일링공정에 있어서는, 시멘타이트가 분해하여 흑연이 결정화되지 않도록 저온조건에서 실시하여 시멘타이트를 많이 잔류하도록 한다. 이 시멘타이트가 감소하며 내마모성이 악화된다.

본 발명은 내점식성의 향상에 주안을 두는데 있으므로 내마모성의 악화에는 의미가 없는 것이다. 또 처리조건에 있어서 온도를 550-630℃로 하는 것은 550℃ 이하에서는 내부응력의 제거효과가 낮게 장시간 유지할 필요 또는 630℃ 이상에서는 효과가 포화하기 때문이다. 또, 20-60분으로 하는 것은 20분이하에서는 효과가 없고 60분이상에는 효과가 포화되는 것이다. 이어서 제3공정에서 담금질을 한다. 이 담금질은 염욕에 의한 가열로를 사용하여 실시한다. 그 온도와 유지시간은 제1도에서 빗금을 나타낸 영역(I)과 같이 점 A(950℃, 11분), B(910℃, 1분), C(870℃, 2분), D(850℃, 4분), E(850℃, 10분), F(870℃, 10분), G(950℃, 6분)으로 둘러싼 범위안의 조건에 따라 가열하고, 그런다음 기름에서 담금질을 하는 것이다. 이 범위에서 어니일링 처리된 부품은 금속소재의 시멘타이트가 대개 분해하지 않고 기지(基地)(matrix)는 완전히 마르텐사이트(martensite)가 된다. 그 다량의 시멘타이트와 그 주변의 마르텐사이트가 내점식성을 향상한다. 그리고 내마모성을 악화하지 않고, 내점식성에 우수한 주철부품을 얻을 수가 있다. 더우기 상기한 유지시간은 부품의 가장 바같 표면이 일정온도로 되고 나서의 값이다. 이 값으로 하는 이유는 가열로 및 부품의 크기, 부품의 수에 따라서 표면온도가 일정온도에 도달하기까지 수초에서 수분의 차이가 발생하기 때문이다.

상기한 담금질은 시멘타이트를 거의 분해하지 않고 기저부조직을 마르텐사이트화 하는 것으로 염욕에 의한 가열로를 사용하는 이유도 부품의 표면층(표면에서 약 5mm)이 단 시간내에 균일한 온도로 가열되며, 담금질한 다음 균질한 조직을 얻을 수 있기 대문이며, 대기로(大氣爐)에서는 온도와 가열시간에 의한 통제가 어렵고, 조직이 불균일하게 되어서 양호한 조직과 불량한 조직이 섞이기 쉽다. 더우기 제1도에 있어서의 영역(II)의 조건에서 담금질을 하면 저온 그렇지 않으면 가열시간이 짧아지므로서 시멘타이트 주변에 페라이트가 잔류하여 내점식성이 뒤떨어진다. 페라이트(frerrite)는 마르텐사이트에 비하여 강도가 약한 매드릭스(matrix)가 약체화해서 점식의 발생이 생기기 쉽고, 또, 영역(III)의 조건에서 담금질을 하면, 고온 그렇지 않으면 가열시간이 길어짐에 따라, 시멘타이트가 지나치게 분해하여 내마모성이 뒤떨어진다. 시멘타이트가 분해하여 버리면은, 통상의 주철도 변하지 않고, 내점식성도 좋도 고면압(高面●)의 마모에 양호한 부품은 얻을 수 없다. 제4공정은 담금질한 다음의 부품을 100-250℃에서 120분 이하에서 템퍼링을 하여, 마르텐사이트를 안정시키고, 여러해 지나서도 길이의 변화등을 억제하는 것이다. 상기한 100-250℃로 하는 것은 100℃이하에서는 효과가 없고 250℃이상에서는 조직이 마르텐사이트에서 없어지고(탬퍼링으로 토루타이트 도는 탬퍼링으로 소루바이트가 된다)본 발명의 조직이 얻어지지 않고 내마모성이 저하하기 때문이다. 다음에 담금질조건과 이에 대응하는 내점식성의 시험결과에 대하여 설명한다. 이 시험은 담금질조건이 다른 주철부품(tappet follower)에 대하여 모우터엔진테스트를 다음의 테스트 조건으로 실시한 것이다.

엔진회전수 : 2,000rpm

윤활유 : 10 W 30

윤활유 온도 : 80℃

스프링 하중 : 120Kg

상대캠(counter-can) : FCH/, 냉강하여, 주조한 그대로의 주물내점식성은 부품의 접동면에 육안으로 약 100μ정도 크기의 구멍이 형성되기까지의 시험시간에 따라서 구하고 있다.

[표]

(주) 200시간 경과후

한편, 내마소성의 시험결과를 제2도에 나타낸다. 이 시험은 제품(tappet follower)의 접등면에서 기지 조직이 완전히 마르텐사이트화 하고 있는 것에 대하여, 잔류하는 시멘타이트량과 마모량의 관계를 구한 것이며, 내점식성시험과 마찬가지의 테스트조건에서 100시간동안 시험한 다음의 접등면의 마모량을 계측하고 있다. 제2도에서 명백한 바와가이 조직속의 시멘타이트량이 증대함에 수반하여, 마모량이 감소하며, 내마모성에서 뛰어나고, 태핏플로워(tappet follower)에 있어서는 그 마모량을 10μ이하로 하는 것이 바람직하므로, 시멘타이트의 잔류량은 30% 이하로 하는 것이 내마모성이라는 점에서 좋지만 50%를 초과하여 많아지면 부서지게 되는 문제가 있다. 제3(a)도-제3(d)도에는, 상기한 내점식성시험에 제공한 담금질 조건이 다른 부품의 접동면의 금속조직과 현미경사진을 보여주고 있다. 제3(a)도는 담금질 처리를 하고 있지 않은 것이며, 검은 바탕은 퍼얼라이트(peralite), 흰바탕은 시멘타이트(40%)녹색이 있는 흰바탕은 중간층으로서의 페라이트이며, 이 페라이트중간층의 존재로 인하여 내점식성은 낮은 값으로 되었다. 제3(b)도는 담금질 조건이 850℃, 2분으로 제1도의 영역(II)의 범위내에 상당하는 것이며, 검은 바탕은 퍼얼라이트에서 변화한 마르텐사이트, 흰바탕은 시멘타이트(40%) 녹색이 있는 흰바탕은 페라이트이며, 이 페라이트 중간층이 잔류하고 있음에 따라, 내점식성에서 뒤떨어진다. 제3(c)도는 담금질조건이 870℃, 4분이며, 제1도의 영역(I)의 범위내에 있는 본 발명처리품에 상당하는 것으로, 검은 바탕은 마르텐사이트, 흰 바탕은 시멘타이트(40%)로서, 페라이트중간층은 소실하고 있으며, 내점식성은 향상하고 있다. 제3(d)도는 담금질조건이 870℃, 12분으로 제1도의 영역(III)의 범위내에 상당하는 것이며, 검은 바탕은 마르텐사이트, 흰바탕은 시멘타이트(25%)로서 페라이트중간층은 소실하고 있으나, 시멘타이트가 분해하여 감소하여 2차 흑연이 증가하고 있어 내마모성이 뒤떨어진다.

이상에서 설명한 바와강이 본 발명에 의하면 어니일링온도의 저하 및 염욕에 의한 담금질조건의 선택에 따라, 시멘타이트의 분해를 적게하여, 그 잔류량을 많게하고, 내마모성을 향상함과 동시에 붕소를 첨가하지 않도록 페라이트중간층의 생성을 저지하여 내점식성을 향상하며, 내마모성, 내점식성에서 다함께 뛰어난 주철부품을 제조할 수 있을 뿐 아니라 접동면 압력이 큰 사용에 있어 내구성이 향상되는 것이며, 예컨데 엔진의 태핏플로워에 사용하였을 경우에 스프링하중이 증대할 수 있음에 따라, 엔진 회전한계를 향상할 수 있는 잇점을 지니고 있다.

Claims

C 2.8-3.8%, Si 1.8-2.8%, Mn 0.5-1.0%, Cu 0.2-1.0%, Ni 0.2-1.0%, Cr 0.5-1.5%, Mo 0.4-1.5%, P＜0.15%, S＜0.1% 나머지 Fe로서 조성되어, 접동면이 시멘타이트가 30-50% 결정화하는 냉강조직으로 되도록 부품을 주조하며, 이 부품을 550-630℃에서 20-60분동안 어니일링한 다음, 기계가공하고, 다음에 염욕의 가열로에 채워넣고, 첨부도면의 제1도에서는 보는 바와같은 점 A(950℃, 1분), B(910℃, 1분), C(870℃, 2분), D(850℃, 4분), E(850℃, 10분), F(870℃, 10분), G(950℃, 6분)으로 둘러살 수 있는 범위내의 시간과 온도조건에 따라 가열하여 담금질을 하여 시멘타이트를 분해하는 일이 없이 베이스부를 마르텐사이트화하며, 나아가서 100-250℃, 120분 이하에서 탬퍼링하는 것을 특징으로 하는 내점식성이 뛰어난 주철부품의 제조방법.
제1항에 있어서, 담금질처리중 주물을 가열하는데 필요한 가열시간은, 주물의 외부면이 적절한 필요온도를 얻게되는 때의 전후 계산된 시간인 것을 특징으로 하는 내점식성이 뛰어난 주철부품의 제조방법.