KR980009491A - 로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금 및 그 제조방법 - Google Patents

로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉동공조기기에 적용되는 로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금 및 제조 방법에 관한 것으로서 0.5∼2.5% 탄소, 0.3∼2.0% 인, 1∼15% 몰리브덴 나머지 철의 조성을 갖는 것이다.

Description

로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금 및 그 제조방법
제1도는 본 발명의 합금으로 제조되는 베인이 장치된 롤링 피스톤형 로타리식 압축기의 개략적인 구조도.
제2도는 실시예 소결합금의 경화 열처리후 광학현미경 조직(배율×1000)으로 1은 Fe-Mo 입자, 2는 경질 복합 탄화물 입자, 3은 기지조직을 각각 나타낸다.
본 발명은 냉동공조기기에 적용되는 로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결 합금 및 제조 방법에 관한 것이다.
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술
로타리식 압축기에서 베인은 실린더 내 베인 홈에서 왕복운동하면서 압축실과 흡입실을 구분하는 밸브 기능을 가진다. 제1도는 본 발명의 주 대상이 되는 롤링 피스톤형 로타리식 압축기의 개략적인 구조도를 나타낸 것으로, 베인, 피스톤, 실린더 및 양측면의 상, 하부의 베어링 플레이트 등에 의해 형성되는 공간에서 샤프트에 의해 편심 회전하는 피스톤의 위치에 따라 냉매가 흡입되어 압축된 후 밸브를 통해 도출되는 기구를 가지고 있다. 이때 베인은 흡입된 냉매 가스의 저압실과 고압실을 구분하는 벽으로서 기밀성이 중요한 요구 특성이 되며 상당한 접촉하중으로 맞닿아 있는 피스톤과의 마모 특성 및 실린더와의 마모 특성 등도 요구 특성 중 중요하게 고려되는 부분이다. 또한 베인과 실린더는 미소한 간극으로 서로 조립되어 있어서 사용도중 시효 변형에 의해 베인의 두께가 팽창할 경우 실린더에 끼이게 되는 결합이 발생하게 된다. 그 외에도 높은 강성과 경량성이 요구되며 특히 기존 베인 소재와의 가격 경쟁력은 대체 개발 소재의 적용 여부를 좌우하는 결정적인 요건이 되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이와같은 다양한 요구 특성을 만족함은 물론 기존베인 적용 소재인 고가의 용제재 고속도 공구강을 소재비 및 후가공비 면에다 보다 저가인 내마모성 철계소결합금으로 대체 적용하고자 함에 있다.
[발명이 이루고자하는 기술적 과제]
본 발명의 특징은 베인 제조에 있어 내마모성을 향상시키고 최종 마무리 경면가공 이전의 중간 소재를 제조함에 있어 기계절삭가공 공정을 최소화하기 위해 분말야금법을 적용한 것이다. 이러한 분말야금법을 적용함에 있어서도 공정 원가 및 작업의 편이성을 고려하여 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 인(P), 탄소(C) 등의 원소들을 적절히 배합함으로써 고속도공구강분말의 소결이 고진공분위기 및 1200℃이상의 고온에서만 가능한데 반하여 일반적인 보호 가스 분위기 및 비교적 낮은 온도(1,120℃)에서도 95%이상의 높은 소결밀도에 도달하도록 하고 아울러 적정 크기 및 분포를 갖는 탄화물을 형성시켜 소재의 강성과 내마모성을 향상시키고자 하였으며 더욱 내마모성을 배가시키기 위해 적량의 금속간 화합물인 Fe-Mo 분말을 경화재로 분산시킨 것을 요지로 한다. 또한 기지의 경도 향상을 통한 내마모성 개선을 위해 공정비가 저렴한 일반 경화 열처리 법을 적용한 것도 본 발명의 특징이다.
[발명의 구성 및 작용]
탄소는 소결 중에 철, 인, 몰리브덴과 함께 철-인-탄소, 철-몰리브덴-탄소 및 철-인-몰리브덴-탄소 등의 액상화합물을 형성하여 소결을 촉진시킴으로써 고밀도화를 도모한다. 또한 소결 완료한 합금 내에 각종 복합 탄화물을 형성시킴은 물론 기지내에 고요되어 열처리 후 기지경도를 증가시킴으로써 소재의 강성과 내마모성 향상에 기여한다. 탄소의 적정 첨가량은 0.5∼2.5%, 0.5%이하에서는 탄화물 형성량이 적고 기지의 경화도가 미흡하며 2.5%이상에서는 소결중 과다한 액상의 형성으로 형상 유지가 곤란하며 탄화물 형성량이 많이 기계가공이 매우 어렵게 된다.
인은 소결 중에 철, 탄소와 함께 액상화합물을 형성하여 소결을 촉진시킴으로써 고밀도화를 도모하며 아울러 매우 경한 복합탄화물을 형성하는데 기여한다. 인의 적정한 첨가량은 0.3∼2.0%로 0.3%이하에서는 액상 생성량이 부족하여 고밀도화에 대한 기여가 미흡하여 2.0%이상에서는 액상 생성량이 과다하여 형상 유지가 곤란하고 매우 경한 복합 탄화물이 과다하게 형성됨으로써 기계가공성을 해칠 뿐만 아니라 매우 취약하게 된다.
몰리브덴은 소결 중에 철, 탄소와 함께 액상화합물을 형성하여 소결을 촉진시킴으로써 고밀도화를 도모하며 소결 중 강력한 탄화물 형성원으로 작용하여 복합탄화물을 형성시킨다. 또한 기지내에 고용되어 열처리 경화능을 향상시키며 페라이트(ferrite)안정화 원소로 작용하여 잔류 오스테나이트(austenite) 형성을 억제함으로써 시효 변형을 최소화한다. 몰리브덴의 적정 첨가량은 1∼1.5%로, 1%이하에서는 탄화물 형성량이 적어 내마모성 합금으로 부적합하며 15%이상에서는 과다한 탄화물이 형성되어 취성을 갖게 되며 기계가 공성이 나빠지게 된다. 또한 고융점 금속인 몰리브덴 첨가량이 많아지게 되면 분말 제조가 어려우므로 몰리브덴이 고가이기 때문에 원재로 가격이 상승하게 된다.
Fe-Mo은 소결중에 형성되는 미세한 경질 복합탄화물과 함께 내마모성을 더욱 향상시키기 위해 첨가되는 경질입자 (1,100∼1,300DPH)로서 적정 첨가량은 1∼10%이다. 1%이하에서는 분산경화재로의 역할이 미흡하며 10%이상이 첨가되면 기계가공성이 극히 나빠짐은 물론 고가이기 때문에 원재료 가격이 상승하게 된다.
본 발명의 제조방법으로서 원재료 분말 혼합 : 적정량의 철-몰리브덴, Fe₃P, 혹연, Fe-Mo 및 윤활제를 일반 V-cone형 또는 Double-cone형 혼합기에서 20∼60분동안 혼합한다. 이때 특수한 결합제를 첨가하여 혼합할 경우 편석이 없는 균일한 혼합체를 얻을 수 있다.
분말성형 : 혼합완료된 원료분말의 적정 성형압은 5∼8ton/㎠로 5ton/㎠이하에서는 소결후 고밀도를 얻을 수 없으며 8ton/㎠이상에서는 소결밀도가 더 이상 증가하지 않고 금형 파손의 위험성이 급격하게 커지게 된다.
소결 : 소결분위기로는 진공, 분해암모니아 가스, 수소가스 등이 사용될 수 있으나 소결공정의 편이성, 공정가 절감, 탈탄 방지 등을 위해 질소기 가스(질소 : 85∼95%, 수소 : 5∼15%) 또는 질소기 가스에 탈탄 방지를 위해 미량의 침탄성 가스가 혼합된 분위기가 바람직하다. 적정 소결온도로는 1,100∼1,170℃로, 1,100℃이하에서는 소결중 액상생성량이 적어 고밀도의 제품을 얻을 수 없으며 1,170℃이상에서는 소결밀도가 증가하지 않고 Fe-Mo의 급격한 분해가 일어난다. 또한 과도한 액상이 형성되어 건전한 형상 유지가 곤란하며 복합탄화물도 조대하게 성장한다.
경화열처리 : 소결후 냉각을 빠르게 함으로써 높은 경도값을 얻을 수 있으나 실제 양산용 소결로의 경우 정밀한 냉각 속도의 조절이 쉽지 않기 때문에 균일한 경도값을 얻기 위해서는 소결후 경화 열처리가 필요하다. 진공 열처리도 가능하지만 공정의 편이성 및 공정가 절감을 위해 일반 가스식 경화 열처리가 바람직하며 오스테나이징 온도범위는 800∼900℃가 적절하다. 냉각은 제품의 균열 및 변형방지를 위해 50∼60℃로 유지된 기름에서 실시하며 탬퍼링은 100∼200℃의 저온 탬퍼링을 적용하는 것이 바람직하다.
[실시예]
▩ 조성 (중량%)
- 흑 연 : 1.15%
- 인 : 0.6%
- 몰리브덴 : 10%
- Fe-Mo : 5%
- 철 : 나머지
▩ 시편제조공정
- 성 형 : 성형압력 6ton/㎠(성형밀도 : 6.5g/㎤)
- 소 결 : 1,130℃×30분(질소기 가스 : 질소 90%, 수소 : 10%)
- 열처리 : 오스테나이징(850℃×60분)→유냉(50℃)→탬퍼링(160℃×80 분)
▩ 시편물성 및 내마모시험 결과
▩ 마모시험방법 및 조건
♤ 시험기
PIN ON DISK 식 마모시험기
PIN(시험대상 시편 : 5×5×15mm)
DISK(SKD 11-HRC 61 : φ80×8mm)
♤ 시험조건
건조시험
하중 : 200g(압력 : 40kg/㎠)
PIN 주행속도 : 0.4, 1m/sec
PIN 주행거리 : 25,000m

Claims (3)

  1. 0.5∼2.5% 탄소, 0.3∼2.0% 인, 1∼15% 몰리브덴 나머지 철의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합탄화물 경화형의 로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금.
  2. 제1항 합금을 기지로 하고 내마모성을 더욱 향상시키기 위해 제1항 합금에 대해 1∼10% Fe-Mo 입자를 분산시킨 것을 특징으로 하는 복합경화형(복합탄화물+Fe-Mo) 입자 로타리식 압축기 베인용 내마모성 철계소결합금.
  3. 양산성 및 제조원가를 고려하여 질소, 수소가스 등을 보호분위기로 사용하는 양산형 연속소결로의 적용과 일반 철계소결조건(1150℃ 이하×60분 이하) 및 경화열처리조건(900℃이하)을 제1, 2항 소결합금제조에 적용함을 특징으로 하는 로타리식 압축기 베인용 내마모성 체계소결합금의 제조방법.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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CN104520588A (zh) * 2012-10-25 2015-04-15 株式会社理研 旋转式压缩机用叶片

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