WO2012124899A2 - 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법 - Google Patents

내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법 Download PDF

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    • C25F1/04—Pickling; Descaling in solution
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Definitions

  • the present invention relates to a mechanical part having excellent corrosion resistance and abrasion resistance and a method for manufacturing the same.
  • a mechanical layer such as bolts and screws used in an environment requiring corrosion resistance and abrasion resistance is impregnated to produce a compound layer on the surface and to be cleaned.
  • the present invention relates to a mechanical component and a method of manufacturing the same, which are subjected to oxidation treatment to improve heat resistance and fatigue strength, and to improve corrosion resistance and wear resistance.
  • mechanical parts such as bolts and spiral-shaped screws, which are commonly used for clamping and fixing objects, require heat resistance, fatigue strength, corrosion resistance, and abrasion resistance.
  • the conventional mechanical parts are cold forged (heading, forming) and then screw-cut, quenched, tempered, so that the mechanical properties (strength and hardness) are the same as or inside the surface, or the interior is low.
  • the bonding state between the plating layer and the surface heat treatment layer was very poor in the plating treatment, so the plating treatment was not performed and the corrosion resistance was poor.
  • pickling with hydrochloric acid in the washing process for oxidation treatment the compound layer produced during boronization dissolves in the acid and is lost, and roughness is rough, so plating and oxidation are not performed.
  • the base material consisting of a ferroalloy containing carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V) to form a mechanical part
  • Cold forging (iii) is a means for cutting the base material to form the appearance of the product and to diffuse and infiltrate boron into the surface of the base material to create a boride layer to improve the surface hardness of the base material and undergo alkali cleaning, followed by oxidation treatment. Oxygen diffuses and penetrates the surface to generate an oxide layer having excellent bonding and bonding, thereby providing a mechanical component having high heat resistance, fatigue strength, and corrosion resistance and wear resistance.
  • the present invention comprises the steps of preparing a mechanical component base material made of alloy iron containing carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V); Cold forging (Heading, Former) the base material to a predetermined size and forming a spiral by thread cutting or rolling;
  • the boring treatment is a gas method using gas, a salt bath method using boron in a salt liquid, a paste method that can be applied to the surface of a product, and boron is contained in a granular powder. You can use the powder method,
  • the spirally-formed base material is placed in a jig box by a powder-treated heat treatment method using a boring powder, and nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the heat treatment furnace by injecting 5-6 times of its internal volume to 800 in a heat treatment furnace.
  • the present invention is a step of forming a spiral after cold forging a base material consisting of alloy steel containing carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V) ( ⁇ ) Iii) cold forging to form a spiral, and then to diffuse and penetrate boron into the surface of the base material to form a boride layer, with a tempered martensite or bainite or sorbite base material layer of enhanced strength, ductility and toughness, and fatigue It forms a diffusion layer that increases strength, and a boron compound layer that improves abrasion resistance and heat resistance, and undergoes alkali cleaning and then undergoes oxidation treatment to improve corrosion resistance by increasing oxidation resistance, fatigue strength, excellent corrosion resistance and wear resistance, and mechanical parts.
  • the mechanical life of bolts, screws, etc. which can reduce maintenance costs due to long lifespan without any additional plating on the surface, is obtained.
  • FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing an embodiment of the manufacturing process of the mechanical component according to the present invention.
  • FIG. 2 and 3 is a manufacturing process diagram showing the manufacturing process of the machine part of another embodiment according to the present invention
  • Figure 4 is an enlarged photograph of a part of the tissue state of the machine part formed in the manufacturing method of the present invention.
  • the present invention is to increase the heat resistance, fatigue strength of the mechanical parts such as bolts, screws, etc. used in a high heat generating environment of 400 ⁇ 900 °C particularly to have excellent durability of corrosion resistance and wear resistance.
  • Method for manufacturing a mechanical part according to the present invention carbon (C) 0.01 ⁇ 1.0%, chromium (Cr) 0.2 ⁇ 2%, molybdenum (Mo) 0.2 ⁇ 2% in the total weight ratio of iron (Fe) and iron (Fe)
  • a mechanical part base material S10 made of ferroalloy consisting of a weight ratio of 0.2 to 2% of nickel (Ni) and 0.1 to 0.8% of vanadium (V)
  • an oxidation treatment step S70 for generating an oxide layer on the surface of the base material.
  • the surface of the base material is composed of an
  • the quenching step (S3) and then the quenched base material is heated to 800 ⁇ 1000 °C in a heating furnace to quench hardened by quenching in salt 200 ⁇ 450 °C or oil 30 ⁇ 200 °C or water 25 °C (S40) ) And: a cleaning step (S50) of removing foreign substances and oil on the surface of the quenched base material; Tempering step (S60) of the cleaned base material; And an oxidation treatment step (S70) for generating an oxide layer on the surface of the tempered base material.
  • the surface of the base material is composed of an oxide layer having excellent corrosion resistance and a needle bed layer and a diffusion layer in the next layer, and have a high strength and ductility of bainite or sorbite with 71 to 220 Kg / mm 2 in strength. Or machine parts are made of Tempered Martensite.
  • the quenching step (S3) and then the quenched base material is heated to 800 ⁇ 1000 °C in a heating furnace to quench hardened by quenching in salt 200 ⁇ 450 °C or oil 30 ⁇ 200 °C or water 25 °C (S40) ) And: a cleaning step (S50) of removing foreign substances and oil on the surface of the quenched base material; Tempering of the cleaned base material (S60); And an oxidation treatment step (S70) of generating an oxide layer on the surface of the base material.
  • tempering and oxidation treatment steps are processed simultaneously, one step can be omitted, thereby reducing the cost and forming an oxide layer having excellent corrosion resistance on the surface of the base material, a needle layer and a diffusion layer on the next layer, and having an internal strength of 71 to 220 Kg / mm 2.
  • High and tough and ductile mechanical parts are made of bainite or sorbite or tempered martensite.
  • carbon (C) 0.01 ⁇ 1.0%, chromium (Cr) 0.2 ⁇ 2%, molybdenum (Mo) 0.2 ⁇ 2%, nickel (relative to the total weight ratio of iron (Fe) Ni) 0.2 ⁇ 2%, Vanadium (V) 0.1 ⁇ 0.8% by weight of the base material made of ferroalloy is used to obtain a wear-resistant metal compound layer, even during cutting and cold forging does not deform the surface and interior Machine parts can be manufactured.
  • the carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V) is made of a ferroalloy containing the metal compound layer (2) and the diffusion layer (3) on the surface of the base material at the time of impregnation And the heat treatment to facilitate the generation of the base material layer 4 which can increase the strength and the ductility.
  • a spiral is formed on a mechanical element made of mechanical parts such as the back.
  • boronizing the base material is made of a ferrous alloy containing carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V) and the spiral formed It is put in the jig box of powder-treated heat treatment furnace and nitrogen (N 2 ) gas is put in 5 ⁇ 6 times of the heat treatment furnace, and it is a means for heat treatment at the temperature of 800 ⁇ 1110 °C for 10 minutes ⁇ 30 hours in the heat treatment furnace.
  • Boron (B) is diffused and penetrated into the surface of the boride layer to create a boride (Boride) layer surface hardness of HV 800 ⁇ 2000kg / mm high wear resistance, but the boride layer thickness is 3 ⁇ 100 ⁇ m
  • the boride layer thickness is 3 ⁇ 100 ⁇ m
  • it is suitable for small parts, less than 5mm in diameter 3 ⁇ 10 ⁇ m is suitable for products of 100 ⁇ 1000mm in diameter within 100 ⁇ m but more than 100 ⁇ m may cause a problem that the boron compound layer peels during use. .
  • the precipitated base material is heated to 800 to 1000 ° C. in a heating furnace to increase strength by means of quenching and curing the salt at 200 to 450 ° C. or oil at 30 to 200 ° C. or 25 ° C. to 25 ° C. .
  • the electrolytic degreasing using the counter electrode converting the quenched base material from the alkali electrolytic aqueous solution into the negative electrode and the positive electrode is made, and alkali cleaning is performed to remove foreign substances and oil on the surface of the base material.
  • the needle bed layer formed on the surface is not lost.
  • the immersion compound layer used alkali cleaning liquid because it has strong corrosion resistance to alkali and weakly to acid, and used an alkaline cleaning liquid, and oil and foreign substances attached to the surface were degreased by electrolysis using counter electrode which converts into alkaline liquid in cathode and anode. So that the dung compound layer can be washed without being lost.
  • the alkali cleaning is performed by electric field force, and the cleaning time for increasing the degree of cleaning is preferably 10 minutes to 2 hours, and the temperature is preferably 25 ° C.
  • the tempering step (S60) of the cleaned base material by toughening at a temperature of 200 ⁇ 700 °C to soften, stabilize the structure and reduce the residual stress (toughness) to add or reduce the toughness and ductility inside the material.
  • the oxidation treatment step (S70) the oxidation treatment of blowing oxygen or steam into the heat treatment furnace to diffuse and penetrate the oxygen on the surface of the needle bed layer to produce an oxide layer excellent in bonding with the needle bed layer to increase the corrosion resistance.
  • oxidation treatment step (S70) nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the heat treatment furnace and oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 O) is blown for 10 minutes to 3 hours while maintaining a temperature of 200 to 700 ° C.
  • the oxidation treatment process adds an oxide layer on which an oxide film is formed. It is preferable that the thickness of an oxide layer shall be 1-3 micrometers.
  • the present invention consisting of the above steps and carbon (C), chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V) is composed of a ferroalloy containing iron, the spirally formed base material on the surface of the base material and the oxide layer It is formed to strengthen the strength to have a mechanical component excellent in mechanical, chemical and thermal properties such as wear resistance, corrosion resistance, heat resistance, fatigue strength, pressure resistance.
  • the present invention is the structure of the mechanical parts as shown in Figure 2 is a sorbite base material layer 10 and the diffusion layer 20, the boron compound layer 30, the oxide layer 40 is sequentially formed, which is the generation of the needle bed layer Diffusion layer 20 for forming a base material layer 10 of bainite, sorbite, or tempered martensite, which increases strength, ductility, and toughness in mechanical parts, and increases fatigue strength.
  • the boron compound layer 30 to improve the wear resistance, heat resistance
  • the oxide layer 40 to improve the corrosion resistance on the surface of the mechanical parts having excellent mechanical and chemical properties excellent in wear resistance, corrosion resistance, heat resistance, fatigue strength
  • Mechanical parts such as bolts and screws can be obtained.

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Abstract

본 발명은 특히 내식성 및 내마모성을 요구하는 환경에서 사용되는 볼트, 스크류 등의 기계부품을 침붕 처리하여 표면에 화합물 층을 생성시키고 세정을 한 다음 산화처리를 수행하여 내열성, 피로강도를 높이고 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법에 관한 것이다. 즉, 철(Fe)과 철(Fe)의 전체 중량비에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 이루어진 합금철로 되어 있는 기계부품 모재의 준비단계와; 상기 모재를 일정크기로 냉간 단조(Heading, Former)하고 나사 절삭 또는 전조 가공하여 나선을 형성하는 단계와; 상기 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더가 채워진 열처리로 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 10분~30시간 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 침붕단계와; 상기 침붕된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계와; 상기 세정된 모재를 열처리로 내에 장입하고 질소(N2)가스를 불어 넣은 후 200~700℃의 온도를 유지하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 불어 넣는 산화처리공정으로 산화층을 생성시키는 산화처리단계;를 포함하여서 된 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법을 특징으로 한다.

Description

내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법
본 발명은 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 내식성 및 내마모성을 요구하는 환경에서 사용되는 볼트, 스크류 등의 기계부품을 침붕 처리하여 표면에 화합물 층을 생성시키고 세정을 한 다음 산화처리를 수행하여 내열성, 피로강도를 높이고 내식성 및 내마모성이 개선된 기계부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 기계부품중에서 물건을 죄어서 고정시키는 목적으로 흔히 사용하는 볼트 및 회전축 끝에 나선면을 이룬 스크류 등과 같은 기계부품은 내열성, 피로강도, 내식성 및 내마모성이 요구된다.
특히, 400~900℃의 고열이 발생하는 환경에서 사용되는 기계부품의 경우에는 내식성과 내마모성이 취약하여 내구성을 크게 떨어뜨리는 원인이 되었다.
즉, 종래의 기계부품은 냉간 단조(헤딩, 포밍)후 나사 절삭하고 담금질, 뜨임 처리하여 기계적 성질(강도, 경도)이 표면과 내부가 동일하거나 내부가 낮은 문제점이 있고, 기계부품의 표면과 내부의 강도를 높이기 위해 표면 침붕 열처리와 담금질 뜨임한 것은 도금 처리 시에 도금층과 표면 열처리 층과의 본딩(Bonding)상태가 매우 좋지 않아 도금처리가 되지 않고 내식성이 떨어지게 되었는바, 이는 침붕 후 도금처리와 산화처리를 하기 위해 세정공정에서 염산을 이용하여 산세를 하면 보로나이징 시 생성된 화합물층이 산에 녹아 소실되고, 조도가 거칠어 도금, 산화처리가 되지 않아 발생하는 문제이었다.
이를 감안하여 기계부품의 표면을 열처리 없이 모재의 강도만 높이면 취성이 있어 약한 토크(Torque)에서도 쉽게 부서지는 등 내구성이 떨어지기 때문에 표면 경도가 낮은 기계부품은 쉽게 마모되고, 볼트의 경우는 고정 시에 볼트머리 또는 나선이 무너지는 현상이 빈번하게 발생하였다. 또한 고열 발생 환경에서는 쉽게 경도, 경화층이 떨어지고 무너져 조건에 따라 수명이 단축되고 약한 체결 토크(Torque)에 의해 가공품의 불량이 발생되고 생산성이 떨어지며 유지 보수비가 과다하게 발생되는 등의 문제점도 아울러 발생하였다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 기계부품을 성형하기 위하여 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 이루어진 모재(母材)를 냉간 단조하여 모재를 절삭가공, 제품의 외관을 형성하고 모재의 표면에 붕소를 확산 침투시켜 붕소화물 층을 생성시키는 수단으로 모재의 표면 경도를 향상시키고 알칼리 세정을 거친 다음 산화처리를 수행하여 표면에 산소가 확산 침투하여 침붕층과 본딩(Bonding)이 우수한 산화층을 생성시켜 내열성, 피로강도를 높이고 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품을 제공함에 있다.
본 발명은 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 되어 있는 기계부품 모재의 준비단계와; 상기 모재를 일정크기로 냉간 단조(Heading, Former)하고 나사 절삭 또는 전조 가공하여 나선을 형성하는 단계와; 보로나이징 단계가 있는데, 상기 보로나이징 처리는 가스를 활용한 가스법, 염 액체 속에 붕소를 활용한 염욕법, 제품 표면에 발라서 사용할 수 있는 페이스트법, 그레뉴얼 타입의 분말 속에 붕소가 내포 있는 분말법등을 사용할 수 있으며,
상기 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더를 사용한 분말법으로 파우더가 채워진 열처리로 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 10분~30시간 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 침붕단계와; 상기 침붕된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계와; 상기 세정된 모재를 열처리 뜨임 로 내에 장입하고 질소(N2)가스를 불어 넣은 후 200~700℃의 온도를 유지하여 뜨임 하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 불어 넣는 산화처리공정으로 산화층을 생성시키는 산화처리단계;를 동시에 수행하는 것을 포함하여서 된 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품 및 그 제조방법을 특징으로 한다.
본 발명은 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 이루어진 모재를 냉간 단조한 후 나선을 형성하는 단계합금철로 이루어진 모재(母材)를 냉간 단조하여 나선을 형성한 다음 모재의 표면에 붕소를 확산 침투시켜 붕소화물 층을 생성시키는 수단으로 강도와 연성, 인성을 강화시킨 뜨임 마르텐싸이트 또는 베이나이트 또는 솔바이트 모재층과, 피로 강도를 증가시키는 확산층과, 내마모성, 내열성을 향상시키는 붕소 화합물층을 형성하게 됨과 아울러 알칼리 세정을 거친 다음 산화처리를 수행하여 내식성을 향상시킨 산화층으로 내열성, 피로강도를 높이고 내식성 및 내마모성이 우수하며 기계부품의 표면에 별도의 도금을 하지 않고 수명이 길어 유지 보수 비용이 절감될 수 있는 볼트, 스크류 등의 기계부품을 얻게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 기계부품의 제조과정을 실시예로 나타낸 제조공정도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 기계부품의 제조과정을 나타낸 제조공정도
도 4는 본 발명의 제조방법에 형성된 기계부품의 조직상태를 일부 확대 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 특히 400~900℃의 고열이 발생하는 환경에서 사용되는 볼트, 스크류 등의 기계부품의 내열성, 피로강도를 높이고 내식성 및 내마모성이 우수한 내구성을 갖도록 함에 있다.
본 발명에 따른 기계부품의 제조방법은, 철(Fe)과 철(Fe)의 전체 중량비에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 이루어진 합금철로 이루어진 기계부품 모재의 준비단계(S10)와; 상기 모재를 일정크기로 절삭가공, 냉간 단조(Heading, Former)하여 제품의 용도에 적합한 형상, 나선을 형성하는 단계(S20)와; 상기 나선이 형성된 모재의 표면에 붕소화물 층을 생성시키는 침붕단계(S30)와; 상기 침붕된 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와; 상기 모재의 표면에 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);로 제조함을 특징으로 한다. 상기 모재의 표면에는 내식성이 우수한 산화층과 다음 층에는 침붕층, 확산 층으로 이루어지게 되고 내부에는 연한 펄라이트(Pearlite)조직과 페라이트조직(Ferrite)으로 되는 변태가 없어 변형이 없는 기계부품이 제조된다.
또, 상기 침붕 단계(S3)를 거친 다음 상기 침붕된 모재를 가열로에서 800~ 1000℃로 가열하여 염 200~450℃ 또는 오일 30~200℃ 또는 물 25℃에 급냉하여 경화시키는 담금질 단계(S40)와: 상기 담금질된 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와; 상기 세정된 모재의 뜨임단계(S60)와; 상기 뜨임된 모재의 표면에 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);로 제조하는 것을 포함할 수 있다. 상기 모재의 표면에는 내식성이 우수한 산화층과 다음 층에는 침붕층, 확산 층으로 이루어지게 되고 내부에는 강도가 71~220 Kg/㎟으로 높고 인성과 연성이 있는 베이나이트(Bainite)또는 솔바이트(Sorbite)혹는 뜨임 마르텐싸이트 조직(Temperd Martensite)으로 된 기계부품이 제조된다.
또, 상기 침붕단계(S3)를 거친 다음 상기 침붕된 모재를 가열로에서 800~ 1000℃로 가열하여 염 200~450℃ 또는 오일 30~200℃ 또는 물 25℃에 급냉하여 경화시키는 담금질 단계(S40)와: 상기 담금질된 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와; 상기 세정된 모재의 뜨임단계(S60); 및 상기 모재의 표면에 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);를 동시에 수행하여 제조하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 뜨임과 산화처리 단계를 동시에 처리하므로 한 단계를 생략할 수 있어 원가 절감하면서 모재의 표면에는 내식성이 우수한 산화층과 다음 층에는 침붕층, 확산 층으로 이루어지게 되고 내부에는 강도가 71~220Kg/㎟으로 높고 인성과 연성이 있는 베이나이트(Bainite)또는 솔바이트(Sorbite)혹는 뜨임 마르텐싸이트 조직(Temperd Martensite)으로 된 기계부품이 제조된다.
상기 기계부품 모재의 준비단계(S10)에서는, 철(Fe)의 전체 중량비에 대하여 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 포함되어 있는 합금철로 이루어진 모재를 사용함으로서 내마모성을 가진 금속 화합물층을 얻을 수 있고 절삭 가공, 냉간 단조시에도 표면 및 내부가 변형되지 않는 기계부품을 제조할 수 있게 된다.
상기 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 이루어지도록 한 것은 침붕시에 모재의 표면에 금속 화합물층(2)과 확산층(3) 및 열처리를 하므로 강도와 인성 연성을 높일 수 있는 모재층(4)의 생성이 용이하도록 함에 있다.
상기 모재의 나선을 형성하는 단계(S20)에서는, 코일(Coil) 또는 환봉 소재를 절삭가공, 냉간 단조(Heading, Former) 한 다음 규정된 치수의 제품으로 나사 절삭 및 전조 가공하는 수단으로 볼트, 스크류 등의 기계부품으로 이루어진 기계요소에 나선을 형성하게 된다.
상기 침붕단계(S30)에서는, 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 이루어지고 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더가 채워진 열처리로의 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 10분~30시간 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 수단으로 표면 경도가 HV 800~2000kg/㎟로 높은 내마모성을 갖도록 하되 붕소화물 층의 두께는 3~100㎛로 함이 바람직하며, 이는 소형 부품, 직경 5mm이하는 3~10㎛가 적합하고 직경이 100~1000mm제품은 100㎛ 이내가 적합하나 100㎛ 이상은 사용도중 붕소화합물 층이 박리 현상이 일어나 문제가 될 수 있다.
상기 담금질 단계(S40)에서는, 상기 침붕된 모재를 가열로에서 800~1000℃으로 가열하여 염 200~450℃ 또는 오일 30~200℃ 또는 물 25℃에 급냉하여 경화시키는 수단에 의해 강도를 높이게 된다.
상기 세정단계(S50)에서는, 담금질된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 알칼리 세정이 이루어져서 모재의 표면에 생성된 침붕층이 소실되지 않도록 한다. 상기 침붕 화합물층은 알카리에 내식성이 강하고 산에는 약해 쉽게 소실되는 성질을 이용하여서 알카리 세정액을 사용하였고 표면에 부착된 오일 및 이물질은 알카리 액속에 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해로 이물질 탈지가 용이하게 되어 침붕 화합물 층은 소실되지 않고 세정할 수 있다.
상기 알칼리 세정은 전계력으로 세정하는 것으로 세정정도를 높이기 위한 세정시간은 10분~2시간으로 하며 온도는 25℃로 함이 바람직하다.
상기 세정된 모재의 뜨임단계(S60)에서는, 200~700℃의 온도에서 뜨임 하여 조직을 연화, 안정시키고 잔류 응력(應力)을 감소시키는 수단으로 재료 내부에 인성과 연성을 가감한다.
상기 산화처리단계(S70)에서는, 열처리로 내에 산소 또는 스팀을 불어 넣는 산화처리를 하여 침붕층 표면에 산소가 확산 침투하여 침붕층과 본딩이 우수한 산화층을 생성시켜 내식성을 증가시키게 된다.
상기 산화처리단계(S70)에서는, 열처리로 내에 질소(N2)가스를 투입하고 200~700℃의 온도를 유지하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 10분~3시간 동안 불어 넣는 산화처리공정으로 산화피막이 형성된 산화층을 생성시키게 된다. 산화층의 두께는 1~3㎛로 함이 바람직하다.
상기와 단계로 이루어진 본 발명은 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 바나듐(V)이 포함된 합금철로 이루어지고 나선이 형성된 모재의 표면에 침붕층과 산화층이 형성되어 강도를 강화시켜 내마모성, 내식성, 내열성, 피로강도, 내압강도 등의 기계적, 화학적, 열적 성질이 우수한 기계부품을 갖게 된다.
이러한 본 발명은 도 2와 같이 기계부품의 조직은 솔바이트 모재층(10)과 확산층(20), 붕소 화합물층(30), 산화층(40)이 순차적으로 형성되는 것으로, 이는 상기 침붕층이 생성되면서 기계부품에 강도와 연성, 인성을 강화시킨 베이나이트(Bainite)또는 솔바이트(Sorbite)혹는 뜨임 마르텐싸이트 조직(Temperd Martensite)의 모재층(10)을 형성하고, 피로 강도를 증가시키는 확산층(20)과, 내마모성, 내열성을 향상시키는 붕소 화합물층(30)을 형성하게 됨과 아울러 기계부품의 표면에 내식성을 향상시킨 산화층(40)을 형성함으로서 내마모성, 내식성, 내열성, 피로 강도가 우수한 기계적, 화학적 성질을 가진 볼트, 스크류 등의 기계부품을 얻을 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

Claims (5)

  1. 철(Fe)과 철(Fe)의 전체 중량비에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 이루어진 합금철로 되어 있는 기계부품 모재의 준비단계(S10)와;
    상기 모재를 일정크기로 냉간 단조(Heading, Former)하고 나사 절삭 또는 전조 가공하여 나선을 형성하는 단계(S20)와;
    상기 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더가 채워진 열처리로 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 10분~30시간 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 침붕단계(S30)와;
    상기 침붕된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와;
    상기 세정된 모재를 열처리로 내에 장입하고 질소(N2)가스를 불어 넣은 후 200~700℃의 온도를 유지하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 10분~3시간 동안 불어 넣는 산화처리공정으로 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품의 제조방법.
  2. 철(Fe)과 철(Fe)의 전체 중량비에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 이루어진 합금철로 되어 있는 기계부품 모재의 준비단계(S10)와;
    상기 모재를 일정크기로 냉간 단조(Heading, Former)하고 나사 절삭 또는 전조 가공하여 나선을 형성하는 단계(S20)와;
    상기 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더가 채워진 열처리로 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 40분~100분 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 침붕단계(S30)와;
    상기 침붕된 모재를 가열로에서 800~1000℃로 가열하고 이를 급냉하여 경화시키는 담금질 단계(S40)와;
    상기 담금질된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와;
    상기 세정된 모재를 200~700℃의 온도로 가열하고 이를 상온에서 냉각시키는 뜨임단계(S60)와;
    상기 뜨임된 모재를 열처리로 내에 장입하고 질소(N2)가스를 불어 넣은 후 200~700℃의 온도를 유지하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 10분~3시간 동안 불어 넣는 산화처리공정으로 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품의 제조방법.
  3. 철(Fe)과 철(Fe)의 전체 중량비에 탄소(C) 0.01~1.0%, 크롬(Cr) 0.2~2%, 몰리브덴(Mo) 0.2~2%, 니켈(Ni) 0.2~2%, 바나듐(V) 0.1~0.8%의 중량비로 이루어진 합금철로 되어 있는 기계부품 모재의 준비단계(S10)와;
    상기 모재를 일정크기로 냉간 단조(Heading, Former)하고 나사 절삭 또는 전조 가공하여 나선을 형성하는 단계(S20)와;
    상기 나선이 형성된 모재를 보로나이징(Boronizing) 파우더가 채워진 열처리로 지그 박스에 넣고 질소(N2)가스를 열처리로 내용적의 5~6배를 투입하여 열처리로 내에서 800~1110℃의 온도에서 40분~100분 동안 열처리하는 수단으로 모재의 표면에 붕소(B)를 확산 침투시켜 붕소화물(Boride) 층을 생성시키는 침붕단계(S30)와;
    상기 침붕된 모재를 가열로에서 800~1000℃로 가열하고 이를 급냉하여 경화시키는 담금질 단계(S40)와;
    상기 담금질된 모재를 알카리 전해 수용액에서 음극, 양극으로 전환하는 대전극을 이용한 전기분해탈지가 이루어지도록 하여 모재의 표면에 있는 이물질과 오일을 제거하는 세정단계(S50)와;
    상기 세정된 모재를 200~700℃의 온도로 가열하고 이를 상온에서 냉각시키는 뜨임단계(S60); 및
    상기 뜨임처리를 하면서 열처리로 내에 질소(N2)가스를 불어 넣은 후 200~700℃의 온도를 유지하면서 산소(O2) 또는 수증기(H2O)를 10분~3시간 동안 불어 넣는 산화처리공정으로 산화층을 생성시키는 산화처리단계(S70);를 동시에 수행하는 것을 포함하여서 됨을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품의 제조방법.
  4. 상기 제 1항 내지 제3항중에서 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품.
  5. 기계부품에 있어서,
    기계부품의 조직이 펄라이트와 페라이트 또는 베이나이트 또는 뜨임 마르텐싸이트 또는 솔바이트 조직 중 어느 하나를 갖는 모재층(10)과 확산층(20), 붕소 화합물층(Fe2B)(30), 산화층(Fe3O4)(40)이 순차적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내식성 및 내마모성이 우수한 기계부품.
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