KR0162964B1 - 유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법에 관한 것으로, 화학조성이 탄소 : 2.8-3.4wt%, 규소 : 2.0-2.5wt%, 망간 : 0.3wt%이하, 니켈 : 1.0-3.0wt%, 몰리브덴 : 0.1-0.3wt%, 구리 : 0.5-2.0wt%를 함유하고, 잔부는 Fe로 이루어진 구상흑연주철 원소재를 소정의 열처리 과정을 하게 된 것으로, 상부베이나이트와 잔류오스테나이트가 혼합된 기지조직중에 구상흑연조직을 갖게 되어, 고강도/고인성과 내마모특성을 동시에 얻을 수 있어 유압브레이커용 치즐로 사용하기에 적당한 것이다.

Description

유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법

제1도는 종래의 유압브레이커 치즐용 재료의 조직단면을 400배로 확대한 사진.

제2도는 본 발명에 따른 유압브레이커 치즐용 재료의 조직단면을 400배로 확대한 사진이다.

본 발명은 유압브레이커의 치즐(chisel)용 재료의 제조방법에 관한 것으로, 특히 암반 또는 토사의 파쇄작업에 사용되는 유압브레이커 치즐의 소재로 사용하기에 알맞은 강도와 내마모특성을 갖는 구상흑연 주철의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 유압브레이커는 굴삭기의 아암 끝부분에 장착되어 굴착작업에 사용되는 것으로 유압에 의해 작동되는 피스톤로드가 상하 반복운동을 하면서 치즐의 상단부를 계속 타격하므로써 발생되는 충격력에 의해 파쇄작업이 이루어지는 것이다.

이때 치즐은 피스톤로드로 부터 계속되는 굴삭기등 건설중장비의 유압브레이커 치즐용 재료에 요구되는 특성은 높은 내마모성과, 파쇄작업시 고하중에 견딜 수 있는 높은 강도 및, 파쇄작업시 치즐에 작용하는 높은 충격력에 견딜 수 있는 내충격성이 요구된다.

이와 같은 특성은 발휘하기 위해 종래 사용되어온 대표적인 실용재료의 화학성분을 표 1에 나타내었다.

상기한 표 1에서 종래재1은 Ni, Cr, Mo등의 합금원소를 소량 첨가된 SCM440계의 합금강으로 담금질과 뜨임 열처리하여 경화능을 높인 것이며, 종래재2는 종래재1에 비해 인성, 피로강도, 내마모성 향상을 위해 기존의 SCM440강재에 C, Si의 성분을 증가시키고, Ni, V, Al 등을 첨가시킨 것이다.

그러나 종래의 치즐재료는 주지하는 바와 같이, 암반파쇄 작업시 파손이 쉽게 일어날 뿐 아니라 내마모성도 낮아 수명이 3개월이하에 불과하여 사용자의 경제적 부담을 크게하는 문제점이 있다.

더욱이 최근에는 중장비의 성능향상도 요구되고 있어, 종래재보다 더욱 내마모성이 우수하고 특히 암반파쇄작업등에서도 파손되기 어려운 고인성 재료의 필요성이 높아지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴삭기등 건설중장비의 치즐재료에 요구되는 특성인 높은 내마모성과, 굴삭작없시의 고충격하중에 견딜 수 있는 높은 강도와 인성을 갖는 유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고강도, 내마모재료의 제조방법은, 구상흑연주철 원소재를 500-600℃에서 2 내지 3시간동안 염욕로 또는 불활성분위기로에서 예열하고, 900-930℃로 소정시간동안 염욕로 또는 불활성분위기로에서 오스테나이트화 가열하며, 이어서 염욕로내에서 380-420℃로 급랭시켜 오스템퍼링 항온 열처리를 하게 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 구상흑연주철 원소재가, 탄소 : 2.8-3.4wt%, 규소 : 2.0-2.5wt%, 망간 : 0.3wt%이하, 니켈 : 1.0-3.0wt%, 몰리브덴 : 0.1-0.3wt%을 함유하고, 잔부는 Fe로 이루어진 구상 흑연주철 원소재인 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예에서는 상기 원소재의 화학성분이 구리를 0.5-2.0wt%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기의 화학성분에 P을 0.03%이하, S을 0.02%이하로 미량 함유시킨 화학조성의 구상흑연주철 원소재를 사용하여 열처리하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따라 제조된 구상흑연주철은 상부베이나이트와 잔류오스테나이트가 혼합된 기지조직중에 구상흑연조직을 갖게 되어, 고강도, 고인성과 내마모특성을 동시에 얻을 수 있어 유압브레이커용 치즐로 사용하기에 적당한 것이다.

다음은 본 발명의 고강도 내마모재료를 제조하기위한 열처리공정 및 조건에 대해 설명한다.

구상흑연주철의 원소재를 아래와 같이 예열공정과, 오스테나이트 가열 공정 및 오스템퍼링공정으로 열처리하게 되는 바, 이하에서 그 조건을 상세히 설명한다.

1) 예열공정

예열공정은 제품의 변형방지를 위해 필요한 공정으로 500-600℃의 온도에서 2-3시간 유지하게 되는 바, 600℃를 초과하면 흑연조직의 성장이 일어나므로 온도를 500-600℃로 제한한다.

이때 유지시간은 제품의 크기와 두께에 따라 달라지나 제품두께 25mm당 40분을 기준으로 한다.

또한 예열시에는 표면의 탈탄을 방지하기 위해 염욕(salt bath)로 또는 불활성분위기로에서 실시한다.

2) 가열공정

가열공정은 조직을 오스테나이트시키는 공정으로 880-900℃의 온도에서 2-3시간 이상 유지하게 되는 바, 가열온도가 930℃를 초과하면 기지조직의 조대화현상등이 일어나므로 온도를 880-900℃로 제한한다.

이때 유지시간은 제품의 크기와 두께에 따라 달라지나 제품두께 25mm당 40분을 기준으로 한다.

한편 가열은 표면의 탈탄을 방지하기 위해 염욕로 또는 불활성분위기로에서 실시한다.

3) 오스템퍼링 공정

본 공정은 오스테나이트화한 조직을 템퍼링온도인 380-420℃염욕에 급랭시켜, 이 온도범위에서 항온변태 열처리를 실시함으로써 기지조직을 오스테나이트에서 치밀하고 인성이 좋은 상부베이나이트조직으로 변화시키는 공정이다.

이때 항온변태의 유지온도를 380℃이하로 하는 경우 베이나이트 조직의 인성이 낮아지며, 420℃이상으로 하는 경우는 퍼얼라이트라고 하는 조직이 형성되어 강도 및 내마모성의 확보가 곤란하므로, 본 발명에서는 온도를 380-420℃범위로 제한한다.

다음은 본 발명의 화학성분 및 각 합금원소의 함유량의 범위 및 한정이유에 대해서 설명한다.

1) 탄소

탄소는 규소와 함께 작용하여 구상흑연의 정출에 영향을 주는 원소로서, 주조성, Chill화경향, 구상흑연의 크기분포 및 기지조직에 영향을 미치게 되는 것이서 3.4wt%이상 함유시에는 치즐과 같은 두꺼운 주물에서는 조대한 흑연의 정출이 일어나기 쉽고, 2.8wt%이하함유시에는 주조성이 좋지 못하므로, 그 범위를 3.4-2.8 wt%로 한정하였다.

2) 규소

규소는 원소재의 기지조직을 페라이트화시키고 구상흑연의 정출을 촉진하는 원소로서, 2.0wt%이하에서는 Chill화 경향이 커지고, 2.5wt%이상에서는 치즐과 같은 두꺼운 주물에서는 냉각속도가 느려 조직내에 주조결함의 일종인 부상흑연(Graphite flotation)결함을 발생시킬 수 있는 유리페라이트를 형성할 수 있어, 그 함량을 2.0-2.5st%로 제한한다.

3) 망간

망간은 탄화물 생성원소로써, 유황과 결합하여 MnS라는 화합물을 형성하여 유해원소인 S를 제거해줌으로써 흑연화에 유효한 작용을 하나, 결정립계에 편석하여 장시간의 항온변태 열처리후에도 변태되지 못하고 잔류하게 되는 립계오스테나이트(grain boundry Austenite)의 형성을 조장하게 되므로, 그 함량을 가급적 낮추어 0.3wt%이내로 제한한다.

4) 유황

유황은 본 발명의 구상흑연주철 원소재의 제조에 유해한 원소로서, Mg과의 친화력이 크기때문에 구상흑연화에 필요한 Mg량을 소모시키므로 0.03wt%이하로 제한한다.

5) 인

인은 원재료중에 혼입되는 미량원소로서 0.04wt%이상 함유시 스테아다이트(steadite)조직의 Fe-FeC-FeP라는 저융점의 3원공정을 형성하여 열간 강도저하 및 취성을 일으키므로 본 발명에서는 0.04wt%이하로 그 함량을 제한한다.

6) 구리

구리는 항온변태 열처리시의 경화능을 향상시키는 것으로, 열처리 경화능 향상에 유효한 함량범위는 0.5wt%이고, 2.0wt%이상일 때는 주물주조시 Chill발생경향이 커지므로, 그 함량범위를 0.5-2.0wt%로 제한한다.

7) 니켈

본 발명의 고강도 내마모재료의 제조에 유효한 효과를 갖는 원소로서, 항온변태 열처리시의 경화능을 향상시키며 탄화물 형성을 억제하고 편석을 일으키지 않는 것으로, 열처리 경화능 향상에 유효한 범위는 1.0-3.0wt%이다.

8) 몰리브덴

몰리브덴은 항온변태 열처리시의 경화능을 향상시키나, 0.3wt%이상에서는 치즐과 같은 두꺼운 주물에서는 주물주조시 입계편석에 의해 조직의 취성이 증대되므로, 그 함량범위를 0.1-0.3wt%로 제한한다.

[실시예]

전기로(고주파유도로)에서 장입재료를 융해하여 1520℃로 용해한 후, 1500℃에서 용탕을 출탕하고, 이 온도에서 구상화처리를 실시하여 구상흑연주철재 치즐원소재를 주조하였다.

이때 원소재의 화학성분은 다음 표 2에 나타낸다.

이때 실시예 1은 구리 1.0wt%, 니켈 1.0wt%를 포함하게 되고, 실시예 2에서는 니켈 2.0wt%를 포함하고 구리는 공정상에 불가피하게 혼입되어 들어간 것으로, 니켈과 구리의 함량변화에 따른 효과를 알기위한 것이다.

그리고, 상기 표 2에서 실시예 1, 2는 각각 인, 황 및 마그네슘을 소량포함하고 있으나 이는 제조공정중 불가피하게 혼입된 것이고, 특히 인과 유황은 상기 성분함량을 제한하는 이유에서 설명했듯이 그 함량을 각각 0.04wt%, 0.03wt%이하로 제한하고 있으나, 마그네슘은 구상흑연화에 필요하므로 그 함량은 특별히 제한하지 않는다.

상기와 같은 화학성분의 치즐원소재를 표 3에 나타낸 열처리조건으로 각각 열처리하여 치즐용 고강도 고인성 내마모재료를 제작하였다.

이와같이 하여 얻어진 실시예 1, 2의 기계적성질을 종래예와 비교하여 다음 표 4에 나타낸다.

상기한 표 4로 부터 구리를 포함하고 니켈을 적게 포함한 실시예 1이 구리를 적게 포함하고 니켈을 많이 포함한 실시예 2보다 인장강도, 항복강도 및 경도가 우수한 것을 알 수 있고 단지 신율에 있어서만 실시예 2가 높으므로 구리를 포함하고 니켈을 적게 포함하는 것이 기계적 성직이 좋아지는 것을 알 수 있다.

또한 실시예 1, 2는 종래의 재료에 비해 내마모성과 내충격성이 우수한 고강도 고인성임을 알 수 있다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이고, 이를 가지고 한정적으로 해석해서는 안되며, 단지 본 발명의 진정한 정신 및 범위내에 존재하는 변형예는 모두 본 발명의 청구범위에 속하는 것이다.

Claims (2)

1. 탄소 : 2.8-3.4wt%, 규소 : 2.0-2.5wt%, 망간 : 0.3wt%이하, 니켈 : 1.0-3.0wt%, 몰리브덴 : 0.1-0.3wt%를 함유하고, 나머지가 Fe로 이루어진 구상흑연주철 원소재를 불활성분위기로에서 500-600℃의 온도로 2 내지 3시간 동안 예열한 뒤 900-930℃의 온도로 3시간 동안 오스테나이트화 가열하며, 이어서 염욕로내에서 380-420℃로 급랭시켜 3시간 동안 오스템퍼링 항온 열처리를 실시하게 된 것을 특징으로 하는 유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법.
2. 탄소 : 2.8-3.4wt%, 규소 : 2.0-2.5wt%, 망간 : 0.3wt%이하, 니켈 : 1.0-3.0wt%, 몰리브덴 : 0.1-0.3wt%, 구리 : 0.5-2.0wt%를 함유하고, 나머지가 Fe로 이루어진 구상흑연주철 원소재를 불활성분위기로에서 500-600℃의 온도로 2 내지 3시간 동안 예열한 뒤 900-930℃의 온도로 3시간 동안 오스테나이트화 가열하며, 이어서 염욕로내에서 380-420℃로 급랭시켜 3시간 동안 오스템퍼링 항온 열처리를 실시하게 된 것을 특징으로 하는 유압브레이커 치즐용 재료의 제조방법.