KR20090061403A

KR20090061403A - 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강

Info

Publication number: KR20090061403A
Application number: KR1020070128407A
Authority: KR
Inventors: 최연창
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-16

Abstract

본 발명은 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강에 관한 것으로서, 자동차 부품 중 우수한 피삭성이 필요한 애뉼러스 기어용 소재로서, 제품품질이나 제품실수율 을 향상시킬 수 있는 Bn-Bi계 쾌삭강에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.21∼0.23중량%, 규소(Si) 0.23∼0.27중량%, 망간(Mn) 0.86∼0.90중량%, 인(P) 0.025중량% 이하, 황(S) 0.015∼0.025중량%, 크롬(Cr) 1.21∼1.25중량%, 알루미늄(Al) 0.020~0.030중량% 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 피삭성 위한 BN 형성을 위해 첨가 원소로 보론(B) 0.0050~0.0070중량% 및 질소(N₂) 0.010~0.015중량%, 비스므스(Bi) 0.15중량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강을 제공한다.

쾌삭강, 애뉼러스 기어, 피삭성, Bn, Bi

Description

애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강{Composition for manufacturing Annulus Gear}

본 발명은 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 부품중 우수한 피삭성을 요구하는 애뉼러스 기어 제조를 위하여, 철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S, Cr Al 의 정확한 조성범위을 규정하는 한편, 피삭성 향상 효과가 우수한 B 및 N, Bi 을 첨가한 조성물을 제공함으로써, 기존의 납 또는 황을 첨가한 강의 환경적 유해요소 및 가공시 생기는 표면 흠집 및 균열 발생을 해결할 수 있도록 한 애뉼러스 기어 제조용 Bn-Bi계 쾌삭강에 관한 것이다.

쾌삭강은 고강도 및 정밀한 부품에 많이 쓰이는 소재로서, 우수한 피삭성을 가지는 점에 특징이 있으며, 이는 강내의 존재하는 개재물에 의해 공구가 강재와 접촉할 때 접촉하는 부위에서 개재물들이 접촉부에 발생하는 열로 인해 용융되어 공구의 윤활작용을 돕고, 크랙 공급원으로도 작용하는 역할로 인한 것이다.

일반적으로, 쾌삭강의 피삭성을 높이기 위하여 첨가하는 것을 피삭성 향상원소를 첨가하는데 가장 대표적인 것이 납이다.

납이 널리 쓰이는 이유는 철에 비하여 그 용해도가 낮아 금속성 개재물로 존재하기가 용이할 뿐만 아니라, 융점이 낮아 쉽게 용융되어 윤활작용을 할 수 있기 때문이다.

그러나, 납은 인체에 유해하기 때문에 이를 대체할 필요성이 오래 전부터 제기되어 왔고, 이러한 요구에 대응하여 황을 첨가하여 MnS 개재물을 형성하는 강재가 개발되었으나, 이 또한 MnS 개재물의 특성상 강의 제조 및 절삭시 표면 흠집 및 균열을 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 단점을 해결하기 위한 것으로, 납 또는 황이 첨가된 강과 비교할 때 동등이상의 피삭성을 가지고, 납과 같은 인체에 유해한 요인을 가지고 있지 않으며, 제조 및 절삭시 표면 흠집 및 균열을 줄이는 방안으로 육방정 구조를 갖는 백색의 BN 윤활성에 의해 우수한 쾌삭성을 제공할 수 있고, 또한 저융점 금속인 비스므스을 첨가하여 복잡한 구조와 가공이 많은 기어용 소재에 적합한 BN-Bi 계 쾌삭강을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.21∼0.23중량%, 규소(Si) 0.23∼0.27중량%, 망간(Mn) 0.86∼0.90중량%, 인(P) 0.025중량% 이하, 황(S) 0.015∼0.025중량%, 알루미늄(Al) 0.020~0.030중량% 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 피삭성 위한 BN 형성을 위해 첨가 원소로 보론(B) 0.0050~0.0070중량% 및 질소(N₂) 0.010~0.015중량%, 비스므스(Bi) 0.15중량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강을 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S, Cr Al 의 정확한 조성범위을 규정하는 한편, 피삭성 향상 효과가 우수한 B, N 과 Bi 을 첨가한 조성물을 제공함으로써, 기존의 납 또는 황 을 첨가한 강의 환경적 유해요소 및 가공시 생기는 표면흠 및 균열 발생을 해결할 수 있고, 특히 피삭성 증가에 효과가 있다.

또한, 제조 및 절삭시 표면 흠집 및 균열을 줄이는 방안으로 육방정 구조를 갖는 백색의 BN 윤활성에 의해 우수한 쾌삭성을 제공할 수 있고, 저융점 금속인 비스므스을 첨가하여 복잡한 구조와 가공이 많은 기어용 소재에 적합한 잇점이 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 철을 기재로 하고 여기에 C, Si, Mn, P, S, Cr Al 의 정확한 조성 범위을 규정하는 한편, 피삭성 향상 효과가 우수한 B 및 N, Bi 을 첨가한 조성물을 제공함으로써, 납 또는 황이 첨가된 강과 비교할 때 표면 흠집 및 균열 발생을 방지하면서 동등이상의 피삭성을 가지고, 납과 같은 환경적 유해요소를 배제시킬 수 있으며, 백색의 BN 윤활성에 의해 우수한 쾌삭성을 제공할 수 있도록 한 BN-Bi 계 쾌삭강을 제공하고자 한 것으로서, 그 함량비를 보면 철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.21∼0.23중량%, 규소(Si) 0.23∼0.27중량%, 망간(Mn) 0.86∼0.90중량%, 인(P) 0.025중량% 이하, 황(S) 0.015∼0.025중량%, 알루미늄(Al) 0.020~0.030중량% 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 피삭성 위한 BN 형성을 위해 첨가 원소로 보론(B) 0.0050~0.0070중량% 및 질소(N₂) 0.010~0.015중량%, 비스므스(Bi) 0.15중량% 이하가 함유된다.

여기서, 본 발명의 쾌삭강에 함유된 각 성분의 첨가 및 함량 한정 이유를 설명하면 다음과 같다.

(1) 탄소(C) : 0.21∼0.23중량%

탄소는 화학성분 중 가장 강력한 침입형 기지강화 원소로 탄소량이 높을수록 강도는 상승하며, 부품의 표면조도 및 성질을 확보 하기 위하여도 0.2중량% 이상 첨가되어야 하지만 0.23중량%를 초과하게 되면 펄라이트조직이 증가하며 피삭성을 감소시키므로, 본 발명에서는 0.21∼0.23중량%로 한정한다.

(2) 규소(Si) : 0.23∼0.27중량%

규소는 SiO₂ 복합산화물을 형성하기 때문에 피삭성을 향상시키는 피삭성 향 상 원소로 작용할 수 있으나, 0.30중량%를 초과하게 되면 SiO₂의 단독개재물이 생성 될 가능성이 있으며, 이는 융점과 경도를 상승시켜 공구의 마모를 초래할 수 있으므로, 본 발명에서는 0.23∼0.27중량%로 제한한다.

(3) 망간(Mn) : 0.86∼0.90중량%

망간은 MnS 개재물을 형성하여 피삭성을 향상시키나, 0.90중량% 이상 첨가하면 페라이트 고용을 강화시켜 피삭성을 저감시키므로, 0.86∼0.90중량%로 제한하기로 한다.

(4) 인(P) : 0.025중량% 이하

인은 Fe₃P라는 화합물을 형성한다. 이 화합물은 극히 취약하고 편석되어 있어, 충격 저항을 저하시키므로 0.025중량%로 제한한다.

(5) 황(S) : 0.015∼0.025중량%

황은 MnS 개재물을 형성하여 피삭성을 향상시키며 BN의 핵 생성 사이트(Site)의 역할을 하게 되며, 이 역할을 위해 0.02중량% 정도의 함량이 필요하다.

그러다, 너무 과다하게 첨가하게 되면 고온연성이 떨어지게 되므로 0.025 중량을 넘지 말아야 한다.

(6) 알루미늄(Al) : 0.020~0.030중량%

알루미늄은 결정입도 미세화 역할을 하며, 이 역할을 위해 0.020중량% 이상 첨가되어 한다.

그러나, 0.030중량% 이상 첨가시, 경한 개재물인 Al₂O₃를 형성시켜 피삭성을 저감시키므로, 본 발명에서는 0.020~0.030중량%로 한정하기로 한다.

(7) 보론(B) : 0.0050~0.0070중량%, 질소(N) 0.010~0.015%중량%

보론(B)과 질소(N)는 피삭성이 우수한 BN계 개재물을 생성시킨다.

피삭성을 저감시키는 산화물 및 고용 B의 생성을 방지하기 위해서 첨가하는 B/N의 비율은 0.35~0.60이 적당하며, B는 효과를 보기 위해선 0.005중량% 이상 첨가되어야 하며, 0.007중량% 이상은 고용B의 생성이 발생한다.

(8) 비스무스(Bi) : 0.15중량%이하

비스므스는 피삭성의 우수한 원소로서, 0.15%이상에서는 비중이 높아 중심편석의 원인이 될 수 있으므로, 0.15% 이하로 규제한다.

상기한 조성물로 자동차용 기어 부품을 이 분야의 통상적인 주조방식에 의해 제조할 수 있으며, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

이하, 다음의 실시예에 의거 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명의 화학성분(실시예)과 기존의 화학성분(비교예)으로 아래의 표 1과 같이 공시재를 제작하였다.

이때, 시편제작 순서는 Ф50mm→ 선삭(Ф25mm)→ 열처리(담금질(Q):925℃/유냉, 템퍼링(T):180℃/공냉)→ 시험편 제작(KS 4호) 순으로 진행하였다.

시험예1

위의 실시예와 비교예에서 제조된 시편을 이용하여 상온에서의 인장강도를 통상의 측정장비를 이용하여 측정하였는 바, 그 결과는 아래 표 2에 기재된 바와 같다.

위의 표 2에서 보듯이, 본 발명의 실시예에 따라 얻어진 재료와 비교예에 따라 얻어진 종래의 재료를 비교하여 본 결과, 기계적 성질은 본 발명의 재료가 동등이상의 결과를 나타냄을 알 수 있었다.

시험예2

실시예 및 비교예에 따른 시편에 대한 선삭 가공성을 시험하였는 바, 이때의 선삭 가공성 조건은 다음과 같다.

- 툴(TOOL): 텅스텐 카바이드

- 이송속도 : 0.20mm/rev

- 절삭깊이 : 2mm

- 절속속도 : 200m/min

이러한 선삭 가공성 시험후, 실시예 및 비교예에 따른 시편의 피삭성 즉, 공구마모를 측정하였는 바, 그 결과는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같다.

도 1의 그래프에서 보듯이, 실시예에 따른 개발재가 비교예에 따른 기존재에 비하여 그 선삭 가공횟수마다 마모량이 작음을 알 수 있었고, 도 2에서 보듯이 마모깊이가 더 작음을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에서 제공하는 조성물로 제조한 시편을 이용하여 물성평가를 실시해 본 결과, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 조성물(실시예)은 기존의 조성물(비교예)에 비하여 피삭성이 약 20% 정도로 향상되었음을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에서 제공하는 조성물은 자동차 부품용 기어의 제조에 적합하게 사용할 수 있으며, 특히 납이 배제되어 친환경적이며, 절삭시 표면흠집 또는 균열을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예와, 기존의 비교예에 따른 시편에 대하여 피삭성 시험을 한 결과를 나타내는 그래프,

도 2는 피삭성 시험후, 마모된 상태를 관찰한 전자 현미경 사진.

Claims

철(Fe)을 기재로 하고, 여기에 탄소(C) 0.21∼0.23중량%, 규소(Si) 0.23∼0.27중량%, 망간(Mn) 0.86∼0.90중량%, 인(P) 0.025중량% 이하, 황(S) 0.015∼0.025중량%, 알루미늄(Al) 0.020~0.030중량% 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 피삭성 위한 BN 형성을 위해 첨가 원소로 보론(B) 0.0050~0.0070중량% 및 질소(N₂) 0.010~0.015중량%, 비스므스(Bi) 0.15중량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 애뉼러스 기어 제조용 쾌삭강.