KR20200081813A - 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법 - Google Patents
분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
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Abstract
본 발명은 고내마모성이 요구되는 자동차용 소결부품에 적용되는 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조방법은 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말을 제조하는 방법으로서, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si), 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철계분말의 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계와; 크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)의 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 목표 함량에 대응되는 함량으로 잉곳을 준비하는 단계와; 상기 잉곳을 용해시켜 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이용하여 철계분말을 제조하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조방법은 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말을 제조하는 방법으로서, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si), 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철계분말의 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계와; 크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)의 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 목표 함량에 대응되는 함량으로 잉곳을 준비하는 단계와; 상기 잉곳을 용해시켜 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이용하여 철계분말을 제조하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고내마모성이 요구되는 자동차용 소결부품에 적용되는 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 철계분말은 고철 스크랩과 제선 공정에서 생산된 용선을 제강로에서 혼합하고 용해하여 원하는 성분함량으로 조정된 용강을 준비한 다음, 턴디쉬에 용강을 공급하여 수분사 장비 등을 통하여 제조되고 있다. 이러한 철계분말은 자동차 부품 등을 제조하기 위한 분말 야금용 원료 및 각종 첨가제 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
최근 자동차 산업은 엔진의 고출력 및 고성능화 트렌드에 따라 엔진이나 변속기 부품 응용을 위해서는 높은 내마모성을 요구하는 재질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 트렌드에 맞춰 분말재료 또한 고내마성을 구현할 수 있는 자동차 소결부품 적용 연구가 활성화 되고 있으며, 이를 위해 Cr, Mo, Ni 등이 포함된 다성분계 합금 분말의 제조공정에 대한 개발 필요성이 대두되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 Cr 및 Si 성분과 같이 산소와의 친화도가 매우 높은 합금 성분의 목표 함량 적중률을 향상시킬 수 있는 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법을 제공한다.
또한, 이에 따라 고내마모성이 요구되는 자동차용 소결부품에 적용되는 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 분말야금용 철계분말은 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말로서, 중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다.
상기 철계분말은 산소(O): 0.2% 이하를 더 함유한다.
상기 철계분말의 성형밀도는 600MPa 압력에서 6.2g/㎤ 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 철계분말은 붕소(B): 0.001 ~ 0.01% 더 함유한다.
상기 철계분말의 경도는 60HRC 이상이고, 마모율은 10mg/M 이하인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조방법은 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말을 제조하는 방법으로서, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si), 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철계분말의 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계와; 크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)의 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 목표 함량에 대응되는 함량으로 잉곳을 준비하는 단계와; 상기 잉곳을 용해시켜 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이용하여 철계분말을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계에서, 각 합금성분의 목표 함량은 중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe)인 것을 특징으로 한다.
상기 잉곳을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳에는 망간(Mn): 0.2 ~ 0.45%가 더 함유되는 것을 특징으로 한다.
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 모재를 용해시키면서 탈산제를 적어도 1회 이상 투입하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈산제는 알루미늄(Al)이고, 최종 용강 내 알루미늄(Al)의 함량은 0.1% 이하가 되도록 탈산제를 투입하는 것을 특징으로 한다.
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳의 용해 온도는 1590 ~ 1630℃인 것을 특징으로 한다.
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳이 용해되는 동안 용강에 붕소(B)을 0.001 ~ 0.01%를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 철계분말을 제조하는 단계는 수분사법 또는 가스분사법으로 철계분말을 제조하고, 철계분말을 제조하기 전 용강은 1540 ~ 1560℃로 유지되는 것을 특징으로 한다.
상기 철계분말을 제조하는 단계 이후에는 철계분말을 열처리하는 단계를 더 포함한다.
상기 철계분말을 열처리하는 단계는 환원분위기에서 400 ~ 600℃의 열처리 온도로 실시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 합금 성분의 목표 함량을 맞추기 위하여 합금 성분의 산소 친화도에 따라 각 성분의 함량을 조정한 잉곳을 사용하여 철계분말을 제조함에 따라 목표로 하는 합금 성분을 맞출 수 있어 철계분말을 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 잉곳에 망간(Mn)을 첨가함으로써 각 성분의 회수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 잉곳의 용해 중 붕소(B)을 적정량 첨가하여 철계분말의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조단계를 보여주는 순서도이고,
도 2는 비교예와 실시예에 따른 분말 입자의 상태를 보여주는 사진이다.
도 2는 비교예와 실시예에 따른 분말 입자의 상태를 보여주는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말은 고내마모성이 요구되는 자동차용 부품을 소결방법으로 제조하기 위하여 준비되는 철계분말로서, 캠샤프트 캠로브 부품의 요구 특성을 만족하기 위하여 중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것이 바람직하다.
그리고, 철계분말에는 산소(O)를 0.2% 이하의 범위로 함유하도록 제어되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조성을 갖는 철계분말은 캠로브 부품에 적용하기 위하여 600MPa 압력에서 성형밀도가 6.2g/㎤ 이상을 만족하여야 한다. 성형밀도가 6.2g/㎤ 미만일 경우에는 목표 성형밀도 확보를 위해 더 높은 성형압력이 요구되고, 이때 발생하는 스프링백(탄성복원에 의한 치수팽창율)이 커져, 캠로브 내경/외경 치수변화율에 영향을 주기 때문에 샤프트와의 조립성이 저하된다. 또한, 성형밀도가 6.2g/㎤ 미만일 경우에는, 목표 소결밀도인 7.2g/㎤ 이상을 확보하기 위해 1,200℃ 이상의 고온소결 공정이 필요하기 때문에 제조비용의 증가를 야기한다.
따라서 본 발명에서 제안하는 철계분말의 성형특성은 600MPa 압력에서 6.2g/㎤ 이상의 성형밀도를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 철계분말은 경도 및 내마모성의 향상을 위하여 붕소(B): 0.001 ~ 0.01% 더 함유하는 것이 바람직하다.
붕소(B)는 미량의 첨가만으로도 우수한 경화능 향상을 나타내는 원소로서, 붕소(B)는 초석 페라이트의 핵생성을 억제함으로써 소입성을 증대시킨다. 그래서 붕소(B)의 첨가에 의해 경도 및 내마모성의 향상이 발휘될 수 있도록 붕소의 함량은 0.001 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
이에 따라 철계분말의 경도는 60HRC 이상이고, 마모율은 10mg/M 이하를 만족할 수 있다.
상기와 같이 형성되는 분말야금용 금속분말의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조단계를 보여주는 순서도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 분말야금용 철계분말의 제조방법은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si), 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철계분말의 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계와; 크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)의 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 목표 함량에 대응되는 함량으로 잉곳을 준비하는 단계와; 상기 잉곳을 용해시켜 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이용하여 철계분말을 제조하는 단계를 포함한다.
각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
1. 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계
철계분말을 구성하는 합금성분 각각의 목표 함량을 설정하는 단계로서, 본 실시예에서는 캠샤프트 캠로브 부품의 요구 특성을 만족하기 위하여 중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe)로 목표 함량을 설정한다.
2. 잉곳을 준비하는 단계
크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si) 및 철(Fe)을 함유하는 잉곳을 준비한다.
이때 각 합급성분은 산소와의 친화도에 따라 목표 함량 대비 조성되는 함량을 조정한다.
예를 들어 크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)와 같이 산소와의 친화도가 높은 합금성분은 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)과 같이 산소와의 친화도가 매우 낮은 합금원소는 목표 함량에 대응되는 함량으로 함량을 조정한다.
예를 들어 Cr 성분은 최종 철계분말의 목표 함량인 7 ~ 9%를 기준으로 잉곳 내 Cr 성분을 0.5 ~ 3% 증가시키고, Si 성분은 최종 철계분말의 목표 함량인 0.5 ~ 1.1%를 기준으로 20 ~ 45%까지 증가시키며, P 성분은 최종 철계분말의 목표 함량인0.3 ~ 0.7%를 기준으로 10 ~ 16%까지 증가시켜 각 성분의 함량을 설계하였다.
이때 Ni 성분과 Mo 성분은 산소와의 친화도가 매우 낮아 각각 최종 철계분말의 목표 함량을 기준으로 동일한 함량으로 설계하였다.
한편, 각 합금성분의 회수율을 향상시키기 위하여 잉곳에는 추가로 Mn 성분을 중량비로 0.2 ~ 0.45% 더 첨가할 수 있다. Mn을 0.2 ~ 0.45% 정도 첨가하는 경우 각 성분의 회수율을 80 ~ 95%까지 향상시킬 수 있다. 하지만, Mn이 0.45%를 초과하여 첨가되는 경우 철계분말 내에 Mn 성분이 잔류되어 분말 내 성형성을 저하시킬 수 있으므로 Mn 함량은 0.2 ~ 0.45%로 제한하는 것이 바람직하다.
3. 용강을 준비하는 단계
잉곳을 용해시켜 철계분말을 형성하기 위한 용강을 준비한다.
잉곳의 용해는 대기용해를 실시하며, 용해 온도는 1590 ~ 1630℃를 유지하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 용해는 유도로를 사용하여 용해 공정을 진행하였으나, 본 유도로 공정 외에도 대기분위기에서 진행하는 아크로, 반사로 등에도 적용이 가능하다.
한편, 캠샤프트 캠로브에 사용되는 철계분말은 분말 내 산소성분이 0.2%를 초과할 경우 성형 중 성형성이 저하되고, 분말 내 개재물이 형성되어 부품 특성에 큰 악영향을 미친다. 따라서, 분말 내 산소성분의 함량에 영향을 미치는 용강의 용해 온도는 1590 ~ 1630℃, 바람직하게는 1590 ~ 1610℃를 유지하는 것이 바람직하다. 만약 용강의 용해 온도가 제시된 온도보다 낮으면 합금성분의 원활한 용해가 이루어지 않고, 용강의 용해 온도가 제시된 온도보다 높으면 분말 내 산소함량이 증가하고, 이에 따라 성형밀도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 잉곳을 용해시키는 동안 탈산제를 투입하면, 잉곳의 용해 중 산소친화력이 높은 Cr 및 P에 의한 산화물의 생성을 제어할 수 있다.
잉곳을 용해시키는 동안 탈산제는 1회 이상 투입하는 것이 바람직하다. 그리고 탈산제로는 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다.
예를 들어 잉곳을 용해시키는 동안 탈산제로 알루미늄(Al)을 최소 1회에서 수차례 투입할 수 있다. 하지만, 최종 용강 내 Al 함량이 0.1% 이하를 만족하도록 투입량을 조절한다. 바람직하게는 탈산제를 잉곳이 30 ~ 50% 수준으로 용해된 시점에 탈산제 전체 중량의 30 ~ 50%를 투입하고, 잉곳이 완전히 용해된 이후에 나머지 탈산제를 투입하는 것이 좋다.
이렇게 탈산제를 여러 차례로 나누어 투입하는 경우 알루미늄(Al)은 용강 내 산소와 결합하여 Al 산화물을 생성하고, Si 산화물과 함께 용강의 탕면으로 부상하여 상부 피막을 생성한다. 이에 따라 용강 내 용존산소량을 낮추는데 효과적이다.
이때, 탈산제의 투입량을 0.1%로 제안하는 이유는, 탈산제의 투입량이 0.1%를 초과하는 경우 아래 분말 내 알루미늄에 의해 형성된 불순물이 혼입되거나 턴디쉬 노즐을 잠식하여 막힘 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 본 실시예에서는 철계분말의 경도 및 내마모성을 향상시키기 위하여 잉곳이 용해되는 동안 용강에 붕소(B)을 0.001 ~ 0.01%를 투입하여 함유시킬 수 있다. 이때 붕소(B)는 용강 전체에서 균일한 화학성분을 갖도록 잉곳의 용해 중 투입하는 것이 바람직하다.
4. 철계분말을 제조하는 단계
준비된 용강을 이용하여 분말 형태의 철계분말을 제조한다.
이때 용강을 이용하여 분말 형태의 철계분말을 제조하는 방법으로는 수분사법(Water Atomization) 또는 가스분사법(Gas Atomization)이 적용될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 수분사법을 적용하여 설명한다.
그래서, 준비된 용강은 수분사를 위하여 턴디쉬로 이동된다. 이때 턴디쉬 내 용강의 온도는 1540 ~ 1560℃로 유지하는 것이 바람직하다. 수분사 공정 시간은 제조된 용강의 양에 따라 결정되나 최소 10분에서 최대 90분까지 소요된다. 본 실시예에서 수분사 공정 시간은 15분으로써 턴디쉬 내 용강 온도를 1540 ~ 1560℃으로 유지하지 않을 경우, 수분사 공정 동안 용강 내 산소함량이 증가하여, 최종 분말 내 산소성분이 목표로 하는 최대값보다 많이 함유됨으로써 철계분말의 성형성이 저하된다. 아울러 산소함량을 낮추기 위하여 용강온도를 1540℃ 미만으로 관리할 경우 용강의 냉각이 일어나고, 고체화 현상이 발생하여 턴디쉬 노즐 막힘 현상이 일어나 정상적인 분말의 제조가 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
턴디쉬로 이동되어 온도가 유지된 용강은 턴디쉬 노즐을 통해 수분사 설비로 유입되어 수분사 공정을 통해 분말화된다.
이렇게 제조된 철계분말은 탈수 및 건조를 실시한다.
5. 철계분말을 열처리하는 단계
제조된 철계분말은 성형성을 확보하기 위하여 후속 열처리 공정을 진행할 수 있다. 열처리 온도는 400 ~ 600℃로 진행된다. 열처리를 통하여 분말 내 산소성분의 함량을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 성형성을 향상시킬 수 있다.
다만, 열처리 온도가 600℃ 보다 높은 경우에는 크롬의 산화성으로 인해 분말이 재산화되어 오히려 산소성분이 증가되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 열처리는 합금성분의 재산화를 방지하기 위하여 환원분위기에서 실시되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 질소(30%)와 수소(70%)의 혼합가스를 사용하였지만, 환원분위기를 조성하는 100%의 수소, 메탄, 암모니아 분해가스, 천연가스 분해가스 등이 분위기 가스로 적용될 수 있다.
다음으로서, 비교예와 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
먼저, 망간(Mn)의 첨가에 따른 각 성분의 회수율 및 성형밀도를 측정하였다.
각 시료는 하기의 표 1과 같이 망간의 첨가 여부 및 함량을 변경하였고, 이에 따른 각 합금성분의 회수율과 성형밀도를 측정하여 표 1에 함께 나타내었다.
| 구분 | Mn함량 | 회수율 | 성형밀도(g/cc) | ||||
| Cr | Si | P | Mo | Ni | (600MPa 성형시) | ||
| No. 1 | 미첨가 | 75 | 67 | 81 | 98 | 97 | 6.29 |
| No. 2 | 0.20% 첨가 | 80 | 81 | 89 | 99 | 97 | 6.28 |
| No. 3 | 0.45% 첨가 | 95 | 88 | 92 | 97 | 98 | 6.27 |
| No. 4 | 0.50% 첨가 | 98 | 93 | 92 | 98 | 97 | 6.13 |
표 1에서 확인할 수 있듯이, Mn을 미첨가한 경우보다 Mn을 첨가한 경우에 각 합금성분의 회수율이 증가한 것을 확인할 수 있습니다. 다만, Mn의 첨가 함량이 0.45%를 초과하는 경우에는 Mn 성분이 분말 내에 잔류하여 성형성을 저하시킬 수 있으로 그 함유량을 0.2 ~ 0.45%로 제한하는 것이 바람직하다.
다음으로, 잉곳의 용해 온도에 따른 분말 내 산소성분 및 성형밀도 변화를 측정하였다.
각 시료는 하기의 표 2와 같이 용해온도를 변경하였고, 이에 따른 분말 내 산소성분과 성형밀도를 측정하여 표 2에 함께 나타내었다.
| 구분 | 용해온도℃ | 분말내산소성분 (%) |
성형밀도(g/cc) (600MPa 성형시) |
| No. 5 | 1600 | 0.17 | 6.29 |
| No. 6 | 1630 | 0.21 | 6.2 |
| No. 7 | 1670 | 0.23 | 6.18 |
표 3에서 확인할 수 있듯이, 용해 온도가 높아질 경우, 분말 내 산소성분은 증가하며, 성형밀도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 용강의 용해 온도는 1590 ~ 1630℃, 바람직하게는 1590 ~ 1610℃를 유지하는 것이 바람직하다.
다음으로, 잉곳의 용해 시 탈산제인 Al의 투입량에 따른 최종 분말 내 불순물의 형성 여부를 관찰하였다.
도 2는 비교예와 실시예에 따른 분말 입자의 상태를 보여주는 사진으로서, 도 2의 (a)는 Al를 0.1% 이하로 투입한 철계분말의 SEM 사진이고, (b)는 Al를 0.1% 초과하여 투입한 철계분말의 SEM 사진이다.
도 2에서 확인할 수 있듯이, Al를 0.1% 이하로 투입한 철계분말에서는 Al으로 인한 불순물이 관찰되지 않았지만, Al를 0.1% 초과하여 투입한 철계분말에서는 Al으로 인한 불순물이 관찰되었다.
따라서, Al를 0.1% 초과하여 투입하는 경우에 Al에 의해 형성된 불순물이 분말 내에 혼입되거나 턴디쉬 노즐을 잠식하여 막힘 현상이 발생할 수 있다.
다음으로, 붕소(B)의 투입량에 따른 소결체의 특성 변화를 측정하였다.
각 시료는 하기의 표 3와 같이 붕소(B)의 투입량을 변경하였고, 이에 따라 제조된 철계분말을 이용하여 제조된 소결체의 경도, 마모율 및 샤르피 충격강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 함께 나타내었다. 이때 마모율은 80메시의 샌드페이퍼를 이용하여 42N의 힘으로 시료를 연삭하여 시료의 중량가소를 평균치로 미터당 중량감소로 표시 하였다.
| 구분 | B 투입량 (%) |
경도 (HRC) |
마모율 (mg/M) |
샤르피충격강도 (J) |
| No. 8 | 미첨가 | 58 | 10.032 | 71 |
| No. 9 | 0.005 | 65 | 9.053 | 63 |
| No. 10 | 0.01 | 71 | 8.174 | 52 |
| No. 11 | 0.02 | 92 | 5.321 | 25 |
표 3에서 확인할 수 있듯이, 붕소(B)가 첨가됨에 따라 경도, 내마모성은 증가하나, 0.01% 이상 첨가되면, 충격강도가 급격하게 낮아져 쉽게 파손될 수 있으므로 본 실시예에서 붕소(B)의 첨가량은 최대값을 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
다음으로, 열처리시 열처리 온도에 따른 분말 내 산소성분 및 성형밀도 변화를 측정하였다.
각 시료는 하기의 표 4와 같이 열처리 온도를 변경하였고, 이에 따른 분말 내 산소성분과 성형밀도를 측정하여 표 4에 함께 나타내었다.
| 구분 | 열처리온도 (℃) |
분말내 산소성분 (%) |
성형밀도(g/cc) (600MPa 성형시) |
| No. 12 | 미진행 | 0.17 | 6.29 |
| No. 13 | 200 | 0.17 | 6.29 |
| No. 14 | 300 | 0.16 | 6.29 |
| No. 15 | 400 | 0.15 | 6.31 |
| No. 16 | 600 | 0.12 | 6.33 |
| No. 17 | 700 | 0.28 | 6.15 |
표 4에서 확인할 수 있듯이, 열처리를 실시함에 따라 분말 내 산소성분의 함량이 감소하고, 성형밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 열처리 온도가 600℃를 초과하는 경우에는 크롬의 산화성으로 인해 철계분말 내에서 재산화가 발생하여 오히려 산소성분이 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
Claims (15)
- 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말로서,
중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 분말야금용 철계분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 철계분말은 산소(O): 0.2% 이하를 더 함유하는 분말야금용 철계분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 철계분말의 성형밀도는 600MPa 압력에서 6.2g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말.
- 청구항 1에 있어서,
상기 철계분말은 붕소(B): 0.001 ~ 0.01% 더 함유하는 분말야금용 철계분말.
- 청구항 4에 있어서,
상기 철계분말의 경도는 60HRC 이상이고, 마모율은 10mg/M 이하인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말.
- 자동차용 부품의 제조에 사용되는 분말야금용 철계분말을 제조하는 방법으로서,
크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 인(P), 규소(Si), 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 철계분말의 각 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계와;
크롬(Cr), 인(P) 및 규소(Si)의 목표 함량 대비 0.5 ~ 45% 함량을 증가시키고, 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)의 목표 함량에 대응되는 함량으로 잉곳을 준비하는 단계와;
상기 잉곳을 용해시켜 용강을 준비하는 단계와;
상기 용강을 이용하여 철계분말을 제조하는 단계를 포함하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 합금성분에 대한 목표 함량을 설정하는 단계에서, 각 합금성분의 목표 함량은 중량%로, 크롬(Cr): 7 ~ 9%, 니켈(Ni): 1.5 ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 1.6 ~ 2.2%, 인(P): 0.3 ~ 0.7%, 규소(Si): 0.5 ~ 1.1%, 나머지 철(Fe)인 것을 특징으로 하는 철계분말의 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 잉곳을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳에는 망간(Mn): 0.2 ~ 0.45%가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 용강을 준비하는 단계에서,
상기 모재를 용해시키면서 탈산제를 적어도 1회 이상 투입하는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 탈산제는 알루미늄(Al)이고, 최종 용강 내 알루미늄(Al)의 함량은 0.1% 이하가 되도록 탈산제를 투입하는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳의 용해 온도는 1590 ~ 1630℃인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 잉곳이 용해되는 동안 용강에 붕소(B)을 0.001 ~ 0.01%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 철계분말을 제조하는 단계는 수분사법 또는 가스분사법으로 철계분말을 제조하고,
철계분말을 제조하기 전 용강은 1540 ~ 1560℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 철계분말을 제조하는 단계 이후에는 철계분말을 열처리하는 단계를 더 포함하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 철계분말을 열처리하는 단계는 환원분위기에서 400 ~ 600℃의 열처리 온도로 실시되는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철계분말의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180171708A KR102663665B1 (ko) | 2018-12-28 | 분말야금용 철계분말 및 이의 제조방법 |
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| KR20240047177A (ko) | 2022-10-04 | 2024-04-12 | 현대자동차주식회사 | 금형 클래딩용 금속분말 및 이를 이용한 금속 적층 방법 |
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| KR20160002089A (ko) | 2014-06-30 | 2016-01-07 | 현대제철 주식회사 | 철계 분말 제조 방법 |
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