KR910009871B1

KR910009871B1 - Cu계 합금제 변속기용 동기링

Info

Publication number: KR910009871B1
Application number: KR1019880002323A
Authority: KR
Inventors: 히데도시 아구즈
Original assignee: 미쯔비시마테리얼 가부시기가이샤; 후지무라 세이사이
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1991-12-03
Also published as: DE3809994A1; KR880011360A; US4995924A; DE3809994C3

Abstract

내용 없음.

Description

Cu계 합금제 변속기용 동기링

제1도는 변속기용 동기링을 도시하는 사시도이다.

[이용분야]

본발명은 특히 상대부재와의 대접면의 초기 친밀성이 우수하고, 내마모성이 우수한 Cu계 합금제 변속기용 동기링에 관한 것이다.

[기술적 배경]

종래 일반적으로 변속기용 동기링은 제1도에 사시도로 예시한 바와 같이 내면(1)이 회전하는 테이퍼콘(Taper Cone or ring cone)과의 대접면이 되며, 이 대접면에 상대부재인 테이퍼콘이 고면압하(高面壓下)로 단속적으로 면접촉하고, 한편, 외주면에는 키가 끼어지는 키홈(3)이 형성되며, 다시 그의 외주연에 따라 소정간격으로 설치된 챔퍼(Chamfer)(2)가 상대부재인 허브슬리이브(Hub Sleeve)의 챔퍼와 맞물리는 기능을 가지는 것이므로 강도, 내마모성 및 상대부재와의 친밀성을 구비하는 것이 요구되며, 따라서 그 제조에는 이들의 특성을 가지는 고력황동이 많이 사용되고 있다.

또한 동기링에는 이외에 나사가 외주측에 있고 외주측에서 상대부재인 테이퍼콘과 마찰하는 통칭 핀타입의 것이었다. 그러나, 최근의 변속기의 고출력화에 수반하여, 상기의 종래 고력황동링에 있어서는 특히 상기의 테이퍼콘이나 키, 다시 허브슬리이브의 챔퍼중의 최소한 어느 것인가의 상대 부재외의 대접면은 고면압(高面壓)을 받게 되므로 초기 친밀성이 저하하고, 이에 의하여 휘면마모(輝面磨耗)나 융착마모 등에 의한 이상 마모가 많이 일어나게 되어 사용 수명이 단명화되는 원인으로 되어 있다.

본 발명자 등은 상기와 같은 종래 고력황동제 변속기용 동기링이 가지는 문제점을 해결하고자 연구한 결과 중량%로(이하%는 중량%를 표시함)

Zn : 20-40%, Al : 2-8%를 함유하고, Ti,Zi 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-3%와, Sn : 0.1-3%와, Fe,Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-6%와, Mn : 0.1-5%와, Si : 0.2-2%와의 이상 5개의 성분류 중으로부터 선택되는 2개의 성분류(금속간 화합물 형성 성분이라함)을 함유하고, 다시 필요에 따라 이들 2개의 성분류에 선택되지 않은 성분 Mn : 0.1-5%와, Si : 0.1-3%와, Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-3%, 중에서 1종 이상(추가 성분이라 함)을 함유하고 나머지가 Cu와 불가피 불순물로 되는 조성을 가지는 Cu계 합금으로 구성하며, 더욱이 상대부재와의 대접면의 소요개소, 즉 테이퍼콘이나 키, 다시 허브슬리이브의 챔퍼중 최소한 어느 것인가의 상대부재와의 대접면에 산화알루미늄(Al₂O₃)를 주체로하는 평균층 두께 0.1-10㎛의 산화층막, 또는 쇼트블라스트 가공이나 냉간프레스를 사용하는 압하가공등에 의하여 평균층 두께로 5-300㎛의 가공경화층을 형성한 Cu계 합금제 변속기용 동기링에 있어서는 변속기의 고출력화에 수반한 고면압하(高面壓下)에서의 사용 조건이라도 우수한 초기 친밀성을 표시하고, 사용초기에 있어서의 이상 마모성의 발생이 억제되도록 된다는 지식을 얻었다.

[발명의 요약]

본 발명은 상기 지식에 기초하여서된 것으로 상대부재와의 대접면의 초기 친밀성이 우수하고 내마모성에도 우수한 Cu계 합금제 변속기용 동기링에 관계되는 것으로, Zn : 20-40%, Al : 2-8%를 함유하고, Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-3%와, Sn : 0.1-3%와, Fe,Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-6%와, Mn : 0.1-5% 및 Si : 0.2-2%와의 이상 5개의 성분류중에서 선택되는 2개의 성분류(금속간화합물 형성 성분이라 함)을 함유하며, 다시 필요에 따라 이들 2종 성분류에 선택되지 않는 성분 : Mn : 0-5%와, Sn : 0-3%와, Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상 : 0-3%와의 중에서 1종 이상을 함유하고, 나머지가 Cu와 불가피 불순물로 되는 조성을 가지는 Cu계 합금으로 구성하고, 상대 부재와의 대접면에, 산화알미늄을 주체로 하는 평균층 두께 : 0.1-10㎛의 산화막층, 또는 평균층 두께 : 5-300㎛의 가공 경화층의 어느 것을 형성하여서 된 Cu계 합금제 변속기용 동기링이다.

다음으로 본 발명의 동기링에 있어서 성분 조성 및 산화막층 또는 가공경화층 두께를 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다.

(a) Zn 및 Al

이들 성분은 합금의 소지 조직을 결정하는 성분으로서 소지의 내마모성을 향상시킴과 동시에 동기링에 필요한 강도와 인성을 부여하고, 다시 초기 친밀성이 양호하고, 금속상호간의 마모에 의한 휘마모(輝磨耗), 응착에 의한 소착 현상을 방지하는 산화막층, 즉, Al₂O₃를 주체로한 Al₂O₃-ZnO₂계나 Al₂O₃-ZnO₂-CuO계의 산화막층, 혹은 피로강도와 내력에 우수하고, 극부적 고온 가열에 따른 소성유동에 의한 응착(소착)을 방지하며, 이로서 초기 이상 마모를 방지하여 초기 친밀성을 향상시키는 가공 경화층을 링표면에 형성함에 불가결한 성분이지만, 그 함유량이 Zn : 20% 미만 및 Al : 2% 미만에서는 소망의 특성 및 산화막층 또는 가공 경화층을 확보할 수 없고, 한편, 함유량이 Zn : 40% 및 Al : 8%를 넘으면 인성이 저하되므로, 그 함유량을 각각 Zn : 20-40%, Al : 2-8%로 정한다.

(b) 금속간 화합물 형성 성분

i) Ti,Zr 및 Cr와 Sn

이들에는 공존한 상태에서 결정입을 미세화함과 동시에 소지에 미세하게 분산하는 금속간 화합물을 형성하여, 강도 및 인성을 향상시키고, 다시 내마모성을 향상시키며, 또 산화막층이나 가공경화층의 내마모성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 각각 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 각각 3%를 초과하면 인성이 저하되므로, 그 함유량을 Ti,Zr 및 Cr의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-3%, Sn : 0.1-3%로 각각 정하였다.

ii) Ti,Zr 및 Cr와 Fe,Ni 및 Co

이들에는 소지에 미세하게 분산하는 금속간 화합물을 형성하여 동기링에 요구되는 강도 및 인성을 손상함이 없이 내마모성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 각각 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 3% 및 6%를 넘으면 금속간 화합물의 량이 과다하게 되어 인성이 저하되게 되므로 그 함유량을 Ti,Zr 및 Cr에 대하여는 0.1-3%, Fe,Ni,Co에 대하여는 0.1-6%로 정한다.

iii) Si 및 Mn

이들 성분에는 서로 결합하여 소지중에 미세히 분산하는 금속간 화합물을 형성하여, 링의 강도 및 인성을 향상시키며, 또한 내마모성도 향상시키며, 또한 산화막층 중에도 분산 함유하여 소착성을, 가공 경화층에 있어서는 친밀성과 내소착성을 개선하는 작용이 있으나, 그 함유량이 Si : 0.2% 미만, 및 Mn : 0.1% 미만에서는 전기 작용의 소망 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 각각 Si : 2% 및 Mn : 5%를 넘으면 용해시에 스래그의 발생이 많아지므로 그 함유량을 Si : 0.2-2%, Mn : 0.1-5%로 정한다.

iv) Fe,Ni 및 Co와 Si

이들에는 소지에 미세히 분산하는 금속간 화합물을 형성하여, 링의 강도와 내마모성을 향상시키며, 또 이 금속간 화합물은 산화막층중 혹은 가공 경화층 중에 있어서는, 이의 내소착성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 각각 Si : 0.2% 미만, Fe,Ni,Co : 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 Si에 있어서는 2%를 넘으면 용해시의 스래그 발생이 많아지고, 또, Fe,Ni,Co에 있어서는 6%를 넘으면 인성이 저하되게 되므로, Si의 량을 0.2-2%, Fe,Ni,Co의 함유량은 0.1-6%로 정한다.

(c) 추가성분

i) Mn

Mn 성분에는 소지에 고용하여 이를 강화함과 동시에 금속간 화합물을 미세구상화하고 이로서 내마모성을 향상시키는 작용이 있으므로 필요에 따라 함유시키나, 그 함유량이 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망의 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 5%를 넘으면 보다 낳은 향상 효과를 나타내지 않고, 오히려 용해시에 스래그의 발생이 많아지므로, 그 함유량을 0.1-5%로 함이 바람직하다.

ii) Sn

Sn 성분에는 특히 응착마모를 방지하고, 따라서 우수한 내소착성을 확보하는 작용이 있으므로 필요에 따라 함유시키나 그 함유량이 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망의 향상효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 3%를 넘으면 열간가공성이 저하하게 되므로 그 함유량을 0.1-3%로 함이 바람직하다.

iii) Ti,Zr 및 Cr

이들 성분에는 조직을 미세화 함과 동시에 입계를 강화하여 내마모성을 향상하는 외에 자기 스스로 Fe,Ni,Co 혹은 Sn와 결합하여 미세한 금속간 화합물을 형성하고 특히 가공 경화층의 내마모성 및 내소착성을 일층 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 0.05% 미만에서는 전기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 1.5%를 넘으면, 용해 주조시에 용량의 흐름이 나빠지므로, 그 함유량을 0.05-1.5%로 하는 것이 바람직하다. 또한 불가피 불순물로서 P,P_b, 다시 Mg 등을 함유하는 경우가 있으나 이들의 합계량이 1% 이하이면, 특성에 하등의 영향이 없으므로, 합계량을 1% 이하의 범위의 함유가 허용된다.

(d) 산화막층

산화막층에는 마이크로적인 작은 구멍이 다수 존재하고 이 구멍이 실용시에 기름 주머니로 되어 초기 친밀성을 향상시키는 작용이 있는 외에 동기시에 링은 마찰 접촉을 하므로 고온이 되나 이 산화막은 열전도성이 낮으므로 링 본체 내부에까지 온도가 상승하는 것을 억제하는 작용이 있고, 또한 이 산화막층에는 휘면마모나, 응착마모등의 이상 마모가 일어나지 않으며, 정상 마모를 진행시키는 작용이 있으나 그 평균층 두께가 0.1㎛ 미만에서는 전기 작용에 소망효과를 얻을 수 없고, 한편 그 평균층 두께가 10㎛를 넘으면 떨어지거나 박리 발생이 쉽게 되므로 그 평균층 두께는 0.1-10㎛로 정한다.

(e) 가공 경화층

가공 경화층은 상기한 바와 같이, 쇼트블라스트나 샌드블라스트 가공, 또, 예로서 링의 테이퍼콘 마찰면 만에 형성하는 경우에는 강제다이스를 사용하여 냉간프레스로서 가압가공을 행하므로서 형성되며, 이와 같이 형성된 가공경화층은 이의 가지는 성분 조성과 합하여 우수한 피로 강도와 내력을 갖게 되므로 극부적 고온 가열에 대하여 우수한 내소성 유동성을 나타내며, 이 결과 소착 등이 억제되므로 초기 이상 마모를 방지되고, 우수한 초기 친밀성을 나타내는 바, 그 평균층 두께가 5㎛ 미만에서는 소망 효과를 얻을 수 없고, 한편 300㎛를 넘어도 우수한 효과를 확보할 수 없으므로 그 평균층 두께를 5-300㎛로 정한다.

다음으로 본 발명의 동기링을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다

[실시예 1]

통상의 고주파로를 사용하여 각각 제1표에 성분조성을 가지는 Cu계 합금 용량을 조제하여 금형주조하여 직경 : 200mm×길이 : 400mm의 빌리트를 형성하고, 이 빌리트를 압출 프레스에서 직경 60m의 환봉으로 압출하여 이 환봉을 소정 길이로 절단한 후, 절단편에 600-750℃의 범위내의 소정온도로 열간 단조를 행하고, 다시 절삭 가공을 행하고, 계속하여 대기중 100-350℃의 범위내의 소정 온도에 15분 내지 6시간의 범위내에서 소정시간 가열하여, 제1표에 표시된 평균층 두께의 산화막을 표면 전체에 형성시키므로서, 내경 : 58mm×두께 : 4mm의 치수를 가지며, 챔퍼 36개의 본 발명 동기링 1-14 및 비교 동기링 1-10을 각각 제조하였다.

또한, 비교 동기링 1-10은 성분 조성 및 산화막층의 평균층두께 중의 어느 하나가(제1표 *로 표시함) 본 발명 범위밖의 것이다.

다음으로 이 결과 얻은 각종의 동기링에 대하여,

상대부재인 테이퍼콘의 회전수 : 1000r,p,m

가압하증 : 50Kg

기름 : 80번 밋숀오일

기름온도 : 70℃

테이퍼콘의 작동 : 0.25-0.3초의 동기 시간에서 20000회,의 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링 내면에 있어서의 탈락량(마모량), 응착마모의 유무, 초기(500회까지) 및 후기(안정기)의 마찰계수를 각각 측정 관찰하고, 다시

상대부재인 테이퍼콘의 회전수 : 2000r,p,m

가압하증 : 90Kg

기름 : 80번 밋숀오일

기름온도 : 70℃

테이퍼콘의 작동 : 0.25-0.3초의 동기 시간 5000회,의 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링에 있어서의 균일 및 변형의 유무를 관찰하였다.

이들 결과를 제1표에 표시하였다.

[제1표의 1]

[제1표의 2]

[실시예 2]

통상의 고주파로를 사용하여 각각 제2표에 표시된 성분 조성을 가진 Cu계 합금 용량을 조제하고, 실시예 1에 표시된 요령으로 얻은 환봉에 열간 단조를 행하고, 다시 절삭 가공을 행하고, 계속하여 대기중에서 직경 : 10-300㎛의 SiC 제비즈와 강제 비즈의 혼합비즈(SiC 50용량%)를 사용하여 쇼트블라스트 가공을 행하고, 동일하게 제2표에 표시되는 평균층 두께의 가공 경화층을 표면 전체에 형성하므로서, 내경 : 58mm×두께 : 4mm의 치수를 가지며, 챔퍼수 36개의 본 발명 동기링 15-35 및 비교 동기링 11-18을 각각 제조하였다. 또한 비교 동기링 11-18은 성분 조성 및 가공 경화층의 평균층 두께중의 어느 것인가의 조건(제2표 ※표시)이 본 발명의 범위밖의 것이다. 다음으로 이 결과 얻은 각종의 동기링에 대하여,

상대부재인 테이퍼콘의 회전수 : 1200r,p,m

가압하증 : 55Kg

기름 : 80번 밋숀 오일

기름온도 : 75℃

테이퍼콘의 작동 : 0.2, 0.3초의 동기 시간에서 20000회,

의 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링 내면에 있어서의 탈락량(마모량), 응착마모의 유무, 초기(500회까지) 및 후기(안정기)의 마찰계수를 각각 측정, 관찰하고, 다시 실시예 1에 표시한 조건과 같은 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링에 있어서의 균열 및 변형의 유무를 관찰하였다.

이들 결과를 제2표에 표시하였다.

[제2표]

[실시예 3]

통상의 고주파로를 사용하여 각각 제3표에 표시된 성분 조성을 가진 Cu계 합금용량을 조제하고, 실시예 1에 표시된 요령에 의하여 본 발명 동기링 36-57 및 비교 동기링 19-25를 각각 제조하였다. 또한 비교 동기링 19-25는 성분 조성 및 산화막층의 평균층 두께중의 어느 조건인가에 있어(제3표에 ※표시)본 발명의 범위밖의 것이다.

다음으로 이 결과를 각종의 동기링에 대하여, 가압하증을 55Kg로 하는 이외는 실시예 1의 조건과 동일 조건으로 싱크로 내구 시험을 행하고, 링 내면에 있어서의 탈락량(마모량), 응착 마모의 유무, 초기(500회 까지) 및 후기(안정기)의 마찰계수를 각각 측정, 관찰하고, 다시 실시예 1의 조건과 동일 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링에 있어서의 균열 및 변형의 유무를 관찰하였다.

이들 결과를 제3표에 표시하였다.

[제3표]

[실시예 4]

통상의 고주파로를 사용하여 각각 제4표에 표시된 성분 조성을 가진 Cu계 합금 용량을 조제하고, 실시예 2에 요령으로 본 발명 동기링 58-80 및 비교 동기링 26-33을 각각 제조하였다. 또한 비교 동기링 26-33은 성분 조성 및 가공 경화층의 평균층 두께중의 어느 것인가의 조건(제4표에 ※표시)이 본 발명의 범위밖의 것이다.

다음으로 이 결과 얻은 각종의 동기링에 대하여,

상대부재인 테이퍼콘의 회전수 : 1200r,p,m

가압하중 : 57Kg

기름 : 80번 밋숀 오일

기름온도 : 80℃

테이퍼콘의 작동 : 0.3, 0.35초의 동기 시간에서 20000회,

의 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링 내면에 있어서의 탈락량(마모량), 응착마모의 유무, 초기(500회까지) 및 후기(안정기)의 마모계수를 각각 측정 관찰하고, 다시 실시예 1에 표시된 조건과 동일한 조건에서 싱크로 내구 시험을 행하고, 링에 있어서의 균열 및 변형의 유무를 관찰하였다.

이들의 결과를 제5표에 표시하였다.

[제4표]

제1표, 제2표, 제3표 및 제5표에 표시된 결과로부터 본 발명 동기링 1-80은 어느 것이나 고강도 및 고인성을 가지며, 특히, 고면압조건(高面壓條件)에도 불구하고, 실용 초기에 있어 친밀성이 우수하고, 이상 마모의 발생도 없고, 우수한 내마모성을 표시하는데 반하여, 비교 동기링 1-33에서 보는 바와같이 구성 요건 중의 어느 요건이라도 본 발명 범위밖의 것은 전기 특성중의 적어도 어느것인가의 특성이 낮은 것이됨이 명백하다. 또한 핀타입의 동기링에서도 같은 결과를 얻음은 물론이다.

상술한 바와같이 이 발명의 Cu계 합금제 변속기용 동기링은 고강도와 고인성을 가지며, 특히 초기 친밀성이 우수하고, 변속기의 고출력화에 따라 가혹한 조건하에서의 실용에 있어서도, 휘면마모나 응착마모등의 이상 마모의 발생이 없고, 우수한 내마모성을 현저히 장기에 걸쳐 발휘하는 것이다.

[제5표]

Claims

Zn : 20-40%, Al : 2-8% 함유하고, Ti,Zr 및 Cr 중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-3%와, Sn : 0.1-3%와, Fe,Ni 및 Co 중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-6%와, Mn : 0.1-5%와, Si : 0.2-2%와의 이상 5개 성분류 중에서 선택된 2성분류(금속간 화합물 형성 성분이라함)을 함유하고, 다시 이들 2성분에 선택되지 않는 성분 : Mn : 0.1-5%, Sn : 0.1-3%, Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상 : 0.05-3%중의 1종(추가성분이라함)이상을 함유하고, 나머지가 Cu와 불가피 불순물로 되는 조성을 가지는 Cu계 합금으로 구성되고, 그리고 상대 부재와의 대접면에, 산화알미늄을 주체로하는 평균층 두께 0.1-10㎛의 산화막층 또는 평균층 두께 5-300㎛의 가공 경화층의 어느것을 형성하여서 됨을 특징으로 하는, 상대 부재와의 대접면의 초기 친밀성이 우수하고, 그리고 내마모성이 우수한 Cu계 합금제 변속기용 동기링.
제1항에 있어서, 상기 금속간 화합물 형성 성분이 Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상과 Sn으로 된 동기링.
제1항에 있어서, 상기 금속간 화합물 형성 성분이 Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상과, Fe,Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 이상으로 된 동기링.
제1항에 있어서, 상기 금속간 화합물 형성 성분이 Si와 Mn으로 된 동기링.
제1항에 있어서, 상기 금속간 화합물 형성 성분이 Fe,Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 이상과 Si로 된 동기링.
제2항에 있어서, 상기 추가성분이 Mn으로 된 동기링.
제3항에 있어서, 상기 추가성분이 Sn과 Mn으로 된 동기링.
제4항에 있어서, 상기 추가성분이 Ti,Zr 및 Cr중의 1종 또는 2종 이상과 Sn으로 된 동기링.
제5항에 있어서, Ti,Zr 및 Cr 중의 1종 또는 2종 이상, Sn 및 Mn중의 적어도 1종으로 된 동기링.
제1항 내지 제9항의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 상대 부재와의 대접면에 시행하여지는 층이 산화알미늄을 주체로 하는 산화막층으로 된 동기링.
제1항 내지 제9항의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 상대 부재와의 대접면에 시행되는 층이 가공경화층으로 된 동기링.