KR960004433B1 - 철계합금과 동합금재료와의 확산접합법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

철계합금과 동합금재료와의 확산접합법

제1도는 종래의 확산접합부 형상의 정면 개략도.

제2도는 본 발명의 확산접합부 형상의 정면 개략도.

제3a,b도는 본 발명의 가압지그에 의한 소결품 형상을 나타낸 것으로, 가압지그 단부가 각각 아래로 만곡된 것과, 임의의 형상을 갖는 것을 나타낸 정면 개략도.

제4도는 본 발명의 실시예를 통해 접합된 재료시편을 전단강도 시험편으로 가공하여 접합강도를 시험하는 것을 보이는 정면 개략도.

제5도는 본 발명의 일정 접합압력에서 접합온도의 변화에 따른 접합강도 변화를 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명의 일정 접합온도에서 접합압력의 변화에 따른 접합강도 변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 구면 접합부 시편 2 : 분말접합재

3 : 가압 지그 4 : 소결품

5 : 접합강도 시험지그 6 : 접합계면

7 : 보강대

본 발명은 철계합금과 동합금재료와의 확산접합법에 관한 것으로, 특히 접합부 형상이 임의의 형상일 때 분말접합재를 사용하여 보다 간단하고 저렴한 비용으로 신뢰성 있게 접합할 수 있는 철계합금과 동합금재료와의 확산접합법에 관한 것이다.

확산접합법은 일반 용융접합(용접)과 달리 접합되는 모재가 용융되지 않고 가열 가압에 의해 밀착된 접합면에서 원자간 확산이 일어나 접합되도록 하는 접합방법이며, 이러한 확산접합법 적용시 접합온도가 접합되는 모재의 용융 절대온도의 약 50-80% 수준에서 이루어지므로 접합면의 관리는 무엇보다도 중요하다.

특히, 접합 초기과정에서 가압한 접합면이 완전한 밀착면을 이루지 못하면 접합온도에서 원자간 확산이 일어나지 못하게 되어 부품의 접합을 이룰 수 없게 된다.

종래의 임의 형상으로 된 부품의 확산접합에서는 접합면을 완전한 밀착면으로 하기 위해, 제1도에 도시된 바와 같이 양쪽 접합부(1) 모두를 NC선반과 같은 고가의 장비를 이용하여 정밀하게 가공하여야 하므로 제조가격이 비싸고 접합부의 완전한 밀착에 대한 신뢰성이 떨어졌다.

또한 분말접합재(2)를 정밀한 금형으로 성형하여 성형체로서 사용하기도 하였으나, 성형공정의 추가와 금형비 등으로 인해 경제적이지 못할 뿐 아니라, 성형 면적이 클 경우 성형하기가 매우 어려웠다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 확산접합법으로, 종래와 같이 재료시편의 접합부를 NC선반과 같은 고가장비로 가공하거나 시편의 접합전에 분말을 성형하는 추가공정 대신, 접합할 재료시편의 접합부 형상을 임의의 형상으로 가공한 다음, 분말접합재를 접합할 재료시편의 접합부 사이에 넣고, 균일한 압력으로 가압유지함과 동시에 가열 접합하여 공정 및 생산비의 경제성은 물론 신뢰성 있는 접합강도를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이하, 본 발명의 접합법에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 확산접합부 형상으로 재료시편(1)(구면 접합부) 위에 보강대(7)를 이용하여 분말접합재(2)를 넣고 가압 지그(3)로 가압하는 것을 보이고 있으며, 제3a,b도는 본 발명의 가압 지그(3)에 의한 소결품(4) 형상을 나타낸 것으로, 그 가압 지그 단부가 각각 아래로 만곡된 경우와, 단부중앙에 오목홈이 형성된, 즉 원하는 소결품(4) 형상을 갖는 것을 도시하고 있고, 제4도 본 발명의 실시예를 통해 접합된 재료시편(1)을 전단강도 시험편으로 가공하여 접합강도를 시험하는 것을 보이고 있으며, 제5도는 본 발명의 일정 접합압력에서 접합온도의 변화에 따른 접합강도 변화를 나타낸 그래프이고, 제6도는 본 발명의 일정 접합온도에서 접합압력의 변화에 따른 접합강도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 철계합금과 동합금재료를 상호 접합하는 방법에 있어서, 철계합금(탄소강, 구상흑연주철)인 재료시편 접합부(1)의 형상을 임의의 형상으로 가공한 다음, 동합금의 분말로 형성한 분말접합재(2)를 보강대(7)를 이용하여 접합할 재료의 접합부(1) 사이에 넣고, 핫 프레스의 가압 지그(3)를 이용하여 소결과 동시에 접합을 행하는 확산접합법이다.

특히 상기의 가압 지그(3)의 형상을 조절하여 접합 과정중에 분말접합재(2)을 원하는 소결품 형상으로 만들 수 있는데, 이때 분말접합재(2)의 소결 과정에서 발생되는 수축현상(밀도 증가)에 의해 초기 가압력이 손실되어 적정 접합강도를 얻기가 어렵다.

왜냐하면 본 발명의 경우 단순히 분말로 된 접합재(2)를 사용하기 때문에 분말접합재(2)의밀도 변화는 접합 전후의 겉보기 밀도에서 이론 밀도로 변화하므로 분말접합재(2)에서 큰 수축이 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는 핫 프레스장치에 압력조절 시스템을 도입하여 분말접합재(2)의 수축에 따른 손실 가압력을 프로세스 컨트롤러에 피드백되게 하여 자동적으로 압력이 보충되도록 함으로써 접합도중에 균일 가압력이 항시 유지되도록 한다.

상기와 같은 방법으로 재료시편(1)을 확산접합하는 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

[실시예 1]

일반 구조용 탄소강(SM45C)을 R220mm 정도로 구면 가공한 후, 접합부(1) 위에 분말접합재(2)로 동합금(청동) 분말을 넣고, N₂+H₂분위기 가스하에서 동합금 분말의 소결 온도를 고려하여 790-860℃의 접합 온도와 0-25kgf/cm²의 접합압력의 조건으로 60분 동안 확산접합한다.

각 조건으로 접합된 재료시편(1)을 전단강도 시험편으로 가공하여 제4도에 도시된 것과 같이 접합강도 시험지그(5)로 가압하며, 그 시험결과는 제5도 및 제6도에 도시된 것과 같고, 미설명 부호 4는 소결품, 6은 접합계면을 도시한다.

[실시예 2]

구상흑연주철을 R280mm 정도로 구면 가공하여 접합부(1) 위에 분말접합재(2)로 동합금 분말을 넣고, 실시예 1과 동일한 방법으로 확산접합하며, 접합품을 전단시험한 결과 약 14kgf/mm²의 접합강도를 얻을 수 있었다.

위의 실시예를 통하여 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 일정압ㄴ이 20kgf/cm²인 조건에서 접합온도가 790℃와 820℃일 때 접합강도가 10kgf/mm²이하로 미흡하나, 860℃의 접합온도에서는 18.6kgf/mm²까지 접합강도가 급격히 증가하였으며, 860℃ 이상에서는 동합금내의 액상이 생성되어 가압시 액상 유출이 따랐으며, 접합온도 860℃에서 접합압력을 변화시켰을 경우 저합압력이 5kgf/mm²이상일 때에는 모두 접합강도가 10kgf/mm²이상이었으나, 가압을 하지 않았을 때는 가공시 접합부위가 뜯겨 나갈 정도로 약하였다.

이상의 접합강도 시험결과를 고려할 때 접합압력은 5-20kgf/mm²범위를 유지하면서 동합금 분말의 액상이 생기지 않는 온도에서 접합하는 것이 좋다.

이상에서와 같이 본 발명은 접합할 재료시편의 접합부 형상을 임의의 형상으로 가공한 다음, 분말접합재를 접합할 재료시편의 접합부 사이에 넣고, 균일한 압력으로 가압유지함과 동시에 가열 접합하여 공정 및 생산비의 경제성은 물론 신뢰성 있는 접합강도를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 철계합금과 동합금재료를 상호 접합하는 방법에 있어서, 철계합금의 구면 접합부(1)에 보강대(7)를 이용하여 동합금의 분말로 형성한 분말접합재(2)를 넣고, N₂+H₂분위기 가스하에서 790-850℃의 접합온도와 5-20kgf/mm²의 압력으로 60분 동안 가압 지그(3)를 이용하여 접합하는 것을 특징으로 하는 철계합금과 동합금재료와의 확산접합법.
2. 제1항에 있어서, 상기의 가압 지그(3)의 형상을 임의로 조절하여 접합되는 분말접합재(2)를 원하는 형상으로 소결하는 것을 특징으로 하는 철계합금과 동합금재료와의 확산접합법.