KR20210125159A - 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법에 관한 것으로, 상기 튜블러샤프트를 환원성가스가 공급되어지는 열처리로에 장입한 후 로(爐)의 온도가 900~950℃로 도달되도록 하는 승온단계(S100)와; 상기 승온단계 후, 침탄 또는 침탄 가스인 프로판, LNG, 벤젠을 공급하면서 내부 온도를 900~950℃의 온도구간에서 4~20시간 정도 유지하여 튜블러샤프트의 내주연 위치 이상까지 제품표면에 가스를 침투시켜 처리하는 침탄 열처리단계(S200)와; 상기 침탄 열처리단계 후, 산화 방지 보호가스 분위기중에서 30분~10시간 이내로 500℃이하로 서냉하고, 마무리한 후, 다시 예열 및 승온을 위해 준비하는 서냉준비단계(S300)와; 상기 서냉준비단계를 거친 후, 다시 열처리로의 온도가 850~920℃ 온도로 예열 및 승온하고, 승온된 850~920℃로 가열유지되도록 조절하여 온도를 유지시킨 후, 튜블러샤프트의 열처리효과가 향상되도록 230~260℃로 항온유지를 0.5~3시간동안 냉각하며 유지하는 염욕처리단계(S400)와; 상기 염욕처리단계 후, 표면의 이물질을 세척하여 제거하는 세척완료단계(S500);를 포함하는 것으로, 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 비틀림 강도를 부여하기 위한 종래 연속적 열처리방법에 대한 부분을 서냉준비를 통한 불연속 열처리방법으로 개선하여 튜블러 샤프트의 비틀림 강도가 개선되고, 이를 통해 튜블러 샤프트의 사용수명증대와 자동차의 안전사고 방지가 가능한 장점이 있고, 종래 열처리방법으로 인해 요구되는 비틀림 강도 이하로 열처리됨에 따른 튜블러 샤프트의 불량률을 개선된 열처리방법을 통해 튜블러 샤프트가 요구되는 비틀림 강도 이상으로 개선되도록 함으로써, 제품의 불량률 최소화, 생산시간 단축과 생산성 향상이 가능한 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 열처리방법을 개선하여 튜블러 샤프트의 비틀림 강도를 개선하고, 이를 통한 사용수명증대와 자동차의 안전사고 방지가 가능한 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법에 관한 것이다.
차량의 등속조인트의 구성요소인 드라이브 샤프트(Drive Shaft)는 변속기의 회전 구동력을 구동휠로 전달하는 것으로, FF방식(Front Engine Front drive system) 차량의 경우에는 변속기어의 디퍼런셜 기어와 구동바퀴의 휠허브 사이에 각기 두개의 등속조인트(constant velocity joint;C.V.Joint)를 매개로 연결되는 구조를 갖는다.
등속조인트는 회전각속도의 변화 없이 동력전달이 균등하게 이루어지도록 하는 구성요소로서, 절각(각도조절)기능과 플런징(길이방향 수축 및 팽창)기능의 정도에 따라서 이른바 플런징타입 등속조인트와 고정식 등속조인트(fixed joint)로 나뉘어진다.
플런징 조인트는 슬라이드식 볼 조인트라고도 하며, 큰폭으로 이루어지는 차량의 상하, 좌우의 움직임을 흡수하기 위한 것이다.
일반적으로 드라이브 샤프트를 중심으로 엔진측(인보드측)은 트라이포드식 등속 조인트나 플런징 조인트가 사용되고, 드라이브 샤프트를 중심으로 구동휠측(아웃보드측)은 고정식 조인트가 사용된다고 볼 수 있다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 플런징타입 등속조인트의 샤프트유닛은 그 일례로서 엔진측의 회전동력을 전달받아서 회전되는 중공형태의 외부샤프트(이하, 튜블러 샤프트)와, 튜블러 샤프트 내에 삽입되는 내부샤프트와 튜블러샤프트의 회전동력을 내부샤프트에 전달하기 위한 다수개의 트랙션볼과, 트랙션볼을 지지하기 위한 케이지를 포함하여 이루어진다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 튜블러 샤프트의 내주면에는 다수개의 내주그루브(inner groove)가 등간격으로 배치되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부샤프트의 외주면에는 다수개의 외주그루브(outer groove)가 형성되어 있으며, 트랙션볼은 내주그루브와 외주그루브의 조합으로 형성되는 공간에 개재된다.
케이지는 트랙션볼이 관통하는 다수개의 홀이 형성된 통형 구조로서 외부샤프트와 내부샤프트의 사이에서 트랙션볼을 구속함으로써 트랙션볼의 가동 위치가 일정범위내로 제한되도록 하게 된다.
이와 같은 플런징타입 등속조인트의 샤프트유닛에 의하면 트랙션볼에 의해 튜블러 샤프트와 내부샤프트가 회전방향으로 연계되는 구조상, 엔진의 동력에 의한 튜블러 샤프트의 회전작동이 트랙션볼을 매개체로 하여 내부샤프트로 전달되어 내부샤프트가 회전되는 이른바 롤링작동이 이루어지게 된다.
그리고, 차량의 주행시 발생하는 변위에 대하여 내부샤프트가 튜블러 샤프트 내를 슬라이딩 이동하게 됨으로써 이를 흡수하게 되는 이른바 플런징 작동이 이루어지게 되며, 이러한 플런징 작동시에는 트랙션볼에 의해 튜블러 샤프트와 내부샤프트의 축방향 마찰이 감소된다.
한편, 전술한 바와 같이 튜블러 샤프트와 내부샤프트의 롤링작동을 위하여 튜블러 샤프트의 내주면에 다수개의 내주그루브를 형성해야 함과 더불어 내부샤프트의 외주면에 이와 대응되는 외주그루브를 형성해야 한다. 또한, 트랙션볼에 의해 연계되는 튜블러 샤프트와 내부샤프트의 작동안정성을 위하여 내주그루브 및 외주그루브의 규격이 트랙션볼과 정밀하게 대응되어야 한다.
나아가, 튜블러 샤프트는 조향장치 및 현가장치에 의한 바퀴와 종감속 장치의 길이 변화로 인하여 항상 비틀림력을 받으면서 종감속장치의 토오크를 바퀴로 전달하게 된다.
따라서, 튜블러 샤프트에 피로가 쌓이게 되고 이로 인하여 강도와 진동에 영향을 미치게 되므로 결국은 차량의 안전성 및 조향 성능에 좋지 않은 결과를 낳게 되기 때문에 정밀한 가공을 위한 가공성이 우수하면서도 비틀림력에 의한 피로도에 대한 강도를 얻을 수 있도록 열처리가 시행되고 있다.
이와 같은 튜블러 샤프트의 비틀림력에 대한 피로도에 대하여 강도를 얻기 위해서 행하여지는 열처리는 통상 침탄열처리와 오스템퍼링을 통해 비틀림 강도를 얻도록 열처리되며, 열처리는 도 3에 도시된 바와 같이, 열처리로내에서 예열 및 승온을 2시간가량 진행하여 940℃까지 승온이 되면 940℃에서 8시간동안 침탄, 940℃에서 6시간동안 확산을 통해 약 14시간 가량 침탄열처리를 진행한다. 이후, 90분간 서서히 감온하면서 800~860℃로 온도를 유지하다가 다시 240℃ 염욕에 냉각한다. 염욕냉각을 240℃에서 150분간 냉각후, 1시간가량 대기중에서 식히고, 물로 세척하여 완료한다. 여기서, 열처리는 예열부터 염욕냉각까지는 연속적으로 진행되고, 이후 세척공정은 별도 진행되도록 한다.
상기와 같은 종래의 침탄열처리 방법을 통해 튜블러 샤프트의 열처리를 완료하면 튜블러 샤프트의 비틀림에 대한 강도가 부여되는데 통상 요구되는 강도를 달성하나 요구 강도로 밑도는 경우도 빈번하다. 즉, 요구되는 강도를 유지하기 위해서는 사실상 최소치가 요구되는 강도에 대응되어야 하는 데도 불구하고, 최소치의 강도가 요구경도보다 아래에 있어 제품불량이 많고, 요구 강도에 근접한 제품의 사용시에는 차량의 안전사고와 이어질 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 비틀림 강도를 부여하기 위한 종래 연속적 열처리방법에 대한 부분을 공기중 서냉준비를 통해 불연속적 열처리로 개선하여 튜블러 샤프트의 비틀림 강도가 개선되고, 이를 통해 튜블러 샤프트의 사용수명증대와 자동차의 안전사고 방지가 가능한 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래 열처리방법으로 인해 요구되는 비틀림 강도 이하로 열처리됨에 따른 튜블러 샤프트의 불량률을 개선된 열처리방법을 통해 튜블러 샤프트가 요구되는 비틀림 강도 이상으로 개선되도록 함으로써, 제품의 불량률 최소화, 생산시간 단축과 생산성 향상이 가능한 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법은 상기 튜블러샤프트를 환원성가스가 공급되어지는 열처리로에 장입한 후 로(爐)의 온도가 900~950℃로 도달되도록 하는 승온단계(S100)와; 상기 승온단계 후, 침탄 또는 침탄 가스인 프로판, LNG, 벤젠을 공급하면서 내부 온도를 900~950℃의 온도구간에서 4~20시간 정도 유지하여 튜블러샤프트의 내주연 위치 이상까지 제품표면에 가스를 침투시켜 처리하는 침탄 열처리단계(S200)와; 상기 침탄 열처리단계 후, 산화 방지 보호가스 분위기중에서 30분~10시간 이내로 500℃이하로 서냉하고, 마무리한 후, 다시 예열 및 승온을 위해 준비하는 서냉준비단계(S300)와; 상기 서냉준비단계를 거친 후, 다시 열처리로의 온도가 850~920℃ 온도로 예열 및 승온하고, 승온된 850~920℃로 가열유지되도록 조절하여 온도를 유지시킨 후, 튜블러샤프트의 열처리효과가 향상되도록 230~260℃로 항온유지를 0.5~3시간동안 냉각하며 유지하는 염욕처리단계(S400)와; 상기 염욕처리단계 후, 표면의 이물질을 세척하여 제거하는 세척완료단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 통해 얻어진 튜블러샤프트의 표면경화층의 평균 결정립 크기는 13~17㎛, A.G.S No 5~9(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 표층으로부터 0.2mm의 조직상태는 베이나이트와 마르텐자이트로 형성되고, 잔류 오스테나이트는 15%이며, 표면경도 Hv650~740 인 것을 특징으로 하고, 상기 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 통해 얻어진 튜블러샤프트의 모재층의 평균 결정립 크기는 8~10㎛, A.G.S No 5~11(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 모재 조직상태의 1/2T의 조직상태는 베이나이트로 형성되고, 잔류 페라이트가 5%이며, 심부경도 Hrc 37~45인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 세척완료단계를 거친 튜블러 샤프트의 파괴하중은 6300t N.m 이상이고, 항복강도는 4400t N.m 이상으로 비틀림 강도가 개선되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 비틀림 강도를 부여하기 위한 종래 연속적 열처리방법에 대한 부분을 서냉준비를 통한 불연속 열처리방법으로 개선하여 튜블러 샤프트의 비틀림 강도가 개선되고, 이를 통해 튜블러 샤프트의 사용수명증대와 자동차의 안전사고 방지가 가능한 장점이 있고, 종래 열처리방법으로 인해 요구되는 비틀림 강도 이하로 열처리됨에 따른 튜블러 샤프트의 불량률을 개선된 열처리방법을 통해 튜블러 샤프트가 요구되는 비틀림 강도 이상으로 개선되도록 함으로써, 제품의 불량률 최소화, 생산시간 단축과 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 플런징 타입 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 사시도이다.
도 2는 종래 플런징 타입 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 도 1의 A-A선 요부 단면도이다.
도 3은 종래 플런징 타입 자동차 등속조인트의 열처리방법의 처리온도 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 처리온도 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 블럭도이다.
도 2는 종래 플런징 타입 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트의 도 1의 A-A선 요부 단면도이다.
도 3은 종래 플런징 타입 자동차 등속조인트의 열처리방법의 처리온도 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 처리온도 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 블럭도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다수의 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 처리온도 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법의 블럭도이다.
본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법은 앞서 상술한 종래의 열처리 방법을 개선하여 튜블러 샤프트의 비틀림강도를 항상 요구강도 이상 얻을 수 있어 튜블러 샤프트의 불량률이 최소화되고, 이를 통한 생산성 향상과 생산효율증대를 가져올 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 승온단계(S100), 침탄 열처리단계(S200), 서냉준비단계(S300), 염욕처리단계(S400), 세척완료단계(S500)를 통해 튜블러 샤프트의 비틀림 강도의 개선이 월등하게 이루어질 수 있다.
상기 승온단계(S100)는
상기 튜블러샤프트를 환원성가스가 공급되어지는 열처리로에 장입한 후 로(爐)의 온도가 900~950℃로 도달되도록 한다. 즉, 상기 승온단계(S100)는 앞서 상술한 바와 같이, 최초 온도를 상승하는 구간으로 환원성가스가 공급되고 있는 열처리로에 튜블러샤프트를 장입한 후 로(爐) 챔버 내부 온도가 900~950℃로 도달되도록 하여 침탄 공정에서 제품표면에 탄소가 확산되어 침투하도록 제품 온도를 맞추기 위한 것이다.
상기 침탄 열처리단계(S200)는
상기 승온단계 후, 침탄 가스인 프로판, LNG, 벤젠을 공급하면서 내부 온도를 900~950℃의 온도구간에서 4~20시간 정도 유지하여 튜블러샤프트의 내주연 위치 이상까지 제품표면에 가스를 침투시켜 처리한다. 여기서, 상기 침탄 열처리단계를 통해 튜블러샤프트의 내주연과 내주그루브의 열처리에 따른 변형을 최소화하여 중심선도로부터의 오차범위가 요구되는 범위내에서의 변형률을 보이도록 하고, 이와 함께 내부샤프트가 튜블러샤프트 내에서 트랙션볼에 의해 내주그루부와 외주그루부 사이에 위치결합되어 회전 및 신축결합에 따른 충격 등으로부터의 피로도에 대하여 기계적 강도를 가질 수 있는 요구경도 경도를 얻을 수 있다.
상기 서냉준비단계(S300)는
상기 침탄 열처리단계 후, 산화 방지 보호가스 분위기중에서 30분~10시간 이내로 500℃이하로 서냉하고, 마무리한 후, 다시 예열 및 승온을 위해 준비한다. 여기서, 상기 서냉준비단계에서는 앞서 침탄 열처리단계를 거친 후, 서냉하여 1차 마무리를 하게 됨으로써, 연속적인 열처리 단계를 거치지 않는 것이 중요하다. 즉, 종래에는 침탄열처리단계를 거친 후, 바로 염욕냉각을 시행하는 단계로 연속적으로 열처리를 진행하지만 본원 발명에서는 열처리단계 후, 산화 방지 보호가스 분위기중에서 서냉하면서 1차 마무리를 함으로써, 튜블러샤프트의 요구되는 비틀림 강도를 얻을 수 있다.
따라서, 침탄 열처리단계를 통해 다음단계로 연속적으로 진행되어 염욕냉각을 진행하게 되면 튜블러샤프트의 요구되는 비틀림강도를 가질 수 없고, 조직이 균일하지 못한 문제를 가져오게 된다.
상기 염욕처리단계(S400)는
상기 서냉준비단계를 거친 후, 다시 열처리로의 온도가 850~920℃ 온도로 예열 및 승온하고, 승온된 850~920℃로 가열유지되도록 조절하여 온도를 유지시킨 후, 튜블러샤프트의 열처리효과가 향상되도록 230~260℃로 항온유지를 0.5~3시간동안 냉각하며 유지한다.
상기 세척완료단계(S500)는
상기 염욕처리단계 후, 표면의 이물질을 세척하여 제거하여 제품의 품질에 영향을 주지않도록 하고, 이를 통해 보다 비틀림강도가 향상된 품질의 튜블러샤프트를 제공한다.
상기와 본 발명에 따른 열처리방법은 산화 방지 보호가스 분위기중에 서냉을 실시하면서 열처리를 마무리하고, 연속되지 않게 다음단계를 통해 얻어진 튜블러샤프트(100)의 도 2에 도시된 바와 같은 표면 및 심부조직이 베이나이트 조직상태로 튜블러샤프트의 내주그루브와 심부 모두 베이나이트조직의 특성을 아래의 표 1에 도시된 바와 같이, 잘 나타내고 있다.
| 튜블러샤프트 내주그루브 표면 및 심부 조직 |
 |
또한, 상기 튜블러샤프트(100)의 표면경화층의 평균 결정립 크기는 13~17㎛, A.G.S No 6~10(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 표층으로부터 0.2mm의 조직상태는 베이나이트와 마르텐자이트로 형성되고, 잔류 오스테나이트는 15%이며, 표면경도 Hv650~740로 열처리되고, 튜블러샤프트의 모재층의 평균 결정립 크기는 8~10㎛, A.G.S No 5~11(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 모재 조직상태의 1/2T의 조직상태는 베이나이트로 형성되고, 잔류 페라이트가 5%이며, 심부경도 Hrc37~45로 열처리되어 신축 및 회전에 따른 충격에 대하여 내구성 및 내마모성의 요구되는 기계적 강도에 적합하도록 열처리된다.
나아가, 기존 튜블러샤프트에 요구되는 파괴하중이 5,550~5780t N.m, 항복강도 3,700~4,080t N.m보다 상기 세척완료단계를 거친 튜블러 샤프트의 파괴하중은 6300~7000t N.m 이고, 항복강도는 4400~5000t N.m로 비틀림 강도가 요구되는 강도보다 개선되고, 향상되게 열처리된다.
이와 같은 본 발명에 따른 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법은 종래의 침탄 열처리방법과 같이 염욕냉각까지 연속적인 열처리로 진행되지 않고, 침탄 열처리단계 후, 산화 방지 보호가스 분위기중에서 서냉하여 1차 마무리한 후, 다시 염욕냉각을 위해 예열 및 승온하여 처리함으로써, 앞서 상술한 바와 같은 튜블러샤프트의 기계적 강도와 비틀림 강도에 대한 요구치 이상으로 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.
이에 대하여 시료로서 튜블러샤프트를 준비하고, 본원 발명의 열처리방법을 통한 튜블러샤프트(100)의 도 2에 도시된 바와 같은 표층조직과 심부조직의 결과를 아래의 표를 통해 확인할 수 있었다.
| 도면요구 | 결정립크기 :A.G.S No. 5이상 | 표면조직상태(표층 0.2mm) :베이나이트+마르텐자이트 |
| 조직사진 (X500) |
 |
 |
| 결과 | 평균 결정립 크기 13~17㎛ A.G.S No. 9 수준 |
마르텐자이트+잔류 오스테나이트 15% 표면경도 : 0.17mm-Hv 671 /1.05mm-Hv 595 *Hv 595=Hrc 55 |
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 튜블러샤프트의 요구되는 표면경화층의 기준을 상향하는 조직과 경도를 얻을 수 있어 기계적 강도와 내구성 및 내마모성을 향상할 수 있었다.
| 도면요구 | 결정립크기 :A.G.S No. 5이상 | 모재조직상태(1/2T) :베이나이트+마르텐자이트 |
| 조직사진 (X500) |
 |
 |
| 결과 | 평균 결정립 크기 8~10㎛ A.G.S No. 10.5 수준 |
베이나이트+잔류 페라이트(소량) |
상기 [표 3]에 나타난 바와 같이, 튜블러샤프트의 요구되는 모재층의 기준을 항향하는 조직과 경도을 얻을 수 있고, 미세조직의 균일성을 확보할 수 있었다.
상기와 같은 표 2, 3과 같은 결과를 통해 종래 침탄열처리방법과 본원 발명의 열처리방법을 통한 비틀림강도(파괴하중, 항복강도)를 비교예와 실시예로 튜브럴샤프트 시료를 통해 종래 침탄열처리방법보다 향상된 비틀림강도를 얻을 수 있었다.
공통으로 비틀림강도의 기준요구값은 파괴하중이 5,550t N.m 이상이고, 항복강도 4,080t N.m 이상이다.
<비교예>
종래 침탄열처리방법으로 본원 발명의 열처리방법과 같은 서냉준비단계를 거치지 않고, 염욕까지 연속적인 열처리를 통해 얻어진 비틀림강도 시험결과이다. 우선, 열처리는 열처리로내에서 예열 및 승온을 2시간가량 진행하여 940℃까지 승온이 되면 940℃에서 8시간동안 침탄, 940℃에서 6시간동안 확산을 통해 약 14시간 가량 침탄열처리를 진행한다. 이후, 90분간 서서히 감온하면서 850℃로 온도를 유지하다가 다시 240℃에 냉각하여 150분간 온도를 유지하면서 염욕냉각하였다. 여기서, 열처리는 예열부터 염욕냉각까지는 연속적으로 진행되고, 이후 세척공정은 별도 진행하여 비교예의 튜블러샤프트 시료를 얻었고, 이를 강도시험하여 [표 4]와 같은 결과를 얻었다.
| 튜블러샤프트 |
비교예시료1 | 비교예시료2 | 비교예시료3 | 비교예시료4 | 비교예시료5 |
| 파괴하중 |
5779t N.m | 5988t N.m | 6032t N.m | 5903t N.m | 5996t N.m |
| 항복강도 |
4589t N.m | 4690t N.m | 4601t N.m | 4544t N.m | 4470t N.m |
<실시예>
본원 발명에 따른 서냉준비단계를 통해 침탄열처리단계의 1차 마무리후, 염욕냉각 단계로 진입하는 불연속적 열처리를 통해 얻어진 비틀림강도 시험결과이다. 우선, 열처리는 열처리로내에서 예열 및 승온을 2시간가량 진행하여 940℃까지 승온이 되면 940℃에서 8시간동안 침탄, 940℃에서 6시간동안 확산을 통해 약 14시간 가량 침탄열처리를 종래와 동일하게 진행한다. 이후, 서냉준비단계를 통해 산화 방지 보호가스 분위기중에서 5분~10시간 서냉하여 500℃이하로 냉각하고, 1차 마무리한다. 이후, 850~920℃로 예열 및 승온하여 가열유지되도록 조절하여 온도를 유지시킨 후, 튜블러샤프트의 열처리효과가 향상되도록 240℃에 냉각하여 항온유지를 150분간 온도를 냉각하면서 유지하였다. 여기서, 열처리는 예열부터 침탄열처리, 서냉준비까지 마무리한 후, 염욕냉각하는 불연속적으로 진행되고, 이후 세척공정은 별도 진행하여 본원 발명에 따른 실시예의 튜블러샤프트 시료를 얻었고, 이를 강도시험하여 [표 5]와 같은 결과를 얻었다.
| 튜블러샤프트 |
실시예시료1 | 실시예시료2 | 실시예시료3 | 실시예시료4 | 실시예시료5 |
| 파괴하중 |
6301t N.m | 6652t N.m | 6511t N.m | 6489t N.m | 6628t N.m |
| 항복강도 |
4775t N.m | 4763t N.m | 4593t N.m | 4765t N.m | 4751t N.m |
상기 비교예와 실시예를 통해 얻어진 비틀림강도에 따른 [표 4]와 [표 5]의 결과값을 비교하면 우선 양자 모두 기준 요건에 대하여 만족할 수 있는 강도를 얻을 수 있으나 비교예의 경우 기준요건에 근접되어 있어 기준요건값을 만족하지 않는 문제가 빈번하게 발생할 수 있고, 이로 인해 차량의 안전사고 유발의 원인이 될 수 있다.
하지만, 본원 발명에 의해 얻어진 비틀림강도는 기준요구값에 비해 20~25%의 성능향상을 보인 것으로, 기준요구값 이하로 생산될 염려가 없어 비틀림강도에 따른 제품불량이 최소화되며, 이를 통한 차량의 안전사고 유발의 원인제공이 될 수 없고, 보다 안전하고, 내구성 및 사용수명이 증대될 수 있는 튜블러샤프트의 제공을 통해 소비자 및 생산자의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 제품 불량률의 제로화에 가깝게 생산이 가능하여 생산성 및 생산효율 증대를 가져올 수 있다.
이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
100 : 튜블러샤프트
S100 : 승온단계 S200 : 침탄 열처리단계
S300 : 서냉준비단계 S400 : 염욕처리단계
S500 : 세척단계
S100 : 승온단계 S200 : 침탄 열처리단계
S300 : 서냉준비단계 S400 : 염욕처리단계
S500 : 세척단계
Claims (4)
- 자동차 등속조인트의 튜블러샤프트의 비틀림 강도개선 열처리방법에 있어서,
상기 튜블러샤프트를 환원성가스가 공급되어지는 열처리로에 장입한 후 로(爐)의 온도가 900~950℃로 도달되도록 하는 승온단계(S100)와;
상기 승온단계 후, 침탄 가스인 프로판, LNG, 벤젠을 공급하면서 내부 온도를 900~950℃의 온도구간에서 침탄 경화층에 따라 4~20시간 정도 유지하여 튜블러샤프트의 내주연 위치 이상까지 제품표면에 가스를 침투시켜 처리하는 침탄 열처리단계(S200)와;
상기 침탄 열처리단계 후, 공기중에서 30분~10시간 이내로 500℃이하로 산화 방지 보호가스 분위기중에서 서냉하고, 마무리한 후, 다시 예열 및 승온을 위해 준비하는 서냉준비단계(S300)와;
상기 서냉준비단계를 거친 후, 다시 열처리로의 온도가 850~920℃ 온도로 예열 및 승온하고, 승온된 850~920℃로 가열유지되도록 조절하여 온도를 유지시킨 후, 튜블러샤프트의 열처리효과가 향상되도록 230~260℃로 항온유지를 0.5~3시간동안 유지하는 염욕처리단계(S400)와;
상기 염욕처리단계 후, 표면의 이물질을 세척하여 제거하는 세척완료단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 통해 얻어진 튜블러샤프트의 표면경화층의 평균 결정립 크기는 13~17㎛, A.G.S No 6~10(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 표층으로부터 0.2mm의 조직상태는 베이나이트와 마르텐자이트로 형성되고, 잔류 오스테나이트는 15%이며, 표면경도 Hv650~740 인 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법을 통해 얻어진 튜블러샤프트의 모재층의 평균 결정립 크기는 8~10㎛, A.G.S No 7~11(Austenite Grain Size;오스테나이트 입도)이고, 모재 조직상태의 1/2T의 조직상태는 베이나이트로 형성되고, 잔류 페라이트가 5%이며, 심부경도 Hrc37~45인 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 세척완료단계를 거친 튜블러 샤프트의 파괴하중은 6300t N.m 이상 이고, 항복강도는 4400t N.m 이상인 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200042460A KR20210125159A (ko) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020200042460A KR20210125159A (ko) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법 |
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| KR20210125159A true KR20210125159A (ko) | 2021-10-18 |
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| KR1020200042460A Ceased KR20210125159A (ko) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 자동차 등속조인트의 튜블러 샤프트 비틀림 강도개선 열처리방법 |
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| KR (1) | KR20210125159A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102681989B1 (ko) * | 2023-12-19 | 2024-07-08 | 서한이노빌리티(주) | 등속 조인트 내륜의 제조 방법 및 등속 조인트 내륜의 열처리 장치 |
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| KR20050061476A (ko) | 2003-01-17 | 2005-06-22 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 고주파 담금질용 강재, 그것을 이용한 고주파 담금질 부재, 및 그들의 제조방법 |
| KR20060030854A (ko) | 2003-09-29 | 2006-04-11 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 강제의 기계구조용 부품, 그 소재, 및 그 제조방법 |
-
2020
- 2020-04-08 KR KR1020200042460A patent/KR20210125159A/ko not_active Ceased
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| KR102700955B1 (ko) * | 2023-12-19 | 2024-08-30 | 서한이노빌리티(주) | 등속 조인트 내륜의 열처리 장치 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20211224 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20220615 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20211224 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |