배경 기술:
고강도 패스너 기술적 요구사항에 따라 담금질 및 템퍼링 처리가 필요합니다. 열처리 담금질 및 템퍼링 고강도 체결 부품의 종합적인 기계적 특성을 향상시켜 제품의 인장 강도 및 항복 강도 요구 조건을 충족하는 것이 목표입니다. 열처리 공정은 고강도 체결 부품의 내부 품질, 특히 내부 품질에 결정적인 영향을 미칩니다. 담금질 및 템퍼링 열처리 과정에서 일반적으로 외부에서 산화성 가스가 유입됩니다. 이 산화성 가스는 볼트와 반응하여 볼트 표면의 탈탄을 유발합니다. 볼트는 표면과 내부 구조가 다르기 때문에 열팽창 계수도 다릅니다. 따라서 담금질 과정에서 표면 균열이 발생하여 제품 품질이 저하될 수 있습니다. 기존의 열처리 공정은 볼트를 고온 담금질로에 직접 넣는 방식입니다. 이 방식은 담금질 후 경도 부족, 경도 불균일, 과도한 담금질 변형, 담금질 균열 등의 문제를 야기하기 쉽습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 열처리 공정을 개선할 필요가 있습니다.
기술적 구현 요소:
본 발명은 기존 기술의 단점을 해결하기 위해, 담금질 효과가 더 우수하고, 제품 품질이 향상되며, 제품 수명이 연장된 볼트용 열처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음과 같은 기술적 해결책을 채택한다.
볼트의 열처리 공정은 다음과 같은 단계를 포함합니다.
S1. 탈인산화;
S2. 전처리: 제품을 예열로에 넣고 고온 질소 가스를 예열로 내부로 연속적으로 주입한다. 2.5~3시간 동안 예열한 후 제품을 꺼내 침탄로에 넣어 침탄 처리를 한다.
S3. 담금질: 제품을 담금질로에 넣고 담금질로 내부에 질소를 연속적으로 주입한다. 30~40분간 질소를 주입한 후, 담금질로의 온도를 460~500℃까지 천천히 올리고 15~20분간 유지한 후 1단계 담금질 처리를 진행한다. 담금질로의 온도를 550~700℃까지 천천히 올리고 20~35분간 유지한 후 2단계 담금질 처리를 진행한다. 담금질로의 온도를 750~850℃까지 천천히 올리고 30~45분간 유지한 후 3단계 담금질 처리를 진행한다.
S4. 오일 냉각: 담금질된 제품을 꺼내어 첫 번째 담금질 오일 탱크에 넣고 오일 냉각을 진행하며, 15분마다 교반하면서 20~30분간 유지합니다. 꺼낸 후 두 번째 담금질 오일 탱크에 넣고 오일 냉각을 진행하며, 제품 온도가 100℃로 떨어질 때까지 15분마다 교반합니다.
S5. 오일 제거: 냉각된 제품을 꺼내 35~45분간 방치한 후, 찬바람을 불어 제품 표면의 냉각유를 제거합니다.
S6. 열처리: 탈지된 제품을 열처리로에 넣고 열처리를 실시합니다. 열처리 온도는 110~180℃, 열처리 시간은 1.5~3시간으로 설정합니다. 1차 열처리를 완료한 후, 온도를 370~410℃로 올려 3~6시간 동안 열처리한 후 2차 열처리를 진행합니다. 열처리 후, 제품을 공랭하여 실온으로 식힙니다.
바람직하게는, 상기 단계 s1에서, 세척액은 질량 기준으로 다음과 같은 성분으로 구성된다: 부틸 아세테이트 20-36부, 폴리글리콜산 10-13부, 아미노아세트산 16-20부, 에틸 아크릴레이트 13-22부, 올레산 트리에탄올아민염 5-9부, 에탄올아민 3-16부, 및 물 18-26부. 이는 제품 표면의 기름때를 효과적으로 제거하고 담금질 효과에 영향을 미치지 않는다.
더욱 바람직하게는, 상기 탈인조에는 농도가 2.2~6.5g/l인 수산화칼륨 용액 또는 농도가 2.8~6.9g/l인 수산화나트륨 용액을 선택한 탈인 용액이 장착되어 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 단계 s2에서 예열로에 주입되는 고온 질소 가스는 단계 s3의 담금질로에 있는 질소 가스이며, 유량은 2.5~3.5L/h이다. 제품을 예열함으로써 표면의 세척액을 건조시킬 수 있고, 담금질로에서 온도가 급격히 상승하더라도 제품 품질에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 단계 s3에서 질소의 유량은 4-5l/h이며, 이는 예열로에서 공기를 제거하고, 산소와 제품 간의 산화 반응을 방지하고, 탈탄을 방지하여 나사 체결 부품의 파손 및 제품 수명 단축을 예방할 수 있습니다.
구체적으로, 상기 단계 s3에서, 담금질로의 가열 속도는 460~500℃까지 가열하는 동안 30~40℃/min, 550~700℃까지 가열하는 동안 50~60℃/min, 그리고 750~850℃까지 가열하는 동안 70~90℃/min이다. 이러한 단계별 가열 담금질 처리는 제품의 담금질 효과를 향상시키고 제품 품질을 개선할 수 있다.
바람직하게는, 단계 s4에서, 제1 담금질유 탱크의 담금질유 온도는 250-300℃이고, 제2 담금질유 탱크의 담금질유 온도는 50-70℃이다.
더욱 바람직한 것은, 위의 s5 단계에서 냉기 온도는 30-35℃이고 풍속은 20-25m/s이다.
본 발명의 장점은 볼트의 열처리 공정이 간단하고 조작이 용이하며 담금질 효과가 우수하다는 것이다. 제품을 예열함으로써 표면의 세척액을 건조시킬 수 있고, 담금질로에서 급격한 온도 상승으로 인한 제품 품질 저하를 방지할 수 있다. 예열로에 사용되는 고온 질소는 담금질로에서 공급되므로 예열로 내 가열 장치가 필요 없어 에너지 소비를 절감하고 생산 비용을 줄일 수 있다. 예열로와 담금질로에 질소를 주입하면 내부의 공기를 제거하여 산소와 제품 간의 산화 반응을 방지하고, 탈탄으로 인한 나사 체결 부품의 파손을 방지하여 제품 수명을 연장할 수 있다. 단계별 가열 담금질 처리는 제품의 담금질 효과와 품질을 향상시키고, 단계별 오일 냉각 처리는 고온 제품을 품질 손상 없이 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
구체적인 구현 방법
다음은 본 발명에 대한 구체적인 소개와 구체적인 실시예입니다.
예시 1
볼트의 열처리 공정은 다음과 같은 단계를 포함합니다.
S1. 탈인산화;
세척액은 질량 기준으로 부틸 아세테이트 20부, 폴리글리콜산 10부, 아미노아세트산 16부, 에틸 아크릴레이트 13부, 올레산 트리에탄올아민염 5부, 에탄올아민 3부, 물 18부의 성분으로 구성됩니다. 탈인조에는 농도 2.2g/l의 수산화칼륨 용액을 사용하는 탈인액이 설치되어 있습니다.
S2. 전처리: 제품을 예열로에 넣고 고온 질소 가스를 예열로 내부로 연속적으로 주입한다. 2.5시간 동안 예열한 후 제품을 꺼내 침탄로에 넣어 침탄 처리를 한다.
S3. 담금질: 제품을 담금질로에 넣고 질소 가스를 연속적으로 주입한다. 질소 가스의 유량은 4L/h이며, 30분 동안 질소 가스를 주입한 후, 30℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 460℃까지 천천히 올리고 15분간 유지한 후 1단계 담금질 처리를 진행한다. 50℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 550℃까지 천천히 올리고 20분간 유지한 후 2단계 담금질 처리를 진행한다. 70℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 750℃까지 천천히 올리고 30분간 유지한 후 3단계 담금질 처리를 진행한다.
S4. 오일 냉각: 담금질된 제품을 꺼내어 첫 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 250℃이며, 20분 동안 15분 간격으로 교반한다. 제품을 꺼낸 후, 두 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 50℃이며, 제품 온도가 100℃까지 떨어질 때까지 15분 간격으로 교반한다.
S5. 오일 제거: 냉각된 제품을 꺼내 35분간 방치합니다. 30℃의 온도와 20m/s의 풍속으로 제품 표면의 냉각유를 불어냅니다.
S6. 열처리: 탈지된 제품을 열처리로에 넣고 열처리 온도를 110℃, 열처리 시간을 1.5시간으로 설정하여 1단계 열처리를 수행합니다. 온도를 370℃로 올려 3시간 동안 열처리한 후 2단계 열처리를 진행합니다. 열처리 후 제품을 공랭하여 실온으로 식힙니다.
본 실시예의 단계 s2에서 예열로에 도입되는 고온 질소 가스는 단계 s3의 담금질로에서 나오는 질소 가스이며, 고온 질소 가스의 유량은 2.5l/h이다.
예시 2
본 실시예의 공정 단계는 구체적인 공정 조건만 제외하고 실시예 1의 공정 단계와 동일하며, 구체적인 공정 조건에는 다음 단계들이 포함된다.
S1. 탈인: 제품을 세척기에 넣고 제품이 세척액에 완전히 잠길 때까지 세척액을 붓습니다. 세척 온도를 50℃로 조절하고 15분마다 교반합니다. 3시간 동안 세척 후 제품을 꺼내 탈인 탱크에 넣어 탈인 처리를 합니다.
세척액은 질량 기준으로 부틸 아세테이트 36부, 폴리글리콜산 13부, 아미노아세트산 20부, 에틸 아크릴레이트 22부, 올레산 트리에탄올아민염 9부, 에탄올아민 16부, 물 26부의 성분으로 구성됩니다. 탈인조에는 탈인액이 설치되어 있으며, 탈인액은 농도 6.5g/l의 수산화칼륨 용액 또는 농도 6.9g/l의 수산화나트륨 용액 중에서 선택됩니다.
S2. 전처리: 제품을 예열로에 넣고 고온 질소 가스를 예열로 내부로 연속적으로 주입한다. 3시간 동안 예열한 후 제품을 꺼내 침탄로에 넣어 침탄 처리를 한다.
S3. 담금질: 제품을 담금질로에 넣고 질소 가스를 연속적으로 주입한다. 질소 가스의 유량은 5 l/h이며, 40분 동안 질소 가스를 주입한 후, 40 ℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 500 ℃까지 천천히 올리고 20분 동안 유지한 후 1단계 담금질 처리를 진행한다. 60 ℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 700 ℃까지 천천히 올리고 35분 동안 유지한 후 2단계 담금질 처리를 진행한다. 90 ℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 850 ℃까지 천천히 올리고 45분 동안 유지한 후 3단계 담금질 처리를 진행한다.
S4. 오일 냉각: 담금질된 제품을 꺼내어 첫 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 300℃이고, 15분 간격으로 30분 동안 교반한다. 제품을 꺼낸 후, 두 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 70℃이고, 제품 온도가 100℃까지 떨어질 때까지 15분 간격으로 교반한다.
S5. 오일 제거: 냉각된 제품을 꺼내 45분간 방치합니다. 35℃의 온도와 25m/s의 풍속으로 제품 표면의 냉각유를 불어냅니다.
S6. 열처리: 탈지된 제품을 열처리로에 넣고 열처리 온도를 180℃, 열처리 시간을 3시간으로 설정하여 1단계 열처리를 수행합니다. 온도를 410℃로 올려 6시간 동안 열처리한 후 2단계 열처리를 진행합니다. 열처리 후 제품을 공랭하여 실온으로 식힙니다.
본 실시예의 단계 s2에서 예열로에 도입되는 고온 질소 가스는 단계 s3의 담금질로에서 나오는 질소 가스이며, 고온 질소 가스의 유량은 3.5l/h이다.
예제 3
본 실시예의 공정 단계는 구체적인 공정 조건만 제외하고 실시예 1의 공정 단계와 동일하며, 구체적인 공정 조건에는 다음 단계들이 포함된다.
S1. 탈인산화;
세척액은 질량 기준으로 부틸 아세테이트 28부, 폴리글리콜산 12부, 아미노아세트산 18부, 에틸 아크릴레이트 18부, 올레산 트리에탄올아민염 7부, 에탄올아민 10부, 물 22부의 성분으로 구성됩니다. 탈인조에는 탈인 용액이 설치되어 있으며, 이 용액은 농도 4.5g/l의 수산화나트륨 용액으로 선택됩니다.
S2. 전처리: 제품을 예열로에 넣고 예열로에 고온 질소 가스를 연속적으로 주입한다. 2.7시간 동안 예열한 후 제품을 꺼내 침탄로에 넣어 침탄 처리를 한다.
S3. 담금질: 제품을 담금질로에 넣고 질소 가스를 연속적으로 주입한다. 질소 가스의 유량은 4.5l/h이며, 35분 동안 질소 가스를 주입한 후, 35℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 480℃까지 천천히 올리고 18분 동안 유지한 후 1단계 담금질 처리를 진행한다. 55℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 575℃까지 천천히 올리고 27분 동안 유지한 후 2단계 담금질 처리를 진행한다. 80℃/min의 승온 속도로 담금질로의 온도를 800℃까지 천천히 올리고 38분 동안 유지한 후 3단계 담금질 처리를 진행한다.
S4. 오일 냉각: 담금질된 제품을 꺼내어 첫 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 275℃이고, 25분 동안 15분 간격으로 교반한다. 제품을 꺼낸 후, 두 번째 담금질 오일 탱크에 넣어 오일 냉각을 실시한다. 담금질 오일의 온도는 60℃이고, 제품 온도가 100℃까지 떨어질 때까지 15분 간격으로 교반한다.
S5. 오일 제거: 냉각된 제품을 꺼내 40분간 방치합니다. 33℃의 온도와 22m/s의 풍속으로 찬 공기를 불어 제품 표면의 냉각유를 제거합니다.
S6. 열처리: 탈지된 제품을 열처리로에 넣고 열처리 온도를 145℃, 열처리 시간을 2.2시간으로 설정하여 1단계 열처리를 수행합니다. 온도를 390℃로 올려 4.5시간 동안 열처리한 후 2단계 열처리를 진행합니다. 열처리 후 제품을 공랭하여 실온으로 식힙니다.
본 실시예의 단계 s2에서 예열로에 도입되는 고온 질소는 단계 s3에서 담금질로에 있는 질소이며 유량은 3l/h이다.
기계적 성능 테스트
시험 결과에 따르면, 본 발명의 열처리 공정을 거친 볼트의 강도 수준은 10.5 이상으로 품질 요구 사항을 충족하는 것으로 나타났습니다.
본 발명에 따른 볼트의 열처리 공정은 간단하고 조작이 용이하며 담금질 효과가 우수하다. 제품을 예열함으로써 표면의 세척액을 건조시킬 수 있고, 담금질로에서 급격한 온도 상승으로 인한 제품 품질 저하를 방지할 수 있다. 예열로에 사용되는 고온 질소는 담금질로에서 공급되므로 예열로 내 가열 장치가 필요 없어 에너지 소비를 절감하고 생산 비용을 줄일 수 있다. 예열로와 담금질로에 질소를 주입하면 내부의 공기를 제거하여 산소와 제품 간의 산화 반응을 방지하고, 탈탄으로 인한 나사 체결 부품의 파손을 막아 제품의 수명을 연장할 수 있다. 단계별 가열 담금질 처리는 제품의 담금질 효과와 품질을 향상시키며, 단계별 오일 냉각 처리는 고온 제품을 품질 손상 없이 효과적으로 냉각할 수 있다.
본 명세서에서 “일 실시예”, “일부 실시예”, “예시”, “구체적인 예시”, 또는 “일부 예시”와 같은 용어는 상기 실시예 또는 예시와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특징들이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 의미합니다. 본 명세서에서 상기 용어들의 개략적인 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 예시를 지칭하는 것은 아닙니다. 또한, 설명된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특징들은 하나 이상의 실시예 또는 예시에서 적절한 방식으로 조합될 수 있습니다.
상기 내용은 본 발명의 기본 원리, 주요 특징 및 장점을 설명하고 있습니다. 본 산업 분야의 기술자들은 상기 실시예들이 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하지 않으며, 동등한 대체 또는 동등한 변형을 통해 얻은 모든 기술적 해결책 또한 본 발명의 보호 범위에 포함된다는 것을 이해해야 합니다.
게시 시간: 2023년 4월 4일