KR910002918B1

KR910002918B1 - Fe계 소결합금제 변속기용 동기링

Info

Publication number: KR910002918B1
Application number: KR1019880002322A
Authority: KR
Inventors: 히데도시 아구즈
Original assignee: 미쯔비시마테리알 가부시기가이샤; 나가노 다께시
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1991-05-10
Also published as: US4943321A; KR880011354A; DE3808460A1

Abstract

내용 없음.

Description

Fe계 소결합금제 변속기용 동기링

제1도는 변속기용 동기링을 도시하는 사시도이다.

[이용분야]

본 발명은 고강도와 우수한 내마모성과 상대 부재와의 친밀성을 가지는 Fe계 소결합금제 변속기 동기링에 관한 것이다.

[기술적 배경]

종래 일반적으로 변속기용 동기링은 제1도에 사시도에서 예시한 바와 같이 내면(1)이 회전하는 테이퍼콘(Taper Cone)과의 고면압하(高面壓下)에서의 단속적 면접촉을 받으며 또 외주면에 그의 외주연에 따라 소정 간격으로 설치한 챔퍼(Chamfer)(2)가 허브슬리이브의(hub Sleeve) 템퍼와 맞물리는 기능을 가지는 것이므로 강도, 내마모성 및 상대 부재와의 친밀성을 구비함이 요구되며 따라서 그 제조에는 이들의 특성을가지는 고력황 등이 많이 사용되고 있다.

또한 동기링에는 이외에 나사가 외주부에 있고 이 외주측에 상대 테이퍼콘과 마찰하는, 통칭 핀 타입의 것이 있다.

그러나, 최근의 변속기에 대한 고출력화 및 경량화에 대한 요구가 엄격하고 이에 수반하여 동기링에 대하여도 보다 높은 강도, 내마모성 및 친밀성이 요구되고 있으나 종래의 고력황 등의 것으로는 이에 대한 충분한 대응을 할 수 없는 것이 현실이다.

여기서 본 발명자들은 상기한 바와 같은 요구에 충분히 대응할 수 있는 변속기용 동기링을 발명하고자 연구를 행한 결과 중량%로서(이하 성분 조성에 관한 %는 중량%임)

(1) C : 0.1-0.9%을 함유하고 다시 필요에 따라 Mn, Cr 및 Mo중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-6%와, Q Ni 및 Cu중 1종 또는 2종 : 0.1-6%와, B : 0.02-0.5%와의 중 최소한 1종을 함유하고 나머지 Fe와 불가피 불순물(단불가피 블순물로서의 Si, S 및 P의 함량으로 5% 이하)로 되는 조성 및 0.05-5용량%의 공극율(空隙率)을 가지는 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링 및 (2) 상기 (1)에 표시된 조성과 0.05-5% 용량%의 공극율을 가지는 Fe계 소결합금 본체의 최소한 레이퍼콘 마찰면에, 평균층 두께 3-80㎛의 경질 Ni-P 화합물층 혹은, 평균층 두께 3-200㎛의 질화층의 어느 하나를 형성하여서 되는 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링은 고강도와, 우수한 내마모성 및 상대 부재와의 친밀성을 가지며, 따라서, 변속기의 고출력화의 경량화에 충분히 대응할 수 있음을 알게 되었다.

[발명의 요략]

본 발명은 상기 얻는 지식에 기초하여 발명한 것으로 본 발명은 고강도와, 우수한 내마모성과 상대 부재와의 친밀성을 가지는 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링에 관련된 것으로, C : 0.1-0.9%를 함유하고, 다시 Mn, Cr 및 Mo중의 1종 또는 2종 이상 0.1-6%와, Ni 및 Cu중의 1종 또는 2종 : 0.1-6%와 B : 0.02-0.5%와, 중의 최소한 1종을 함유하고 나머지 Fe와 불가피 불순물로 되는 조성(이상 중량%) 및 0.05-5용량%의 공극율을 가지는 Fe계 소결합금제 동기링 및 C : 0.1-0.9%를 함유하고 다시 Mn, Cr 및 Mo중의 1종 또는 2종이상 : 0.1-6%와, Ni 및 Cu중의 1종 또는 2종 : 0.1-6%와, B : 0.02-0.5%와를 함유하고 나머지 Fe와 불가피 불순물로 되는 조성(이상 중량%) 및 0.05-5용적%의 공극율을 가지는 Fe계 소결합금 본체의 최소한 테이퍼콘 마찰면에, 평균층 두께 3-80㎛의 경질 Ni-P 화합물층, 혹은 평균층두께 3-200㎛의 질화층의 어느 하나를 형성하여서된 Fe계 소결합금제 동기링이다.

[발명의 상세한 설명]

다음으로 본 발명의 동기링에 있어서 성분 조성 및 공극율을 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다.

[(a) C ]

C 성분에는 강도 및 내마모성을 향상시키는 작용이 있으나 그 함량이 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망의 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 0.9%를 초과하면 인성이 저하함과 동시에 상대 공격성도 증대(친밀성의 저하)하게 되어 그 함유량을 0.1-0.9%로 정한다.

[(b) Mn, Cr 및 Mo]

이들 성분은 강도 및 인성을 향상시키는 외에 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키며, 또한 경도 상승에 기여하여, 소성유동에 의한 마모를 방지하는 작용이 있으나, 그 함유량이 0.1% 미만에서는 전기 작용에 소망의 효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 6%를 초과하여도 보다 낳은 향상 효과가 나타나지 않으므로 경제성을 고려하여 그 함유량을 0.1-6%로 함이 바람직하다.

[(c) Ni 및 Cu]

이들의 성분은 강도, 연성, 내마모성 및 친밀성을 향상시키는 작용이 있으므로 필요에 따라 함유시키나, 그 함유량이 0.2% 미만에서는 전기 작용에 소망의 향상 효과를 볼 수 없고, 한편 6%를 초과 함유시켜도 보다 낳은 효과를 얻을 수 없으므로, 그 함유량을 0.1-6%로 함이 바람직하다.

[(d) B]

B 성분에는 소결성을 향상시키는 외에, 연성 및 강도를 향상시키는 작용이 있으므로, 필요에 따라 함유시키나, 그 함유량이 0.02% 미만에서는 전기 작용의 향상 효과를 얻을 수 없고, 한편, 그 함유량이 0.5%를 넘으면 인성이 저하하므로 그 함유량을 0.02-0.5%로 함이 바람직하다.

또한 불가피 불순물로서는 Si, S 및 P 성분을 함유하나, 이들의 성분은 합계량으로 0.5%를 초과하면, 강도 및 연성이 저하하게 되므로, 합계량을 0.5% 이하로 하도록 하여야 한다.

[(e) 공극율]

합금중의 공극에는 특히 외주면 연부에 따라 형성된 챔퍼의 공극이 실용시에 기름주머니로 되어 상대 부재인 허브슬리이브의 챔퍼와의 원활한 맞물림을 가능케 함과 동시에 친밀성을 향상시키는 작용이 있고, 또한 실용시에 기름주머니로되어 링 내면의 초기 친밀성을 향상시키고, 그리고 이들의 응착마모를 방지하는 외에 Ni-P 화합물층 혹은 질화층의 침투를 촉진하여, 이들의 층두께를 증대시키며 따라서, 내마모성을 향상시키며, 더욱 이 공극면에 엷은 산화막을 형성하여 마모를 정상화하는 작용이 있으나, 그 비율은 0.05용량% 미만에서는 전기 작용에 소망 효과를 얻을 수 없고, 한편 5용량% 이상에서는, 강도가 저하되고, 실용에 제공할 수 없게 되므로, 그 비율은 0.05-5%로 정한다.

[(f) Ni-P 화합물층의 평균층 두께]

그 평균층 두께가 3㎛ 미만에서는 소망의 우수한 내마모성을 장기간에 걸쳐 확보할 수 없고, 한편 그 평균층 두께가 80㎛를 넘으면 인성이 저하되게 되므로, 그 평균층 두께를 3-80㎛로 정한다.

[(g) 질화층의 평균층 두께]

그 평균층 두께가 3㎛ 미만에서는, 소망의 우수한 내마모성을 장기에 걸쳐 확보할 수 없고, 한편 그 평균층 두께가 200㎛를 넘으면 인성이 저하되므로 그 평균층 두께는 3-200㎛로 정한다.

다음으로 본 발명의 동기링을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

원료 분말로서, 어느 것이나 200멧슈 이하의 입도를 가지는 흑연 분말, Cu 분말, Ni 분말, Fe-B 합금(B : 15% 함유) 분말, 및 Fe 분말을 준비하고, 이들 원료 분말을 제1표에 표시된 배합 조성으로 배합하고, 통상의 조건으로 혼합한 후, 5.5T/㎠의 압력으로 압분체로 프레스 성형하여, 이들 압분체를 700-900℃의 범위내의 소정온도로 가배소한 후, 이들의 가배소체의 일부를 온간(溫間)에서 6-8T/㎠의 범위내의 압력으로 재가압하여(제1표의 비교란에 재가압의 유무를 표시) 다음으로 전기가 배소체 및 이들의 재가압 가소결체를 암모니아 분해 가스중 1000-1200℃의 범위내의 소정온도에 1시간 유지 조건에서 소결하여 실질적으로 배합조성과 동일의 성분 조성을 가진 소결체를 형성하고, 다시 이들 소결체의 일부에는 800-1000℃의 범위내 온도에서 열간 단조를 행하여(제1표의 비교란에 열간 단조의 유무를 표시), 이 결과로서 마찬가지로 제1표에 표시되는 각종의 공극율, 및 Si와 S와 P로 되는 불가피 불순물 함유량을 가지며 내경 : 62㎜, 두께 : 8㎜의 치수를 가지고, 테이퍼콘 마찰면에 두께 : 0.8㎜의 셀룰로스 섬유질계 시이트상 타이닝재를 접착제로하여 접착한 외면 챔퍼수 : 18개의 본 발명 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링(이하 본 발명 소결링이라함) 1-16 및 비교 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링(이하 비교 소결링이라함) 1-5를 제조하였다.

비교소결링 1-5는 성분 조성 및 공극율중 어느 것인가의 조건(제1표에 *로 표시)이 본 발명의 범위로부터 벗어난 것이다.

다음으로 이 결과 얻은 각종의 소결링에 대하여 빅커스 경도를 측정하고, 다시, 테이퍼콘의 회전수 : 800r.p.m, 테이퍼콘의 가압하중 : 40Kg, 상대재인 테이퍼콘 및 허브슬리이브의 재질 : SCM-21의 침단 소입재, 동기시간 : 0.3-0.4초(10만회), 기름 : 80번 밋숀오일, 기름온도 : 60℃의 조건에서의 벤치 시험을 행하고 어느 것이나 링 본체에 있어서의 균일발생 유무, 탈락량(마모량) 및 동기시의 이상의 유무와 어느 것이든 챔퍼에 있어서의 최대 마모량, 균일발생 유무, 및 동기시의 이상의 유무를 각각 측정하였다.

이들의 결과를 제2표에 표시하였다.

[표 1]

[표 2]

[실시예 2]

원료 분말로서, 어느 것이나 200멧슈 이하의 입도를 가지는, Mn 분말, Mo 분말, Cr 분말, 흑연 분말, Cu 분말, Ni 분말, Fe-B 합금(B : 15% 함유) 분말, Fe-Mn 합금(Mn : 25% 함유) 분말, Fe-Crl 합금(Cr : 18% 함유) 분말, 및 Fe 분말을 준비하고, 이들 원료를 각각 제3표에 표시된 배합 조성으로 배합하고, 다음으로 실시예 1의 각 처리 공정을 실시하여 본 발명 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링(이하 본 발명 소결링이라함) 17-38을 각각 제조하였다.

또 비교소결링 6-10은 성분 조성 및 공극율중의 어느 것인가의 조건(제3표 *인)이 본 발명 범위의 것이다.

다음으로 이 결과 얻은 각종의 소결링에 대하여 빅커스 경도를 측정하고 다시 실시예 1과 같은 조건에서 벤치 시험을 행하고 같은 항목으로 각각 측정하였다.

이들의 결과를 제4표에 표시하였다.

[표 3]

(*인 : 본 발명의 범위의)

[표 4]

제2표 및 제4표에 표시된 결과로부터 본 발명 소결링 1-38은 어느 것이나 고경도를 가지고, 그리고 내균열성, 내마모성, 및 친밀성에도 우수한데 대하여, 비교소결링 1-10에서보는 바와 같이 구성 요건중 어느것인가 요건이 본 발명 범위를 넘으면 전기 특성중 최소한 어느 것인가의 특성이 낮은 것이 되는 것이 명백하다.

[실시예 3]

원료 분말로서, 어느 것이나 200멧슈 이하의 입도를 가지는, 흑연 분말, Cu 분말, Fe 분말, Mo 분말, Cr 분말, Mn 분말, Ni 분말, Fe-B 합금(B :1.2% 함유) 분말, Fe-Mn 합금(Mn : 30% 함유) 분말, 및 Fe-Cr 합금(Cr : 15% 함유) 분말을 준비하고, 이들 원료 분말을 각각 제5표에 표시된 배합 조성으로 배합하여, 통상의 조건으로 혼합한 후 5.5T/㎠의 압력으로 압분체로 프레스 성형하고, 이들 압분체를 700-900℃의 온도 범위내에 소정온도에서 가배소한 후, 이물 가소결체의 일부에는 온간에서 6-8T/㎠의 압력을 사용하여 재가압하고(제5표의 비교란에 재가압의 유무를 표시), 다음으로 전기가 소결체, 및 이들의 재가압 가소결체를 암모니아 분해가스중, 100-1200℃의 범위내의 소정온도에 1시간 유지 조건으로 소결하여 실질적으로 배합 조성과 동일의 성분 조성을 가지는 소결체를 성형하고, 다시 이들 소결체의 일부에는 800-1000℃의 범위내 온도에서 열간 단조를 행하고(제5표의 비교란에 열간 단조의 유무를 표시함), 이 결과로서 마찬가지로 제5표에 표시된 각종의 공극율로 하고, 계속하여 90℃의 도금액중에 침지하여 무전해 도금을 행하고, 그 내면만에 마찬가지로 제5표에 표시된 평균층 두께의 Ni-P 화합물층을 형성하여, 최종적으로 350-450℃의 범위내의 온도에 0.5시간 유지 조건에서 열처리를 행하므로서 제1도에 표시되는 형상 및 내경 : 58㎜×두께 : 8㎜의 치수를 가지며, 외면 챔퍼 : 32본(개)의 본 발명 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링(이하 본 발명 소결링이라함) 39-60 및 비교 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링(이하 비교소결링이라함) 11-16을 각기 제조하였다.

그리고, 비교소결링 11-16은 성분조성, 공극율, 및 Ni-P 화합물층의 평균두께중의 어느 하나의 조건이(제5표에 *인 표시) 본 발명 범위밖인 것이다.

다음으로, 이 결과 얻은 각종의 소결링에 대하여 강도를 평가할 목적으로 항절력을 측정하고, 다시 상대 부재인 테이퍼콘의 회전수 : 1000r.p.m, 동 테이퍼콘의 재질 : SCM-21의 침탄소입재, 가압하중 : 100Kg, 기름 : 90번 밋숀오일, 기름온도 : 120℃, 테이퍼콘의 작동상태 : 1초 가압하고, 2초 떼놓음, 사이클 : 6000사이클의 조건에서 단체마모 시험 및 테이퍼콘의 회전수 : 1200r.p.m, 테이퍼콘의 가압하중 : 50Kg, 상대부재 테이퍼콘 및 허브슬리이브의 재질 : SCM-21의 침탄소입재, 동기시간 : 0.3-0.4초(회전 5만회), 기름 : 90번 밋숀오일, 기름온도 : 70℃의 조건에서의 벤치 시험을 행하고, 전자의 단체마모 시험에서는, 링에 있어서의 균일의 유무, 링의 테이퍼콘 마찰면(이하 내면이라함)의 최대 마모량, 상대제의 최대 마모량(또, 전기의 최대 마모량은 어느 것이나 탈락량 측정용 표준품을 준비하고, 그 탈락량을 가지고 표시항), 링 내면의 소착의 유무, 링 내면의 초기(500회까지) 및 후기(안정기)의 마모계수, 및 링 내면의 초기 마모의 유무를 관찰하고, 또 후자의 벤치 시험에서는 챔퍼의 이상, 마모의 유무, 및 동기시의 이상, 음의 유무를 각기 측정하였다.

이들 결과를 제6표에 표시하였다.

[표 5]

(* 인 : 본 발명의 범위의)

[표 6]

[실시예 4]

원료분말로서, 실시예에 표시한 각 분말을 준비하고 이들을 제3표에 표시된 배합조성으로 배합하고, 다음으로 실시예 3에 표시한 각 처리 공정을 행하여 소결체를 성형하고, 다시 이들의 소결체의 일부에는 800-1000℃의 범위내의 온도에서 열간 단조를 행하여(제7표의 비교란에 열간 단조 유무를 표시), 이 결과로서 마찬가지로 제7표에 표시된 각종의 공극율로 하고, 본 발명의 소결링 61, 65, 67, 68 및 70-82, 비교소결링 17-18 및 20에 대하여는 계속하여 시안염과 시안산염으로 되는 알카리 시안산염중에 520-580℃의 범위내의 소정 온도에 10분 내지 5시간 침지한 후, 150-300℃의 범위내의 소정 온도의 유중에 유냉의 질화처리를 행하여, 그의 내면만에 마찬가지로 제7표에 표시되는 평균층 두께의 질화층을 형성하고, 한편 본발명 소결링 66 및 69 비교소결링 19와 21에 대하여는 암모니아 분위기중 520-600℃의 범위내 온도에 2-5시간 유지조건에서 가스 연질화 처리를 행하므로써, 제1도에 표시된 형상 및 내경 : 58㎜ ×두께 : 8㎜의 치수를 가지고, 그리고 외면 챔퍼 : 32개의 본 발명 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링 61-82 및 비교 Fe계 소결링 17-21를 각기 제조하였다. 또 비교소결링 17-21은 성분조성, 공극율 및 질화층의 평균층 두께중의 어느하나의 조건(제7표^*표시)이 본 발명 범위밖의 것이다.

다음으로 이 결과 얻은 각종의 소결링에 대하여 강도의 평가를 목적으로 항절력을 측정하고, 다시 단체마모 시험 및 벤치시험을 각각 실시예 3에 표시한 요령으로 행하고, 전자의 단체 마모 시험에서는 링에 있어서의 균열의 유무, 링의 테이퍼콘 마찰면의 최대 마모량, 상대 부재의 최대 마모량, 링 내면의 소착의 유무, 링 내면의 초기(500회까지) 및 후기(안정기)의 마찰계수 및 링내면의 초기 마모의 유무를 관찰하고 또 후자의 벤치 시험에서는 챔퍼의 이상 마모의 유무, 및 동기시의 이상(이상음, 이상유온상승)의 유무를 각각 측정하였다. 이들의 결과를 제8표에 표시하였다.

[표 7]

(* 인 : 본 발명의 범위외)

[표 8]

제6표 및 제8표에 표시된 결과로부터 본 발명 소결링 39-82는 어느 것이나 고강도를 가지며 그리고 내마모성 및 친밀성도 우수한데 대하여 비교소결링 11-21에서 보는 바와 같이 구성 요건중 어느 하나의 요건이라도 본 발명 범위를 벗어나면 전기 특성중의 최소한 어느것인가의 특성이 떨어진 것이 됨이 명백하다.

또 핀타입의 동기링에서도 마찬가지 결과가 얻어지는 것은 물론이다. 상술한 바와 같이 본 발명 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링은 고강도와 우수한 내마모성 및 상대부재와의 친밀성을 가지므로 변속기의 고출력화 및 경량화에 따른 엷어짐 및 소형화에 충분히 만족하게 대응할 수 있는 것이다.

Claims

C : 0.1-0.9%를 함유하고, 다시, Mn, Cr 및 Mo중의 1종 또는 2종 이상 : 0.1-6%와, Ni 및 Cu중의 1종 또는 2종 : 0.1-6%와, B : 0.02-0.5%와, 중의 최소한 1종을 함유하고, 나머지 Fe와 불가피 불순물(단, 불가피 불순물로서의 Si, S 및 P는 합계량으로 0.5% 이하)로 되는 조성(이상 중량%) 및 0.05-5용량%의 공극율을 가짐을 특징으로 하는 고강도와 우수한 내마모성과 상대 부재와의 친밀성을 가지는 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링.
C : 0.1-0.9%를 함유하고, 다시, Mn, Cr 및 Mo중의 1종 또는 2종이상 : 0.1-6%와 Ni 및 Cu중의 1종 또는 2종 : 0.1-6%와, B : 0.02-0.5%와, 중외 최소한 1종을함유하고, 나머지가 Fe와 불가피 불순물로 되고 조성(이상 중량%) 및 0.05-5용량%의 공극율을 가지는 Fe계 소결합금 본체의 적어도 테이퍼콘 마찰면에 평균층 두께 3-80㎛의 경질 Ni-p 화합물층 혹은 평균층 두께 3-200㎛의 질화층의 어느것인가를 형성하여서 됨을 특징으로 하는 고강도와, 우수한 내마모성과 상대 부재와의 친밀성을 가지는 Fe계 소결합금제 변속기용 동기링.