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용어*장비*개념해설

분말야금의 개요 및 주요공정 설명

1. 분말야금의 개요

 

 

 

   
 

금속분말을 금형에 넣어 성형기계로 압축성형한 후 용융점 이하의 온도에서
가열 소결하여 제품화하는 제조법을 말한다.

 
 

   
 

1) 타 금속가공공법에 비교해 정도가 높기 때문에 많은 기계가공을 생략할 수 있다.
2) 제조과정에서 융점까지 온도를 올릴 필요가 없다.
3) 재료설계가 용이하여 융해법으로 만들 수 없는 합금을 만들 수 있다.
4) 다공질의 금속재료를 만들 수 있다.
5) 자기 윤활성을 갖게 할 수 있다.
6) 한 LOT 내에서 형태와 치수가 고르며, 좋은 표면 상태를 얻을 수 있다.
7) 소결강 부품에서는 표면경화, 열처리, 스팀처리가 가능하다.
8) 양산 변경에 신속히 대응할 수 있다.
9) 다량 생산시에 경제적이다.

 

 

 2. 분말야금 공정 

 

 

(Macromedia Flash) :

 

 

 

 

 

                 

                 

 

 

 

  

 

완제품 생산을 위한 주원료와 첨가물의 배합 이나 윤활제 의 첨가를 목적으로 Double Cone 혹은 V-Cone과 같은 혼합기를 사용하며 적절한 r.p.m과 혼합시간의 조정으로 반제품의 성형을 하기위한 준비 단계이며 성형할때 품질의 균일화를 위해서 매우 중요한 공정이다.

 

 

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혼합공정을 거쳐 MIXING되어진 분말을 반제품의 형태로 만들어지는 최초의 공정이며 분말 입자들이 충분히 결합을 해서 다음공정을 처리할 때 까지 계속 취급하는데 지장이 없을 정도로 기계적인 강도까지를 부여해 주는 과정이다.
예를 들면 높은 압력을 가하여 성형시킨 성형체라 하더라도 소결 전의 상태만으로는 분말입자간의 결합력은 아주 낮은 개개 분말입자의 집합체로서 작은 응력으로도 쉽게 파괴된다.

 

 

  

 

1. 분말중의 각 입자들이 가열에 의해서 원자간의 접착력 으로 결합하고, 이에 따라서 분말전체의 강도가 증가하며 물질이동 에 의해서 밀도의 증가와 재결정을 일으키는 것을 말한다. 즉, 2개 또는 그 이상의 분말입자가 그 계의 어느 한 성분에 융점보다 낮은 온도에서 가열만으로 결합하는 현상

2. 기지금속의 용융점이하의 온도에서 행하여 지는 일종의 열처리로서 분말입자 상호간의 확산이 일어나서 화학적인 결합을 하여 요구되는 기계적인 성질을 갖게 되는데 이러한 열처리가 바로 소결이다. 소결효과는 소결온도, 시간, 분위기, 승온속도,냉각속도등에 영향을 받으며, 소결체 특성에도 영향을 미친다.

 

 

  

 

1. 재가압 : 소결품의 밀도를 증가시키는 목적으로 성형 압력보다 같거나 다소 높은 압력으로 가압하는 과정으로 제품의 밀도가 증가함 에 따라 강도 또한 보완되며, 정밀도를 향상시킴에 있어 좋은 효과를 얻을 수 있다.
본 공정을 실시하기 위해서는 반드시 예비 소결 과정을 거쳐야 한다.

2. 교정 : 소결중에 변형되어 불안정한 치수를, 약간의 소성변형을 교정을 함으로써 정밀한 치수를 얻을 수 있으며 표면상태가 매우 깨끗하다.
성형압력과 유사한 압력이 필요하며 밀도의 증가는 약간 증가한다.

 

 

   

 

일반적으로 Oilless Bearing의 윤활유를 함유 시키거나 기계부품에서도 방청을 목적으로 방청유를 함유하기도 한다.
이 경우에 보통은 진공 함유기를 사용한다.
특수한 경우에는 기공을 막아 주기 위해 Plastic 또는 Paraffin을 함침하는 경우도 있다.
결국, 소결제품 개기공(Active Pore)에 함침 물질을 넣어 자기윤활이 가능한 제품의제조 및 기공을 밀폐시켜 기밀을 유지하거나,후처리(도금)를 위한 목적으로 사용된다.
이 밖에도 Cu, Pb를 사용하는 용침도 있지만, 사용하는 장비는 함유와는 다른 특수한 장비를 사용한다.

 

 

  

 

1. 원리 - 침탄 열처리는 일반적으로 저탄소강의 표면에 탄소(c)를 확산시켜 탄소 함량을 0.8%~1.0%로 처리하여 사용한다.
일반적으로 탄소량이 0.5%이하 함량의 강이 사용된다.
분말야금공법에서의 침탄깊이는 부품의 특성마다 차이가 있지만 보통 0.5~1.0mm정도로 규제된다.

침탄 깊이는 대략 아래의 기준으로 정한다.
1) 0.15mm이하:내마모성만을 필요로 하고 강도는 별로 중요시되지 않는 부품
2) 0.5~1.0mm:내마모성과 동시에 높은 하중에 대한 강도를 필요로 하는 부품
3) 1.0~1.5mm:sliding 및 회전 등의 마모에 대한 고압하중, 반봅굴곡하중에 견디는 강도를 요구하는 부품
4) 1.5mm이상:고도의 충격적 마모, 비교적 고도의 반복하중에 충분히 견디는 부품


2. 특징 - 침탄한 강은 탄소가 침투한 침탄층(표면)만 경도와 내마모성이 크고 비침탄(내부)한 부분은 강인한 것이 필요할 때 사용된다.
또한 형상이 복잡한 부품에 사용되므로 담금질성이 좋고 열변형이 적은 것이 요구된다.

 

 

  

 

유도가열은 강의 경화에 있어서 아주 용도가 넓은 방법이다. 주로 제품의 일부분의 표면을 경화시키는데 주로 사용되어진다

1. 원리
경화시키려는 부위에 아래 그림과 같이 코일을 감싸 교류 전류를 흘려 여기서 발생되는 열에 의하여 제품의 표면을 급속히 가열시킨 후 냉각제(주로 물)에 의해 냉각시켜 표면을 경화시키는 열처리를 말한다.

<상세원리>
“시간적으로 변하는 자장은 폐회로에 전류를 흐르게 할 수 있는 전압을 유도라 한다.”
교류 전류가 흐르는 코일 쪽에 위치한 금속 등의 도전체에는 와전류 손실과 히스테리시스 손실에 의하여 열이 발생되며 이 열을 이용하여 피가열 물질을 가열하는 것을 유도가열이라 하고 손실이 되는 종류는 다음과 같다.

1) 히스테리시스 손실
2) 와전류 손실
3) 지연손실(자기유도가 자계에 대하여 시간적으로 지연되는 현상으로 인한 손실)
4) 절연물 중의 유전체 손실 등이 있으나 도체의 경우 자력선은 물체의 내부에 고루 흐르는 것이 아니라 주로 표면으로 집중되어 흐르는 바 이런 현상을 표피효과라 부르며 고주파 응용 부분에서는 매우 중요하게 다루는 내용이다.

2. 특징
1) 국부가열이 가능하며 변화층(경화층) 깊이의 선정이 자유롭다.
2) 가열효율이 좋고 작업시간이 짧아지므로 에너지가 절약되어 비용이 절약된다.
3) 급열, 급냉이 가능해서 표면에 생기는 압축잔류응력은 피로강도를 향상시킨다.
4) 산화(酸化), 탈탄(脫炭)의 염려가 없고 변형도 적다.
5) 전기 에너지를 이용하므로 운전 표준화, 자유화 등이 용이하다.

참고)
1) 히스테리시스 손실
변압기 1차 측에서 전압을 인가하고 2차 측은 개방시킨 후 변압기의 철심을 만져 보면 온도가 상승하는 것을 알 수 있게 된다. 이 현상은 변압기 철심에 교류전압에 따른 자속이 교번하게 되어 그 결과 철심 중에 유도전류가 흘러 철심이 가열되는 것으로 이것이 바로 히스테리시스 손실이다.

2) 와전류 손실
교번하는 교류자계 내에 도체를 넣으면 전자 유도작용으로 도체에는 전류가 발생하게 되는데 이는 소용돌이 형태의 전류가 되며 이를 와전류라 부른다. 이 전류로 인해 변압기의 2차 권선에는 기전력이 유기되며 이는 권선 뿐만 아니라 철심에도 나타나 손실이 되므로 이를 줄이기 위해 얇은 규소 철판을 절연시켜 사용한다.
도체의 고주파 가열은 이미 앞에서 설명한 바와 같이 주로 와전류가 담당하며 이는 저항이 있는 도체에 전류가 흐르며 열이 발생하게 된다.

 

  

 

Bluing이라고 하는 이 증기처리는 내식성과 내마모성 향상 및 기밀성의 향상을 위해 처리하는 공정으로 철계 표면에 청색의 Fe3O4라는 철 산화물을 형성시킨다.
이 산화물은 치밀하고 경하며, 철계 기지금속과 강하게 결합된다.
300℃∼580℃에서 반응하며, 산화물에 두께는 5㎛ 정도 이며 盧는 밀폐로와 연속로가 있다.

 

   

 

소결부품의 날카로운 모서리를 제거할 뿐만 아니라 제품 표면 의 광택효과도 낼 수 있는 공정이며, 사용용도에 따라 와류식, 진동식, 회전식들이 사용된다.
바렐 과정은 제품과 연마석을 적당히 움직여 연마석이 제품 주위를 돌면서 마찰운동을 하여 제품에 Burr제거 연마, 광택 작업을 한다.
작업조건은10∼25 r.p.m의 회전수와 0.5∼2.0 hr 정도를 사용하며, 특히 주의 해야할 사항은 물 안에서 작업이 되므로 작업전,후의 방청처리와 건조작업을 병행하지 않으면 제품의 발청이 발생 하기 쉽다.