설비기술/ 스프링 응용을 위한 와이어 유도가열 처리방법
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서울국제야금&주.단조&열처리산업전
스프링 응용을 위한 와이어 유도가열 처리방법
한국인닥타썸은 보다 우수한 성능(수행성) 또는 경량화를 필요로 하는 적용분야나 자동 차 관련 분야를 위해 일정한 인장강도를 가지며 높은 강도와 연성이 있는 스프링 와이어를 만드는 새로운 유도 열처리를 소개한다.

현재의 유도 열처리 장비의 정밀하고 안정적인 제어로 와이어 온도를 직접적으로 조절할 수 있으며 종래의 재래식 가열처리爐에서 생산된 와이어보다 인장강도와 규격(規格)에서 더욱 일정한 와이어를 생산하는 것이 가능하다.

유도열처리된 소재의 적용분야는 자동차용 현가스프링, 트럭 브레이크 스프링, racing 현가 스프링, 레크레이션용 차량 스프링(모터 사이클, road 차량, 스노우 모빌). 다소, 스프링 산업에 비유되는 와이어 산업은 수년동안, 매우 확실한 방법으로 제품을 생산 하여 왔다. 이 방법은 양질의 제품과 고객만족을 지향하는 증명된 처리법이다.

와이어 산업은 더 좋은 제어장치, 더욱 효과적인 방법, 특수한 팩키지와 같은 고객의 요구 사항을 충족시키기 위해 노력해 왔으며 전반적으로 기본장비를 수정하거나 개선하여 보다 발전된 변화를 가져왔다.
몇 년전에, 스프링 끝 부분을 복잡한 형상이나 각도로 굽힐 경우 유도 열처리를 사용했다.
이 방법은 점진적으로 사용되었으나 저항가열 또는 산소가열처럼 자유로이 조절되는 처리 법이 아니었다.

Bar 와 billet 가열 산업에서 습득한 기술을 사용해서 한국인닥타히트는 유도 열처리를 적 용시켜 오스테나이트화, 담금질, 뜨임과 같이 일련의 작업을 가능케 했다.
그 처리법은 다 음과 같다. 爐, 담금질 pan, 냉각구역의 순서로 계속 와이어를 보낸다.
사용되는 爐는 molten lead bath, bed爐, 개스용 muffle tube, open-hearth 장비 등이 있으며 이상의 것을 결합하여 사용하는 爐도 있다.

각각의 방법은 장, 단점을 가지고 있다. 예로서, molten-lead爐는 탈탄조절을 하므로서 양질 의 제품을 생산하거나 최상의 조건에서도 爐의 운전으로 인해 납 오염이 발생되는 경향이 있다.
납을 사용하고 있는 회사는 오염방지 또는 폐기물을 처리하는데 막대한 비용을 지출한다. 가장 좋은 예방책을 사용할 지라도 완성된 와이어에서 미세한 납 흔적은 발견될 수 있다.

Fluidized bed는 양질의 제품을 생산하나 상당히 넓은 바닥공간을 요구하며 막대한 연료 비용과 특별한 주의가 요구된다.
Open-hearth爐는 기타 다른 방법보다 더 많은 표면 스케일을 가진 제품을 생산할 수 있으 며 많은 공간을 차지한다. 만약, 특별한 주의를 기울이지 않는다면 탈탄조절에 대한 문제를 가질 수 있다.

와이어 생산에 사용되는 유도 열처리는 앞에서 기술된 여러 방법들에서 발생되는 문제점을 가지고 있지 않다. 또한 기타 다른 방범으로 생산된 제품보다 더욱 우수한 양질의 제품을 생산한다. 이것은 유도 열처리 본래의 장점이기도 하다.

전도체에서 유도가열은 가능하며 물체가 변화하는 자기장내에 위치되었을 때 히스테리시 스 및 에디 커런트 손실로 인해 유도가열이 진행된다.
이러한 이론이나 정의를 물리적 현상으로 설명하지 않더라도 결국, 유용한 결과를 가져온 다. 유도열처리법은 에너지원과 가열되는 제품 사이에서 물리적인 접촉이 일어나지 않는다.

유도 열처리법은 소재를 짧은 시간안에 오스테나이트 온도로 만들 수 있으며 강에서의 입자성장을 최소화하기 위해 온도를 올리는데 매우 짧은 시간이 걸린다.
또한 담금질하기 앞서 강이 단지, 몇 초동안 대기환경에 노출되기 때문에 탈탄현상이 거의 없다.

이러한 방법을 사용하므로서 재래식 장비에서 사용되었던 온도보다 더 높은 온도로 강을 열처리할 수 있게 되었으며 더 많은 새로운 소재를 열처리 할 수 있게 되었다.
또한 적당하게 열처리하기 어려운 것으로 알려진 크롬 실리콘, 크롬 바나듐, 또는 이와 유사한 합금과 같은 소재를 열처리할 때 매우 유용하다.

정해진 오스테나이트 온도에서 변태가 느린 재로의 변태율을 시험한다면, 오스테나이트 조직으로 변태하는데 필요로 하는 최소 온도보다 400°F(250℃)높은 온도에서 변태율의 차이점을 나타내는 경우도 있다.
수년동안, 유도 열처리법은 bar 또는 billet 가열뿐만 아니라 크랭크 축, 캠축, 기어, 스플라인, 이와 유사한 부품과 같은 자동차 관련 부품을 표면 열처리 하는데 폭넓게 사용되어 왔다.

제품수명을 연장하기 위해, 자동차 관련 설계자는 공간/중량, 보다 넓은 부하 범위를 요구하기 때문에 스프링 생산자는 과거보다도 더 작고, 더 강한 스프링을 만들어야 한다.

이와같이 하기 위해서는 50 로크웰 C 경도 이상인 소재로부터 스프링을 만들기위해 충분한 연성을 가진 와이어를 사용해야 한다.
오스테나이트 와이어 생산 수단으로서 유도 열처리법이 연구되었던 1970년대에 유도 가열법의 유용성은 증명되었으나 고안된 장비와 운전비용의 문제로 인해 실용화되지 못했다.

수년에 걸쳐, 많은 기술자에 의해 유도 관련 서류 및 정보를 수집하였으며 현재의 기술을 기초로 하여 유용성을 검토했다.
또한 계속적인 장비의 성능과 신뢰성의 개선으로 유도 열처리법은 발전할 수 있었다.

자동차 현가스프링 및 트럭 브레이크 스프링용 바나듐 소재와 크롬 실리콘은 높은 인장력을 필요로 하였으며 재래식 방법으로 이를 극복하고자 노력하였으나 불충분하였다.
본 생산라인 시스템은 2단계의 오스테나이트 부분, 담금질 부분, 뜨임 부분, 냉각 부분으로 구성된다. 모든 단계는 중앙 PLC에서 계속적으로 조절되며 컴퓨터가 설치된 작업대에서 조정되는 내용을 하드카피와 전자파일로 보여준다.

가열온도는 적외선 온도 측정과 피드백 컨트롤 하므로서 조절된다. 제어기의 증설에 따라 코일 팩키지는 점점 개선되었으며 최대 2-metric-ton(2000톤)의 중량을 가진다.
유도 열처리장비는 재래식 방법보다 7배에서 10배의 작업속도로, 물리적 특성의 변화없이 와이어를 생산한다. SAE 9254와 크롬 실리콘 + 바나듐의 경우에, 코일전체에 걸쳐 일정한 인장강도를 유지하고 연성이 높은 결과를 가져온다.

챠트에서 볼 수 있듯이, oil-tempering 장비에서 생산되었을 때, SAE 9254는 ASTMA-401의 인장범위로 한정되었으며 250 ksi 범위내로 인장강도는 유지되었다. 한 때, 인장강도를 높이기 위해 이 한계범위를 초과하게 하였으나 연성의 저하로 인해 와이어를 생산하는데 장애가 되었다.

알맞게 조절된 유도 열처리 장비는 이 한계 범위를 윗쪽으로 이동시킬 수 있으며 40% ROA 이상의 연성을 유지하고 325 ksi 이상인 인장강도를 가진 소재를 생산할 수 있게 되었다.


유도 열처리로 생성된 미세한 오스테나이트 조직은 피로강도를 증가시키는 역할을 하는 것으로 보고되었다.
당사에서 행해지는 실험이나 연구결과가 이러한 이론을 아직 입증하지 못하고 있으나 우리는 단지, 피로강도는 감소하지 않으며 그 결과는 비교적 낙관적이라고 말할 수 있을 뿐이다.

와이어의 생산량을 증가시키기 위해가열 열처리 용광로의 양쪽에서 나란히 와이어는 들어가게 된다.
설계자와 작업자, 점검기사의 노력에도 불구하고 爐 내부의 온도는 다양하게 변화한다.
이러한 내부온도의 변화를 줄이기 위해 단지, 爐로 들어가는 와이어의 이동속도를 감소기키므로서 가능하다.

한줄의 와이어를 가열하는 유도장비는 와이어의 전체 길이에 걸쳐, 동일한 온도와 동일한 가열시간을 제공한다.
재래식 장비를 사용한 와이어의 coil-to-variations는 10 kis를 유지하나 유도가열장비에서 가열철된 와이어의 coil-to-variations는 5 이하를 유지하며 이러한 결과를 달성하기 위해 특별한 노력을 기울이지 않아도 된다.
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