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제안 방법
- SCr420HB 헬리컬 기어의 열처리 해석을 위하여 실험을 통해 물성을 확보하는 것이 바람직하지만, 시간/비용면에서 무리가 있고, 고온영역에서 정확한 측정이 어려운 관계로 온도에 대한 물성은 물성 계산 프로그램인 JMatPro 물성치 데이터를 기반으로 해석을 진행하였으며, 냉각 시의 온도는 850℃ 온도 고정인자로 설정하여 DEFORM HT 열처리 시뮬레이션 해석을 진행하였다. JMatPro 열물성치를 위한 SCr427HB의 성분은 Table 2와 같다[7-10].
- 도출된 최적의 공정을 실제 침탄 열처리 공정에 적용하였으며, 냉각방식을 Salt 냉각방식과 오일냉각 방식으로 진행하여 최적의 헬리컬기어 열처리 방법 도출과 동시에 열처리 해석 수렴치를 검증하였다. Fig.
- 본 연구는 SCr420HB 헬리컬 기어 침탄공정 설계 이론으로 도출된 조건을 시뮬레이션 기술을 활용하여 사전 검증 후 도출된 최적의 침탄공정 조건을 실제 침탄프로세스에 적용 후 도출된 결과와 DEFORM 3D 열처리 해석프로그램으로 예측된 결과 비교 분석하였다[5].
- 본 연구에서는 SCr420HB 소재 헬리컬기어의 이론적으로 도출된 침탄시간을 침탄 열처리 시뮬레이션을 통해 최적공정설계 후 열처리 냉각 방식을 Salt, Oil 냉각방식으로 각각 실제 열처리 후 열처리 시뮬레이션 해석 결과와 비교 분석하였다.
- 헬리컬 기어의 변형 치수의 측정을 위하여 치와 치 사이의 간격을 분석하였다. 확산공정 완료 후의 변형과 냉각이 완료된 후의 변형해석 결과는 Fig.
- 헬리컬 기어의 절단 후 날 부위 안쪽 면을 기준으로 0.2 mm 간격으로 경도 값을 측정하였으며 ECD(Effective case depth)를 지난 지점까지 경도 값을 측정하고 마운팅 시험편의 Core 부위의 경도측정 하였다.
대상 데이터
- 실험에 적용할 헬리컬 기어는 Fig. 1에서와 같이 실제 모델과 시뮬레이션 해석을 위한 3D모델로 나타내었다.
데이터처리
- 침탄 열처리 시험을 진행 후 헬리컬 기어를 Universal gauge를 이용하여 치와 치 사이에 5.556mm볼을 이용하여 변형 정도를 측정을 통해 시뮬레이션 해석 결과와 비교하였다.
이론/모형
- 목표 침탄깊이 및 표면탄소량을 조절하기 위해 필요한 침탄시간과 확산시간은 Fick의 제2법칙을 기본으로 하여 F.E.Harris 실험식을 적용하였다.
- 열처리한 시험편의 요구 경도 값과 경화 깊이의 비교를 위하여 시편을 절단하여 KSD 0215(마이크로비커스 경도 시험법)방법으로 하중 1.961N으로 10초간 측정하였다.
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