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KR102803548B1 - 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법 - Google Patents

차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법 Download PDF

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KR102803548B1
KR102803548B1 KR1020240143772A KR20240143772A KR102803548B1 KR 102803548 B1 KR102803548 B1 KR 102803548B1 KR 1020240143772 A KR1020240143772 A KR 1020240143772A KR 20240143772 A KR20240143772 A KR 20240143772A KR 102803548 B1 KR102803548 B1 KR 102803548B1
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KR
South Korea
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frequency induction
shaft
low
induction hardening
hardening
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반원규
임현호
김소영
이현철
Original Assignee
서한이노빌리티(주)
한국무브넥스 (주)
주식회사 한글로벌
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Abstract

본 발명은 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법에 관한 것으로서 상세하게는 저주파 유도 조질에 의한 조직 개선을 통해서 고주파 가열 효율성을 향샹시켜 기존 차량용 샤프트 대비 표면 및 심부 경도를 개선시키고 경화 깊이를 증가시켜 항복 강도가 높아지고 양전 피로 내구성가 개선된 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 소재를 선삭하는 단계와; 선삭된 소재에 대해서 스플라인 부를 형성하기 위한 전조 및 그루빙 하는 단계와; 전조 및 그루빙이 완료된 샤프트에 대해서 저주파 유도 경화를 수행하는 단계와; 저주파 유도 경화가 완료된 샤프트에 대해서 고주파 유도 경화를 이용하여 표면 경화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 샤프트를 제공한다.

Description

차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법{A shaft for a vechicle and the manufacturing method thereof }
본 발명은 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법에 관한 것으로서 상세하게는 저주파 유도 조질에 의한 조직 개선을 통해서 고주파 가열 효율성을 향샹시켜 기존 차량용 샤프트 대비 표면 및 심부 경도를 개선시키고 경화 깊이를 증가시켜 항복 강도가 높아지고 양전 피로 내구성가 개선된 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 등속 조인트용 샤프트 소재는 중탄소 보론강(SAE10B38M)으로 선재 (Wire Rod)를 인발 (Cold Drawing)하거나 열연강봉 (Hot Rolled Steel Bar)을 필링 가공한다.
그리고, 해당 소재를 선삭 가공 후 고주파 열처리를 하여 반지름에 40~60% 표면 경화부를 형성하되, 샤프트 피로 강도 향상을 위해 고주파 경화 후 템퍼링을 실시하지 않는다.
종래에 이런 형태의 샤프트는 내연 기관 차량에 많이 사용되었으나, 최근에 전기차 및 하이브리드 차량의 사용이 폭증하면서 전기차의 특성에 맞는 샤프트의 제작이 요구되었다.
내연기관 차량 대비, 전기차 및 하이브리드 차량은 회생 제동(역방향 토크(충전))으로 인하여 등속 조인트에 양진 피로 내구가 요구된다.
한편, 고객사 외관 품질 및 내식성 향상 요청에 따라 샤프트는 고주파 열처리 후 도장을 실시한다. 도장 부착성을 위한 건조 시 샤프트 표면은 저온 템퍼링 효과로 표면 경도가 저하된다. 따라서 샤프트 표면 경도 저하로 인하여, 기존 대비 가혹한 피로 내구 물성 만족이 어렵다는 문제가 있었다.
한국등록특허 10-2711018 (2024. 9. 27공고)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 저주파 유도 조질에 의한 조직 개선을 통해서 고주파 가열 효율성을 향샹시켜 기존 차량용 샤프트 대비 표면 및 심부 경도를 개선시키고 경화 깊이를 증가시켜 항복 강도가 높아지고 양전 피로 내구성가 개선된 차량용 샤프트 및 차량용 샤프트의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 소재를 선삭하는 단계와; 선삭된 소재에 대해서 스플라인 부를 형성하기 위한 전조 및 그루빙 하는 단계와; 전조 및 그루빙이 완료된 샤프트에 대해서 저주파 유도 경화를 수행하는 단계와; 저주파 유도 경화가 완료된 샤프트에 대해서 고주파 유도 경화를 이용하여 표면 경화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트의 제조 방법을 제공한다.
저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 저주파 유도 코일에 인가되는 전류는 3~4KHz 이고, 고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 고주파 유도 코일에 인가되는 전류는 7~8KHz 인것을 특징으로 한다.
저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서; 저주파 유도코일에 이격되어 둘러싸인 샤프트가 회전하면서 저주파 유도 경화 장치에 대해서 상대 이동을 하면서 샤프트에 대해서 저주파 유도 경화가 발생하고, 고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서; 고주파 유도코일에 이격되어 둘러싸인 샤프트가 회전하면서 고주파 유도 경화 장치에 대해서 상대 이동을 하면서 샤프트 소재에 대해서 고주파 유도 경화가 발생하는 것을 특징으로 한다.
저주파 유도 경화시 사용되는 저주파 유도 코일의 권수는; 고주파 유도 경화시 사용되는 고주파 유도 코일의 권수보다 많은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 외측 넥(neck)경과, 내측 넥(neck)경과, 그 사이에 마련되는 중간경을 포함하는 차량용 샤프트로서, 저주파 유도 경화 및 고주파 유도 경화에 의한 열처리를 거침으로서, 샤프트의 표면은 결정입도 AGS No 5~6를 갖는 마르텐 사이트 조직으로 형성되고, 샤프트의 심부는 마르텐 사이트와 페라이트/펄라이트가 혼합된 상태로 구현되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.
또한, 본 발명은 외측 넥(neck)경과, 내측 넥(neck)경과, 그 사이에 마련되는 중간경을 포함하는 차량용 샤프트로서, 저주파 유도 경화 및 고주파 유도 경화에 의한 열처리를 거침으로서, 외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 표면 경도는 55~56HRC가 되고, 외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 심부 경도는 20~21HRC가 되고, 외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 경도 HV446에 도달하는 경화 깊이는 5.5~5.8mm 인 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트를 제공한다.
저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 저주파 유도 코일에 인가되는 전류는 3~4KHz 이고, 고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 고주파 유도 코일에 인가되는 전류는 7~8KHz 인것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면 샤프트의 항복 강도 및 피로 내구성이 증대되며, 샤프트 강건화로 대형 사이즈 제작 및 고절각 조인트 대응성이 증가된다.
구체적으로, 저주파 유도 조질(Quenching 고온 템퍼링)에 의한 조직 개선으로 인하여 고주파 가열 효율성을 향상시킴으로써 기존 양산품 대비 표면 / 심부 경도를 개선하고 경화 깊이를 증가시켜서 우수한 항복 강도 및 양진 피로 내구성을 제공함으로써 대형 SUV 차량이나, 전기차, 하이브리드카의 대형 사이즈 및 고절각 조인트에 적용이 가능하다.
또한, 마르텐 사이트의 결정 입도 AGS가 No 5~6의 비교적 균일한 상태를 보이면서 작은 상태를 갖기 때문에, 강도, 인성, 내충격성, 재료의 변형 저항성이 높아질 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 차량용 샤프트의 측면도이다.
도2는 본 발명에 의한 차량용 샤프트의 제작 공정 순서도이다.
도3은 본 발명에 의한 차량용 샤프트의 제작 공정에 사용되는 저주파 유도 경화 장치 도면이다.
도4는 본 발명에 의한 차량용 샤프트의 제작 공정에 사용되는 고주파 유도 경화 장치 도면이다.
도5는 시험에 의한 차량용 샤프트 개선품 1~3의 단면 사진이다
도6은 시험에 의한 차량용 샤프트 개선품 1의 외경과 심부의 미세 조직 사진이다.
도7은 시험에 의한 차량용 샤프트 개선품 2의 외경과 심부의 미세 조직 사진이다.
도8은 시험에 의한 차량용 샤프트 개선품 3의 외경과 심부의 미세 조직 사진이다.
도9는 각 개발품1~3 / 현 양산품의 아웃보드측 넥경의 경도 및 경화 깊이 그래프이다.
도10은 각 개발품1~3 / 현 양산품의 중간경의 경도 및 경화 깊이 그래프이다.
도11은 각 개발품1~3 / 현 양산품의 인보드측 넥경의 경도 및 경화 깊이 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명에 의한 샤프트(10)이다. 본 발명에 의한 샤프트(1)는 내부에 중실이 형성된 샤프트로서, 스플라인이 형성되는 양 단부(11, 15)와, 그 안쪽에 형성되는 넥(neck)경(12, 14)과, 넥(neck)경 (12, 14)사이에 마련되는 중간경(13)을 포함하고 있다.
도2와 같이 본 발명에 의한 샤프트를 제작하는 공정을 간략히 알아보면, 샤프트의 소재(예, 보론강)를 선삭하는 단계(S1)와, 선삭된 소재의 양 끝에 스플라인을 형성하기 위해서 전조 및 그루빙을 수행하는 단계(S`2)와, 전조 및 그루빙이 완료된 소재에 대해서 저주파 유도 경화를 수행하는 단계(S3)와, 저주파 유도 경화 완료 이후에 고주파 유도 경화를 수행하는 단계(S4)와, 이후에 표면 도장을 수행하는 단계를 포함한다(S5).
여기서 표면 도장의 경우, 양 단의 스플라인이 형성된 부분에는 수행하지 않는다.
도3은 저주파 유도 경화를 위한 저주파 유도 경화 장치(100)이고, 도4는 고주파 유도 경화를 위한 유도 경화 장치(200)이다. 도3과 도4의 차이는 코일의 감겨진 권수과 인가되는 전류 주파수 및 출력의 차이이다.
도3의 저주파 유도 경화 장치의 경우, 3~4KHz의 전류가 인가되고, 도4의 고주파 유도 경화 장치의 경우 7~8KHz의 전류가 인가된다.
도3(a)에서 도시한 바와 같이, 저주파 유도 경화 장치(100)의 경우, 샤프트 (10)의 상단부(일단부)를 지지하는 제1지지부(101)와, 샤프트 하단부(타단부)를 지지하는 제2지지부(102)를 포함한다.
제2지지부(102)의 끝에는 미세한 치형(미도시)이 형성되어 있고, 제2지지부(102)가 닿는 샤프트 소재의 하단부(타단부)도 미세한 치형(미도시)이 형성되어 서로 맞물린다.
제2지지부(102)에는 동력 전달부(103)가 연결되고, 동력 전달부(103)에는 회전 모터(104)가 마련되며, 회전 모터(104)는 모터 지지부(105)에 의하여 지지된다.
따라서, 회전 모터(104)가 동작하면, 동력 전달부(103) 및 제2지지부(102)가 회전하여 샤프트(10)가 회전하고, 제1지지부(101)는 샤프트(101)를 회동가능하게 지지한다.
저주파 유도 경화가 이루어지는 경우, 코일 헤드(111)과 냉각 자켓(117) 및 이와 연결되는 구조들은 고정되어 제자리에 있고, 제1지지부(101), 샤프트(10), 제2지지부(102), 동력전달부(103), 회전 모터(104), 모터 지지부(105)가 화살표로 표시된 상하 방향(또는 샤프트의 수평 배치인 경우 좌우 방향)으로 움직이면서 샤프트(10)에 대해서 저주파 유도 경화가 진행된다.
도3(b) 와 도3(c)에서 도시한 바와 같이, 4개의 회전수(권수)를 갖는 저주파 코일 헤드(111)와, 이와 연결되는 헤드 연결 파이프(112)와, 헤드 연결 파이프(112) 주위에 배치되는 연결 리드(113)와, 연결 리드(113) 및 헤드 연결 파이프(112)에 연결되는 전원 단자부(114)가 마련된다.
한편, 연결 리드(113)에는 냉각 자켓 고정 베이스(115)가 마련되며, 냉각 장착 고정 베이스(115) 일측에는 냉각 자켓 고정 연결부(116)가 마련되고, 냉각 자켓 고정 연결부(116)에는 소입수를 분사하여 제공하는 냉각 자켓(117)이 마련된다.
냉각 자켓(117)은 소입수를 샤프트(10) 표면에 사선지게 분사하도록 그 분사 영역(117a)이 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
고주파 유도 경화 장치(200)의 경우 그 구조는 상술한 저주파 유도 경화 장치(100)와 거의 유사하다.
즉, 도4(a)에서 도시한 바와 같이, 고주파 유도 경화 장치(200)의 경우, 샤프트 (10)의 상단부(일단부)를 지지하는 제1지지부(201)와, 샤프트 하단부(타단부)를 지지하는 제2지지부(202)를 포함한다.
제2지지부(202)의 끝에는 미세한 치형(미도시)이 형성되어 있고, 제2지지부(202)가 닿는 샤프트 소재의 하단부(타단부)도 미세한 치형(미도시)이 형성되어 서로 맞물린다.
제2지지부(202)에는 동력 전달부(203)가 연결되고, 동력 전달부(203)에는 회전 모터(204)가 마련되며, 회전 모터(204)는 모터 지지부(205)에 의하여 지지된다.
따라서, 회전 모터(204)가 동작하면, 동력 전달부(203) 및 제2지지부(202)가 회전하여 샤프트(10)가 회전하고, 제1지지부(201)는 샤프트(10)를 회동가능하게 지지한다.
고주파 유도 경화가 이루어지는 경우, 코일 헤드(211)과 냉각 자켓(217) 및 이와 연결되는 구조들은 고정되어 제자리에 있고, 제1지지부(201), 샤프트(10), 제2지지부(202), 동력전달부(203), 회전 모터(204), 모터 지지부(205)가 화살표로 표시된 상하 방향(또는 샤프트의 수평 배치인 경우 좌우 방향)으로 움직이면서 샤프트(10)에 대해서 저주파 유도 경화가 진행된다.
도4(b) 와 도4(c)에서 도시한 바와 같이, 2개 회전수(권수)를 갖는 고주파 코일 헤드(211)와, 이와 연결되는 헤드 연결 파이프(212)와, 헤드 연결 파이프(212) 주위에 배치되는 연결 리드(213)와, 연결 리드(213) 및 헤드 연결 파이프(212)에 연결되는 전원 단자부(214)가 마련된다.
한편, 연결 리드(213)에는 냉각 자켓 고정 베이스(215)가 마련되며, 냉각 장착 고정 베이스(215) 일측에는 냉각 자켓 고정 연결부(216)가 마련되고, 냉각 자켓 고정 연결부(216)에는 소입수를 분사하여 제공하는 냉각 자켓(217)이 마련된다.
냉각 자켓(217)은 소입수를 샤프트(10) 표면에 사선지게 분사하도록 그 분사 영역(217a)이 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 저주파 유도 경화 및 고주파 유도 경화의 조합의 우수성을 판단하기 위해서 아래와 같은 실험을 수행하였고, 샤프트 소재는 SAE10B38M1을 이용하여 실험하였다
개발품 실험방법
1 전기로 조질 + 고주파 유도 경화
2 저주파 유도 경화 조질 + 고주파 유도 경화
3 저주파 유도 경화 + 고주파 유도 경화 미실시
개발품1(개발①)에서 전기로 조질의 경우, 870℃의 전기로에서 150분동안 수행하였고(C.9 0.45%), 유냉 60℃ 30분 후 무산화 490℃ 90분 공정을 수행하였다.
또한, 개발품 1의 고주파 유도 경화의 경우, 주파수 7.5KHz, 소입수 농도(폴리머 농도) 2.5%, 고주파 유도 코일의 출력 81kWjh, 이동 속도 16m/sec로 하였다.
개발품 2(개발②)의 저주파 유도 경화 조질의 경우, 주파수 3.6kHz, 소입수 농도(폴리머 농도) 2.5%, 이동속도 14m/sec로 하였으며, 개발품2의 고주파 유도 경화의 경우 개발품1과 동일하게 주파수 7.5KHz, 소입수 농도(폴리머 농도) 2.5%, 고주파 유도 코일의 출력 81kWjh, 이동 속도 16m/sec로 하였다.
개발품 3(개발③)의 저주파 유도 경화의 경우, 개발품2의 저주파 유도 경화와 동일하게 주파수 3.6kHz, 소입수 농도(폴리머 농도) 2.5%, 이동속도 14m/sec로 하였다.
이와 같이 각각 열처리를 수행한 결과 샤프트의 단면이 도5와 같이 나타난다.
개발①이 개발품 1이고, 개발②가 개발품2이며, 개발③이 개발품3의 각각의 단면을 나타낸다.
좌측의 사진은 샤프트 일단부측(아웃보드(O/B; Out Board) 단부측)의 스플라인부 및 넥(neck)경부의 길이방향 단면 사진이다.
우측의 사진은 샤프트 타단부측(인보드(I/B; In Board) 단부측)의 스플라인부 및 넥(neck)경부의 길이방향 단면 사진이다.
그리고, 중앙에 있는 사진은 3개의 조각이 모여 있는데, 3개의 조각중 왼쪽은 아웃보드 넥경의 원주(또는 직경)방향 단면이고, 오른쪽은 인보드 넥경의 원주(또는 직경)방향 단면이고, 가운데는 중간경의 원주(또는 직경)방향 단면이다.
개발품 1과 개발품2의 경우, 넥경이나, 중간 경에서 표면 경화층과 심부간의 경계가 뚜렷하게 나타나지만, 개발품 3의 경우, 넥경의 일 부분에서 표면 경화층과 심부간의 경계가 뚜렷하지 않아서 표면과 심부에서 전경화(through hardening)가 일어나는 것을 알 수 있고, 중간경에는 표면 경화층과 심부간의 경계 없이 전경화가 일어났음을 알 수 있다.
이와 같이 표면 뿐만 아니라 심부 전체에서 전경화가 발생하는 경우 개발품 1,2와 같이 심부에서의 전경화가 일어나지 않는 경우와 비교하여 잔류 응력의 발생, 취성의 증가, 비틀림 하중에 취약, 변형 가능성의 문제가 있으므로 특히 내구성이 요구되는 전기차나 하이브리드 차량에 사용되는 샤프트로서 문제가 있음을 명확히 알 수 있다.
도6~8은 개발품1~3의 아웃보드(O/B)넥경, 중간경, 인보드(I/B)넥경의 외경과 심부의 미세 조직을 나타낸 사진이다. 이 미세 조직을 관찰하여 위해서 에칭용액(나이탈 5%)을 활용하였다.
여기서 심부라 함은 표면에서 5mm이상 안으로 들어간 깊이를 의미한다.
도6~8에서 도시한 바와 같이, 표면은 모두 마르텐사이트 조직으로 동일하나, 결정 입도는 개발품1의 경우 AGS No 5~8의 불균등 상태를 보이는 반면에, 개발품 2나 3의 경우에는 AGS No 5~6의 비교적 균일한 상태를 보이는 것을 알 수 있다. AGS의 경우 그 숫자가 작을 수록 결정립이 작고 미세하는 것을 의미하며, 더 높은 강도를 가지는 것, 그리고 우수한 인성을 가져서 내충격성이 개선되는 것, 재료의 변형 저항성이 높다는 것을 의미한다.
한편, 개발품 1의 경우, 심부는 트루스타이트 조직이나, 개발품 2와 3의 경우에는 마르텐 사이트와 페라이트/펄라이트가 혼합된 상태를 나타낸다. 다만 개발품 2,3의 경우 마르텐 사이트와 페라이트/펄라이트가 혼합된 상태의 비율이 다르다.
본 발명의 실험 결과를 나타내면 다음과 같다.
경도 (HRC) 경화 깊이(mm, HV446)
표면 양산제품
대비 개선율		 심부 양산제품
대비개선율		 경화 깊이 양산제품
대비 개선율
요구스펙 55~62 - 34.5이하 - 5.5~7.5 -
양산제품 54/54/54 - 19/19/19 - 5.3/5.7/5.3 -
개발품1 56/59/57 4~9% 31/24/28 26~63% 5.0/5.5/5.0 -6~-4%
개발품2 56/56/55 2~4% 20/21/ 20 5~11% 5.5/5.8/5.7 2~8%
개발품3 55/56/56 2~4% 41/51/56 116~195% 11.2/전경화 111~159%
위 표에서 '/'로 구분된 숫자들은 외측 넥경/중간경/내측 넥경의 순이다.
우선 개발품3의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 표면 뿐만 아니라 심부까지 전경화 되기 때문에 내측의 경도가 폭발적으로 증가하고, 경화 깊이도 매우 깊숙히 구현되지만, 이와 같이 되는 경우, 심부에서 가져야할 탄력성을 상실하기 때문에 잔류 응력의 발생, 취성의 증가, 비틀림 하중에 취약, 변형 가능성의 문제가 있으므로 특히 내구성이 요구되는 전기차나 하이브리드 차량에 사용되는 샤프트로서 문제가 있음을 명확히 알 수 있다.
한편, 개발품1의 경우, 표면 경도나 심부 경도는 양산 제품 대비 개선율이 개발품2이 비해서 나아보이지만, 경화 깊이(경도 HV446에 도달하는 깊이)가 양산 제품보다 떨어질 뿐더러, 완성차 업체에서 요구하는 요구 스펙에도 도달하지 못하는 치명적인 단점이 있다.
개발품 2의 경우, 양산 제품에 비하여 표면 경도는 2~4% 이상 높아지고, 심부 경도는 5~11% 이상 높아지며, 경화 깊이(경도 HV446에 도달하는 깊이)가 양산 제품 대비 2~8% 개선되고, 완성차 업체에서 요구하는 요구 스펙도 만족하기 때문에, 종래 양산 기술에 의한 샤프트 대비 우수한 제품임을 알 수 있다.
개발품 2에서 저주파 유도 가열에 의한 경화시 심부는 불완전 소입(경화 조직 일부 형성)되어 경도가 높아졌고, 동시에 표면 경화도 진행되어, 저주파 유도 가열에 의한 경화시 불완전 소입에 의한 심부 경도 상승과 표면 경화 구간 형성이 가능해졌다는 특징이 있다.
도9는 각 개발품1~3 / 현 양산품의 아웃보드측 넥경의 경도 및 경화 깊이 그래프이고, 도10은 각 개발품1~3 / 현 양산품의 중간경의 경도 및 경화 깊이 그래프이며, 도11은 각 개발품1~3 / 현 양산품의 인보드측 넥경의 경도 및 경화 깊이 그래프이다. 여기서 X축은 경화깊이이고, Y축은 경도를 나타낸다.
검은색 선은 개발품3에 관한 것으로서 상술한 바와 같이 심부까지 전경화가 되기 때문에 샤프트로서 사용하기 불가능하다. 주황색 선으로 표시된 개발품2의 경우, 개발품1(보라색 선)이나, 현재 양산품(파란색 선)에 비하여 경도나 경화 깊이(경도 HV446에 도달하는 깊이(빨간색 점선))에서 현저하게 우수하다는 것을 시각적으로 알 수 있다. 특히 경화 깊이 면에서 개발품2는 개발품1이나 양산품에 비해서 0.5~1mm 더 깊게 경화된다는 점을 명확하게 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
10: 샤프트 100: 저주파 유도 경화 장치
200: 고주파 유도 경화 장치

Claims (7)

  1. 소재를 선삭하는 단계와;
    선삭된 소재에 대해서 스플라인 부를 형성하기 위한 전조 및 그루빙 하는 단계와;
    전조 및 그루빙이 완료된 샤프트에 대해서 저주파 유도 경화를 수행하는 단계와;
    저주파 유도 경화가 완료된 샤프트에 대해서 고주파 유도 경화를 이용하여 표면 경화를 수행하는 단계를 포함하되,
    저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 저주파 유도 코일에 인가되는 전류는 3~4KHz 이고,
    고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 고주파 유도 코일에 인가되는 전류는 7~8KHz 인것을 특징으로 하는 차량용 샤프트의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서;
    저주파 유도코일에 이격되어 둘러싸인 샤프트가 회전하면서 저주파 유도 경화 장치에 대해서 상대 이동을 하면서 샤프트에 대해서 저주파 유도 경화가 발생하고,
    고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서;
    고주파 유도코일에 이격되어 둘러싸인 샤프트가 회전하면서 고주파 유도 경화 장치에 대해서 상대 이동을 하면서 샤프트 소재에 대해서 고주파 유도 경화가 발생하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    저주파 유도 경화시 사용되는 저주파 유도 코일의 권수는;
    고주파 유도 경화시 사용되는 고주파 유도 코일의 권수보다 많은 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트의 제조 방법.
  5. 외측 넥(neck)경과, 내측 넥(neck)경과, 그 사이에 마련되는 중간경을 포함하는 차량용 샤프트로서,
    저주파 유도 경화 및 고주파 유도 경화에 의한 열처리를 거침으로서,
    샤프트의 표면은 결정입도 AGS No 5~6를 갖는 마르텐 사이트 조직으로 형성되고, 샤프트의 심부는 마르텐 사이트와 페라이트/펄라이트가 혼합된 상태로 구현되며,
    심부는 표면에서 5mm이상 들어간 깊이로 정의되고,
    저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 저주파 유도 코일에 인가되는 전류는 3~4KHz 이고,
    고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 고주파 유도 코일에 인가되는 전류는 7~8KHz 인 것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.
  6. 외측 넥(neck)경과, 내측 넥(neck)경과, 그 사이에 마련되는 중간경을 포함하는 차량용 샤프트로서,
    저주파 유도 경화 및 고주파 유도 경화에 의한 열처리를 거침으로서,
    외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 표면 경도는 55~56HRC가 되고,
    외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 심부 경도는 20~21HRC가 되고,
    심부는 표면에서 5mm이상 들어간 깊이로 정의되며,
    외측 넥경과 내측 넥경과 중간경의 경도 HV446에 도달하는 경화 깊이는 5.5~5.8mm 이고,
    저주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 저주파 유도 코일에 인가되는 전류는 3~4KHz 이고,
    고주파 유도 경화를 수행하는 단계에서 고주파 유도 코일에 인가되는 전류는 7~8KHz 인것을 특징으로 하는 차량용 샤프트.





  7. 삭제
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