초경합금 공구재료의 분류 및 성능

1. 경도: 초경합금은 다량의 경질 탄화물(예: WC, TiC)을 함유하고 있어 고속도강보다 훨씬 높은 경도를 지닙니다. 초경합금의 경도가 높을수록 내마모성이 우수하며, 일반적으로 고속도강보다 훨씬 뛰어납니다.

코발트 결합상 함량이 높을수록 합금의 경도는 낮아진다.

TiC는 WC보다 단단하기 때문에 WC-TiC-Co 합금은 WC-Co 합금보다 경도가 높습니다. TiC 함량이 높을수록 경도도 높아집니다.

WC-Co 합금에 TaC를 첨가하면 경도가 약 40~100 HV 증가하고, NbC를 첨가하면 70~150 HV 증가합니다.

2. 강도 초경합금의 굽힘 강도는 고속강 소재의 약 1/3에서 1/2 수준에 불과합니다.

코발트 함량이 높을수록 합금의 강도가 높아집니다.

TiC를 함유한 합금은 TiC가 없는 합금보다 강도가 낮으며, TiC 함량이 높을수록 강도는 더욱 낮아집니다.

WC-TiC-Co 초경합금에 TaC를 첨가하면 굽힘 강도가 증가하고 절삭날의 파손 및 깨짐 저항성이 크게 향상됩니다. TaC 함량이 증가함에 따라 피로 강도 또한 향상됩니다.

초경합금의 압축강도는 고속도강보다 30%에서 50% 더 높습니다.

3. 인성 초경합금의 인성은 고속도강보다 훨씬 낮습니다.

TiC를 함유한 합금은 TiC가 없는 합금보다 인성이 낮으며, TiC 함량이 증가할수록 인성은 감소합니다.

WC-TiC-Co 합금에 적절한 양의 TaC를 첨가하면 내열성 및 내마모성을 유지하면서 인성을 약 10% 향상시킬 수 있습니다.

초경합금은 인성이 낮기 때문에 강한 충격이나 진동이 발생하는 환경, 특히 접착 및 파손이 더 심한 저속 절삭 환경에는 적합하지 않습니다.

4. 열물리적 특성 초경합금의 열전도율은 고속도강보다 약 2~3배 높습니다.

TiC의 열전도율은 WC보다 낮기 때문에 WC-TiC-Co 합금은 WC-Co 합금보다 열전도율이 낮습니다. TiC 함량이 높을수록 열전도율은 더욱 떨어집니다.

5. 내열성: 초경합금은 고속도강보다 내열성이 훨씬 뛰어나며 800~1000°C에서 절삭 작업을 수행할 수 있고 고온에서도 우수한 소성 변형 저항성을 보입니다.

TiC를 첨가하면 고온 경도가 증가합니다. TiC의 연화 온도가 WC보다 높기 때문에 WC-TiC-Co 합금의 경도는 WC-Co 합금보다 온도에 따라 더 느리게 감소합니다. TiC 함량이 높고 코발트 함량이 낮을수록 감소폭은 더 작아집니다.

TiC보다 연화 온도가 높은 TaC 또는 NbC를 첨가하면 고온에서의 경도와 강도가 더욱 증가합니다.

6. 접착 방지 특성: 초경합금의 접착 온도는 고속도강보다 높아 접착 마모에 대한 저항성이 더 우수합니다.

코발트와 강철의 접착 온도는 WC보다 훨씬 낮으며, 코발트 함량이 증가할수록 접착 온도는 감소합니다.

TiC의 접착 온도는 WC보다 높기 때문에 WC-TiC-Co 합금은 WC-Co 합금보다 접착 온도가 약 100°C 더 높습니다. 절삭 과정에서 고온에 의해 생성되는 TiO2는 접착력을 저하시킵니다.

TaC와 NbC는 TiC보다 접착 온도가 높아 비접착 특성이 향상됩니다. TaC의 가공 재료에 대한 친화력은 WC의 극히 일부 또는 수십분의 1 수준에 불과합니다.

7. 화학적 안정성 초경합금 공구의 내마모성은 작동 온도에서의 물리적 및 화학적 안정성과 밀접한 관련이 있습니다.

초경합금의 산화 온도는 고속도강보다 높다.

TiC의 산화 온도는 WC보다 훨씬 높기 때문에 WC-TiC-Co 합금은 WC-Co 합금보다 고온에서 산화로 인한 무게 증가가 적습니다. TiC 함량이 높을수록 산화 저항성이 강해집니다.

TaC의 산화 온도는 WC보다 높으며, TaC와 NbC를 함유한 합금은 고온 산화에 대한 저항성이 향상됩니다. 그러나 코발트 함량이 높을수록 산화가 더 쉽게 일어납니다.