초경합금은 분말 야금 공정을 통해 내화 금속과 결합 금속을 단단한 화합물로 결합하여 만든 합금 소재입니다. 초경합금은 높은 경도, 내마모성, 우수한 강도와 인성, 내열성 및 내식성 등 여러 가지 뛰어난 특성을 지니고 있으며, 특히 500℃의 고온에서도 경도와 내마모성이 거의 변하지 않고, 1000℃에서도 높은 경도를 유지합니다. 초경합금은 선삭 공구, 밀링 커터, 플래너, 드릴, 보링 공구 등과 같은 공구 소재로 널리 사용되며, 주철, 비철금속, 플라스틱, 화학 섬유, 흑연, 유리, 석재 및 일반 강철 등의 절삭에 사용될 뿐만 아니라 내열강, 스테인리스강, 고망간강, 공구강 등 가공이 어려운 소재의 절삭에도 사용할 수 있습니다. 최근 개발된 초경합금 공구의 절삭 속도는 탄소강 공구보다 수백 배 빠릅니다.
초경합금의 응용
(1) 공구 재료
초경합금은 공구 재료 중 가장 많이 사용되는 소재로, 선삭 공구, 밀링 커터, 평삭기, 드릴 등을 만드는 데 사용됩니다. 그중 텅스텐-코발트 초경합금은 철 및 비철 금속의 단칩 가공과 주철, 주조 황동, 베이클라이트 등의 비금속 재료 가공에 적합하며, 텅스텐-티타늄-코발트 초경합금은 강철과 같은 철 금속의 장기 칩 가공에 적합합니다. 유사한 합금 중에서 코발트 함량이 높을수록 황삭 가공에 적합하고, 코발트 함량이 낮을수록 정삭 가공에 적합합니다. 범용 초경합금은 스테인리스강과 같이 가공하기 어려운 재료에 비해 가공 수명이 훨씬 깁니다.
(2) 금형 재료
초경합금은 주로 냉간 인발 금형, 냉간 펀칭 금형, 냉간 압출 금형, 냉간 피어 금형과 같은 냉간 가공 금형에 사용됩니다.
초경 냉간 단조 금형은 충격 또는 강한 충격과 같은 내마모성 작업 조건에서 우수한 충격 인성, 파괴 인성, 피로 강도, 굽힘 강도 및 내마모성을 가져야 합니다. 일반적으로 YG15C와 같은 중·고코발트 함량의 중·조립 합금이 사용됩니다.
일반적으로 초경합금의 내마모성과 인성은 상반된 관계를 보입니다. 즉, 내마모성이 증가하면 인성이 감소하고, 인성이 증가하면 필연적으로 내마모성이 감소합니다. 따라서 합금 등급을 선택할 때는 가공 대상과 가공 작업 조건에 따라 특정 사용 요구 사항을 충족해야 합니다.
선택한 강종이 사용 중 조기에 균열이나 손상이 발생하기 쉬운 경우, 인성이 더 높은 강종을 선택해야 합니다. 반대로, 선택한 강종이 사용 중 조기에 마모나 손상이 발생하기 쉬운 경우, 경도가 높고 내마모성이 우수한 강종을 선택해야 합니다. 다음 강종들은 YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C입니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 경도는 낮아지고, 내마모성은 낮아지며, 인성은 높아집니다. 반대로, 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 경도와 내마모성이 낮아지고 인성은 높아집니다.
(3) 측정 도구 및 내마모성 부품
초경합금은 내마모성 표면 삽입재 및 측정 도구 부품, 연삭기의 정밀 베어링, 센터리스 연삭기의 가이드 플레이트 및 가이드 로드, 선반 상판 및 기타 내마모성 부품에 사용됩니다.
결합재는 일반적으로 철족 금속이며, 흔히 코발트와 니켈이 사용됩니다.
초경합금 제조 시, 선택된 원료 분말의 입자 크기는 1~2 마이크론이며 순도가 매우 높아야 합니다. 원료는 규정된 조성비에 따라 배합하고, 알코올이나 기타 매체를 첨가하여 습식 볼밀에서 습식 분쇄하여 완전히 혼합 및 미분합니다. 혼합물을 체질한 후, 과립화하고 압축한 다음 결합재의 융점(1300~1500°C)에 가까운 온도로 가열합니다. 이때 경화상과 결합재가 공융합금을 형성합니다. 냉각 후, 경화상은 결합재로 구성된 격자 내에 분포하고 서로 긴밀하게 연결되어 견고한 고체를 형성합니다. 초경합금의 경도는 경화상 함량과 결정립 크기에 따라 달라지는데, 경화상 함량이 높고 결정립이 미세할수록 경도가 높아집니다. 초경합금의 인성은 결합재에 의해 결정되며, 결합재 함량이 높을수록 굽힘 강도가 높아집니다.
1923년, 독일의 슐레르터는 결합제로 텅스텐 카바이드 분말에 코발트를 10~20% 첨가하여 새로운 텅스텐 카바이드-코발트 합금을 발명했습니다. 이 합금의 경도는 다이아몬드 다음으로 높았습니다. 이것이 최초의 초경합금이었습니다. 이 합금으로 만든 공구로 강철을 절삭하면 절삭날이 빨리 마모되고 심지어 균열이 생기기도 했습니다. 1929년, 미국의 슈워츠코프는 기존 조성에 일정량의 텅스텐 카바이드와 티타늄 카바이드 복합 탄화물을 첨가하여 강철 절삭 성능을 향상시켰습니다. 이는 초경합금 개발 역사에 또 하나의 중요한 성과입니다.
초경합금은 높은 경도, 내마모성, 우수한 강도와 인성, 내열성 및 내식성 등 여러 가지 뛰어난 특성을 지니고 있습니다. 특히, 500℃의 고온에서도 경도가 거의 변하지 않고, 1000℃에서도 높은 경도를 유지하는 것이 특징입니다. 초경합금은 선삭 공구, 밀링 커터, 평삭 공구, 드릴, 보링 공구 등 다양한 공구 소재로 널리 사용되며, 주철, 비철금속, 플라스틱, 화학섬유, 흑연, 유리, 석재, 일반 강철 등의 절삭에 사용될 뿐만 아니라 내열강, 스테인리스강, 고망간강, 공구강 등 가공이 어려운 소재의 절삭에도 적합합니다. 최근 개발된 초경합금 공구의 절삭 속도는 탄소강 공구보다 수백 배 빠릅니다.
초경합금은 암석 드릴링 공구, 광산 공구, 드릴 공구, 측정 공구, 내마모성 부품, 금속 연마재, 실린더 라이너, 정밀 베어링, 노즐, 금속 금형(예: 와이어 드로잉 다이, 볼트 다이, 너트 다이 및 각종 패스너 금형)을 만드는 데에도 사용될 수 있으며, 초경합금의 우수한 성능으로 기존의 강철 금형을 점차 대체하고 있습니다.
이후 코팅된 초경합금 공구도 등장했습니다. 1969년 스웨덴은 티타늄 카바이드 코팅 공구 개발에 성공했습니다. 이 공구의 기본 재질은 텅스텐-티타늄-코발트 카바이드 또는 텅스텐-코발트 카바이드입니다. 표면의 티타늄 카바이드 코팅 두께는 수 마이크론에 불과하지만, 동일 브랜드의 합금 공구에 비해 수명이 3배 연장되고 절삭 속도는 25~50% 향상되었습니다. 1970년대에는 가공하기 어려운 재료를 절삭할 수 있는 4세대 코팅 공구가 등장했습니다.
초경합금은 어떻게 소결되나요?
시멘트 카바이드는 하나 이상의 내화 금속의 탄화물과 결합 금속을 분말 야금법으로 제조한 금속 재료입니다.
M주요 생산국
전 세계적으로 50개국 이상이 초경합금을 생산하고 있으며, 총 생산량은 27,000~28,000톤에 달합니다. 주요 생산국으로는 미국, 러시아, 스웨덴, 중국, 독일, 일본, 영국, 프랑스 등이 있습니다. 세계 초경합금 시장은 사실상 포화 상태이며, 시장 경쟁이 매우 치열합니다. 중국의 초경합금 산업은 1950년대 후반에 형성되기 시작하여 1960년대부터 1970년대에 걸쳐 급속도로 발전했습니다. 1990년대 초, 중국의 초경합금 총 생산 능력은 6,000톤에 이르렀고, 총 생산량은 5,000톤에 달하여 러시아와 미국에 이어 세계 3위를 차지했습니다.
변기 절단기
①텅스텐 및 코발트 시멘트 카바이드
주요 구성 요소는 탄화텅스텐(WC)과 결합제인 코발트(Co)입니다.
등급은 "YG"(중국어 병음으로 "단단하고 코발트가 풍부한")와 평균 코발트 함량 비율로 구성됩니다.
예를 들어 YG8은 평균 WCo=8%이고 나머지는 텅스텐-코발트 카바이드 또는 텅스텐 카바이드임을 의미합니다.
틱 나이프
②텅스텐-티타늄-코발트 카바이드
주요 구성 요소는 탄화텅스텐, 탄화티타늄(TiC) 및 코발트입니다.
이 등급은 중국어 병음 접두사 "YT"(단단한, 티타늄) 두 글자와 티타늄 카바이드의 평균 함량으로 구성됩니다.
예를 들어, YT15는 평균 WTi 함량이 15%이고 나머지는 코발트를 함유한 텅스텐 카바이드와 텅스텐-티타늄-코발트 카바이드임을 의미합니다.
텅스텐 티타늄 탄탈륨 공구
③텅스텐-티타늄-탄탈륨(니오븀) 시멘트 카바이드
주요 구성 요소는 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 탄화탄탈륨(또는 탄화니오븀) 및 코발트입니다. 이러한 종류의 초경합금은 일반 초경합금 또는 범용 초경합금이라고도 합니다.
등급은 "YW"(중국어 접두사로 "단단함"과 "완함"을 나타냄)와 순번으로 구성되며, 예를 들어 YW1과 같습니다.
성능 특성
초경 용접 인서트
높은 경도(86~93HRA, 69~81HRC에 해당);
우수한 내열성(최대 900~1000℃에서 60HRC 유지);
내마모성이 우수합니다.
초경 절삭 공구는 고속강보다 4~7배 빠르며, 공구 수명은 5~80배 더 깁니다. 금형 및 측정 공구 제작에 사용되는 초경 공구는 합금 공구강보다 수명이 20~150배 더 길며, 경도 약 50HRC의 단단한 재료도 절삭할 수 있습니다.
하지만 초경합금은 취성이 강하고 기계 가공이 어려우며, 복잡한 형상의 일체형 공구를 제작하기 어렵습니다. 따라서 다양한 형상의 블레이드를 제작하여 용접, 접착, 기계적 클램핑 등의 방법으로 공구 본체 또는 금형 본체에 고정하는 경우가 많습니다.
특수 모양의 막대
소결
초경합금 소결 성형은 분말을 빌릿 형태로 압축한 후 소결로에 넣어 특정 온도(소결 온도)까지 가열하고, 일정 시간(유지 시간) 동안 유지한 다음 냉각시켜 원하는 특성을 가진 초경합금 재료를 얻는 공정입니다.
초경합금 소결 공정은 크게 네 단계로 나눌 수 있습니다.
1: 성형제 제거 및 예비소결 단계에서 소결체는 다음과 같이 변화합니다.
소결 초기 단계에서 온도가 상승함에 따라 성형제가 점차 분해되거나 기화되어 소결체가 분리됩니다. 소결체의 종류, 양 및 소결 공정은 다양합니다.
분말 표면의 산화물이 환원됩니다. 소결 온도에서 수소는 코발트와 텅스텐의 산화물을 환원시킬 수 있습니다. 진공 상태에서 성형제를 제거하고 소결하면 탄소-산소 반응이 강하게 일어나지 않습니다. 분말 입자 간의 접촉 응력이 점차 제거되고, 결합 금속 분말이 회복 및 재결정화되기 시작하며, 표면 확산이 발생하여 압축 강도가 향상됩니다.
2단계: 고체상 소결 단계 (800℃~공융 온도)
액상이 나타나기 전 온도에서는 이전 단계의 과정이 계속되는 것 외에도 고상 반응과 확산이 강화되고, 소성 유동성이 향상되며, 소결체가 크게 수축한다.
3단계: 액상 소결 단계 (공융 온도 – 소결 온도)
소결체에 액상이 나타나면 수축이 빠르게 완료되고, 이어서 결정학적 변환이 일어나 합금의 기본 구조와 구조가 형성된다.
4단계: 냉각 단계 (소결 온도 – 실온)
이 단계에서 합금의 구조와 상 조성은 냉각 조건에 따라 다소 변화가 나타납니다. 이러한 특징을 이용하여 초경합금을 가열함으로써 물리적 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 4월 11일
