3부: 초경합금의 성능 최적화
제7장 초경합금의 기계적 성질 제어
초경합금(WC-Co)은 뛰어난 고경도(HV 1200-1800), 양호한 파괴인성(K₁c 8-16 MPa· m¹/ ²) , 높은 압축 강도(4000-6000 MPa ) 및 우수한 내마모성(마모율 < 0.1 mm³/ N· m) 덕분에 항공 공구(절삭 수명 >15시간), 광산 드릴 비트(드릴링 >1200m) 및 내마모성 다이(압출 >10⁶회) 에 널리 사용 됩니다 . 그러나 높은 충격 (주파수 >500Hz), 반복 하중(>10⁵회), 고온(>800°C) 및 연마 마모(경도 >800 HV)와 같은 극한의 작업 조건에서 초경합금의 종합적인 성능은 여전히 과제에 직면해 있습니다. 단일 최적화 전략으로 경도, 인성, 피로 저항성, 내마모성이라는 시너지 효과를 동시에 충족하는 것은 어렵습니다. 미세 구조 제어(WC 입자 크기 0.2-2μm , Co 함량 6%-15%), 파괴 메커니즘 심층 분석(균열 성장률 ~10⁻⁶mm/사이클), 그리고 첨단 강화 기술(VC 첨가 0.2%-0.5%, 이온 주입량 10¹⁶-10¹⁷cm⁻² , 레이저 클래딩 두께 50-150μm ) 을 적용하면 종합적인 성능 향상을 이룰 수 있습니다 .
이 장에서는 경도와 인성의 균형, 피로 저항성과 내충격성, 파괴 메커니즘 분석 및 성능 개선 전략의 네 가지 측면을 중심으로 초경합금의 기계적 특성, 장단점, 규제 기술 및 조건을 체계적으로 논의합니다. 또한, 미래 AI 기술과 산업 사물 인터넷 ( IIoT ) 생태계에서 초경합금의 발전 추세를 살펴보고, 산업 응용 분야의 효율성과 신뢰성을 향상시켜 줄 것입니다.
초경합금의 장점은 높은 경도와 내마모성, 그리고 극한 작업 조건에서 높은 하중과 마찰을 견딜 수 있는 능력입니다. 그러나 단점은 경도와 인성 사이의 모순입니다. 높은 경도(HV>1600)는 일반적으로 인성(K₁c < 10MPa·m¹ / ²)의 감소로 이어지며 , 이는 취성 파괴 가 발생하기 쉽습니다. 또한 초경합금의 피로 저항성은 고주파 반복 하중(균열 진전 속도를 <10⁻⁷mm/cycle로 제어해야 함)에서 여전히 개선되어야 합니다. 이 장의 분석을 통해 독자는 초경합금의 기계적 특성을 조절하는 방법과 실제 응용 분야에서의 성능을 종합적으로 이해할 수 있을 것입니다.
7.0 초경합금의 기계적 성질
초경합금(WC-Co)은 우수한 기계적 성질로 인해 항공, 광산, 금형 제작에 널리 사용됩니다. 다음은 정의, 측정 방법, 영향 요인 및 적용 배경을 포함하여 주요 기계적 성질에 대한 자세한 설명입니다.
7.0. 1. 초경합금의 높은 경도
7.0. 1. 0 초경합금의 경도는 무엇입니까 ?
초경합금(WC-Co)의 경도는 표면이 외부 물체(예: 압입자)에 의한 압입이나 긁힘에 저항하는 능력을 나타내며, 이는 재료의 소성 변형 및 마모 저항성을 반영합니다. 복합 재료인 초경합금은 텅스텐 카바이드(WC, 경도 약 HV 2000-2500)의 경질상과 코발트(Co, 경도 약 HV 300)의 결합상으로 구성됩니다. 초경합금의 경도는 일반적으로 HV 1200-1800이며, 표면 개질(침탄, 레이저 클래딩 등)을 통해 HV 2000-2500까지 높일 수 있습니다. 경도는 절삭, 드릴링, 금형 제작 등 고하중, 고마찰 환경에서 초경합금의 내구성을 직접적으로 결정합니다.
경도의 물리적 특성은 재료의 미세구조와 밀접한 관련이 있는데, 이는 주로 WC상의 높은 경도와 결정립계 강화 효과에 기인하는 반면, Co상은 소성 변형을 통해 에너지의 일부를 흡수하고 전체 성능을 조절합니다.
7.0.1.1 초경합금 의 경도 측정 방법
초경합금의 경도는 다양한 시험 방법으로 측정할 수 있으며, 각 방법은 다양한 시나리오와 정확도 요구 사항에 적합합니다.
비커스 경도(HV)
범위 : HV 1200-1800, 표면 개질 후 최대 HV 2000-2500.
원리 : 비커스 경도계와 다이아몬드 사각뿔 압입자(대각선 136°)를 사용하여 표준 하중(보통 30kg)을 가하고, 압입된 부분의 대각선 길이를 측정하여 경도값을 계산합니다. 공식은 다음과 같습니다.
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