2부: 초경합금 의 제조 공정
4장: 원료 선정 및 분말 제조
텅스텐 초경합금은 텅스텐 카바이드(WC)를 경질상으로, 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)을 결합상으로 하여 분말 야금법을 통해 제조됩니다. 텅스텐 초경합금의 특성(경도 HV 1500~2500±30, 인성 K₁c 820 MPa·m¹ /²± 0.5, 압축 강도 >4000 MPa±100 MPa)은 원료의 품질과 분말 제조 공정에 따라 결정됩니다. 원료 선정 및 분말 제조는 초경합금 생산의 기본이 되며, 미세 조직(WC 입자 크기 0.110μm±0.01μm, Co 분포 균일도 >95%±1%)과 최종 성능(열전도도 80~120 W/m·K±5 W/ m· K , 내식성 pH 212)을 결정합니다.
이 장에서는 텅스텐 카바이드 분말의 합성, 결합상과 첨가제의 선택, 분말 전처리 기술 및 분말 특성화 방법을 자세히 분석하며, 여기에는 공정 매개변수, 과학적 원리, 영향 요인, 최적화 전략 및 엔지니어링 응용 분야가 포함됩니다.
분말 제조에는 WC 입자 크기(0.110μm±0.01μm), 순도(유리 탄소 <0.1%±0.01%), 결합상 특성(Co/Ni 순도 >99.8%±0.01%), 분말 유동성(1316초/50g±0.5초)을 정밀하게 제어하여 소결 밀도(>99%±0.1%)와 성능 일관성(경도 편차 <±30 HV)을 확보해야 합니다. 예를 들어, 서브미크론 WC 분말(<0.5μm±0.01μm)은 공구 경도를 HV 2300±30으로 높이고 항공 절삭 수명을 15시간±1시간으로 연장할 수 있습니다. 고순도 Co 분말(>99.9%±0.01%)은 드릴 비트의 인성을 향상시키고 (K₁c > 18MPa ·m¹ /²±0.5), 채굴 수명이 1200m±100m를 초과합니다.
3장에서는 WC 경도(HV 2000 – 3000±50)의 원천과 Co 인성 ( K₁c 1520 MPa·m¹ / ² ± 0.5) 의 기여를 통해 성능을 평가 하고 후속 성형 및 소결을 위한 이론적 및 공정적 기초를 제공합니다(5장).
4.0 초경합금 종류 및 원재료 및 보조재료 개요
초경합금은 텅스텐 카바이드(WC)를 경질상으로, 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)을 결합상으로 갖는 고성능 복합 재료입니다. 절삭 공구, 금형, 내마모 부품 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 다양한 적용 요건 및 성능 특성에 따라 초경합금은 일반형(YG 시리즈), 내열/내마모형(YT 시리즈), 고인성/내충격형(YW 시리즈), 니켈계 초경합금(YN 시리즈), 고엔트로피 합금형 및 적층 제조용 특수형으로 나눌 수 있습니다 . 원재료 및 보조 재료의 종류와 비율은 초경합금의 종류와 제조 공정에 따라 다릅니다. 일반적으로 주원재료, 보조원재료 및 보조재의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이러한 재료의 선택 및 사용은 제품 품질과 공정 일관성을 보장하기 위해 관련 표준을 엄격히 따라야 합니다.
4.0.0 시멘트 카바이드의 주요 유형
다음 표는 다양한 적용 시나리오와 공정 요구 사항을 반영하여 주요 시멘트 카바이드 유형과 그 특성, 공정 요구 사항, 적용 분야 및 따르는 표준을 자세히 나열합니다.
| 유형 | 주요 성분 및 특징 | 프로세스 요구 사항 | 적용 분야 | 표준 요구 사항 |
| YG 시리즈 | WC와 Co를 주성분으로 하고, 카본블랙을 첨가하여 경도와 인성이 높음 | 불순물의 유입을 방지하기 위해 소결 분위기와 온도를 엄격히 조절합니다. | 절삭 공구(선삭 공구, 밀링 커터 등) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| YT 시리즈 | TiC를 첨가 하면 성형성, 고온 저항성, 내마모성을 향상시키기 위해 파라핀 윤활이 필요합니다. | 불순물을 피하기 위해 소결 분위기와 온도를 조절합니다. | 고속절삭(강철가공 등) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| YW 시리즈 | TaC 및/또는 NbC를 함유하고 있으며 아르곤 보호가 필요하며 인성과 고온 성능을 모두 갖추고 있습니다. | 아르곤 분위기의 순도를 확보하고 온도를 정밀하게 제어합니다. | 고성능 다이(스탬핑 다이 등) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| YN 시리즈 | TiN을 추가하여 우수한 내식성을 구현했습니다. | 산화 방지를 위해 소결 분위기 및 온도를 제어합니다. | 부식 방지 환경(예: 화학 장비) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| 고엔트로피 합금 | 다중 원소 조합(Cr, V, Mo, W, Ta 등)은 균일성을 보장하기 위해 정밀한 혼합 및 HIP 공정이 필요합니다. | 정확한 비율, HIP 소결에는 제어된 고압(50-100MPa)이 필요합니다. | 극한 환경(고온, 고압 조건 등) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| 적층 제조 | 성능 향상을 위해 표면 처리제를 첨가한 가스 분무법으로 제조된 구형 분말 | 가스 분무 공정, 엄격한 분위기 및 온도 관리 | 적층 제조 부품(예: 항공우주 부품) | GB/T 5314-2011 샘플링 요구 사항을 준수하고 GB/T 26048-2010 소결 공정을 따릅니다. |
| 설명하다 | 모든 유형은 배치 일관성을 보장하기 위해 GB/T 5314-2011의 샘플링 표준을 따라야 하며, 소결 공정은 GB/T 26048-2010에 따라 수행되며 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위해 분위기와 온도를 정밀하게 제어하는 것을 강조합니다. | |||
4.0.1 초경합금의 주요 원료
주요 원료는 초경합금의 핵심 구성 요소로, 기계적 특성과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 주요 원료에 대한 개요는 다음과 같습니다.
텅스텐 카바이드(WC, 텅스텐 카바이드):
기능: 경질상으로서 매우 높은 경도(>2000 HV)와 내마모성을 제공하며, 전체 구성의 70%-94% ( 중량 %)를 차지합니다.
사양 : 순도 ≥99.8%, 입자 크기 0.2-5 μm (미립자 0.2-0.5 μm , 조립자 > 2 μm ) .
적용 범위: 모든 카바이드 유형.
코발트 분말(Co, Cobalt Powder):
기능: 전통적인 접합제로 사용되어 인성과 굽힘 강도를 향상시킵니다. 함량은 일반적으로 6~25% ( 중량 %)입니다.
사양: 순도 ≥99.9%, 입자 크기 1-5 μm .
적용 범위: YG, YT, YW 시리즈 및 고엔트로피 합금.
니켈 분말
기능: 내식성 결합상인 코발트를 대체하여 산화 저항성을 향상시키며, 함량은 5%-20% ( 중량 %)입니다.
사양: 순도 ≥99.9%, 입자 크기 1-5 μm .
적용 범위: YN 시리즈 및 적층 제조 유형.
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