초경합금 (경금속)은 고 융점 금속 (W, Mo, Ti, V, Ta 등)의 탄화물, 질화물, 붕화물 또는 실리사이드로 구성된 합금의 총칭입니다. 주조와 소결의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 캐스트 합금은 취성이 높고 인성이 낮으며 실제 적용 가치가 거의 없다. 일반적으로 텅스텐 카바이드 또는 티타늄 카바이드 및 코발트 분말로 소결되고 높은 경도, 내마모성 및 고온 경도를 갖는 소결 합금이 널리 사용된다. 주로 경질 재료의 고속 절삭 및 가공에 사용되며, 최근에는 금형 산업에서 초경의 사용이 증가하고 있으므로 경질 합금 열처리에 대해 논의하고 연구하는 것이 실질적으로 중요합니다.

1. 초경합금의 특징

탄화물은 내화성 금속 경질 화합물로부터의 분말 야금 법 및 금속 결합 상에 의해 제조된다. 일반적으로 사용되는 경질 화합물은 탄화물입니다. 일반적으로 사용되는 WC, TiC, TaC, NbC 등의 절삭 공구 용 경질 합금으로서 바인더는 Co이며, 초경합금의 강도는 주로 Co의 함량에 달려 있습니다. 초경합금의 초경은 높은 융점 (Ti C의 3140 ℃의 융점과 같은), 높은 경도 (TiC의 3200 HV의 경도와 같은), 우수한 화학적 안정성 및 우수한 열적 안정성, 경도 및 내마모성 그것의 높은. 성 및 화학적 안정성은 고속 공구강보다 훨씬 높습니다.
일반적으로 사용되는 초경합금 경상은 주로 내마모성이 좋은 WC입니다. 일부 탄화물은 WC와 비슷한 경도를 갖지만 내마모성은 동일하지 않습니다. WC는 항복 강도 (6000 MPa)가 높기 때문에 소성 변형에 더 강합니다. WC의 열전도도 좋고 열전도도는 공구의 중요한 성능 지수입니다. WC는 열팽창 계수가 낮으며 강철의 약 1/3입니다. 탄성 계수는 강철의 3 배이며 압축 강도는 강철보다 높습니다. 또한, WC는 실온에서의 부식 및 산화에 대한 우수한 저항성, 우수한 전기 저항성 및 높은 굽힘 강도를 갖는다.

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 1

그림 1 WC-Co 합금의 준 평형 다이어그램

2. 열처리 및 합금 조직

5%와 35% WC의 서로 다른 C / W 비율을 갖는 WC-Co 합금의 접합 단계에 대해 연구되었습니다. 결론은 다음과 같이 도출된다 : γ- 상 또는 (γ + WC)상은 느린 냉각에서 합금에서 생성된다; (γ + η) 위상이있을 때 나타납니다. 그러나, (γ + η) 상이 불안정하기 때문에, (γ + η)상은 어닐링 후에 안정한 (γ + WC) 상으로 변형 될 것이다. 시험 결과에 따르면,도 1에 도시 된 준 평형 위상 다이어그램이 그려져있다 (실선은 안정 시스템의 위상 다이어그램이고, 점선은 준 안정성의 η 특성을 나타내는 국부 위상 다이어그램이다) 단계).
전형적인 초경합금의 어닐링 (느린 냉각)은 주로 탄소 함량에 의존한다 : C / W> 1 일 때, 자유 탄소는 WC-Co 상 경계에서 침전된다; C / W <1 일 때, 합금의 미세 구조는 두 경우 모두를 갖는다 : 하나는 삼상 영역 (WC + γ + η)에있다. 합금이 천천히 냉각 된 후에 η 상이 나타나는 것은 불가피하다. 이러한 다량의 η 상이 시멘트질 상에 존재하면, 분 지형 결정 입자가 나타나고, 작은 입자가 불균일하게 분포된다; η 상이 큰 입자가 있으면, 그레인이 먼 거리로 분리되므로, η 상이 더 높다는 정보가있다. 더 높은 온도가 형성되기 시작했다.
다른 경우에, 합금이 2 상 (WC + γ) 영역에있을 때, 저탄소 합금이 어닐링 된 후 W 합금은 결합 단계로부터 Co3W로서 석출 될 것이다. 반응 공정은하기 화학식으로 표현 될 수있다. Co면 중심 입방 → Co면 중심 입방 + Co3W 따라서이 저탄소 2 상 WC-Co 합금은 어닐링 후 3 상 (WC + γ + CoW) 구조로 변형됩니다. 도 2는 상이한 어닐링 온도에서 2 상 WC-Co 합금에 대한 W의 용해 곡선을 도시한다. 곡선은 3 상 (WC + γ + CoW) 합금으로 변형 된 2 상 합금의 임계 온도 곡선입니다. 곡선 온도보다 높으면 2 상 미세 구조 합금이 생성됩니다. 곡선 아래의 온도에서 어닐링하면 Co3W를 함유 한 3 상 구조가 생성된다.

3. 열처리 공정이 경도 합금의 기계적 성질에 미치는 영향

(1) 강도에 대한 영향 WC는 Co에서 다른 온도에서 다른 고체 용해도를 갖기 때문에, 고용체 온도 담금질 및 후속 시효에 의해 바인더상의 침전 경화 가능성을 제공한다. 담금질은 WC의 침전 및 Co의 동질성 전이를 억제 할 수있다 (Co dense 육각형, Co면 중심 입방). 40% 코발트를 함유하는 합금의 강도는 켄칭 후 약 10%만큼 증가 될 수 있지만, 10% 코발트를 함유하는 합금의 강도는 켄칭 후에 감소된다고보고되었다. 엔지니어링에 일반적으로 사용되는 초경합금에 함유 된 코발트의 양이 일반적으로 10% 내지 37%임을 고려하면, 합금 강도에 대한 열처리의 효과는 매우 작다. 그래서 누군가는 담금질이 W-Co 합금의 강도를 높이는 방법이 아니라고 주장했다. 어닐링은 또한 표 1 및 3에 나타낸 바와 같이 합금의 강도를 감소시킨다. 텅스텐 카바이드의 특성은도 4에 도시 된 바와 같이 함유 된 Co의 양 및 그레인의 두께에 따라 변한다.

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 2

그림 2 WC-10%Co 2 상 합금에서 텅스텐의 고체 용해도 곡선

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 3

그림 3 WC-10%Co 함량의 굽힘 강도에 대한 800 ° C에서의 어닐링의 영향

경질 합금의 전형적인 열처리 공정

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 4

그림 4 WC 초경합금의 특성은 Co 및 입자 크기에 따라 다릅니다.

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 5

그림 5 WC-Co 합금 바인더상의 경도와 노화 시간의 관계

텅스텐 카바이드 제품의 열처리 6

그림 6 WC-Co 합금의 경도와 노화 시간의 관계

4. 경질 합금 코팅

경질 합금의 내마모성을 더욱 향상시키기 위해, 표면에 TiC 또는 TiN과 같은 경질 재료가 증착 될 수있다. 코팅 재료는 다음 요구 사항을 충족해야합니다.
1 저온 및 고온에서 경도가 높아야합니다.
2는 화학적 안정성이 우수하다.
3은 투자율이 있고 공기 구멍이 없어야합니다.
4 가공 할 재료는 마찰 계수가 낮아야합니다.
5 공구 몸체와 단단히 접착합니다. 6 경제적이며 생산하기 쉽습니다. 오늘날 세계에서 초경합금은 절삭 공구의 주요 재료이기도합니다. 또한 금형, 측정 도구 및 기타 분야에서 응용 범위를 확장하고 있습니다.
요약하면 다음과 같은 측면에서 주로 사용됩니다.
1 연속 절단.
2 나이프 깊이의 변화가 거의없는 프로파일 링 터닝.
3 강도가 낮은 간헐적 인 차량이 필요합니다.

4 강철 또는 회주철의 고속 페이스 밀링.

코팅 된 초경합금의 장점은 다음과 같습니다.
1 다목적 성.
2는 공작물 절단 표면의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
3 동일한 공구 수명에서 절삭 속도가 크게 향상됩니다.
4 동일한 절삭 속도로 공구 수명을 연장 할 수 있습니다.
(1) 코팅 재료 대부분의 외국 제조업체는 코팅 된 인서트에 TiC 코팅을 사용하고 그 뒤에 TiN 코팅을 사용합니다. TiC-TiN 복합 코팅 및 Ti (C • N) 고용 코팅이 점차 증가했습니다. 최근에는 많은 새로운 복합 코팅도 개발되었습니다.
TiC는 현재 이상적인 코팅 재료이며, 그 장점은 고온 경도, 고강도, 우수한 내 산화성 및 크레이터 내마모성입니다. 단점은 열팽창 계수와 몸체가 크고 측면 내마모성이 좋지 않다는 것입니다. TiC 코팅과 비교하여 TiN 코팅은 다음과 같은 장점이 있습니다. 코팅 된 블레이드는 절단시 크레이터를 형성하는 경향이 낮으며, 열팽창 계수는 기판의 열 팽창 계수에 가깝고 열 충격에 대한 민감도가 낮습니다. 그리고 종양을 형성하지 않을 것입니다. 반대로 착용은 좋고, 입금 및 통제가 쉽습니다. 단점은 기판에 대한 접착력이 덜 견고하다는 것이다. TiC-TiN 복합 코팅 및 Ti (C • N) 고용체 코팅은 1970 년대에 개발 된 새로운 코팅이며 생산에 성공적으로 적용되었습니다.
복합 코팅 하드 코팅은 유망한 미래를 가지고 있습니다.
(2) 코팅 공정 국내외에서 TiC 코팅 인서트를 제조하는 공정 및 장비는 유사하다. 일반적인 특징은 처리 된 초경합금 인서트가 증착 반응 챔버에 배치 된 다음, H2가 캐리어로서 사용되어 TiCl4 및 메탄을 반응 챔버에 도입하는 것이다. 증착 반응. 반응 온도는 대략 1000 ℃에서 대략적으로 제어된다. 가열 방법은 거의 항상 동일한 고주파 유도 가열이며, 증착 압력은 대부분 부압이다. 양호한 품질의 코팅이 정상 압력하에 증착 될 수 있지만, 부압 증착의 사용이보다 효율적이며 코팅은보다 균일하고 치밀하다. 특히 증착 블레이드의 수가 많은 경우, 부압 증착을 사용하는 이점이 특히 중요하다.
(3) 코팅 두께 TiC 코팅의 두께는 일반적으로 국내외에서 생산되는 코팅 인서트의 경우 5 ~ 8μm입니다. TiN 코팅의 두께는 8 ~ 12μm입니다. (4) 코팅 매트릭스 코팅 성능은 매트릭스 구성에 크게 영향을받으며 코팅 된 블레이드 매트릭스는 다음 요구 사항을 충족해야합니다. 1 인성 및 소성 변형 저항성이 우수합니다. 2는 경도가 높습니다. 3 화학 성분이 코팅 재료와 일치해야하며 상호 접착력이 강해야합니다. 4는 높은 증착 온도에서 손상되지 않습니다. 5 팽창 계수는 코팅 재료의 팽창 계수와 유사합니다. 도 6은 열전 도성이 양호하다. 강재를 가공 할 때는 WiC-TC-Co 또는 WC-TiC-TaC-Co 합금을 선택해야합니다. 주철 또는 비철 금속 가공시 WC-Co 합금을 선택해야합니다. 다른 가공 재료, 코팅 합금 매트릭스의 요구 사항도 다릅니다. 즉, 코팅도 개인화해야하며, 열처리 조건은 효과를 극대화하기 위해 특정 조건 하에서 만병 통치약이 아닙니다.

5. 공구 및 다이 생산에 초경합금의 적용

(1) 절삭 공구 분야에서 초경합금은 800-1000 ° C의 고온에서도 탁월한 절삭 성능을 유지합니다. 고온에서 빠른 절단에 적합하며 경제성 향상에 실질적인 의미가 있습니다. 따라서 고속 공구강을 점차 대체하고 있습니다. 도구를 만드십시오. 2017 년에는 선반, 대패, 보링 나이프, 3 블레이드 커터, 다이 커터 및 엔드 밀뿐만 아니라 스마트 제조 및 산업용 4.0의 지속적인 홍보와 함께 널리 사용되었습니다. 더 넓고, 미래를 기대하는 도구 재료는 의심 할 여지없이 경질 합금의 세계입니다.
(2) 몰드 분야에서, 다양한 유형의 와이어 드로잉 다이 및 와이어 드로잉 다이는 기본적으로 초경합금으로 만들어진다. 지퍼 톱니 제조용 프로그레시브 다이는 YG8 및 YG15 하드 합금을 사용하여 대구경 드로잉 다이 및 YG20C 하드 다이를 만듭니다. 다중 위치 프로그레시브 다 이용 합금. 비자 성 모드는 일반적으로 YG15 및 YG20 초경합금으로 만들어집니다. YG8 질소 이온 주입식 와이어 드로잉 다이의 수명이 두 배 이상 연장되었습니다. 요컨대, 금형에 초경합금의 응용이 점점 더 일반화되고있다. 게이지 및 기타 공구 산업에서도 사용되며 자세히 설명하지 않습니다.

6. 결론

경질 합금의 적절한 열처리 후, 경도는 약간 향상 될 수 있지만, 더 긴 열처리 시간 및 굽힘 강도에 해를 끼치므로, 열처리는 어느 정도의 특이성을 가져야한다. 표면 코팅은 초경합금의 사용을위한 새로운 길을 강화하며 코팅 기판, 재료, 공정 및 두께도 개별화되어야합니다.

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