텅스텐 카바이드 제품의 열처리

초경합금 (초경합금)은 고 융점 금속 (W, Mo, Ti, V, Ta 등)의 탄화물, 질화물, 붕화물 또는 규화물로 구성된 합금의 일반적인 용어입니다. 주조 및 소결의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 주조 합금은 취성이 높고 인성이 낮으며 실제 적용 가치가 거의 없습니다. 일반적으로 텅스텐 카바이드 또는 티타늄 카바이드 및 코발트 분말로 소결되고 높은 경도, 내마모성 및 고온 경도를 갖는 소결 합금이 널리 사용됩니다. 주로 경질 재료의 고속 절삭 및 가공을 제조하는 데 사용되며, 최근 금형 산업에서 탄화물의 사용이 증가하고 있으며, 따라서 경질 합금 열처리에 대해 논의하고 연구하는 것이 실용적입니다.

1. 초경합금의 특징

초경은 고 융점 금속 경질 화합물 및 금속 결합 상으로부터의 분말 야금 법에 의해 제조된다. 일반적으로 사용되는 경질 화합물은 탄화물입니다. 절삭 공구 용 경질 합금으로는 WC, TiC, TaC, NbC 등이 일반적으로 사용되며 바인더는 Co이고, 초경합금의 강도는 주로 Co의 함량에 의존한다. 초경합금의 탄화물은 높은 융점 (TiC의 융점 3140 ℃와 같은), 높은 경도 (TiC의 3200HV 경도와 같은), 양호한 화학적 안정성 및 우수한 열적 안정성, 경도 및 내마모성 그것들은 높다. 성 및 화학적 안정성은 고속 공구강보다 훨씬 높습니다.
일반적으로 사용되는 초경합금 경질상은 주로 내마모성이 우수한 WC입니다. 일부 탄화물은 WC와 비슷한 경도를 갖지만 동일한 내마모성을 갖지 않습니다. WC는 항복 강도 (6000 MPa)가 높으므로 소성 변형에 내성이 강합니다. WC의 열 전도율 또한 우수하며 열전도도는 공구 설비의 중요한 성능 지표입니다. WC는 열팽창 계수가 낮고 강재의 약 1/3입니다. 그것의 탄성 계수는 강철의 그것의 3 시간이고, 그것의 압축 강도는 또한 강철의 그것보다는 더 높다. 또한, WC는 실온에서의 부식 및 산화에 대한 우수한 내성, 양호한 전기 저항 및 높은 굽힘 강도를 갖는다.

그림 1 WC-Co 합금의 준 평형 상태도

2. 열처리 및 합금 조직

5 % ~ 35 % WC의 다양한 C / W 비율을 갖는 WC-Co 합금의 결합 단계에서 연구되었습니다. 결론은 다음과 같이 결론 지어진다 : γ- 상 또는 (γ + WC)상은 서냉에서 합금에서 생성된다; (γ + η) 단계가있을 때 나타납니다. 그러나, (γ + η)상은 불안정하기 때문에, (γ + η)상은 어닐링 후 안정한 (γ + WC) 상으로 변환 될 것이다. 시험 결과에 따르면, 그림 1에 나타난 준 평형 상 도표가 그려진다 (실선은 안정 시스템의 상 다이아 그램이고 점선은 준 안정성의 η 특성을 보여주는 국부 상 다이어그램이다. 단계).
전형적인 초경합금의 어닐링 (천천히 냉각)은 주로 탄소 함량에 달려있다 : C / W> 1 일 때 유리 탄소는 WC-Co 상 경계면에서 석출한다. C / W <1 일 때, 합금의 미세 구조는 두 경우 모두에있다. 하나는 3 상 영역 (WC + γ + η)에있다. 합금이 서서히 냉각 된 후에 η 상이 나타나는 것은 피할 수없는 일이다. 이와 같은 다량의 η 상이 시멘트 상에 존재하면, 분 지형 결정 입자가 나타나고, 작은 입자가 불균일하게 분포된다; η상의 입자가 크다면 입자는 먼 거리로 분리되므로 η 상이 더 높은 온도를 형성한다는 정보가있다.
다른 경우, 합금이 2 상 (WC + γ) 영역에있을 때, W 합금은 저탄소 합금이 어닐링 된 후에 결합 상으로부터 Co3W로서 침전 될 것이다. 반응 과정은 다음 식으로 나타낼 수있다. Co 면심 입방 → Co 면심 입방 + Co3W 따라서이 저탄소 2 상 WC-Co 합금은 어닐링 후 3 상 (WC + γ + CoW) 구조로 변형됩니다. 그림 2는 서로 다른 어닐링 온도에서 2 상 WC-Co 합금에 대한 W의 용해 곡선을 보여줍니다. 커브는 삼상 (WC + γ + CoW) 합금으로 변형 된 2 상 합금의 임계 온도 곡선입니다. 곡선 온도보다 높으면 어닐링으로 인해 2 상 미세 구조 합금이 생성됩니다. 곡선보다 낮은 온도에서의 어닐링은 Co3W를 포함하는 3 상 구조를 생성한다.

3. 열처리 공정이 경도 합금의 기계적 물성에 미치는 영향

(1) 강도에 미치는 영향 WC는 Co의 다른 온도에서 다른 용해도를 가지기 때문에 고용 온도의 급냉 및 후속 시효에 의한 바인더 상 침전 경화의 가능성을 제공한다. 담금질은 WC의 석출 및 Co (Co 조밀 한 육각형, Co면 중심 입방)의 동질성 전환을 억제 할 수있다. 40 % 코발트를 함유 한 합금의 강도는 담금질 후에 약 10 %까지 증가 될 수 있지만, 10 % 코발트를 함유하는 합금의 강도는 담금질 후에 감소되는 것으로보고되었다. 공학적으로 일반적으로 사용되는 초경합금에 함유 된 코발트의 양이 일반적으로 10 % 내지 37 % 인 것을 감안하면, 열처리가 합금 강도에 미치는 영향은 매우 작다. 그래서 누군가는 감색이 W-Co 합금의 강도를 증가시키는 방법이 아니라고 단언했습니다. 어닐링은 또한 표 1 및 3에 나타낸 바와 같이 합금의 강도를 감소시킨다. 텅스텐 카바이드의 특성은 포함 된 Co의 양과 그레인의 두께에 따라 다르다 (그림 4 참조).

그림 2 WC-10 % Co 2 상 합금 중 텅스텐의 고용도 곡선

그림 3 WC-10 % Co 함량의 굴곡 강도에 대한 800 ℃에서의 열처리 효과

표 2 경질 합금의 일반적인 열처리 공정

그림 4 WC 초경합금의 특성은 Co 및 입자 크기에 따라 다릅니다

그림 5 WC-Co alloy binder phase의 경도와 시효 시간의 관계

그림 6 WC-Co 합금의 경도와 시효 시간의 관계

4. 경질 합금 코팅

경질 합금의 내마모성을 더욱 향상시키기 위해, TiC 또는 TiN과 같은 경질 재료가 그 표면 상에 증착 될 수있다. 코팅 재료는 다음 요구 사항을 충족해야합니다.
1 낮은 온도와 높은 온도에서 높은 경도를 가져야합니다.
2는 우수한 화학적 안정성을 갖는다.
3은 통기성이 있고 공기 구멍이 없어야합니다.
4 처리되는 재료는 마찰 계수가 낮아야합니다.
5 공구 본체와 단단히 결합하십시오. 6 경제적이며 생산하기 쉽습니다. 오늘날 세계에서 초경합금은 절삭 공구의 주요 재료이기도합니다. 또한 금형, 측정 도구 및 기타 분야에서 응용 프로그램 점유율을 확대하고 있습니다.
정리하면 다음과 같은 측면에서 주로 사용됩니다.
1 연속 절단.
2 칼날 깊이가 거의 변하지 않는 선삭 가공.
3은 낮은 강도의 간헐적 인 차량을 필요로합니다.

4 강철 또는 회주철의 고속 페이스 밀링.

코팅 된 초경 합금의 장점은 다음과 같이 요약됩니다.
1 좋은 다목적 성.
2는 공작물 절단 표면의 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
3 절삭 속도는 동일한 공구 수명에서 크게 증가합니다.
4 동일한 절삭 속도로 공구 수명을 연장 할 수 있습니다.
(1) 도료 대부분의 외국 제조업체는 코팅 된 인서트에 TiC 코팅을 사용하고 TiN 코팅을 사용합니다. TiC-TiN 복합 피막 및 Ti (C · N) 고용 피막이 점차 증가 하였다. 최근에는 많은 새로운 복합 코팅이 개발되었습니다.
TiC는 현재 이상적인 코팅 재료이며, 그 장점은 고온 경도, 고강도, 우수한 내 산화성 및 분화구 마모 저항입니다. 그 단점은 열팽창 계수 및 몸체가 커지고, 측면 내마모성이 낮다는 것이다. TiC 코팅과 비교하여, TiN 코팅은 다음과 같은 이점을 갖는다 : 코팅 된 블레이드는 절단시 분화구를 형성하는 경향이 낮고, 열팽창 계수는 기판에 가깝고 열 충격에 대한 민감도가 낮다 종양을 형성하지는 않습니다. 반대편 마모는 좋으며 입금 및 관리가 쉽습니다. 단점은 기판에 대한 접착력이 덜 단단하다는 것입니다. TiC-TiN 복합 코팅 및 Ti (C • N) 고용체 코팅은 1970 년대에 개발 된 새로운 코팅으로 생산에 성공적으로 적용되었습니다.
복합 코팅 하드 코팅은 장래성이있다.
(2) 코팅 공정 국내외 TiC 코팅 인서트 생산 공정 및 장비는 유사하다. 공통적 인 특징은 처리 된 초경합금 인서트가 증착 반응 챔버에 배치 된 다음 H2가 TiCl4 및 메탄을 반응 챔버에 도입하기위한 캐리어로 사용된다는 것입니다. 증착 반응. 반응 온도는 대략 1000 ℃로 대략 제어된다. 가열 방법은 거의 항상 동일한 고주파 유도 가열이며, 증착 압력은 대부분 음압이다. 양질의 코팅이 정상 압력 하에서 침착 될 수 있지만, 음압 침적의 사용은보다 효율적이며 코팅은보다 균일하고 밀집되어있다. 특히, 증착 블레이드의 수가 많으면, 부압 침착을 사용하는 이점이 특히 중요하다.
(3) 도막 두께 TiC 도막의 두께는 국내외에서 생산 된 도료 인서트의 경우 일반적으로 5 ~ 8μm입니다. TiN 코팅의 두께는 8 ~ 12μm입니다. (4) 코팅 매트릭스 코팅 성능은 매트릭스 조성에 따라 크게 영향을받으며 코팅 된 블레이드 매트릭스는 다음 요구 사항을 충족해야합니다. 1 인성 및 소성 변형에 대한 저항성이 좋습니다. 2는 높은 경도를 가지고 있습니다. 3 그것의 화학 성분은 코팅 물자와 일치해야하고, 상호 접착은 확고해야한다. 4는 높은 증착 온도에서 손상되지 않는다. 팽창 계수는 코팅 재료의 팽창 계수와 유사합니다. 6는 열전도율이 우수합니다. 강재를 가공 할 때 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 다르다. 즉, 코팅이 개인화되어야한다는 것을 의미하며, 모든 열처리 공정은 효율성을 최대화하는 특정 조건 하에서 만 만병 통치약이 아니다.

5. 초경합금 공구 및 금형 생산에 응용

(1) 절삭 공구 분야에서 초경합금은 800-1000 ° C의 고온에서도 우수한 절삭 성능을 유지합니다. 고온에서의 신속한 절단에 적합하며 경제적 효율성을 향상시키는 데 실질적인 의미가 있습니다. 따라서 점차 고속 공구강을 대체하고 있습니다. 도구를 만드십시오. 2017 년에는 선반, 평 삭기, 보링 나이프, 3 블레이드 커터, 다이 커터 및 엔드 밀뿐만 아니라 스마트 제조 및 산업 4.0의 지속적인 홍보에도 널리 사용되었습니다. 더 넓어 져 미래를 기대합니다. 도구 재료는 의심 할 여지없이 하드 합금의 세계입니다.
(2) 금형 분야에서는 초경합금으로 다양한 종류의 선재 및 선재를 기본적으로 제조합니다. 지퍼 치아를 만들기위한 점진적 다이는 YG8 및 YG15 경질 합금을 사용하여 대구경 드로잉 다이 및 YG20C 하드 다이를 만듭니다. 멀티 포지션 프로그레시브 다이 용 합금. 비자 성 모드는 일반적으로 YG15 및 YG20 초경합금으로 만들어집니다. YG8 질소 이온 주입 와이어 드로잉 다이의 서비스 수명이 두 배 이상 연장되었습니다. 즉, 금형에 초경합금을 적용하는 것이 점점 더 보편화되고 있습니다. 게이지 및 기타 공구 산업에도 사용되므로 자세한 내용은 설명하지 않습니다.

6. 결론

경질 합금을 적절하게 열처리 한 후에 경도는 약간 향상되지만 열처리 시간이 길어지고 굽힘 강도에 해를 끼칠 수는 있지만 열처리는 어느 정도의 특이성을 가져야합니다. 표면 코팅은 초경합금의 새로운 사용 경로를 강화하고 코팅 기판, 재료, 공정 및 두께도 개별화해야합니다.

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