야금에서의 분말 소결 원리

이른바 분말야금법은 제조하고자 하는 합금의 원료를 분말로 만든 다음, 분말을 적당량 혼합하여 가압하여 일정한 형상으로 응고시키는 방법이다. 이러한 분말 조각은 환원 분위기(예: 수소)에 넣고 가열 및 소결하여 합금을 형성합니다. 이는 기존의 주조법과 완전히 다른 야금법이다.

여기에서 말하는 소결은 단순히 가압 및 가온의 작용에 의해 금속 결정립의 응집을 촉진하는 것으로 정의할 수 있다. 우리는 그것을 압축하기 위해 합금 조성을 가진 분말에 일정량의 압력을 가합니다. 고온에서 밀접하게 접촉된 분말은 서로 달라붙어 점차 공극을 채워 고밀도 합금을 형성합니다. 이 때의 가열 온도는 합금 성분 중의 저융점 성분의 융점이다. 따라서 합금 잉곳은 전체 분말 성분의 융점 이하의 온도에서 소결된다. 이 방법은 제련과 주조의 두 공정을 결합하는 방법과 유사하며 그 특성은 주조 합금에 가깝습니다. 그러나 금속학적 관점에서 보면 합금 주물의 한 분야여야 합니다.

초경합금은 이 분말 야금법으로 제조됩니다. 일반적으로 텅스텐, 탄소, 코발트, 티타늄, 세륨 등의 분말을 일괄 혼합한 후 압축, 소결하여 합금을 만든다. 따라서 이 야금 공정의 제품은 소결 초경합금 또는 초경합금이라고도 합니다. 최근 몇 년 동안 분말 야금 방법은 매우 빠르게 발전했습니다. 초경합금, 오일 베어링 합금, 전기 접점, 금속 결합 다이아몬드 휠 및 특수 장식 금속 제품은 모두 이 분말 야금 방법으로 제조됩니다.

예를 들어 길이가 30mm인 프레스 반제품을 1000~1400℃로 가열하였다. 약 30℃에서 약 5분간 압축된 제품의 부피 변화를 그림 2-2와 같다. 수축은 일반적으로 1150 ° C에서 시작됩니다. 6% Co의 경우 수축이 매우 규칙적으로 진행되어 약 1320 ° C에서 끝납니다. 10% Co의 경우 1180-1200 ° C에서 수축이 일시적으로 중단됩니다. 온도가 계속 상승함에 따라 수축이 급격히 진행되어 온도가 1300 ° C에 도달하면 균형을 이루는 경향이 있습니다.

야금에서 분말 소결의 원리 1

그 후, 입자의 접촉점과 접촉 면적이 현저히 증가하기 때문에, 각각의 입자는 스스로 보유하고 있는 과잉 에너지(자유 에너지)를 쉽게 방출하는 상태가 된다. 따라서 약 200 ° C에서 코발트가 확산되기 시작하고 이 지점에서 소결의 첫 번째 단계가 시작됩니다. 온도가 다시 상승하면 β-Co는 약 490°C에서 γ-Co로 변환됩니다. 600 ° C에서 탄소는 코발트로 확산되기 시작하여 대량 용액이됩니다. 텅스텐 카바이드 입자가 미세할수록, 또는 코발트 코팅된 텅스텐 카바이드가 좋을수록 이 확산 현상이 더 빨리 발생합니다. 이 확산은 콤팩트에 강한 압축 압력을 가하는 것과 같은 효과를 갖는다. 그러나, 온도 상승 중에는 이 온도에서 거의 액상이 관찰되지 않는다.

그러나 이 온도 근처에서 굽힘 강도가 크게 증가합니다. 일반적으로 6% 코발트의 경도 합금은 약 1400 ° C의 온도에서 소결됩니다. 이 온도에서 WC는 점차 액상으로 용해되며 특히 미세한 WC는 빠르게 용해되며 큰 WC는 날카로운 모서리 부분. 녹은 후에는 둥글다. 그 결과, 액상 부분은 점점 더 많아지고, 자유 에너지가 감소하는 방향으로 반응이 진행됨에 따라 합금이 수축하고 기공이 점차 감소한다. 한편, 탄화텅스텐 입자가 서로 접촉하는 부분에서는 체적확산, 특히 표면확산 현상이 계속 발생한다. 탄화물 입자가 서로 결합할 가능성도 있습니다. 또한, WC는 텅스텐 카바이드가 서로 접촉하는 부분에서 액상으로부터 국부적으로 석출될 수도 있다. 결과적으로 다양한 이유로 텅스텐 카바이드 입자의 성장이 촉진되어 조밀한 정렬이 발생합니다. 다만, 온도를 더욱 높여 1600℃를 초과하면 제품 내부에 가스가 발생하여 결정 배열이 팽창하게 된다. 가스는 SiO2와 같은 불순물의 존재에 의해 발생한다고 합니다. 반대로 온도가 낮아지면 액상에 용해된 WC 입자가 표면 에너지가 작은 WC 입자에 석출된다. 액체 상태가 고체 상태로 사라진 후에도 텅스텐 카바이드는 1%만 남을 때까지 계속 분리됩니다.

야금에서 분말 소결의 원리 2

소결 과정에서 코발트에 녹은 형태로 존재하는 탄화텅스텐은 작은 거리를 이동하여 용해되지 않은 탄화텅스텐과 결합하여 주조합금과 같은 요철구조가 형성되지 않는다. 다량의 펄라이트를 함유한 강은 알파철의 탄소 용융물의 석출에 의해 시효 경화된다. 대조적으로, 소결 과정에서 WC 입자는 효과적인 핵 생성으로 작용하므로 시효 경화 현상이 없으므로 구조가 균일하고 매우 안정적이며 열처리에 민감하지 않으며 상대적으로 높은 온도에서도 경도가 변하지 않습니다. 온도. 그림 2-3은 공구강, 고속도강, 주물합금, 스텔라이트합금(Co-Cr-W), WC+Co 초경합금의 고온경도를 나타낸 것이다.