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기술지식/재료금속열처리

초경합금[hard metal, cemented carbide]

노구라 2017.01.19 12:48

초경합금[hard metal, cemented carbide] 

원소주기율표 4A, 5A 또는 6A족 금속의 탄화물 분말을 Fe, Co 또는 Ni의 철족금속에서 소결 결합한 합금의 총칭. 실용합금으로는 1923년 Schröter 특허에 기초하여 1926년부터 시판된 WC-Co합금(비디아합금)이 최초인 것이다. 

현용합금은 대별하면 WC-Co계와 WC-TiC-Ta(Nb)C -Co계의 2종이 있고, Co량, TiC량, Ta (Nb)C량, 탄화물 입도 등을 조절함으로써 특성을 대폭 변형시키는 것이 가능하다. 

WC-Co합금은 주철이나 비철금속용 절삭공구, 각종다이스, 플러그, 젠치미어롤, 모르건롤 등의 내마모공구, 착암기용 비트 등의 광산․토목용 공구, 초고압발생용 부품재료에 쓰이고, WC-TiC-Ta(Nb)C-Co합금은 다른 경질재료와 함께 주로 강의 절삭용 공구재료에 쓰인다. 

이 합금은 입도 1~5μm인 각 원료분말을 혼합․성형하고, 경우에 따라서는 예비소결 및 가공을 거쳐 진공 속에서 액상소결에 의해 만들어진다. 

성형은 일반적으로 금형성형법에 의해 이루어지지만, 대형부품에서는 냉간정수압프레스(CIP)가 쓰인다. 

유리탄소나 η상(Co3W3C)을 생성하지 않는 건전조직역으로 되는 합금탄소량을 조절하는 것이 중요하다. 

극미량에 잔류하는 조대공극(粗大空隙)을 이루기 위해서는 소결 후 열간정수압프레스(HIP)가 실시된다. 

합금의 기본특성으로는 경도, 파괴강도, 파괴인성이 특히 중요하다. 경도는 저Co, 미립, 고 TiC량, 저C량일수록 커진다. 

휨파괴강도는 포어 등의 조대결함이 없는 경우는 약 10% Co, 0.5~1.0μm에서 최대값을 나타내고, 고TiC량, 고Ta(Nb)C량, 고C량일수록 저강도가 된다. 

고강도나 크리프강도는 Co량, 조립(粗粒), 고TiC, 저C량일수록 우수하다. TiC, Ta(Nb)의 첨가는 강절삭시 내(耐)크레이터 마모성을 향상시킨다. 

VC, Cr3C2, TaC의 소량첨가는 0.5μm 정도의 초미립합금을 얻는데 유효하다. 

합금 표면에 두께 수μm인 TiC, TiN, Al2O3의 단상(單相) 또는 복층막을 화학증착법(CVD)또는 물리증착법(PVD)으로 피복(코팅)함으로써 절삭공구나 내마모공구의 수명은 수배 이상 향상된다. 

코팅절삭공구 생산량의 신장은 현저하여 현재 스로어웨이팁의 약 50%를 차지한다.


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