KR100347085B1 - Clad insert metal and bonding process for the joint WC containing cobalt and STD11 tool steel - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 코발트(Co)가 포함된 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11) 접합용 클래드 삽입금속은, 아연(Zn)과 실리콘(Si)을 5%이하로 포함하는 구리박판과, 보론(B)과 크롬(Cr)을 5-25%로 포함하는 니켈합금판을 적층한 후 압연으로 일체화하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 상기 클래드 삽입금속을 상기 구리박판측이 상기 합금공구강면에 접하도록 하고 상기 니켈합금판측이 상기 초경합금과 접하도록 하여 상기 초경합금과 상기 합금공구강의 접합계면에 삽입하는 단계; 상기 클래드 삽입금속이 삽입된 초경합금과 합금공구강을 1050-1175℃의 온도범위에서 10-60분 동안 가열하여 접합하는 단계; 및 상기 접합된 초경합금과 합금공구강의 접합체를 5℃/s이하의 속도로 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기한 구성에 의한 본 발명에 의하면, 보다 개선된 접합특성을 갖는 코발트를 포함한 초경합금과 합금공구강의 접합을 낮은 비용으로 인체에 무해하게 수행할 수 있는 이점이 있다.The cemented carbide insert for joining cemented carbide (WC) and alloy steel ball (STD11) containing cobalt (Co) according to the present invention is a copper sheet containing zinc (Zn) and silicon (Si) of 5% or less, and boron ( B) and a nickel alloy plate containing 5-25% of chromium (Cr) are laminated and then integrated by rolling. In addition, in the method of joining the cemented carbide and alloy steel ball containing the cobalt according to the present invention, the clad insert metal is brought into contact with the alloy steel ball surface and the nickel alloy plate side is in contact with the cemented carbide, the cemented carbide Inserting at the junction interface of the alloy tool steel; Joining the cemented carbide and the alloy tool steel into which the clad insert metal is inserted for 10-60 minutes in a temperature range of 1050-1175 ° C .; And cooling the bonded body of the cemented cemented carbide and the alloy tool steel at a rate of 5 ° C./s or less. According to the present invention by the above-described configuration, there is an advantage that can be performed harmless to the human body at low cost to join the cemented carbide and alloy tool steel including cobalt having more improved bonding characteristics.
Description
본 발명은, 코발트(Co)가 포함된 초경합금(WC)과 합금공구강의 접합체의 접합력을 향상시킬 수 있는, 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11) 접합용 클래드 삽입금속 및 이를 이용한 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11)의 접합방법에 관한 것이다.The present invention, a cemented metal for joining cemented carbide (WC) and alloyed oral cavity (STD11), and cemented carbide (WC) using the same, which can improve the bonding strength of the cemented carbide alloy (WC) and the alloy steel ball joint containing cobalt (Co). And a method for joining an alloy steel ball (STD11).
종래에는 초경합금과 같은 세라믹스와 철계 금속재료를 접합할 때 사용되는 접합용 삽입금속으로서, 인(P), 카드늄(Cd), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 등의 원소가 구리(Cu) 중에 첨가된 인동계 삽입금속이 널리 사용되어 왔다. 상기 구리 중에 첨가된 인, 카드늄 등의 원소는 접합체간의 젖음성을 향상시키고 융점을 낮추는 역할을 한다.Conventionally, as a joining metal used for joining ceramics such as cemented carbide and iron-based metals, phosphorus (P), cadmium (Cd), silver (Ag), tin (Sn), zinc (Zn), silicon (Si) Phosphorus-type intercalating metals in which elements such as aluminum and aluminum are added to copper (Cu) have been widely used. Elements such as phosphorus and cadmium added to the copper serves to improve the wettability between the conjugates and lower the melting point.
한편, 접합시 접합계면에 산화막이 형성되는 것을 억제하여 접합이 완전하게 되도록 하기 위하여 플럭스(Flux)가 포함되는 경우도 있다.On the other hand, flux may be included in order to suppress the formation of an oxide film at the bonding interface and to complete the bonding.
그런데, 상기와 같은 인동계 삽입금속을 이용하여 초경합금과 합금공구강을 접합하면 다음과 같은 문제점이 있다.However, when the cemented carbide and the alloy tool steel are joined using the phosphorus-based metal as described above, there are the following problems.
첫째, 종래의 인동계 삽입금속이 사용된 초경합금과 합금공구강의 접합체는, 접합계면에 발생하는 응력감소, 접합계면의 면적 등이 불충분하여 그 접합강도가 높지 않을 뿐만 아니라, 상기 인(P)의 첨가로 인해 인계화합물이 접합계면에 형성되어 접합계면에서 취성이 발생하기 쉬운 단점이 있다.First, the conventional cemented carbide and alloy tool steel joints using phosphorus-based intermetallic metals are insufficient in stress reduction and the area of the bonding interface due to insufficient bonding strength. Due to the addition, a phosphorus-based compound is formed at the bonding interface, so brittleness tends to occur at the bonding interface.
둘째, 상기 인동계 삽입금속에 첨가되는 카드늄(Cd)은 접합작업중 휘발되어 인체 및 환경에 유해한 영향을 미치는 단점이 있다.Second, the cadmium (Cd) added to the phosphor-based insertion metal is volatilized during the joining operation has a disadvantage that adversely affects the human body and the environment.
세째, 상기 젖음성 향상 및 융점강하를 위해, 상기 인동계 삽입금속에 첨가되는 은은 고가여서 제조비용을 증가시키는 단점이 있다.Third, in order to improve the wettability and lower the melting point, the silver added to the phosphor-based insertion metal is expensive and has a disadvantage of increasing the manufacturing cost.
넷째, 상기 인동계 삽입금속은 대부분 구리 성분이 많이 함유된 재료를 접합할 때 주로 사용되는 것으로, 접착면의 산화를 방지하여 접합이 완전하게 되도록플럭스(flux)가 포함되는 경우도 있다. 따라서, 초경합금과 같은 세라믹스와 금속재료의 이종재료의 접합에는 적절치 못하다. 또한, 플럭스는 접합시 계면으로 흘러내리므로 정밀한 접합에는 적절치 못한 단점이 있다.Fourth, the phosphor-based insertion metal is mainly used when joining materials containing a large amount of copper, and sometimes a flux may be included to prevent oxidation of the adhesive surface and complete the bonding. Therefore, it is not suitable for joining dissimilar materials of ceramics and metal materials such as cemented carbide. In addition, the flux flows down to the interface during bonding, which is disadvantageous for precise bonding.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상기 초경합금과 합금공구강이 접합된 접합체의 접합계면에서의 응력감소와 취성발생을 억제하고, 접합강도를 크게 향상시킬 수 있는 코발트(Co)가 포함된 초경합금(WC)와 합금공구강(STD11) 접합용 클래드 삽입금속 및 이를 이용한 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11)의 접합방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress the reduction of stress and brittleness at the joint interface of the bonded body in which the cemented carbide and the alloy tool steel are joined, and to greatly improve the bonding strength. It is to provide a cemented metal for joining cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) containing cobalt (Co), and to provide a method for joining cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) using the same.
본 발명에 또 다른 목적은 인체에 유해한 원소가 첨가되지 않도록 하고, 플럭스를 사용하지 않고, 제조비용이 저렴한 특징을 가지는 코발트(Co)가 포함된 초경합금(WC)와 합금공구강(STD11) 접합용 클래드 삽입금속 및 이를 이용한 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11)의 접합방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the addition of harmful elements to the human body, without using a flux, cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) joining cladding containing a cobalt (Co) having a low manufacturing cost characteristics It is to provide a method of joining the insertion metal and cemented carbide (WC) and alloy steel ball (STD11) using the same.
도 1은 본 발명에 의해 텅스텐 카바이드 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11)의 접합시, 초경합금(WC) 중에 첨가된 코발트(Co)의 함량(4-13%)별로, 접합계면에 생성되는 수지상정(Dendrite)의 폭(두께)의 접합시간에 따른 변화를 나타낸 그래프.1 is a resin produced in the bonding interface for each of the content (4-13%) of cobalt (Co) added in the cemented carbide (WC), when the tungsten carbide cemented carbide (WC) and alloy steel ball (STD11) is bonded by the present invention A graph showing the variation of the width (thickness) of the dendrite over the junction time.
도 2은 본 발명에 의한 텅스텐 카바이드 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11) 접합체를 300℃의 오일에서 냉각한 후 전단시험을 행하였을 때, 초경합금 중에 포함된 코발트의 함량과 접합시간에 따른 전단강도를 나타낸 그래프.2 is a shear strength according to the content and bonding time of the cobalt contained in the cemented carbide when the shear test after cooling the tungsten carbide cemented carbide (WC) and alloy steel ball (STD11) bonded body according to the present invention in 300 ℃ oil Graph showing.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강 접합용 삽입금속은, 아연(Zn)과 실리콘(Si)을 5%이하로 포함하는 구리박판과, 보론(B)과 크롬(Cr)을 5-25%로 포함하는 니켈합금판이 적층된 후 압연에 의해 일체화되어 형성된 것임을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the tungsten carbide cemented carbide and cobalt-containing alloy insert for metal joining according to the present invention is a copper foil containing zinc (Zn) and silicon (Si) of 5% or less, and boron (B). ) And a nickel alloy plate containing 5-25% of chromium (Cr) are laminated and then integrally formed by rolling.
상기한 구성에 의하면, 접합중에 클래드 삽입금속이 용해, 응고되면서 상기 보론과 크롬원소는 각각 접합계면에서 보론화합물과 크롬화합물로 형성되고, 니켈,구리, 코발트는 상호 전율고용체로 합금화되어 접합체의 접합강도를 향상시키는 이점이 있다. 또한 본 발명에 의한 삽입금속은 인, 카드늄, 은을 포함하지 않고, 초경합금과 합금공구강 접합계면에서 발생하는 응력을 감소시켜 취성 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 인체에 무해하며 제조비용이 저렴한 이점이 있다.According to the above configuration, while the cladding metal is dissolved and solidified during the bonding, the boron and chromium elements are respectively formed of boron compounds and chromium compounds at the bonding interface, and nickel, copper, and cobalt are alloyed with each other by electrothermal solid solution to bond the bonded body. There is an advantage of improving the strength. In addition, the insertion metal according to the present invention does not contain phosphorus, cadmium, and silver, and it is possible to reduce the stress generated at the cemented carbide-alloy-alloy joint interface to suppress brittleness, as well as to be harmless to the human body, and to have low manufacturing costs. There is this.
본 발명에 의한 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 아연과 실리콘을 5%이하로 포함하는 구리박판과, 보론과 크롬을 5-25%로 포함하는 니켈합금판을 적층한 후 압연으로 일체화시킨 클래드 삽입금속을 상기 초경합금과 합금공구강의 접합계면에 삽입하고 1050-1175℃의 온도범위에서 10-60분 동안 접합한 후, 5℃/s이하의 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the method of joining a cemented carbide and an alloy steel ball containing cobalt according to the present invention includes a copper thin plate containing 5% or less of zinc and silicon, and 5-25% of boron and chromium. After laminating a nickel alloy plate including the cladding, the cladding metal integrated with rolling was inserted into the cemented interface between the cemented carbide and the alloy steel blank, and then bonded at a temperature range of 1050-1175 ° C for 10-60 minutes, and then 5 ° C / s or less. It is characterized by cooling at a rate of.
상기한 구성에 의하면, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 구리박판과 니켈합금판을 압연으로 일체화시킨 클래드 삽입금속을 이용한다. 압연에 의해 형성된 클래드 삽입금속은, 압연시 압축력으로 인하여 클래드 삽입금속 내부에 응력이 잔존하고 이 응력은 초경합금과 합금공구강의 접합시 반응 에너지로 전환되어 접합을 용이하게 하는 이점이 있다.According to the above-described configuration, the cemented carbide alloy containing the cobalt and the alloy tool steel according to the present invention uses a cladding metal obtained by integrating a copper foil and a nickel alloy plate by rolling. The clad insertion metal formed by rolling has the advantage that stress remains inside the clad insertion metal due to the compressive force during rolling, and this stress is converted into reaction energy when joining the cemented carbide and the alloy tool steel to facilitate joining.
본 발명에 의한 보다 구체적인 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 상기 클래드 삽입금속을 초경합금과 합금공구강의 접합계면에 삽입할 때 상기 구리박판측은 상기 합금공구강과 접하도록 하고, 상기 니켈박판측은 상기 초경합금과 접하도록 삽입하는 것을 특징으로 한다.According to a more specific embodiment of the present invention, the method of joining the cemented carbide and the alloy steel ball containing the cobalt according to the present invention, when the cladding metal is inserted into the cemented interface between the cemented carbide and the alloy steel ball, the copper foil side is the alloy In contact with the tool steel, the nickel plate is characterized in that the insert is in contact with the cemented carbide.
상기와 같은 접합계면의 구성에서 접합전의 구리박판/합금공구강 접합계면은접합이 시작되면서 구리가 합금공구강의 방향으로 확산되면서 수지상정/합금공구강의 접합계면은 요철형상으로 되기 때문에 접합계면의 접합면적이 증가하고 따라서 접합강도가 증가되는 이점이 있다. 또한 니켈합금판이 상기 초경합금과 접하게 되면, 니켈합금판의 크롬과 보론은 초경합금/수지상정의 접합계면에 크롬화합물과 보론화합물이 형성되어 접합특성을 향상시킬 수 있다.In the constitution of the above-described joint interface, the copper thin plate / alloy joint oral joint interface before joining starts to join and copper is diffused in the direction of the alloy joint oral cavity. There is an advantage that this increases and thus the bond strength increases. In addition, when the nickel alloy plate is in contact with the cemented carbide, the chromium and boron of the nickel alloy plate can be formed in the bonding interface of the cemented carbide / resin phase to improve the bonding properties.
본 발명에 의한 다른 구체적인 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 접합체를 100-400℃로 가열된 오일중에서 냉각시키는 것을 특징으로 한다.According to another specific embodiment of the present invention, the method of joining a cemented carbide and an alloy steel ball containing cobalt according to the present invention is characterized in that the joined body is cooled in oil heated to 100-400 ° C.
상기한 구성에 의하면, 접합후 냉각시 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 열팽창계수 차이로 인한 접합계면에 발생되는 접합강도값의 감소를 완화시킬 수 있는 이점이 있다.According to the above configuration, there is an advantage that the reduction of the bonding strength value generated in the bonding interface due to the difference in thermal expansion coefficient between the tungsten carbide cemented carbide and the alloy tool steel during cooling after joining can be alleviated.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
먼저 본 발명에 의한 코발트가 4-13% 첨가된 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강 접합용 삽입금속에 대해서 설명한다. 본 발명에 의한 초경합금과 합금공구강 접합용 클래드 삽입금속은, 아연과 실리콘의 합이 5%이하로 첨가된 구리박판과 보론과 크롬의 합이 5-25%로 첨가된 니켈합금판을 적층한 후 압연으로 일체화시킨 것으로 구성된다.First, a tungsten carbide cemented carbide and an alloy metal oral joining metal to which 4-13% of cobalt is added according to the present invention will be described. The cemented carbide insert for cemented carbide and alloy tooling cavity according to the present invention is, after laminating a copper alloy sheet containing 5% or less of zinc and silicon and a nickel alloy sheet containing 5-25% of boron and chromium. It is comprised by rolling integrated.
이 때 상기 구리박판의 두께가 50-200㎛이고, 상기 니켈합금판의 두께가 50-100㎛이고, 상기 구리박판과 니켈합금판을 냉간압연으로 일체화하여 두께가 50-200㎛가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 냉간압연은 특별한 제한이 없으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 방법에 의한다. 한편, 클래드 삽입금속의 니켈합금판은 접합전에는 비정질 혹은 정질의 상태로 존재하지만 접합후에는 고용체화합물과 화합물로서 접합계면에 존재한다.At this time, the thickness of the copper foil is 50-200㎛, the thickness of the nickel alloy plate is 50-100㎛, and the copper foil and the nickel alloy plate by cold rolling to have a thickness of 50-200㎛. desirable. The cold rolling is not particularly limited and is by a method known in the art. On the other hand, the nickel alloy plate of the cladding metal is present in an amorphous or crystalline state before joining, but is present at the joining interface as a solid solution compound and a compound after joining.
상기 클래드 삽입금속 중의 보론(B)과 크롬(Cr) 원소는 각각 접합계면에서 위스커(whisker) 또는 침상(needle type) 형상의 보론 화합물(Boride 등)과 크롬화합물[CrｘC(- ｘ) 등]로 생성되어 열충격을 완화하고 모재와의 결합력을 증가시켜 접합강도를 향상시키는 역할을 한다. 자세한 것은 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합방법 부분에서 상세히 설명한다.Boron (B) and chromium (Cr) elements in the cladding metal are each a whisker or needle-type boron compound (Boride, etc.) and a chromium compound [CrｘC ( -iii) to reduce thermal shock and increase bonding strength with the base metal, thereby improving bonding strength. The details will be described in detail in the method of joining tungsten carbide cemented carbide and alloy tool steel.
또한, 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co)는 상호 전율고용체로 합금화되므로 금속간화합물의 형성이 억제되어 접합계면의 취성을 최소화시킬 수 있고, 접합 가열시 초경합금과 합금공구강의 열팽창계수의 차이에 의해 접합계면에 발생하는 응력을 감소시키는 완충작용을 한다. 즉, 접합시에 삽입금속의 주성분인 구리(Cu)와 니켈(Ni)은 모재의 코발트(Co)와 전율고용 합금화되므로, 접합계면에 수지상정(dendrite)상이 나타나게 되고 계속적으로 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 방향으로 상호확산과 입계확산으로 원자가 이동되어 접합이 달성된다.In addition, since nickel (Ni), copper (Cu), and cobalt (Co) are alloyed with mutually electrifying solids, formation of intermetallic compounds can be suppressed to minimize brittleness of the bonding interface, and thermal expansion of cemented carbide and alloy tool steel during joint heating. The difference in the coefficients acts as a buffer to reduce the stress on the joint interface. That is, copper (Cu) and nickel (Ni), which are the main components of the intercalating metal, are alloyed with the cobalt (Co) of the base metal at the time of joining, so that a dendrite phase appears at the joining interface and the tungsten carbide cemented carbide is continuously. Bonding is achieved by moving atoms in interdiffusion and grain boundary diffusion in the direction of the tool steel.
그리고 아연(Zn)은 클래드 삽입금속의 융점을 낮추는 역할을 하고, 실리콘(Si)은 클래드 삽입금속의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다.And zinc (Zn) serves to lower the melting point of the cladding metal, silicon (Si) serves to improve the mechanical strength of the cladding metal.
한편, 본 발명에 의한 코발트가 4-13% 첨가된 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 구리에 아연과 실리콘이 2% 포함된 200㎛ 두께의 구리박판과 보론과 크롬이 20% 첨가된 100㎛ 두께의 니켈박판을 압연에 의해 일체화시켜형성된 두께 150㎛의 클래드 삽입금속을 이용한다.On the other hand, according to the present invention, the method of joining the tungsten carbide cemented carbide and the alloy tool steel with 4-13% cobalt added includes a copper foil having a thickness of 200 µm containing 2% of zinc and silicon, and 20% of boron and chromium. A clad insert metal having a thickness of 150 μm formed by integrating a 100 μm thick nickel plate by rolling is used.
본 발명에 의한 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합방법에서는, 구리박판과 니켈합금판을 압연에 의해 일체화시킨 클래드 삽입금속을 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 압연에 의해 압축된 구리박판과 니켈박판의 클래드 삽입금속에는 응력이 발생하여 잔존하게 된다. 이 응력은 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합시 반응에너지로 전환되어 반응을 촉진시키는 역할을 하기 때문에 낮은 접합온도 및 에너지로서도 접합이 가능하게 된다.In the method of joining a tungsten carbide cemented carbide and an alloy steel blank according to the present invention, a cladding metal obtained by integrating a copper thin plate and a nickel alloy plate by rolling is used. As described above, the clad insertion metal of the copper thin plate and the nickel thin plate compressed by rolling is generated by stress. This stress is converted into the reaction energy when the tungsten carbide cemented carbide and the alloy tool steel are joined to promote the reaction, and thus the bonding can be performed at a low bonding temperature and energy.
본 발명에 의한 텡스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 상기 구리박판의 양면이 아닌 일측면에만 니켈합금판을 접합하고, 상기 구리박판은 합금공구강과 접하도록 하고, 니켈합금판은 텅스텐 카바이드 초경합금과 접하도록 위치시키는 것을 특징으로 한다.In the method of joining the tungsten carbide cemented carbide and the alloy steel blank according to the present invention, the nickel alloy sheet is bonded only to one side of the copper foil rather than both sides, and the copper thin sheet is in contact with the alloy steel, and the nickel alloy sheet is tungsten carbide. Characterized in that it is placed in contact with the cemented carbide.
텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합시 접합계면은 텅스텐 카바이드 초경합금/수지상정/합금공구강으로 구성되어 있다. 따라서 접합계면은 텅스텐 카바이드 초경합금/수지상정 및 수지상정/합금공구강의 2종류로서 구별할 수 있다.The joint interface of tungsten carbide cemented carbide and alloy tool steel is composed of tungsten carbide cemented carbide / resin material / alloy tool steel. Therefore, the joining interface can be distinguished as two kinds of tungsten carbide cemented carbide / resin phase and resin phase / alloy tool steel.
상술한 바와 같이, 수지상정/합금공구강의 접합계면은 삽입금속의 구리가 합금공구강 방향으로 확산되면서 접합계면은 요철형상으로 되기 때문에 접합계면의 면적이 증가하므로 접합강도가 증가하게 된다. 즉, 합금공구강은 대부분 철(Fe)로 구성되어 있는데, 접합시 철에 구리가 입계확산으로 원자가 이동하게 되면 철 합금에 구리가 고용되면서 고용강화 효과로 인하여 수지상정/합금공구강의 접합계면은 강하게 된다. 동시에 철로 구성되는 합금공구강의 입계에 구리가 빠르게 입계확산되는 특성이 있으므로 빠른 시간내에 접합이 달성된다.As described above, in the joint interface of the dendrite / alloy tool hole, as the copper of the intercalating metal diffuses in the direction of the alloy tool hole, the joint interface becomes concave-convex, and thus the joint strength increases because the area of the joint interface increases. In other words, most of the alloy steel work is composed of iron (Fe). When the copper moves to the grain boundary diffusion during the joining of atoms, copper is employed in the iron alloy and the joint interface of the dendrite / alloy tool steel is strong due to the solid solution effect. do. At the same time, the grain boundary of the alloy steel ball made of iron has a characteristic of rapidly diffusing grain boundary, so that the joining is achieved in a short time.
그러나, 텅스텐 카바이드 초경합금/수지상정의 접합계면에는 상기와 같은 반응이 일어나지 않기 때문에 요철모양의 접합계면이 관찰되지 않는다. 따라서, 구리박판의 양면에 니켈박판을 접합시킬 경우에 텅스텐 카바이드 초경합금/수지상정의 접합계면에서 주로 파괴가 발생하게 된다. 이런 문제점을 보완하고자 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 클래드 삽입금속은 구리박판의 일측면에만 니켈박판을 접합시켜 형성하고, 클래드 삽입금속의 니켈 박판에 크롬과 보론을 첨가시키고 초경합금과 접하도록 위치시켰다.However, the above-described reaction does not occur in the tungsten carbide cemented carbide / resin-bonded junction interface, so that the uneven-shaped junction interface is not observed. Therefore, in the case where the nickel thin plate is bonded to both surfaces of the copper thin plate, fracture mainly occurs at the bonding interface of the tungsten carbide cemented carbide / resin phase. As described above, the clad insertion metal according to the present invention was formed by bonding a nickel thin plate only to one side of the copper thin plate, and added chromium and boron to the nickel thin plate of the clad insert metal and placed in contact with the cemented carbide. .
이렇게 하면 크롬은 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강 내의 탄소와 함께 크롬탄화물과 같은 크롬화합물이 형성되고 보론은 보라이드와 같은 보론 화합물이 발생되게 된다. 상기 크롬화합물과 보론화합물은 위스커(whisker) 또는 침상(needle)으로 나타나 접합계면에서 서로 엉키어 텅스텐 카바이드 초경합금/수지상정의 접합계면에서 접합특성을 향상시키게 된다.In this way, chromium compounds such as chromium carbide are formed together with chromium in tungsten carbide cemented carbide and alloy steel, and boron compounds such as boride are generated. The chromium compound and boron compound appear as whiskers or needles, which are entangled with each other at the bonding interface to improve the bonding properties at the bonding interface of tungsten carbide cemented carbide / resin crystal.
한편, 보론은 접합계면에서 삽입금속을 넓게 퍼지도록 하여 접합시 모재와의 친화성을 높이고 접합계면에 있는 틈의 충진을 향상시켜 접합 후 접합부에서 발생할 수 있는 공기방울의 발생을 억제시켜 금속의 젖음성을 향상시키는 역할을 한다.On the other hand, boron spreads the insertion metal widely at the joint interface, which improves affinity with the base material at the joint and improves the filling of gaps at the joint interface, thereby suppressing the generation of air bubbles that may occur at the joint after joining. Serves to improve
상기와 같이, 본 발명에 의한 클래드 삽입금속을 이용한 코발트가 4-13% 첨가된 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강 접합은, 1050℃의 온도에서 10(0.6ks) - 60(3.6ks)분 동안 이루어지고, 그 후 접합체는 300℃로 가열된 오일에 의한 유냉 등으로 5℃/s이하의 속도로 냉각된다. 상기 접합공정은 아르곤, 질소, 진공분위기에서 실시하여 접합계면에 발생할 수 있는 산화물과 같은 화합물의 형성을 최소화하여 플럭스의 사용을 피할 수 있게 한다. 상기 유냉 등의 접합체 냉각 방법은 상기 냉각속도로 냉각가능하면 특별한 제한이 없으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 방법에 의한다.As described above, the tungsten carbide cemented carbide and alloy oral cavity to which 4-13% cobalt is added using the cladding insert metal according to the present invention is made for 10 (0.6ks)-60 (3.6ks) minutes at a temperature of 1050 ° C. After that, the joined body is cooled at a rate of 5 ° C / s or less by oil cooling with oil heated to 300 ° C. The bonding process is carried out in argon, nitrogen, and vacuum to minimize the formation of compounds such as oxides that may occur at the bonding interface, thereby avoiding the use of flux. The method of cooling the conjugate such as oil cooling is not particularly limited as long as it can be cooled at the cooling rate, and is known in the art.
상기와 같이 접합후 300℃로 가열된 오일에 의한 유냉 등으로 5℃/s이하의 속도로 냉각하거나 접합계면의 수지상정폭이 일정한 폭으로 유지되어야 하는 것은, 접합후 접합계면에 발생하는 응력을 최소화시키기 위한 것이다. 이는 텅스텐 카바이드 초경합금과 합금공구강의 접합시 합금공구강과 수지상정의 접합계면 형상은 20(1.2ks)분 까지는 요철모양이 관찰되면서 접합계면의 접합면적은 증가하지만 그 이상의 접합시간에서는 접합계면의 형상이 직선 변화되고, 결국에는 접합계면의 면적이 감소하므로 접합강도가 감소하기 때문이다. 따라서, 우수한 접합강도를 얻기 위해서는 초경합금과 합금공구강의 접합계면에 발생하는 수지상정폭을 100㎛이하로 유지하는 것이 바람직하다.As described above, cooling at a rate of 5 ° C / s or less or maintaining the dendrite width of the bonding interface by oil cooling by oil heated to 300 ° C or the like after bonding is necessary to reduce the stress generated at the bonding interface after bonding. It is to minimize. This is because when the tungsten carbide cemented carbide and the alloyed steel are joined, the surface of the alloyed steel and the dendrite has an uneven shape up to 20 (1.2ks). This is because the bonding strength decreases because the area of the joint interface decreases. Therefore, in order to obtain excellent bonding strength, it is desirable to keep the dendritic crystal width generated at the joining interface between the cemented carbide and the alloy tool steel at 100 µm or less.
도 1은 본 발명에 의한 초경합금(WC) 중에 첨가된 코발트(Co)의 함량(4-13%)별 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11)의 접합시 접합계면에 생성되는 수지상정(Dendrite)의 폭(두께)의 접합시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다. 접합시간의 증가와 더불어 WC/STD11 접합계면의 수지상정폭은 증가하고 있다. 이에 도시된 바와 같이 접합시간이 20분까지는 접합계면의 요철이 주로 생성되지만 그 이상의 접합시간에서는 성장되어 접합계면은 직선형상으로 변화되면서 수지상정이 급격히 증가되고 있다.1 is a dendrite (Dendrite) generated in the bonding interface when bonding the cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) by the content (4-13%) of cobalt (Co) added in the cemented carbide (WC) according to the present invention Is a graph showing the variation of the width (thickness) with the joining time. As the bonding time increases, the dendritic width of the WC / STD11 bonding interface increases. As shown in the drawing, the convex and convexities of the bonding interface are mainly generated until the joining time is 20 minutes, but the growth of the bonding interface is increased in the form of a straight line.
도 2는 본 발명에 의한 초경합금(WC)과 합금공구강(STD11) 접합체를 300℃의 오일(열처리용 오일)에서 냉각한 후 초경합금 중에 포함된 코발트의 함량과 접합시간에 따른 전단강도를 나타낸 그래프이다. 상기 도면에 나타난 바와 같이, 초경합금내에 포함된 코발트의 함유량에 관계없이 3종류 접합체의 접합강도값은 접합시간이 증가하면 할수록 접합강도는 감소한다. 접합체를 300℃에서 유냉했을 때, 접합시간이 1.2ks(20분)으로 동일할 때, 초경합금 내에 포함된 코발트의 함유량이 4%, 8%, 13%인 경우 전단강도값은 각각 약 148MPa, 207MPa, 248MPa의 값을 나타낸다. 상기와 같이, 13%의 코발트가 첨가된 초경합금과 합금공구강의 전단강도가 가장 높은 것은, 도 1에서 알 수 있듯이 접합계면에 일정한 수지상정폭이 유지될 때 열팽창계수로 인하여 발생하는 응력이 최소화되며 동시에 접합계면에 발생하는 요철로 인한 일정한 접합면적이 증가되고 초경합금내의 코발트가 열충격 완화제로 작용하기 때문이다.Figure 2 is a graph showing the shear strength according to the content and bonding time of the cobalt contained in the cemented carbide after cooling the cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) conjugate according to the invention in 300 ° C oil (heat treatment oil). . As shown in the figure, regardless of the content of cobalt contained in the cemented carbide, the bonding strength values of the three kinds of bonded bodies decrease as the bonding time increases. When the bonded body is oil-cooled at 300 ° C and the bonding time is the same as 1.2ks (20 minutes), the shear strength values are about 148 MPa and 207 MPa when the cobalt content in the cemented carbide is 4%, 8% and 13%, respectively. , 248 MPa. As described above, the highest shear strength of the cemented carbide and the alloy tool steel to which 13% cobalt is added is minimized, as can be seen in FIG. 1, when the constant dendritic width is maintained at the joint interface. At the same time, the constant bonding area due to irregularities in the bonding interface is increased and cobalt in the cemented carbide acts as a thermal shock mitigator.
또한, 수지상정의 폭을 100㎛이하로 유지하고 300℃의 유냉하면 최소한 100MPa 이상의 접합강도를 얻을 수 있다. 즉, 접합계면에 발생한 일정한 두께의 수지상정폭은 접합계면에 집중되는 응력을 감소시키는 역할을 하므로 접합강도의 감소를 최소화시킬 수 있다.In addition, if the width of the dendrite is kept below 100 μm and oil-cooled at 300 ° C., bonding strength of at least 100 MPa can be obtained. That is, the dendrite width of a certain thickness generated in the bonding interface serves to reduce the stress concentrated in the bonding interface, thereby minimizing the decrease in the bonding strength.
일반적으로 이종재료를 접합했을 때, 100MPa 이상의 접합강도를 얻게 되면 우수하다고 인정되므로, 본 발명의 접합특성은 우수하다고 할 수 있다.Generally, when joining dissimilar materials, it is recognized that if a joint strength of 100 MPa or more is obtained, the bonding characteristics of the present invention are excellent.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 코발트(Co)가 포함된 초경합금(WC)와 합금공구강(STD11) 접합용 클래드 삽입금속은, 아연과 실리콘의 합이 5%이하로 첨가된 구리박판과 보론과 크롬이 5-25%로 첨가된 니켈박판을 압연으로 일체화하여 구성된다. 상기 보론과 크롬원소는 각각 접합계면에서 보론화합물과 크롬화합물로 형성되고, 니켈, 구리는 초경합금에 포함된 코발트 및 합금공구강의 철과 상호 전율고용체로 합금화되어 접합체의 접합강도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.As described above, the cemented carbide insert for joining cemented carbide (WC) and alloy tool steel (STD11) containing cobalt (Co) according to the present invention is a copper sheet and boron, in which the sum of zinc and silicon is added 5% or less; A nickel thin plate added with 5-25% of chromium is integrated by rolling. The boron and chromium elements are each formed of boron compound and chromium compound at the bonding interface, and nickel and copper are alloyed with the cobalt and the alloy of iron ore in the cemented carbide to enhance the bonding strength of the bonded body. can do.
본 발명에 의한 다른 효과는, 카드뮴 및 은을 포함하지 않기 때문에, 인체에 무해하고 제조비용이 저렴한 클래드 삽입금속을 제공할 수 있다는 것이다.Another effect of the present invention is that it does not contain cadmium and silver, so that it is possible to provide a clad insert metal which is harmless to the human body and low in manufacturing cost.
본 발명에 의한 클래드 삽입금속을 이용한 코발트가 포함된 초경합금과 합금공구강의 접합방법은, 일정한 접합시간, 적정한 코발트 함유량, 냉각속도 조절하므로, 접합체의 접합강도를 향상시킬 수 있는 효과도 도모할 수 있다.According to the present invention, the method of joining a cemented carbide and an alloy steel ball containing cobalt using a cladding metal according to the present invention adjusts a constant joining time, an appropriate cobalt content, and a cooling rate, so that the joining strength of the joining body can be improved. .
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| KR1019990060257A KR100347085B1 (en) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | Clad insert metal and bonding process for the joint WC containing cobalt and STD11 tool steel |
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| KR1019990060257A KR100347085B1 (en) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | Clad insert metal and bonding process for the joint WC containing cobalt and STD11 tool steel |
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|---|---|---|---|---|
| KR20160064397A (en) | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 박수흥 | Manufacturing process of hard metal assembly and hard metal assembly thereby |
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| JPS58128281A (en) * | 1982-01-27 | 1983-07-30 | Hitachi Ltd | Diffusion bonding method of sintered hard alloy and steel |
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| KR20010019385A (en) * | 1999-08-26 | 2001-03-15 | 한중석 | Copper based filler metal &joining process for brazing WC/SM45C |
-
1999
- 1999-12-22 KR KR1019990060257A patent/KR100347085B1/en active IP Right Grant
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