KR101165699B1

KR101165699B1 - 초경합금 소결체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101165699B1
Application number: KR1020100062871A
Authority: KR
Inventors: 안승수; 이성구; 강재훈; 김정욱; 안선용
Original assignee: 한국야금 주식회사
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-07-18
Also published as: KR20120002137A

Abstract

본 발명은 초경 합금내 탄소함량이 달라지더라도 항자력과 WC 입도의 변화가 적고, 경도 변화가 적은 초경합금 소결체와 그 제조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초경합금은 대량생산 시스템에서 필수 불가결하게 발생하는 소결체 합금내 탄소함량 변화에 물성이 크게 변화하지 않기 때문에 초경합금 제조 로트간 품질편차를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 초경합금을 절삭 인서트로 활용한다면 대량생산에서도 제조 로트간 품질편차가 없는 절삭공구 제공이 가능하다.

Description

초경합금 소결체 및 이의 제조방법 {SINTERED BODY OF HARDMETAL CEMENTED CARBIDE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 초경합금 소결체와 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 WC-Co계 초경합금으로서 불건전 복탄화물과 흑연이 발생하지 않는 합금탄소 범위에서 제어가 용이하지 않은 합금탄소 양의 변화에 대한 경도의 변화가 매우 적어 대량 생산시 제조된 로트(lot) 간 품질 편차를 크게 줄일 수 있는 초경합금 소결체와 이의 제조방법에 관한 것이다.

1929년 독일의 K,Schroter에 의해 탄화텅스텐(WC)과 코발트(Co)를 주성분으로 하는 초경합금이 개발된 이래 금속절삭용 소재로 WC-Co계 초경합금의 수요가 급증하고 있는데, 이는 WC-Co계 초경합금이 기존의 하이스강이나 고속도강에 비해 경도가 높아 고속 절삭이 가능하면서도, 공업용 다이아몬드나 세라믹스, 써메트(cermet) 대비 높은 인성으로 잘 파손되지 않는 특징을 갖추고 있기 때문이다.

한편, WC-Co계 초경합금이 상용화된 이후 경도와 인성을 더 향상시키고자 하는 여러 가지 연구가 진행되어 왔고, 그 결과 TaC를 적당량 적용하면 초경합금의 경도 특히 고온물성이 향상되어 더 고속절삭이 가능하다는 것과, WC 입도를 크게 하면 인성이 향상되어 기계적 단속이 심한 조건에서도 사용할 수 있다는 것을 알게 되었다.

그러나 엄밀히 평가하면 아직까지는 경도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 기술이 개발되지 않았고, 절삭공구 제조사들은 경도와 인성 간의 트레이드-오프(trade-off) 현상을 고려하여 적당한 범위의 제품을 시리즈로 구성한 제품 라인업을 통해 소비자의 여러 가지 절삭조건에 대응한 제품을 선정/적용토록 구성하고 있다.

한편, WC-Co계 초경합금은 동일 조성의 합금이라도 소결된 합금내 탄소 함량에 따라 그 물성이 크게 변화한다.

초경합금내 탄소함량이 너무 적으면 W과 Co를 포함한 3종(W_xCo_yC_z) 또는 3종 이상의 불건전 복탄화물(W_xCo_yM_wC_z)이 형성되는데, 상기 불건전 복탄화물은 높은 취성을 가져 전체 합금의 인성을 크게 저하시킨다. 반면 초경합금내 탄소함량이 너무 많으면 잉여 탄소들이 흑연형태로 합금조직에 남아 합금의 경도뿐 아니라 인성을 크게 저하시키는 요인으로 작용한다.

또한, 상기 불건전 복탄화물이나 흑연이 존재하지 않는 범위 내에서도 합금탄소의 양에 따라 초경합금의 물성이 변하는데, 통상 합금탄소가 많을수록 액상 소결중 WC의 입성장을 촉진하여 최종 소결체의 WC 입도가 커져 인성은 증가하고 경도가 저하하는 경향을 나타내는데, 이러한 경향은 대량 생산되는 초경합금의 품질편차를 크게 하는 주요인이 된다.

이에 따라 초경합금 제조사는 상술한 불건전 복탄화물과 흑연조직이 형성되지 않는 합금탄소 범위 내에서도 가급적 좁은 범위 내로 합금탄소가 유지될 수 있도록 공정을 제어하고 있다.

그런데, 소결된 초경합금의 합금탄소는 제조 공정 중의 여러 가지 요인에 의해 가감된다. 예를 들면 배합 공정 시 분말의 산화, 계절에 따른 대기중의 산소 농도(산소농도가 높을수록 분말표면에 산화되는 양이 많아짐) 등이 분말이나 형압체 표면에 형성되는 산화막의 두께를 결정하며, 산화막의 산소가 소결 중 초경합금 내 탄소와 결합하여 대기중으로 제거됨으로써 결과적으로 소결체의 탄소를 줄이는 역할을 한다. 반대로 형압체에 강도를 부여하기 위한 유기바인더(파라핀 등)에 포함된 탄소는 소결체의 탄소를 증가시키는 요인으로 작용하기도 한다.

이러한 요인들로 인해 대량생산 시스템에서 합금탄소 범위를 품질편차가 거의 발생하지 않는 소정범위(예를 들면 0.05%) 내로 유지되도록 관리하는 것은 현실적으로 불가능하다. 즉, 이제까지 대량생산 시스템으로 제조되는 초경합금은 일정한 품질편차를 가질 수밖에 없는 것이 현실이었다.

본 발명이 해결하려는 과제는 합금탄소의 변화에 대한 WC입도, 항자력 내지는 경도의 변화량이 적어, 현실적으로 좁은 범위로 제어가 용이하지 않은 합금탄소를 엄격하게 제어하지 않아도 품질편차가 크게 발생하지 않는 초경합금 소결체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 과제는 제조 로트 간 품질편차를 현저하게 줄일 수 있는 초경합금 소결체의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 본 발명자들은 소결체 제조의 출발 원료 및 조성의 제어와 제조공정의 제어를 통해, 인성과 고온물성이 우수하면서도 대량 생산시 제조 로트 간 품질편차를 크게 줄일 수 있는 초경합금을 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하는 수단으로 본 발명은, 86 ~ 92중량%의 WC와, 8 ~ 12중량%의 Co와, Cr₃C₂ _,NbC, TaC 및 VC로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 입성장 억제제를 포함하는 초경합금 소결체로서, Cr₃C₂: 0.5 ~ 1.2중량%를 포함한 전체 입성장 억제제의 함량이 0.5 ~ 2중량%이며, SMS가 75 ~ 90%인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체를 제공한다.

본 발명에 있어서, 'SMS(비포화자화, Specific Magnetic Saturation)'는 하기 [식 1]로 구해지는 값이다.

[식 1]

비포화자화(SMS) = 소결체의 포화자화값×100 / TMS

(TMS = 2010×Co의 질량비)

일반적인 WC-Co 초경합금 소결체는 도 1에 나타난 바와 같이, SMS가 85 ~ 95%인 범위에서 안정적인 성능을 발휘한다. 다시 말해, 통상 SMS가 85% 이상일 때 불건전한 복화합물(η상)이 생성되지 않고, 95% 이하에서 유리탄소가 생성되지 않는다.

이에 비해, 본 발명에 따른 WC-Co 초경합금 소결체는 상기와 같은 조성의 선택과 제어된 소결공정을 통해 도 1에 나타난 바와 같이 SMS 75 ~ 90%, 보다 바람직하게는 75 ~ 85%에서 안정적인 성능을 발휘한다. 이와 같이 본 발명에 따른 초경합금 소결체가 기존의 WC-Co 초경합금 소결체에 비해 SMS가 낮은 것은 Co 내에 고용된 탄화물의 양이 종래의 초경합금에 비해 높은 것을 의미하며, 고용된 탄화물은 고온물성을 향상시켜 고속가공시 내마모성을 향상시키는 역할을 하기 때문에, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는 고속가공에서의 내마모성이 우수해진다. 또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체와 같이 SMS를 종래의 초경합금 소결체에 비해 낮게 유지할 경우, 초경합금 소결체 내의 합금탄소의 변화에 대한 절삭성능의 변화도 줄어들어, 품질편차가 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

상기 WC는 평균입도가 0.5 ~ 2㎛인 분말을 86 ~ 92중량% 범위로 함유시키는 것이 바람직하다. WC의 평균입도가 0.5㎛보다 작으면 비표면적이 너무 커서 액상 소결 중 입성장 구동력이 너무 커져 비정상 입성장을 초래하여 소결체 내 합금탄소 함량 변화에 의한 WC 입도 제어가 어렵고, 2㎛를 초과하면 최종 소결체의 경도가 낮아져 절삭공구로 적용하기 위한 최소경도를 확보하기 어렵기 때문이다.

상기 Co의 함량은 8 ~ 12중량%가 바람직한데, 8중량% 미만이면 액상 소결시 액상량 부족으로 소결체의 충분한 밀도를 얻기가 어려우며, 12중량%를 초과하면 경도가 낮아져 절삭공구로 활용이 어렵기 때문이다.

상기 입성장 억제제로 활용되는 타탄화물인 Cr₃C₂ _,NbC, TaC 및 VC의 총 함량은 0.5 ~ 2중량%가 바람직한데, 0.5중량% 미만이면 충분한 입성장 억제 효과를 발휘하지 못하며, 2중량%를 초과하면 통상 WC보다 높은 타탄화물의 진성경도로 인해 소결체의 취성이 높아지고, 절삭 가공 중 입자탈락을 초래하여 절삭공구 수명저하를 발생시키기 때문이다.

또한, 입성장 억제제로 Cr₃C₂는 0.5 ~ 1.2중량%로 필수적으로 포함되는 것이 바람직한데, 0.5중량% 미만이면 입성장 억제 효과가 불충분하고, 1.2중량%를 초과하면 인성이 저하되기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는, 소결체 조직내 WC 입자의 평균입도가 0.7 ~ 3㎛임과 동시에 최대 WC 입자크기가 3.5㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는, 86 ~ 92중량%의 WC와, 8 ~ 12중량%의 Co와, Cr₃C₂ _,NbC, TaC 및 VC로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 입성장 억제제를 포함하는 초경합금 소결체로서, Cr₃C₂: 0.5 ~ 1.2중량%를 포함한 전체 입성장 억제제의 함량이 0.5 ~ 2중량%이며, W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 포화자화를 x1, 항자력을 y1이라 하고, 유리 탄소(free carbon)가 흑연으로 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 포화자화를 x2, 항자력을 y2라고 할 때, (y2-y1)/(x2-x1)이 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체를 제공한다.

WC-Co 초경합금의 주재료인 Co는 강자성체로서 MKS 단위로 201×10^-6 Tm³/kg의 포화자화 특성을 나타낸다. WC-Co계 초경합금에서 Co는 액상소결을 가능하게 하는 바인더(binder) 상으로 활용됨과 동시에 소결 완료 후 소결체가 자성을 나타내게 하는 성분이다.

또한, 소결된 초경합금 소결체의 항자력은 소결체내 WC입도를 나타내는 바로미터로 활용할 수 있는데, 이는 통상 WC 입도가 클수록 항자력이 낮게 나타나고, 동일 조성에서 WC 입도는 합금탄소가 높을수록 커지는 경향을 나타낸다. 또한 초경합금내 WC입도는 합금의 경도와 직접적인 연관성을 갖는다. 즉, WC 입도가 클수록 경도가 낮아져 절삭공구로 적용시 내마모성을 저하시킨다. 반대로 WC 입도가 작을수록 경도는 상승하여 절삭공구로 적용시 내마모성이 향상되는 반면 인성(toughness)은 저하되는 경향을 나타낸다.

이러한 초경 합금내 합금탄화와 자성, 경도, 절삭성능의 상관관계를 정리하면, 동일 조성의 대량 생산품들의 각각의 항자력 값이 다르다는 것은 합금 탄소의 변화가 많아 합금내 WC 입도변화가 있는 것을 의미하고, WC 입도변화는 합금경도의 변화를 초래하고, 합금경도가 다른 절삭공구는 절삭 품질에 차이를 발생시킨다.

한편, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는 포화자화에 대한 항자력의 변화(즉, 기울기)가 0.7 이하로 매우 작은데, 이는 합금탄소의 변화에 따른 항자력의 변화가 작은 것과, 초경합금 소결체의 품질편차가 현저하게 줄어듦을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는, W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 경도(H_RA)와 유리 탄소가 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 경도(H_RA)의 차이가 1 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는, 초경합금 초결체의 Co의 (111)면 격자상수가 변하는 범위에서, W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 항자력과, 유리 탄소가 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 항자력의 차이가 30(Oe) 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 평균입도가 0.5 ~ 2㎛인 WC 86 ~ 92중량%와, 바인더인 Co 8 ~ 12중량%와, 입성장 억제제로 4a, 5a 및 6a족 원소의 탄화물 0.5 ~ 2중량%를 포함하는 출발원료를 사용하여, 1350 ~ 1480℃의 온도에서 30 ~ 200분 이내의 시간동안 불활성 가스 분위기 하에서 소결을 하는 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체의 제조방법을 제공한다.

품질편차가 적은 초경합금 소결체의 제조에는 우선 출발 분말 및 조성의 선택이 중요한데, 각 성분의 함량과 역할은 상술한 바와 같다.

또한, 출발조성의 선택 못지않게 소결 조건의 제어도 중요한데, 본 발명자들은 상술한 출발물질의 조성을 적용하여 1350 ~ 1480℃의 온도에서 불활성 가스를 적용하여 30분 ~ 200분 동안 소결할 때, 합금탄소 함량에 관계없이 거의 일정한 WC 입도를 유지하는 것을 확인하였다

본 발명자들은 평균 입도가 0.5 ~ 2㎛인 WC와 입성장 억제제가 0.5 ~ 2중량% 첨가된 조성을 1350 ~ 1480℃의 온도에서 고온 소결을 하면, 30분 ~ 200분 동안 비정상적 입성장 없이 충분한 치밀화가 가능해져, 합금탄소 함량의 영향을 거의 받지 않는 균일한 소결체 내 WC 입도가 형성될 수 있다. 이때, 소결온도가 1350℃보다 낮으면 치밀화를 위해서 액상유동이 활발히 일어나 소결체내 WC 입성장이 합금탄소 함량의 영향을 크게 받으며, 소결 시간이 30분 미만이면 충분한 치밀화가 일어나지 않고, 소결이 200분을 넘어가면 비정상 입성장이 초래되는 결과를 얻게 되며, 소결온도가 1480℃ 보다 높아도 입성장 구동력이 커져 비정상 입성장을 초래된다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체의 제조방법에 있어서, W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 포화자화를 x1, 항자력을 y1이라 하고, 유리 탄소(free carbon)가 흑연으로 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 포화자화를 x2, 항자력을 y2라고 할 때, (y2-y1)/(x2-x1)이 0.7 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초경합금 소결체 및 이의 제조방법은, 합금탄소의 함량에 따른 입도 및 경도 변화가 적어 대량생산 적용에서 제품 제조 로트(lot) 간 성능편차를 크게 감소시킬 수 있어, 본 발명에 따른 초경합금을 절삭공구 인써트(insert)에 적용한다면, 품질편차를 획기적으로 줄인 균일한 품질의 제품을 소비자에게 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초경합금 소결체는 품질편차가 적기 때문에 제품의 불량률을 줄여 제조 및 품질관리 비용을 크게 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 종래의 초경합금 소결체의 안정물성이 나타나는 영역에서의 SMS 값을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체의 항자력 변화에 따른 경도변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체의 포화자화량과 항자력과의 관계를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예에 따른 초경합금 소결체의 포화자화량과 항자력과의 관계를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명자들은 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체의 물성과 그 편차를 평가하고 이를 비교하기 위하여, 하기 표 1과 같은 출발물질의 조성과 제조방법이 상이한 WC-Co 초경합금 소결체를 제조하였다. 구체적으로 No.1 조성으로는 3회에 걸쳐 시료를 제조하였고, No.2, 3 및 4 조성으로는 각각 2회에 걸쳐 시료를 제조하였다.

구분	출발원료						소결조건		비고
	WC		TaC	NbC	Cr₃C₂	Co	온도 (℃)	시간 (분)
	중량%	평균입도 (㎛)	중량%	중량%	중량%	중량%	온도 (℃)	시간 (분)
1	88.5	1.0	-	0.5	1.0	10	1450	60	실시예
	88.5	1.0	-	0.5	1.0	10	1450	60
	88.5	1.0	-	0.5	1.0	10	1450	60
2	89	1.0	-	-	0.5	10.5	1350	180	실시예
2	89	1.0	-	-	0.5	10.5	1350	180	실시예
3	89.1	1.0	1.5	0.4	-	10	1350	60	비교예
3	89.1	1.0	1.5	0.4	-	10	1350	60	비교예
4	90	2.0	-	-	-	10.2	1400	120	비교예
4	90	2.0	-	-	-	10.2	1400	120	비교예

상기 표 1과 같이 준비된 출발 원료의 배합은 배합외팔보가 용기(jar) 내에 있어 강제 분쇄효과가 있는 어트리션밀(attrition mill)을 사용하여 동일하게 8시간 동안 배합하였다. 배합시 출발 원료와 용기 전체 부피의 30 vol% 해당하는 초경 볼을 혼합/분쇄 매체로 사용하였고 30 vol% 해당하는 에탄올을 혼합을 도와주는 솔벤트로 적용하였다.

배합한 슬러리를 스프레이드라이어를 통하여 조립화한 후 CNMG120408 형태(마름모꼴 형상)로 프레스하여 형압체를 만든 후, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 소결을 실시하였다.

이러한 과정을 통해 제조한 소결체의 상,하면을 연삭하고 호닝을 실시한 후 PVD 방식으로 첫 번째 층으로 0.5㎛ 이하 두께의 TiAlN, 두 번째 층으로 2㎛ 이하 두께의 AlTiN을 코팅하는 방식으로 최종 제작된 샘플들을 이용하여 자성과 물성특성을 측정한 후, 절삭시험을 실시하였다.

자성은 MKS 단위로 측정되는 측정기를 이용하여 샘플의 항자력과 포화자화를 측정하였고, 샘플을 절단한 뒤 경면 연마한 후 30kg을 적용하여 경도(H_RA)를 측정하였다. 또한, 절삭시험은 피삭재로 STS316을 사용하여, 절삭속도를 200 m/min, 이송(송급) 속도를 0.25 mm/rev, 절삭깊이를 1.5 mm로 하여, 과대마모에 의한 파손이 발생할 때까지의 절삭시간을 대비하는 방법으로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같았다.

구분	자성			경도 (H_RA)	내마모성 (분)	비고
구분	항자력 (Oe)	포화자화 (gauss)	SMS (%)	경도 (H_RA)	내마모성 (분)	비고
1	243	171	85	91.1	55	실시예
	244	168	84	91.1	55
	254	148	74	91.3	60
2	236	176	88	91.0	55	실시예
2	242	166	83	91.1	55	실시예
3	254	192	96	91.2	35	비교예
3	277	175	87	91.5	50	비교예
4	158	194	97	89.7	30	비교예
4	187	176	88	90.4	35	비교예

상기 표 1 및 2로부터 본 발명의 실시예인 No.1과 조성이 유사한 비교예인 No.3을 대비해 보면, 종래의 초경합금 소결체인 No.3의 경우 포화자화의 변화에 대한 항자력의 변화가 상당히 크나, 본 발명의 실시예인 No.1의 경우 그 변화가 매우 작다. 또한, 본 발명의 실시예인 No.2와 조성이 유사한 No.4를 대비하여도 동일한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 초경합금 소결체는 포화자화의 변화에 대한 항자력의 변화가 매우 적음을 알 수 있다.

또한, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 초경합금 소결체의 포화자화의 변화에 따른 경도변화를 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우, 포화자화의 변화에 따른 경도 변화는 Δ(HRA/Hc)=0.02로 나타났다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체는 포화자화 변화에 따른 경도의 변화가 거의 없음을 알 수 있는데, 이는 포화자화의 변화(즉, 합금탄소량의 변화)에 따른 초경합금 소결체의 품질(경도 및 절삭성능)의 차이가 크게 줄어들었음을 의미한다.

또한, 표 1의 No.1(실시 예) 및 No.4(비교 예) 에 따라 제조한 초경합금 소결체의 SMS를 나타낸 도 1에서 확인되는 바와 같이, 일반적인 초경합금(비교예)이 SMS 85% 이상에서 우수한 특성을 나타냄에 비해 본 발명의 실시예의 경우 SMS가 75 ~ 85%의 매우 낮은 범위에서 우수한 절삭특성을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 상기 표 2의 실제 절삭시험에서도, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체는 비교예에 비해 내마모성 자체가 상당히 향상될 뿐 아니라, 포화자화가 상이한 시료 간의 경도 및 절삭성능의 차이도 매우 작음을 알 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따르면 탄소의 함량에 차이가 발생할 수 있는 로트가 상이한 제품 간에도 절삭성능의 차이가 크지 않게 됨을 알 수 있다.

이와 같은 경향성을 추가로 검증하기 위하여, 상기 표1의 No.1 및 No.4 조성에서 탄소함량을 달리하여 하기 표 3과 같이 여러 가지 초경합금 소결체를 제조한 후, 항자력과 포화자화의 변화를 측정한 결과를 도 3(실시예) 및 도 4(비교예)에 나타내었다. 이때 소결체의 제조방법은 각각 상기 표 1의 No.1 및 No.4의 조건을 따랐다.

구분	No.1		No.4
구분	C (중량%)	Co (중량%)	C (중량%)	Co (중량%)
1	5.47	9.97	5.48	10
2	5.53	9.91	5.49	9.91
3	5.55	9.91	5.5	9.91
4	5.58	9.97	5.52	9.89
5	5.61	9.77	5.56	9.91
6	5.62	9.91	5.56	9.97

도 3(실시예) 및 도 4(비교예)에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예인 No.1 조성을 기본으로 하여 탄소함량을 달리한 경우에는 포화자화량의 변화에 대한 항자력의 변화가 No.4에 비해 현저하게 감소하는 경향을 나타냄을 명확하게 알 수 있다.

Claims

86 ~ 91.5중량%의 WC와, 8 ~ 12중량%의 Co와, Cr₃C_2,NbC, TaC 및 VC로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 입성장 억제제를 포함하는 초경합금 소결체로서,
Cr₃C₂: 0.5 ~ 1.2중량%를 포함한 전체 입성장 억제제의 함량이 0.5 ~ 2중량%이며,
W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 포화자화를 x1, 항자력을 y1이라 하고, 유리 탄소(free carbon)가 흑연으로 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 포화자화를 x2, 항자력을 y2라고 할 때, (y2-y1)/(x2-x1)이 0.7 이하이고,
하기 식 1로 구해지는 SMS가 75 ~ 90%인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체.
[식 1]
SMS = 소결체의 포화자화값×100 / TMS
(TMS = 2010×Co의 질량비)
제 1 항에 있어서,
상기 SMS는 75 ~ 85%인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
소결체 조직내 WC 입자의 평균입도가 0.7 ~ 3㎛이고, 동시에 최대 WC 입자크기가 3.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 경도(H_RA)와 유리 탄소가 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 경도(H_RA)의 차이가 1 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
초경합금 초결체의 Co의 (111)면 격자상수가 변하는 범위에서,
W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 항자력과, 유리 탄소가 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 항자력의 차이가 30(Oe) 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체.
평균입도가 0.5 ~ 2㎛인 WC 86 ~ 91.5중량%와, 바인더인 Co 8 ~ 12중량%와, 0.5 ~ 1.2중량%의 Cr₃C₂를 포함하여 NbC, TaC 및 VC로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 입성장 억제제를 0.5 ~ 2중량%를 포함하는 출발원료를 사용하여, 1350 ~ 1480℃의 온도에서 30 ~ 200분간 불활성 가스 분위기 중에서 소결을 하고,
W 및 Co를 포함한 복탄화물이 형성되지 않는 최소 합금탄소 소결체의 포화자화를 x1, 항자력을 y1이라 하고, 유리 탄소(free carbon)가 흑연으로 소결체의 조직내에 형성되지 않는 최대 합금탄소 소결체의 포화자화를 x2, 항자력을 y2라고 할 때, (y2-y1)/(x2-x1)이 0.7 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 초경합금 소결체의 제조방법.
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