KR101425952B1 - Low Binder Sintered Carbides and its Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 0.2∼1.5 중량%의 크롬(Cr), 0.2∼1.5 중량%의 탄화몰리브덴(Mo2C), 0.2∼0.8 중량%의 코발트(Co), 및 잔부가 탄화텅스텐(WC)로 구성되며, 그리고 상기 탄화텅스텐(WC)의 평균 입도가 0.2 ㎛내지 0.5㎛ 인 것을 특징으로 하는 로바인더 초경합금을 제공함으로써, 탄화텅스텐(WC)의 입성장을 효과적으로 억제하여 미세한 탄화텅스텐(WC)를 형성할 수 있도록 하여서, 경도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조대한 탄화텅스텐(WC)의 발생을 최소시킴으로써 그의 존재에 따른 강도의 저하를 억제할 수 있는 효과를 제공하게 됨으로써, 초경합금의 제조에 있어서 입성장의 억제를 위해 금속탄화물을 이용하지 않고서도, 고경도, 고인성 및 고강도의 성능 요소를 밸런스 좋게 구비하는 초경합금을 제공한다.According to the present invention, there is provided a process for producing a ferritic stainless steel comprising the steps of: 0.2 to 1.5 wt% of chromium (Cr), 0.2 to 1.5 wt% of molybdenum carbide (Mo 2 C), 0.2 to 0.8 wt% of cobalt (Co), and the balance of tungsten carbide And the average grain size of the tungsten carbide (WC) is in the range of 0.2 μm to 0.5 μm. By effectively controlling the grain growth of the tungsten carbide (WC), the fine tungsten carbide (WC) It is possible to improve the hardness and minimize the generation of coarse tungsten carbide (WC), thereby providing an effect of suppressing a decrease in strength due to its presence, Thus, without using a metal carbide for suppressing grain growth, Provided is a cemented carbide having balanced performance factors of high hardness, high toughness and high strength.
Description
본 발명은 고경도이고 인성도 우수하여 워터젯 노즐이나 렌즈 금형용으로 사용하기에 적합한 초경합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cemented carbide excellent in hardness and toughness and suitable for use in a water jet nozzle or a lens mold, and a method for producing the same.
워터젯 노즐이나 렌즈 금형에서는 우수한 내마모성이 요구되는데, 이들 재료는 주로 탄화텅스텐(WC)과 코발트(Co)로 이루어진 초경합금이 이용되고 있다. 한편, 내마모성을 향상시키기 위해서는 경도를 높이는 것이 효과적이다. 이와 같이 경도를 높이는 방법으로는, 탄화텅스텐(WC)의 입도를 줄이는 방안 또는 탄화텅스텐(WC) 보다는 그 경도가 낮은 코발트(Co)의 함유량을 낮추는 방안이 고려될 수 있다.Water jet nozzles and lens molds are required to have excellent abrasion resistance. Cemented carbides composed mainly of tungsten carbide (WC) and cobalt (Co) are used as these materials. On the other hand, in order to improve wear resistance, it is effective to increase the hardness. As a method for increasing the hardness, a method of reducing the particle size of tungsten carbide (WC) or a method of lowering the content of cobalt (Co) having a lower hardness than tungsten carbide (WC) may be considered.
최근 들어서는 이러한 워터젯 노즐이나 금형 등의 구성 재료로서, 고경도이며 인성과 강도가 우수하고, 그 결과로서 우수한 내마모성과 내결손성(내치핑성)을 밸런스 좋게 구비하는 초경합금에 대한 요구가 증가되는 실정에 놓여있다.In recent years, as a constituent material of such a water jet nozzle or a mold, there is a growing demand for a cemented carbide having a high hardness and excellent toughness and strength, and as a result, excellent abrasion resistance and resistance to breakage (chipping resistance) Lt; / RTI >
그러나, 종래로부터 사용되고 있는 일반적인 초경합금은 고경도, 고인성 및 고강도의 요구 성능을 충분히 또한 밸런스 좋게 구비하고 있다고는 할 수 없는 상황이다.However, a conventional cemented carbide conventionally used does not have a satisfactory balance of high hardness, high toughness and high strength.
예컨대, 세라믹이나 합금 분말을 만들 때 사용되는 스프레이 드라이어 노즐의 경우에, 액상의 슬러리가 노즐을 통하여 고압으로 분사하게 되면 슬러리는 작은 방울로 분무되고 이때 뜨거운 공기나 질소를 불어 주어서 액체 성분을 증발시켜 슬러리를 고상화하여 분말이 얻어지게 되는데 이때 세라믹이나 금속 슬러리가 고압으로 통과하게 되어 노즐에는 마모가 많이 일어나 내구 수명이 좋지 않은 문제점이 있다. 첨부 도면 도 1에 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 분석 사진이 제시된 도시된 미국 데라반(Delavan)사의 노즐 제품을 절단하고 연마하여 기계적 강도 및 미세 조직을 분석하여 보면 그 경도는 93(HRA)이며, 그 수명은 80 시간 정도로 나타난다.For example, in the case of a spray dryer nozzle used to make ceramics or alloy powder, when the liquid slurry is sprayed at high pressure through the nozzle, the slurry is sprayed with small droplets, and then hot air or nitrogen is blown to evaporate the liquid component The slurry is solidified to obtain a powder. At this time, the ceramic or metal slurry passes through at a high pressure, causing a lot of wear on the nozzle, resulting in poor durability life. 1 is a cross-sectional view of a nozzle product of Delavan, USA, in which a scanning electron microscope (SEM) analysis photograph is presented. The mechanical strength and microstructure of the nozzle product are cut and polished. The hardness is 93 (HRA ), And its lifetime is about 80 hours.
초경합금 중의 탄화텅스텐(WC)의 입도를 줄이도록 탄화텅스텐(WC)의 미세화를 위해 입성장에 대한 억제 효과가 있는 금속탄화물을 원료로서 첨가하면, 얻어지는 초경합금 중에 이러한 금속탄화물이 잔존하거나 재석출됨으로써, 최종 강도의 저하가 초래된다. 또한, 이와 같이 첨가되는 금속탄화물을 충분히 혼합하기 위해서 원료의 혼합 시간을 길게 하면 탄화텅스텐(WC) 분말이 과잉으로 분쇄되고, 후속되는 소결 과정 중에 오스트발트 성장에 의해 탄화텅스텐(WC) 입자가 성장하기 쉬워져서 조대한(coarse) 탄화텅스텐이 존재하는 초경합금이 될 우려가 있다. 이와 같이 국소적으로 조대한 탄화텅스텐(WC)이 존재하는 경우에 이로 인하여 초경합금의 강도의 저하가 초래된다.When a metal carbide having an inhibitory effect on grain growth is added as a raw material for finer tungsten carbide (WC) so as to reduce the grain size of the tungsten carbide (WC) in the cemented carbide, the metal carbide remains or re-precipitates in the resulting cemented carbide, Resulting in a reduction in final strength. In addition, if the mixing time of the starting material is increased to sufficiently mix the metal carbide added as described above, the tungsten carbide (WC) powder is excessively pulverized, and the tungsten carbide (WC) particles grow It is likely to become cemented carbide with coarse tungsten carbide. The presence of coarse tungsten carbide (WC) as such locally results in a reduction in the strength of the cemented carbide.
한편, 저경도인 코발트(Co)를 매우 적게 첨가하고 있기 때문에 강도나 인성이 낮은 문제점을 나타낼 수 있다. 또한, 코발트(Co)가 너무 적은 경우에는 텅스텐 카바이드(W2C)가 석출되기 쉽고, 또한 소결이 잘 되지 않기 때문에 치밀화를 위해 1700℃ 이상과 같은 매우 고온의 소결 온도 조건에서 소결해야 하는데, 이러한 고온 소결 공정에서는 석출된 텅스텐 카바이드(W2C)가가 성장하기 쉽다. On the other hand, since cobalt (Co), which is a low hardness, is added very little, there is a problem that strength and toughness are low. If cobalt (Co) is too small, tungsten carbide (W 2 C) tends to precipitate and sintering is difficult. Therefore, sintering should be performed at a sintering temperature of very high temperature such as 1700 ° C. or higher for densification. In the high-temperature sintering process, precipitated tungsten carbide (W 2 C) tends to grow.
따라서, 전술한 바와 같이 금속탄화물을 첨가하여도 입성장의 억제 효과에는 일정 수준의 한계가 있다.Therefore, even if the metal carbide is added as described above, the effect of inhibiting the ingrowth is limited to a certain level.
그리고, 초경합금 안에 조대한 텅스텐 카바이드(W2C)가 존재하게 되면 강도나 인성의 저하와 그리고 표면 품위의 저하를 초래한다. 따라서, 이와 같은 소결 경질재에서는, 고경도, 고인성 및 고강도의 성능 요소가 모두 충족되기 어렵다는 문제점을 가지고 있다.The presence of coarse tungsten carbide (W 2 C) in the cemented carbide causes a decrease in strength and toughness, and a decrease in surface quality. Therefore, such a sintered hard material has a problem that it is difficult to satisfy all the performance factors of hardness, toughness and high strength.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제, 즉 본 발명의 목적은 초경합금의 제조에 있어서 입성장의 억제를 위해 금속탄화물을 이용하지 않고서도, 고경도, 고인성 및 고강도의 성능 요소를 밸런스 좋게 구비하는 초경합금을 제공하는 것에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the problems of the present invention, and it is an object of the present invention to provide a cemented carbide- And a cemented carbide having balanced performance factors of high hardness, high toughness and high strength.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 0.2∼1.5 중량%의 크롬(Cr), 0.2∼1.5 중량%의 탄화몰리브덴(Mo2C), 0.2∼0.8 중량%의 코발트(Co), 및 잔부가 텅스텐(W)과 탄소(C)의 이원화합물로 구성되는 초경합금을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for producing a chromium (Cr) alloy containing 0.2 to 1.5 wt% of chromium (Cr), 0.2 to 1.5 wt% of molybdenum carbide (Mo 2 C), 0.2 to 0.8 wt% of cobalt The present invention provides a cemented carbide composed of a binary compound of tungsten (W) and carbon (C).
여기에서, 상기 코발트(Co)는 상기 초경합금에 대하여 0.2 중량% 내지 0.8 중량%를 포함하고, 상기 크롬(Cr)은 상기 초경합금에 대하여 0.2 중량% 내지 1.5 중량%를 포함한다. 그리고, 상기 탄화몰리브덴(Mo2C)은 상기 초경합금에 대하여 0.2 중량% 내지 1.5 중량%를 함유한다. 한편, 상기 텅스텐(W)과 탄소(C)의 이원화합물은 주로 탄화텅스텐(WC)이고, 상기 초경합금 중에서 상기 탄화텅스텐(WC)의 평균 입도는 0.2 ㎛ 내지 0.5㎛가 되는 것이 바람직하다. 아울러, 입도가 1.0㎛인 상기 탄화텅스텐(WC)의 면적비율이 3%이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.Here, the cobalt (Co) includes 0.2 wt% to 0.8 wt% with respect to the cemented carbide, and the chromium (Cr) includes 0.2 wt% to 1.5 wt% with respect to the cemented carbide. The molybdenum carbide (Mo 2 C) is contained in an amount of 0.2 wt% to 1.5 wt% with respect to the cemented carbide. Meanwhile, the binary compound of tungsten (W) and carbon (C) is mainly tungsten carbide (WC), and the average particle size of the tungsten carbide (WC) in the cemented carbide is preferably 0.2 μm to 0.5 μm. In addition, it is preferable that the area ratio of the tungsten carbide (WC) having a particle size of 1.0 mu m is 3% or less.
상술한 종래 기술의 문제점은 탄화텅스텐(WC)-코발트(Co) 합금을 소결하기 위해서는 바인더 금속인 코발트(Co)의 융점(1495℃) 이상의 소결온도가 필요하기에 초래되는 것으로서, 이러한 본 발명에 따른 과제 해결 수단은 바인더의 융점이 낮아지면 낮은 온도에서 소결할 수 있어 입자 성장 등을 효과적으로 낮출 수 있다는 점에서 착안된 것으로서, 융점이 1495℃인 코발트(Co)에 크롬(Cr)을 첨가하면 코발트(Co)-크롬(Cr)계의 융점을 1397℃(공정온도)로 100℃ 가까이 낮출 수 있게 되며, 이와 같이 바인더의 융점이 낮아지면 낮은 온도에서 소결할 수 있게 되어서 입자 성장을 효과적으로 낮출 수 있게 된다.The problem with the prior art described above is that a sintering temperature higher than the melting point (1495 ° C) of cobalt (Co) which is a binder metal is required for sintering a tungsten carbide (WC) -cobalt (Co) alloy. (Cr) is added to cobalt (Co) having a melting point of 1495 DEG C, the cobalt (Co) can be sintered at a low temperature when the melting point of the binder is lowered, It is possible to lower the melting point of the (Co) -chromium (Cr) system by about 100 ° C at 1397 ° C (process temperature). If the melting point of the binder is lowered, the sintering can be performed at a lower temperature, do.
특히, 본 발명에 따른 초경합금은 크롬(Cr)을 함유함으로써, 탄화텅스텐(WC)의 입성장을 효과적으로 억제하여 미세한 탄화텅스텐(WC)를 형성할 수 있도록 하여서, 경도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조대한 탄화텅스텐(WC)의 발생을 최소시킴으로써 그의 존재에 따른 강도의 저하를 억제할 수 있는 효과를 제공한다.Particularly, since the cemented carbide according to the present invention contains chromium (Cr), it is possible to effectively suppress the grain growth of tungsten carbide (WC) to form fine tungsten carbide (WC) And minimizes the generation of coarse tungsten carbide (WC), thereby suppressing a decrease in strength due to its presence.
또한, 본 발명에 따른 초경합금에서는, 코발트(Co)-크롬(Cr)의 공정조성의 성분을 함유하고 있기 때문에 소결이 용이한 정점을 제공한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 초경합금의 제조에서는, 앞서 선행기술문헌으로 제시한 일본 특허공개공보 평성09-025535호 및 일본 특허공개공보 평성05-230588호와 비교하여 소결 온도를 낮게 할 수 있기 때문에, 국소적인 탄화텅스텐(WC) 등의 입성장을 억제하여, 초경합금 안에 조대한 탄화텅스텐(WC) 등이 존재하기 어려워진다. 또한, 본 발명에 따른 초경합금은, 상기 특정한 범위에서 코발트(Co)-크롬(Cr) 공정조성으로써, 코발트(Co)가 너무 적은 초경합금과 같은 인성 및 강도의 극단적인 저하를 저감할 수 있어 강도 및 인성도 높다. 또한, 전술한 바와 같이 미세하고 균일한 탄화텅스텐(WC)의 주위를 덮도록 공정상 존재함으로써, 결합상의 두께도 균일하기 때문에, 본 발명에 따른 초경합금은 편마모나 결손이 생기기 어렵고, 내마모성이나 내결손성이 우수하다.In addition, since the cemented carbide according to the present invention contains components of the process composition of cobalt (Co) - chromium (Cr), it provides a peak at which sintering is easy. For this reason, in the production of the cemented carbide according to the present invention, since the sintering temperature can be lowered as compared with the above-described Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 09-025535 and 05-230588, It is possible to suppress the ingrowth of localized tungsten carbide (WC) and the like, thereby making it difficult for tungsten carbide (WC) and the like to coexist in the cemented carbide. In addition, the cemented carbide according to the present invention can reduce extreme reduction in toughness and strength, such as cemented carbide with too little cobalt (Co), as a cobalt (Co) The personality is also high. Further, since the thickness of the bonding phase is uniform due to the presence of a process so as to cover the periphery of the fine and uniform tungsten carbide (WC) as described above, the cemented carbide according to the present invention hardly causes uneven wear and defects, It is excellent.
따라서, 본 발명에 따른 초경합금은, 예컨대 내마모성이 우수한 것이 요망되는 부재, 예컨대 고압 수류 가공용 노즐의 구성 재료에 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초경합금은 탄화텅스텐(WC)이 미세하고 균일하며, 결합상의 두께도 균일하다. 즉, 본 발명에 따른 초경합금은 조직이 균일하고, 코발트(Co) 성분이 비교적 적기 때문에, 내마모성에 추가로, 경면 마무리와 같은 양호한 마무리 표면 품위가 요망되는 부재, 예컨대 유리 렌즈의 금형의 구성 재료에도 적합하게 이용할 수 있다. Therefore, the cemented carbide according to the present invention can be suitably used as a constituent material of a member desired to have excellent abrasion resistance, for example, a nozzle for high-pressure water flow machining. Further, the cemented carbide according to the present invention is fine and uniform in tungsten carbide (WC), and the thickness of the bonding phase is uniform. That is, since the cemented carbide according to the present invention is uniform in structure and has a relatively small amount of cobalt (Co) component, in addition to the abrasion resistance, the cemented carbide according to the present invention is also excellent in a member requiring a good finished surface quality such as mirror- And can be suitably used.
그리고, 본 발명에 따른 초경합금은 고인성이며 고강도이기 때문에, 상기 노즐이나 금형 등을 제조할 때에 연삭, 와이어 가공, 또는 방전 가공 등이 실시되어도 이들 가공에 수반되는 가공 균열이나 치핑을 저감할 수 있는 효과를 제공할 수 있으며, 이 때문에 노즐 등의 부재를 높은 생산성으로 제조할 수 있도록 한다. Further, since the cemented carbide according to the present invention has high toughness and high strength, even if grinding, wire working, or electric discharge machining is performed at the time of manufacturing the nozzle or the mold, it is possible to reduce work cracking and chipping Therefore, it is possible to manufacture a member such as a nozzle with high productivity.
또한, 본 발명에 따른 초경합금은 전술한 바와 같이 고강도이며 고인성이기 때문에, 상기 각종 부재의 사용시에 균열이나 치핑이 발생하기 어렵고, 우수한 내결손성을 제공한다.Further, since the cemented carbide according to the present invention has a high strength and a high toughness as described above, cracks and chipping do not easily occur during use of the various members, and excellent fracture resistance is provided.
본 발명에 따른 초경합금은 고경도, 고인성 및 고강도의 주요 성능 특성을 제공한다. 구체적으로는, HRA 경도가 94 이상 96 이하, 파괴 인성이 4.5 MPa·m1/2 이상, 항절력이 1.2 GPa 이상인 것이 바람직하다. HRA 경도가 94 이상이면 우수한 내마모성을 가진 것으로 평가된다.The cemented carbide according to the present invention provides major performance characteristics of high hardness, high toughness and high strength. Concretely, it is preferable that the hardness of HRA is not less than 94 and not more than 96, the fracture toughness is not less than 4.5 MPa · m 1/2 , and the abutment force is not less than 1.2 GPa. When the hardness of HRA is 94 or more, it is evaluated to have excellent abrasion resistance.
또한, HRA 경도의 범위를 96이하로 제한함으로써, 과도한 고경도화에 의한 인성 저하를 저감할 수 있다. 또한, 파괴 인성을 4.5 MPa·m1/2 이상 및 항절력이 1.2 GPa 이상으로 유지하도록 함으로써, 각종 부재의 제조에 있어서 가공시의 균열이나 치핑을 효과적으로 억제할 수 있고, 고경도일뿐만 아니라, 고인성 및 고강도인 초경합금으로서 요구되는 우수한 성능을 구비하는 부재를 제공할 수 있다.Further, by limiting the HRA hardness range to 96 or less, it is possible to reduce toughness deterioration due to excessive hardening. Further, by maintaining the fracture toughness at 4.5 MPa · m 1/2 or more and the uncut force at 1.2 GPa or more, it is possible to effectively suppress cracking and chipping during processing in the production of various members, It is possible to provide a member having excellent performance required as a cemented carbide having high toughness and high strength.
도 1은 종래 기술에 따라서 제조된 미국 데라반(Delavan)사의 노즐 제품의 SEM 분석 사진.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 제품을 제조하는 방법을 수행하는 공정도.
도 3은 도 2의 소결 단계의 소결 온도와 소결 시간에 대한 하나의 실시예를 도시한 다이어그램.
도 4는 미국 데라반(Delavan)사 노즐의 테스트 전의 형상(a)과 테스트 후의 형상(b)에 대한 사진 영상.
도 5는 본 발명에 따른 스프레이 노즐의 테스트 전의 형상(a)과 테스트 후의 형상(b)에 대한 사진 영상.FIG. 1 is a SEM analysis photograph of a nozzle product manufactured by Delavan Co., USA manufactured according to the prior art.
FIG. 2 is a process diagram for performing a method of manufacturing a cemented carbide article according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 3 is a diagram showing one embodiment of sintering temperature and sintering time in the sintering step of Fig. 2; Fig.
4 is a photographic image of the shape (a) before test and the shape after test (b) of the Delavan nozzle of the United States.
5 is a photographic image of the shape (a) before test and the shape after test (b) of the spray nozzle according to the present invention.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초경합금의 바람직한 실시예 및 그 제조방법에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the cemented carbide according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
일반적으로, 초경합금은 원료의 준비 공정, 원료의 혼합·분쇄 공정, 건조-성형-소결과 같은 일련의 공정을 거쳐서 제조된다. 본 발명에 따른 초경합금은, 상기 소결 후에 열간 정수압 소결(HIP) 공정을 추가적으로 수행하고, 특정한 원료의 이용 및 특정한 조건에서의 혼합·분쇄를 행하여 제조된다.Generally, a cemented carbide is manufactured through a series of processes such as a preparation process of a raw material, a mixing and crushing process of a raw material, and a drying-molding-sintering process. The cemented carbide according to the present invention is produced by further performing a hot isostatic pressing (HIP) process after the sintering and using a specific raw material and performing mixing and grinding under specific conditions.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초경합금은, 코발트(Co) 및 크롬(Cr)을 함유하고, 탄화몰리브덴(Mo2C)을 함유하며, 그리고 잔부로서 텅스텐(W)과 탄소(C)의 이원화합물, 및 기타 불순물을 포함하여 이루어진다.A cemented carbide according to a preferred embodiment of the present invention includes cobalt (Co) and chromium (Cr), contains molybdenum carbide (Mo 2 C), and the balance of tungsten (W) and carbon (C) Compounds, and other impurities.
여기에서, 경질상을 형성하는 주 원료가 되는 탄화텅스텐(WC) 분말은 초경합금 중의 탄화텅스텐(WC)이 미세한 상태가 되기 쉽도록 가능한 미세한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 평균 입도가 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 인 탄화텅스텐(WC) 분말이 바람직하다.Here, tungsten carbide (WC) powder as a main raw material for forming a hard phase is preferably as fine as possible so that tungsten carbide (WC) in the cemented carbide tends to be in a fine state. Specifically, tungsten carbide (WC) powder having an average particle size of 0.2 to 0.5 탆 is preferable.
그리고, 원료가 되는 코발트(Co) 분말은 미세한 탄화텅스텐(WC)과 균일하게 혼합되기 쉽도록, 탄화텅스텐(WC) 분말과 같은 정도의 미세한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 평균 입도가 0.2 ㎛ 내지 0.6 ㎛ 인 코발트(Co) 분말이 바람직하다. 여기에서, 평균 입도가 0.2 ㎛ 미만이면 코발트(Co) 입자가 너무 작아서 재응집하기 쉬워져 코발트(Co)가 균일하게 분산되지 않아서, 소결이 잘 되지 않게 되거나, 아니면 잘 소결되지 않게 되는 현상을 방지하기 위하여 소결 온도의 고온화를 채택하는 경우에는 탄화텅스텐(WC)의 입성장이 촉진되어서 균일한 입도 분포가 얻어지기 어려워진다. 그리고, 평균 입도가 0.6 ㎛를 초과이면 미세한 탄화텅스텐(WC) 분말과 균일하게 혼합되기 어려워지고, 전술한 바와 같이 코발트(Co)가 불균일하게 존재함에 따라 잘 소결되지 않게 되거나 입도 분포의 불균일이 초래된다.The cobalt (Co) powder to be used as the starting material is preferably as fine as the tungsten carbide (WC) powder so as to be uniformly mixed with the fine tungsten carbide (WC). Specifically, a cobalt (Co) powder having an average particle size of 0.2 탆 to 0.6 탆 is preferable. Here, if the average particle size is less than 0.2 탆, the cobalt (Co) particles are too small to easily re-aggregate to prevent the cobalt (Co) from being dispersed uniformly, When the sintering temperature is increased to a higher temperature, the grain growth of tungsten carbide (WC) is promoted, and it becomes difficult to obtain a uniform particle size distribution. If the average particle size exceeds 0.6 탆, it is difficult to uniformly mix with fine tungsten carbide (WC) powder. As described above, since cobalt (Co) is non-uniformly present, sintering may not be performed well or the particle size distribution may be uneven do.
또한, 원료 분말에는 크롬(Cr) 분말이 0.2 중량% 내지 1.5 중량%가 함유되고, 그리고 탄화몰리브덴(Mo2C) 분말이 0.2 중량% 내지 1.5 중량%가 함유되도록 한다.The raw material powder contains 0.2 wt% to 1.5 wt% of chromium (Cr) powder and 0.2 wt% to 1.5 wt% of molybdenum carbide (Mo 2 C) powder.
또한, 앞서 설명한 크롬(Cr), 탄화몰리브덴(Mo2C), 및 코발트(Co) 분말에 추가하여서, 적절하게 탄소(카본: C) 분말을 첨가하는 것 등에 의해 초경합금 중에서의 탄소(C)의 총량을 조정하는 것이 바람직하다. 초경합금 중에서 탄소의 총량이 너무 많으면, 프리카본으로서 초경합금 중에 존재하거나, 크롬탄화물 등이 석출됨으로써 초경합금 제품의 강도 저하가 초래된다.In addition to the above-mentioned chrome (Cr), molybdenum carbide (Mo 2 C), and cobalt (Co) powders, the carbon (C) powder It is desirable to adjust the total amount. When the total amount of carbon in the cemented carbide is too large, the cemented carbide is present in the cemented carbide as free carbon, or chromium carbide or the like is precipitated, resulting in a decrease in strength of the cemented carbide product.
한편, 크롬(Cr) 첨가량에 따른 영향을 조사하기 위해 WC-0.5중량%Co 조성에 각각 0.4 중량%, 0.8 중량%, 1.2 중량%, 1.6 중량%의 크롬(Cr)를 첨가한 조성의 분말을 72시간 동안 볼밀(ball mill)을 이용하여 제조하고 최종 제품의 제조를 완료한 이후에, SEM 미세조직 분석을 수행한 결과에 따르면 크롬(Cr)을 0.4 중량% 이상 첨가하였을 경우 결정립 성장이 가장 적게 발생되는 것으로 나타났으며, 크롬(Cr)의 첨가량이 증가할수록 미세조직의 균질성이 저하되어 기계적 강도 및 상대밀도 등의 특성이 저하되는 것으로 나타났다.On the other hand, to investigate the influence of the addition of chromium (Cr), powders having compositions of 0.4 wt%, 0.8 wt%, 1.2 wt% and 1.6 wt% of chromium (Cr) added to the WC-0.5 wt% According to the SEM microstructural analysis after the ball mill was manufactured for 72 hours and the final product was completed, when the Cr content was 0.4 wt% or more, the crystal grain growth was the lowest As the amount of chromium (Cr) added increases, the homogeneity of the microstructure decreases, and the mechanical strength and relative density are decreased.
또한, 탄화몰리브덴(Mo2C)의 첨가량에 따른 영향을 조사하기 위해 WC-0.5%Co 조성에 각각 0.2 중량%, 0.5 중량%, 1.0 중량%의 탄화몰리브덴(Mo2C)을 첨가한 조성의 분말을 볼밀(ball mill)을 이용하여 72시간 동안 밀링하여 분말을 혼합하여 제조를 완료한 이후에 비교 분석한 결과에 따르면, 탄화몰리브덴(Mo2C)의 첨가량 증가시 경도가 소폭 향상되는 것으로 분석되었으며, 미량의 탄화몰리브덴(Mo2C)을 첨가하여 파괴특성의 저하가 없이 내마모성에 직접적인 영향을 미치는 경도값을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, the composition by the addition of molybdenum carbide (Mo 2 C) WC-0.5 % , respectively 0.2% by weight of the Co composition, 0.5 wt% molybdenum carbide (Mo 2 C) of 1.0% by weight to examine the effect of the addition amount of The powder was milled for 72 hours using a ball mill, and after the powder was mixed, the comparative analysis showed that the hardness was slightly improved when the amount of molybdenum carbide (Mo 2 C) was increased And it was confirmed that the addition of a small amount of molybdenum carbide (Mo 2 C) improves the hardness value which directly affects the abrasion resistance without lowering the fracture characteristics.
이하에서는, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초경합금의 구체적인 하나의 실시예에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific embodiment of the cemented carbide according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(1). 원료 분말 준비(One). Preparation of raw material powder
먼저, 0.5 중량%의 코발트(Co), 0.4 중량%의 크롬(Cr), 0.2 중량%의 탄화몰리브덴(Mo2C), 및 잔부가 탄화텅스텐(WC)으로 구성된 원료 분말을 준비한다.First, a raw material powder composed of 0.5 wt% of cobalt (Co), 0.4 wt% of chromium (Cr), 0.2 wt% of molybdenum carbide (Mo 2 C), and the balance of tungsten carbide (WC) is prepared.
한편, 본 발명에 바람직한 다른 실시예에 따르면 코발트(Co)의 함유량을 최적화하면서 미세한 코발트(Co) 분말을 이용하면서, 전술할 제조 조건 및 후술되는 제조 방법에 따라서 초경합금을 제조함으로써 초경합금 중의 탄화텅스텐(WC)을 미세하고 균일한 입도로 분포시킬 수 있도록 할 수 있어서, 조대한 입자의 존재에 따른 강도의 저하를 억제할 수 있도록 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, a cemented carbide is produced according to the above-described manufacturing conditions and a manufacturing method described below while using fine cobalt (Co) powder while optimizing the content of cobalt (Co) WC) can be finely and uniformly distributed so that the decrease in strength due to the presence of coarse particles can be suppressed.
(2). 제조 방법(2). Manufacturing method
이와 같이 구성된 원료 분말을 준비한 다음에, After the raw material powder thus prepared was prepared,
아트리션 밀링(Attrition milling) 등을 이용하여 초경볼들을 강제로 혼합하면서 마모를 진행시켜서 원료 분말의 혼합(Mixing)과 분쇄를 동시에 진행하여 원재료 분말을 제조하는 단계(S100)를 진행한다. 여기에서, 아트라이터, 볼밀에서 혼합·분쇄를 행하는 혼합·분쇄의 시간은 10시간 내지 20 시간 정도가 바람직하다.The mixing of the raw material powders and the crushing are simultaneously carried out while the cemented carbons are forcibly mixed while forcibly mixing using the attrition milling or the like so that the raw material powder is produced (S100). Here, the mixing and grinding time for mixing and grinding in the attritor and the ball mill is preferably about 10 to 20 hours.
보다 구체적으로 본 실시예에서는, 초경볼과 원료 분말의 중량비를 10:1 으로 하여서 장입하였으며, 매질은 에틸알콜을 사용하여 산화방지 및 밀링 효율을 높인 습식교반법을 사용하여 분말을 제조하였으며, 밀링시간은 13시간, 밀링속도는 60RPM으로 하여 원재료 분말을 제조하였다.More specifically, in this embodiment, the weight ratio of the cemented carbide balls to the raw material powder was set at 10: 1, and the powder was prepared using a wet agitation method in which ethyl alcohol was used to prevent oxidation and increase the milling efficiency, The time was 13 hours, and the milling speed was 60 RPM to prepare a raw material powder.
그리고, 밀링이 끝난 초경볼과 슬러리를 분리하고 분리된 슬러리를 스프레이 드라이어(Spray Dryer)를 이용하여 프레스용 분말(RTP <Ready-to-Press> Powder)을 제조하는 단계(S200)가 진행되고, 제조된 프레스용 분말은 유압프레스를 이용하여 약 50 MPa의 압력으로 성형하여 성형체를 제조하는 단계(S300)가 진행되고, 그리고 이와 같이 제조된 성형체를 도 3에 도시된 바와 같이 1400℃ ~ 1600℃에서 진공로에서 소결하여 소결 제품을 제조하는 단계(S400)가 진행된다.Then, the milled ball is separated from the slurry, and the separated slurry is subjected to a step S200 of manufacturing a powder for press (RTP <Ready-to-Press> Powder) using a spray dryer, The pressed powder is pressurized at a pressure of about 50 MPa using a hydraulic press to produce a compact (S300). The compact thus obtained is heated to a temperature of 1400 to 1600 DEG C A step of sintering in a vacuum furnace to manufacture a sintered product (S400) is performed.
또한, 본 발명에 따른 초경합금의 제조에서는 성형품의 소결을 진행하는 상기 단계(S400) 이후에 소결 제품에 대해 열간 정수압 소결(HIP; Hot Isostatic Pressing)을 수행하는 단계(S500)를 추가적으로 수행한다. 여기서, 일반적으로 코발트(Co)가 비교적 적은 초경합금에서는 탄화텅스텐(WC)의 주위에 코발트(Co)가 충분히 둘러서지 못하기 때문에 소결이 보다 쉽게 진행될 수 있도록 고온으로 소결하는 것이 필요해진다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 초경합금의 제조에서는 전술한 바와 같이 비교적 저온에서도 충분히 소결되기 쉽고, 균일한 조직의 초경합금이 얻어진다.In addition, in the production of the cemented carbide according to the present invention, the step (S500) of performing hot isostatic pressing (HIP) on the sintered product after the step (S400) of advancing the sintering of the molded product is further performed. Generally, in a cemented carbide having a relatively small amount of cobalt (Co), since cobalt (Co) can not sufficiently surround the tungsten carbide (WC), sintering at a high temperature is required so that sintering can proceed more easily. On the other hand, in the production of the cemented carbide according to the present invention, the cemented carbide is easily sintered even at a relatively low temperature as described above, and a cemented carbide of uniform structure is obtained.
이상에서 설명된 본 발명에 따른 초경합금 제조 방법에 따라 제조된 하나의 실시예에 대하여 그 시험 평가를 수행한 결과는 다음과 같다.
The results of the test evaluation of one embodiment manufactured according to the method of manufacturing a cemented carbide according to the present invention described above are as follows.
- 스프레이 드라이어 노즐(Spray Dryer Nozzle) 장착 시험 평가- Spray Dryer Nozzle mounting test evaluation
본 발명의 주요 적용 분야가 되는 스프레이 노즐(Spray Nozzle) 장착 시험 평가는 스프레이 드라이어 노즐(Spray Dryer Nozzle)에 적용하는 시세품 노즐(SDX 노즐)을 제조하여 시험 테스트를 진행하였으며, 스프레이 조건은 초경 슬러리를 10 기압의 압력으로 분사하여 시간 당 50Kg의 분사량으로 하여 진행하였다.The test of spray nozzle mounting test, which is a main application field of the present invention, was conducted on a test item nozzle (SDX nozzle) to be applied to a spray dryer nozzle, Was sprayed at a pressure of 10 atmospheres, and the injection quantity was 50 kg per hour.
도 4 및 도 5에는 비교 노즐인 미국 데라반(DELAVAN)사의 노즐과 본 발명에 따라 시험 제작된 스프레이 노즐의 테스트 전의 형상(a)과 테스트 후의 형상(b)이 각각 사진 영상으로 나타나 있는데, 본 시험 평가에서 스프레이 노즐의 수명은 테스트 전 직경 사이즈는 1.0Φ에서 직경 사이즈가 1.1Φ로 증가될 때까지를 기준으로 하여 테스트를 진행하였으며, 그 평가 결과는 다음의 표 1과 같이 종래 기술에 따른 데라반(DELAVAN)사 제품 대비 2.5배의 사용시간이 확보되어서 그 내구 수명이 상당 수준 향상되었음이 확인되었다.
Figs. 4 and 5 show the shape (a) before the test and the shape after the test (b) of the nozzle of the DELAVAN Company, which is a comparative nozzle, and the spray nozzle tested according to the present invention, respectively, In the test evaluation, the life span of the spray nozzle was tested on the basis of the size before the test until the size of the diameter increased from 1.0Φ to 1.1Φ, and the evaluation results were as shown in the following Table 1, It was confirmed that the service life of 2.5 times as much as that of the product of DELAVAN was secured, and the service life of the product was significantly improved.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
S100: 원재료 분말을 제조하는 단계
S200: 프레스용 분말을 제조하는 단계
S300: 성형체를 제조하는 단계
S400: 성형체를 소결하여 제품을 소결 제조하는 단계
S500: 소결 제품에 대해 열간 정수압 소결을 수행하는 단계S100: Step of producing raw material powder
S200: Step of producing powder for press
S300: Step of manufacturing a molded article
S400: a step of sintering the formed body to produce a sintered product
S500: Performing hot-water hydrostatic sintering for the sintered product
Claims (4)
밀링이 끝난 초경볼과 슬러리를 분리하고 분리된 슬러리를 스프레이 드라이어(Spray Dryer)를 이용하여 프레스용 분말을 제조하는 단계(S200);
제조된 프레스용 분말은 유압프레스를 이용하여 성형하여 성형체를 제조하는 단계(S300); 그리고
제조된 성형체를 1400℃ ~ 1600℃에서 진공로에서 소결하여 소결 제품을 제조하는 단계(S400)와; 그리고
소결 제품에 대해 열간 정수압 소결(HIP; Hot Isostatic Pressing)을 수행하하는 단계(S500)를 포함하여 이루어지는 초경합금의 제조방법.A raw material powder composed of 0.2 to 1.5 wt% of chromium (Cr), 0.2 to 1.5 wt% of molybdenum carbide (Mo 2 C), 0.2 to 0.8 wt% of cobalt (Co), and the balance of tungsten carbide (WC) Mixing and pulverizing simultaneously to produce a raw material powder (SlOO);
Separating the milled cemented carbide ball and slurry, and preparing a powder for press using the separated slurry using a spray dryer (S200);
(S300) of forming a molded article by using a hydraulic press to produce the pressed powder; And
A step (S400) of sintering the formed body in a vacuum furnace at 1400 ° C to 1600 ° C to produce a sintered product; And
And performing a hot isostatic pressing (HIP) on the sintered product (S500).
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