KR101498076B1

KR101498076B1 - 야금 분말 조성물, 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101498076B1
Application number: KR1020097008113A
Authority: KR
Inventors: 올라 베르그만; 폴 누션
Original assignee: 회가내스 아베 (피유비엘)
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2015-03-03
Also published as: EP2064359A4; US20080075968A1; WO2008036026A1; KR20090069311A; JP5363324B2; CN101517111B; RU2009115192A; JP2010504433A; TW200829705A; US7918915B2; CN101517111A; BRPI0718516A2; EP2064359B1; EP2064359A1

Abstract

본 발명은, 10 내지 20중량%의 Cr; 0.5 내지 5중량%의 Mo 및 1 내지 2중량%의 C를 포함하는, 압축되고 소결된 성분을 생산하는데 적합한 내마모성의 철 기재 분말에 관한 것이다. 상기 분말은 사전 합금된 물 분무된 철 기재 분말 입자 및 이러한 사전 합금된 분말 입자 상에 확산 결합된 크롬 카바이드 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 분말의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

야금 분말 조성물, 및 제조 방법{METALLURGICAL POWDER COMPOSITION AND METHOD OF PRODUCTION}

본 발명은 철 기재 분말에 관한 것이다. 특히 본 발명은 내마모성 제품의 생산에 적합한 분말에 관한 것이다.

높은 내마모성을 갖는 제품은 광범위하게 사용되며 기존 제품과 동등하거나 그보다 더 우수한 성능을 가진 덜 고가인 제품이 지속적으로 요구되고 있다.

높은 내마모성을 갖는 제품의 제조는, 예를 들어 카바이드 형태의 탄소를 포함하는 분말, 예컨대 철 또는 철 기재의 분말을 기초로 할 수 있다.

일반적으로, 카바이드는 매우 경질이며, 많은 용도에서 높은 내마모성을 부여하는 특성인 높은 융점을 갖는다. 이러한 내마모성이 흔히 카바이드를, 예컨대 드릴, 선반, 밸브 시트 등에 대한 강과 같이 높은 내마모성을 요하는 강, 예를 들어 고속도 강(high speed steels: HSS)에서의 성분으로서 바람직하게 한다. Mo, W 및 V는 강력한 카바이드 형성 원소이며, 이것이 이들 원소를 특히 내마모성 제품의 생산에 대해 주목받게 한다. Cr은 또 다른 카바이드 형성 원소이다.

이. 파고유니스(E. Pagonuis) 등에 의한 논문(Materials Science and engineering A246, 1998, 221-234)에는 예를 들어, Cr₃C₃의 세라믹 분말과 건식 혼합되는 강 분말로부터 제조되는 내마모성 물질의 제법이 기술되어 있다.

이러한 문헌으로부터 공지된 물질이 우수한 내마모성 특성을 갖기는 하지만, 성능이 동일하거나 보다 우수한 덜 고가인 제품이 요구된다. 또한, 상기 문헌에 언급된 편석화(segregation)에 의한 문제를 나타내지 않는 분말이 요구된다.

따라서, W, V 및 Nb와 같은 고가의 금속이 사용되지 않는 것이 유리할 수 있다. 또한, 내마모성 물질이 간단하고, 저렴한 방식으로 제조되는 것이 유리하다.

발명의 개요

이제, 우수한 내마모성에 의해 차별되는 저가의 물질이 철 기재 분말로부터 수득될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 철 기재 분말은 10 내지 20중량%의 Cr, 0.5 내지 5중량%의 Mo 및 1 내지 2중량%의 C를 포함해야 하며, 이로써 철 기재 분말은 사전 합금된 물 분무된 철 기재 분말 입자(pre-alloyed water atomised iron-based powder particle) 및 이러한 사전 합금된 분말 입자 상에 확산 결합된 크롬 카바이드 입자를 포함함을 특징으로 한다.

크롬은 종래의 분말에 사용되는 그 밖의 이러한 금속보다 훨씬 더 저렴하며 보다 용이하게 입수할 수 있고, 높은 내마모성을 지닌 경질 상(hard phase)이기 때문에, 주요 카바이드 형성 금속으로서 크롬이 사용되는 경우, 분말, 및 이에 따른 압축된 제품이 보다 저렴하게 생산될 수 있다. 또한, 예상밖으로 예를 들어, 밸브 시트(valve seat) 적용을 위해 충분한 내마모성을 갖는 분말이 본 발명에 따라 주요 카바이드 형성 금속으로서 크롬을 사용하여 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 이러한 분말을 사용함으로써, 상이한 입도 및 상이한 밀도를 지닌 상이한 합금 원소(alloying element)의 분말 및 그 밖의 첨가제로 이루어진 분말 조성물을 사용하는 경우 흔히 나타나는 편석화에 의한 문제가 피해진다. 또한, 더스팅(dusting) 문제가 경감되거나 제거된다.

신규 철 기재 분말은 또한 우수한 압축성에 의해 차별된다.

본 발명에 따르면, 이러한 신규 분말은 사전 합금된 물 분무된 철 기재 분말을 크롬 카바이드의 입자와 혼합하고, 이 혼합물을 어닐링(annealing)시킴으로써 크롬 카바이드의 입자가 사전 합금된 분말의 입자 상에 확산 결합됨으로써 얻어질 수 있다.

나아가, 통상의 고속도강(high speed steel)의 카바이드는 일반적으로 상당히 작지만, 본 발명에 따르면, 비교적 큰 크롬 카바이드에 의해 동등하게 유리한 내마모성이 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.

압축된 제품이 그의 부피에 걸쳐 균일한 특성을 가지도록 하기 위해, 분말의 상이한 화합물 전부는 철저하게 혼합되는 것이 중요하다. 상이한 합금 원소들 및 그 밖의 첨가제는 흔히 상이한 입도 및 상이한 밀도를 가지기 때문에, 분말 조성물은 이를 고려한 조치를 취하지 않으면 쉽게 편석화된다. 본 발명에 따르면, 편석화에 의한 문제는 사전 합금된 철 기재 분말을 제공함으로써, 그리고 이러한 철 기재 분말에 카바이드를 확산 결합에 의해 결합시킴으로써 해결되었다. 따라서, 분말의 모든 상이한 화합물이 서로 물리적으로 결합됨으로써 형성되는 분말이 균질하 고 취급과 무관하게 편석화에 대한 위험이 없게 된다. 이러한 분말의 제조는 또한 다른 분말 조성물에 대해서 흔한, 그라파이트(graphite)와 같이 개별 화합물의 작은 입자의 더스팅 현상을 억제한다.

카바이드를 사전 합금된 분말 입자의 외측 상에 확산 결합시킴으로써, 상응하는 조성을 가지나 사전 합금된 분말 입자내에 카바이드가 있는 분말보다 우수한 압축성을 갖는 분말이 얻어진다.

또한, 압축성은 기체 분무되거나 밀링(milling)되기 보다는 물 분무되는 사전 합금된 분말에 의해 개선되는데, 이는 입자를 비교적 불규칙한 형태가 되게 하기 때문이다.

사전 합금된 물 분무된 철 기재 분말은 구입가능하거나, 다르게는 수득가능한 철 기재 분말, 예를 들어, 그 자체로 우수한 내마모성을 지닌 H13(Powdrex)와 같은 공구강 분말(tool steel powder)일 수 있다.

상기 사전 합금된 분말은 바람직하게는 40 내지 100㎛ 범위, 바람직하게는 약 80㎛의 평균 입도를 갖는다.

상기 사전 합금된 분말은 2 내지 10중량%의 크롬, 0.5 내지 5중량%의 몰리브덴, 및 0.1 내지 1중량%의 탄소와 나머지 중량%로 철, 임의의 그 밖의 합금 원소 및 불가피한 불순물을 함유한다. 상기 사전 합금된 분말은 임의로 그 밖의 합금 원소, 예컨대, 3중량% 이하의 턴스텐, 3중량% 이하의 바나듐, 및 2중량% 이하의 규소를 포함할 수 있다. 또한, 그 밖의 합금 원소 또는 첨가제가 임의로 포함될 수 있다.

바람직한 구체예에서, 상기 사전 합금된 분말은 3 내지 7중량%의 Cr, 1 내지 2중량%의 Mo, 0.2 내지 0.5중량%의 C 및 나머지 중량%로 Fe로 구성된다.

본 발명의 분말의 대부분의 카바이드가 확산 결합된 크롬 카바이드이지만, 일부 카바이드는 또한 사전 합금된 분말 중 카바이드 형성 화합물, 예컨대 상기 언급된 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 바나듐에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 철 기재 분말의 크롬 카바이드는 예를 들어 Cr₃C₂를 목적하는 입도로 밀링(milling)을 통해 수득될 수 있다. 편리하게는, 상기 카바이드 입자는 45㎛ 미만의 입도로, 유리하게는 8㎛ 이상의 평균 크기로, 바람직하게는 10 내지 30㎛ 범위의 평균 입도로 제조된다.

확산 결합된 카바이드는 유리하게는 본 발명의 분말의 입자의 5 내지 50부피%, 바람직하게는 5 내지 15부피%를 구성한다.

바람직한 구체예에서, 본 발명의 확산 결합된 분말은 10 내지 15중량%의 Cr, 1 내지 1.5중량%의 Mo, 0.5 내지 1.5중량%의 V, 0.5 내지 1.5중량%의 Si, 1 내지 2중량%의 C 및 나머지 중량%로 Fe로 구성된다.

본 발명의 확산 결합된 분말은 압축하고 소결하여 높은 내마모성을 지닌 생성물을 생산하기 전에, 그 밖의 분말 성분, 예컨대, 그 밖의 철 기재 분말, 그라파이트, 증발성 윤활제, 고체 윤활제, 가공성 증진제(machinability enhancing agent) 등과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 분말을 순수한 철 분말 및 그라파이트 분말과, 또는 스테인레스강 분말과 혼합시킬 수 있다. 압축을 용이하게 하고, 이후 소결 동안에 증발하는, 왁스, 스테아레이트, 금속 비누(metal soap) 등과 같은 윤활제 뿐만 아니라, 소결된 생성물을 사용하는 동안에 마찰을 감소시키고, 또한 이의 가공성을 증진시킬 수 있는, MnS, CaF₂, MoS₂와 같은 고체 윤활제가 첨가될 수 있다. 또한, 그 밖의 가공성 증진제 뿐만 아니라 분말 도금 분야의 그 밖의 통상적인 첨가제가 첨가될 수 있다.

실시예 1

구입가능한 물 분무된 도구강인, 파우드렉스(Powdrex)로부터 H13(5% Cr, 1.5% Mo, 1% V, 1% Si, 및 0.35% C)를 밀링된 카바이드 분말(Cr₃C₂, <45㎛)과 혼합하였다. 이후, 혼합물을 2일 동안 1000℃에서 진공 어닐링시켰으며, 이에 따라 카바이드 입자를 사전 합금된 H13 입자에 확산 결합시켰다. 형성된 확산 결합된 분말은 13중량%의 Cr, 1.35중량%의 Mo, 0.9중량%의 V, 0.9중량%의 Si, 1.7중량%의 C 및 나머지 중량%로 Fe로 구성되었다.

Claims

10 내지 15중량%의 Cr, 1 내지 1.5중량%의 Mo, 0.5 내지 1.5중량%의 V, 0.5 내지 1.5중량%의 Si, 1 내지 2중량%의 C, 및 나머지(balance) 중량%의 Fe로 구성된 철 기재 분말로서,

분말이 사전 합금된 물 분무된 철 기재 분말 입자(pre-alloyed water atomised iron-based powder particle) 및 이러한 사전 합금된 분말 입자에 확산 결합된 크롬 카바이드 입자를 포함함을 특징으로 하는, 철 기재 분말.

제 1항에 있어서, 크롬 카바이드 입자의 평균 입도가 8 내지 45㎛ 범위인, 철 기재 분말.

제 1항에 있어서, 크롬 카바이드 입자의 평균 입도가 10 내지 30㎛ 범위인, 철 기재 분말.

제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 분말이 5 내지 30부피%의 크롬 카바이드를 포함하는, 철 기재 분말.

삭제

청구항 1에 따른 사전 합금된 물 분부된 철 기재 분말의 입자를 크롬 카바이드 입자와 혼합하고,

이 혼합물을 어닐링(annealing)시킴으로써, 크롬 카바이드의 입자를 사전 합금된 분말의 입자 상에 확산 결합시키는 것을 포함하여, 철 기재 분말을 제조하는 방법.

제 6항에 있어서, 크롬 카바이드 입자의 평균 입도가 8 내지 45㎛ 범위인 방법.

제 6항에 있어서, 크롬 카바이드 입자의 평균 입도가 10 내지 30㎛ 범위인 방법.

제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 사전 합금된 분말이 2 내지 10중량%의 Cr, 0.5 내지 5중량%의 Mo, 0.1 내지 1 중량%의 C, 및 나머지 중량%의 Fe를 포함하는 방법.

제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 사전 합금된 분말이 3 내지 7중량%의 Cr, 1 내지 2중량%의 Mo, 0.2 내지 0.5 중량%의 C 및 나머지 중량%의 Fe를 포함하는 방법.