KR19990069647A

KR19990069647A - 탄화텅스텐(wc)계 초경합금 소결체의 제조 방법

Info

Publication number: KR19990069647A
Application number: KR1019980004033A
Authority: KR
Inventors: 조기홍
Original assignee: 최효병; 대한중석 주식회사
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1999-09-06

Abstract

본 발명은 탄화텅스텐(WC)을 주성분으로 하는 초경합금 소결체에 대하여 경도 및 인성특성을 동시에 충족시키는 것에 관한 것으로, 이에 따른 구성은 탄화텅스텐과(WC) 주기율표 4A, 5A, 6A족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 봉화물중 1종 이상으로 된 분말과 철족금속을 혼합하여 분말야금법으로 제조하는 것에 있어서 WC분말의 입도를 0.4미크론(㎛)이하로 하고 소결에 따른 WC결정이 (0001)면에 대하여 우선적으로 성장된 판상형이 되도록 함을 특징으로 하는 WC계 초경합금 소결체의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

탄화텅스텐(ＷＣ)계 초경합금 소결체의 제조 방법

본 발명은 탄화텅스텐(WC)계 초경합금 소결체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 WC결정을 판상으로 성장시켜 경도 및 인성 특성의 향상으로 내결손성, 내칩핑성을 비롯한 고온 내마모성을 갖게 하는 것에 관한 것이다.

종래, 초경합금의 원료로서는 WC분말을 주성분으로 하여 여기에 주기율표 4A, 5A, 6A족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 봉화물중 1종 이상으로된 입자 성장 억제제인 분말과 Fe, Ni, Co등으로 된 철족금속을 혼합하여 볼밀분쇄후 압축성형하고 이어서 일정온도 범위에서 소결처리하는 통상의 분말야금법에 따라 내마모성, 내열강도, 인성 등의 특성을 갖는 절삭공구 등에 이용되는 초경합금 소결체를 얻는다.

일반적으로 상기 원료들을 혼합하여 소결시 WC 입자 성장이 일어나는 것을 억제 시키기 위해 상기와 같은 주기율표 4A, 5A, 6A족인 분말을 첨가하고 있는데, 이러한 입자성장의 기구는 아직 명확히 밝혀져 있지 않으나 탄화물 종류에 따라 그 효과는 차이가 많은 것으로 보고 있다.

WC-Co계에서 성장된 평형 상태의 WC의 특성은 이방성을 갖는다.

즉, 기존의 일반형을 이루는 통상의 합금에서 WC입자의 모양은 도 1과 같이 상면을 이루는 정삼각형의 (0001)면과 측면을 이루는 사각형의 면으로 이루어져 있는데 (0001)면은 면에 비하여 고경도 특성을 갖는다.

(0001)면의 한변과 면의 이 변의 비(ASPECT RATIO:R)인 R은 (0001)면/ 면 = 2.8∼3.7정도로 보고 되고 있다.

도 2a는 기존의 초경합금의 WC입자 결정에 따른 현미경 조직 사진을 나타낸 것이다.

그러나 상기에서 언급한 바와 같이 WC입자 크기 및 R비를 갖는 일반형의 성장 결정 구조에서는 경도와 인성을 동시에 만족시키고 있지 않아 고온 내마모성 및 내결손성, 내칩핑성을 비롯한 내열 변형성 등의 제반 성능을 충족 시키지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, WC입자를 미립으로 함과 함께 경도 특성을 갖는 결정면을 우선적으로 성장시켜 경도와 인성을 동시에 만족시킬 수 있는 초경합금 소결체를 얻는데 그 목적이 있다.

도 1은 합금조직중 WC결정 성장에 따른 형상을 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b는 탄화텅스텐의 결정조직을 나타낸 것으로,

도 2a는 기존 합금의 현미경 사진.

도 2b는 본 발명의 현미경 사진.

도 3a 및 도 3b는 결정조직에 따른 미소클랙 상태를 나타낸 것으로,

도 3a는 기존 합금의 상태도.

도 3b는 본 발명의 상태도.

도 4는 경도대파괴 인성의 특성을 나타낸 그래프.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 WC와 주기율표 4A, 5A, 6A족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 봉화물중 1종 이상으로된 분말과 철족금속을 혼합하여 분말야금법으로 제조하는 것에 있어서, 상기 WC분말의 입도를 0.4㎛이하로 함과 함께 소결에 따른 WC결정이 경도 특성을 갖는 (0001)면에 대하여 우선적으로 성장된 판상형이 되도록 하는 WC계 초경합금 소결체의 제조 방법으로 이루어진다.

상기와 같이 0.4㎛이하의 미립 WC원료를 사용하면 소결시 미립의 WC분말이 고온도에서 크게 성장하게 되는데 , 이러한 미립자는 표면 에너지가 크기 때문에 성장의 속도가 빠를 뿐만아니라 도 1과 같이 경도 특성을 갖는(0001)결정면에 따라 우선적으로 성장하기 때문에 성장된 WC의 결정은 판상화된다.

0.4㎛이하의 미립분말을 얻기 위한 밀링을 함에 있어서는 WC분말만을 원료로 하여 할수도 있고, 조대한 WC분말과 상기 탄화물, 질화물, 탄질화물, 붕화물과 철족금속을 혼합하여 할 수도 있다.

한편 WC입자 성장 과정에서 상기 금속탄화물(TiC, TaC, NbC등)인 입자 성장 억제제를 이용하여 분쇄 에너지를 많이 갖는 WC입자성장의 특성을 조사한바, 각 성장 억제제의 종류에 따라 성장된 WC입자의 모양이 각기 다르게 된다는 것이 관찰되었으며, 이중 특히 TiC는 WC결정의 (0001)면의 한 변과 면의 높이 변의 비인 R값을 4.27∼6.11로 증가시켜 도 1과 같은 판상의 WC형상으로 변화시키는 것이 발견되었다.

이러한 현상은 고온에서 더욱 효과적이었다.

이와 같은 TiC는 WC결정의 입자성장 저지 능력이 타 원소 비해 미약하기 때문에 구온에서 WC의 입자 성장이 비교적 쉽게 일어나게 된다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

2.4㎛입자 크기를 갖는 WC분말에 TiC를 2^wt%, Co를 8^wt%혼합된 분말을 볼밀을 사용하여 WC의 최종 입도를 0.35㎛이하가 되게끔 밀링하여서 된 합금분말을 성형체로 제조한 후 1500℃온도에서 1시간 동안 소결하였다.

상기 실시예와 대비하기 위해 통상적인 상업용 합금을 만들어 제반물성 및 조직을 비교한 결과 표1 및 도2 ∼ 도4와 같이 나타났다.

도 2는 합금조직을 나타낸 현미경 사진으로서, 도 2a는 합금조직중 일반형의 WC형상을 갖는 기존 합금의 경우이고, 도 2b는 본 발명에 따른 판상형의 WC현상을 나타낸 것이다.

도 3은 합금조직에 따른 미소균열의 진전 상태를 나타낸 것으로, 도 3a는 기존 합금의 경우를 나타낸 것이고, 도 3b는 본 발명을 나타낸 것이다.

도 4는 경도와 인성의 관계를 나타낸 그래프이다.

이에 알수 있는 바와 같이 판상형태의 WC결정구조를 갖는 본 발명은 미소균열발생의 진전을 판상조직이 저지하고 있어 균열의 진행이 억제 될 수 있는 등 경도와 인성이 동시에 향상되고 있음을 알수 있다.

물리적 성질

구 분	경 도(Hv)	파괴 인성값Kic(MPam^1/2)	합금 조직중탄화 텅스텐 형상
본 발명의 합금	1600	11.8	판 상 형
종래의 합금	1520	10.8	일 반 형

이상에서와 같이 본 발명은 WC계 초경합금 소결체에서 WC의 사용 입자 크기를 0.4㎛이하로 함과 함께 WC결정 성장중 경도 특성을 갖는 결정면을 우선적으로 성장시킴으로서 내마모성이 우수하고, 강도 및 인성 증대로 내결손성, 내칩핑성의 향상 및 크리프 변형성이 작아 내열 변형성의 증대로 제반 성능이 획기적으로 향상된 절삭 공구 재료 등에 널리 이용될 수 있다.

Claims

탄화 텅스텐(WC) 분말과 주기율표 4A, 5A, 6A족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 봉화물중 1종 이상으로된 분말과 철족금속을 혼합하여 분말야금법으로 제조하는 것에 있어서, WC분말의 입도를 0.4미크론(㎛)이하로 하고 소결에 따른 WC의 결정이 (0001)면에 대하여 우선적으로 성장된 판상형이 되도록 함을 특징으로 하는 WC계 초경합금 소결체의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

금속 탄화물이 TiC, NbC, TaC중에서 선택한 1종 이상임을 특징으로 하는 WC계 초경합금 소결체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

WC분말의 미세입도가 WC분말을 단독으로 하여 밀링되거나 조대WC분말을 금속탄화물 및 철족금속과 혼합하여 밀링하여서 된 것임을 특징으로 하는 WC계 초경합금 소결체의 제조방법.