KR910009969B1 - 인성, 피삭성 및 내마모성이 우수한 금속간화합물형합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인성, 피삭성 및 내마모성이 우수한 금속간화합물형합금

본 발명은 우수한 인성과 피삭성을 가지고 내마모성에도 우수한 예로서, 각종 건전지의 합제성형용 금형이나, 광화이버 등의 인발가공용 다이, 다시 밸브나 펌프부품등의 내마모품의 제조에 사용함에 적합한 금속간화합물형합금에 관한 것이다.

종래 상기와 같은 내마모성이 요구되는 각종 부재의 제조에는 Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 45-60%를 함유하고 나머지 Ti 및 불가피불순물로된 조성(이상 원자 %, 이하 %는 원자 %를 표시함)을 가지는 금속간화합물 합금이 사용되고 있다. 그러나 이 종래의 금속간화합물형합금은 우수한 내마모성을 가지고 우수한 성능을 장기에 걸쳐 발휘하기는 하나 피삭성이 나쁘고 기계가공, 특히 구멍뚫기가 곤란하므로 복잡한 형상의 제품을 제조하기 위하여는 대단한 숙련과 시간이 필요하고 이것이 제조원가를 높이는 원인이 되었다. 다시 이 종래의 금속간화합물형합금은 상기와 같이 Ti함유량이 높고 산소를 흡수하기 쉽게 합금중의 산소함유량이 많아지면 급격히 취성화 하게 되어 기계 가공시에 균열이 발생하기 쉽게 되므로 합금의 용해 및 단조에 있어서는 진공 또는 충분히 대기와 치환한 불활성개스분위기중에서 행한 필요가 있고 또 용해원료에 있어서는 될 수록 산소함유량이 적은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 시판되고 있는 Ti원료에는 적어도 500-1500ppm의 산소를 함유하는 것이 있고 이와 같은 높은 산소함유량의 Ti원료를 사용하는 경우는 전기의 분위기중에서의 용해, 주조에 의하여 예로서 1200-2000ppm의 현저히 높은 산소함유량의 합금으로 되지 않을 수 없고 이 경우에는 현저한 인성부족이 원인으로 기계가공을 행할 수 없고, 스크랩으로 되지 않을 수 없는 현상이다.

본 발명의 특징은 상기의 종래의 내마모성금속화합물형합금의 인성 및 피삭성을 개선한 신규한 금속간 화합물형합금에 있으며 그 조성은 이하와 같다.

Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 45-60%, Si 0.01-1%, Re 0-2%, Hf 0-2%, C 0-2%, Zr, Fe, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W 및 Mn으로 되는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소 0-5%, P, Cu, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb 및 Bi로 되는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소 0-2%와, 나머지 Ti 및 불가피불순물로 된다(이하 %는 원자 %임) 본 발명자들은 상기의 종래 금속간화합물형합금의 여러성질을 개선하고자 연구를 행한 결과 다음과 같은 식견을 얻었다. 합금성분으로 Si를 함유시키면 상기 종래의 금속간화합금형합금의 우수한 내마모성은 손상함이 없어, 인성이 현저히 향상하게 되고, 또, P, Cu, Zn, Ga, Ge, Cd, In, Sn, Sb, Pb 및 Bi중의 1종 또는 2종 이상(이하 이들 성분을 소성촉진성분이라 함)을 함유시키면 보다 일층의 인성이 향상되게 된다.

다음으로 합금성분으로서 C를 함유시키면, Si성분의 공존에서 휘화를 가져옴이 없이 일층내마모성이 향상하게 되고, 또다시 합금성분으로서 Zr, Fe, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W 및 Mn중의 1종 또는 2종 이상(이하 이들 성분을 내마모성 향상성분이라 함)을 함유시키면 보다 일층 내마모성이 향상하게 된다. 다시 합금성분으로서 Re을 함유시키면 상기 종래의 금속간화합물형합금의 가지는 우수한 내마모성을 손상함이 없이 피삭성을 현저히 향상하게 될 뿐 아니라, 이 Re 성분에는 합금의 소지중에 고용하는 산소와 결합하여 이를 제거하고, 합금중의 산소함유량을 현저히 저감하는 작용이 있으므로 Re성분을 함유하는 합금은 우수한 인성을 가지게 되고 또 Hf를 함유시키면 피삭성이 일층 향상하게 된다. 다음으로 본 발명의 합금에 있어서 성분조성을 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다.

(a) Ni 및 Co

이들 성분에는 Ti와 결합하여 금속산화합물을 형성하고 합금의 내마모성을 현저히 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 45%미만에서는 Ti의 함유량이 상대적으로 과다하게 되어 소망의 우수한 내마모성을 확보할 수 없고, 한편 그 함유량이 60%를 초과하면 상대적으로 Ti의 비율이 과소하게 되어 취화가 현저히되어 소망의 내마모성을 얻을 수 없으므로 그 함유량을 45-60%로 정한다. 그리고 바람직한 범위는 47-53%이다.

(b) Si

Si성분에는 합금이 가지는 본래적인 우수한 내마모성과 후술의 Re 및 Hf에 의하여 결과되는 피삭성을 손상함이 없이 인성을 향상시키는 작용이 있으나 그 함유량이 0.01%미만에서는 소망의 인성을 확보할 수 없고, 한편 그 함유량이 1%을 초과하면 합금의 취화 경향이 나타나게 되므로 그 함유량을 0.01-1%로 정한다.

(c) C

C성분에는 상기한 Si성분과의 공존에서 합금을 취화시킴이 없이 일단의 내마모성을 향상시키는 작용이 있으나 그 함유량이 0.05%미만에서는 소망의 내마모성 향상효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 2%를 초과하면 취화경향이 나타나 인성이 나빠지므로 그 함유량을 0.05-2%로 정한다.

(d)

내마모성 향상성분(Zr, Fe, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn), 그 함유량이 0.1%미만에서는 소망의 내마모성 향상효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 5%를 초과하면 취화경향이 나타나 인성을 나쁘게 하므로 그 함유량을 0.1-5%로 정한다. 그리고 바람직한 성분 범위는 0.1-3%이다.

(e)

인성촉진성분(P, Cu, Zn, Ga, Ge, Cd, In, Sn, Ps, Bi, Sl), 그 함유량이 0.1%미만에서는 소망의 우수한 인성을 확보할 수 없고, 한편 그 함유량이 2%를 초과하면 합금에 취화경향이 나타나므로, 그 함유량을 0.1-2%로 정한다.

(f) Re

Re성분에는 상기와 같이 합금의 피삭성을 향상시키는 외에 합금의 소지중에 고용하는 산소와 결합하여 이것을 제거하며, 합금의 인성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 0.05%미만에서는 전기의 작용에 소망 향상효과를 얻을 수 없고, 한편 그 함유량이 2%를 초과하면, 도리어 취화경향이 나타나게 되므로 그 함유량을 0.05-2%로 정한다.

(g) Hf

Hf성분에는 Re와 공존에 있어 합금의 가지는 우수한 내마모성을 손상함이 없이 피삭성을 향상시키는 작용이 있으나, 그 함유량이 0.1%미만에서는 소망의 우수한 피삭성을 확보할 수 없고, 한편, 그 함유량이 2%를 초과하면 합금에 취화경향이 나타나게 되므로 그 함유량을 0.1-2%로 정한다.

다음으로 본 발명의 합금을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

프라즈마이크로를 사용, 각각 표 1에 표시된 성분조성을 가지는 합금용량을 용제하고 잉고트를 주조하고, 다시 잉고트를 아크로에서 용해후, 원심주조기에서 세라믹주형에 정밀주조하여, 계속하여 표면연삭가공을 행하므로서 V놋치샬피층격시험편으로서 사용되는 10mm×10mm×50mm의 치수를 가진 본 발명합금 1-22 및 종래합금 1-8을 각각 제조하였다. 다음으로 이 결과 얻은 본 발명합금 1-22 및 종래합금 1-8에 대하여 내마모성을 평가할 목적으로 샬피층격시험치를 측정하였다. 이들 측정결과를 표 1에 표시하였다.

[제1표의 1]

[제1표의 2]

표 1에 표시된 결과로부터 본 발명합금 1-22는 어느 것이나 종래합금 1-8과 동등의 고경도(내마모성)을 가지며, 그리고 보다 우수한 연성을 가지는 것이 명백하다.

[실시예 2]

프라즈마아크로를 사용, 각각 표 2에 도시된 성분조성을 가진 합금용탕을 용제하고 실시예1에 표시한 요령으로 본원 발명합금 23-38를 제조하였다. 다음으로 이결과 얻은 본 발명합금 23-38 및 종래합금 1-8에 대하여 내마모성을 평가할 목적으로 빅커스경도를 측정 다시 인성을 평가할 목적으로 샬피층격치를 측정하였다. 이들 측정결과를 표 2에 표시하였다.

[제2표의 1]

[제2표의 2]

표 2에 표시된 결과로부터 본발명합금 23-38은 어느 것이나 종래합금 1-8과 동등의 고경도(내마모성)을 가지며, 그리고 이보다 일층 우수한 인성을 가지는 것이 명백하다.

[실시예 3]

프라즈마이크로를 사용하여 각각 표 3에 표시된 표시된 성분조성을 가지는 합금용탕을 용제하고 실시예 1에 요령으로 본발명합금 39-60 및 종래합금 9-16을 각각 제조하였다.

다음으로 이 결과 얻은 본발명합금 39-60 및 종래합금 9-16에 대하여 내마모성을 평가목적으로 빅커스경도를, 인성을 평가할 목적으로 샬피층격치를 측정하고 결과를 표 3에 표시하였다.

[제3표의 1]

[제3표의 2]

표 3으로부터 본발명합금 39-60은, 종래합금 9-16에 비하여 어느것이나 일층 높은 경도와 우수한 내마모성을 가질뿐아니라, 인성도 우수한 것이 명백하다.

[실시예 4]

프라즈마아크로를 사용, 각각 표 4에 표시된 성분조성의 합금용탕을 용제하고 실시예 1의 요령으로 본발명합금 61-84 및 종래합금 17-20을 각각 제조하였다.

다음으로 이들의 인성을 평가할 목적으로 직경 20mmø×두께 3mm의 치수를 가지는 시험편을 절취하여 브리넬경도 측정시험기를 사용, 이 시험편의 중심을 750Kg의 하중으로 압압하고, 압압측의 시험편에 있어 균열발생의 유무를 관찰함과 동시에 샬피충격치(시험편 치수 10mm×10mm×50mm)를 측정하고, 피삭성을 평가할 목적으로

시편치수 직경 20mm×두께 5mm

드릴재질 WC 기초경합금

드릴직경 7mmø

드릴회전수 200r.p.m

의 조건으로 개공시험을 행하고, 이에 소요된 시간을 측정함과 동시에 구멍 엣지부에 있어서 결함(치핑) 발생유무를 관찰하고, 다시 내마모성을 평가목적으로 빅커스경도를 측정하였다.

이들 결과를 표 4에 표시하였다.

[제4표의 1]

[제4표의 2]

표 4으로부터 본발명합금 61-84은, 종래합금 17-20과 동등 또는 그 이상의 고경도(내마모성)를 가지며 그리고 보다 우수한 인성 및 피삭성을 가지는 것이 명백하다.

[실시예 5]

프라즈마아크로를 사용, 각각 표 5에 표시된 성분조성의 합금용탕을 용제하고 실시예 1의 요령으로 본발명합금 85-108을 제조하였다.

다음으로 이 결과를 본발명합금 85-108 및 상기 종래합금 17-20에 대하여, 인성의 평가목적으로 직경 10mmø×두께 3mm의 치수를 가지는 시험편을 절취, 브리넬경도 측정기를 사용 이 시험편의 중심을 750Kg의 하중으로 압압하고 압압측의 시험편에 있어서 균열 유무를 관찰하고 동시에 샬피충격치(시험 치수 10mm×10mm×50mm)를 측정하고, 피삭성을 평가할 목적으로

시편치수: 직경 20mm×두께 5mm

드릴재질 : WC 기초경합금

드릴직경 : 7mmø

드릴회전수 : 200r.p.m

의 조건으로 개공시험을 행하고, 이에 소요된 시간을 측정함과 동시에 구멍 엣지부에 있어서 결함(칩핑) 발생유무를 관찰하고, 다시 내마모성을 평가목적으로 빅커스경도를 측정하였다.

이들 결과를 표 5에 표시하였다.

[제5표의 1]

[제5표의 2]

표 5에 표시 결과로부터 본발명합금 85-108은 어느것이나 종래합금 17-20과 동등이거나 그 이상의 고경도(내마모성)을 가지며, 보다 우수한 인성 및 피삭성을 가지는 것이 명백하다.

상술한 바와같이 본발명합금은 우수한 인성 및 피삭성을 가지며 내마모성이 우수하므로 각종 내마모품에 적용에 있어서는 그 제품의 기계가공을 균열발생없이 용이하게 행할 수 있을 뿐아니라, 실용에 있어서도 우수한 성능을 현저히 장기에 걸쳐 발휘하는 등 공업상 유용한 특성을 가진다.

Claims (2)

1. Ni 및 Co중의 1종 또는 2종 45-60%, Si 0.01-1% Re 0.05-2% Hf 0.1-2% C 0.05-2% Ze, Fe, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W 및 Mn으로된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소 0.1-5%, P, Cu, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb 및 Bi로 되는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소 0.1-2%와 나머지 Ti와 불가피 불순물로 조성(이상 원자%)를 가지며, 인성, 피삭성 및 내마모성이 우수한 금속간화합물형합금.
2. 제1항에 기재합금에 있어서, Ni 및 Co중의 1종 또는 2종이 47-53원자%임을 특징으로 한 합금.