KR980009489A - 개선된 고온 및 열기계학적 성질을 갖는 초경합금체 - Google Patents

개선된 고온 및 열기계학적 성질을 갖는 초경합금체 Download PDF

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레나르트 태퀴스트
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Abstract

본 발명에 따르며, Co만으로 된 결합체 상 또는 Co 및 니켈로 되고 결합제의 최대 25%가 니켈인 결합제 상을 갖는 96 내지 88%의 WC, 양호하게는 95 내지 91 중량%의 WC를 구비하고, 가능하게는 총 조성의 최대 2%까지 세슘 및 이트륨과 같은 희토류 금속이 소량 첨가된 암석 굴착용 초경합금이 제공된다. WC 결정립은 WC를 Co로 피복시키는 공정 때문에 곡면으로 되며, 종래식으로 밀링된 WC와 같이 재결정 되지 않거나 또는 결정 성장 또는 매우 날카로운 코너형 결정립을 보이지 않아서, 본 발명에 따르는 본체에 상당히 높은 열전도성을 준다. 평균 결정립 크기는 8 내지 30㎛이며, 양호하게는 12 내지 20㎛이다. 최대 결정립 크기는 평균 값의 두배를 넘지 않아야 하며, 조직내에서 평균 결정립 크기의 반 이하인 것으로 발견된 결정립의 2%보다 많아서는 않된다.

Description

개선된 고온 및 열기계학적 성질을 갖는 초경합금체
제1도는 평균 결정립 크기가 8 내지 10㎛인 종래 기술에 따르는 WC-Co 초경합금 미세조직의 1200배 확대도.
제2도는 평균 결정립 크기가 9 내지 11㎛인 본 발명에 따르는 WC-Co 초경합금 미세조직의 1200배 확대도.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 가혹한 주기적 하중 및 마찰력으로 해서, 고온 및 급속한 열기계학적 피로를 발생시키는 적용 분야에서 유용한 초결합금체에 관한 것이다.
예를 들어 수평갱 파기(roadheading), 연속 채광, 로드 및 콘크리트 평탄화, 트렌칭(trenching)등과 같이 연질 암석, 광물 및 갱도를 절개하여 파내주는 연속 굴착법들은 모두 한 순간에 초경합금 팁형 공구가 암석 또는 지면과 연동하고 다음으로 공기 중에서 회전하면서 자주 수냉되는 작업이다. 이것은 기계적 응력 뿐만 아니라 많은 열 피로 응력을 야기시켜서, 종종 팁의 급속 고온 연마 활주 마모와 조합해서 초경합금 표면에 미세칩을 생성하여 이를 파손시킨다.
공구가 암석으로 들어갈 때 암석과 초경합금 공구 팁 사이의 접촉 영역에서는 1/10초 내에 0에서 10톤(ton)으로의 하중 상승 및 실온에서 최대 800 또는 1000℃까지의 온도 상승이 발생된다. 이것은 보다 더 경질의 광물, 석탄 또는 지면을 절삭하기 위해더 큰 절삭 속도를 갖는 보다 강력한 기계들이 사용되는 오늘날에 있어서는 생소한 것이 아니다. 또한 철광석(마그네타이트)에 대한 드릴 작업이 열크랙의 급속 형성을 야기시킬 때와 같이, 극한의 열이 발생되는 충격식 또는 회전식 암석 드릴 작업 분야에서는 소위 "스네이크 스킨(snake skin)"이 발생된다.
절삭 재료, 즉 초경합금을 개선시키고 최적화시키는데 절대적으로 필요한 성질은 다음과 같다:
열전도성: 열을 유도하거나 전도시키는 재료의 능력이 가능한 높아야 한다.
열팽창 계수: 가열시 재료의 선형 팽창이 최소 열크랙 성장 속도를 보장하기 위해 낮아야 한다.
상승된 온도에서의 경도는 고온에서 양호한 내마모성을 보장할 정도로 높아야만 한다.
횡단 파괴 강도(TRS)는 높아야만 한다.
파괴 인성은 조직 내에 존재하는 작은 크랙(crack)으로부터 갑작스럽게 파괴되는 것에 대한 재료의 저항 능력이다. 이것은 높아야만 한다.
초경합금의 결합금속, 즉 코발트, (니켈, 철)이 낮은 열전도성을 가지며 높은 열팽창 계수를 갖는다는 것은 공지되어 있다. 따라서, 코발트의 함유량은 낮게 유지되어야 한다. 한편, 높은 코발트 함유량을 갖는 초경합금은 더 나은 강도와, TRS 및 파괴 인성을 갖는데, 이것은 특히 고속으로 암석 표면에 진입할 때 높은 충격력 또는 최대 하중이 초경합금 팁에 전달될 때의 기계학적 관점에서 보아 또는 가혹한 절삭 조건하에서의 기계 진동으로부터 필수적이기도 하다.
미세 결정립으로 된 초경합금과 비교시 증가된 파괴 인성과 횡단 파괴 강도로 인해서, 더 굵은 결정립 크기를 갖는 WC-상(phase)이 상술한 조건하에서의 초경 합금의 성능에 더 유익하다는 것 또한 공지되어 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
따라서 채광 작업용 공구 제작에서의 추세는 결정립 크기를 증가시킴과 함께 코발트 함유량을 낮춤으로써, 기준에 맞는 고온 마모성 뿐만 아니라 좋은 기계 강도 모두를 얻는다. Co 함유량을 6 내지 8%로 낮춘 상태에서 결정립 크기를 8 내지 10㎛보다 크게 하는 것은 종래의 방법으로는 불가능한데, 그것은 굵은 WC 결정체 제작의 어려움과, Co와 WC를 혼합시키는데 필요하고 유해한 다공성부의 발생을 방지하는데 필요한 볼 밀(ball mill)에서의 밀링 시간 때문이다. 이러한 밀링 작업은 전체 결정립 크기를 얻기 위해 필요한 고온에서 기존의 큰 결정립에 작은 결정립이 용해되어 석출될 때 WC 결정립 크기의 급속한 감소와 소결후 아주 불균일한 결정립 크기 분포를 야기시킨다. 1 내지 50㎛의 결정립 크기가 종종 발견될 수 있다.
1450 내지 1550℃의 소결 온도가 주로 사용되며, 이것은 또한 낮은 Co 함유량 때문에 과다한 다공성부가 발생될 위험을 최소화시키는데 필요하다. 기준에 맞지 않게 높은 다공성 수준은 너무 짧은 밀링 시간으로 인해 및/또는 Co 함유량을 8 중량% 이하로 낮춤으로써 불가피하게 나타나는 것이다. 종래 방식으로 제작된 굵은 결정립의 초경합금에서는 넓은 결정립 크기 분포는 초경합금의 성능에 사실상 해롭다.
30 내지 60㎛의 비정상적으로 큰 단결정립 뿐만 아니라 약 1 내지 3㎛의 작은 결정립의 덩어리(cluster)도 열 피로 크랙과 같은 크랙 또는 기계적 과하중으로 인한 박리(spalling)에 대한 취성 시작점(brittle starting point)으로서 작용을 한다.
초경합금은 경질 구성물을 형성하는 분말과 결합제 상(phase)을 함유한 분말 혼합물을 습식 밀링하는 단계와, 밀링된 혼합물을 유동성이 양호한 분말로 건조하는 단계와, 건조된 분말을 소정 형상체로 압착해서 소결시키는 단계로 구성된 분말 야금법으로 제작된다.
집중적인 밀링 작업은 초경합금 밀링체를 사용하여 여러 가지 크기의 밀에서 수행된다. 밀링은 밀링된 혼합물에서 균일한 분포의 결합제 상을 얻는데 필수적인 것으로 생각된다. 집중적 밀링은 소결동안에 조밀 조직의 형성을 더욱 촉진시키는 혼합물의 반응성을 일으키는 것으로 여겨진다. 밀링 시간은 수시간 내지 수일 정도이다.
밀링된 분말로 제작된 재료에서 소결 후의 미세 조직은 주로 상대적으로 큰 결정립을 가지면서 더 넓은 WC-결정립 크기 분포로 된 날카로운 각도의 WC 결정립에 의해서 특징지워지는데, 이것은 소결 사이클 동안에 미세 입자의 용해, 재결정 및 결정 성장으로 인한 결과이다.
여기에서 언급되는 결정립 크기는 항상 소결된 초경합금체의 단면 사진에 대해 측정된 WC의 제프리(Jeffries) 결정립 크기이다.
미국 특허 제5,505,902호 및 제5,529,804호에서는, 밀링 작업이 주로 배제된 초경합금 제작법이 개시되어 있다. 대신에, 분말 혼합물에서 균일한 분포의 결합계 상을 얻기 위해서 경질 구성물 결정립에는 결합제 상이 예비 피복되어서, 이 혼합물이 압착제와 더욱 혼합되고, 압착되어서 소결된다. 첫째로 언급된 특허에서, 코팅은 졸-겔법(SOL-GEL method)으로 제작되며 두 번째 특허에서는 폴리올(polyol)이 사용된다. 이들 방법을 사용할 때, 소결 동안에 결정립 성장이 없기 때문에 소결 전과 동일한 결정립 크기 및 형상을 유지할 수 있게 된다.
놀랍게도 미국 특허 제5,505,902호 및 제5,529,804호의 공정을 사용해서 초경합금을 고온 인성에 대해 뛰어난 경도를 갖는 아주 굵고 균일한 WC 결정립 크기로 제작하는 것이 가능하다는 것을 증명하?? 되었다. 제트 밀링(jetmilling)을 하고, 표준 굵기의 WC를 응집물 분해 및 파편 채질(sieving)을 하고, 입도가 아주 굵은 파편만을 사용해서, WC를 졸-겔법으로 코발트로 피복시킴으로써, 13 내지 14㎛ 및 17 내지 20㎛의 아주 균일한 결정립 크기와, 단지 6중량%의 Co 함유량에서 A02 내지 B02보다 작은 다공성을 갖는 초경합금 등급물이 제작된다. 이것은 종래의 방법으로는 절대 불가능하다.
사암 및 화강암과 같은 경질 형서물의 절삭에 사용되는 초경합금에서 기계적 피로 및 열적 성질 모두가 개선되었음이 또한 밝혀졌다. 소결 동안 WC의 재결정이 없고, 신기술로 인해서 결정 성장 및 결정립 분해 또는 응집이 없음으로 해서 놀라울 정도의 양호한 열적 및 기계적 성질을 갖는 아주 강하고 연속적인 WC 조직(skelton)이 된다.
WC 조직의 접촉도(contiguity)는 종래 방식으로 밀링된 분말 WC-Co 보다 훨씬 높다. 종래 공정으로 제작된 등급은 화강암 및 경질 사암과 같은 경질 형성물의 절삭을 수행할 수 없었으며, 코발트가 용해된 곳에서 전체적으로 붕괴된 표면을 보이며, 더 길고 육각형의 WC 결정립이 뭉게져서 붕괴되고 과도한 열로 인해 팁의 전부분이 없어지게 된다. 크랙은 금방 성장하게 되어서 수분내에 최종 파괴 상태에 도달하도록 커지게 된다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명에 따르는 등급은 깊은 크랙이 없는 안정된 마모 패턴을 보이면서 장시간 동안 경질 형성물을 절삭하는데 명백하게 사용될 수 있다. WC 조직의 높은 접촉도으로 해서, 14㎛의 균일한 결정립을 갖는 6% Co 등급에서 열전도성은 134W/m℃임이 밝혀졌다. 이것은 놀라울 정도로 높은 값이며 순수 WC에서 정상적으로 주어지는 값으로서, 서로 양호하게 접촉하는 이들 곡면으로 된 균일하고 굵은 WC 결정립이 초경합금체 전체에 걸친 열전도성을 전체적으로 판단하여 고마찰력에서도 팁 지점을 놀라울 정도로 차갑게 유지하는 것을 의미한다. 미립 결정립 재료와 비교해서 굵은 결정립 등급에서의 매우 작은 WC/WC 및 WC/Co 결정립계도 또한 결정립계를 통한 열전달이 순수 결정립 자체에서 보다 느리다는 사실로 인해서 뛰어난 열전도성을 얻는데 많은 기여를 하는 것으로 보인다.
열전도성은 5 내지 7%의 Co 함유량을 갖는 등급에서 130W/m℃보다 높아야 한다.
접촉도(C)는 0.5보다 커야하며, 다음의 선형 해석에 의해서 결정되는데,
여기에서, Nwc/wc는 기준선의 단위 길이당 탄화물/탄화물 결정립계의 수이고, Nwc/결합제는 탄화물/결합제 결정립계의 수이다.
본 발명에 따라서 만들어진 6% Co 함유량을 갖고 결정립 크기가 10㎛인 초경합금에서의 접촉도는 0.62 내지 0.66으로, 즉 0.6보다 커야만 하다. 종래 방법으로 제작된 6% Co 함유량을 갖고 결정립 크기가 8 내지 10㎛인 초경합금에서의 접촉도는 단지 0.42 내지 0.44이다.
고온 경도 측정은 놀랍게도 미립의 또는 좀더 불균일한 결정립 크기를 갖는 등급과 비교해서 균일하고 매우 굵은 초경합금 조직이 400℃에서 온도 증가시의 경도 감소가 훨씬 느리다는 것을 보여주고 있다. 실온에서 1480 HV3의 경도를 갖고 6% Co 함유량과 결정립 크기가 2㎛인 등급을 실온에서 1000HV3의 경도를 갖고 6% Co 함유량과 결정립 크기가 10㎛인 등급과 비교하였다. 800℃에서 미립 결정립 등급은 600 HV3의 경도를 가지며, 본 발명에 따르는 등급은 그와 거의 동일하거나 또는 570 HV3 경도를 갖는다.
강도 값, 예를 들어 TRS값은 동일한 조성 및 평균 결정립 크기로 종래의 방식으로 제작된 것과 비교할 때 본 발명에 따라서 제작된 본체에 대해 최대 20% 높으며 1/3의 전성(spread)을 갖는다.
본 발명에 따르면 암석 굴착용으로서, Co만으로 된 결합제 상 또는 Co 및 니켈로 되고 결합제의 최대 25%가 니켈인 결합제 상을 갖는 96 내지 88%의 WC, 양호하게는 95 내지 91 중량%의 WC를 구비하고, 가능하게는 총 조성의 최대 2%까지 세습(Ce) 및 이트륨(Y)과 같은 희토류 금속이 소량 첨가된 초경합금이 제공된다. WC 결정립은 WC에 대한 코발트 피복 공정 때문에 곡면으로 되며, 종래식으로 밀링된 WC와 재결정되지 않거나 또는 결정 성장 또는 매우 날카로운 코너형 결정립을 보이지 않는다. 평균 결정립 크기는 7 내지 30㎛이며, 양호하게는 10 내지 20㎛이다. 상술한 양호한 열기계학적 성질을 초경합금에 제공하기 위해서 접촉도는 0.5이상으로 되어야 하며 따라서 결정립 크기 분포 밴드는 아주 좁아야 한다. 최대 결정립 크기는 평균 값의 두배를 넘지 않아야 하고, 조직내에서 평균 결정립 크기의 반 이하인 것으로 발견된 결정립의 2%보다 많아서는 않된다.
경질 암석의 절삭, 예를 들어 로드-헤더(road-header)로 터널 작업을 할 때, 또는 사암 정상부(roof) 또는 저부(floor)가 절삭되는 경질 석탄의 절삭에 유용한 양호한 실시예에서는 결합제 상 함유량이 6 내지 8%이고 평균 결정립 크기가 12 내지 18㎛인 초경합금이 선호된다.
심한 "스네이크-스킨"을 형성한 암석의 충격식 또는 회전식 드릴 작업에 유용한 다른 양호한 실시예에서는 결합제 상 함유량이 5 내지 6%이고 평균 결정립 크기가 8 내지 10㎛인 초경합금이 선호된다.
본 발명의 방법에 따라서 암석 굴착용 초경합금은 WC분말을 미립 결정립과 조립(coarse) 결정립이 제거된 좁은 결정립 크기 분포를 갖는 분말로 채질을 하거나 또는 하지 않고 제트 밀링에 의해서 제작된다. 그후 이러한 WC 분말은 상술한 미국 특허 중 하나에 따라서 Co로 피복된다. WC 분말은 원하는 최종 조성을 얻기 위해서 가능하게는 좀더 많은 Co 및 압착제와 함께, 주의해서 습식 혼합되어 슬러리로 된다. 또한, 스웨덴 특허 출원 제9702154-7호에 따라서 조립 WC 입자의 침전(sedimentation)을 막기 위해서 농후제(thickener)가 첨가된다. 혼합은 밀링 작업 없이 균일 혼합물이 얻어지도록, 즉 결정립 크기의 감소가 일어나지 않도록 되어야 한다. 슬러리는 스프레이 건조법에 의해서 건조된다. 초경합금체는 스프레이 건조 분말로부터 압착되어서 표준 실무에 따라 소결된다.
[실시예 1]
남아프리카 위트뱅크 지역의 석탄 광산에서, 연속 채광 작업에서 쓰는 국부어택 채굴기(point attack picks)를 갖고서 시험이 수행되었다.
기계 : 조이 연속식 채광기 에이치엠(Joy Continuous Miner HM)
드럼폭 : 6m.
직경 : 1.6m.
채광 속도 : 3m/s. 공구박스 후방부에서 20bar로 수냉.
공구 : 변형물(variant) A 및 B로부터 대체 공구를 구비한 54 상자.
생크(shank) : 25mm
원추형 상부를 구비한 직경 16mm의 탄화물.
층(seam) : 높은 황철광 함유량을 갖는 연마성 석탄. 사암 정상부
석탄 층 높이 : 3.8m
변형물 A : 넓은 결정립 크기 분포를 갖는 8% Co 함유량 및 8 내지 10㎛의 WC 결정립 크기로, 압착제 및 밀링 유체와 함께 볼 밑에서 WC 및 Co 분말을 밀링해서 스프레이 건조되는 종래식 제작. 제1도의 조직 사진을 참조.
변형물 B : 8% Co 함유량 및 10㎛의 WC 결정립 크기로, 미국 특허 제5,505,902호 따라서 제작되는데, 여기서는 결정립 크기가 9 내지 11㎛이고 좁은 결정립 크기 분포를 갖는 분해 응집되고 채질된 WC 분말(최대 결정립 크기는 평균 결정립 크기의 두배를 초과하지 않으며 평균 결정립 크기의 반 이하인 결정립의 2% 보다 작음)이 Co로 피복되고 밀링 유체와 압착제 및 농후제와 조심스럽게 혼합되어 스프레이 건조됨. 이것은 모두 본 발명에 따르는 것이다. 제2도의 조직 사진 참조.
초경합금체는 두 변형물로부터 종래 기술에 따라 압착 및 소결되어 제작되고 동일 과정에서 J＆M의 S-황동으로 공구에 납땜(braze)되었다.
결과 6m 폭 및 14m 깊이의 섹션 또는 520톤의 석탄 채굴 후, 층의 상부에 보이는 큰 암석 개재물 때문에 기계의 심한 진동 및 튀어오름이 감지되었고, 정상부 수준은 갑자기 200mm정도 떨어짐. 기계는 정지되고, 공구가 조사됨.
변형물 A : 11개 공구의 초경합금 파손. 6개의 공구 마모. 17개의 공구 교체.
변형물 B : 4개의 탄화물 파손. 3개의 공구 마모. 7개의 공구 교체. 2번 교대(shift) 후 모든 공구가 제거된다. 1300톤의 석탄이 전체적으로 절삭되고 시험 중단.
변형물 A : 7개의 공구 파손. 16개의 공구 마모. 4개의 공구 양호.
변형물 B : 2개의 공구 파손. 10개의 공구 마모. 15개의 공구 양호.
변형물 A : 채굴기당 14톤의 석탄 생산.
변형물 B : 채굴기당 24톤의 석탄 생산.
[실시예 2]
오스트리아 젤트베그(Zeltweg) 소재의 보에스트-알파인(Voest-Alpine)연구소의 시험 장비(rag) 로, 화강암 블록의 시험이 수행되었다. 알파인 마이너 에이엠 85(Alpine Miner AM 85)로부터의 절삭 헤드를 구비한 붐(boom)이 암석(1×1×1㎥)에서의 오직 한번의 공구 절삭에 사용되엇는데, 이는 절삭 방향에 대해서 직각으로 이동되었다.
기계 인자 : 절삭 속도 : 1.37m/s.
절단 깊이 : 10mm 간격 : 20mm.
최대 힘 : 20ton 암석 : 138MPa의 압축 강도를 갖는 화강암.
석영 함유량 : 58% 체르카(Chercar) 절삭능 지수 : 3.8
공구 : 30 내지 35mm의 계단식 생크를 구비한 1500mm길이의 로드헤더 채굴기.
초경합금 : 직경이 25mm이고 중량이 185g이며 길이가 35mm인 삽입체에 납땜됨.
변형물 A : 6% Co 함유량, 9 내지 10㎛의 결정립 크기, 종래식 제작, 경도 : 1080 HV3.
변형물 B : 8% Co 함유량, 9 내지 10㎛의 결정립 크기, 종래식 제작, 경도 : 980 HV3.
변형물 C : 6% Co 함유량, 14 내지 15㎛의 완전 균일한 결정립 크기(즉 모든 결정립의 약 95%가 14 내지 15㎛이내임), 실시예1에 기재된 방법에 따르는 제작, 즉 980 HV3의 경도로 본 발명에 따라 제작.
변형예들에 대해 각각 3개의 공구들이 암석의 최대 100m 절삭 길이까지 시험 된다. 후방에서 노즐을 수냉. 수압은 100bar. 채굴기 회전은 10。/회전.
결과
변형물 절삭 깊이(m) 마모(mm/m) 마모(gram/m)
A 200 0.18 0.39
B 240 0.23 0.58
C 300 0.07 0.18
주의 : 50m후 2개의 공구가 팁 파손. 40m후 1개의 공구 파손, 두 개의 공구 마모, 모든 공구 조금 마모되었으나 손상 없음.
실시예 2에서의 뛰어난 결과는 변형물 C의 초경합금이 고온 열전도성으로 인해서 저온에서 작업되어, 더 나은 경도 및 내마모성을 얻게 되기 때문이다. 변형물 C의 TRS 값은 동일 경도에서 변형물 B의 것보다 상당히 높은 2850±100N/㎟였다.
물론, 이것은 본 발명에 따라 제작된 초경합금에 대해 뛰어난 결과를 얻게 한다. 변형물 B에 대한 TRS는 2500±250N/㎟이고, 변형물 A에 대한 TRS는 2400±360N/㎟이다.
[실시예 3]
두 종류의 초경합금 버튼을 구비한 충격식 튜브 드릴 작업용 비트(Bit)는 키루나(Kiruna)의 LKAB 철광석에서 제작되어 시험되었다. 초경합금은 8㎛의 WC 결정립 크기와 6중량%의 Co 함유량 및 94중량%의 C함유량을 갖는다.
변형물 A : 원하는 양의 Co, WC, 압착제 및 밀링 유체의 분말이 볼 밑에서 종래의 방식으로 밀링되어,건조되고, 압착되고, 건조됨. 초경합금은 넓은 결정립 크기 분포를 갖는 미세조직을 가짐.
변형물 B : WC 분말이 제트 밀링되어서 6.5 내지 9㎛의 결정립 크기 간격으로 분리되고, 그후 미국 특허 제5,505,902호에 개시된 방법으로 코발트로 피복되어, 2중량%의 Co를 구비한 WC 분말로 됨. 이 분말은 밀링 작업을 하지 않고 원하는 양의 Co와, 농후제, 밀링 유체, 및 압착제와 조심스럽게 혼합됨. 분말은 건조 후 조밀화되고 소결되어 모든 결정립의 약 95% 이상이 6.5 내지 9㎛인 좁은 결정립 크기 분포를 갖는 미세 조직이 됨.
양 변형물의 접촉도가 결정된다.
변형물 A : 0.41
변형물 B : 0.61
직경이 14mm(주연 및 전방)인 버튼은 두 변형물로 제작되어서 각각 5개의 비트로 압착된다. 비트는 편평면으로 된 전방 및 115mm의 직경을 갖는다. 시험 장비는 HL 1000 햄머를 구비한 탐로크 솔로 60(Tamrock SOLO 60)이며, 드릴 작업인자는 다음과 같다;
충격 압력 : 약 175 bar. 공급 압력 : 86 내지 88 bar.
회전 압력 : 37 내지 39 bar, 약 60rpm. 침투 속도 : 0.75 내지 0.95m/분.
시험은 자철광석에서 수행되었으며, 고온을 발생시키고 마모면에서의 열팽창으로 인해서 "스네이크 스킨"을 발생시킨다.
결과
변형물 A : 100m 드릴 작업후, 버튼은 열크랙 패턴을 보이며, 한 개의 비트로부터 버튼의 마모면의 단면을 볼 때, 재료 내로 전파된 작은 크랙이 발견됨. 이들 크랙은 조직 내에 작은 파손을 야기시키며, 버튼은 보다 짧은 수명을 갖게 될 것이다. 비트에 대한 매 100m의 재연삭 후 평균 수명은 530m이다.
변형물 B : 100m 드릴 작업 후, 버튼은 열크랙 패턴을 보이지 않거나 최소의 열크랙 패턴을 보이며, 미세 조직의 단면은 재료 내로 전파된 크랙이 없음을 보여준다. 마모면에서 균열된 결정립의 작은 부분만이 보인다. 매 200m의 재연삭 후 이들 비트에 대한 평균 수명은 720m이다.
[발명의 효과]
상술한 본 발명에 따라서, WC 결정립은 곡면으로 되며, 재결정되지 않거나 또는 결정 성장 또는 매우 날카로운 코너형 결정립을 보이지 않는 등의 성질을 갖는 초경합금체를 얻을 수 있음으로 해서, 가혹한 주기적 하중 및 마찰력으로 인한 고온 및 열기계학적 피로를 발생시키는 적용 분야에서 유용한 공구를 얻을 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. Co만으로 된 결합제 상 또는 Co 및 니켈로 되고 결합제의 최대 25%가 니켈인 결합제 상을 갖는 96 내지 88%의 WC, 양호하게는 95 내지 91 중량 %의 WC를 구비하고, 가능하게는 총 조성의 최대 2%까지 세슘(Ce) 및 이트륨(Y)과 같은 희토류 금속이 소량 첨가된 암석 굴착용 초경합금에 있어서, WC 결정립은 곡면으로 되며, 재결정되지 않거나 또는 결정 성장 또는 매우 날카로운 코너형 결정립을 보이지 않으며, 최대 결정립 크기가 평균 값의 두배를 넘지 않아야 하고 조직내에서 평균 결정립 크기의 반 이하인 것으로 발견된 결정립의 2%보다 작도록 평균 결정립 크기는 8 내지 30㎛, 양호하게는 12 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  2. 제1항에 있어서, 접촉도가 0.5보다 큰 것을 특징으로 하는 초경합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 상 함유량이 6 내지 8%이고 평균 결정립의 크기가 12 내지 18㎛인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 상 함유량이 5 내지 6%이고 평균 결정립의 크기가 8 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 5 내지 7%의 Co 함유량에서 열전도성이 130W/m℃보다 큰 것을 특징으로 하는 초경합금.
  6. 평균 WC 결정립 크기가 8 내지 30㎛인 암석 채굴용 초경합금 제조방법에 있어서, 조립의 WC 분말을 미립 결정립과 조립 결정립이 제거된 좁은 결정립 크기 분포를 갖는 분말로 채질을 하거나 또는 하지 않고 제트 밀링을 하는 단계와, 얻어진 WC 분말을 Co로 피복하는 단계와, 피복된 WC 분말을 밀링 작업을 하지 않고 압착제, 농후제, 및 가능하게는 소정의 최종 조성을 얻기 위해 좀더 많은 Co와 습식 혼합해서 슬러리로 만드는 단계와, 슬러리를 스프레이 건조시켜서 분말로 만들어, 이로부터 얻어진 분말 초경합금체가 압착되어서 표준 실무에 따라 소결되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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