소결 초경합금 플레이트초경합금 플레이트는 내화성 금속 탄화물 분말을 금속 바인더로 압축 및 소결하여 만들어집니다. 경도와 내마모성이 매우 높아 극한의 조건에서 내구성이 요구되는 용도에 적합합니다.
소결 초경 판 개요
소결 초경판은 다음과 같은 복합 재료로 구성됩니다:
- 내마모성을 제공하는 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈 카바이드(TaC)와 같은 경질 카바이드 입자
- 카바이드 입자를 함께 고정하는 코발트, 니켈 또는 철과 같은 금속 바인더
분말 야금을 통해 분말 혼합물을 압축한 다음 고온에서 소결하는 방식으로 생산됩니다. 이렇게 하면 탄화물 입자와 바인더가 바인더 매트릭스에 분산된 탄화물의 미세 구조로 융합됩니다.
소결 초경 플레이트의 이점:
- 매우 높은 경도 및 내마모성
- 고온에서 강도 유지
- 마모, 침식 및 부식에 대한 내성
- 다양한 온도 범위에서 치수 안정성
- 파우더 구성 변경을 통한 맞춤형 특성
- 복잡한 지오메트리 생성 가능
애플리케이션:
소결 초경판은 극한의 기계적, 열적 또는 화학적 스트레스를 받는 상황에서 내구성이 요구되는 응용 분야에서 사용됩니다:
- 절삭 공구, 밀링, 드릴링
- 다이, 펀치
- 씰 면, 노즐
- 고마모 라이닝 및 플레이트
- 광업 및 석유 시추 장비
- 고온 용광로 요소
다음은 초경합금 등급과 그 특성을 비교한 것입니다:
| 등급 | 경도(HRA) | 가로 파열 강도(MPa) | 주요 애플리케이션 |
|---|---|---|---|
| P10-P20 | 86-90 | 340-550 | 범용 마모 부품 |
| P30-P40 | 90-94 | 550-970 | 드로잉 다이, 전단 블레이드 |
| P50-P60 | 92-96 | 690-1100 | 인서트 절단, 드릴링, 밀링 |
| P01 | 89-93 | 480-690 | 고온 및 내화학성 |
소결 초경판의 구성
소결 초경판의 핵심 성분은 다음과 같습니다:
카바이드 파우더:
- 텅스텐 카바이드(WC) - 내마모성으로 인해 가장 널리 사용됩니다.
- 티타늄 카바이드(TiC) - 고온에서의 높은 경도
- 탄탈 카바이드(TaC) - 매우 단단하고 화학적 안정성이 우수합니다.
- 니오븀 카바이드(NbC) - 고강도 및 파단 인성
바인더 금속:
- 코발트(Co) - 가장 일반적이며 강도와 인성을 제공합니다.
- 니켈(Ni) - 내산성을 위해 추가됨
- 철(Fe) - 코발트의 저렴한 대체재
추가 요소:
- 바나듐, 크롬, 몰리브덴 - 곡물 성장 억제용
- 탄소, 질소 - 상 변환에 영향을 미치는 경우
물리적, 기계적, 화학적 특성을 최적화하기 위해 구성을 다양하게 변경할 수 있습니다. 몇 가지 예시입니다:
| 등급 | 구성 |
|---|---|
| 일반 목적 | 88% WC - 12% Co |
| 높은 인성 | 76% WC - 10% TiC - 14% Co |
| 높은 내열성 | 65% WC - 35% TaC - 9% Co |
| 내산성 | 73% WC - 8% TiC - 8% TaC - 3% Ni - 8% Co |
속성 소결 초경 플레이트
소결 초경판의 독특한 특성은 더 단단한 금속 바인더 매트릭스에 의해 지지되는 경질 초경 입자의 특수한 복합 미세 구조에서 비롯됩니다:
물리적 속성
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 13-16g/cc |
| 다공성 | <1%(P/M 성적의 경우) |
| 입자 크기 | 1-10 미크론 |
| 확장 계수 | 4-6 x 10-6 /K |
기계적 특성
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 경도 | 최대 96 HRA(1700 HV) |
| 가로 파열 강도 | 최대 2.5 GPa |
| 압축 강도 | 최대 8 GPa |
| 골절 인성 | 최대 30MPa√m |
| 영의 계수 | 500-700 GPa |
물리적 및 기계적 특성은 조성, 분말 특성, 소결 파라미터 및 열처리 조건에 따라 맞춤 설정할 수 있습니다.
주요 재료 특성:
- 금속 바인더로 지지되는 각진 카바이드 입자가 있는 미세 구조
- 높은 상대 밀도 > 98% 이론 밀도
- 미세한 1~10미크론 카바이드 입자의 균일한 분포
- 강도와 인성을 위한 최적의 바인더 양
- 모공이나 균열과 같은 내재적 결함 최소화
소결 초경판 제조 공정
분말 야금 기술을 통해 소결 탄화물 판재 및 다양한 제품을 제조합니다:
단계
- 밀링: 카바이드와 바인더 금속 분말을 함께 분쇄하여 균일한 혼합을 보장합니다.
- 압축: 입상 분말 혼합물을 100-300MPa의 압력에서 원하는 모양으로 압축합니다.
- 디바인딩: 압축된 형태에서 유기 바인더가 제거됩니다.
- 소결: 그린 콤팩트는 제어된 분위기의 용광로에서 1400-1500°C로 가열하여 밀도를 높입니다.
- 마무리: 소결 부품은 연마, 가공 및 최종 치수에 맞게 래핑됩니다.
소결 프로세스 파라미터:
- 온도: 1350-1500°C
- 대기: 진공 또는 불활성 수소/질소
- 시간: 몇 시간에서 최대 수십 시간까지
- 압력 지원: 열간 프레스 또는 열간 등방성 프레스
- 냉각 속도: 최적의 미세 구조 개발에 중요
고급 제조 방법
- 금속 사출 성형(MIM)으로 복잡한 형상 구현 가능
- 바인더 분사 및 선택적 레이저 용융을 통한 적층 제조(AM)
- 적층 제조(HLM)는 AM과 머시닝을 결합합니다.
특성 및 특징
미세 구조적 특징
- 일부 에타 상이 있는 Co 매트릭스의 각진 WC 입자
- 평균 WC 입자 크기 1~10미크론 사이
- 비정상적으로 큰 입자가 없는 균일한 미세 구조
- 최소한의 고유 다공성으로 거의 전체 밀도에 근접
- 균열, 공극, 내포물 또는 이와 유사한 결함 없음
물리적 특성
- 이론상 98% 이상의 높은 상대 밀도를 가진 고밀도 구조
- 설계 사양에 따른 균일한 모양과 형상
- 10 미크론 Ra 미만의 매끄러운 표면 마감
- 모서리 또는 외부 및 내부 프로파일 모따기
- 치수 공차 ±0.2% 공칭 치수
기계적 특성
- 등급에 따라 1600-1800 HV의 비커스 경도
- 뛰어난 내마모성 및 침식성 내마모성
- 칩핑, 균열 또는 파손에 대한 강한 내성
- 우수한 가장자리 강도 및 내충격성
- 평균 파단 인성 약 12-18 MPa√m
성능 특성
- 운영 조건 전반에서 일관되고 예측 가능한 마모 행동
- 극한의 압력과 온도에서 길고 안정적인 공구 수명 보장
- 낮은 CTE로 인한 뛰어난 열 충격 저항
- 질산 또는 불산을 제외한 대부분의 산에 화학적으로 불활성입니다.
- 습한 환경에서의 부식 최소화
소결 초경판의 일반적인 응용 분야
경도, 강도 및 내화 특성의 최적화된 균형으로 인해 소결 초경 플레이트는 다음과 같은 열악한 응용 분야에서 탁월한 서비스 수명을 제공합니다:
내마모성 및 내마모성
- 커팅 인서트 및 커팅 도구
- 드로잉 다이
- 노즐, 씰, 밸브 시트
- 펌프 임펠러 및 케이싱
- 펠릿화 장비 라이너
- 광산 산업의 슈트, 나사, 밀
고온 및 내식성
- 가마 차량 및 용광로 라이닝
- 열전대 보호 튜브
- 반도체 산업의 스퍼터링 타겟
- 화학 산업의 플런저 및 스템
전문 엔지니어링 애플리케이션
- 방탄 갑옷 및 복합 판재
- 마이크로드릴 비트
- 광학 및 레이저 장비 구성 요소
대부분의 응용 분야에서는 필요한 인성, 충격 또는 열충격 저항 수준에 따라 다양한 양의 금속 바인더가 포함된 소결 카바이드 재종을 사용합니다. 서비스 조건에 따라 플레이트의 적절한 등급, 두께, 크기 및 공차를 선택할 수 있습니다.
| 산업 | 구성 요소 | 성적 예시 |
|---|---|---|
| 가공 | 커팅 인서트 | 스틸 터닝용 P25 알루미늄 가공용 P35 고속 가공용 P50-P60 |
| 금속 성형 | 드로잉 다이, 펀치 | 혼합 세라믹이 포함된 P20-P40 |
| 석유 시추 | 씰면, 유체 노즐 | 내식성을 위한 C1-C3 내마모성을 위한 C5-C7 |
소결 초경판의 크기 사양
소결 초경 판재는 일반적인 두께가 1mm에서 50mm에 이르는 표준 및 맞춤형 크기로 생산됩니다. 두께가 4mm 이상인 플레이트는 소결-HIP로 제조되며 더 얇은 1~3mm 플레이트는 프레스 및 소결로 제조할 수 있습니다:
표준 크기 사용 가능
- 최대 400mm x 400mm 크기의 정사각형 플레이트
- 다양한 길이와 너비의 직사각형 플레이트
- 최대 직경 300mm의 원형 플레이트 또는 디스크
- 고객 요구 사항에 맞는 크기로 잘라내기
두께 범위
- 0.5mm~1mm 두께의 초박형 플레이트
- 두께 > 1mm ~ 4mm의 표준 플레이트
- 열간 등방성 프레스로 제작된 4mm 이상의 두꺼운 플레이트
치수 공차
| 차원 | 허용 오차 |
|---|---|
| 길이 / 너비 | ±0.20% |
| 두께 | ±0.25% |
| 평탄도 | 25mm당 ±0.10% |
| 각도 | 1도 |
적절한 플레이트 치수(두께, 표면적 및 크기)는 최종 애플리케이션 요구 사항에 따라 선택됩니다. 두꺼운 플레이트는 마모 애플리케이션에서 더 높은 하중을 견디며, 얇은 0.5~1mm 등급은 씰 면 또는 스퍼터링 타겟으로 사용됩니다.
소결 초경판의 등급 및 표준
소결 초경 재종은 ISO, ASTM 및 국가 표준 기관에서 발표한 분류 체계에 따라 복합재 등급, 분말 공급원 및 공정에 따라 표준화된 조성을 가지고 있습니다:
복합 클래스
- 구조에 따라 P, M 또는 K 등급으로 지정된 초경합금
- 다양한 카바이드가 첨가된 WC-Co를 기준으로 한 P 등급
- 고온 강도를 위해 Mo가 추가된 M 등급
- 내마모성을 위한 NbC 및 TaC 함량이 포함된 K 등급
분말 공급 원료
- 순도에 따라 인증된 카바이드 분말 공급원
- 금속 바인더 분말은 입자 크기와 모양이 있어야 합니다.
- 탄소 함량, 억제제, 곡물 성장제
분류 기준
| 표준 | 정의된 성적 |
|---|---|
| ISO 513 | 초경합금 재종 구성 및 응용 분야 |
| ASTM B766 | 미세 구조, 물리적 및 기계적 특성에 대한 요구 사항 |
| JIS C 4020 | 초경합금 재종에 대한 일본 산업 표준 |
이러한 표준은 소결 초경 제품 사양 및 등급이 품질 관리 및 부품 상호 호환성을 위해 전 세계적으로 표준화된 특성을 갖도록 보장합니다.
소결 초경판의 공급업체 및 비용
소결 초경합금 플레이트는 초경합금 및 기술 세라믹 생산을 전문으로 하는 여러 글로벌 공급업체에서 제공합니다. 원자재 및 에너지 비용이 저렴하기 때문에 아시아 제조업체가 시장을 장악하고 있습니다.
주요 소결 초경 공급업체
- 샌드빅 하드 머티리얼즈(스웨덴)
- 세라티지트 그룹(룩셈부르크)
- NTK 절삭 공구(일본)
- 주저우 초경합금(중국)
- 탈갈로이 주식회사(일본)
가격 책정
- 플레이트 당 비용은 크기, 필요한 등급, 주문량에 따라 다릅니다.
- P10 등급의 경우 개당 $5에서 초미세 또는 열간 압연 등급의 경우 개당 $250까지 다양합니다.
- 평균 비용은 일반적인 중급 등급의 경우 플레이트당 $25-50입니다.
소싱 고려 사항
- 맞춤형 성적의 리드 타임은 10~12주입니다.
- 표준 카탈로그 사이즈에 더 빠르게 준비된 재고 제공
- 공인 유통업체를 통한 소싱에 최적
예산을 추정할 때 최종 애플리케이션 요구 사항에 따라 소재 등급이 선택되고, 이에 따라 판당 비용이 결정됩니다. 애플리케이션 엔지니어와 상의하여 주어진 작업 조건에 가장 비용 효율적인 등급을 선택하는 데 도움이 됩니다.
장점과 단점 소결 초경 플레이트
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 뛰어난 경도 및 내마모성 | 낮은 골절 인성으로 부서지기 쉬움 |
| 고온에서도 유지되는 강도 | 열충격 균열에 민감 |
| 대부분의 산과 용매에 화학적으로 불활성입니다. | 강철보다 상대적으로 비싼 |
| 일관되고 안정적인 동작 | 경도로 인해 다이아몬드 연마 필요 |
| 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. | 강철에 비해 낮은 굽힘 강도 |
| 구성 및 가공을 통한 맞춤형 | 강도를 위해 코발트 바인더가 필요함 |
| 캐스트 카바이드보다 우수한 마감 | 경도로 인해 기계 가공이 어려움 |
초경합금은 언제 사용하나요?
강철이 작동 조건을 견딜 수 없는 경우 소결 탄화물을 고려하세요:
- 극도로 마모된 마모
- 높은 하중 및 접촉 스트레스
- 반복적인 충격 또는 주기적인 부하
- 500°C를 초과하는 온도
- 부식성이 강한 화학 물질 노출
소결 초경은 언제 피해야 하나요?
- 스프링백이 필요한 유연한 구성 요소의 경우
- 기계적 충격 부하가 발생할 가능성이 있는 애플리케이션
- 높은 골절 인성이 필요한 상황
- 강철로 충분할 수 있는 비용 중심 애플리케이션
노즐, 씰, 다이와 같이 극한 조건에서 작동하는 많은 핵심 부품의 경우 초경합금은 높은 초기 가격에도 불구하고 최고의 소재 선택입니다.
다른 카바이드 재종과의 비교
| 매개변수 | 소결 초경 | 캐스트 카바이드 | PVD 코팅 카바이드 |
|---|---|---|---|
| 구성 | 소결 기능이 있는 WC-Co | 바인더 없음, 캐스트 미세 구조 | PVD 코팅이 적용된 WC-Co 기판 |
| 경도 | 최대 96 HRA | 85-88 HRA | 92-94 HRA |
| 가로 파열 강도 | 550 - 1100 MPa | 210 - 350 MPa | 500 - 600 MPa |
| 골절 인성 | 10 - 25 MPa√m | 3 - 6 MPa√m | 8 - 15 MPa√m |
| 내화학성 | 평균 | 우수 | 우수한 부식 방지 |
| 열 충격 저항 | 공정 | 최고 | 열 피로에 대한 우수한 내성 |
| 제조 가능성 | 복잡한 PM 부품 | 캐스팅을 위한 지오메트리 제한 | 소결 후 코팅 |
| 애플리케이션 예시 | 절삭 공구, 금형 | 씰 면, 밸브 부품 | 드릴링, 밀링, 터닝 인서트 |
주요 차이점:
- 캐스트 카바이드는 결합력이 낮기 때문에 매우 부서지기 쉽습니다.
- 소결강은 맞춤형 WC-Co 조성을 통해 경도와 인성의 최상의 균형을 제공합니다.
- 불활성 및 내산화성을 향상시키는 PVD 코팅
최적의 카바이드 솔루션은 예상 응력, 온도, 정밀도 요구 사항 등 최종 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다. 재료 전문가와 상담하는 것이 좋습니다.
자주 묻는 질문
Q: 소결 초경 판은 산성에서 사용하기에 적합합니까?
A: 소결 카바이드 플레이트는 평균적인 내화학성을 제공합니다. 니켈 바인더가 포함된 맞춤형 등급은 산에 대한 내성이 향상되었습니다. 그러나 WC와 바인더를 모두 공격하는 농축 HF, HNO3 또는 고온 H2SO4와 함께 사용해서는 안 됩니다.
Q: 초경합금에서 입자 성장 억제제의 기능은 무엇인가요?
A: VC, Cr3C2, TaC를 소량 첨가하면 소결 시 WC 입자 크기를 제어할 수 있습니다. 2미크론 미만의 미세한 입자는 경도와 강도를 향상시킵니다. 입자 성장 억제제는 WC-Co 경계에 두 번째 단계를 형성하여 오스트발트 숙성을 제한합니다.
질문: 애플리케이션에 코발트 함량이 높거나 낮은 등급을 사용해야 하나요?
A: 9-15% 코발트가 높을수록 WC 입자와 결합하여 파단 강도와 내충격성은 향상되지만 경도는 약간 낮아집니다. 낮은 3-6% 코발트는 내마모성을 위해 경도를 최대화하지만 TRS가 낮아 제품이 더 부서지기 쉽습니다.
Q: 초경합금 부품에서 열 균열이 발생하는 원인은 무엇인가요?
A: 탄화물은 강철 부품에 비해 열팽창이 훨씬 낮습니다. 급격한 가열 또는 냉각은 CTE 불일치로 인해 열 응력을 유발합니다. 이러한 일시적인 응력은 카바이드 내부에서 균열이 시작되고 전파되어 강도를 급격하게 감소시킵니다.
Q: 복잡한 형태의 씰, 금형은 소결 초경으로 어떻게 생산되나요?
A: 분말 사출 성형을 통해 미세 분말에서 시작하여 복잡한 그물 모양에 가까운 부품을 제조합니다. 이를 통해 설계 사양에 맞는 정밀한 부품을 바인더 제거 및 치밀화 후 소결할 수 있습니다.
