텅스텐 카바이드 막대는 다양한 제조 및 엔지니어링 응용 분야에서 사용되는 매우 다재다능한 공구입니다. 이 단단한 금속은 경도, 내마모성, 강도 및 내구성 특성이 뛰어나 높은 정밀도와 성능이 요구되는 응용 분야에 이상적인 소재입니다.
텅스텐 카바이드는 무엇인가요?
초경합금이라고도 하는 텅스텐 카바이드는 텅스텐 금속 분말과 탄소를 결합하여 만든 복합 재료입니다. 텅스텐 카바이드는 오늘날 상업적으로 사용되는 가장 단단한 금속 중 하나입니다. 모스 경도 척도에서 약 9점으로 티타늄, 크롬, 코발트 합금보다 약간 높습니다.
텅스텐의 녹는점은 3422°C로 모든 금속 중 가장 높습니다. 무게는 강철과 비슷하지만 훨씬 더 밀도가 높아 거의 두 배나 무겁습니다. 텅스텐 카바이드는 경도가 매우 높기 때문에 고온에서도 모양을 유지할 수 있고 마모에 매우 강합니다.
텅스텐 카바이드의 주요 특성
- 극한의 경도 및 높은 고온 경도
- 뛰어난 내마모성 및 내마모성
- 높은 영의 계수
- 낮은 열팽창 계수
- 변형에 대한 내성
- 힘과 강인함
- 내식성
이러한 고유한 특성으로 인해 텅스텐 카바이드는 고온, 마찰, 부식 및 마모가 수반되는 응용 분야에 이상적인 소재입니다. 다른 소재와 차별화되는 몇 가지 주목할 만한 특성도 있습니다:
경도
텅스텐 카바이드는 모스 척도에서 약 9점으로 매우 단단하고 단단합니다. 이보다 더 단단한 재료는 다이아몬드뿐입니다. 텅스텐 카바이드의 경도는 탄소와 텅스텐 원자가 서로 맞물린 결정 구조와 공유 결합에서 비롯됩니다.
텅스텐 카바이드는 경도가 높기 때문에 마모, 마모, 긁힘, 치핑 및 하중에 의한 변형에 대한 내성이 매우 뛰어납니다. 이는 마모성 표면이나 단단한 재료와 상호 작용하는 부품에 매우 유용합니다.
힘
텅스텐 카바이드는 극한의 경도에도 불구하고 높은 강도와 인성을 가지고 있습니다. 강도는 텅스텐과 탄소 원자 사이의 화학 결합에서 비롯됩니다. 텅스텐 카바이드로 만든 부품은 파손 없이 강한 충격을 견딜 수 있습니다.
열 속성
텅스텐 카바이드는 매우 높은 온도에서도 경도를 유지합니다. 강도는 최대 1000°C까지 일정하게 유지됩니다. 열팽창 계수가 낮기 때문에 열충격 스트레스에 강합니다.
내식성
텅스텐 카바이드는 우수한 내식성과 화학적 불활성을 나타냅니다. 제조 및 화학 처리 산업에서 사용되는 대부분의 무기산에 의한 부식에 저항합니다. 그러나 불산에 의해 공격받을 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 로드 제조
텅스텐 카바이드는 막대와 같은 부품으로 제조하기가 어렵고 분말 야금 공정이 필요합니다. 주요 단계는 다음과 같습니다:
밀링 및 믹싱
고순도 텅스텐 금속 분말과 탄소 분말을 볼 밀에서 함께 분쇄하여 균질한 입자 혼합물을 얻습니다. 밀링은 입자 크기를 분해하고 분말을 밀접하게 혼합합니다. 텅스텐과 탄소의 비율에 따라 텅스텐 카바이드의 최종 등급이 결정됩니다.
녹색 콤팩트로 누르기
분쇄된 분말은 냉간 등방성 압착이라는 공정을 통해 원하는 모양으로 압착됩니다. 엄청난 압력이 모든 방향으로 고르게 가해져 그린 컴팩트라고 하는 고체 덩어리가 형성됩니다. 그린 컴팩트는 최종 부품의 모양을 갖지만 다공성이며 깨지기 쉽습니다.
소결
그린 컴팩트는 제어된 수소 분위기에서 텅스텐의 녹는점 바로 밑까지 가열됩니다. 이렇게 하면 텅스텐과 탄소 입자가 액상 소결이라는 공정을 통해 야금학적으로 결합하여 고밀도의 고체 부품으로 만들어집니다. 최종 결과물은 뛰어난 경도를 가진 통합 텅스텐 카바이드 소재입니다.
2차 처리
소결된 텅스텐 카바이드 소재는 최종 로드 치수, 표면 마감, 직진도 및 진원도를 달성하기 위해 연삭, 선반, 밀링 또는 기타 마감 작업과 같은 추가 공정이 필요할 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 막대의 등급
텅스텐 카바이드 막대는 텅스텐과 탄소 비율이 다른 여러 등급으로 제공됩니다. 다양한 등급은 경도, 인성 및 강도 간의 균형을 제공합니다. 로드에 사용되는 일반적인 텅스텐 카바이드 재종은 다음과 같습니다:
- K 등급(K01, K05, K10, K20) - 바인더로 3-25% 코발트가 함유되어 있습니다. 코발트 함량이 높을수록 인성이 증가합니다.
- P 등급(P01, P10, P20) - K 등급과 유사하지만 입자 구조가 더 미세하여 경도가 더 높습니다.
- C 등급(C1, C2, C3, C4) - 코발트 바인더가 없는 순수 텅스텐 카바이드. 탄소 함량이 증가함에 따라 경도는 C1에서 C4로 증가합니다.
- H 등급(H10, H20, H30) - C 등급과 유사하지만 경도의 균일성이 우수하여 내마모성이 높습니다.
- N 등급 - 내식성을 위해 사용되는 니켈 결합 등급입니다.
- M 등급 - 몰리브덴 카바이드-텅스텐 카바이드 합금. 순수 WC보다 고온 경도가 우수합니다.
텅스텐 카바이드 막대의 응용 분야
텅스텐 카바이드 막대는 가장 까다로운 응용 분야에서 탁월한 내마모성과 내구성을 제공합니다. 다음은 가장 일반적인 응용 분야 중 일부입니다:
기계 및 툴링 구성 요소
- 드릴 비트, 라우터 비트, 원형 톱, 선삭 인서트와 같은 절삭 공구
- 펀치 및 다이
- 와이어 드로잉용 드로잉 다이
- 플라스틱 및 금속용 압출 금형
- 성형 및 스탬핑 도구
- 맨드릴, 노즐 및 기타 구성 요소
텅스텐 카바이드는 이러한 공구와 부품이 빠르게 마모되지 않고 강한 마찰, 마모 및 온도를 견딜 수 있게 해줍니다. 또한 경도가 높아 매우 엄격한 허용 오차와 정밀도를 구현할 수 있습니다.
마모 부품 및 표면
- 베어링 및 베어링 표면
- 물개 얼굴
- 볼 밸브 볼 및 시트
- 노즐
- 펌프 임펠러 및 케이싱
- 호퍼, 슈트, 사이클론용 라이닝
WC로드는 마모가 심한 부품을 재건하고 하드페이싱하여 서비스 수명을 연장하는 데 이상적입니다. 또한 내식성이 뛰어나 열악한 환경에서도 안정적으로 작동합니다.
광업 및 건설
- 암반 드릴링 버튼 및 터널 보링 헤드
- 분쇄 및 분쇄 장비
- 마이닝 스크린
- 컨베이어 롤러
- 그레이더 및 제설기 블레이드
텅스텐 카바이드의 극한의 경도 덕분에 이러한 부품은 채굴, 토공 및 건설 작업과 관련된 높은 충격과 마모를 견딜 수 있습니다.
금속 절단 및 가공
- 공작기계용 가이드로드
- 콜릿 및 공구 홀더
- 로봇용 그리퍼 및 엔드 이펙터
- 금속 절단용 프로파일 나이프
- 압출기 스크류 및 샤프트
- 엠보싱 롤러
텅스텐 카바이드는 강성, 경도 및 내열성이 뛰어나 과도한 마모나 변형 없이 까다로운 가공 응용 분야를 견딜 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 막대의 구조적 특성
텅스텐 카바이드 막대는 뛰어난 성능을 가능하게 하는 독특한 구조적 및 기하학적 특성을 가지고 있습니다:
입자 크기
텅스텐 카바이드 입자 크기는 경도와 인성에 영향을 미칩니다. 입자 크기가 1미크론 이하로 미세할수록 최적의 경도를 얻을 수 있습니다. 입자가 거칠수록 인성이 향상됩니다. 로드는 경도를 위해 미세한 입자 크기를 사용하지만 필요한 인성을 위해 코발트를 추가합니다.
다공성
소결 중 텅스텐 카바이드 통합은 가능한 한 다공성을 줄이는 것을 목표로 합니다. 기공을 완전히 제거하는 것은 어렵습니다. 어느 정도의 미세한 다공성은 남아 있지만 엔지니어는 균열 시작점을 방지하기 위해 1% 미만으로 제한하려고 노력합니다.
텅스텐 중량 비율
텅스텐 함량이 높을수록 경도와 영 계수가 증가합니다. 하지만 파단 인성은 감소합니다. 코발트 또는 니켈 바인더는 구부러지고 미세 균열을 연결합니다. 텅스텐 카바이드의 등급은 텅스텐 비율과 바인더의 균형을 맞춰 특성을 최적화합니다.
밀도
텅스텐 카바이드의 이론적 밀도는 15.63g/cc이지만 실제 밀도는 13.5 ~ 15.1g/cc입니다. 밀도가 높을수록 다공성이 적습니다. 대부분의 재종은 경도와 강도를 극대화하기 위해 거의 완전 밀도를 목표로 합니다.
입자 모양
입자는 분말을 분쇄하는 방법에 따라 둥글거나 각진 모양 또는 불규칙한 모양을 가질 수 있습니다. 각진 입자와 맞물린 입자는 전단 강도를 향상시킵니다. 둥근 입자는 균열 전파에 대한 저항력을 높입니다.
표면 마감
로드 표면 마감은 용도에 따라 제어됩니다. 정밀 로드는 32마이크로인치 미만의 우수한 표면 마감을 제공합니다. 거친 미마감 로드는 마모 애플리케이션에 이상적인 높은 경도를 가지고 있습니다.
치수 허용 오차
직진도, 진원도, 직경과 같은 로드 치수는 엄격한 허용 오차를 유지합니다. 정밀 등급 카바이드 로드는 직경에서 +.0002/-.0000인치의 공차를 유지합니다. 따라서 정밀 기기의 성능을 보장합니다.
올바른 등급의 텅스텐 카바이드를 선택하는 방법
최적의 텅스텐 카바이드 재종을 선택하는 것은 주로 응용 분야 요구 사항에 따라 달라집니다. 고려해야 할 주요 요소는 다음과 같습니다:
경도 수준
극한의 내마모성과 내마모성을 위해서는 텅스텐 함량이 높은 경질 재종이 필요합니다. 더 부드러운 재종은 충격이 심한 응용 분야에 더 강합니다.
온도
코발트 함량이 높을수록 고온 경도가 향상됩니다. 순수 텅스텐 카바이드는 600°C 이상에서 부서지기 쉽습니다.
부식 조건
니켈 바인더 등급은 최고의 부식 방지 기능을 제공합니다. 코발트/텅스텐 등급은 묽은 산에 강합니다.
정밀도 요구 사항
P 및 H 등급과 같은 미세한 입자 등급은 최고의 정밀도, 평탄도 및 직진도를 제공합니다.
충격 및 충격력
코발트 및 니켈 바인더가 높을수록 주기적 응력이 높은 응용 분야에서 더 큰 파단 저항성을 제공합니다.
항상 사용 조건에 따라 제조업체의 권장 사항을 참조하세요. 서비스 수명을 극대화하기 위한 최적의 등급 또는 맞춤형 배합을 제안할 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 로드 가공 모범 사례
텅스텐 카바이드는 경도 때문에 가공하기가 매우 까다롭습니다. 그러나 로드 공급업체는 정밀 공차를 달성하기 위해 다음과 같은 기술을 사용합니다:
다이아몬드 연삭
다이아몬드는 텅스텐 카바이드를 연마할 수 있을 만큼 단단한 유일한 연마재 중 하나입니다. 다이아몬드 휠과 벨트는 카바이드 로드를 최종 치수와 표면 마감까지 연마합니다. 절삭유는 열 손상을 최소화하는 데 매우 중요합니다.
방전 가공(EDM)
EDM은 고에너지 전기 스파크를 사용하여 재료를 녹이고 기화시킵니다. 카바이드 로드에서 복잡하거나 섬세한 피처를 가공하는 데 매우 효과적입니다. 흑연 또는 구리 전극이 절단합니다.
레이저 커팅
레이저는 텅스텐 카바이드 봉을 고정밀로 절단하고 복잡한 내부 형상을 구현할 수 있습니다. 레이저는 커프를 따라 카바이드를 국부적으로 녹입니다. 과도한 열은 재료 특성을 변경할 수 있습니다.
하드 터닝
다결정 다이아몬드 또는 입방정 질화 붕소가 포함된 초경 선삭 인서트는 카바이드 로드를 경질 선삭할 수 있습니다. 진동과 진동 소음을 방지하려면 런아웃을 최소화한 견고한 설정이 필수적입니다.
구멍 드릴링
카바이드 봉의 작은 직경 구멍에는 다이아몬드 코팅 마이크로 드릴이 필요합니다. 고압 절삭유는 열과 칩을 추출하는 데 사용됩니다. 펙 드릴링과 잦은 드릴 교체를 권장합니다.
WEDM
와이어 EDM을 사용하면 공구의 힘이나 열 없이 카바이드 로드에 정확한 절삭, 구멍 및 슬롯을 만들 수 있습니다. 와이어가 공작물에 닿지 않으므로 공구 마모가 발생하지 않습니다. 극도로 미세한 와이어로 작은 정밀 기능을 구현할 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 로드 관리 방법
텅스텐 카바이드 막대의 작동 수명을 최대화하려면 적절한 관리와 유지보수가 필수적입니다:
- 적절한 절단 매개변수 사용 - 과도한 열, 이송 및 속도 피하기
- 침수 절삭유 사용 - 가공 중 열 미세 균열 방지
- 조심스럽게 다루기 - 강도를 떨어뜨리는 칩, 찍힘, 긁힘 방지
- 철저한 청소 - 모든 오일, 그리스, 모래, 때 및 잔여물을 제거합니다.
- 올바른 보관 - 진동이 없는 깨끗하고 건조한 곳에 보관하세요.
- 주기적인 점검 - 칩, 균열, 부식 또는 손상 여부 확인
- 마모된 경우 리컨디셔닝 - EDM, 연마 또는 기타 방법으로 마모된 표면을 다시 닦습니다.
- 손상된 경우 교체 - 부러지거나 금이 가거나 부러진 막대를 재사용하지 마세요.
텅스텐 카바이드 막대는 적절한 관리를 통해 가장 까다로운 응용 분야에서도 수년간 신뢰할 수 있는 고성능을 제공할 수 있습니다. 특정 등급의 텅스텐 카바이드에 대한 이상적인 취급, 유지보수 및 보관 절차에 대해서는 제조업체의 권장 사항을 참조하세요.
자주 묻는 질문
텅스텐 카바이드 막대의 주요 장점은 무엇인가요?
텅스텐 카바이드 로드는 극한의 경도, 내마모성, 강도 및 내열성으로 까다로운 응용 분야에서 다른 공구 재료보다 뛰어난 성능을 발휘합니다. 정밀도와 강성이 뛰어나 고정밀 기기에서도 정확한 성능을 발휘합니다.
텅스텐 카바이드는 왜 그렇게 단단한가요?
텅스텐 카바이드의 경도는 단단하게 맞물린 결정 구조와 텅스텐과 탄소 원자 사이의 강력한 공유 결합에서 비롯됩니다. 자연계에서 이 원자 결합 강도와 일치하는 재료는 거의 없기 때문에 텅스텐 카바이드는 매우 단단하고 견고합니다.
텅스텐 카바이드 막대를 사용하는 산업은 무엇입니까?
주요 산업으로는 제조, 항공우주, 자동차, 전자, 섬유, 석유 및 가스, 광업, 건설, 의료 등이 있습니다. 마모, 마찰, 마모 또는 고정밀이 필요한 모든 응용 분야에는 텅스텐 카바이드를 사용합니다.
텅스텐 카바이드 봉을 가공할 수 있습니까?
예, 텅스텐 카바이드는 다이아몬드 연삭, EDM 또는 레이저 절삭을 사용하여 가공할 수 있습니다. 마무리 절삭을 위해 CBN 또는 PCD 인서트를 사용한 하드 터닝도 가능합니다. 경도가 높기 때문에 이송/속도가 느리고 공구를 더 자주 교체해야 합니다.
텅스텐 카바이드 막대의 수명은 얼마나 되나요?
설계 매개변수 내에서 적절히 선택된 등급을 사용하면 극한 환경에서도 수십 년 동안 사용할 수 있습니다. 코발트 함량과 제조 품질이 작동 수명을 결정합니다. 주기적인 리컨디셔닝을 통해 서비스 수명을 무기한 연장할 수 있습니다.
텅스텐 카바이드 막대는 어떻게 만들어지나요?
제조에는 텅스텐과 탄소 분말을 밀링하고 압축하여 고온에서 소결하여 견고한 통합 부품을 형성하는 과정이 포함됩니다. 연삭과 같은 2차 가공 공정을 통해 최종 로드 치수와 마감 처리가 이루어집니다.
텅스텐 카바이드 봉을 용접하거나 납땜할 수 있습니까?
예, 텅스텐 카바이드는 특수 용접 방법을 사용하여 자체 또는 다른 재료에 접합할 수 있습니다. 은 함량이 높은 합금으로 브레이징하는 것이 일반적입니다. 카바이드에서 탄소 이동을 방지하기 위해 엄격한 공정 제어가 필요합니다.
텅스텐 카바이드 막대는 비쌉니까?
텅스텐 카바이드는 재료 및 제조 비용으로 인해 강철보다 비쌉니다. 그러나 수명이 길기 때문에 극심한 마모가 발생하는 응용 분야에서는 장기적으로 비용 효율성이 더 높습니다. 비용은 등급, 크기 및 품질에 따라 다릅니다.
텅스텐과 텅스텐 카바이드의 차이점은 무엇인가요?
텅스텐은 순수한 경금속인 반면 텅스텐 카바이드는 텅스텐 분말과 탄소로 만든 복합재입니다. 텅스텐 카바이드는 텅스텐-탄소 매트릭스로 인해 훨씬 더 단단합니다. 순수 텅스텐은 더 부드럽지만 고온 특성이 뛰어납니다.
텅스텐 카바이드는 위험한가요?
대부분의 카바이드 재료와 마찬가지로 텅스텐 카바이드 막대는 고체 형태로 건강 또는 환경 위험을 거의 일으키지 않습니다. 그러나 연삭 시 미세한 분진을 흡입하는 것은 피해야 합니다. 텅스텐 카바이드를 가공할 때는 항상 안전 수칙을 준수하고 적절한 환기가 이루어지도록 하십시오.
결론
최고의 경도 등급과 타의 추종을 불허하는 내마모성을 갖춘 텅스텐 카바이드는 막대, 바, 판재 또는 기타 공구 형태로 모든 산업에서 가장 까다로운 응용 분야에서 선택되는 소재가 되었습니다. 각 응용 분야에 맞는 최적의 등급을 선택하고 텅스텐 카바이드를 적절히 관리하면 제조업체는 가동 중지 시간을 줄이고 장비 수명을 연장하며 생산성을 높일 수 있습니다. 재료 엔지니어들이 새로운 등급과 나노 크기의 초경 복합재를 계속 혁신함에 따라 이 다재다능하고 내구성이 뛰어난 소재의 광범위한 채택에 대한 미래는 밝아 보입니다.
