초경합금의 구성 및 특성

초경합금은 분말 야금법으로 제조됩니다. 경도와 용융점이 높은 금속 탄화물(탄화텅스텐 WC, 탄화티타늄 TiC, 탄화탄탈럼 TaC, 탄화나이오븀 NbC 등)을 경질상으로 사용하고, 금속 코발트, 알루미늄 또는 니켈을 결합상으로 사용합니다. 이를 분말로 만들어 일정 비율로 혼합한 후 성형하고, 고온·고압에서 소결합니다.

초경합금에 포함된 고융점·고경도 탄화물의 함량은 고속도강보다 훨씬 많기 때문에 초경합금의 상온 경도는 매우 높습니다(89~93HRA는 78~82HRC에 해당). 내융해성이 우수하고 고온 경도는 800℃~1000℃ 이상에 이를 수 있으며, 허용 절삭 속도는 고속도강보다 4~7배 높습니다. 따라서 고속도강에 이어 절삭 가공에 사용되는 주요 공구 재료입니다. 그러나 일반 초경합금의 굽힘 강도는 고속도강의 1/3~1/2에 불과하고 충격 인성은 고속도강의 1/35~1/4에 불과합니다(즉, 더 취성적임). 따라서 충격과 굽힘을 견디는 능력이 상대적으로 낮습니다.

초경합금의 기계적 특성은 주로 초경합금을 구성하는 탄화물의 종류와 양, 분말 입자 크기 및 결합제 함량에 의해 결정됩니다. 탄화물의 경도와 용융점이 높을수록 초경합금의 고온 경도가 우수합니다. 경질상인 탄화물의 경도와 용융점은 결합제보다 훨씬 높으므로 초경합금 내 탄화물 함량이 많을수록 경도는 높아지지만 굽힘 강도는 낮아집니다. 결합제 비율이 증가하면 강도와 인성이 향상됩니다. 또한 결합제 함량이 일정할 때 탄화물 분말이 미세할수록 결합층이 얇아지며, 이는 상대적으로 결합제가 감소하는 것과 같아 경도는 높아지고 굽힘 강도는 낮아집니다. 결합층의 두께를 줄이지 않고 탄화물 분말을 미세화하면 굽힘 강도를 낮추지 않으면서 경도를 높이는 목적을 달성할 수 있습니다.

일반 초경합금의 적용 범위

일반적으로 초경합금의 내마모성과 인성은 상반되는 관계에 있습니다. 내마모성이 향상되면 인성이 감소하고, 인성이 향상되면 필연적으로 내마모성이 감소합니다. 따라서 합금 등급을 선택할 때는 가공 대상과 가공 조건에 따라 구체적인 사용 요구 사항을 충족해야 합니다.

선정한 등급이 사용 중 조기 균열과 손상이 발생하기 쉬우면 인성이 더 높은 등급을 선택하는 것이 좋습니다. 선정한 등급이 사용 중 조기 마모와 손상이 발생하기 쉬우면 경도가 더 높고 내마모성이 우수한 등급을 선택하는 것이 좋습니다. 다음 등급은 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 경도와 내마모성은 감소하고 인성은 증가합니다: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C. 반대로도 마찬가지입니다.