텅스텐 카바이드: 특성, 용도, 제조

텅스텐 카바이드의 구성 및 특성 이해

텅스텐 카바이드는 동일한 부분의 텅스텐과 탄소 원자의 화학적 결합에 의해 형성된 조밀한 반금속 화합물입니다. 가장 기본적인 형태는 미세한 회색 분말로 존재하지만 가장 일반적으로 "시멘트" 상태로 사용됩니다. 이 공정에는 분말을 금속 바인더(일반적으로 코발트 또는 니켈)로 소결하여 탁월한 경도와 열 안정성을 지닌 소재를 만드는 과정이 포함됩니다. 구어적으로 "산업용 다이아몬드"로 알려진 이 화합물은 강철보다 약 2배 더 단단하고 티타늄이나 표준 주철보다 밀도가 상당히 높습니다.

이 소재의 물리적 특성으로 인해 마찰과 열이 많이 발생하는 환경에서 없어서는 안 될 소재입니다. 약 450~650GPa의 영률을 자랑하므로 극심한 압력 하에서도 변형에 저항할 수 있습니다. 또한 열팽창 계수가 현저히 낮아 공구가 높은 작동 온도에 도달할 때 치수 안정성을 보장합니다. 이러한 특성의 조합은 이 합금으로 만든 부품이 기존의 고속도강 부품보다 훨씬 오랫동안 구조적 무결성을 유지하도록 보장합니다.

일반적인 산업 응용 분야 및 변형

다양성 텅스텐 카바이드 변형을 통해 특정 기계 작업에 맞게 조정할 수 있습니다. 제조업체는 탄화물 입자의 입자 크기와 금속 바인더의 비율을 조정하여 인성이나 내마모성을 우선시할 수 있습니다. 예를 들어, 코발트 함량이 높을수록 광산 드릴 비트에 필수적인 내충격성이 증가하는 반면, 바인더 함량이 낮을수록 정밀 절단 인서트의 경도가 최대화됩니다.

• 금속 가공 및 밀링: 견고한 합금 가공을 위한 엔드밀, 선반 및 드릴 비트 생산에 광범위하게 사용됩니다.
• 광업 및 암석 드릴링: 단단한 암석과 화강암을 부수는 능력으로 인해 "버튼 비트" 및 터널링 쉴드에 사용됩니다.
• 마모 부품: 연마성 유체 또는 고압 환경이 존재하는 노즐, 밸브 시트 및 베어링에 사용됩니다.
• 쥬얼리: 긁힘 방지 기능이 있어 일상 활동에도 손상되지 않는 영구적인 광택을 보장하므로 웨딩 밴드로 선호됩니다.

경도 및 성능 비교 분석

초경합금의 유용성을 평가하려면 이를 다른 일반적인 엔지니어링 재료와 비교하는 것이 도움이 됩니다. 강철은 비용 효율성과 제작 용이성으로 인해 어디에나 존재하지만, 열로 인해 절삭날이 부드러워지는 고속 가공에서는 급속히 실패합니다. 텅스텐 기반 합금은 일반 금속과 CBN(입방정 질화붕소) 또는 다결정 다이아몬드와 같은 초경질 재료 사이의 격차를 해소합니다.

제조 공정: 분말에서 도구까지

초경 공구의 생산은 정교한 분말 야금 공정입니다. 이는 초경합금 분자를 형성하기 위해 극한의 온도에서 가열되는 원시 텅스텐과 탄소의 준비로 시작됩니다. 그런 다음 균일한 농도가 얻어질 때까지 바인더 금속을 사용하여 볼 밀링합니다. 생성된 혼합물은 분무 건조되어 특정한 "녹색" 모양으로 압축할 수 있는 과립을 형성합니다. 이 과립은 깨지기 쉽고 최종 단계에서 수축을 고려하여 크기가 너무 큽니다.

소결 및 열간 등압성형

최종 변형은 소결 중에 진공로에서 발생합니다. 온도는 바인더 금속이 액화되어 탄화물 입자를 함께 끌어당기고 다공성을 제거하는 지점까지 상승합니다. 그 결과 완전히 조밀하고 믿을 수 없을 정도로 단단한 구성 요소가 만들어졌습니다. 많은 고성능 응용 분야에서는 HIP(Hot Isostatic Pressing)도 사용됩니다. 가열 사이클 동안 가스 압력을 가하여 재료에 내부 결함이 없도록 하여 파열 강도를 최대화합니다.

정밀 엔지니어링에 초경을 사용하는 장점

기존 재료 대신 텅스텐-탄소 화합물을 선택하면 여러 가지 장기적인 경제적 이점을 얻을 수 있습니다. 재료의 초기 비용은 더 높지만 공구 수명이 길어지면 교체 빈도와 기계 가동 중지 시간이 줄어듭니다. 이는 일관성이 가장 중요한 자동화된 제조 환경에서 특히 중요합니다.

• 우수한 표면 마감: 소재가 마모에 강하기 때문에 절단 모서리가 더 오랫동안 날카로운 상태를 유지하여 가공된 부품의 마감이 더욱 매끄러워집니다.
• 부식 저항: 화학적 침식을 견딜 수 있도록 다양한 등급의 탄화물이 제조되어 석유 및 가스 추출에 적합합니다.
• 높은 압축 강도: 엄청난 하중을 부서지지 않고 견딜 수 있기 때문에 심지압을 시뮬레이션하는 실험실 실험용 모루에 사용됩니다.