니켈 기반 텅스텐 카바이드 합금의 파라미터

1. 화학 성분이 기본 특성을 결정합니다. 니켈 기반 WC 합금에서 니켈은 기본 원소로 작용하며, 일반적으로 60% - 85%의 조성을 구성합니다. 일부 맞춤형 항공우주 합금 부품의 경우 니켈 함량이 75%에 달하여 우수한 인성과 내식성을 제공합니다. 텅스텐 카바이드 (WC)는 핵심 강화 단계로, 일반적으로 15% - 40%에 존재합니다. 광산 기계 합금 부품의 마모판의 경우, WC 함량이 30%이면 표면 경도가 크게 증가합니다. 니켈과 WC 외에도 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 등의 원소가 첨가되는 경우가 많습니다. 예를 들어 고온 환경에서 작동하는 합금 절삭 공구에는 5% - 15% Cr이 포함되어 표면 산화를 효과적으로 방지하는 등 크롬은 산화 저항성을 향상시킵니다. 몰리브덴은 고온 강도를 향상시키며, 항공 엔진 부품에 첨가하면 800°C에서도 합금이 우수한 강도를 유지할 수 있습니다.

2. 경도 지표의 현저한 변화. 니켈 기반 WC 합금의 경도는 가공 기술 및 용도에 따라 상당히 다양합니다. 분말 야금으로 제조하고 소결한 합금은 HRC 60 - 70의 경도 수준을 달성할 수 있습니다. 자동차 부품 공장에서 이러한 방식으로 생산된 금형은 수만 번의 금속 스탬핑 사이클을 큰 마모 없이 견뎌냅니다. 오버레이 용접(하드페이싱)은 일반적으로 경도가 약 800~1200인 합금 층을 생성합니다. 포트 크레인 그랩의 립 가장자리에 오버레이 용접을 통해 니켈 기반 WC 합금을 적용하면 내마모성이 크게 향상됩니다. 이전에는 6개월마다 교체해야 했던 그랩은 하드페이싱 후 최대 2년까지 사용할 수 있습니다.

3. 비교적 안정적인 밀도 값. 니켈 기반 WC 합금의 밀도는 일반적으로 10~12g/cm³입니다. 이 밀도는 합금 부품을 주조할 때 매우 중요합니다. 예를 들어, 대형 합금 베어링 시트를 생산하는 한 주조소는 밀도에 영향을 미치는 합금 조성 변동으로 인해 주조 부품의 무게 편차가 크게 발생했습니다. 일반적으로 니켈 함량이 높고 WC 함량이 낮으면 밀도가 낮아지고, 반대로 WC 함량이 높으면 밀도가 높아집니다. 정밀 기기 합금 부품의 경우 중량이 설계 사양을 충족하려면 엄격한 밀도 제어가 필수적입니다.

4. 뛰어난 고온 성능. 니켈 기반 WC 합금은 고온 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 일반적인 작동 온도 범위는 600°C - 1000°C입니다. 화력발전소의 보일러 배관 용접 수리에서 니켈 기반 WC 합금 용접봉을 사용하면 850°C 고온 증기의 세정 작용에도 배관이 우수한 내마모성과 강도를 유지할 수 있습니다. 900°C에서도 합금의 인장 강도는 여전히 500MPa를 초과할 수 있습니다. 예를 들어, 제철소의 재가열로 롤러 테이블 표면을 니켈 기반 WC 합금으로 코팅한 결과 950°C 강철 빌릿의 압연 압력 하에서 마모가 최소화되어 롤러 교체 빈도가 크게 감소했습니다.

5. 탁월한 내마모성. 합금의 내마모성은 WC 함량과 밀접한 관련이 있습니다. 광석 분쇄 시 마찰이 심한 광산에서 볼 밀 라이너에 니켈 기반 WC 합금을 사용하면 35% WC 함량이 있는 라이너가 표준 강철 라이너보다 5배 더 오래 지속됩니다. 시멘트 생산 라인에서 시멘트를 이송하는 파이프 엘보우에 니켈 기반 WC 합금 마모 플레이트를 사용하면 1년 이상 지나도 마모가 최소화되는 반면, 표준 플레이트는 수개월 만에 마모됩니다. 레이저 재용융과 같은 표면 처리는 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 한 기계 공장은 표면을 레이저 재용융한 후 합금 금형의 마모 수명을 30%까지 늘렸습니다.

6. 내식성은 다양합니다. 니켈 기반 WC 합금은 부식성 매질에 따라 다른 내식성을 나타냅니다. 묽은 황산 용액에서는 Mo 함량이 높은 합금이 더 나은 내식성을 나타냅니다. 일부 화학 공장에서는 반응 용기 교반기 블레이드에 이러한 합금을 사용하여 묽은 황산에서 2년이 지난 후에도 표면 부식이 경미하게 나타납니다. 바닷물 환경에서는 Cr과 Mo가 포함된 합금이 염화물 이온 부식에 효과적으로 저항합니다. 해양 석유 플랫폼 장비의 니켈 기반 WC 합금으로 제작된 부품은 장기간의 해수 침수 및 세정에도 우수한 성능을 유지하여 부식으로 인한 고장을 방지합니다.

7.열팽창 계수는 애플리케이션에 영향을 미칩니다. 니켈 기반 WC 합금의 열팽창 계수(TEC)는 일반적으로 (8 - 12) × 10-⁶/°C입니다. 이 매개변수는 고온 장비를 조립할 때 매우 중요합니다. 예를 들어, 항공 엔진 터빈 블레이드를 디스크 허브에 조립할 때는 재료의 TEC가 일치해야 합니다. 불일치가 심하면 엔진 시동/정지 온도 주기 동안 높은 열 응력이 발생하여 블레이드가 느슨해지거나 파손될 수 있습니다. 고온 파이프용 확장 조인트를 설계할 때도 자유로운 열 이동을 보장하고 응력 손상을 방지하기 위해 합금의 TEC를 고려해야 합니다.

8. 용접은 도전 과제를 제시합니다. 니켈 기반 WC 합금을 용접하려면 특수 공정이 필요합니다. WC의 높은 경도와 융점으로 인해 용접 시 균열과 다공성이 발생하기 쉽습니다. 부품 수리 시 잘못된 용접 방법을 사용하면 용접부에 균열이 심하게 발생하여 부품 불합격으로 이어질 수 있습니다. 올바른 용접을 위해서는 특수 전극과 용접 전류 및 속도 제어가 필요합니다. 용접 전에 부품을 200°C~300°C로 예열하고 용접 후 천천히 냉각하는 것은 열 응력 균열을 방지하는 데 필수적입니다.

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