초경합금 텅스텐 카바이드의 허용 응력

초경합금 텅스텐 카바이드 는 엔지니어링 설계에 자주 사용되며, 초경합금 텅스텐 카바이드의 허용 응력을 이해하면 엔지니어가 적합한 재료를 선택하는 데 도움이 됩니다. 허용 응력은 재료가 장기간 안전하게 견딜 수 있는 최대 응력을 의미하며, 이 값을 초과하면 변형이나 파손이 발생할 수 있습니다. 대표적인 경질 합금인 초경합금 텅스텐 카바이드의 허용 응력은 조성, 온도, 가공 기술 및 기타 요인에 의해 영향을 받습니다. 구체적인 값은 실제 조건에 따른 분석이 필요합니다.

텅스텐과 탄소 원자로 구성된 초경 텅스텐 카바이드는 천연 다이아몬드의 경도에 근접하며 뛰어난 내마모성을 나타냅니다. 이 소재는 종종 코발트를 바인더 상으로 사용하는데, 코발트 함량이 높을수록 인성은 향상되지만 경도와 허용 응력은 감소할 수 있습니다. 예를 들어 6% 코발트를 사용한 초경합금 텅스텐 카바이드는 일반적으로 압축 강도가 4,000~5,000MPa이지만, 실제 허용 응력은 압축 강도의 1/5~1/3인 안전 계수를 적용합니다.

온도는 허용 응력에 큰 영향을 미칩니다. 초경합금 텅스텐 카바이드는 실온에서는 안정적이지만 500°C 이상에서는 연화되어 허용 응력이 급격히 떨어집니다. 실험 데이터에 따르면 허용 응력은 100°C 온도 상승당 약 8%-12% 감소하는 것으로 나타났습니다. 고온 애플리케이션은 냉각 시스템 설계와 온도 모니터링에 세심한 주의가 필요합니다.

제조 공정이 소재 성능을 직접 결정합니다. 저압 소결을 통해 생산된 초경 텅스텐 카바이드는 기존 방식에 비해 다공성이 0.5%-1% 감소하여 허용 응력이 15% 이상 증가합니다. 화학 기상 증착(CVD) 코팅과 같은 표면 처리는 5~10μm의 질화 티타늄 층을 형성하여 벌크 인성을 손상시키지 않으면서 표면 허용 응력을 약 20%까지 높입니다.

응력 집중은 실제 적용 시 반드시 해결해야 합니다. 취성 때문에 부품 설계 시 날카로운 모서리는 피해야 합니다. 한 공구 제조업체는 절삭날 반경을 0.1mm에서 0.3mm로 늘림으로써 공구 수명이 3배 연장되었다고 보고했습니다. 과도한 응력은 미세 균열을 유발할 수 있으므로 조립 중 예압 제어도 중요합니다.

허용 응력 값은 표준마다 다릅니다. ASTM B657은 산업용 초경합금 텅스텐 카바이드의 허용 응력 범위를 800~1,200MPa로 규정하고 있으며, DIN 4990은 특정 조건에 대해 600~1,000MPa를 제공합니다. 적용 시나리오(예: 충격 하중의 경우 낮은 값, 정적 하중의 경우 중간~높은 값)를 고려하여 선택해야 합니다.

유지관리는 허용 응력의 내구성에 영향을 미칩니다. 표면 마모에 대한 정기적인 점검은 필수이며, 0.2mm를 초과하는 스팔링은 하중 지지력을 30%까지 감소시킬 수 있습니다. 윤활유 선택도 중요합니다: 고체 그리스 윤활유 는 표준 오일에 비해 접촉 스트레스를 15%-20%까지 줄일 수 있습니다.

재료 검사는 허용 응력을 보장하는 데 매우 중요합니다. 초음파 테스트는 0.1mm의 작은 내부 결함을 감지하고, X-선 회절은 잔류 응력 분포를 분석합니다. 3점 굽힘 및 압축 테스트를 포함한 파괴 테스트는 설계 요건 준수 여부를 확인하기 위해 배치별로 수행해야 합니다.

엔지니어링 사례 연구에 따르면 광산 기계의 기어 샤프트를 초경합금 텅스텐 카바이드로 교체한 결과 원래 설계에 비해 허용 응력이 50% 증가했지만, 이를 위해서는 지지 구조의 개선이 필요했습니다. 이 수정으로 장비 수명이 6개월에서 3년으로 연장되어 허용 응력 데이터를 올바르게 적용하면 상당한 이점을 얻을 수 있음을 입증했습니다. 재료 매개변수를 맹목적으로 적용해서는 안 되며, 특정 작동 조건에 맞는 종합적인 분석이 필수적입니다.