하드메탈이란 무엇이며 그 용도

무엇 하드메탈하드 메탈의 또 다른 이름은 초경합금. 중요한 엔지니어링 소재인 하드메탈은 우수한 경도, 내마모성 및 고온 안정성으로 인해 기계 가공, 광업, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용되어 왔습니다. 본 백서에서는 하드메탈의 구성, 제조 공정, 미세 구조, 기계적 특성 및 응용에 대해 자세히 설명하여 관련 분야의 연구자 및 엔지니어링 기술자에게 참고자료를 제공하고자 합니다.

1.소개 하드 메탈은 내화성 금속 탄화물로 만든 복합 재료입니다 ( 텅스텐 카바이드 WC, 티타늄 카바이드 TiC 등)와 분말 야금을 통해 금속(코발트 Co, 니켈 Ni 등)을 결합합니다. 1920년대에 등장한 이래, 하드메탈은 뛰어난 기계적 특성과 광범위한 응용 가능성으로 인해 재료 과학 및 공학 분야의 연구 핫스팟으로 빠르게 자리 잡았습니다.

2. 하드메탈의 구성 및 분류 

2.1 구성 경금속은 주로 두 부분으로 구성됩니다. 경상 : 일반적으로 다음과 같은 내화성 금속 탄화물 울프람 카바이드 (WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈 카바이드(TaC) 등이 있습니다. 이러한 탄화물은 경도와 내마모성이 매우 높으며 하드메탈의 주요 하중 지지 상입니다. 바인더 상: 일반적으로 코발트(Co) 및 니켈(Ni)과 같은 금속입니다. 바인더상의 기능은 경질상 입자를 서로 결합하여 일정한 인성과 내충격성을 제공하는 것입니다.

2.2 분류 하드상과 바인더상의 차이에 따라 하드메탈은 다음과 같은 카테고리로 나눌 수 있습니다: WC-Co 하드메탈: 절삭 공구, 금형 및 내마모성 부품에 널리 사용되는 가장 일반적인 유형의 하드메탈입니다. WC-TiC-Co 하드메탈: TiC를 첨가하여 합금의 고온 성능과 내산화성이 향상되어 고속 절삭에 적합합니다. TiC-Ni-Mo 하드메탈: TiC를 경질상으로, Ni-Mo를 바인더상으로 하여 경도와 내마모성이 높고 고정밀 가공에 적합합니다.

3. 하드메탈의 준비 과정 

3.1 분말 준비 하드메탈을 준비하려면 먼저 고순도 경상 및 바인더 상 분말을 얻어야 합니다. 일반적인 방법은 다음과 같습니다: 탄화 방법: 금속 분말을 고온에서 탄소 분말과 반응시켜 카바이드를 생성합니다. 환원 방법: 금속 산화물을 환원하여 금속 분말을 얻습니다.

3.2 혼합 및 성형 경상과 바인더 상 분말을 일정 비율로 혼합하고 볼 밀링 등의 공정을 통해 고르게 분포되도록 합니다. 혼합된 파우더를 압착 및 성형하여 원하는 모양의 블랭크를 만듭니다.

3.3 소결 형성된 블랭크는 고온에서 소결되어 바인더 상을 녹이고 경상 입자를 적셔 고밀도 합금 구조를 형성합니다. 소결 공정은 하드메탈의 최종 성능에 결정적인 영향을 미칩니다.

4. 경금속의 미세 구조 

4.1 경상 및 바인더상의 분포 하드메탈의 미세 구조는 주로 경상 입자와 바인더상 매트릭스로 구성됩니다. 경상 입자의 크기, 모양 및 분포는 합금의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 미세한 경상 입자는 합금의 경도와 내마모성을 향상시킬 수 있으며 균일한 분포는 합금의 인성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

4.2 입자 경계 및 상 경계 하드메탈의 입자 경계와 상 경계는 기계적 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 결정립 경계의 강도와 상 경계의 결합 상태는 합금의 파단 저항과 내마모성을 직접적으로 결정합니다.

5. 하드메탈의 기계적 특성 

5.1 경도 하드메탈의 경도는 주로 경상의 종류와 함량에 따라 달라집니다. WC-Co 하드메탈의 경도는 일반적으로 HRA 88-94 사이로 일반 강철보다 훨씬 높습니다.

5.2 내마모성 하드메탈의 내마모성은 가장 중요한 특성 중 하나입니다. 경상의 경도가 높고 결합상의 인성이 우수하기 때문에 하드메탈은 고속 절삭 및 고하중 조건에서 우수한 내마모성을 발휘합니다. 5.3 굽힘 강도 하드메탈의 굽힘 강도는 주로 결합상 함량과 하드상의 입자 크기에 의해 영향을 받습니다. 적절한 결합상 함량은 합금의 굽힘 강도를 향상시킬 수 있지만 결합상 함량이 너무 높으면 합금의 경도가 감소합니다.

5.4 고온 성능 하드메탈은 고온에서도 높은 경도와 강도를 유지할 수 있어 고온 절단 및 열간 가공에 널리 사용됩니다.

6. 하드메탈 적용 

6.1 절삭 공구 경금속은 다음과 같은 절삭 공구에 널리 사용됩니다. 터닝 도구, 밀링 커터 및 카바이드 드릴 비트. 예를 들어 하드메탈 봉은 밀링 커터와 드릴 비트를 가공하는 데 사용됩니다. 경도와 내마모성이 높아 고속 절삭 및 고하중 절삭 조건에서 우수한 성능을 발휘합니다.

6.2 채굴 도구 하드메탈은 암석 드릴 비트와 픽과 같은 채굴 도구를 제조하는 데 사용됩니다. 내마모성과 내충격성이 뛰어나 열악한 채굴 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다.

6.3 금형 하드메탈 는 콜드 헤딩 다이, 와이어 드로잉 다이 및 기타 다이를 제조하는 데 사용됩니다. 경도와 내마모성이 높아 고압 및 고마모 조건에서 수명이 길어집니다.

6.4 항공우주 하드메탈은 항공우주 분야에서 고온 부품과 내마모성 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 뛰어난 고온 성능과 내마모성으로 극한의 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다.

7.하드메탈의 연구 개발 동향 

7.1 나노 하드메탈의 개발과 함께 나노 기술나노 하드메탈은 연구의 핫스팟이 되었습니다. 나노 하드메탈은 경도와 인성이 높아 초정밀 가공 및 마이크로 나노 제조에 활용될 것으로 기대됩니다.

7.2 코팅 기술 하드메탈 표면에 내마모성 코팅(TiN, TiAlN 등)을 증착하면 내마모성과 서비스 수명을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 코팅 기술은 하드메탈 연구의 중요한 방향이 되었습니다.

7.3 새로운 바인더 상 하드메탈의 인성과 고온 성능을 개선하기 위한 새로운 바인더 상(예: Fe, Ni-계 합금)을 연구하는 것은 향후 개발의 중요한 방향입니다.

8. 결론 중요한 엔지니어링 소재인 하드메탈은 우수한 기계적 특성과 광범위한 응용 가능성으로 인해 재료 과학 및 엔지니어링 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 나노 기술, 코팅 기술 및 새로운 바인더 단계의 연구 발전에 따라 하드메탈의 성능은 더욱 향상되고 응용 분야는 계속 확대될 것입니다.