초경 합금의 기계적 성질

초경 합금의 기계적 성질

 

 

1.서론

 1-1.초경합금의 제조법
     W(텅스텐)을 탄소분말과 혼합하여 전기로에서 1500-2000도에서 환원분위기로
     열을 가하여 WC(TUNGSTEN CARBIDE)를 만든다.
     WC에 CO(코발트)및 재종에 따라 TaC(tantalum carbide),TiC(TITANIUM CARBIDE)
     등을 넣고 혼합(MIXING)한 후 필요한 형상을 금형에 넣고 PRESS하여 1,300도-
     1,600도에서 소결한다.(SINTERING)-텅스텐은 녹지 않고 코발트는 녹아 텅스텐
     사이의 공간을 메꿈(마치 콘크리트의 자갈과 시멘드의 역활처럼).
     금형으로 찍기에 힘든 형상은 대강의 형상에 맞는 금형으로 일단 PRESS한 후
     약 900도 정도에서 반소결(SEMI SINTERING)하여 MIXING시 분말이 서로 잘 성형
     되라고 첨가하였던 파라핀 성분만을 제거하여 다시 선반이나 밀링에서 거의
     완성의 형상을 만들어(반소결 상태의 초경은 아직 코발트가 BINDER,즉 결합체
     로서의 기능을 하지 못하므로 석고 상태의 경도이므로 가공이 쉬움) 다시 완전
     소결(SINTERING)한 후 필요에 따라 흑피품(소결상태의 제품) 또는 연마를 하여
     제품을 출하 함.
  1-2.초경합금이 갖추어야할 요건
     1-2-1.내CRATER마모
           강의 고속 절삭시 발생하는 열에의해 생기는 공구의 상면 마모에 적당해야 한다.
     1-2-2.내FLANK마모   
           목재등의 가공에서 생기는 순수한 기계적 마모로,측면 마모에 적당해야 한다.
     1-2-3.인성.
           항절력으로 약할시  CHIPPING이나 파손에 이른다.
           특히 충격을 받는 제품은 인성이 필요하다.
     1-2-4.경도.
           내마모성을 결정짓는 요소로 고속도강이 HRC61-64정도이며 초경은 약
           90정도이다.
           .각종 광물의 경도 비교표
  1-3.초경합금의 재종.
     1-3-1..제조 MAKER별 재종표             
     1-3-2.재종 선택
           초경의 재종은 WC와 CO그리고 미량의 첨가물인 TiC,TaC,Nb등의 성분비,
           그리고 WC의 입자 크기에 따라 나뉘어 지며 ISO(INTERNATIONAL STANDARD
           ORGANIZATION)에 의하면 크게 P,M,K,V,E로 구분되나 제조 MAKER별로
           고유의 재종 기호로 표시하므로 비교표를 보고 고유의 제종 기호가
           어디에 해당하는지 찾아보면 된다.
           또한 P10,P20등으로 표기되는 재종의 분류는 숫자가 적을수록 경도는
           높고 인성은 낮으며 상대적으로 숫자가 큰재종은 경도는 낮고 인성은
           높으므로 공구의 선택시 이를 잘 판단하여야 한다.
           P계열;주로 강등 연속형 CHIP이 나오는 경우에 쓴다.
                 CRATER 마모를 줄이기 위해 내열성이 강한 TiC를 혼합 하였고
                 인성 보강을 위하여 TaC와 Nb를 혼합 하였다.
           M계열;P와K 재종의 중간적인 성질을 갖는 재종으로 강,주강,주물등에
                 다양하게 사용된다.
           K계열;주철,비철등 비연속형 CHIP이 나오는 제품에 사용.
                 100m/min이상의 절삭조건에서는 FLANK마모의 발생이 빠르므로
                 주의 하여야 한다.
           V계열;주로 내마모 용도의 DIES나 GAUGE,NOZZLE,금형등의 재질로 사용한다.
           E계열;내충격성(인성)이 강하므로 주로 광산용 공구로 사용한다.
           ef="http://tooltech.co.kr/introduc2.html">표:초경의 재종 선정법
  
           ef="http://tooltech.co.kr/introduc1.html">표:초경 재종별 성분및 특성
       
  1-4.구성인선(BUILT UP EDGE)
      절삭가공시 CHIP이 높은 온도와 압력으로 인해 공구의 절삭날부에 용착되어
      발생과 탈락을 반복하며 발생시는 사상면이 거칠어지며 탈락시는 CHIPPING을
      일으킨다.또한 구성인선이 발생과 탈락을 하면서 절삭저항도 변동을 일으키어
      진동의 원인이 되기도 한다.                                                                         
      절삭속도,인선처리,NOSE"R",RAKE ANGLE,RELIEF ANGLE,피삭재와 공구의 친화성
      등의 영향을 받으므로 구성인선 발생시 각각의 조건을 변경하여 구성인선을
      피하여야 한다.
      특히 절삭속도에 있어 연강은 120-150m/min,보통강은 60-80m/min에서는 구성
      인선이 발생하지 않는데 이 절삭속도를 임계속도라 한다.
  1-5.공구의 수명.
      절삭공구의 수명은 절삭속도(마찰에 의한 열마모)가 가장 큰 요인이고 다음이
      이송이며 절입은 영향이 거의 없다.
      따라서 열에 의한 공구의 마모를 줄이려면 절삭유를 공급하던지(건식과 습식
      작업의 공구수명은 최대 2배 정도의 차이가 난다.)윤활성이 좋은 표면 처리
      (TiN,TiC,TiCN,TiAlN등의 COATING)를 하여 사용 한다.
     1-5-1.기계적 마모
          
        1-5-1-1.찰상마모
               피삭재의 성분에 고경도 입자에 의한 마모.
        1-5-1-2.충격력
               절입개시시,단속 작업시,피삭재의 편심,주물사,진동등에 따른 충격력
               에 의해 발생하는 마모로 충격 횟수에 의해 촉진된다.
     1-5-2.물리,화학적 마모
        1-5-2-1.화학 반응
               WC는 600도 이상에서는 산화물이 된다.강의 절삭시 온도는 900도
               이상까지 올라가므로 CHIP의 배출을 원할히 하고(CHIP에 의해 가공
               시 발생하는 온도를 배출),절삭유등으로 절인을 식혀 주어야 한다.
               건식에 비해 절삭유를 첨가하면 대체로 수명을 연장하나 유화물이나
               염화물에서는 극압첨가제를 함유하지 않은 혼성유와 건식보다 첨가재
               의 화학반응에 의해 수명이 짧아짐을 나타낸다.
        1-5-2-2.열확산
                WC의 W와 C가 분해되어 C가 STEEL로 확산하거나 고탄소강의 경우 반대로
                STEEL의 탄소가 공구에 침투한다.
        1-5-2-3.용착,압착
                피삭재가 압착분리될 때 접합면에서 분리되면서 공구 상면내부에서 떨어
                지는 것으로 전이형 마모를 일으킨다.
        1-5-2-4.전기화학적 마모.
                초경공구와 강재 사이에 100도씨당 1mV정도의 기전력이 발생한다.(열전류)
                열전류의 일부는 이온을 매개로 하여 전기화학적으로 작용하며,계면에서
                전류에 따른 화학변화 혹은 물질의 이동을 일으키며 마모가 발생한다.
                (미세한 방전가공이 이루어지고 있다고 보면 됨)
     1-5-3.CRATER마모.(상면 마모)
                공구의 상면에 나타나는 열적 마모
     1-5-4.FLANK마모.(측면 마모)
       ef="http://tooltech.co.kr/introduc3.html">표:JIS와 ISO의 마모 판정 기준     
     1-5-5.CHIPPING.
          1).공구인선의 형상;상면각,전절인각,횡절인각,NOSE"R"등의 영향을 받음.
          2)용착;구성인선등의 원인으로.
          3)열충격및 피로;
          4)마모의 진행으로 인하여 발생.
          5)연삭 CRACK으로 인하여 발생.
          6)BRAZING시의 CRACK으로 발생.(BRAZING시 서냉 필요)
          7)진동에 의하여 발생.
          8)CHIP 처리의 불량으로 인하여 발생.
          9)친화성이 높은 공구로 피삭재를 가공시 발생.
         10)피삭재에 이물질(모래 등)이 있을 때 발생.
         11)피삭재의 경도분포가 일정치 않을 때 발생.             
                                                     
  1-6.BRAZING.
     1-6-1.WELDING과 BRAZING의 차이.
        WELDING이라 함은 모재를 서로 녹여 접합 시킴을 말하며,BRAZING은 모재는
        전혀 녹이지 않고 중간에 납,은납,구리등을 녹여 풀의 역활을 하게 하여 서로
        접합 시킴을 말한다.
     1-6-2.BRAZING의 재료.
        1).Cu;100%의 구리는 1,083도에서 녹는다.
        2).황동;Cu와Zn의 합금으로 성분률에 따라 830-920도 사이에서 녹는다.
        3).은납;Cu,Ag,Zn의 합금이며 소량의 Cd,Ni,Mn이 들어간다.초경이나 CBN,
               PCD의 BRAZING으로 최적격이며 620-700도 사이에서 녹는다.
     1-6-3.BRAZING의 용재.
         붕사와 붕산 또는 불화물의 화합물로서
         용재는 BRAZING시 산화를 방지하며 불순물을 가스로 배출하며 은납의 유동성을
         좋게하여 골고루 퍼지게 한다.
        1-6-3-1.효붕사;동이나 황동의 BRAZING 재료를 사용시 사용.
        1-6-3-2.FLUX;은납을 사용한 BRAZING 시 사용.
     1-6-4.BRAZING 기술.
       BRAZING을 하는 제품은 BRAZING 기술이 TOOL 수명에 지대한 영향을 미침.
       특히 PCD의 BRAZING은 수명에 지대한 영향.
        1-6-4-1.BRAZING CRACK.
               초경과 강의 열팽창및 수축 계수가 차이가 남으로 인하여 발생.
               따라서 BRAZING후 잿속등에서 서냉을 필요로 한다.
               또한 TIP두께가 SHANK 두께의 1/3을 초과하지 않도록 한다.
        1-6-4-2.주의할 점.
               BRAZING 할 면은 평탄하게 작업할 것.
               TIP은 흑피를 제거할 것.
               SHANK에 용제를 도포한 후에 가열할 것.
               화염에 의한 BRAZING은 환원염(청색 불꽃)만을 사용할 것.
               SHANK는 고정한 상태에서 전체를 고루 가열하며 반대쪽부터 가열.
               GAS가 빠지도록 TIP을 움직여 줄것.
               가열이 끝날을 때는 황동 등으로 만든 선단이 예리한 가압봉으로
               가압할 것.(급히 열이 빠져 나가는 것을 방지하기 위하여 예리한  
                  가압봉 사용)
  1-7.고속도강 공구
        인성이 타공구에 비해 우수하여 인선의 깨짐이 적고 비교적 정밀한 인선을
        얻을 수 있으며 값이 싸다.
        600-700도씨 이상에서는 급격히 연화되므로 고속절삭에는 적합하지 않다.
        그러나 코발트를 많이 첨가하면 고온경도가 증가하므로 어느정도의 고속
        절삭에서도 작업이 가능하다.
        ef="http://tooltech.co.kr/hss.html">고속도강의 종류에 따른 성분 .
       face=굴림> 고속도강의 재종별 특성.
  1-8.세라믹 공구
        주로 경질재료의 가공에 적합하다.
        고온(1,200도씨 까지)경도를 요구하는 고속절삭에서 사용한다.
        인성이 낮아 깨지기 쉬운 결점이 있다.
  1-9.CERMET
        TiC등을 Ni,Mo,Cr등의 BINDER를 첨가하여 소결한 것으로 세라믹과 초경의
        중간의 경도와 인성을 갖고 있다.
  1-10.DIAMOND
        내마모성이 우수하다.CHIPPING에는 약하다.
        내열성이 낮아 700-800도씨 이상에서는 쉽게 마모되고 친화성 문제로 강의
        절삭에는 적합하지 않다.
        주로 비철계통의 고속절삭에 사용한다.                        
  1-11.CBN(CUBIC BORON NITRIDE)
        주로 열처리된 강(HRC60이상)의 절삭에 사용.
        BORON NITRIDE를 초고압에서 DIAMOND의 구조로 만든 것으로 경도는 초경 HIGH GRADE의 2배 정도이며
        내열성은 DIAMOND 공구보다 우수하다.