시멘티드 카바이드

Cemented carbide
텅스텐 카르비드 삽입물이 있는 원형 톱날

시멘티드 카바이드(cedmented carbide)는 절삭 공구 재료로 광범위하게 사용되는 경질 재료로, 다른 산업 용도에 사용된다. 그것은 결합 금속으로 합성된 카바이드의 미세 입자로 구성되어 있다. 시멘티드 카바이드에서는 일반적으로 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 또는 탄탈룸 카바이드(TaC)를 골재로 사용한다. 산업 맥락에서 "카르바이드" 또는 "텅스텐 카바이드"에 대한 언급은 일반적으로 이러한 시멘트 복합체를 가리킨다.

대부분의 경우 카바이드 커터는 부품 표면 마감이 우수하며 고속강이나 기타 공구강보다 더 빠른 가공이 가능하다. 카바이드 공구는 커터-워크피스 인터페이스에서 표준 고속 강철 공구보다 높은 온도(가공 속도가 더 빠른 주된 이유)를 견딜 수 있다. 카바이드(carbide)는 일반적으로 탄소강이나 스테인리스강과 같은 질긴 재료의 절삭에 우수하며, 고품질 생산 런과 같이 다른 절삭 공구가 더 빨리 마모될 수 있는 상황에서도 우수하다.

구성

시멘티드 카바이드란 카바이드 입자가 골재 역할을 하고 금속 바인더가 매트릭스 역할을 하는 금속 매트릭스 합성물이다(시멘트 매트릭스의 자갈골재처럼 콘크리트가 된다). 따라서 연마 입자가 훨씬 작다는 점을 제외하고, 그것의 구조는 개념적으로 그라인딩 휠의 구조와 유사하다. 거시적으로 보면 카바이드 절단기의 재료는 균일하게 보인다.

탄화수소 입자를 바인더와 결합하는 과정을 소결 또는 핫 이소스타틱 누름(HIP)이라고 한다. 이 과정에서 바인더는 결국 액체 단계로 진입하게 되고 카바이드 알갱이(much high melting point)는 고체 단계에 남게 된다. 이 과정의 결과로, 바인더는 카바이드 알갱이를 내장/시멘트하고 있으며, 따라서 독특한 재료 특성으로 금속 매트릭스 복합체를 만든다. 천연 연성 금속 바인더는 카바이드 세라믹의 특징적인 부서지기 쉬운 동작을 상쇄하여 견고함과 내구성을 높이는 역할을 한다. 카바이드 제조업체는 곡물 크기, 코발트 함량, 도트화(예: 합금 카바이드), 탄소 함량 등 다양한 파라미터를 제어함으로써 카바이드의 성능을 특정 용도에 맞게 조정할 수 있다.

최초로 개발된 시멘티드 카바드는 코발트 금속 바인더로 고정된 텅스텐 카바이드 입자를 사용하는 텅스텐 카바이드(1927년 도입)이다. 이후 강철 절단에 더 적합한 티타늄 카바이드, 텅스텐 카바이드보다 강한 탄탈룸 카바이드 등 다른 시멘티드 카바이드도 개발됐다.[1]

물리적 성질

시멘티드 텅스텐 카바이드의 열팽창 계수는 금속 바인더로 사용되는 코발트의 양에 따라 차이가 있는 것으로 확인되었다. 코발트 5.9%의 경우 4.4µm·m−1·K의−1 계수가 발견되는 반면, 코발트 함량은 13%의 경우 5.0µm·m·K의−1−1 계수가 발견된다. 두 값 모두 20°C(68°F) ~ 60°C(140°F)[2]까지만 유효하지만, Hidnert에서 더 많은 데이터를 이용할 수 있다.

적용들

금속 절삭용 인서트

텅스텐 카르바이드 인서트

카바이드(카바이드)는 다른 일반적인 공구 재료에 비해 유닛당 가격이 비싸고, 부서지기 쉬워서 잘리고 깨지기 쉽다. 이러한 문제를 상쇄하기 위해 카바이드 커팅 팁 자체는 종종 다른 재료, 보통 탄소 공구 강철로 만들어진 큰 팁 공구를 위한 작은 인서트의 형태로 되어 있다. 이렇게 하면 전체 공구를 카바이드로 만드는 데 드는 높은 비용과 여유 없이 절삭 인터페이스에서 카바이드 사용의 이점을 얻을 수 있다. 대부분의 현대적인 페이스 밀은 카바이드 인서트뿐만 아니라 많은 선반 도구와 엔드밀을 사용한다. 그러나 최근 수십 년 동안 솔리드 카바이드 엔드밀도 애플리케이션 특성이 (예: 짧은 주기 시간 등) 장점들을 (위에서 언급한) 단점들보다 더 많이 사용하게 되었다. 또한, 현대적인 회전(래터) 툴링은 강철 인서트 홀더보다 더 견고하고 따라서 진동이 덜 발생하기 쉬운 보링 바와 같은 카바이드 툴에 카바이드 인서트를 사용할 수 있으며, 이는 특히 툴 직경의 몇 배 깊이까지 부분까지 도달해야 할 수 있는 보링 바 또는 나사산 바에서 중요하다.

인서트 코팅

카바이드 도구의 수명을 늘리기 위해 때로는 코팅하기도 한다. 이러한 코팅은 TiN(질화티타늄), TiC(티타늄 카바이드), Ti(C)N(티타늄 카바이드-니트리드), TiAlN(티타늄 알루미늄 니트리드), AlTiN(알루미늄 티타늄 니트리드) 등 5가지다. (DLC(다이아몬드 유사 탄소)로 알려진 더 적은 코팅이 표면화되기 시작하여 실제 다이아몬드와[citation needed] 철 사이의 원치 않는 화학 반응 없이 다이아몬드의 절삭력을 가능하게 한다.) 대부분의 코팅은 일반적으로 공구의 경도 및/또는 윤활성을 증가시킨다. 코팅은 공구의 절삭 가장자리가 재료 갈(접착) 없이 깨끗하게 재질을 통과할 수 있도록 한다. 또한 코팅은 절삭 공정과 관련된 온도를 낮추고 공구의 수명을 증가시키는데 도움이 된다. 코팅은 일반적으로 열화학 증기 증착(CVD)을 통해, 그리고 특정 용도의 경우 기계적 물리적 증기 증착(PVD) 방식으로 침전된다. 그러나 너무 높은 온도에서 증착을 수행할 경우 카바이드와 코발트 위상 사이의 인터페이스에서 CoWC66 3차 카바이드의 eta 단계가 형성되어 코팅의 부착력 상실을 초래할 수 있다.

마이닝 도구 삽입물

채굴 및 터널링 절삭 도구는 흔히 시멘티드 카바이드 팁, 이른바 "버튼 비트"가 장착된다. 인공 다이아몬드는 조건이 이상적일 때만 시멘티드 카바이드 버튼을 대체할 수 있지만, 록 시추작업은 힘든 작업인 만큼 전 세계에서 가장 많이 사용되는 타입으로 남아 있다.

핫롤 및 콜드롤 응용 프로그램용 롤

1960년대 중반부터 전 세계의 제철소들은 튜브, 막대, 플랫의 온도와 냉간 구름을 위해 굴림공장의 롤링에 시멘티드 카바이드(cosemed carbide)를 적용해왔다.

기타 산업 응용 프로그램

이 범주는 수많은 응용 프로그램을 포함하지만 다음과 같은 세 가지 주요 영역으로 나눌 수 있다.

  • 엔지니어링된 구성 요소
  • 부품 착용
  • 공구 및 공구 공란

시멘티드 카바이드 구성 요소가 사용되는 일부 핵심 영역:

테이블의 회전날개에는 나무를 비스듬히 자르는 톱이 있었다.
  • 자동차 부품
  • 투피스 캔의 깊은 도면을 위한 통조림 도구
  • 인공섬유 고속절단을 위한 로터리 커터
  • 와이어 그리기 및 스탬프 애플리케이션을 위한 금속 성형 도구
  • 범프 및 씰 용도의 링 및 부싱
  • 목재 작업(예: 톱질 및 계획용)
  • 고성능 펌프용 펌프 피스톤(예: 원자력 설비)
  • 노즐(예: 오일 시추 응용을 위한 고성능 노즐)
  • 높은 내마모성을 위한 루프 및 테일 공구 및 구성 요소
  • 볼 베어링 및 볼펜용 볼펜

비산업용

보석류

텅스텐 카바이드(tungsten carbide)는 경도가 극심하고 긁힘에 대한 저항성이 높아 신부 보석류 업계에서 인기 있는 소재가 됐다. 그것의 간결성을 고려할 때, 그것은 보석류를 도포할 때 부서지거나 부서지거나 부서지기 쉽다. 한번 골절되면 수리할 수 없다.

역사

시멘트와 소결 탄화물의 초기 개발은 1920년대에 독일에서 일어났다.[3] 티센크루프는 "진화된 텅스텐 탄화물은 금속 가공 재료로 다이아몬드를 대체하기 위해 '전기 조명을 위한 오스람 연구회'에 의해 개발되었다"고 말했다. 오스람은 산업 규모로 이 물질을 이용할 장비가 없어 1925년 말에 크루프에게 라이선스를 판매한다. 1926년에 Krupp은 WIDIA(Wie DIAmant = 다이아몬드처럼)라는 이름으로 소결 탄화물을 시장에 내놓는다."[4] /ˈviːdiə/기계 핸드북은[3] 카바이드 도구의 상업적 도입일을 1927년으로 제시한다. 버가르트와 액슬로드사는[5] 1928년 미국에서 상업적으로 소개된 날짜를 알려준다. 그 후의 발전은 여러 나라에서 일어났다.[3]

비록 마케팅 피치가 약간 과장되었지만, 카바이드 툴링은 절삭 속도와 피드의 개선을 제공해서, 20년 전에 고속 철강이 그랬던 것처럼, 공작기계 설계자들이 기존 설계의 모든 측면을 다시 생각해야 할 정도로, 더 엄격하다.보다 나은 스핀들 베어링.

제2차 세계 대전 동안 독일에는 텅스텐이 부족했다. 카바이드의 텅스텐이 고속철도의 텅스텐보다 더 효율적으로 금속을 절단하는 것으로 조사되어, 텅스텐의 사용을 절약하기 위해 가능한 한 금속 절단에 카바이드제를 사용하였다.

위디아[de] 이름은 영어(위디아, /ˈwɪdiə/)를 포함한 [4]여러 나라와 언어에서 일반화된 상표가 되었지만, 일반화된 감각은 결코 특별히 영어로 널리 퍼지지 않았다("carbide"는 일반적인 일반 용어다). 2009년부터는 켄나메탈에 의해 브랜드 이름으로 부활되어 수많은 인기 브랜드 절단도구를 소진하고 있다.[6] 명확한 커뮤니케이션을 위해 위디아 브랜드의 부활은 당연히 일반적 감각의 사용을 더욱 저해할 수 있다.[original research?]

그들의 엉덩이에 땜질한 코팅되지 않은 팁이 첫 번째 형태였다. 클램핑된 인덱싱 가능한 인서트와 오늘날의 다양한 코팅은 그 이후 수십 년 동안 진보된 것이다.[3] 10년이 지날 때마다 카바이드의 사용은 덜 "특별한" 것이 되었고 더 보편화 되었다.[original research?]

미세한 경질 재료와 관련하여, 생산과 관련된 과학 및 기술적 단계를 따르려는 시도가 있었다. 그러나 상업적, 그리고 일부의 경우, 기관이 초기 작업일로부터 한참 후에야 관련 정보를 공시할 수 있는 제한 때문에 이 작업은 쉽지 않다. 따라서 데이터를 역사적, 연대순으로 배열하는 것은 다소 어렵다. 그러나, 첫 번째 특허가 허가된 지 약 6년 후인 1929년까지, Krupp/Osram 노동자들이 텅스텐 카바이드 곡물 정제법의 긍정적인 측면을 확인했다는 것을 확인할 수 있었다. 1939년까지 그들은 또한 소량의 바나듐과 탄탈륨 카바이드 첨가의 유익한 효과를 발견했다. 이것은 불연속 곡물 성장을 효과적으로 통제했다.[7]

10년 후 '괜찮다'고 여겨졌던 것이 그 다음 10년 후에는 그리 좋지 않은 것으로 여겨졌다. 따라서 0.5~3.0μm 범위의 곡물 크기는 초기에는 괜찮다고 여겨졌으나 1990년대에는 20~50nm의 곡물 크기로 나노크리스탈린 소재의 시대가 도래했다.

포베딧

포베딧(러시아어: п пддт)은 경질 위상으로는 약 90% 텅스텐 카바이드, 바인더 위상으로는 약 10% 코발트(Co)의 소결탄화 카바이드 합금으로, 소량의 추가 탄소가 있다. 1929년 소련에서 개발되었으며, 절삭도구를 만드는 재료로 묘사되고 있다. 이후 텅스텐과 코발트를 기반으로 한 유사한 합금이 다수 개발되었고, '포베딧'이라는 이름도 그대로 유지되었다.[8][9][10]

포베디트는 보통 다른 모양과 크기의 판의 형태로 가루 야금에 의해 생산된다. 제조 과정은 다음과 같다: 텅스텐 카바이드(또는 기타 내화 카바이드)의 미세 분말과 코발트나 니켈과 같은 바인더 재료의 미세 분말이 혼합되어 적절한 형태로 압착된다. 압착판은 바인더 금속의 용해점에 가까운 온도에서 소결되어 매우 단단하고 단단한 물질을 산출한다.

이 초경성 복합체의 플레이트는 금속 절삭 및 드릴링 공구의 제조에 적용되며, 일반적으로 절삭 공구 팁에 납땜된다. 열처리는 필요하지 않다. 드릴 비트의 끝에 있는 포베디트 삽입물은 여전히 러시아에서 매우 널리 퍼져있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Childs, Thomas (2000). "A6.2 Cemented carbides and cermets". Metal Machining: Theory and Applications. Butterworth-Heinemann. pp. 388–389. ISBN 978-0-340-69159-5.
  2. ^ Hidnert, Peter (January 1937). "Thermal Expansion of Cemented Tungsten Carbide". Journal of Research of the National Bureau of Standards. 18 (1): 47–52. doi:10.6028/jres.018.025.
  3. ^ a b c d 기계류 핸드북(1996), 페이지 744.
  4. ^ a b ThyssenKrupp AG, 1926 Krupp markets WIDIA tool metal, Essen, Germany, retrieved 2 March 2012.
  5. ^ 버가드 & 액슬로드(1954), 페이지 453.
  6. ^ Widia.com, retrieved 22 October 2010.
  7. ^ Spriggs, Geoffrey E. (1995). "A history of fine grained hardmetal". International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 13 (5): 241–255. doi:10.1016/0263-4368(95)92671-6.
  8. ^ "Победит [Pobedit]". Большая советская энциклопедия [Great Soviet Encyclopedia] (in Russian) (3 ed.). Советская энциклопедия [Soviet Encyclopedia]. 1975. Retrieved 21 June 2020.
  9. ^ Васильев, Н. Н.; Исаакян, О. Н.; Рогинский, Н. О.; Смолянский, Я. Б.; Сокович, В. А.; Хачатуров, Т. С. (1941). "ПОБЕДИТ [Pobedit]". Технический железнодорожный словарь [Technical Railway Dictionary] (in Russian). Трансжелдориздат [Transseldorizdat].
  10. ^ 무료 사전: 포베디트

참고 문헌 목록

추가 읽기

외부 링크

Wikimedia Commons의 시멘티드 카바이드 관련 매체