초경합금 소개

텅스텐 카바이드는 텅스텐 카바이드(WC)와 코발트(Co)로 구성된 합금 소재로, 매우 높은 경도와 내마모성 및 내식성을 갖습니다. 이 합금은 절삭 공구, 금형 및 내마모 부품 제조에 널리 사용됩니다. 텅스텐 카바이드의 제조 공정에는 분말 야금이 사용되며, 이 과정에서 텅스텐 카바이드는 "경질 코어" 역할을 하고 코발트는 결합제 역할을 하여 텅스텐 카바이드 입자를 단단히 결합합니다. 또한 합금의 성능을 향상시키기 위해 필요에 따라 티타늄 카바이드(TiC) 또는 탄탈럼 카바이드(TaC)와 같은 원소를 첨가할 수 있습니다.

텅스텐 카바이드가 발명된 지 정확히 100년이 되었습니다.

1920년대 초, 독일 전구 회사 OSRAM의 엔지니어였던 카를 슈뢰터(Karl Schröter)는 텅스텐 필라멘트를 인발할 때 사용하던 고가의 다이아몬드 금형을 대체할 소재를 찾기 위해 WC-Co 초경합금을 발명했습니다. 그는 1923년에 최초의 초경합금 특허(독일 특허 제420,689호)를 출원했고, 1925년에 허가를 받았습니다.

1926년, 해당 특허를 취득한 군수 대기업 KRUPP는 최초의 상업용 초경합금을 생산했습니다. 이 제품은 가공용 절삭 헤드로 사용되어 가공 효율을 기하급수적으로 높였고, 전 세계에 큰 반향을 일으키며 빠르게 고가의 전략 소재가 되었습니다. 당시 초경합금 1g의 가격은 금 1g보다 비쌌습니다.

초경합금의 종류

01 텅스텐-코발트 초경합금

이 유형의 초경합금은 텅스텐 카바이드와 코발트만 포함하거나, 기타 첨가제가 매우 소량(일반적으로 1% 이하) 함유된 순수 WC-Co 초경합금입니다. 국제 표준(ISO)에서는 이를 K형 초경합금이라고 하며, 중국 국가 표준에서는 텅스텐-코발트(YG)형 초경합금이라고 합니다. 예를 들어 YG6(WC-6Co)은 코발트 6%(질량분율)를 포함하고 나머지가 텅스텐 카바이드인 초경합금을 의미합니다. 이는 세계 최초의 상업용 초경합금의 조성입니다.

02 텅스텐-코발트-티타늄 초경합금

텅스텐-코발트-티타늄 초경합금은 텅스텐 카바이드와 코발트 외에 일정량(1% 초과)의 티타늄 카바이드(TiC)를 첨가한 텅스텐-티타늄-코발트(WC-TiC-Co) 초경합금입니다. 국제 표준에서는 P형, 국가 표준에서는 YT형이라고 합니다. 티타늄 카바이드의 함량은 일반적으로 텅스텐 카바이드보다 적습니다. 티타늄 카바이드의 함량이 텅스텐 카바이드보다 많아지면 "티타늄 카바이드 기반 초경합금"이 되며, 보다 전문적으로는 "티타늄 카바이드 기반 서멧"이라고 합니다.

03 텅스텐-코발트-티타늄-탄탈럼(니오븀) 초경합금

세 번째 유형은 두 번째 유형에 일정량의 탄탈럼 카바이드(TaC) 및/또는 니오븀 카바이드(NbC)를 첨가한 WC-TiC-TaC(NbC)-Co 초경합금입니다. 국제 표준에서는 M형, 국가 표준에서는 YW형이라고 합니다.

코발트 대신 니켈(Ni)을 사용하는 WC-Ni 초경합금이나, 코발트 대신 철 합금(강)을 사용하는 강결합 초경합금도 있습니다. 엔지니어는 WC-Co의 WC와 Co를 티타늄 카바이드, 탄탈럼 카바이드, 니오븀 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 크롬 카바이드와 같은 금속 카바이드 또는 니켈, 철, 크롬과 같은 금속으로 대체하여 다양한 조성의 초경합금을 설계할 수 있으며, 이를 통해 다양한 응용 분야의 사용 요구 사항에 맞는 특성을 얻을 수 있습니다.

초경합금의 성능

(1) 높은 경도와 우수한 내마모성. 초경합금의 경도는 80~94 HRA인 반면, 담금질 및 경화 처리한 공구강의 최대 경도는 80 HRA 또는 약간 높은 정도에 불과합니다. 오랫동안 초경합금은 다이아몬드 다음으로 경도가 높은 소재였습니다. 실제로 1세대 초경합금은 "비디아(Widia)"라는 이름으로 불렸는데, 이는 "다이아몬드와 같다"는 뜻의 독일어 Wie Diamant에서 유래했으며 다이아몬드를 대체하기 위해 발명되었습니다. 따라서 초경합금은 경도를 위해 탄생했다고 할 수 있습니다.

(2) 높은 강도와 탄성 계수. 일반적인 초경합금의 굽힘 강도는 3000~5000 MPa(N/mm2)에 달하며 쉽게 변형되지 않습니다.

(3) 내열성과 내식성. 일반적으로 대기, 산, 알칼리 및 기타 부식에 잘 견디며 쉽게 산화되지 않습니다.

이러한 특성으로 인해 초경합금은 고온 및 부식성 환경에서 사용되는 내마모 구조 부품에 가장 적합한 소재입니다.

초경합금의 용도

공구 소재

초경합금은 가공 공구로 사용하는 것이 가장 중요한 용도이며, 초경합금 생산량의 절반 이상을 차지합니다. 초경합금은 탄생한 이래 최고의 가공 공구 소재로 사용되어 왔습니다.

금형 소재

초경합금은 주로 냉간 인발 다이, 냉간 펀칭 다이, 냉간 압출 다이, 냉간 헤딩 다이 및 기타 냉간 가공용 금형에 사용됩니다.

측정 공구 및 내마모 부품

초경합금은 쉽게 마모되는 측정 공구의 표면 인서트와 부품, 연삭기의 정밀 베어링, 무심 연삭기의 가이드 플레이트 및 가이드 로드, 선반 센터 및 기타 내마모 부품에 사용됩니다.

특수 초경합금

과학 기술의 발전과 함께 고급 초경합금 소재의 생산도 빠르게 발전했습니다. 다운스트림 산업에서 제품에 요구되는 기술 수준이 높아지면서 초경합금 소재에 대한 시장 수요가 지속적으로 증가하고 있습니다. 초경합금 소재의 생산 기술도 향상되었으며, 이에 따라 특수 초경합금 소재는 현재 군수 산업, 항공우주, 기계 가공, 야금, 석유 시추, 광산 공구, 전자 통신, 건설 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 첨단 무기 및 장비 제조, 최첨단 과학 기술의 발전, 원자력 분야에서도 기술 함량이 높고 품질 안정성이 우수한 초경합금 제품이 사용됩니다.