초경합금의 미세구조, 기공률 및 흑연 함량을 검사하는 방법

초경합금의 종류와 조직

WC-Co 및 WC-TiC-Co와 같은 분말 야금 합금은 일반적으로 초경합금 또는 경금속이라고 불립니다. 주요 계열로는 텅스텐-코발트(YG), 텅스텐-티타늄-코발트(YT), 텅스텐-티타늄-몰리브덴-니오븀(YW), 강 결합형(YE), 티타늄-니켈-몰리브덴(YN), 주조 텅스텐 카바이드(YZ) 등이 있습니다. WC-Co는 일반적으로 더 높은 강도와 충격 인성을 제공하는 반면, WC-TiC-Co는 더 뛰어난 내마모성, 고온 경도 및 허용 절삭 속도를 제공합니다.

YG 초경합금은 일반적으로 밝은 색의 WC 알파 상과 어두운 색의 바인더 베타 상을 포함합니다. 미세 입자 등급으로는 YG3X (K01), YG (K20), YG6X (K10) 등이 있으며, 특히 YG6X는 입자가 매우 미세합니다. YG8 및 YG8N(K30)은 미세 입자와 중간 입자 사이의 등급에 해당합니다. YG11C 이상의 거친 WC 입자와 높은 바인더 함량을 가진 등급은 경도는 낮지만, 충격 하중이 가해지는 다이 및 광산 공구에 더 우수한 인성을 제공합니다. 이 분류는 ISO 4499-1:2008을 따릅니다.

YT 초경합금은 일반적으로 입방형 WC 알파 상, 결합제 베타 상, 그리고 둥근 형태의 주황색-노란색에서 갈색을 띠는 TiC-WC 감마 상을 포함합니다. 색상은 산화 조건에 따라 달라집니다. 이 초경합금의 WC 입자는 일반적으로 중간 크기이며, 감마 상의 함량이 증가함에 따라 거칠어질 수 있습니다.

TaC 및 NbC를 첨가하면 WC 및 TiC-WC 입자가 미세해지며, 단단하고 미세하며 불규칙한 형태의 복합 탄화물이 형성됩니다. 강철 결합형 초경합금은 열처리 가능한 강철 매트릭스에 TiC 또는 WC를 사용할 수 있으며, 강철 결합재는 어닐링, 정규화, 담금질 및 템퍼링을 거칠 수 있는 반면, 탄화물 입자는 안정된 상태를 유지합니다.

시료 전처리

표면과 심부의 다공성이 다를 수 있으므로, 대개 파단 단면을 선택합니다. 와이어 EDM으로 절단하거나 기계적으로 파단시킵니다. 수동으로 시편을 제작할 경우, 150–250 μm 실리콘 카바이드 휠을 사용하여 수냉 방식으로 연마한 다음, 약 450 r/min의 속도로 주철 디스크 위에서 10 또는 12 μm 붕소 카바이드 또는 실리콘 카바이드 분말을 사용하여 래핑한다. 연마 시에는 물 1,000 mL, 페리시아나이드 칼륨 10 g, 수산화칼륨 10 g, 그리고 산화크롬 또는 알루미나 약 40 g을 혼합한 용액이나 합성 다이아몬드 페이스트를 사용할 수 있습니다.

기계적 연마는 거친 연마 단계와 미세 연마 단계로 나뉩니다. 거친 연마를 거친 시편은 약 80mm 크기의 고리 모양으로 황을 사용하여 고정할 수 있습니다. 미세 연마의 경우, 85% 알루미나와 15% 고무 디스크를 사용하여 포화 과망간산칼륨 용액에 약 20분간 담가둘 수 있습니다.

에칭 및 상 식별

20%, 10% 또는 5% 조건에서 갓 조제한 등부피의 페리시아나이드 칼륨 및 수산화칼륨 용액 혼합물을 사용하면 WC 및 TiC-WC 상을 관찰할 수 있으며, 농도가 더 낮을 경우 주황색-노란색에서 주황색-붉은색에 이르는 에타 상을 관찰할 수 있다. 또는 연마되고 건조된 시편을 공기 중에서 450–500°C에서 약 10–15분간 옅은 노란색이 될 때까지 가열합니다. 과산화되어 짙은 파란색을 띠는 표면은 다시 연마해야 합니다.

다공도 및 흑연 평가

기공은 40 μm 미만의 선명하게 경계가 구분되는 검은색 원형 구멍으로 나타납니다. 에칭 처리되지 않은 연마 시편을 100배 또는 200배 배율로 가장자리에서 중심까지 여러 시야에 걸쳐 관찰하고, 일반적인 기공과 심각한 기공을 모두 보고하되, 특히 심각한 기공의 수치를 강조해야 합니다. ISO 4499-4:2016은 국제 기준 방법으로 참고할 수 있으나, 이에 대한 동등성 또는 수용 주장은 함축되지 않습니다.

과잉 탄소는 미세한 둥지 모양 또는 점 모양의 흑연을 생성합니다. WC-Co에서 부피 분율이 약 2%일 때 흑연은 판상 형태를 띠게 되며, WC-TiC-Co에서는 약 1.5%에서 더 미세한 둥지 모양을 나타낼 수 있습니다. 에칭 처리되지 않은 연마 시편을 그래파이트의 양, 크기, 형태 및 분포에 따라 평가한다. 그래파이트, 기공률 및 에타 상은 강도, 인성 및 내마모성을 저하시키므로, 이를 식별하는 것은 분말, 혼합, 성형 및 소결 공정 제어에 도움이 된다.