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텅스텐 스틸 주얼리가 돋보이는 이유: 소재, 특징 및 생산 기술
텅스텐 스틸 주얼리 알아보기: 컬렉션을 위한 고품질, 내구성, 스타일리시한 선택
일반 텅스텐 스틸 링
목차
섹션 I 텅스텐강 소재 소개
1. 금속 텅스텐
1.1 텅스텐의 발견
텅스텐의 라틴어 뜻은 "늑대의 입에 있는 하얀 거품"입니다. 어떻게 텅스텐이 육식 동물과 연관될 수 있을까요? 오래 전 사람들이 광석에서 주석을 정제할 때 광석에 특정 유형의 무거운 갈색 돌이 포함될 때마다 주석 수율이 급격히 떨어진다는 사실을 발견했습니다. 이 무거운 돌은 늑대가 양을 잡아먹는 것처럼 주석을 소모합니다. 그래서 텅스텐은 "늑대 입 속의 하얀 거품"이라는 이름이 붙었습니다.
갈륨은 지구 지각의 약 10만 분의 1을 차지하며 희귀 금속에 속하며 중요한 전략 소재입니다. 자연에는 텅스텐-망간-철 광석(흑색 텅스텐 광석이라고도 함)과 황회색 칼슘 텅스텐 산염 광석(백색 텅스텐 광석이라고도 함)이 있습니다. 중국은 세계에서 가장 많은 텅스텐 광석 매장량을 보유하고 있습니다. 중국의 난링 지역은 세계에서 갈륨 광석이 가장 풍부한 지역으로, 특히 "금속의 고향"으로 알려진 장시성 남부가 대표적입니다. 장시성의 다유와 후난성의 시주원에는 세계 최대 규모의 갈륨 광산이 있습니다.
18세기 초에 인류는 텅스텐을 발견했지만 1850년이 되어서야 뵐러가 순수 금속 텅스텐을 생산했고, 그 후 텅스텐이 널리 사용되었습니다.
1.2 텅스텐의 특성
(1) 물리적 특성
텅스텐은 주기율표에서 여섯 번째 주기(두 번째로 긴 주기)의 VIB족에 속하는 희귀한 고융점 금속입니다. 원소 기호는 W, 원자 번호는 74, 상대 원자 질량은 183.85입니다. 텅스텐의 주요 물리적 특성은 다음과 같습니다.
색상. 순수 텅스텐은 강철과 비슷한 은백색 금속이며, 분말 또는 미세 와이어 텅스텐만 회색 또는 검은색입니다. 전구를 오래 사용하면 전구 내벽에 텅스텐 가루가 쌓여 전구가 검게 변하는 이유는 전구 내벽에 텅스텐 가루 층이 있기 때문입니다.
녹는점. 텅스텐은 녹는점이 높고 증기압이 매우 낮으며 증발률이 상대적으로 낮습니다. 모든 금속 중에서 텅스텐은 녹기 가장 어렵고 기화할 가능성이 가장 적기 때문에 "고융점 금속"이라고 불립니다. 녹는점은 3410℃에 달하고 끓는점은 5927℃입니다. 전구에 불이 켜지면 필라멘트의 온도가 3000℃를 초과합니다. 이러한 고온에서는 텅스텐 만이 견딜 수 있지만 대부분의 다른 금속은 녹아서 액체로 변하거나 증기로 변합니다.
밀도. 텅스텐의 밀도는 19.35g/cm에 달해 매우 높습니다.3의 원래 스웨덴어 의미는 "무거운"이므로 금과 비슷합니다.
경도. 텅스텐은 매우 단단하며, 가장 단단한 다이아몬드를 드로잉 다이로 사용하여 직경 1mm의 텅스텐 와이어를 20개 이상의 점차적으로 작은 다이아몬드 구멍을 통해 끌어내어 직경이 수백분의 1 밀리미터에 불과한 필라멘트로 줄입니다. 1kg의 텅스텐 잉곳을 최대 400km 길이의 가는 와이어로 뽑아낼 수 있습니다. 백열등, 진공관, 심지어 최근 우리나라에서 개발된 새로운 '요오드 텅스텐 램프'도 모두 텅스텐을 필라멘트로 사용합니다.
(2) 화학적 특성
텅스텐의 화학적 특성은 매우 안정적이며 가열해도 염산이나 황산과 반응하지 않으며 수중에서도 용해되지 않습니다. 수중에서 텅스텐은 표면 산화만 느리게 진행됩니다. 부식성이 강한 불산과 질산의 혼합물만이 텅스텐을 용해시킬 수 있습니다.
1.3 텅스텐의 용도
텅스텐은 순수 금속과 합금 상태 모두에서 현대 기술에서 널리 사용됩니다. 합금 상태에서 가장 중요한 것은 합금강, 텅스텐 카바이드 기반 경질 합금, 내마모성 합금 및 고온 합금입니다. 텅스텐은 주로 다음 산업 분야에 적용됩니다.
(1) 철강 산업
텅스텐은 주로 특수강 생산에 사용됩니다. 널리 사용되는 고속강에는 9%~24% 텅스텐, 3.8%~4.6% 크롬, 1%~5% 바나듐, 4%~7% 코발트, 0.7%~1.5% 탄소가 함유되어 있습니다. 고속강의 특징은 공기 중 고온(700~800℃)에서 자가 담금질이 가능하여 600~650℃에서 높은 경도와 내마모성을 유지한다는 점입니다. 텅스텐을 함유하는 합금 공구강은 0.8%~1.2% 텅스텐을 포함하고, 크롬 텅스텐 실리콘 강철은 2%~2.7% 텅스텐을 포함하고, 크롬 텅스텐 강철은 2%~9% 텅스텐을 포함하고, 크롬 텅스텐 망간 강철은 0.5%~1.6% 텅스텐을 포함합니다. 텅스텐 함유 강철은 드릴 버, 밀링 커터, 와이어 드로잉 다이, 암형 및 수형 금형, 공압 공구 부품 등과 같은 다양한 공구를 제조하는 데 사용됩니다. 텅스텐 자석강은 5.2%~6.2% 텅스텐, 0.68%~0.78% 탄소 및 0.3%~0.5% 텅스텐을 함유한 영구 자석입니다. 텅스텐 코발트 자석강은 경자성 재료로 11.5%~14.5% 텅스텐, 5.5%~6.5% 몰리브덴, 11.5%~12.5% 코발트를 함유하고 있습니다. 이들은 높은 자기 강도와 보자력을 가지고 있습니다.
(2) 텅스텐 카바이드 기반 초경합금
텅스텐 카바이드는 높은 경도, 내마모성 및 내화성을 가지고 있습니다. 이 합금에는 85%~95% 텅스텐 카바이드와 5%~14% 코발트가 포함되어 있으며, 코발트는 합금에 필요한 강도를 제공하는 바인더 금속으로 작용합니다. 이들은 주로 티타늄, 탄탈륨 및 탄화 니오븀을 포함하는 강철 가공용 특정 합금에 사용됩니다. 이 모든 합금은 분말 야금으로 만들어집니다. 1000~1100℃로 가열해도 여전히 높은 경도와 내마모성을 가지고 있습니다. 초경 공구의 절삭 속도는 최고의 강철 공구보다 훨씬 빠릅니다. 초경은 주로 절삭 공구, 채굴 공구 및 드로잉 다이에 사용됩니다.
(3) 내열성 및 내마모성 합금
녹이기 가장 어려운 금속인 텅스텐은 3%~15% 텅스텐, 25%~35% 크롬, 45%~65% 코발트, 0.5%~2.75% 탄소 등 많은 내열 합금의 성분으로 주로 높은 내마모성이 요구되는 부품에 사용됩니다. 예를 들어 항공기 엔진의 밸브 부품, 금형용 열간 절삭 공구의 작업 부품, 목욕 휠 기계의 임펠러, 굴착 장비, 쟁기 표면 코팅 등이 있습니다. 항공 및 로켓 기술뿐만 아니라 기계 부품, 엔진 및 일부 기기에 높은 열 강도가 필요한 기타 분야에서는 텅스텐 및 기타 용융 금속 합금(탄탈륨, 니오븀, 몰리브덴, 레늄)이 내열 재료로 사용됩니다.
(4) 접촉 재료 및 고밀도 합금
분말 야금법으로 제조된 알루미늄-구리(10%~40% 구리) 및 텅스텐-은 합금은 전기 전도성, 구리 및 은 열전도성, 텅스텐의 내마모성이 우수합니다. 따라서 나이프 스위치, 회로 차단기, 스폿 용접 전극과 같은 작업 부품 제조에 매우 효과적인 접촉 재료가 됩니다. 90%~95% 텅스텐, 1%~6% 니켈, 1%~4% 구리로 구성된 고밀도 합금과 구리 대신 철을 사용한 합금(~5%)은 자이로스코프 로터, 항공기, 제어 표면용 균형추, 방사성 동위원소용 방사선 차폐, 재료 바구니 등을 제조하는 데 사용됩니다.
(5) 전기 진공 조명 재료
텅스텐은 텅스텐 와이어, 스트립 및 다양한 단조 부품을 통해 전자 튜브, 무선 전자 장치 및 X-레이 기술을 생산합니다. 텅스텐은 백열등 필라멘트와 나선형 와이어에 가장 적합한 소재입니다. 높은 작동 온도(2200~2500°C)는 높은 발광 효율을 보장하고, 낮은 증발률은 필라멘트의 긴 수명을 보장합니다. 텅스텐 와이어는 전자 발진기, 고전압 정류기 및 다양한 전자 기기의 측면 가열 음극 히터를 위한 직접 가열 음극 및 그리드를 제조합니다. 텅스텐은 엑스레이 튜브와 가스 방전관의 양극과 음극, 무선 장비의 접점, 원자 수소 용접 총의 전극 등에 사용됩니다. 베릴륨 와이어와 베릴륨 봉은 고온 용광로(최대 3000°C)용 히터입니다. 텅스텐 히터는 수소 대기, 불활성 대기 또는 진공에서 작동합니다.
(6) 텅스텐 화합물
텅스텐산나트륨은 특정 유형의 페인트 및 안료 생산, 섬유 산업에서 직물 가중치를 위해 사용되며 황산암모늄 및 인산암모늄과 혼합하여 내화 및 방수 직물을 제조하고 금속 텅스텐, 황산 텅스텐 및 텅스텐 염 생산, 염료, 안료, 잉크, 전기 도금 등에 사용되며 무엇보다도 촉매제로도 사용됩니다. 텅스텐산은 섬유 산업에서 매염제 및 염료로 사용되며 화학 산업에서 고옥탄가 가솔린을 생산하는 촉매제로 사용됩니다. 이황화텅스텐은 합성 가솔린 생산과 같은 유기 합성에서 고체 윤활제 및 촉매로 사용됩니다.
2. 텅스텐 카바이드 초경합금
2.1 텅스텐 카바이드
(1) 텅스텐 카바이드의 물리적 특성
탄소와 텅스텐의 주요 화합물은 텅스텐 카바이드로 화학식은 WC입니다. 다이아몬드와 비슷한 금속 광택 경도를 가진 검은 색 육각형 결정으로 전기와 열의 좋은 전도체입니다. 녹는점은 2870℃, 끓는점은 6000℃, 경도는 HV 2200, 상대 밀도는 15.63g/cm입니다.3. 순수한 텅스텐 카바이드는 부서지기 쉽지만 티타늄 및 코발트와 같은 소량의 금속을 첨가하면 취성을 줄일 수 있습니다. 텅스텐과 탄소의 또 다른 화합물은 화학식 W2C, 녹는점 2860℃, 끓는점 6000℃, 경도 HV 3000, 상대 밀도 17.15g/cm의 텅스텐 디카바이드입니다.3. 텅스텐 카바이드의 특성, 제조 방법 및 용도는 텅스텐 카바이드와 동일합니다.
탄화 텅스텐에서는 탄소 원자가 원래의 금속 격자를 파괴하지 않고 텅스텐 금속 격자의 틈새에 매립되어 틈새-고체 용액을 형성합니다. 따라서 이러한 화합물을 간극 화합물이라고도 합니다.
(2) 텅스텐 카바이드의 화학적 특성
텅스텐 카바이드의 화학적 특성은 안정적이며 물, 염산, 황산에는 불용성이지만 질산과 불산의 혼합 산에는 쉽게 용해됩니다.
두 가지 안정적인 텅스텐 산화물, WO2 및 WO3. 그중에서도 WO3 은 저온 및 대기압 조건에서 열역학적으로 가장 안정적입니다. 따라서 텅스텐의 직접 산화는 종종 텅스텐의 형성으로 이어집니다. 텅스텐의 산화 속도는 온도와 밀접한 관련이 있으며 대기의 영향을 받아 습한 대기에서는 300℃ 이상에서 산화 속도가 크게 증가합니다.
건조 가스 하에서 WC의 산화는 매우 느리게 진행되어 WO를 형성합니다.3. 습한 대기에서 WC의 산화 거동은 W와 유사하지만 W에 비해 WC는 더 강력한 항산화 특성을 가지고 있습니다. 상대 습도 95%의 공기에 WC가 노출되면, 형성된 산화층은 동일한 조건에서 W에 형성된 산화층보다 훨씬 얇습니다. WC 표면이 부동태화되는 이유는 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 하지만 WC의 결정질 다이아몬드 구조가 표면 영역에서 교란되어 불포화 W 원자가 발생한다고 가정할 수 있습니다. 이러한 W 원자는 빠르게 산화되어 쉽게 WO를 형성합니다.3 에 반응하여 물에 녹습니다. 이러한 방식으로 모든 불포화 W 원자가 산화되고 용해되면 결정의 가장 바깥층에는 탄소 원자만 포함됩니다. 한 가지 가능성은 이러한 탄소 원자가 두 번째 층의 탄소 원자와 공유 결합을 형성하여 매우 안정적인 표면 구조를 만들어 주로 카바이드로 구성된 텅스텐 강철 장식 재료에 우수한 항산화 특성을 부여한다는 것입니다.
(3) 텅스텐 카바이드 분말의 조성 지표
텅스텐 강재는 분말 야금을 사용하여 생산되며 텅스텐 카바이드 분말은 분말 야금의 기본 재료로 특정 품질 요구 사항이 있습니다. 표 6-1은 텅스텐 카바이드 분말의 품질 사양을, 표 6-2는 텅스텐 카바이드 분말의 화학 성분 지표를 보여줍니다.
표 6-1 텅스텐 카바이드 분말 품질 사양
| 카테고리 | 피셔 평균 입자 크기 / μm) | 총 탄소량 /% | 무료 탄소/% |
|---|---|---|---|
| WC-1 | ≤1.0 | 6.08~6.18 | ≤0.08 |
| WC-2 | 1~1. 99 | 6.08~6. 18 | ≤0.08 |
| WC-3 | 2~3. 99 | 6.08~6.18 | ≤0.08 |
| WC-4 | 4~5. 99 | 6.08~6.18 | ≤0.08 |
| WC-5 | 6~7. 99 | 6.08~6.18 | ≤0.08 |
| WC-6 | 8~11. 99 | 6.08~6. 18 | ≤0.08 |
| WC-7 | 12~15.99 | 6.08~6. 18 | ≤0.08 |
| WC-8 | ≥16 | 6.08~7. 18 | ≤0.08 |
| (국가기술감독관리국, 1990) | |||
표 6-2 텅스텐 카바이드 분말의 화학적 조성 지표
| WC | Fe | Mo | Al | Si | Ca | Mn | Mg | Ni | Na |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ≥99.8 | ≤0.04 | ≤0.010 | ≤0.001 | ≤0.01 | ≤0. 005 | ≤0.002 | ≤0.002 | ≤0.005 | ≤0.003 |
| ≥99. 7 | ≤0. 06 | ≤0. 015 | ≤0.002 | ≤0. 01 | ≤0.008 | ≤0.002 | ≤0.004 | ≤0.008 | ≤0.005 |
| (국가기술감독관리국, 1990) | |||||||||
(4) 텅스텐 카바이드 분말 입자 크기
텅스텐 카바이드 분말의 입자 크기는 재료의 성능에 큰 영향을 미칩니다. WC 입자를 미세화하면 합금의 성능이 눈에 띄게 향상될 수 있습니다. 초미립자 텅스텐강은 경도가 높고 내마모성이 우수하며 강도와 인성이 매우 높습니다.
2.2 바인더
텅스텐 강 분말 야금에서 바인더는 분말을 서로 결합하는 역할을 합니다. 생산의 여러 단계와 기능에 따라 바인더는 유기 및 금속으로 나뉩니다.
(1) 유기 바인더
분말 야금 사출 성형에서 유기 바인더는 종종 금속 분말 입자를 결합하는 데 사용되어 사출기 배럴에서 가열한 후 혼합물이 유변학 및 윤활 특성을 갖도록 합니다. 즉, 바인더는 분말의 흐름을 유도하는 캐리어 역할을 합니다. 따라서 바인더 선택은 전체 분말 사출 성형 공정의 핵심입니다. 유기 바인더의 요구 사항은 다음과 같습니다: 적은 양의 바인더로 더 나은 유변학적 특성을 얻을 수 있는 저용량, ② 바인더를 제거하는 과정에서 금속 분말과 화학 반응이 없는 비반응성, ③ 제거가 용이하여 제품에 탄소 잔류물이 남지 않는 것 등이 있습니다.
유기 바인더는 소결 후 제거되며 재료의 최종 구성을 구성하지 않습니다.
(2) 금속 바인더
일반적으로 분말 야금에서는 금속 바인더를 사용하여 분말을 서로 결합합니다. 탄화물과 결합 금속이 텅스텐강의 특성을 결정합니다. 탄화물 함량, 탄화물 입자 크기 및 합금 첨가제에 따라 크게 달라집니다. 복합 재료의 성능에 대한 탄화물의 영향은 경도와 내마모성에 반영되는 반면 금속 또는 합금 바인더는 강도와 인성에 반영됩니다. 텅스텐강 바인더로 일반적으로 사용되는 금속에는 Co, Ni, Fe, Fe-Ni, Ni-Co, Ni-Cr이 있습니다.3C2-P, Fe-Ni-Co 등.
코발트. 코발트는 WC 및 WC-TiC 기반 초경합금의 우수한 바인더입니다. 1926년 WC-Co 경질 합금이 발명된 이래, 이러한 유형의 코발트 결합 합금은 Co 및 Co-W-C 삼원계 시스템의 고유한 특성으로 인해 시장을 지배해 왔습니다. WC와 Co의 용해도는 매우 높고 온도에 따라 크게 달라진다는 것은 잘 알려져 있습니다. WC 및 액체 Co의 우수한 습윤성과 Co-W-C 금속 바인더의 우수한 성능으로 인해 경질 합금에서 Co가 우세하게 사용되었습니다.
WC-Co 경질 합금에서 Co-WC 선을 따라 WC-Co 삼원상 다이어그램의 수직 단면은 그림 6-1에 나와 있습니다. WC 함량이 60%인 WC-Co 합금을 예로 들면, 액상이 나타나기 전에 Co에서 WC의 용해도는 온도 상승에 따라 증가하며 공융 온도(약 1340℃)에서 공융 조성물의 액상이 소결체에 나타나기 시작합니다. 소결 온도(1400℃ )에서 그 온도를 유지하면 소결체는 액상과 나머지 고체 WC 상으로 구성됩니다. 냉각하는 동안 WC는 먼저 액상에서 침전되고 온도가 공융 온도 이하로 떨어지면 WC+γ 2상 구조의 합금이 형성됩니다.
합금의 상 조성은 합금 조성, 소결 공정 등과 관련이 있습니다. 실제 생산에서는 합금 성능 저하로 이어질 수 있는 상 생성을 피하기 위해 합금의 상 구성을 비교적 쉽게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, WC-Co 합금에 다른 성분을 도핑하면 γ+WC 2상 영역의 폭을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, WC-10%Co 합금에 소량의 TaC(0.5%~3%)를 첨가하면 상 영역의 폭이 6.03%~6.22% 증가하고, 첨가되는 TaC의 양에 따라 상 영역의 폭이 증가하며 TiC와 NbC는 유사한 효과를 갖습니다. 또한 Ni는 탄소 함량이 낮은 상 영역을 빠르게 확장하여 합금 상 조성의 탄소 함량에 대한 민감도를 감소시킬 수 있습니다.
WC-Co 타입 텅스텐강의 성능은 결합 단계 Co 층의 형태와 직접적인 관련이 있습니다. Co가 fcc에서 hcp 구조로 전이되면 소성 변형 능력이 감소하고 균열 형성이 억제됩니다. 희토류 원소의 첨가는 주로 희토류 원소가 Co 결합 상 층이 hcp 구조로 전이되는 것을 억제할 수 있기 때문에 WC-Co 합금의 상 구조, 조성 및 상 변환에 큰 영향을 미칩니다.
코발트는 매장량이 극히 제한되어 있는 고가의 희소 금속입니다. 따라서 자원 부족이라는 심각한 문제에 직면해 있고 가격도 지속적으로 상승하고 있어 코발트를 대체할 수 있는 소재를 찾아야 할 필요성이 대두되고 있습니다.
니켈. 상대적으로 저렴하고 풍부한 금속 원소인 니켈은 우리나라에서 자원이 매우 풍부합니다. 니켈이 경질 합금의 바인더로 코발트를 대체할 수 있다면 경질 합금의 생산 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 니켈과 코발트는 철 원소 그룹에 속하며 니켈은 코발트와 유사한 구조와 특성을 가지고 있지만 여전히 몇 가지 차이점이 있습니다. 경질 합금의 바인더로 코발트 대신 순수 니켈을 사용하려고 오랫동안 시도되어 왔지만 결과물인 경질 합금의 성능은 좋지 않습니다. 텅스텐 카바이드 입자에 대한 니켈의 습윤성은 코발트만큼 좋지 않아 니켈 응집, 텅스텐 카바이드 입자의 비정상적인 성장 및 제품의 보이드 발생으로 이어집니다. 따라서 경질 합금을 생산하기 위해 코발트를 순수 니켈로 대체하는 것은 좋은 합금 성능을 보장할 수 없으며, 합금 성능을 개선하고 향상시키기 위해 바인더에 적절한 양의 다른 금속 원소를 추가해야 합니다. 첨가제의 선택은 코발트를 대체하는 니켈의 성공의 열쇠입니다. 첨가제는 니켈-코발트 합금에서 니켈 응집 및 텅스텐 카바이드 입자의 비정상적인 성장 문제를 해결해야 하며, 또한 결합 단계를 강화하고 텅스텐 카바이드 입자에 대한 니켈의 습윤성을 개선하여 단단하고 취성적인 텅스텐 카바이드와 부드럽고 연성 금속 니켈의 좋은 조합을 보장해야 합니다.
철. ③ 철. 강철 결합 경질 합금은 광범위한 공정 특성, 우수한 물리적 및 기계적 종합 특성, 우수한 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 철은 강철 결합 경질 합금에서 결합 단계의 주요 원소이며 합금의 강도와 가소성을 향상시킬 수 있습니다. 철을 바인더로만 사용하는 경우 표면 장력이 높고 습윤성이 낮으며 입자가 거칠고 기공이 많습니다. 필요한 구조와 특성을 얻기 위해서는 강철 결합 경질 합금에 C, Cr, Mo, W, Mn, B 등과 같은 다른 원소를 추가하는 것이 필수적입니다.
Ni-Cr3C2-P. WC-순수 Ni 합금의 강도는 WC-Co 합금보다 낮기 때문에 Ni를 합금할 필요가 있습니다. Cr3C2 는 합금의 강도를 높이고 산화 및 내식성을 개선하며 미세한 구조를 얻기 위해 WC 입자의 성장을 제한할 수 있는 일반적으로 사용되는 첨가제입니다. 그러나 Cr3C2 가 너무 높으면 모공 크기가 그에 따라 증가합니다.
WC-Ni 합금의 소결 온도가 높기 때문에 니켈에서 텅스텐 카바이드의 용해도가 더 높기 때문에 WC-Ni 합금은 종종 더 높은 다공성을 가지며 텅스텐 카바이드 입자도 거칠어지기 쉽습니다. Ni-P 합금에서는 소량의 인이 중간 Ni-P 합금의 형태로 첨가되며, 낮은 융점은 높은 액체 유동성과 금속 및 내화 화합물에 대한 강한 접착력을 가지며, 인은 합금에서 WC-Ni 결합 상을 변경 가능하게 만들고 소결 공정을 활성화하며 소결 온도를 낮추어 카바이드 입자의 성장을 피하고 낮은 다공성과 고강도를 가진 재료를 생산할 수 있습니다.
Fe-Ni-Co. 코발트의 고유한 특성으로 인해 코발트는 여전히 바인더로서 시장을 지배하고 있습니다. 그러나 육각형의 밀집된 결정 구조(hcp)는 합금의 소성 변형 특성에 영향을 미칩니다. 새로 개발된 Fe-Ni-Co 바인더는 적절한 Fe:Ni:Co 비율을 선택함으로써 합금의 피로 강도와 인성을 향상시킬 수 있습니다. 이 합금은 혼합 결정 구조와 우수한 물리적 특성을 가지고 있어 경질 합금 바인더의 잠재적 대안이 될 수 있습니다.
2.3 바인더 없음
앞서 언급했듯이 텅스텐 카바이드 초경합금 재료는 카바이드 이트륨 분말에 바인더를 첨가하여 형성됩니다. WC의 높은 융점으로 인해 Co와 같은 저융점 바인더 없이 기존의 소결 방법(일부 액상이 필요한)을 사용하여 순수 WC를 단독으로 소결하는 것은 거의 불가능합니다. 바인더를 추가하면 재료의 경도, 내식성 및 내산화성이 감소하고 생산 공정이 복잡해집니다. 또한 WC와의 열팽창 계수 차이로 인해 열 스트레스를 받기 쉽습니다. 또한 기존 소결 방식은 소결 과정에서 입자 성장을 효과적으로 억제할 수 없어 초미세 경질 소재를 얻기가 어렵습니다.
최근에는 특수 전력 제어 장치에서 생성된 직류 펄스 전압을 압축된 분말 샘플에 적용하는 방전 플라즈마 소결 기술이 등장했습니다. 분말 사이의 스파크 방전은 입자 사이의 결합 영역에 고에너지 펄스(고온 플라즈마)를 집중시켜 텅스텐 카바이드의 표면을 녹여 서로 결합하게 합니다. 이 기술은 표면 정제와 고속 소결이 가능하며 소결 과정에서 입자 성장을 효과적으로 억제하여 분말 야금 공정의 새로운 방향이 되고 있습니다.
3. 장식용 텅스텐 스틸 소재
3.1 장식용 텅스텐 스틸 소재에 대한 요구 사항
보석 산업에서 텅스텐 강철은 텅스텐이 지구상에 풍부하지 않은 희귀 금속일 뿐만 아니라 텅스텐 강철과 관련된 물리적, 화학적 특성으로 인해 종종 텅스텐 골드라고 불립니다. 보석에 사용되는 텅스텐강은 전통적인 텅스텐 합금강이 아니라 텅스텐 카바이드를 주원료로 분말 야금법을 통해 생산되는 경질 합금입니다. 일반 경질 합금과 비교하여 다음과 같은 요구 사항이 있습니다.
(1) 텅스텐 카바이드 함량에 대한 요구 사항
WC는 높은 경도, 열 안정성 및 내마모성을 갖춘 새로운 기능성 소재입니다. 텅스텐 강철 보석의 표면 효과는 텅스텐 강철 재료의 텅스텐 카바이드 함량이 일정량에 도달해야하며 일반적으로 텅스텐 금이라고하려면 재료의 텅스텐 카바이드 성분이 80% 이상이어야하는 구성과 밀접한 관련이 있습니다. 미국의 특정 대학의 한 실험실은 연구 및 분석을 통해 텅스텐 강철 재료의 텅스텐 카바이드 함량이 85.7%에 도달하면 보석의 연마 밝기가 가장 높고 효과가 가장 좋다는 것을 발견했습니다. 이 숫자는 업계의 국제 표준이기도하며 그 정확성은 텅스텐 스틸 주얼리의 품질을 직접 결정합니다. 물론이 표준에 도달하는 것도 매우 어렵고 대부분의 제조업체에게 기술적 병목 현상이 발생하여 고품질 텅스텐 스틸 주얼리를 생산하기가 어렵습니다. 중국, 한국, 일본 등 일부 국가만이 이 표준을 충족할 수 있습니다.
(2) 바인더 요구 사항
보석 재료는 일반적으로 인체에 유해한 영향이 없고 자기 특성이 없으며 내식성 및 내산화성이 우수해야 합니다. 따라서 코발트는 보석용 텅스텐 강철의 바인더로 거의 사용되지 않는 반면, 니켈 기반 합금은 바인더로 널리 사용됩니다. 경질 합금 WC-Ni-Cr3C2-P는 보석을 만드는 데 이상적인 재료입니다.
(3) 액세서리에 사용되는 텅스텐 강재의 성능에 영향을 미치는 요인
텅스텐 강재의 성능은 WC의 입자 크기와 관련이 있을 뿐만 아니라 합금의 상 조성, 미세 구조 및 형태에 따라 크게 달라집니다. 실제 생산에서 원료 및 소결 공정의 영향으로 인해 합금은 일반적으로 더 복잡한 조직 구조를 포함합니다. 따라서 생산 과정에서 원료의 품질을 엄격하게 관리하고 혼합, 볼 밀링 및 소결과 같은 생산 공정을 공식화 및 구현해야합니다.
3.2 주얼리용 텅스텐 스틸 소재의 일반적인 문제
(1) 샌드 아이(구멍)
제품 표면에 명확한 경계의 원형 또는 벗겨진 블랙홀이 나타나며, 기공의 양은 일반적으로 표준 이미지와 비교하여 평가하는 다공성으로 표시됩니다. 기공이 형성되는 주된 이유는 소결 온도 또는 유지 시간이 불충분하여 소결이 부족하기 때문입니다. 모래 구멍의 원인에는 다음이 포함될 수 있습니다.
불순물 함량이 높습니다. WC-Ni 경질 합금의 불순물은 주로 삼산화 텅스텐과 산화 니켈에 의해 유입되며, 그 중 K2O, Na2O, MgO, CaO, SiO2, Al2O3 소결 온도에서 스스로 녹지 않고 액상에 젖지 않는 대신 탄화물에 대한 액상의 습윤성을 악화시키기 때문에 함량이 약간 높으면 합금의 B형 다공성(10~25㎛)이 크게 증가합니다.
컴포넌트 할당 비율이 부적절합니다. 첫째, Cr3C2 가 너무 높고 WC-Ni 경질 합금의 함량이 과도하면 기공 크기가 증가합니다. 둘째, Ni-P의 함량이 낮을 때, 저 융점 Ni-P는 매우 높은 액체 유동성과 금속 및 습윤하기 어려운 화합물에 대한 강한 접착력을 가지고 있으며, WC-Ni 합금의 인은 결합 상을 변경 가능하게 만들고 소결 공정을 활성화하고 소결 온도를 낮추어 탄화물 입자의 성장을 피하고 기공이 적고 강도가 높은 재료를 생산할 수 있습니다. WC-Ni 합금에 Ni-P를 너무 적게 첨가하면 첨가제의 목적에 부합하지 않고 원하는 효과를 얻지 못합니다.
기술 및 운영의 영향은 다음 6가지 측면에서 반영됩니다.
하나는 부적절한 습식 연삭입니다. 무수 에탄올의 부정확한 첨가, 불충분한 볼 수량 또는 작은 볼 직경, 연삭 실린더 속도를 감소시키는 느슨한 벨트, 심지어는 공정 중 또는 이후에 가끔 중단되는 경우로 인해 연삭 효율이 감소하여 성분 혼합이 고르지 않게 됩니다. 결과적으로 특정 탄화물은 액상이 부족하여 소결 공정 중에 완전히 수축하기 어렵고 합금에 잔류 기공이 남게 됩니다.
두 번째는 니켈 응집입니다. 매우 미세한 니켈 분말을 원료로 사용하는 경우에도 습식 분쇄 중에 니켈 분말은 큰 니켈 응집체 (소량의 미세 WC 포함)로 거칠어져 압축 된 혼합물의 소결 중에 큰 기공 결함을 형성 할 수 있습니다.
셋째, 혼합물의 산소 함량이 상대적으로 높습니다. 이는 탄소 결핍, 산화 및 합금의 오염 증가로 이어질 수 있습니다.
네 번째 문제는 고르지 않은 왁스 혼합입니다. 파라핀은 상온에서 휘발유에 대한 용해도가 낮고 사용되는 파라핀의 양이 일반적으로 합성 고무보다 두 배 이상 많기 때문에 일정량의 혼합물에 필요한 파라핀-휘발유 용액의 양이 그에 따라 증가합니다. 이로 인해 기계적 혼합이 어려울 뿐만 아니라 수동 혼합 시 상당량의 용액이 혼합물 위에 떠다니게 되고, 건조 공정이 적시에 이루어지지 않으면 상당한 양의 파라핀이 재료 표면에 떠다니는 경우가 많아 혼합이 고르지 않게 되며, 이는 저온 소결 단계에서 배출되어 나중에 더 큰 기공을 남깁니다.
다섯 번째는 단단한 니켈 입자입니다. 산화 니켈을 환원할 때 환원 온도가 높거나 유지 시간이 길기 때문에 결과 니켈 분말에는 단단한 입자가 포함되어 있으며 지나치게 단단한 니켈 입자는 압축 중에 압력으로 분쇄할 수 없습니다. 개별 니켈 입자는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 분쇄된 상대 밀도가 같을 때 더 큰 공극이 있어야 합니다.
여섯 번째는 진공 소결입니다. 탈왁싱 및 사전 소결을 거친 프레스 부품의 경우 진공 소결 공정의 중간 단계에서 강렬한 탄소-산소 반응과 다량의 가스 방출로 인해 퍼니스의 진공도가 감소합니다. 이때 가스가 퍼니스 외부로 배출될 수 있도록 가열 속도를 늦춰야 합니다. 탄소-산소 반응을 가능한 한 완전하게 만들려면 용광로 내부의 진공을 높이는 것 외에도 단열을 위해 1200~1250℃를 유지하여 합금의 다공성을 효과적으로 줄여야 합니다. 그렇지 않으면 빠른 가열 속도와 불충분한 단열 시간으로 인해 합금의 다공성이 증가합니다.
(2) 박리
일반적으로 가장자리에 위치하며, 저배율(100배)에서는 먼지와 비슷하게 보이지만 먼지보다 더 곧고 길어 보입니다. 전체 길이는 측정 시 아이피스 마이크로미터를 사용하여 측정합니다. 주얼리 합금에서 박리가 발생하는 주된 이유는 높은 가압 압력, 미세한 재료 입자, 고르지 않은 왁스 혼합, 지나치게 젖거나 건조한 혼합물, 금형 평활도 불량 등입니다.
(3) 니켈 축적
저배율에서는 합금 표면에 매화와 대나무 잎을 닮은 눈송이 모양의 반점이 나타납니다. 니켈이 축적되는 이유는 다음과 같습니다.
- 습식 연삭. 니켈 분말은 습식 분쇄 중에 큰 니켈 응집체로 거칠어집니다(소량의 미세 WC 포함).
- 부적절한 성분 비율, 습식 분쇄 및 진공 소결이 불량합니다. 입자가 미세하고 활성도가 높습니다. 인은 또한 소결 공정을 활성화하여 WC-Ni 합금의 소결 온도를 낮춥니다. 소결 온도가 높고 진공도가 높으며 니켈 함량이 높고 소결 시간이 길면 니켈 응집 문제가 더 많이 발생하여 니켈 상이 크게 증발하거나 손실됩니다. 결과적으로 발생하는 니켈 응집체 또는 "니켈 풀"은 내부 원인이며, 부적절한 성분 비율, 습식 분쇄 및 열악한 진공 소결은 단지 외부 원인, 즉 니켈 상 응집 → 증발(휘발) → 손실로 미세 WC를 남깁니다.
(4) 침탄(흑연 포함)
부식되지 않은 연삭 디스크에서 낮은 배율로 둥지 모양의 작은 기공이나 벗겨진 모양이 관찰되면 흑연 내포물로 간주합니다. 침탄의 정도는 표준 이미지와 보고된 결과를 비교하여 확인할 수 있습니다. 합금에서 침탄 현상이 발생하는 주된 이유는 높은 총 탄소 및 유리산 함량, 불충분한 탈왁싱, 낮은 O2 니켈 분말의 함량.
섹션 II 텅스텐 스틸 주얼리의 특성
1. 텅스텐 스틸 주얼리의 장점
서양에서는 텅스텐 골드라고도 알려진 텅스텐 스틸은 다음과 같은 측면에서 볼 수 있듯이 다른 보석 재료와 비교하기 어려운 특성을 가지고 있습니다.
(1) 높은 경도: 텅스텐 강철은 천연 사파이어에 해당하는 모스 경도 8.9~9.1에 도달할 수 있습니다. 텅스텐 스틸은 경도가 높기 때문에 내마모성이 뛰어나고 긁힘, 변형 및 기타 문제가 쉽게 발생하지 않습니다.
(2) 높은 밝기: 고도로 연마된 텅스텐 스틸은 거울과 같은 밝기로 보석과 같은 색상과 광택을 완전히 발산합니다.
(3) 텅스텐 강철은 부식에 강합니다; 인공 땀 테스트에서 부식, 변색, 색상 변화, 알레르기 및 녹이 발생하지 않으며 다른 금속이 달성할 수 없는 광택을 오랫동안 유지할 수 있습니다.
(4) 텅스텐 강철은 밀도가 높고 질감이 강합니다, 패셔너블한 남성을 위한 고귀한 선택이 될 것입니다.
2. 텅스텐 스틸 주얼리의 단점
텅스텐 스틸은 매우 부서지기 쉽고 생산 및 사용 중 충격을 받으면 부러지기 쉬우므로 보석을 상감할 수 없습니다.
텅스텐 스틸은 가공이 매우 어렵기 때문에 다이아몬드 연마 도구가 필요합니다.
3. 텅스텐 스틸 주얼리 식별
텅스텐 스틸은 현재 패션 주얼리 시장에서 인기있는 소재로 시장 반응과 제품 수익이 좋습니다. 그러나 일부 상인은 열등한 상품을 고품질로 속여 이익을 추구하여 일반 소비자가 구별하기 어렵게 만듭니다.
(1) 텅스텐 스틸, 스테인리스 스틸 및 티타늄 합금의 차이점
스테인리스 스틸과 티타늄 합금은 앞서 소개한 바 있으며, 세 가지 소재는 근본적으로 다릅니다.
스테인리스강은 표면에 매우 얇은 크롬 막을 형성하여 침입하는 산소로부터 강철을 격리하고 내식성을 제공하는 크롬을 함유하고 있어 공기 또는 화학적 부식성 매체의 부식에 저항할 수 있는 고합금강입니다. 스테인리스 스틸 고유의 내식성을 유지하려면 스틸에 최소 12%의 크롬이 함유되어 있어야 합니다. 스테인리스 스틸의 비중은 약 8g/cm입니다.3의 색상은 약간 흰색이며 경도는 알루미늄 강철의 1/7에 불과합니다.
액세서리에 사용되는 티타늄 합금은 일반적으로 산업용 순수 티타늄으로 비중이 4.51g/cm에 불과합니다.3 텅스텐 강철의 1/3 정도입니다. 스테인리스 스틸과 비슷한 회백색이며 경도가 높습니다.
(2) 텅스텐강 품질 확인
텅스텐 스틸 주얼리가 도입 된 이래, 특히 사람들이 텅스텐 스틸 주얼리를 착용 할 수 있다는 자부심을 가지고있는 유럽과 미국에서 각계 각층의 패션 애호가들에게 사랑 받고 사랑 받고 있습니다. 그러나 텅스텐 강철 재료의 경도와 희귀성으로 인해 제조 및 가공 기술이 매우 어렵 기 때문에 시장에 많은 열등한 텅스텐 강철 제품이 있으며 그중 일부는 사람의 신체에 해를 끼칠 수도 있습니다. 이러한 소위 텅스텐 스틸 주얼리는 유럽과 미국에서 판매가 금지되어 있습니다. 텅스텐 스틸 주얼리의 품질은 주로 다음과 같은 측면에서 확인할 수 있습니다.
재료 구성. 텅스텐은 지구상에서 매우 희귀하며 텅스텐 스틸 주얼리의 텅스텐 함량은 80% 이상에 도달해야 텅스텐 스틸이라고 할 수 있습니다. 텅스텐 강철의 텅스텐 함량이 85.7%에 도달하면 밝기가 가장 높고 효과가 최적입니다. 현재 시중에 나와있는 많은 텅스텐 스틸 주얼리 품목은 일반적으로이 함량에 도달하지 못하고 60% 미만일 수도 있으므로 이러한 텅스텐 스틸 주얼리는 물론 그다지 가치가 없습니다.
외관. 텅스텐 스틸 주얼리는 경도 때문에 가장자리와 모서리를 가공하기가 어렵습니다. 잘 다루지 않으면 날카로운 모서리가있어 신체에 부상을 입힐 수 있으며 과도하게 가공하면 텅스텐 스틸 주얼리의 독특한 스타일을 보여주지 못합니다. 텅스텐 스틸 주얼리는 보석 절단 및 연마 기술을 사용하며 미세 연마 후 보석과 같은 광택과 광채를 얻을 수 있습니다. 절단 및 연마 기술이 좋지 않으면 표면 모양에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
크기. 텅스텐 스틸 주얼리의 연마는 거의 전적으로 수작업으로 이루어지기 때문에 크기 제어가 매우 어렵습니다. 제어가 부적절하면 치수 편차 및 비대칭 모양과 같은 문제가 발생하기 쉽습니다.
환경 보호 및 안전. 이것은 현재 국제적으로나 국내적으로 가장 우려되는 문제입니다. 의미 측면에서 텅스텐 스틸 주얼리도 합금이며 합금이기 때문에 다른 금속 성분이 포함되어 있습니다. 포함된 금속 성분이 코발트와 같이 인체에 유해한지 여부를 확인해야 합니다.
섹션 III 텅스텐 강 제품의 범주
1. 일반 텅스텐 스틸 주얼리
일반 텅스텐 스틸 링
일반 텅스텐 스틸 팔찌
일반 텅스텐 펜던트
일반 텅스텐 벨트 버클
일반 텅스텐 시계
일반 텅스텐 커프스 단추
K 골드 세공 텅스텐 반지
다이아몬드 세팅 텅스텐 반지
2. 텅스텐 스틸 상감 보석
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섹션 IV 텅스텐 스틸 액세서리의 생산 공정
1. 분말 야금 기술 소개
(1) 분말 야금 개발의 역사
전 세계적으로 인정받는 산업 기술인 현대 분말 야금 기술에는 세 가지 중요한 발전 단계가 있습니다.
- 내화성 금속의 주조 공정에서 발생하는 어려움을 극복했습니다. 1909년 전기 램프 텅스텐 와이어의 생산은 분말 야금의 발전을 촉진했고, 1923년 분말 야금 경질 합금의 등장은 기계 가공의 혁명으로 환영받았습니다.
- 1930년대에 다공성 오일 함유 베어링이 성공적으로 생산되었습니다. 그 후 분말 야금 철 기반 기계 부품의 개발은 절삭이 거의 또는 전혀 없는 분말 야금의 장점을 충분히 활용했습니다.
- 새로운 재료와 새로운 프로세스를 더 높은 수준에서 개발하세요. 1940년대 금속 세라믹과 분산 강화 소재의 등장에 이어 1960년대 후반부터 1970년대 초반까지 분말 고속강과 분말 고온 합금이 연이어 등장했고, 분말 야금 단조와 열간 등방성 프레스로 고강도 부품을 제조할 수 있게 되었습니다.
그러나 최근 몇 년 동안 분말 야금 기술은 주로 자동차 산업에서 최종 제품 또는 거의 최종 제품에 가까운 제품을 대량으로 생산해야 하기 때문에 발전했습니다.
(2) 분말 야금의 범주
제품 성형 방법의 관점에서, 분말 야금 제품 성형에는 일반적으로 프레스 성형과 사출 성형의 두 가지 유형이 있습니다.
프레스 성형은 중력에 의존하여 건조한 분말을 금형에 채우고 외부 압력을 통해 성형하는 공정입니다. 다양한 유형이 있으며 실제 산업 분야에서는 프레스 성형이 널리 사용됩니다. 열간 프레스, 냉간 폐쇄 형 금형 프레스, 냉간 등방성 프레스 및 열간 등방성 프레스는 모두 프레스 성형에 속합니다.
사출 성형은 다량의 열가소성 바인더와 혼합된 미세 분말을 금형에 주입하는 공정입니다.
매트릭스 자료의 관점에서, 분말 야금은 크게 철 기반, 구리 기반, 알루미늄 기반, 스테인리스강, 자성 재료, 마찰 재료, 자성강, 경질 합금 등으로 나뉩니다. 그러나 매트릭스 재료에 다른 금속, 비금속 및 기타 첨가제를 추가하면 다른 효과를 얻을 수 있으므로 이러한 구분은 비교적 거칠며, 다양한 성능 요구 사항에 따라 결정해야 합니다.
(3) 분말 야금 공정의 장점
- 기존 생산 방식으로는 구현하기 어려운 색상이 지속적으로 변화하는 공작물이나 용해가 어려운 두 가지 이상의 소재를 결합하여 생산할 수 있습니다.
- 최종 크기로 압축할 수 있는 프레스 블랭크는 표면 조도가 높아 후속 가공 및 조정이 거의 필요하지 않으므로 금속과 절삭 공구를 크게 절약하여 제품 비용을 절감할 수 있습니다.
- 생산 과정에서 재료가 녹지 않기 때문에 도가니와 환원제로 인한 불순물 유입 우려가 없으며, 일반적으로 진공 및 환원 분위기에서 소결이 이루어지기 때문에 산화의 우려가 없고 재료가 오염되지 않아 고순도 재료를 생산할 수 있습니다.
- 재료 구성 비율의 정확성과 균일성을 보장할 수 있습니다.
- 분말 야금은 동일한 모양의 제품을 대량으로 생산하여 생산 효율성을 크게 개선하고 생산 주기를 단축하며 생산 비용을 크게 절감하는 데 적합합니다.
2. 분말 야금 기술을 사용하여 텅스텐 강철 주얼리를 생산하는 과정
2.1 원료 분말의 준비
(1) 파우더 요구 사항
분말 야금 생산 공정에서 압축된 제품은 분사, 프레스 처리 및 소결로 이송 중에 균열이 발생하지 않도록 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다. 기계적 강도는 개별 분말 입자 사이의 냉간 용접으로 인해 발생하지만 주로 입자 간의 상호 기계적 결합으로 인해 발생합니다. 따라서 분말의 크기와 모양에 대한 특정 요구 사항이 있으며, 분말이 너무 거칠면 블랭크의 녹색 강도에 악영향을 미쳐 다이에서 블랭크를 제거 할 때 균열이 발생하기 쉽습니다. 미세 분말은 접촉점이 많아 굵은 입자 분말보다 이상적인 반면, 불규칙한 모양의 분말은 접착력이 떨어지므로 구형 입자를 우선적으로 고려해야 합니다.
(2) 분말 준비 방법
기존의 밀링 방법은 크게 기계적 방법과 물리 화학적 방법의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 기계적 방법은 다시 기계적 분쇄 방법과 분무 방법으로 나눌 수 있으며 물리 화학적 방법은 전기 화학적 부식 방법, 환원 방법, 화학적 방법, 환원 화학 방법, 기상 증착 방법, 액상 증착 방법, 전기 분해 방법으로 나뉩니다.
분무 방식은 가장 널리 사용되는 방법으로, 특히 합금 분말 생산에 적합합니다. 기본 방법은 고압 가스 또는 물의 흐름을 통해 미세한 금속 액체 흐름을 매우 미세한 물방울로 만들어 분무 챔버에서 고체 입자를 응고시키는 것입니다. 분무는 가스 분무와 물 분무로 나눌 수 있습니다. 가스 분무는 응고 속도가 상대적으로 느리고 표면 장력으로 인해 액적의 표면이 구형 입자를 형성하는 경향이 있습니다. 물 분무 방식의 응고 속도는 가스 분무 방식보다 훨씬 빠르고 시간도 훨씬 짧아 표면 장력의 영향이 발휘되지 않아 불규칙한 입자를 형성하기 쉽습니다. 분무된 분말의 크기가 고르지 않으므로 균일하고 미세한 크기를 얻기 위해 분말을 체질해야 합니다.
최근 몇 년 동안 연구에 따르면 WC 입자의 정제가 합금의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 초미립자 텅스텐강은 경도가 높고 내마모성이 우수하며 강도와 인성이 매우 높습니다. 현재 초미세 WC 분말의 주요 제조 방법에는 고정 반응 방법, 현장 침탄 환원 방법, 기계적 합금 방법 및 분무 건조 유동층 방법 등이 있습니다.
(3) 분말 준비 공정 파라미터
용융 온도가 높을수록 분무 분무 압력이 커지고 분말이 더 미세해집니다. 분무 후 얻어진 분말의 평균 입자 크기는 45㎛, 50%로 평균 크기보다 작습니다.
(4) 파우더 보관
분말이 공기에 일정 시간 노출되면 습기나 가스를 흡수하여 압연 중에 분말 야금 블랭크에 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 분말은 진공 열처리를 거쳐야하며 공정 매개 변수는 180 ℃의 온도를 참조 할 수 있으며 진공도는 1 밀리 바 (1bar = 105Pa). 파우더를 진공 상태에서 처리한 다음 진동으로 균일하게 분포되도록 한 다음 파우더의 색상 범주에 따라 봉투에 담아 밀봉합니다.
2.2 파우더 혼합
분말 야금에서 분말은 원소 분말 또는 사전 합금 금속 분말로 나눌 수 있습니다. 원소 분말은 단일 금속 원소로 구성되며 단독으로 사용하거나 다른 원소 분말과 혼합하여 합금을 형성할 수 있습니다. 사전 합금 금속 분말은 분말 제조 과정에서 합금화되므로 각 분말 입자는 동일한 공칭 성분을 포함합니다. 텅스텐 카바이드 재료는 일반적으로 사전 합금 금속 분말을 사용하여 생산됩니다.
혼합 분말은 텅스텐 카바이드 분말, 크롬 카바이드 분말, 흑연 분말, 니켈 분말 및 첨가제와 같은 주요 성분이 균일하게 혼합된 것입니다. 금형 윤활제는 금형에서 결함이 있는 완제품을 배출하는 데 필요한 힘을 줄일 수 있는 대표적인 첨가제입니다. 흑연 분말을 첨가하면 산화물 환원을 위한 탄소를 공급하여 소결 제품의 최종 탄소 함량을 달성할 수 있습니다.
파우더를 혼합한 후 프레스 전용 몰드에 넣습니다. 금형(및 프레스된 부품)의 설계는 분말의 흐름 특성과 분말에 대한 금형의 프레스 효과를 모두 고려해야 합니다.
금속 분말은 구형이지만 유체 역학 원리에 따라 흐르지 않습니다. 이는 분말 입자와 금형 사이에 마찰이 발생하기 때문입니다. 따라서 부품의 설계는 분말이 금형 캐비티에 적절히 분포될 수 있도록 해야 합니다. 또한 금속 분말의 측면 흐름도 제한되어 생산할 수 있는 구조적 모양이 제한됩니다.
2.3 성형 및 프레스
성형은 특정 모양과 크기의 콤팩트를 생산하여 일정한 밀도와 강도를 보장하는 것을 목표로 합니다.
성형 방법은 기본적으로 압력 성형과 비압력 성형으로 나뉩니다. 압력 성형이 더 일반적이며 압력 성형에서 가장 널리 사용되는 방법은 압축 성형입니다.
(1) 곰팡이
성형하려면 먼저 공작물의 모양과 크기에 따라 해당 금형을 만들어야 합니다. 분말 프레스 성형에는 매우 높은 압력이 사용되기 때문에 금속 분말과 금형 벽 사이에 상당한 마찰이 발생합니다. 금형의 품질과 성능을 보장하고 정밀도, 표면 평활도 및 내마모성에 대한 요구 사항을 충족하는 것이 필수적입니다. 금형 구조 설계는 금형에서 블랭크를 쉽고 원활하게 제거할 수 있어야 합니다.
(2) 성형 공정 및 주요 작업 포인트
프레스 중에는 텅스텐 카바이드 분말의 작동 매개 변수를 따라야 합니다. 크기 및 무게와 같은 보석 조각의 특성에 따라 프레스하기 전에 준비 작업을 수행하여 블랭크의 무게가 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 하단 플런저의 위치를 조정하고 블랭크의 높이와 밀도가 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 프레스 압력을 조정해야합니다. 조정이 완료되면 금형을 프레스 플런저에 고정하고 분말을 공급 파이프에서 진동기로 공급 한 다음 금형 캐비티로 보내야합니다.
준비 작업이 완료되면 프레스 공정의 첫 번째 단계는 완제품의 약 2.5배에 해당하는 정확한 크기의 금형에 정량의 분말을 넣는 것입니다. 파우더는 345~620MPa의 압력으로 상하로 동시에 움직이는 펀치에 의해 압착되며, 압착된 부품을 "원료 블랭크"라고 합니다. 원료 블랭크는 금형에서 제거되고 분말을 다시 채우고 압축하는 과정이 반복됩니다. 성형 및 프레스의 전체주기는 약 6 ~ 10 초가 걸립니다. 따라서 생산 속도는 600Pcs/h에 도달할 수 있으며 효율이 매우 높습니다.
(3) 성형 및 프레스에 대한 고려 사항
장비 및 작동 공정 매개 변수가 안정적이면 프레스 된 블랭크의 품질이 매우 안정적이며 배치 제품의 무게와 치수 일관성이 좋습니다. 그러나 공정 매개 변수가 부적절하거나 부적절한 부품이 있고 프레스에 품질 문제가있는 경우 쉽게 가질 수 있습니다. 따라서 작업 중 다음 사항에주의를 기울여야합니다.
- 몰드 캐비티의 부피에 따라 적재되는 파우더의 양이 결정되며, 이는 블랭크의 무게에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 블랭크의 밀도는 프레스 압력과 밀접한 관련이 있습니다. 프레스 압력이 증가하면 밀도가 증가하여 기공이 적은 조밀한 공작물을 얻는 데 유리합니다. 그러나 프레스 압력이 너무 높습니다. 이 경우 분말 입자와 금형 벽 사이의 마찰로 인해 금형이 점차적으로 손상되어 블랭크의 정밀도와 품질에 영향을 미치고 금형과 펀치의 수명에 일정한 영향을 미칩니다.
- 파우더와 금형 벽 사이의 마찰은 프레스 부품의 표면 마감에도 영향을 미치고 금형에서 블랭크를 제거하기 어렵게 만들며 블랭크에 균열이 생기기 쉽습니다. 블랭크를 제거한 후에도 잔류 내부 응력으로 인해 균열이 발생할 수 있습니다(그림 6-4).
2.4 블랭크 소결
성형 후 프레스된 재료는 분말 야금학의 핵심 공정인 소결을 통해 필요한 최종 물리적 및 기계적 특성을 달성합니다. 소결 과정에서 원자는 분말 입자의 표면을 가로질러 프레스 공정 중에 형성된 접촉점으로 이동합니다. 소결 시간이 증가함에 따라 접촉점이 커지고 분말 입자는 다양한 크기와 모양의 기공을 포함하는 고체 덩어리로 결합합니다. 소결은 분말 입자 사이의 기계적 결합을 금속학적 결합으로 변환합니다. 따라서 최종 제품의 기계적 특성은 동일한 화학 성분을 가진 주조 또는 단조 제품에 필적할 수 있습니다.
(1) 소결의 종류
소결 공정에서 일어나는 반응에 따라 소결은 단일 성분 소결과 다성분 소결로 나뉩니다. 소결 중 결합 단계의 상태에 따라 고상 소결과 액상 소결로 다시 나뉩니다. 일반 소결 외에도 루스 소결, 침투 및 핫 프레스와 같은 특수 소결 공정이 있습니다.
소결 온도는 단일 성분 및 다중 성분 시스템의 고상 소결에 사용되는 금속 및 합금의 녹는점보다 낮습니다. 고온 열처리를 통해 분말 입자가 블랭크에 결합하고 밀도가 높아져 용융 없이 고체 상태의 확산이 이루어집니다. 확산 에너지는 열 에너지에 의해 제공되므로 소결 온도가 높을수록 더 강한 결합과 더 높은 밀도로 이어질 수 있습니다. 다성분 시스템의 액상 소결의 경우, 소결 온도는 일반적으로 내화성 성분의 녹는점보다 낮고 쉽게 녹는 성분의 녹는점보다 높습니다.
텅스텐 강철의 구성에 쉽게 산화되는 원소가 존재하기 때문에 소결은 제어 된 분위기에서 수행해야하며 95%N으로 구성된 환원 분위기에서 수행해야합니다.2+5%H2 를 사용할 수 있습니다.
(2) 소결로 요구 사항
소결로에 대한 특정 요구 사항은 특정 출력, 24시간 이상 연속 소결 능력, 필요한 소결 온도에 안정적으로 도달하는 능력, 환원 분위기 사용 허용, 공작물을 편리하게 담금질하는 장치의 존재와 같은 특정 요구 사항이 지정됩니다.
이러한 요구 사항은 회전로를 사용할 때 충족할 수 있습니다. 퍼니스는 섹션으로 나뉘며 각 섹션은 내화 용기에 일정 수의 공작물을 담을 수 있습니다. 퍼니스는 일정한 간격으로 회전하므로 블랭크의 주기적인 로딩 및 언로딩이 가능하고 온도 균일성이 우수합니다.
필요한 소결 시간에 도달하면 소결 공정이 종료되고 블랭크가 식은 후 후처리를 수행할 수 있습니다.
2.5 텅스텐 스틸 블랭크의 일반적인 결함
고품질 프레스 블랭크는 텅스텐 합금 주얼리의 품질을 보장하기 위한 기초입니다. 생산 공정의 특수성으로 인해 프레스 생산 중에는 품질 문제가 필연적으로 발생합니다. 다음은 블랭크 결함의 일반적인 원인과 개선 조치에 대한 몇 가지 목록입니다.
(1) 국소 밀도 편차
- 중간 밀도가 너무 낮습니다. 원인으로는 과도한 측면 면적, 거친 금형 벽, 금형 벽의 윤활 불량, 파우더 압축성 저하 등이 있습니다. 개선 방법으로는 양방향 마찰 프레스로 전환, 금형 벽의 거칠기 감소, 금형 벽 또는 파우더에 윤활제 추가 등이 있습니다.
- 한쪽 끝의 밀도가 너무 낮습니다. 원인으로는 큰 길이 대 직경 또는 길이 대 두께 비율, 거친 금형 벽, 금형 벽의 윤활 불량, 분말 재료의 압축성 저하 등이 있습니다. 개선 방법으로는 양방향 프레스로 전환, 금형 벽의 거칠기 감소, 금형 벽 또는 분말 재료에 윤활제 추가 등이 있습니다.
- 고밀도 또는 저밀도. 원인으로는 파우더에 대한 부적절한 보상이 있습니다. 개선 조치에는 보상 파우더의 양을 조정하는 것이 포함됩니다.
- 벽이 얇은 영역에서는 밀도가 낮습니다. 그 이유는 국부적인 벽 두께 비율이 너무 크고 단방향 프레스가 적합하지 않기 때문입니다. 개선 방안으로는 양방향 프레싱 채택, 금형 벽 거칠기 감소, 금형 벽의 국소 영역에 첨가제 추가 등이 있습니다.
(2) 균열
- 모서리에 균열이 생겼습니다. 원인으로는 부적절한 파우더 충전 보정, 파우더 압축성 불량, 잘못된 탈형 방법 등이 있습니다. 개선 조치에는 분말 충전 보정 조정, 분말 압축성 개선, 올바른 탈형 방법 사용, 외부 제품의 경우 압력 슬리브 사용, 압력 슬리브로 플랜지를 먼저 탈형해야 함 등이 있습니다.
- 측면 균열. 원인으로는 암몰드의 내부 구멍이 이형 방향을 따라 크기가 감소하는 것을 들 수 있습니다. 예를 들어, 가공 과정에서 성형 부품이 심하게 마모되어 배출구에 버가 있거나 원료의 흑연 분말이 분리되어 층을 이루거나 프레스의 상하 표면이 고르지 않거나 금형의 수직성 및 평행도가 표준을 초과하거나 분말 압축성이 좋지 않은 경우입니다. 개선 조치에는 암몰드의 이형 방향을 따라 이형 테이퍼 가공, 흑연 분리를 방지하기 위해 원료에 약간의 윤활제 추가, 프레스 및 금형의 평탄도 개선, 원료의 압축성 개선이 포함됩니다.
- 대각선 균열. 원인으로는 금형 강성 불량, 과도한 프레스 압력, 파우더 프레스 성능 저하 등이 있습니다. 개선 방법으로는 암몰드의 벽 두께 증가, 원형 몰드 슬리브로 전환, 파우더 프레스 성능 개선, 프레스 압력 감소(동일한 밀도 달성) 등이 있습니다.
(3) 주름
- 플랫폼 안쪽 모서리에 주름이 있습니다. 원인으로는 큰 구멍 코어 막대가 너무 일찍 눌려서 엔드 플랫폼이 이미 형성된 경우, 얇은 벽의 슬리브가 계속 눌리면 파우더 흐름이 이미 형성된 영역을 통과하여 모양이 변형되는 경우 등이 있습니다. 이 과정이 반복되면 주름이 생길 수 있습니다. 개선 방안으로는 큰 구멍 코어로드의 최종 압착량을 늘리고, 얇은 벽 영역의 밀도를 적절히 낮추고, 모서리 반경을 적절히 줄이는 것 등이 있습니다.
- 바깥쪽 구형 주름. 프레스 공정 중에 이미 형성된 구형 표면이 흐르는 분말에 의해 지속적으로 파손되고 그 결과 지속적으로 변형되는 것이 원인입니다. 개선 방법으로는 프레스 밀도를 적절히 낮추고, 부피 밀도가 더 큰 분말을 사용하고, 최종 압연하여 제거하고, 탄성 성형으로 전환하는 등의 방법이 있습니다.
- 과압 주름. 원인으로는 과도한 국부 단위 압력, 성형 부품의 표면 뭉개짐, 가소성 손실, 추가 프레스 중에 모양이 변형되지 않는 것 등이 있습니다. 개선 방안으로는 국부적인 과압을 피하기 위해 파우더 충진을 합리적으로 보정하고 파우더 프레스 성능을 개선하는 것이 있습니다.
- 날카로운 모서리 제거. 원인으로는 밀도가 고르지 않거나 국부 밀도가 낮은 경우, 이형 중 일직선이 아닌 경우, 이형 중 금형 구조가 불합리하거나 튕기는 등 부적절한 이형, 보관 및 취급으로 인한 손상 등이 있습니다. 개선 방안으로는 낮은 국부 밀도를 피하기 위한 프레스 방법 개선, 이형 조건 개선, 작업 시 주의 등이 있습니다.
- L측면의 오칼라이즈드 필링. 원인으로는 조립된 금형 이음새의 틈새와 조립된 금형 이음새의 계단이 있으며, 이로 인해 탈형 중에 필연적으로 국부적인 박리가 발생합니다(즉, 구의 직경이 기둥의 직경보다 크거나 구와 기둥이 동심원이 아닌 경우). 개선 방안: 금형 조립이 매끄러워야 하며, 이형에 영향을 주지 않는 이음새에만 단계가 있어야 합니다(즉, 그림에서 구형 부분의 직경은 약간 작을 수 있지만 크지 않아야 하며 구와 기둥은 동심이어야 합니다).
(4) 표면 스크래치
원인은 금형 캐비티 표면의 거칠기가 높거나 경도가 낮고, 금형 벽이 결절을 형성하며, 금형 캐비티 표면의 국소 부위가 갉아먹거나 긁힌 경우입니다. 개선 방법으로는 금형 벽의 경도를 높이고, 거칠기를 줄이고, 결절을 제거하고, 윤활을 강화하는 것이 있습니다.
(5) 크기 편차
과도한 금형 마모와 불합리한 공정 매개변수 선택이 이러한 현상이 발생하는 원인입니다. 개선 방안으로는 경질 합금 금형 사용과 공정 파라미터 조정 등이 있습니다.
(6) 과도한 편심
발생 원인은 금형 설치의 정렬 불량, 고르지 않은 파우더 충전, 과도한 금형 간격, 금형 펀치의 짧은 가이드 부분 등입니다. 개선 방안으로는 금형 정렬 상태 확인, 진동 또는 흡입식 파우더 충진 사용, 합리적인 간격 선택, 금형 펀치의 가이드 부분 증가 등이 있습니다.
2.6 텅스텐 강철 보석의 연삭 및 연마
텅스텐 스틸 소재는 경도가 높고 취성이 크며 열전도율이 낮기 때문에 특히 연삭 허용치가 큰 텅스텐 스틸 주얼리의 경우 주얼리 연삭이 매우 어렵습니다. 경도가 높으면 큰 연삭 압력이 필요하고 열전도율이 낮으면 과도한 연삭 열을 허용하지 않으며 취성이 높으면 연삭 균열이 발생하는 경향이 더 커집니다. 따라서 텅스텐 강철 보석을 연마 할 때 연삭 휠은 더 나은 방열 조건을 보장하고 연삭 균열의 발생을 줄이기 위해 우수한 자체 연마 특성, 합리적인 연삭 공정 및 우수한 냉각을 가져야합니다. 일반적으로 텅스텐 강철 보석을 연마 할 때 온도가 600 ℃를 초과하면 보석의 표면층이 산화 변색되어 다양한 정도의 연삭 화상을 입게됩니다. 심한 경우 텅스텐 스틸 주얼리에 쉽게 균열이 생길 수 있습니다. 이러한 균열은 일반적으로 매우 작으며 균열 근처의 연삭 표면은 종종 파란색, 보라색, 갈색 및 노란색과 같은 다양한 산화 지수의 색상을 나타냅니다. 균열을 따라 균열이 파손되면 균열의 파단부에 심한 화상 자국이 있는 경우가 많으며 연삭유의 침투로 인해 전체 균열 단면이 신선한 균열과 뚜렷하게 정의되는 경우가 많습니다.
텅스텐 강철 보석의 표면 연삭 및 연마 방법에는 주로 기계적 및 전해 연삭 및 연마가 포함됩니다.
(1) 기계식 연마 및 연마
연마 및 연삭 기계. 알루미늄 강철의 연마 및 연삭은 보석 가공과 매우 유사하며 일반적으로 사용되는 장비에는 다음 네 가지 유형이 있습니다.
성형기: 이 그리드는 원형 및 윤곽이 있는 모양으로 균일한 치수와 높은 정밀도가 특징입니다.
연삭 장비: 연삭 방법과 사용되는 도구에 따라 휠 그라인더, 디스크 그라인더, 벨트 그라인더 및 롤 그라인더를 포함하여 여러 유형의 텅스텐 강철을 연삭하여 모양을 만들 수 있습니다. 그중 휠 그라인더는 주로 텅스텐 스틸 블랭크 재료를 모따기 및 성형하는 데 사용되며 디스크 그라인더는 주로 블랭크 재료의 평면 연삭에 사용되며 벨트 그라인더는 주로 곡면 연삭에 사용되며 롤 그라인더는 주로 블랭크 재료의 가장자리를 연삭하여 매끄럽게 만드는 데 사용됩니다.
연마 장비: 일반적인 연마 장비에는 드럼, 진동 배럴 등이 있습니다.
드릴링 장비: 일반적으로 사용되는 드릴링 장비에는 초음파 및 레이저 드릴링 머신이 포함됩니다.
연마재 및 공구 연마 및 연마. 공구는 텅스텐 가공에서 가장 중요한 절삭, 연삭 및 연마 도구입니다. 가공에서의 역할에 따라 절삭 공구, 연삭 공구, 연마 공구의 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 공구와 연마재 간의 부착 관계에 따라 분류하면 자유 연마재와 결합 연마재도 있습니다.
연마재 및 공구의 유형, 모델 및 사양이 다양하기 때문에 만족스러운 결과를 얻으려면 다양한 텅스텐 스틸 액세서리에 적합한 특성 매개 변수를 선택해야 합니다.
a. 연삭 도구용 연마재. 많은 유형의 연마재를 사용할 수 있으며, 연마재 선택은 종종 가공되는 공작물의 재료 특성과 직접적으로 관련이 있습니다. 재료 자체의 경도가 높기 때문에 일반적으로 텅스텐 스틸 주얼리에는 초경도 연마재가 선택됩니다.
텅스텐강 연삭용 기존의 실리콘 카바이드 그라인더는 낮은 연삭 효율, 높은 연삭력, 열악한 자가 연마 및 연삭 접촉 영역의 높은 국부 표면 온도(최대 약 1100℃)로 인해 공구 모서리 품질, 거친 표면 조도 및 높은 스크랩 비율로 인해 점차적으로 제거되어 왔습니다. 반면, 합성 다이아몬드 연삭 휠은 높은 연삭 효율, 낮은 연삭력, 우수한 자가 연마, 고착되지 않는 날카로운 다이아몬드 모서리, 연삭 접촉 영역의 낮은 국부 표면 온도(일반적으로 약 400℃)로 인해 텅스텐강 공구 연삭에 널리 사용됩니다. 합성 다이아몬드의 종류, 코드 및 적용 범위는 표 6-3에 나와 있습니다.
표 6-3 합성 다이아몬드의 유형, 코드 및 적용 범위(GB/T 23536-2009)
| 합성 다이아몬드의 종류와 코드 | 사용 범위 | ||
|---|---|---|---|
| 다양성 | 코드 | 세분성 | 권장 사용 |
| 좁은 범위 | |||
| 연마재 등급 | RVD | 35/40〜325/400 | 세라믹, 수지 접합 연삭 공구; 연삭 공구 등 |
| MBD | 금속 본드 연삭 공구, 전기 도금 제품 등 | ||
| 절단 등급 | SMD | 16/18〜70/80 | 톱, 드릴링 공구, 전기 도금 제품 등 |
| 조정 등급 | DMD | 30/35 | 트리밍 도구: 단일 또는 다중 곡물 트리머 등 |
| 마이크로 파우더 | MPD | M0/0. 5〜M36/54 | 정밀 연삭, 연마 공구, 다결정 복합 재료 등 |
최근 신소재의 적용으로 CBN(입방정 질화 붕소) 연삭 휠은 매우 우수한 가공 효과를 보였으며 CNC 성형 연삭기, 좌표 연삭기 및 CNC 내외경 원통형 연삭기의 마감이 다른 유형의 연삭 휠보다 우수합니다.
연삭 가공에서는 연삭 휠의 선명도를 유지하기 위해 적시에 연삭 휠을 드레싱하는 것이 중요합니다. 그라인딩 휠이 무뎌지면 공작물 표면에서 미끄러지고 압착되어 화상을 입히고 강도를 떨어뜨립니다.
b. 연마제용 본딩제. 본딩제는 많은 작은 연마 입자를 서로 결합하여 연마제를 형성하는 재료입니다. 일반적인 본딩제에는 수지와 금속의 두 가지 주요 범주가 있습니다. 본딩제마다 특성과 용도가 다릅니다(표 6-4).
표 6-4 바인더의 종류, 특성 및 적용 범위
| 바인더 이름 | 코드 | 특성 | 적용 범위 |
|---|---|---|---|
| 레진 바인더 | B | 연삭 공구는 자가 연마성이 우수하고 쉽게 막히지 않으며 열이 거의 발생하지 않으며 드레싱이 쉽고 연마 특성이 우수하며 내마모성이 우수하지만 내열성이 약하고 고하중 연삭에는 적합하지 않습니다. | 다이아몬드 연삭 공구는 경질 합금, 공구 및 비금속의 반정삭 및 정삭에 사용되며 입방정 질화 붕소 공구는 고속강, 공구강, 스테인리스강 및 내열강의 반정삭 및 정삭에 사용됩니다. |
| 금속 바인더(전기 도금 니켈) | 나 | 강력한 접착력, 날카로운 절삭날, 높은 가공 효율, 그러나 코팅, 얇은 작업 층, 짧은 서비스 수명에 의해 제한됩니다. | 주로 유리 가공 및 페라이트 자성 재료의 가공에 사용됩니다. 정밀도가 우수하며 반미세 연삭, 미세 연삭 및 성형 연삭에 사용됩니다. 또한 초박형 및 특수 모양의 개방형 연삭 공구 및 성형 연삭 휠을 제조하는 데 사용할 수도 있습니다. |
| 브론즈 바인더 | M | 결합력이 강하고 내마모성이 우수하며 공구 소모량이 적고 더 큰 하중에도 견딜 수 있습니다. 그러나 자체 연마 특성이 약하고 부적절하게 사용하면 가열되어 막힐 수 있습니다. | 다이아몬드 공구는 유리, 세라믹 및 보석의 절단, 거친 연삭, 미세 연삭 및 성형에 사용되며 입방정 질화 붕소 공구는 합금강과 같은 재료를 연삭하는 데 사용됩니다. |
c. 연마재의 입자. 연마재의 입자는 연삭 효율, 정밀도 등과 밀접한 관련이 있습니다. 그릿을 선택하는 원칙은 연삭 효율을 향상시키기 위해 공작물의 표면 거칠기 요구 사항을 충족하면서 가능한 한 더 거친 그릿을 선택하는 것입니다. 일반적으로 연마 그릿과 공작물 표면 거칠기 사이의 해당 관계는 표 6-5에 나와 있습니다.
표 6-5 공구 그릿 크기와 공작물 표면 거칠기 간의 대응 관계
| 연마 입자 크기 코드 | 70/80〜 100/120 | 100/120〜 140/170 | 140/170〜 230/270 | 270/325〜 10/20 | 8/12 〜 2.5/5 | 2.5/5〜 0/2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 공작물 표면 거칠기 Ra/㎛ | 3. 2 〜 0. 8 | 0.8 〜0.4 | 0.4 〜0.2 | 0. 2 ~ 0. 1 | 0. 1 ~ 0.05 | 0.05 〜 0.025 |
d. 도구 모양. 공구 모양은 주로 기판의 기본 모양, 연마층의 단면 모양, 기판에서의 연마층의 위치 등을 포함합니다. 국가 표준 GB/T6409.1-94(ISO 6104-79 참조)는 표준화를 촉진하기 위해 공구 마킹 방법을 명시하고 있습니다. 공구 마킹은 형상 코드 + 기본 치수 + 연마재 코드 + 연마재 입자 크기 코드 + 바인더 코드 + 농도 코드로 구성됩니다. 이 중 형상 코드는 기판의 기본 형상과 연마층의 단면 형상 및 둘 사이의 위치 관계를 나타내며(그림 6-5~6-7), 기본 치수는 기판과 연마층의 기본 치수를 나타냅니다; 연마재 코드는 합성 다이아몬드 또는 입방정 질화 붕소의 종류 코드를 나타내고, 입자 크기 코드는 연마재의 거칠기 코드를 나타내고, 바인더 코드는 수지-B, 금속-M, 세라믹-V와 같은 바인더의 범주 코드를 나타내고, 농도 코드는 연마층에서 연마재의 비율에 대한 코드를 나타냅니다. 예를 들어, 공구 마킹: 1A14 100×25×127×10 CBN 100/120 B 100.
보조 자료 ③ 보조 자료. 텅스텐강 가공에는 다양한 연마재와 연삭 공구 외에도 연삭유, 냉각유, 접합재, 세정재 등 다양한 보조 재료가 필요합니다.
- 텅스텐 강철 연삭 유체. 텅스텐강은 단단하고 부서지기 쉬운 소재입니다. 연삭 및 연마 중 연마재의 마모를 줄이고 공작물의 균열을 방지하기 위해 업계에서 일련의 효율적인 연삭유가 개발되었습니다. 특히 텅스텐강 및 기타 코발트 함유 가공 재료에 적합합니다. 가공하는 동안 공작물 재료의 코발트가 연삭유에 용해되지 않도록 보장합니다. 가공된 공작물은 경도의 변화 없이 원래의 굽힘 강도와 파단 인성을 최대한 유지할 수 있습니다. 공작물 표면의 다양한 연삭 휠 또는 연삭 입자와 함께 사용할 수 있으며, 센터리스 연삭, 외경 원통 연삭, 연삭 디스크 및 기타 공정에 적합합니다. 칩이 빠르게 증착되고 거품이 발생하지 않으며 기계 및 부품에 잔류물이 생기지 않는 것이 특징입니다.
- 냉각수. 일반적으로 사용되는 냉각수에는 물, 퀴논 오일, 에멀젼이 있습니다. 올바른 냉각수를 선택하는 것이 중요합니다. 냉각 및 윤활유를 올바르게 사용하면 냉각, 세척, 윤활의 세 가지 주요 역할을 수행하면서 냉각 윤활유를 깨끗하게 유지하여 연삭 열을 허용 범위 내에서 제어하여 공작물의 열 변형을 방지할 수 있습니다. 오일 침지 연삭 휠 또는 내부 냉각 연삭 휠을 사용하는 등 연삭 중 냉각 조건을 개선하는 것이 중요합니다. 연삭 휠의 중앙에 절삭유를 주입하면 절삭유가 연삭 영역에 직접 들어가 효과적인 냉각을 제공하고 공작물 표면의 화상을 방지할 수 있습니다. 따라서 연삭 공정에서 연삭유의 적절한 사용과 유지 관리는 필수적입니다.
- 본딩 재료. 주로 가공을 위해 텅스텐 강철을 작동 막대에 접착하는 데 사용됩니다.
- 청소 재료. 주로 접착제 및 텅스텐 스틸 표면의 기름 얼룩, 먼지 및 기타 오염 물질을 청소하는 데 사용됩니다.
연삭 작업 과정. 텅스텐 강철 보석을 연삭할 때 부적절한 작동 또는 부적절한 연삭 휠 선택은 과도한 연삭 온도로 쉽게 이어질 수 있으며, 합금 표면이 과열되거나 인성이 감소하고 취성이 증가하여 텅스텐 강철 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 합리적인 연삭 공정을 확립하는 것은 텅스텐 강철 제품의 연삭 가공을 보장하기위한 기초이기 때문에 전제 조건입니다. 방사형 이송 속도가 더 작은 미세 연삭 방법 또는 정밀 연삭을 사용하여 연삭량을 합리적으로 선택하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 반경 방향 이송 속도와 휠 속도를 적절히 줄이면서 축 방향 이송 속도를 높이면 휠과 공작물 사이의 접촉 면적을 줄여 열 방출 조건을 개선하여 표면 온도 상승을 효과적으로 제어 할 수 있습니다.
(2) 전해 연삭 가공
과거에는 텅스텐강의 기계적 연삭 및 연마는 거의 기계 가공 방법에 머물러 있었습니다. 이 방법은 복잡한 장비가 필요하고 다이아몬드 휠로 연마 → 에머리 페이퍼로 수동 연마 → 고운 면사 수동 연마와 같은 공정이 필요해 복잡하고 시간이 많이 걸립니다. 효율이 낮고 비용이 높을 뿐만 아니라 반복적인 기계적 연삭으로 인해 합금 표면과 내부에 응력과 균열이 쉽게 발생해 수명이 단축되고 심지어 합금의 취화 및 손상을 유발할 수 있다는 것이 더 큰 단점입니다. 전해 연삭 가공은 전해 가공과 기계 연삭의 결합 효과를 활용하여 경질 합금을 가공하며, 전해 가공이 약 80%~90%를 차지하는 반면 기계 연삭은 10%~20%만 차지하는 등 전해 가공이 주요 역할을 합니다. 생산 효율은 일반 기계식 연삭보다 4~8배 높습니다. 동시에 전기 매개 변수를 쉽게 변경하여 거친 공정과 미세 공정을 하나로 병합하여 생산주기를 단축하고 가공 비용을 절감하여 텅스텐 강 가공에 유망한 방법입니다.
구조와 원리. 전해 연삭은 주로 그림 6-8과 같이 DC 전원 공급 장치, 공작 기계 및 유압 시스템의 세 부분으로 구성됩니다.
전기분해 연삭 시 텅스텐강 공작물은 DC 전원 공급 장치의 양극 단자에 연결되고 다이아몬드 전도성 연삭 휠은 음극 단자에 연결됩니다. 둘 다 일정한 접촉 압력을 유지하여 휠 표면의 돌출된 연마재(다이아몬드)와 특정 전해 간격을 유지하고 전해액이 그 간격으로 공급됩니다. 전원이 켜지면 공작물 표면에서 전기 화학 반응이 일어납니다. 경질 합금이 전기 분해되고 표면에 경질 합금 자체보다 훨씬 낮은 경도를 가진 매우 얇은 산화막(전해막)이 형성됩니다. 이 산화막은 고속 회전하는 다이아몬드 연삭 휠에 의해 지속적으로 긁어내어 전해질과 함께 운반됩니다. 이렇게 하면 새로운 공작물 표면이 노출되어 전기분해 반응이 계속됩니다. 전기 분해와 산화막 제거가 번갈아 진행되므로 텅스텐강을 지속적으로 가공하여 매끄러운 표면을 형성하고 일정한 치수 정확도를 달성할 수 있습니다.
전기화학 장비를 선택할 때는 연삭기 구조가 높은 굽힘 응력 하에서도 연삭 휠과 공작물 사이의 정확도를 유지할 수 있을 정도로 충분히 견고해야 합니다. 공작 기계에는 전해액을 가압하고 여과하기 위한 부식 방지 보조 장비가 필요합니다. 제어 장치, 고정 장치, 기계 및 전기 시스템은 염수 분무 환경에서 작동하도록 적절한 재료로 만들어지거나 코팅되어야 합니다. 다이아몬드 연마 전도성 휠이 있는 전해 연삭 휠은 전기를 전도할 수 있습니다. 동시에 비전도성 연마 휠도 사용할 수 있지만 그 성능은 다이아몬드만큼 좋지 않습니다. 전해질 노즐의 재료는 일반적으로 내열성 아크릴 또는 기타 동등한 절연 재료로 만들어집니다. 공작물 고정 장치는 구리 또는 구리 합금 재료로 만들어집니다. 전해 연삭 중에 음극과 양극 극성을 가진 부품이 서로 절연되도록 설계하여 공작 기계가 정상적으로 작동하는지 확인해야 합니다.
전해질 및 전해질 연삭 휠을 연마합니다. 전해 연삭은 전기 화학적 용해를 기반으로 합니다. 전해질의 선택은 전해 연삭의 생산성, 가공 정확도 및 표면 품질에 큰 영향을 미칩니다. 전해질을 준비하는 데 사용되는 화학 물질에는 아질산나트륨, 질산나트륨, 인산이수소나트륨, 염화나트륨, 붕산나트륨, 크롬산칼륨 등이 있습니다. 예를 들어 아질산나트륨 6.3%, 질산나트륨 0.3%, 인산이수소나트륨 2%, 붕산나트륨 1.4%로 pH 값을 8~9로 조절합니다.
경질 합금의 전해 연삭은 일반적으로 다이아몬드 연마재의 규칙적인 모양, 높은 경도, 장시간 균일한 전해 간격을 유지하는 능력, 미세 연삭 시 별도의 기계 연삭이 가능한 높은 생산성 때문에 다이아몬드 전도성 연삭숫돌을 사용합니다. 다이아몬드 전해 연삭 휠은 금속 결합형과 전기 도금형 다이아몬드 연삭 휠로 나눌 수 있습니다. 전자는 텅스텐강의 평평한 표면과 내경 및 외경의 전해 연삭에 사용되며, 후자는 단일 형상을 가진 대량의 공작물의 전해 성형 연삭과 작은 구멍의 내경 연삭에 사용됩니다.
연삭 공정 파라미터 ③ 연삭 공정 파라미터. 전기화학적 연삭 공정에서 전류 밀도는 생산성을 결정하는 주요 요인으로, 전기화학적 밀도에 따라 증가합니다. 그러나 전류 밀도가 너무 높거나 너무 낮으면 가공 정확도와 표면 품질이 저하됩니다. 실제 생산에서는 과도한 전압이 스파크 방전을 유발하여 공작물의 표면 품질에 영향을 미칠 수 있으므로 전압을 제한 없이 높이는 것은 바람직하지 않습니다.
텅스텐강을 전기화학적 연삭할 때 110A/cm의 전류 밀도에서 생산성이 가장 높습니다.2실제 사용되는 전류 밀도는 15~60A/cm입니다.2전압은 7~10V입니다. 거친 연삭 중 전류는 20~30A/cm입니다.2이며, 미세 분쇄 시에는 5~6A/cm입니다.2.
특정 전압에서 작은 가공 간격은 더 높은 전류 밀도를 달성하고 생산성을 향상시키며 매끄럽고 정밀한 가공 표면을 얻을 수 있습니다. 그러나 간격이 너무 작으면 전해액이 고르게 유입되거나 분배되기 어려워 스파크 방전이 쉽게 발생하고 연삭 휠의 마모가 가속화될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 가공 간격은 0.025~0.05mm입니다.
연삭 압력이 증가하면 생산성도 증가합니다. 압력이 지속적으로 증가하면 전해 갭이 감소하여 스파크 방전이 발생하기 쉽습니다. 반대로 연삭 압력이 너무 낮으면 산화막 제거가 불충분하여 가공 효율과 표면 품질이 저하됩니다. 따라서 연삭 압력은 스파크 방전을 일으키지 않고 산화막을 완전히 긁어낼 수 있는 원리를 기반으로 해야 합니다. 일반적으로 0.2~0.5MPa의 연삭 압력을 권장합니다.
접촉 면적이 증가하여 DC 전원 공급 장치가 자동으로 더 큰 전류를 입력할 수 있으므로 표면 품질은 양호하게 유지하면서 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 전해 연삭 시에는 연삭 휠과 공작물 사이의 최대 접촉 면적을 유지하기 위해 노력해야 합니다.
그라인딩 휠 속도를 높이면 전해 갭에 전해액이 충분히 공급되어 빠르게 교대하면서 기계적 연삭 효과를 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 너무 높으면 안 됩니다. 일반적인 연삭 휠 선형 속도는 1200~2100m/min입니다.
전해질 흐름은 전해질 갭에 충분하고 균일하게 들어가도록 해야 합니다. 일반적으로 수직 전기분해 평면 연삭기의 전해질 유량은 5~15L/min이며, 내부 및 외부 원형 전기분해 연삭기의 전해질 유량은 1~6L/min입니다. 전해질 노즐을 설치하는 것도 중요한데, 이는 전해질 작용을 연삭 휠과 공작물 사이의 가공 간격으로 제한하는 데 도움이 되기 때문입니다. 노즐은 연삭 휠의 외부 표면에 가깝게 단단히 설치해야 하며, 노즐이 회전하는 연삭 휠의 외부 가장자리에서 공기층을 파괴할 수 있도록 에어 스크레이퍼가 장착되어 있어야 합니다.
