KR100729467B1

KR100729467B1 - A machine parts for using a consume resisting and this manufacturing process

Info

Publication number: KR100729467B1
Application number: KR1020050097415A
Authority: KR
Inventors: 심동섭; 송근철; 김경운
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-06-15
Also published as: KR20070041849A

Abstract

본 발명은 내마모성 소재를 이용한 기계부품에 관한 것으로, 이 기계부품의 경질입자는 평균입도가 1㎛ 이하인 상태에서 왁스로 코팅됨과 아울러 왁스가 제거된 상태에서 조립화된 분말로 제조되고, 결합제는 그 조성비가 탄소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.01~1 중량%, 붕소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5~10 중량%, 실리콘이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 3~12 중량%, 크롬이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 2~20 중량%, 철이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1~4 중량%, 그 나머지가 니켈이며, 상기 결합제는 상기 경질입자의 중량에 대비하여 20~45% 중량인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a mechanical part using a wear-resistant material, wherein the hard particles of the mechanical part are coated with wax in a state of average particle size of 1 μm or less, and are made of a granulated powder in a state where the wax is removed, The composition ratio is 0.01 to 1% by weight based on the weight ratio of the total composition of the carbon binder, 0.5 to 10% by weight based on the weight ratio of the total composition of the boron binder, 3 to 12% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, Chromium is 2 to 20% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, iron is 0.1 to 4% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, the remainder is nickel, the binder is 20 to 20% by weight of the hard particles It is characterized by a 45% weight.

내마모성이 우수한 초경합금 접합체를 건설기계용 굴삭기, 콘크리트 펌프카 등에서 토사와 직접 접촉하는 마모가 심한 부위에 조립하여 사용함으로써 장치의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 디젤엔진의 접동마모 부위에 내마모성 소재를 이용한 기계부품을 적용함으로써 보다 우수한 내마모성을 얻을 수 있다.The cemented carbide alloy with excellent wear resistance can be used in construction machinery excavators, concrete pump cars, etc., where it is directly contacted with earth and sand, to improve the wear resistance of the machine. Machine parts using wear-resistant materials for sliding wear of diesel engines By applying this, more excellent wear resistance can be obtained.

내마모성, 기계부품, 경질입자, 결합제, 초경합금 Abrasion Resistance, Mechanical Parts, Hard Particles, Binders, Carbide Alloys

Description

내마모성 소재를 이용한 기계부품 및 그 제조방법{A machine parts for using a consume resisting and this manufacturing process}A machine parts for using a consume resisting and this manufacturing process

도 1은 일반적인 초경합금 내에서 조대화된 경질입자의 현미경조직을 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a microscopic structure of hard particles coarse in a general cemented carbide,

도 2는 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품을 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing a mechanical component using a wear-resistant material according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법을 나타낸 공정도,3 is a process chart showing a method for manufacturing a mechanical part using a wear resistant material according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 초경합금 내에서 조립화된 경질입자의 현미경조직을 나타낸 단면도,Figure 4 is a cross-sectional view showing the microscopic structure of the hard particles assembled in the cemented carbide of a mechanical part using a wear-resistant material according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 다른 실시예를 나타낸 단면도,5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a mechanical part using a wear-resistant material according to the present invention;

도 6은 도 5의 기계부품을 제조하는 방법을 나타낸 공정도,6 is a process chart showing a method of manufacturing the machine part of FIG.

도 7은 도 5의 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 초경합금에 포함된 미세한 경질입자의 현미경조직을 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing the microscopic structure of the fine hard particles contained in the cemented carbide of the mechanical part using the wear-resistant material of FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 철계 모재 20 : 초경합금층10: iron base material 20: cemented carbide layer

21 : 경질입자층 22 : 결합제층21: hard particle layer 22: binder layer

23 : 혼합분말23: mixed powder

본 발명은 내마모성 기계부품에 관한 것으로, 특히 철계 모재에 초경합금층을 형성하여 내마모성이 요구되는 장비의 마찰 접촉부에 사용하는 내마모성 소재를 이용한 기계부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to abrasion resistant machine parts, and more particularly, to a machine part using a wear resistant material for use in a frictional contact portion of an equipment requiring a wear resistance by forming a cemented carbide layer on an iron base material, and a manufacturing method thereof.

일반적으로 초경합금은 텅스텐 탄화물, 크롬 탄화물 등의 탄화물, 질화물, 붕화물 등과 같은 경질입자와, 니켈, 코발트 등의 단일금속 혹은 니켈합금, 코발트합금의 결합제(Binder)로 구성된 것으로, 내마모성이 우수하여 공구류 및 내마모성이 크게 요구되는 기계부품에 널리 사용되고 있다.In general, cemented carbide is composed of carbides such as tungsten carbide and chromium carbide, hard particles such as nitride and boride, and a single metal such as nickel and cobalt, or a binder of nickel alloy and cobalt alloy, and has excellent wear resistance. And it is widely used in mechanical parts that require great wear resistance.

상기한 초경합금을 기계적인 부품으로 이용하기 위해서는, 상기 경질입자와 결합제의 분말을 혼합한 후 성형하고, 성형된 성형체를 소결하여 소결체를 제조하며, 상기 소결체를 용가재 금속(Brazing metal)을 이용하여 철계 모재에 접합시키는 방법이 있다. 혹은 상기 용가재 금속 없이 직접 상기 철계 모재에 접합한 뒤 사용하는 방법이 있다.In order to use the cemented carbide as a mechanical part, the hard particles and the powder of the binder are mixed and molded, and the molded body is sintered to produce a sintered body, and the sintered body is made of iron-based metal using a brazing metal. There is a method of bonding to the base metal. Alternatively, there may be used a method in which the iron base metal is directly bonded to the iron base without the filler metal.

그리고, 또 다른 방법으로는 상기 경질입자 분말과 상기 결합제 분말을 성형한 후, 상기 철계 모재와 직접 접합하거나 혹은 수지를 혼합하여 일정한 형태의 원하는 모양으로 성형한 다음 이러한 혼합체를 철계 모재상에 위치시고 가열하여 수지를 제거하면서 동시에 상기 결합제와 철계 모재를 접합시키는 방법이 있다.In another method, the hard particle powder and the binder powder are molded, directly bonded to the iron base material, or mixed with a resin to form a desired shape in a predetermined shape, and then the mixture is placed on the iron base material. There is a method of bonding the binder and the iron base material while heating to remove the resin.

상기의 방법 중 우수한 접합성과 비교적 균일한 초경합금층을 얻을 수 있는 방법으로는, 상기 경질입자 분말과 상기 결합제 분말로 성형 및 소결공정을 거쳐 제조된 초경합금을 상기 철계 모재와 직접 접합하는 방법과, 상기 경질입자 분말과 결합제 분말을 일정 형태로 성형하여 상기 철계 모재위에 위치시킨 후, 일정한 온도로 가열하여 접합하는 방법이 있다.Among the above methods, a method of obtaining a superior bonding property and a relatively uniform cemented carbide layer includes a method of directly joining a cemented carbide prepared by molding and sintering the hard particle powder and the binder powder with the iron base material, and The hard particle powder and the binder powder are molded in a predetermined form, placed on the iron base material, and then heated and bonded to a constant temperature.

상기와 같이 철계 모재위에 형성된 초경합금은 1~100㎛ 크기의 경질입자와 니켈 혹은 코발트 합금인 결합제로서 구성된다. 이렇게 제조된 초경합금과 철계 모재와의 접합체는 내마모재로서의 기능을 수행하기 위해서는 초경합금층이 높은 경도값과 우수한 내마모성이 요구되어지며, 상기 철계 모재와의 접합성도 우수하여야 한다.The cemented carbide formed on the iron-based base material as described above is composed of a hard particle having a size of 1 to 100 μm and a binder which is nickel or cobalt alloy. The cemented carbide alloy and the iron-based base material thus prepared are required to have a high hardness value and excellent wear resistance to the cemented carbide layer in order to function as a wear-resistant material, and also to have excellent bonding property with the iron-based base material.

상기 초경합금층에 포함된 상기 경질입자의 입도를 보다 미세한 크기인 서브미크론(1㎛ 이하)으로 유지하게 되면 높은 경도값과 우수한 내마모성을 가지게 된다.When the particle size of the hard particles included in the cemented carbide layer is maintained at a submicron (1 μm or less), which is a finer size, it has a high hardness value and excellent wear resistance.

그러나, 상기와 같이 미세한 경질입자는 유동도가 좋지 않아 상기한 두 가지 접합방법에서 공통으로 들어가는 성형공정이 어렵다는 문제가 있고, 고온의 가열공정으로 인해 상기 경질입자가 조대화되는 문제가 있다.However, the fine hard particles as described above have a problem in that the molding process is difficult to enter in common in the above two bonding methods due to poor fluidity, and the hard particles are coarsened due to the high temperature heating process.

여기서, 상기 조대화는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 경질입자(100)가 거칠고 커지게 되는 것으로, 상기 초경합금층 내에서 거칠고 커진 상기 경질입자(100)를 확인할 수 있다.In this case, as the coarsening is shown in FIG. 1, the hard particles 100 become coarse and large, and the coarse and hard particles 100 in the cemented carbide layer can be confirmed.

그리고, 상기 초경합금은 상기 경질입자가 보다 미세하고 균일하게 분포되어 있다면, 그렇지 않은 경우 보다 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있으며, 이러한 초경합금층과 철계 모재가 접합된 기계부품은 우수한 내마모성을 가지게 된다.And, if the cemented carbide is more finely and uniformly distributed, the cemented carbide may obtain better mechanical properties. Otherwise, the cemented carbide layer and the mechanical component to which the iron base material is bonded have excellent wear resistance.

그런데, 상기와 같이 경질입자가 미세한 경우 그 유동성이 극히 좋지 않기 때문에 초경합금층을 형성시키기 위한 성형공정을 어렵게 하는 결점이 있고, 높은 온도에서 열이 가해지는 소결 혹은 접합공정에서 상기 경질입자의 조대화가 쉽게 일어나기 때문에 목적하였던 경질입자의 미세화 또한 달성하기 어렵다는 문제가 있었다.However, when the hard particles are fine as described above, since the fluidity is extremely poor, there is a drawback of making the molding process for forming the cemented carbide layer difficult, and the coarsening of the hard particles in the sintering or joining process in which heat is applied at high temperature. Since it easily occurs, there was a problem that the intended miniaturization of the hard particles was also difficult to achieve.

이에 본 발명은 종래의 내마모성 기계부품이 갖는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 초경합금을 이루는 결합제의 양을 조절함과 아울러 경질입자의 유동도를 조절함으로써 초경합금과 철계 모재의 결합성 향상 및 초경합금의 성형성을 향상시킬 수 있도록 한 내마모성 소재를 이용한 기계부품 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is devised to solve the problems of the conventional wear-resistant mechanical parts, by adjusting the amount of the binder forming the cemented carbide and the flow rate of the hard particles to improve the bonding between the cemented carbide and iron base material and the cemented carbide It is an object of the present invention to provide a mechanical part and a manufacturing method using the wear-resistant material to improve the moldability.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 경질입자와 결합제로 이루어진 초경합금이 철계 모재에 접합하여서 된 내마모성 소재를 이용한 기계부품에 있어서, 상기 경질입자는 평균입도가 1㎛ 이하인 상태에서 왁스로 코팅됨과 아울러 왁스가 제거된 상태에서 조립화된 분말로 제조되고, 상기 결합제는 그 조성비가 탄소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.01~1 중량%, 붕소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5~10 중량%, 실리콘이 결합제 전체 조성물의 중량비 를 기준으로 3~12 중량%, 크롬이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 2~20 중량%, 철이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1~4 중량%, 그 나머지가 니켈이며, 상기 결합제는 상기 경질입자의 중량에 대비하여 20~45% 중량인 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the mechanical parts using a wear-resistant material is a cemented carbide alloy consisting of hard particles and a binder bonded to an iron-based base material, the hard particles are coated with wax in the state of the average particle size of 1㎛ or less In addition, the wax is removed and prepared as a granulated powder, the binder is a composition ratio of 0.01 to 1% by weight based on the weight ratio of the total composition of the carbon binder, 0.5 ~ based on the weight ratio of the total composition of the boron binder 10% by weight, silicone is 3-12% by weight, based on the weight ratio of the total composition of the binder, chromium is 2-20% by weight, based on the weight ratio of the total composition of the binder, and iron is 0.1-4% by weight, based on the weight ratio of the total composition of the binder. And, the rest is nickel, the binder is characterized in that 20 to 45% by weight relative to the weight of the hard particles.

그리고, 본 발명의 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법은, 평균입도가 1㎛ 이하인 경질입자를 왁스로 코팅하는 단계와, 왁스로 코팅된 상기 경질입자를 조립화한 후 건조에 의하여 왁스를 제거하는 단계와, 조립화된 상기 경질입자 분말을 철계 모재 위에 위치시켜 경질입자층으로 성형하는 단계와, 상기 경질입자층 위에 탄소, 붕소, 실리콘, 크롬, 철, 니켈로 이루어진 결합제 분말을 적층하여 결합제층으로 성형하는 단계 및, 결합된 상기 경질입자와 결합제 합금을 소정 온도로 가열하여 상기 철계 모재에 초경합금층으로 접합하는 단계로 구성된다.In addition, the method for manufacturing a mechanical part using the wear-resistant material of the present invention includes the steps of coating the hard particles having an average particle size of 1 μm or less with wax, and then removing the wax by assembling the hard particles coated with wax. And the step of forming the granulated hard particle powder on the iron base material to form a hard particle layer, and laminating a binder powder made of carbon, boron, silicon, chromium, iron, and nickel on the hard particle layer to form a binder layer. Forming and bonding the hard particles and the binder alloy to a predetermined temperature to bond the cemented carbide layer with the cemented carbide layer.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 내마모성 소재를 이용한 기계부품은 도 2에 도시된 바와 같이, 기계부품의 모재를 이루는 철계 모재(10)와, 이 철계 모재(10)에 접합되는 초경합금층(20)으로 구성된다. 상기 초경합금층(20)은 철계 모재(10)의 위에 적층 성형되는 경질입자층(21)과, 이 경질입자층(21) 위에 적층 성형되는 결합제층(22)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the mechanical part using the wear-resistant material of the present invention includes an iron base material 10 forming a base material of the mechanical part, and a cemented carbide layer 20 bonded to the iron base material 10. The cemented carbide layer 20 is composed of a hard particle layer 21 laminated on the iron-based base material 10 and a binder layer 22 laminated on the hard particle layer 21.

상기 경질입자층(21)은 평균입도가 1㎛ 인하인 경질입자를 이용하여 왁스로 코팅하고, 왁스가 제거된 상태에서 조립(Granulation)화된 분말로 제조하여 상기 철계 모재(10) 위에 적층된 상태에서 성형된다.The hard particle layer 21 is coated with wax using hard particles having an average particle size of 1 μm or lower, and manufactured from granulated powder in a state in which wax is removed, and laminated on the iron base material 10. Molded.

상기 결합제층(22)은 탄소(C), 붕소(B), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 철(Fe), 니켈(Ni)로 이루어진 결합제 분말이 상기 경질입자층(21) 위에 적층된 상태에서 성형된다.The binder layer 22 is formed of a binder powder composed of carbon (C), boron (B), silicon (Si), chromium (Cr), iron (Fe), and nickel (Ni) on the hard particle layer 21. Molded in the state.

상기 결합제 분말의 조성비는 탄소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.01~1 중량%, 붕소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5~10 중량%, 실리콘이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 3~12 중량%, 크롬이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 2~20 중량%, 철이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1~4 중량%, 그 나머지가 니켈이다. 이러한 결합제는 상기 경질입자의 중량에 대비하여 20~45% 중량으로 첨가된다.The composition ratio of the binder powder is 0.01 to 1% by weight based on the weight ratio of the total composition of the carbon binder, 0.5 to 10% by weight based on the weight ratio of the total composition of the boron binder, 3 to 3 based on the weight ratio of the total composition of the binder 12 wt%, chromium is 2-20 wt% based on the weight ratio of the total composition of the binder, iron is 0.1-4 wt% based on the weight ratio of the total composition of the binder, and the balance is nickel. Such a binder is added in 20 to 45% by weight based on the weight of the hard particles.

한편, 상기와 같은 구성을 갖는 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 평균입도가 1㎛ 이하인 경질입자를 왁스로 코팅하고(S1), 왁스로 코팅된 상기 경질입자를 조립화한 후 건조에 의하여 왁스를 제거하며(S2), 조립화된 상기 경질입자 분말을 철계 모재 위에 위치시켜 경질입자층으로 성형하고(S3), 상기 경질입자층 위에 탄소, 붕소, 실리콘, 크롬, 철, 니켈로 이루어진 결합제 분말을 적층하여 결합제층으로 성형하며(S4), 결합된 상기 경질입자와 결합제 합금을 소정 온도로 가열하여 상기 철계 모재에 초경합금층으로 접합한다(S5).On the other hand, the manufacturing method of the mechanical part using the wear-resistant material having the configuration as described above, as shown in Figure 3, the manufacturing method of the present invention is coated with a hard particle having an average particle size of 1㎛ or less (wax) (S1), wax After the granulation of the hard particles coated with coarse and dried to remove the wax (S2), the granulated hard particle powder is placed on the iron-based base material to form a hard particle layer (S3), carbon on the hard particle layer, A binder powder composed of boron, silicon, chromium, iron, and nickel is laminated to form a binder layer (S4), and the bonded hard particles and the binder alloy are heated to a predetermined temperature to be bonded to the iron-based base material with a cemented carbide layer (S5). ).

그리고, 상기와 같은 제조과정 중에서 상기 경질입자의 왁스는 250~550℃ 온도에서 제거하고, 상기 경질입자 분말을 경질입자층으로 성형할 때에는 그 성형압 을 50~2,000kg/㎠ 인 것으로 유지함이 바람직하다.In addition, the wax of the hard particles is removed at a temperature of 250 to 550 ° C. during the manufacturing process, and when the hard particle powder is molded into the hard particle layer, the molding pressure is preferably maintained at 50 to 2,000 kg / cm 2. .

여기서, 상기 경질입자 분말과 결합제 분말을 이용한 분말접합에 관하여 설명하면, 서브미크론(평균입도 1㎛ 이하) 크기의 텅스텐 카바이드(WC)로 구성된 경질입자를 아트리터(Attritor)를 이용하여 혼합 분쇄하고, 여기에 파라핀 왁스를 전체 중량비를 기준으로 2 중량% 첨가하여 코팅한 후, 분무기(Atomizer)를 이용하여 조립화 한다.Herein, the powder bonding using the hard particle powder and the binder powder will be described. The hard particles composed of tungsten carbide (WC) having a submicron (average particle size of 1 μm or less) are mixed and ground using an attritor. Paraffin wax is added thereto based on the total weight ratio of 2% by weight and coated, and then granulated using an atomizer.

조립된 상기 경질입자 분말을 진공분위기에서 일정온도로 일정시간을 유지하여 왁스를 제거(Dewax)한 후, 유동성이 우수한 경질입자를 얻는다. 이와 같이 제조된 경질입자를 접합하고자 하는 철계 모재에 위치시킨 후, 일정한 시간 동안 일정압력으로 가압하여 성형한다.After the granulated hard particle powder is dewaxed by maintaining a constant temperature at a constant temperature in a vacuum atmosphere, hard particles having excellent fluidity are obtained. The hard particles prepared as described above are placed on the iron-based base material to be bonded, and then molded by pressing at a constant pressure for a predetermined time.

또한, 결합제인 0.01~1 중량% 탄소, 0.5~10 중량% 붕소, 3~12 중량% 실리콘, 2~20 중량% 크롬, 0.1~4 중량% 철, 그 나머지는 니켈로 구성된 니켈합금 분말을 상기 경질입자에 위치시킨 후, 일정온도에서 일정시간 유지하여 철계 모재와 접합된 초경합금층을 형성시킨다.In addition, the binder is a nickel alloy powder consisting of 0.01 to 1% by weight carbon, 0.5 to 10% by weight boron, 3 to 12% by weight silicone, 2 to 20% by weight chromium, 0.1 to 4% by weight iron, the rest is nickel After being placed in the hard particles, and maintained at a constant temperature for a certain time to form a cemented carbide layer bonded to the iron-based base material.

상기와 같이 형성된 초경합금의 경도와 내마모성을 측정하고, 평균입도 3㎛의 텅스텐 카바이드 분말을 이용하여 접합 후 내마모성을 표 1을 통해 비교해 보면 다음과 같다.The hardness and wear resistance of the cemented carbide formed as described above were measured, and abrasion resistance after bonding using tungsten carbide powder having an average particle size of 3 μm was compared as follows.

경질입자 평균입도Hard particle average particle size Dewax 온도 시간Dewax temperature time 결합재량(무게비)Bonding amount (weight ratio) 성형압 (kg/㎠)Molding pressure (kg / ㎠) 접합온도(℃) 및 시간Junction temperature (℃) and time 조립체 잔존여부Assembly remains 조대경질입자 존재여부Presence of coarse hard particles 경도 (HRA)Hardness (HRA) 토사 마모량(g)Soil wear (g) 실시예 1Example 1 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 200℃ 6시간200 ℃ 6 hours 60%60% 2020 950℃ 180min950 ℃ 180min 잔존Remaining 없음none 6565 1.401.40 실시예 2Example 2 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 250℃ 5.5시간250 ℃ 5.5 hours 55%55% 5050 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 7575 0.370.37 실시예 3Example 3 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 300℃ 5시간300 ℃ 5 hours 45%45% 100100 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 7777 0.230.23 실시예 4Example 4 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 350℃ 4.5시간350 ℃ 4.5 hours 40%40% 300300 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 7878 0.240.24 실시예 5Example 5 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 400℃ 4시간400 ℃ 4 hours 35%35% 500500 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 8282 0.230.23 실시예 6Example 6 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 450℃ 3.5시간450 ℃ 3.5 hours 30%30% 700700 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 8585 0.210.21 실시예 7Example 7 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 500℃ 3시간500 ℃ 3 hours 20%20% 10001000 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 8888 0.190.19 실시예 8Example 8 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 550℃ 2.5시간550 ℃ 2.5 hours 15%15% 15001500 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 형성formation 8787 0.450.45 실시예 9Example 9 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 600℃ 2시간600 ℃ 2 hours 15%15% 20002000 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 형성formation 8888 1.021.02 실시예 10Example 10 WC (3.0㎛)WC (3.0㎛) 350℃ 4.5시간350 ℃ 4.5 hours 35%35% 500500 950℃ 180min950 ℃ 180min 없음none 없음none 8080 0.410.41

실시예 1의 경우 낮은 왁스 제거(Dewaxing) 온도와 낮은 성형압으로 인하여 조립체가 초경합금층(20) 내에 잔존해 있는 것이 도 4에 나타난 바와 같다. 토사 마모량이 다른 실시예에 비하여 높게 얻어진다.In the case of Example 1, it is shown in FIG. 4 that the assembly remains in the cemented carbide layer 20 due to the low waxing temperature and the low forming pressure. Soil wear is obtained higher than in the other examples.

그리고, 실시예 9의 경우 높은 접합온도로 인하여 경질입자가 조대하게 형성된다.(도 1 참조) 따라서 토사 마모량도 다른 실시예에 비하여 높게 얻어진다.In the case of Example 9, hard particles are coarsened due to the high bonding temperature. (See FIG. 1) Therefore, the soil wear is also obtained higher than in other examples.

또한, 상기 경질입자의 입도를 3㎛으로 하고 기타의 조건을 실시예 5와 동일하게 한 실시예 10의 경우, 형성된 초경합금층 내에 조대화된 경질입자도 없었으며, 조립체도 존재하지 않았지만, 마모량은 비교조건의 실시예 5에 비하여 2배 정도로 높게 얻어졌다.In addition, in Example 10 in which the particle size of the hard particles was 3 μm and other conditions were the same as those of Example 5, there were no coarse hard particles in the formed cemented carbide layer and no granules, but the amount of wear was It was obtained about twice as high as Example 5 of the comparative conditions.

다음으로, 도 5와 도 6을 참조로 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 다른 실시예를 살펴보면, 철계 모재(10)에 접합되는 초경합금층(20)이 경질입자와 결합제의 혼합분말(23)로 구성된다.Next, referring to another embodiment of the mechanical part using the wear-resistant material according to the present invention with reference to Figures 5 and 6, the cemented carbide layer 20 bonded to the iron-based base material 10 is a mixed powder of hard particles and a binder ( 23).

상기 혼합분말(23)은 평균입도가 1㎛ 이하인 경질입자와 탄소, 붕소, 실리콘, 크롬, 철, 니켈로 구성된 결합제 분말을 혼합하여 구성된다. 상기 혼합분말(23)을 성형하여 그 성형체를 상기 철계 모재(10)에 접합함으로써 초경합금층(20)을 이룬다.The mixed powder 23 is composed of a hard particle having an average particle size of 1 μm or less and a binder powder composed of carbon, boron, silicon, chromium, iron, and nickel. The cemented carbide layer 20 is formed by molding the mixed powder 23 and joining the molded body to the iron base material 10.

한편, 상기와 같이 다른 실시예의 구성을 갖는 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법은, 평균입도가 1㎛ 이하인 경질입자와 탄소, 붕소, 실리콘, 크롬, 철, 니켈로 구성된 결합제 분말을 혼합하여 이 혼합분말을 왁스로 코팅하고(S11), 왁스로 코팅된 혼합분말을 조립화한 후 건조에 의하여 왁스를 제거하며(S12), 왁스가 제거된 상기 혼합분말을 성형하고(S13), 상기 혼합분말의 성형체를 소정 온도로 가열하여 철계 모재에 초경합금층으로 접합하도록 구성된다(S14).On the other hand, the method of manufacturing a mechanical part using a wear-resistant material having a configuration of another embodiment as described above, by mixing the binder particles composed of carbon, boron, silicon, chromium, iron, nickel with hard particles having an average particle size of 1㎛ or less Coating the mixed powder with wax (S11), granulate the mixed powder coated with wax and remove the wax by drying (S12), shaping the mixed powder from which the wax is removed (S13), and the mixed powder Is formed to be heated to a predetermined temperature and bonded to the iron base material with a cemented carbide layer (S14).

그리고, 상기와 같은 제조과정 중에서 상기 경질입자의 왁스는 250~550℃ 온도에서 제거하고, 상기 경질입자 분말을 경질입자층으로 성형할 때에는 그 성형압을 50~2,000kg/㎠ 인 것으로 유지함이 바람직하다.And, the wax of the hard particles in the manufacturing process as described above is removed at a temperature of 250 ~ 550 ℃, when forming the hard particle powder into a hard particle layer, it is preferable to maintain the molding pressure is 50 ~ 2,000kg / ㎠. .

여기서, 상기 혼합분말로 초경합금 소결체를 제조한 후 철계 모재와 초경합금을 접합하는 경우에 관하여 설명하면, 서브미크론(평균입도 0.5㎛ 이하) 크기의 텅스텐 카바이드(WC)로 구성된 경질입자와, 결합제인 0.01~1 중량% 탄소, 0.5~10 중량% 붕소, 3~12 중량% 실리콘, 2~20 중량% 크롬, 0.1~4 중량% 철, 그 나머지는 니켈로 구성된 니켈합금 분말을 아트리터(Attritor)를 이용하여 혼합 분쇄하고, 여기에 파라핀 왁스를 전체 중량비를 기준으로 2 중량% 첨가하여 코팅한 후, 분무기(Atomizer)를 이용하여 조립화 한다.Here, the case where the cemented carbide base and the cemented carbide are manufactured after the cemented carbide sintered body is manufactured from the mixed powder is described. Nitride powder consisting of ~ 1% by weight carbon, 0.5-10% by weight boron, 3-12% by weight silicon, 2-20% by weight chromium, 0.1-4% by weight iron, the remainder is nickel The mixture is ground and mixed, and paraffin wax is added thereto by weight based on the total weight ratio of 2% by weight, followed by granulation using an atomizer.

조립된 혼합분말을 진공분위기에서 일정온도로 일정시간을 유지하여 왁스를 제거(Dewax)한 후, 보다 높은 온도에서 소결을 행하여 초경합금을 제조한다. 제조된 상기 초경합금을 접합하고자 하는 철계 모재에 위치시킨 후, 아래의 표 2에 개재된 실시예와 같은 조건의 온도에서 일정시간 유지하여 철계 모재와 초경합금을 접합한다. 그 후 초경합금의 경도를 측정하고 내마모 성능을 측정한다.The granulated mixed powder is kept in a vacuum at a constant temperature for a predetermined time to remove wax (Dewax), and then sintered at a higher temperature to produce a cemented carbide. After placing the prepared cemented carbide to the iron-based base material to be bonded, it is maintained at a temperature of the same conditions as in the embodiment shown in Table 2 below to bond the iron-based base material and cemented carbide. The hardness of the cemented carbide is then measured and the wear resistance is measured.

경질입자 평균입도Hard particle average particle size 결합재량(무게비)Bonding amount (weight ratio) 성형압 (kg/㎠)Molding pressure (kg / ㎠) Dewax 온도 시간Dewax temperature time 접합온도(℃) 및 시간Junction temperature (℃) and time 조립체 잔존여부Assembly remains 조대경질입자 존재여부Presence of coarse hard particles 경도 (HRA)Hardness (HRA) 토사 마모량(g)Soil wear (g) 실시예 11Example 11 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 60%60% 4040 200℃ 6시간200 ℃ 6 hours 900℃ 180min900 ℃ 180min 잔존Remaining 없음none 6666 1.401.40 실시예 12Example 12 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 45%45% 5050 250℃ 5.5시간250 ℃ 5.5 hours 1000℃ 150min1000 ℃ 150min 없음none 없음none 7474 0.370.37 실시예 13Example 13 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 40%40% 100100 300℃ 5시간300 ℃ 5 hours 1050℃ 120min1050 ℃ 120min 없음none 없음none 8181 0.230.23 실시예 14Example 14 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 35%35% 300300 350℃ 4.5시간350 ℃ 4.5 hours 1080℃ 100min1080 ℃ 100min 없음none 없음none 8484 0.240.24 실시예 15Example 15 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 30%30% 500500 400℃ 4시간400 ℃ 4 hours 1100℃ 90min1100 ℃ 90min 없음none 없음none 8686 0.230.23 실시예 16Example 16 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 25%25% 800800 450℃ 3.5시간450 ℃ 3.5 hours 1120℃ 60min1120 ℃ 60min 없음none 없음none 8888 0.210.21 실시예 17Example 17 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 20%20% 1,5001,500 500℃ 3시간500 ℃ 3 hours 1150℃ 30min1150 ℃ 30min 없음none 없음none 8989 0.120.12 실시예 18Example 18 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 15%15% 2,0002,000 550℃ 2.5시간550 ℃ 2.5 hours 1180℃ 20min1180 ℃ 20min 없음none 형성formation 9090 0.450.45 실시예 19Example 19 WC (0.5㎛)WC (0.5㎛) 15%15% 2,0002,000 600℃ 2시간600 ℃ 2 hours 1200℃ 10min1200 ℃ 10min 없음none 형성formation 9090 1.021.02

실시예 11의 경우 낮은 왁스 제거(Dewaxing) 온도와 낮은 성형압으로 인하여 조립체가 초경합금층(20) 내에 잔존해 있는 것이 도 7에 나타난 바와 같다. 즉 토사 마모량이 다른 실시예에 비하여 높게 얻어진다. 또한 실시예 19의 경우 높은 접합온도로 인하여 경질입자가 조대하게 형성되고 이로 인해 토사마모량도 다른 실시예에 비하여 높게 얻어진다.In the case of Example 11, it is shown in FIG. 7 that the assembly remains in the cemented carbide layer 20 due to the low waxing temperature and the low forming pressure. In other words, the soil wear is obtained higher than in the other examples. In addition, in the case of Example 19, hard particles are coarsened due to the high bonding temperature, and thus, the amount of tosa wear is also higher than that of the other examples.

한편, 경질입자인 텅스텐 카바이드(WC) 등은 동일한 경질입자로서 작용하는 탄화물, 질화물, 붕화물 등을 사용하더라도 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다.On the other hand, tungsten carbide (WC), etc., which are hard particles, may obtain the same results even when carbides, nitrides, borides, etc., which act as the same hard particles are used.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 내마모성 소재를 이용한 기계부품 및 그 제조방법에 의하면, 내마모성이 우수한 초경합금 접합체를 건설기계용 굴삭기, 콘크리트 펌프카 등에서 토사와 직접 접촉하는 마모가 심한 부위에 조립하여 사용함으로써 장치의 내마모성을 향상시킬 수 있고, 디젤엔진의 접동마모(Sliding Wear) 부위에 내마모성 소재를 이용한 기계부품을 적용함으로써 보다 우수한 내마모성을 얻을 수 있다.As described above, according to the mechanical part and the manufacturing method using the wear-resistant material according to the present invention, by using a cemented carbide alloy having excellent wear resistance in the construction site excavator, concrete pump car, etc. in direct contact with the earth and sand wear Abrasion resistance of the device can be improved, and excellent wear resistance can be obtained by applying a mechanical component using a wear resistant material to a sliding wear part of a diesel engine.

Claims

경질입자와 결합제로 이루어진 초경합금이 철계 모재에 접합하여서 된 내마모성 소재를 이용한 기계부품에 있어서,In a mechanical part using a wear-resistant material formed by joining a cemented carbide composed of hard particles and a binder to an iron base material,

상기 경질입자는 평균입도가 1㎛ 이하인 상태에서 왁스로 코팅됨과 아울러 왁스가 제거된 상태에서 조립화된 분말로 제조되고, 상기 결합제는 그 조성비가 탄소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.01~1 중량%, 붕소가 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5~10 중량%, 실리콘이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 3~12 중량%, 크롬이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 2~20 중량%, 철이 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1~4 중량%, 그 나머지가 니켈이며, 상기 결합제는 상기 경질입자의 중량에 대비하여 20~45% 중량인 것을 특징으로 하는 내마모성 소재를 이용한 기계부품.The hard particles are coated with wax in a state where the average particle size is 1 μm or less, and are manufactured as a granulated powder in a state where the wax is removed, and the binder has a composition ratio of 0.01 to 1 based on the weight ratio of the total composition of the carbon binder. Wt%, boron is 0.5 to 10% by weight based on the total weight of the binder composition, silicon is 3 to 12% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, and chromium is 2 to 20% by weight, based on the weight ratio of the total composition of the binder Iron is 0.1 to 4% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, the remainder is nickel, the binder is a mechanical part using a wear-resistant material, characterized in that 20 to 45% by weight relative to the weight of the hard particles.

평균입도가 1㎛ 이하인 경질입자를 왁스로 코팅하는 단계와;Coating hard particles having an average particle size of 1 μm or less with wax;

왁스로 코팅된 상기 경질입자를 조립화한 후 건조에 의하여 왁스를 제거하는 단계와;Granulating the hard particles coated with wax and then removing the wax by drying;

조립화된 상기 경질입자 분말을 철계 모재 위에 위치시켜 경질입자층으로 성형하는 단계와;Placing the granulated hard particle powder on an iron base material to form a hard particle layer;

상기 경질입자층 위에 탄소, 붕소, 실리콘, 크롬, 철, 니켈로 이루어진 결합제 분말을 적층하여 결합제층으로 성형하는 단계; 및Stacking a binder powder made of carbon, boron, silicon, chromium, iron, and nickel on the hard particle layer to form a binder layer; And

결합된 상기 경질입자와 결합제 합금을 가열하여 상기 철계 모재에 초경합금층으로 접합하는 단계;를 포함하여 이루어지고,And bonding the hard particles and the binder alloy to be bonded to the iron base material with a cemented carbide layer.

상기 경질입자의 왁스를 250~550℃의 온도조건에서 제거하는 것을 특징으로 하고, Characterized in that to remove the wax of the hard particles at a temperature of 250 ~ 550 ℃,

상기 경질입자 분말을 철계 모재 위에 위치시켜 경질입자층으로 성형할 때의 성형압이 50~2,000kg/㎠ 인 것을 특징으로 하는 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법.Method for producing a mechanical part using the wear-resistant material, characterized in that the molding pressure is 50 ~ 2,000kg / ㎠ when the hard particle powder is placed on the iron base material to form a hard particle layer.

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제 2 항에 있어서, 상기 결합제의 조성비가 탄소는 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.01~1 중량%, 붕소는 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5~10 중량%, 실리콘은 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 3~12 중량%, 크롬은 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 2~20 중량%, 철은 결합제 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1~4 중량%, 그 나머지는 니켈로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법.According to claim 2, wherein the composition ratio of the binder is carbon 0.01 to 1% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, boron 0.5 to 10% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, silicon is the weight ratio of the total composition of the binder 3 to 12% by weight, chromium is 2 to 20% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, iron is 0.1 to 4% by weight based on the weight ratio of the total composition of the binder, the remainder is composed of nickel Method for manufacturing a mechanical part using a wear-resistant material.

제 2 항에 있어서, 상기 경질입자 대비 상기 결합제의 중량이 무게비로 20~45% 중량인 것을 특징으로 하는 내마모성 소재를 이용한 기계부품의 제조방법.The method of claim 2, wherein the weight of the binder is 20 to 45% by weight based on the weight of the hard particles.

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