유도 카바이드 브레이징
유도 가열을 이용한 성공적인 초경합금 브레이징
브레이징은 카바이드를 강철에 접합하는 데 있어 효과적이고 신뢰할 수 있는 방법입니다. 텅스텐 카바이드(WC)는 절삭 공구, 펀치, 다이 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 카바이드는 뛰어난 내마모성을 제공하여 이러한 다양한 마모 및 절삭 공구의 수명을 연장시켜 줍니다.
이 글에서는 다음 내용을 살펴보겠습니다:
카바이드를 성공적으로 브레이징하는 데 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?
카바이드를 브레이징하는 데 사용되는 대표적인 브레이징 합금에는 어떤 것들이 있나요?
초경합금(WC)은 시멘티드 카바이드라고도 불리며, 분말 야금이라는 공정을 통해 제조되는 복합 재료입니다. 초경합금 분말을 결합제 금속(일반적으로 코발트나 니켈)과 혼합한 후, 금형에서 압축하고, 용광로에서 소결합니다. “시멘티드(cemented)”라는 용어는 소결 공정에서 텅스텐 카바이드 입자들이 금속 결합재에 포집되어 서로 “결합(cemented)”되며, 텅스텐 카바이드 입자와 결합재(WC–Co) 사이에 금속학적 결합이 형성됨을 의미합니다. 시멘티드 카바이드 업계에서는 이 소재를 일반적으로 단순히 “카바이드”라고 부르지만, 텅스텐 카바이드와 시멘티드 카바이드라는 용어는 서로 바꿔서 사용되기도 합니다. 카바이드는 높은 압축 강도를 나타내며, 변형에 강하고 고온에서도 경도 값을 유지하는데, 이러한 물리적 특성은 특히 금속 절삭 응용 분야에서 유용합니다. 이 소재는 다른 재료로는 수명을 유지하기 어렵거나 조기에 고장이 발생하는 응용 분야에서 긴 수명을 보장합니다[I].
텅스텐 카바이드 브레이징을 성공적으로 수행하기 위한 고려 사항
초경합금을 브레이징할 때 극복해야 할 두 가지 주요 과제는 모재의 서로 다른 팽창 및 수축 속도로 인해 발생하는 응력을 제어하는 것과 브레이징 합금이 초경합금 표면에 잘 젖어들게 하는 것입니다.
가열 및 냉각 과정에서 모재는 일반적으로 카바이드보다 더 빠른 속도로 팽창하고 수축합니다. 텅스텐 카바이드의 열팽창률은 강철의 약 1/3에서 1/2 수준입니다. 브레이징 조립체가 냉각될 때 카바이드 내부에 잔류 응력이 발생할 수 있습니다. 응력 발생 및 잠재적인 균열을 방지하기 위해 카바이드를 천천히 균일하게 냉각하는 것이 항상 권장됩니다. 담금질은 모재의 급격한 수축으로 인해 카바이드에 균열을 유발할 수 있으므로 권장되지 않습니다.
카바이드 브레이징을 위한 브레이즈 합금 선정
텅스텐 카바이드는 습윤되기 어렵습니다. 일반적으로 니켈(Ni)을 소량 첨가한 은 브레이징 합금을 사용하여 카바이드를 강철에 브레이징합니다. 물론, 용융된 브레이징 합금이 접합면을 완전히 덮을 수 있도록 카바이드와 강철 모두 깨끗해야 합니다. 많은 사용자들은 브레이징을 위해 깨끗한 표면을 만들기 위해 카바이드 표면을 연마합니다. 연마는 또한 카바이드의 표면 지형을 평평하게 만드는 장점이 있어, 브레이징 합금의 습윤 및 접착력을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 마찬가지로, 강철 부품도 잔류 그리스, 기름, 먼지 또는 기타 표면 오염 물질을 제거하기 위해 탈지 및 세척을 거쳐야 합니다. 브레이징 모범 사례에 대한 자세한 내용은“성공적인 브레이징을 위한 단계”라는 기사를 참고하시기 바랍니다.
시중에서 구할 수 있는 니켈(Ni)과 망간(Mn)이 소량 첨가된 은 브레이징 합금은 초경합금 표면에 쉽게 젖어듭니다. 이러한 브레이징 합금은 일반적으로 텅스텐 카바이드에 대한 우수한 젖음성을 보입니다. 접합부 내의 잔류 응력을 줄이기 위해서는 가능한 한 낮은 브레이징 온도를 갖는 브레이징 용접재를 선택하는 것이 좋습니다. 표 1은 카바이드를 강철에 브레이징하는 데 사용되는 일반적인 은 브레이징 합금을 보여줍니다. 브레이징 합금 선택에 대한 도움이 필요하면 브레이징 합금 제조업체에 문의하십시오.
대형 카바이드의 브레이징 공정이 필요한 경우, 샌드위치형 브레이징 합금이 자주 사용됩니다. 소형 카바이드(1/2인치²)를 사용할 수 없는 경우, 샌드위치형 합금은 카바이드의 균열 및 뒤틀림을 방지하는 데 효과적입니다. 이러한 삼원합금은 구리 코어의 양면에 브레이징 충전재가 접합된 구조로 되어 있습니다. 이러한 합금은 Trimet®, 트리메탈(trimetal), 트라이포일(tri-foil), 플라이메탈(plymetal), 트라이플리(triply) 합금 등의 상표명으로 판매됩니다.
지금까지 주로 텅스텐 카바이드(WC)의 브레이징에 대해 논의해 왔지만, 다결정 다이아몬드(PCD)에 대해 언급하지 않는다면 불완전할 것입니다. PCD의 브레이징 온도는 일반적으로 다이아몬드의 열화 현상을 방지하기 위해 1382F(750C) 미만으로 유지됩니다. 강철 본체에 PCD 팁을 접합하는 제조업체들은 종종 BAg-24 브레이징 합금과 같이 저온에서 사용되며 은 함량이 높은 브레이징 충전재를 사용합니다. 일부 제조업체는 BAg-5와 같이 니켈이나 망간이 포함되지 않은 브레이징 합금을 사용하거나, 용융 온도가 낮고 카바이드 및 강철에 대한 습윤성이 낮은 BAg-7 브레이징 합금을 사용하기도 합니다.
브레이징 플럭스는조립체를 가열하는 동안 접합될 표면의 산화를 방지하기 위해 사용됩니다. 일반적인 은 브레이징 합금에는 “흰색” 플럭스와 “검은색” 플럭스가 모두 사용됩니다. 검은색 플럭스는 붕소가 첨가되어 있어 고온에서 더 효과적이기 때문에, 브레이징 및 플럭스 제조업체에서는 일반적으로 이를 권장합니다.
유도 브레이징은 특히 양산 환경에서 초경 팁을 접합하는 데 매우 유연한 공정입니다. 유도 브레이징은 다른 일반적인 가열 방식에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 유도 가열을 고려해야 할 이유는 다음과 같습니다:
- 빠르고 신속한 가열
- 정밀하고 세밀한 온도 조절
- 국소적인 열
- 생산 라인의 적응성 및 통합
- 고정구의 수명 연장 및 단순화
- 반복성이 뛰어나고 신뢰할 수 있는 브레이징 접합부
- 안전성 향상
Radyne은 부품을 효율적으로 가열할 수 있도록 크기와 모양이 다양한 인덕터(코일)를 설계하고 제작할 수 있습니다. 인덕터의 모양과 인덕터와 부품 사이의 간격은 전자기장이 부품과 어떻게 결합되는지를 결정합니다. 인덕터 코일의 올바른 모양과 크기는 카바이드를 강철에 효과적이고 효율적으로 브레이징하는 데 매우 중요합니다.
초열 브레이징을 통해 초경합금을 가공하는 일반적인 단계는 다음과 같습니다:
- 적절하게 세척된 강철 표면에 적절한 플럭스를 도포합니다.
- 일반적으로 금속 시밍으로 이루어진 브레이징 용가재를 제자리에 배치합니다
- 카바이드 팁을 제자리에 배치하고, 필요에 따라 플럭스를 도포한 후 카바이드를 코팅한다
- 조립체를 유도 코일 안에 삽입하십시오
- 조립체를 가열하고 브레이징하십시오
- 브레이징 합금이 굳도록 둡니다.
- 카바이드의 균열을 최소화하기 위해 카바이드를 서서히 냉각하십시오.
일부 제조업체는 카바이드가 강철과 계속 접촉하도록 비전도성 막대를 사용하여 카바이드를 제자리에 고정하기도 합니다. 브레이징할 부위를 균일하게 가열하는 것이 중요합니다. 작업자들이 사용하는 기술 중에는 출력 수준을 조절하여 강철을 브레이징 합금의 용융점보다 낮은 온도로 가열함으로써, 강철과 카바이드가 균일하게 가열되도록 하는 방법이 있습니다.
Radyne전원 공급 장치는부품 레시피를 저장할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다. 부품 프로파일이 생성되면, Radyne 유도 가열 시스템은 “레시피” 프로파일을 저장하여 부품을 브레이징할 때마다 동일한 출력과 시간이 일관되게 적용되도록 합니다. 레시피는 일반적으로 다단계 유도 가열 공정으로 생각할 수 있습니다. 대부분의 유도 가열 결과물은 매우 구체적인 출력 상승 곡선, 시간별 출력 포화, 간헐적인 냉각 과정 등을 필요로 합니다. 유도 가열 응용 분야의 모든 다용도성을 충족시키기 위해, VersaPower® Xtreme™ 유도 전원 공급 장치는 정밀한 타이밍과 출력 제어가 가능하도록 설계되었습니다. 이러한 “레시피”는 브레이징 프로파일이 설정되면 비밀번호로 보호할 수 있습니다.
선택 사항으로, 유도 브레이징 시스템에열 제어 패키지를 구성할 수 있습니다. 열 제어 패키지를 사용하면 Radyne 전원 공급 장치가 고온계와 직접 연동하여 온도 데이터를 수집할 수 있습니다. 이후 전원 공급 장치는 이 데이터를 실시간으로 활용하여 출력을 조정함으로써, 작업자가 지정한 또는 미리 프로그래밍된 레시피에 따라 원하는 온도와 가열 시간을 달성할 수 있습니다.
지금까지 설명한 유도 브레이징 시스템은 공기 중에서 카바이드를 브레이징하는 시스템이었습니다. Radyne은 또한 제어된 분위기에서 카바이드를 브레이징할 수 있는 시스템도 제공합니다.제어된 분위기 브레이징 시스템은질소나 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용하여 필요한 플럭스의 양을 줄이고, 경우에 따라 부품에 플럭스를 도포할 필요성을 없앨 수 있습니다. 불활성 가스는 밀폐된 챔버로 주입되며, 지속적으로 유입되는 가스가 산소를 대체하여 부품의 산화를 최소화합니다.
결론
카바이드의 브레이징은 동종 금속이나 이종 금속의 브레이징과는 다릅니다. 올바른 브레이징 원칙, 열팽창 계수, 적절한 브레이징 합금 선택 및 올바른 가열 방법에 세심한 주의를 기울이면, 유도 가열을 통해 강하고 재현성 높은 브레이징 접합부를 얻을 수 있습니다. 모든 브레이징 공정이 유도 가열에 적합한 것은 아닙니다. 소량 다품종 생산이나 불규칙한 형상의 경우, 고정 장치나 코일 설계가 극도로 복잡해질 수 있으므로, 숙련된 작업자가 수행하는 용광로 브레이징이나 토치 브레이징이 더 경제적인 선택일 수 있습니다. 그러나 유도 브레이징은 린 제조 방식을 도입한 기업에게 빠르고, 제어 가능하며, 정밀하고, 에너지 효율적이며, 재현성이 높은 브레이징 접합부를 제공합니다.
유도 가열 업계의 선두 기업인 Radyne은 귀사가 유도 브레이징의 과제를 해결하고 그 이점을 실현할 수 있도록 도와드립니다. 유도 가열 및 관련 공정에 대한 솔루션에 대한 자세한 정보가 필요하시면당사로 문의해 주십시오.
이 카바이드 브레이징 합금 개요서는 오늘날 업계에서 널리 통용되는 일반적인 관행에 대한 개요를 제공하기 위한 것입니다. 각 적용 분야는 고유한 특성을 지니며, 공정을 결정하고 자사 제품에 대한 적합성을 판단하는 궁극적인 책임은 각 제조업체에 있으므로, 본 문서는 어떠한 권장 사항도 아닙니다.
[i]『디자이너를 위한 텅스텐 카바이드 가이드』[『디자이너를 위한 텅스텐 카바이드 가이드』 서평]. https://Generalcarbide.com/; General Carbide Corp. https://www.generalcarbide.com/wp-content/uploads/2019/04/GeneralCarbide-Designers_Guide_TungstenCarbide.pdf
Trimet®은 Lucas-Milhaupt, Inc.의 등록 상표입니다.