WC-Co 계에서 two-step sintering을 이용한 미세구조 제어

Abstract

WC-Co 계 초경합금에서 two-step sintering이 미세구조에 미치는 영향과 이에 따른 기계적 성질의 변화에 대해서 연구하였다. WC-Co계 초경합금을 normal sintering, zero-time sintering, two-step sintering (I), two-step sintering (II)의 4가지 방법으로 열처리 해 보았다. Normal sintering을 한 경우 비정상 입자가 다수 발생하였고, 평균 입자 크기도 크게 증가하였다. Zero-time sintering을 한 경우 평균 입자 크기는 매우 작고, 균일한 미세조직을 얻을 수 있었지만 밀도가 높지 않았다. Two-step sintering을 한 경우 평균 입자 크기도 매우 작고, 미세조직도 매우 균일하면서 밀도도 매우 높았다. 따라서 two-step sintering은 액상 소결 시에도 다양한 열처리 방법 중에서 평균 입자 크기의 감소와 미세구조 균일화 면에서 매우 유리함이 증명되었다. WC-Co계 초경합금은 입자성장 억제제의 첨가 유무에 관계없이 normal sintering을 한 경우에는 전형적인 비정상 입자성장을 하였다. 주변 입자의 크기보다 매우 큰 비정상 입자들이 다수 관찰되었으며 입자크기 분포도 불균일 하였다. 두 가지 two-step sintering을 한 경우에는 평균 입자 크기도 감소하였고, 비정상 입자의 수가 크게 감소하였으며 입자 크기 분포도 매우 균일 해졌다. Two-step sintering을 수행하였을 경우 평균 입자 크기 감소와 입자 크기 분포 균일화에 의하여 경도가 증가하게 된다. 이는 입자크기와 경도와의 관계식인 Hall-Petch 관계식에 의해 설명되며 실험 결과와도 잘 맞는다. 경도의 증가에 따른 파괴인성의 감소도 발생하였다. Two-step sintering (I)인 경우에는 파괴인성의 감소폭이 매우 컸으나, two-step sintering (II)인 경우에는 감소폭이 비교적 작았다. 열처리 조건의 변화에서 발생된 미세조직의 변화에 따라 파괴인성의 변화 폭이 클 수도 작을 수도 있다. 초경합금의 우수한 경도와 파괴인성의 조합은 조성, 열처리 조건, 미세구조 등에 의존하는 것으로 분석된다. 따라서 WC의 크기가 아주 미세한 나노 결정립 초경합금에서는 파괴인성의 손실 없이 경도를 증가 시킬 수 있을 것이다.