파괴인성이란?
파괴인성은 재료가 균열의 확산을 저항하는 능력을 나타냅니다. 이는 재료가 결함이나 흠집이 있는 상태에서 응력을 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 나타내는 수치이며, 특히 취성 재료에서 매우 중요합니다.
파괴인성은 일반적으로 K₁c로 표시되며 MPa·√m 단위로 측정합니다. K₁c 값이 높을수록 미세 균열이 존재하더라도 재료가 파괴적인 파괴에 더 잘 견딜 수 있음을 의미합니다.
파괴인성이 중요한 이유는 무엇입니까?
실제 엔지니어링 분야에서는 완벽한 재료는 없습니다. 가공, 피로 또는 재료 한계로 인해 미세 균열, 기공 또는 개재물이 종종 발생합니다. 재료의 파괴인성이 낮으면 이러한 작은 결함이 응력을 받아 커져 취성 파괴로 빠르게 이어질 수 있습니다.
파괴 인성은 다음을 경험하는 도구에서 중요한 설계 매개변수가 됩니다.
충격이나 진동
급격한 온도 변화
굽힘 또는 비틀림 힘
반복되는 기계적 사이클(피로)
초경합금의 파괴인성에 영향을 미치는 요인
텅스텐 카바이드 공구의 파괴인성에는 다음과 같은 여러 요소가 영향을 미칩니다.
1. 코발트 바인더 함량
일반적으로 코발트가 많을수록 파괴인성은 증가하지만 경도는 감소할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
YG20(20% Co)은 K₁c가 높지만 내마모성이 낮습니다.
YG6(6% Co)는 경도가 높지만 K₁c가 낮습니다.
2. WC의 입자 크기
미세한 입자는 더 나은 강도를 제공하는 반면, 약간 거친 입자는 미세균열 합체를 방지하여 K₁c를 향상시키는 경우가 있습니다.
3. 첨가제 및 억제제
Cr₃C₂ 또는 VC와 같은 첨가물은 둘 다 개선합니다. 강인함 그리고 소결 밀도가 높아서 파괴 저항성이 향상됩니다.
4. 다공성 및 결함
내부 기공은 파괴인성을 감소시킵니다. 고밀도 소결 및 청정 분말 야금 기술이 필수적입니다.
5. 코팅(TiAlN 또는 DLC 등)
코팅은 K₁c에 직접적인 영향을 미치지는 않지만, 공구 표면의 균열 발생을 줄일 수 있습니다.
파괴 인성이 가장 중요한 응용 분야
파괴인성은 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다.
광산 및 건설 도구 (예를 들어, 카바이드 드릴 비트, 픽) – 충격과 진동에 노출됨
펀치와 죽다 – 반복 하중으로 인한 균열 성장 저항
절삭 인서트 주철의 경우 – 단속 절단이 일반적인 경우
굽힘 응력이나 처짐을 받는 성형 도구
파괴인성 측정
텅스텐 카바이드의 파괴인성은 일반적으로 다음과 같은 방법을 사용하여 측정됩니다.
단일 모서리 노치 빔(SENB) 테스트
셰브론 노치 기법
압입파괴법(소형시료용)
이러한 시험은 재료가 임계 응력 조건에서 어떻게 작동하는지 평가하기 위해 통제된 균열을 도입합니다.
결론
파괴인성은 텅스텐 카바이드 공구의 신뢰성과 내구성을 결정하는 중요한 특성이며, 특히 가혹하거나 충격에 취약한 환경에서 더욱 그렇습니다. 파괴인성이 다른 재료 특성과 어떻게 상호 작용하는지 이해하면 제조업체는 균열 확산을 방지하고 공구 수명을 연장하는 초경 재종을 선택하거나 개발하는 데 도움이 됩니다. 최신 초경 설계에서 K₁c는 단순한 숫자가 아니라 갑작스러운 파손을 방지하는 기준입니다.
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