[논문]텅스텐 특성에 대한 소결온도의 영향

박광모; 이상필; 배동수; 이진경

doi:10.21289/ksic.2021.24.3.283

텅스텐 특성에 대한 소결온도의 영향
Effect on Mechanical Properties of Tungsten by Sintering Temperature 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.3, 2021년, pp.283 - 288

박광모 (동의대학교 기계공학과) , 이상필 (동의대학교 기계공학과) , 배동수 (동의대학교 신소재공학부) , 이진경 (동의대학교 기계자동차로봇부품공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

A tungsten material using a pressure sintering process and a titanium sintering additive was prepared to evaluate the microstructure, and mechanical properties of flexural strength and hardness. In addition, the reliability on each hardness data was evaluated by analyzing the distribution of the hardness of the tungsten material using the Weibull probability distribution. In particular, the optimal manufacturing conditions were analyzed by analyzing the correlation between the sintering temperature and the mechanical properties of the tungsten sintered body. Although the sintering density of the tungsten material was hardly changed up to 1700 ℃, but it was increased at 1800 ℃. The hardness of the tungsten sintered material increased as the sintering temperature increased, and in particular, the tungsten material sintered at 1800 ℃ showed a high hardness value of about 1790 Hv. It showed relatively excellent flexural strength at a sintering temperature of 1800 ℃.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of the pressure-assisted sintering process of powder
그림 Fig. 2 Microstructures of tungsten materials by different sintering temperatures
표 Table 1. Fabricating condition of tungsten materials
그림 Fig. 3 Effect of sintering temperature on the sintered density and relative density of tungsten materials
그림 Fig. 4 Effect of sintering temperature on the vicker's hardness of tungsten materials
그림 Fig. 5 Weibull distribution for the hardness of tungsten materials depending on the different sintering temperatures
그림 Fig. 6 Effect of sintering temperature on the flexural strength of tungsten materials
그림 Fig. 7 Relationship between the sintered density and the flexural strength in the tungsten

AI 본문요약
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제안 방법

특히 소결온도의 결정은 텅스텐 섬유를 활용한 텅스텐 복합재료의 개발, 소결첨가제의 확산 및 용융에 의한 소결성 향상의 영향과 텅스텐 섬유의 재결정 온도를 고려하여 소결조제의 첨가량을 7 wt. %로 해서 소결온도를 1450℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃의 4가지 조건으로 결정하였다.
이는 일반적으로 세라믹스 재료의 취성파괴 현상과 동일하게 전형적인 취성파괴 거동을 나타내었다. 텅스텐 소결 재료의 굽힘강도는 소결온도가 1450℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃로 증가함에 따라 각각 291 MPa, 231 MPa, 422 MPa 및 586 MPa을 나타내었다. 소결온도 1800℃에서는 다른 조건의 소결온도에 비하여 상대적으로 우수한 굽힘강도를 나타내고 있는데 이는 텅스텐의 소결 첨가제인 타이타늄이 대부분의 액상소결현상을 일으켜 텅스텐 입자 간 치밀화와 미세기공 감소의 영향으로 강도 증가효과를 가져오는 것으로 사료된다.
2는 소결온도에 따른 텅스텐 재료의 미세 조직을 나타낸다. 텅스텐 소결재료는 1450, 1600, 1700, 1800℃에서 소결하였으며, 텅스텐 소결재료의 타이타늄의 첨가량은 7 wt %로 하였다. 그림에서 보여주는 바와 같이 텅스텐 소결재료의 미세조직은 소결온도가 증가함에 따라 타이타늄의 확산으로 타이타늄 주변 텅스텐 입자의 미세화와 타이타늄 입자의 미세조직이 달라지고 미세기공이 감소하는 것을 알 수 있다.
특히 소결온도의 결정은 텅스텐 섬유를 활용한 텅스텐 복합재료의 개발, 소결첨가제의 확산 및 용융에 의한 소결성 향상의 영향과 텅스텐 섬유의 재결정 온도를 고려하여 소결조제의 첨가량을 7 wt. %로 해서 소결온도를 1450℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃의 4가지 조건으로 결정하였다.

데이터처리

4는 소결온도에 따른 텅스텐 소결재료의 비커스 경도를 나타낸다. 20회 이상의 비커스 경도 측정을 통하여 평균 경도값을 산출하였다. 텅스텐 소결재료의 소결온도가 증가함에 따라 비커스 경도값이 상승하는 것을 알 수 있다.
5는 소결 온도에 따른 텅스텐 소결재료의 비커스 경도와 와이블 분포를 나타낸다. 20회 이상의 비커스 경도 측정을 통한 데이터로 와이블 통계분석을 하였다. 소결 재료 모두 산포도가 있기 때문에 자세하게 조사하기 위하여 와이블 통계분석을 하였다.
20회 이상의 비커스 경도 측정을 통한 데이터로 와이블 통계분석을 하였다. 소결 재료 모두 산포도가 있기 때문에 자세하게 조사하기 위하여 와이블 통계분석을 하였다. 1700℃까지는 극히 일부분 타이타늄 입자의 액상확산으로 인하여 입자 간 결합이 균질하지 못하여 와이블 계수가 낮지만 1800℃에서는 대부분의 타이타늄 입자들이 용융되어 액상소결을 보이고 있고, 입자 간 치밀화가 일어나 다른 소결온도에 비해 상대적으로 균질한 것을 확인할 수 있다.

성능/효과

(1) 텅스텐 소결재료의 미세조직은 1450℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃로 소결온도가 증가함에 따라 타이타늄의 확산으로 타이타늄 주변 텅스텐 입자의 미세화와 타이타늄 입자의 미세조직이 변화하고 미세기공이 감소하였다.
(3) 텅스텐 소결재의 경도는 소결온도가 증가함에 따라 비커스 경도값이 증가하였으며 특히, 1800℃에서 소결한 텅스텐 소결재료는 1790 Hv의 높은 경도값을 나타내었다. 와이블 통계분석 결과 1700℃까지는 입자간 결합이 균질하지 못하여 와이블 계수가 낮지만 1800℃에서는 대부분의 타이타늄 입자들이 용융되어 액상소결에 의한 입자간 치밀화에 의해 가장 높은 16.
(4) 텅스텐 소결재료의 굽힘강도는 1450℃, 1600℃, 1700℃, 1800℃의 소결온도에 따라 각각 291 MPa, 231 MPa, 422 MPa 및 586 MPa을 나타내어 소결온도 1800℃에서는 상대적으로 우수한 굽힘강도를 나타내었다.
(3) 텅스텐 소결재의 경도는 소결온도가 증가함에 따라 비커스 경도값이 증가하였으며 특히, 1800℃에서 소결한 텅스텐 소결재료는 1790 Hv의 높은 경도값을 나타내었다. 와이블 통계분석 결과 1700℃까지는 입자간 결합이 균질하지 못하여 와이블 계수가 낮지만 1800℃에서는 대부분의 타이타늄 입자들이 용융되어 액상소결에 의한 입자간 치밀화에 의해 가장 높은 16.39의 와이블 계수를 나타내었다.

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