KR100647970B1 - 절삭공구용 강 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절삭공구용 강에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 공구재료의 특성 프로필의 개별 값이 응력 발생시의 개별 하중에 상응하게 형성되도록 하고 높은 경제성을 달성하기 위해서는
C = 0.88 내지 1.12
Cr = 3.4 내지 4.5
Mo = 2.5 내지 3.0
V = 0.7 내지 1.0
Al = 0.04 내지 0.1
N = 0.02 내지 0.12 및
나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는 절삭공구용 강이 제공된다.
Description
본 발명은 절삭공구용 강에 관한 것이다.
공작물의 칩 제거시에 공구의 절삭영역은 실질적으로 열과 마찰, 그리고 인성(靭性)과 압축력에 의해 높은 하중을 받게 되는데, 이 경우에 공구와 재료의 응력이 동시에 작용한다. 상이한 하중 프로필이 제공될 때 공구의 최대 수명을 달성하기 위해서 프로필에서 나타나는 가장 중요한 요건들을 고려한 개별 합금 조성물들은 종래기술에 많이 공지되어 있다.
공구의 높은 내마모성은 일반적으로 고속도강(high-speed steel)을 사용함으로써 달성될 수 있는데, 상기 고속도강은 합금원소로서 20 중량% 이하의 농도를 가진 고가의 몰리브덴 및/또는 텅스텐을 다량 함유한다. 이러한 합금원소에는 바나듐도 속하는데, 통상의 고속도강 또는 PM-고속도강의 경우에 바나듐은 1.2 중량% 내지 10.0 중량%의 양으로 첨가된다.
전술한 바와 같이 고속도강은 그 조성에 관련해서는 공구의 응력 프로필에 맞게 선택될 수는 있지만, 고가의 합금 및 재료 비용을 발생시킨다는 단점이 있다. 비용적 측면을 고려하여 주합금원소의 농도를 낮추게 되면, 강(steel)의 열처리특성, 경도 및 일반적인 사용특성이 급격히 저하될 수도 있다.
본 발명의 목적은 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강을 제공하는데 있다.
상기 목적은
C = 0.88 내지 1.12
Cr = 3.4 내지 4.5
Mo = 2.5 내지 3.0
V = 0.7 내지 1.0
Al = 0.04 내지 0.1
N = 0.02 내지 0.12 및
나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는 절삭공구용 강에 의해 달성된다.
본 발명에 의해 달성된 장점들은 한편으로는 고속도강에 비해 훨씬 낮은 농도로 제공되는 몰리브덴과 바나듐, 그리고 다른 한편으로는 종래기술에 비해 비교적 높은 함량으로 제공되는 알루미늄과 질소의 화합에 의해서, 열처리된 강의 인성 및 압축력이 충분한 크기를 가질 때, 바람직한 고온 내구성 및 특히 높은 내마모성이 달성될 수 있다는데 있다. 본 발명에 따른 합금으로 만들어진 절삭공구는 고가의 합금원소를 적게 함유하므로 저가로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 하중 프로필에서의 매우 중요한 요건들에 대해서도 높은 안정성을 갖는다.
절삭 프로세스는 절삭표면 또는 본 발명에 따른 강으로 만들어진 공구의 절삭 에지 뒤에 있는 영역에서 더 적절하게 이루어지며 패인 자국도 비교적 적게 나타난다는 사실을 발견할 수 있었다. 그 이유를 과학적으로 설명할 수는 없지만, 알루미늄, 질소, 탄소 및 바나듐의 상승 효과(synergy effect)로 가정될 수 있을 것이다. 탄소 및 질소에 대한 바나듐과 같은 원소들의 높은 친화력(affinity)은 열처리시에 매우 미세하고 균일하게 분포된 탄화물(carbide) 및 탄질화물(carbonitride)의 생성과 함께 바람직하게 높은 고온 내구성을 제공할 뿐만 아니라 모체(matrix) 내에 충분한 양의 반응성 알루미늄이 함유될 수 있게 하는데, 이러한 알루미늄이 공구의 절삭영역에서 온도 부하가 나타날 때 산화되어 알루미나 표면층, 예컨대 절삭 프로세스를 촉진시키는 코팅을 형성한다. 모체 내 알루미늄은 본 발명에 따른 재료의 고온 내구성 및 템퍼링(tempering) 안정성 또한 촉진시키는 것으로 입증되어 있다.
합금 내에서 바나듐은 0.45 중량% 이하의 니오븀으로 부분 대체될 수 있지만, 이러한 경우에 탄소 함량이 농도 한계치 보다 낮게 주어질 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따르면 본 발명에 따라
C = 0.93 내지 1.07
Si = 0.15 내지 0.42
Mn = 0.15 내지 0.44
P = 최대 0.03
S = 0.001 내지 0.3
Al = 0.05 내지 0.07
N = 0.03 내지 0.1
의 원소(중량%) 중 하나 이상을 함유하는 강이 절삭공구용으로 사용될 수 있다.
주어진 농도 범위 내에서 합금 원소들을 혼합함으로써 공구의 특성 프로필에서 특히 중요한 영역들이 더욱 증가될 수 있다.
알루미늄 대 질소의 비가 0.5 내지 1.9일 때(Al/N = 0.5 내지 1.9), 본 발명에 따른 재료는 열처리된 상태에서 또는 450℃ 내지 500℃에서의 경화 및 한번 이상의 템퍼링후에 높은 고온 내구성 및 인성을 가지는데, 이 상태에서 공구의 절삭마모는 최소값을 갖는다.
중장비 기기에서 높은 경제성 및 높은 수명을 가지며 63 HRC 이상의 경도, 바람직하게는 64 HRC 이상의 경도를 갖는 원형톱(circular saw)이 본 발명에 따른 강에 의해서 제조될 수 있다.
통상적으로 사용된 재료 DIN No.1.3343과 비교했을 때 나타나는 강의 조성 만을 보여주는 본 발명의 실시예를 자세히 살펴보면 다음과 같다:
400mm의 직경을 갖는 열처리된 치형 원형톱날이 공통 축 상에 고정되어서, 분리장치에서 인성이 강한 금속 바(metal bar)를 조각들로 분리하였다.
본 발명에 따르면 톱날의 수명에 관련하여 적합한 것으로 증명된, 표 1에서 A1 타입으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날 사이에 Vers. L.3으로 표기된 합금으로 만들어진 톱날이 삽입되었다.
마모로 인해 톱날 축이 분리될 때까지 나타나는 결과들에 대한 비교 평가가 표 2에 제시되는데, 이 경우에 Al 타입의 값이 100%로 제시된다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 재료를 사용할 경우에 절삭공구, 특히 원형톱날의 절삭성능이 높게 나타날 수 있다는 사실을 보여준다.
| 재료 | 화학 조성 | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V | W | Al | N | |
| A1 타입 | 0.91 | 0.32 | 0.4 | 0.011 | 0.012 | 4.13 | 5.21 | 1.81 | 6.44 | - | - |
| Vers.L.3 | 0.96 | 0.27 | 0.24 | 0.01 | 0.009 | 4.01 | 2.78 | 0.88 | - | 0.082 | 0.086 |
표 1
| 재료 | 사용시간(%) | 경도(HRC) | 절삭마모(%) | 패인 자국(%) | 절삭파손(%) |
| A1 타입 | 0 | 65 | - | - | - |
| Vers.L.3 | 0 | 64 | - | - | - |
| A1 타입 | 30 | - | 100 | 100 | 100 |
| Vers.L.3 | 30 | - | 103 | 95 | 100 |
| A1 타입 | 60 | - | 100 | 100 | 100 |
| Vers.L.3 | 60 | - | 107 | 89 | 200 |
| A1 타입 | 90 | - | 100 | 100 | 100 |
| Vers.L.3 | 90 | - | 106 | 86 | 100 |
표 2
본 발명에 의해 종래기술의 단점들이 제거되고, 합금기술처리에 의해 절삭공구용으로 매우 적합하며, 높은 경제적 효율을 달성하는 강이 제공된다.
Claims (5)
- C = 0.88 내지 1.12Cr = 3.4 내지 4.5Mo = 2.5 내지 3.0V = 0.7 내지 1.0Al = 0.04 내지 0.1N = 0.02 내지 0.12 및나머지로서 Fe 및 불가피한 원소(중량%)를 함유하는,절삭공구용 강.
- 제 1 항에 있어서,C = 0.93 내지 1.07Si = 0.15 내지 0.42Mn = 0.15 내지 0.44P = 최대 0.03S = 0.001 내지 0.3Al = 0.05 내지 0.07N = 0.03 내지 0.1의 원소(중량%) 중 하나 이상을 함유하는,절삭공구용 강.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,알루미늄 대 질소의 비가 0.5 내지 1.9(Al/N = 0.5 내지 1.9)인,절삭공구용 강.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 강으로 제조되고 63 HRC 이상의 경도의 치형 에지 영역을 갖는,원형톱날.
- 제 3 항에 따른 강으로 제조되고 63 HRC 이상의 경도의 치형 에지 영역을 갖는,원형톱날.
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