KR100996838B1 - 초경합금 및 절삭 공구 - Google Patents

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아사코 후지노
타카시 토쿠나가
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쿄세라 코포레이션
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Abstract

코발트 및/또는 니켈 5~10질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 탄화 텅스텐으로 구성되고, 탄화 텅스텐 입자와, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 주체로 하는 경질상을 상기 코발트 및/또는 니켈을 주체로 하는 결합상으로 결합한 초경합금으로서, 상기 탄화 텅스텐 입자의 평균 입경이 1㎛ 이하이고, 또한 초경합금의 표면에 있어서의 총면적에 대하여 10~70면적%의 비율로 상기 코발트 및/또는 니켈이 주로 응집된 결합상 응집부가 복수 점재된 해도 구조(sea-island structure)를 이루고, 이것에 의해 내마모성 및 내결손성이 우수한 초경합금으로 된다.
초경합금, 절삭 공구

Description

초경합금 및 절삭 공구{SUPER HARD ALLOY AND CUTTING TOOL}
본 발명은 절삭 공구나 슬라이딩 부재, 내마모 부재 등에 사용되는 초경합금, 및 그것을 이용한 절삭 공구에 관한 것이다.
금속의 절삭 가공용 절삭 공구나 슬라이딩 부재, 내마모 부재 등에 널리 이용되고 있는 초경합금으로서, 탄화 텅스텐(WC) 입자를 주체로 하는 경질상을 코발트(Co)를 주체로 하는 결합상으로 결합한 WC-Co 합금이나, WC-Co 합금에 주기율표 제 4, 5, 6족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물의 β입자(B-1형 고용체)로 이루어지는, 소위 β상(B-1형 고용체상)으로 불리는 경질상을 분산시킨 시스템이 있다. 이들 초경합금은, 특히, 탄소강이나 일반의 합금강, 스테인레스강 등의 일반 강철을 절삭 가공하기 위한 절삭 공구용 재료로서 이용되고 있다.
상기와 같은 초경합금의 표면으로부터 내부를 향해 소정의 깊이 영역에는 결합상 성분인 Co 등의 함유량이 높은 결합상 부화층(富化層)이 존재한다. 이 결합상 부화층을 초경합금 표면의 전체에 형성함으로써 상기 초경합금 표면에 경질 피복막을 형성하면 초경합금의 내결손성이 향상되는 것이 개시되어 있다(예컨대, 특허문헌1 참조).
그러나, 특허문헌1의 초경합금에서는, 경질 피복막을 피복했을 경우에는 내 결손성이 향상되지만 경질 피복막이 박리되는 경우가 있어, 초경합금 기재와 경질 피복막의 밀착력이 충분하다고는 할 수 없었다. 또한, 경질 피복막을 형성하지 않는 경우에는 초경합금 표면 전체의 경도가 저하되어 표면에 있어서의 소성 변형이 크고, 절삭 저항이 증대되어 절삭날의 온도가 상승해 버리고, 점차로 절삭날 부분에 존재하는 결합상이 피절삭재와 반응해 버리는, 즉 내용착성이 낮아진다는 문제가 있었다. 그 중에서도, 초경합금 중의 WC 입자의 입경이 1㎛ 이하인 미립 초경합금에 있어서는 특히 열전도율이 저하되는 경향이 있고, 용착의 문제가 현재화되어 있었다. 그 결과, 절삭날부에 용착된 피절삭재가 원인으로 되어 치핑이나 돌발 결손이 발생되기 쉽고, 합금 표면에 있어서의 더나은 내용착성의 향상이 요구되고 있었다.
특허문헌2에서는, 질소 함유 소결 경질 합금인 티타늄기 서멧에 있어서, 이 서멧의 표면 전체에 Co나 니켈(Ni)의 결합상의 함유량이 많거나, 또는 탄화 텅스텐(WC)의 함유량이 많은 다층 구조의 삼출층을 형성함으로써, 서멧 표면에 있어서의 열전도성이 향상되고, 절삭에 의해 고온으로 된 표면과 온도가 낮은 내부의 온도차에 기인하는 열 균열을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌2와 같이, 서멧 표면 전체에 삼출층을 형성한 경우에도 표면 전체의 경도가 저하되어 표면에 있어서의 변형이 크고, 절삭 저항이 증대되어 절삭날의 온도가 상승해 버리며, 점차로 절삭날 부분에 존재하는 결합상이 피절삭재와 반응해 버린다는 문제가 있었다. 또한, 표면 전체에 삼출층을 형성한 서멧의 표면에 경질 피복막을 성막한 경우에도 서멧과 경질 피복막의 밀착력이 충분하지 않아 경질 피복막이 박리되는 경우가 있었다.
한편, 항공기 산업용 등으로서 이용되는 티타늄(Ti) 합금의 절삭에는 가공면의 오염을 방지하기 위해서 경질 피복막을 설치하지 않는 초경합금 공구가 이용되고 있지만, Ti 합금은 열전도율이 낮고 강도도 높으므로 절삭하기 어려운 재료로서 알려져 있고, 종래의 초경합금 공구를 이용한 경우에는 마모의 진행이 매우 빠르며 공구 수명이 짧다는 문제가 있었다.
특허문헌3에서는, 소성한 초경합금을 Co 분위기하에서 다시 열처리하여 표면에 8㎛ 이하의 얇은 Co층을 피복한 초경합금으로 이루어지는 절삭 공구를 제작하고, 이 절삭 공구로 냉각제를 고압력으로 분사하면서 Ti 합금을 절삭 가공하면 공구 수명을 연명할 수 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌3에 기재된 초경합금에서는 초경합금 표면의 Co박층에 의해 Ti 합금의 절삭 성능이 향상되지만, 절삭중에 Co박층이 고온으로 되면 피절삭재에 용착될 우려가 있다. 이 때문에, 가공 부위에 냉각제를 고압력으로 분사하면서 가공을 행할 필요가 있고, 냉각제를 고압력으로 분사하기 위한 대규모의 장치가 필요하게 된다는 문제가 있었다. 또한, Co박층은 경도가 모자라므로 마모되기 쉽고, 특히 절삭 속도가 빠른 가공에 있어서는 공구 수명이 충분하지 않다는 문제가 있었다.
또한, 인코넬이나 하스텔로이 등의 Ni기 내열 합금, 인코로이 등의 철(Fe)기 내열 합금, Co기 내열 합금 등의 내열 합금의 절삭에 관해서는 초경합금의 표면을 경질 피복막으로 피복한 절삭 공구가 이용되고 있지만, 이러한 내열 합금에 있어서 도 고온 강도가 높기 때문에 절삭 공구의 마모의 진행이 조기에 진행되어 버린다는 문제가 있었다.
한편, 초경합금의 특성 개선에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있고, 용도에 맞추어 보다 고경도, 고인성 또는 고강도의 재종이 개발되고 있다. 예컨대, 특허문헌4에서는 Co 성분의 편석을 억제하면서 포화자화를 코발트(Co) 1중량%당, 1.62μT㎥/㎏ 이하, 유지력 27.8~51.7kA/m가 되도록 결합상을 조절한 초경합금으로서, 초경합금 내의 결함을 감소시켜 높은 항절력을 가지게 되고, 구멍내기 가공이나 프라이즈 가공에 알맞은 절삭 공구로 하는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌5에는, 절삭 분야나 내마모 부품 전반에 이용하는 초경합금으로서, 코발트(Co) 1중량%당의 포화 자기량(포화자화)을 1.44~1.74μT㎥/㎏, 유지력 24~52kA/m으로, 평균 입경이 1㎛ 미만으로 작은 미립의 조직에 있어서, 2㎛ 이상의 거칠고 큰 WC 입자(경질상)가 5개 이하로밖에 존재하지 않는 고인성의 초경합금으로 함으로써, 강인성의 향상과 돌발적인 파괴 현상의 회피가 가능하게 되는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌4 및 특허문헌5에 기재된 유지력(항자력)이 24kA/m 이상인 초경합금에서는, 티타늄(Ti) 합금이나 내열 합금의 절삭과 같은 가혹한 절삭 가공에 이용하기에는 결합상 두께가 얇고, 경도가 지나치게 높게 되어 버리기 때문에, 초경합금의 인성이 부족하고, 충분한 내결손성을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
특허문헌6에는, 평균 입경이 0.2~0.8㎛이고, 포화 자기 이론비 0.75~0.9, 항자력 200~340Oe로 되는 초경합금으로 함으로써 인성 및 경도가 향상되고, 정밀 금 형의 재질로서 최적인 초경합금으로 되는 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌6에 기재된 초경합금에서는 경질상의 입경이 과잉으로 미세하기 때문에 Ti 합금이나 내열 합금의 가혹한 절삭 가공으로서 이용하기 위한 충분한 내결손성을 얻을 수 없는 것이었다. 또한, 특허문헌6의 제조 방법에서는 통전 가압 소성을 행하여 초경합금을 소성시키고 있기 때문에 생산성이 나쁘고, 비용이 지나치게 든다는 문제도 있었다.
특허문헌7에는, 약 10.4~약 12.7중량%의 결합상 성분과, 약 0.2~약 1.2중량%의 Cr을 함유하고, 약 120~240Oe의 보자력과, 약 143~약 223μT㎥/㎏코발트(Co)의 자기포화(포화자화)와, 1~6㎛의 탄화 텅스텐(WC) 입자(경질상)의 입도의 초경합금이 인성, 강도가 우수한 높은 내결손성을 갖고, Ti 합금이나 강철, 주철의 밀링 절삭용 절삭 공구로서 유용한 것이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌7에 기재된 초경합금에서는 결합상의 함유량이 많기 때문에 내결손성은 높지만 Ti 합금이나 내열 합금을 절삭하기 위해서는 내마모성이 불충분했다. 또한, 결합상의 함유량이 많아지면 피절삭재와의 반응성이 높게 되고, Ti 합금 등이 절삭 공구의 절삭날에 용착되기 쉬워지므로, 가공면 품위의 열화 등의 가공 정밀도의 저하나, 절삭날의 치핑, 이상 마모 등의 공구 손상이 발생되어 버린다는 문제가 있었다.
[특허문헌1] 일본 특허 공개 평 2-221373호 공보
[특허문헌2] 일본 특허 공개 평 8-225877호 공보
[특허문헌3] 일본 특허 공개 2003-1505호 공보
[특허문헌4] 일본 특허 공개 2004-59946호 공보
[특허문헌5] 일본 특허 공개 2001-115229호 공보
[특허문헌6] 일본 특허 공개 1999-181540호 공보
[특허문헌7] 일본 특허 공표 2004-506525호 공보
본 발명의 주된 과제는 초경합금 표면에 있어서의 내소성 변형성 및 내용착성을 향상시켜 내마모성 및 내결손성이 우수한 초경합금, 및 장수명의 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 항절 강도가 우수한 초경합금, 및 장수명의 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 인성을 저하시키지 않고 고경도화시켜 내마모성 및 내결손성이 우수한 초경합금, 및 장수명의 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하도록 예의연구를 거듭한 결과, 초경합금의 표면에 있어서, 결합상이 응집된 결합상 응집부를 복수 점재시켜 해도 구조(sea-island structure)를 형성하고, 또한 초경합금 표면에 있어서의 결합상 응집부의 면적 비율을 10~70면적%로 하는 경우에는 초경합금 표면에 있어서의 방열성이 개선되어 내소성 변형성 및 내용착성이 향상되므로, 내마모성 및 내결손성이 우수한 초경합금으로 된다는 새로운 지견을 찾아 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명의 초경합금은, 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni) 5~10질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐(WC)을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 탄화 텅스텐(WC)으로 구성되고, 탄화 텅스텐(WC) 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)을 주체로 하는 결합상으로 결합한 것으로서, 상기 탄화 텅스텐(WC) 입자의 평균 입경이 1㎛ 이하이고, 또한 초경합금의 표면에 있어서의 총면적에 대하여 10~70면적%의 비율로 상기 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)이 주로 응집된 결합상 응집부가 복수 점재된 해도 구조를 이룬다.
또한, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하도록 예의연구를 거듭한 결과, 초경합금의 표면에 두께가 0.1~5㎛인 결합상 부화층을 가짐과 아울러, 상기 표면의 X선 회절 패턴에 있어서의 탄화 텅스텐(WC)의 (001)면 피크 강도를 IWC, 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)의 (111)면 피크 강도를 ICo로 했을 때, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5인 경우에는 초경합금이 항절 강도에 우수한 것으로 되고, 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용하면, 예컨대 Ti 합금 등의 내열 합금을 가공할 때에 있어서 고압력의 냉각제 등의 특수한 장치를 이용하지 않는 통상의 절삭 조건이여도 마모의 진행이나 결손의 발생을 억제할 수 있어서 공구 수명을 연명할 수 있다는 새로운 지견을 찾아내 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명의 다른 초경합금은 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni) 5~10질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐(WC)을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 탄화 텅스텐(WC)으로 구성되고, 탄화 텅스텐(WC) 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)을 주체로 하는 결합상으로 결합한 것으로서, 표면에 두께가 0.1~5㎛인 결합상 부화층을 가짐과 아울러, 상기 표면의 X선 회절 패턴에 있어서의 상기 탄화 텅스텐(WC)의 (001)면 피크 강도를 IWC, 상기 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)의 (111)면 피크 강도를 ICo로 했을 때, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5이다.
또한, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하도록 예의연구를 거듭한 결과, 초경합금 중의 경질상의 입경, 결합상 두께, 탄소량을 적정화시켜 초경합금의 고경도화를 도모함과 아울러, 초경합금 중에 함유되는 산소량을 제어함으로써, Ti 합금이나 내열 합금의 절삭 가공에 대하여 내결손성 및 내마모성이 우수한 초경합금으로 되고, 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용하면, 예컨대 Ti 합금이나 내열 합금의 절삭 가공용으로 이용할 수 있는 장수명의 절삭 공구로 된다는 새로운 지견을 찾아내 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명의 또 다른 초경합금은 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni) 5~7질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐(WC)을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 탄화 텅스텐(WC)으로 구성되고, 탄화 텅스텐(WC) 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)을 주체로 하는 결합상으로 결합한 것으로서, 상기 경질상의 평균 입경이 0.6~1.0㎛, 포화자화가 9~12μT㎥/㎏, 항자력이 15~25kA/m이며, 또한 산소 함유량이 0.045질량% 이하이다.
본 발명의 절삭 공구는 커팅면과 여유면의 교차 모서리부에 형성된 절삭날을 피절삭물에 대어서 절삭 가공하는 것이며, 상기 절삭날이 상기 초경합금으로 이루어진다.
<발명의 효과>
본 발명의 초경합금에 의하면, 초경합금의 표면에 있어서 결합상이 응집된 결합상 응집부를 복수 점재시켜서 해도 구조를 형성하고, 또한 초경합금 표면에 있어서의 결합상 응집부의 면적 비율을 10~70면적%의 조직으로 하므로, 초경합금 표면에 있어서의 소성 변형이 억제됨과 아울러 초경합금 표면에 있어서의 내용착성이 향상되고, 그 결과, 내마모성 및 내결손성이 향상된다는 효과가 있다. 따라서, 이 초경합금으로 이루어지는 절삭날을 구비한 절삭 공구는 우수한 내마모성 및 내결손성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 초경합금에 의하면, 표면에 두께가 0.1~5㎛인 결합상 부화층을 가짐과 아울러, 상기 표면의 X선 회절 패턴에 있어서의 탄화 텅스텐(WC)의 (001)면 피크 강도를 IWC, 코발트(Co) 및/또는 니켈(Ni)의 (111)면 피크 강도를 ICo로 했을 때, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5의 관계로 되도록 제어되어 있으므로, 초경합금이 항절 강도에 우수한 것으로 되고, 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용하면, 예컨대 Ti 합금 등의 내열 합금을 가공할 때에 있어서 냉각제 등을 고압력으로 분사하기 위한 특수한 장치를 이용하지 않는 통상의 절삭 조건이여도 마모의 진행이나 결손의 발생을 억제할 수 있어서 공구 수명을 연명할 수 있다.
본 발명의 또 다른 초경합금에 의하면, 결합상의 함유량, 경질상의 평균 입경, 포화자화와 항자력(Hc)의 자기특성, 및 상기 초경합금 중의 산소량이 소정의 범위로 제어되어 있으므로, 탄화 텅스텐(WC) 입자간을 결합하는 결합상의 두께(소위 평균 자유 행로(mean free path))의 최적화, 결합상 중에 고용되는 텅스텐(W) 등의 경질상을 구성하는 금속 성분이나 탄소의 함유량의 적정화를 할 수 있고, 적은 결합상량인 것에 상관없이 인성이 풍부하고, 또한 매우 경도가 높은 초경합금으로 된다. 또한, 산소 함유량이 낮으므로 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용할 때에는 절삭중에 절삭날이 고온으로 되어도 결합상이 경질상을 결합하는 유지력의 저하를 억제하여 초경합금의 강도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, Ti 합금이나 내열 합금의 절삭에 알맞은 초경합금제의 절삭 공구를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 초경합금을 절단해서 절단면을 연마한 연마면에 있어서의 주사형 전자현미경에 의한 확대 화상이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 초경합금의 표면에 있어서의 주사형 전자현미경에 의한 확대 화상이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 경질 피복막을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
<초경합금>
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 초경합금에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 초경합금을 절단해서 절단면을 연마한 연마면에 있어서의 주사형 전자현미경에 의한 확대 화상(10000배)이며, 초경합금 내부에 있어서의 조직 상태를 나타내고 있다. 도 2는 본 실시형태에 따른 초경합금의 표면에 있어서의 주사형 전자현미경에 의한 확대 화상(200배)이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이 초경합금(1)은 경질상(2)을 결합상(3)으로 결합해서 이루어진다. 구체적으로는, 초경합금(1)의 조성은 Co 및/또는 Ni 5~10질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, WC를 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 WC로 구성되어 있다.
경질상(2)은 WC 입자로 이루어지는 경질상을 주체로 하고, 원함에 따라 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자로 이루어지는 경질상(β상)을 함유한다. 결합상(3)은 Co 및/또는 Ni를 주체로 한다. 상기 결합상(3) 중에는 Co 및/또는 Ni 이외에 상기 주기율 표 제 4, 5 및 6족 원소가 고용되어 있 어도 되고, 또한 탄소, 질소 및 산소 등의 불가피불순물이 함유되어 있어도 된다. 구체적인 경질상의 형태로서는 (1) WC만으로 이루어지는 조직, (2)WC와, 초경합금 전체에 대하여 10질량% 이하의 비율의 상기 β입자(B-1형 고용체)가 혼재된 조직을 들 수 있고, 어느 것이어도 된다. β입자(B-1형 고용체)의 형태는 탄화물, 질화물 또는 탄질화물로서 단독으로 존재하고 있어도 되고, 이들 2종 이상의 혼합물로서 존재하고 있어도 된다. 또한, β입자(B-1형 고용체) 중에는 W 원소가 고용되어 있어도 된다.
경질상(2)을 이루는 WC 입자의 평균 입경은 1㎛ 이하이다. 이것에 의해 초경합금(1)의 강도 및 내마모성을 높일 수 있다. 이와 같이, WC 입자의 평균 입경이 1㎛ 이하인 소위 미립 초경합금에 있어서는 각 WC 입자끼리를 결합하는 결합상(3)의 두께가 얇게 되고, 열전도가 나빠지는 경향이 있지만, 본 실시형태에서는 미립 초경합금이여도, 하기에서 설명한 바와 같이, 초경합금(1)의 표면을 특정의 구성으로 하므로 높은 방열성을 부여할 수 있다. 또한, 미립 초경합금은 초경합금(1)의 소결성이 저하되어 소결 상태가 불균형으로 되기 쉬우므로, 경질 피복막을 피복하는 경우에는 상기 피복막의 부착력도 불균형이 커지는 경향이 있지만, 후술하는 바와 같이, 경질 피복막을 높은 부착력으로 피복할 수 있다. 상기 평균 입경의 하한값으로서는 모재의 인성을 유지하는 점에서 0.4㎛ 이상인 것이 바람직하다.
여기서, 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 초경합금(1)의 표면은 도 1에 나타내는 바와 같은 결합상(3)이 응집된 결합상 응집부(4)를 복수 점재시켜서 해도 구조를 형성한다. 이것에 의해, 결합상 응집부(4)(도(島)부)가 초경 합금(1) 표면의 내용착성을 향상시키므로, 초경합금(1)의 내결손성이 향상된다. 또한, 결합상 응집부(4) 이외의 정상(正常)부(5)(해(海)부)가 내마모성의 저하를 억제하므로, 초경합금(1)을, 예컨대 후술하는 절삭 공구에 응용한 경우에는 장수명의 절삭 공구로 된다.
상기 결합상 응집부(4)가 복수 점재한다는 상태는 결합상 응집부(4)가 표면 전체에 걸쳐 존재하는 상태를 의미하는 것은 아니고, 결합상 응집부(4)와, 상기 결합상 응집부(4) 이외의 WC 입자 등과 결합상의 초경합금 부분(정상부)(5)이 눈으로 보거나 또는 현미경 관찰에 의해 혼재하고 있는 것을 확인할 수 있는 상태를 의미한다. 특히, 본 실시형태에서는, 결합상 응집부(4)의 방열성을 높임에 있어서, 정상부(5)(백색)를 매트릭스로 하고, 결합상 응집부(4)는 표면에서 봤을 때 독립적으로 분산되어 점재된 섬 형상 조직, 즉 정상부(5)를 해부, 결합상 응집부(4)를 도부(島部)로 하는 해도 구조(海島構造)를 형성한다.
한편, 초경합금(1) 표면에 결합상 응집부(4)가 존재하지 않고, 균일한 조직으로 되는 경우에는, 초경합금(1) 표면에 있어서의 방열성이 낮고, 초경합금(1) 표면의 국소적으로 발생한 열이 방열되지 않고 국소적으로 고온이 되어 버린다. 그 결과, 고온으로 된 부분이 국부적으로 열화되거나, 예컨대 절삭 공구로서 이용한 경우에는 고온으로 된 절삭날에 피절삭재의 용착이 발생해 버린다. 또한, 충분한 인성이 얻어지지 않고, 돌발 결손이나 치핑이 발생한다. 반대로, 결합상 부화층을 갖고 초경합금(1)의 표면 전체에 있어서의 결합상(3)의 함유량이 많으면, 초경합금(1) 표면에 있어서의 소성 변형이 커져서 내용착성이 저하된다.
초경합금(1) 표면에 있어서의 결합상 응집부(4)의 면적 비율은 10~70면적%, 바람직하게는 20~60면적%이다. 이 범위 내에서 결합상 응집부(4)를 복수 점재시키면 상기한 효과가 얻어진다. 이것에 대하여, 결합상 응집부(4)의 면적 비율이 초경합금(1)의 총면적에 대하여 10면적%보다 적으면, 방열성이 나빠서 내용착성이 저하되고, 용착에 기인한 치핑이나 결손이 발생한다. 또한, 70면적%를 초과하면 금속이 차지하는 비율이 많아지고, 초경합금(1)의 표면에 있어서의 경도가 내려가서 내소성 변형성이 열화된다.
결합상 응집부(4)의 면적%는, 예컨대 후술하는 바와 같이, 초경합금(1)의 임의 표면에 대해서 주사형 전자현미경에 의해 도 2에 나타내는 바와 같은 200배의 2차 전자상을 관찰하고, 1㎜×1㎜의 임의 영역에 대해서 결합상 응집부(4)의 면적을 측정하여 존재 비율(결합상 응집부(4)를 측정한 시야 영역에 있어서의 결합상 응집부(4)의 면적 비율)을 산출해서 얻어지는 값이다. 또한, 결합상 응집부(4)의 측정 개수는 10개 이상으로 하고, 그 평균값을 산출한다.
초경합금(1)의 표면에 있어서 초경합금(1)의 표면에 있어서의 금속 원소의 총량에 대하여 Co 및 Ni의 총함유량이 15~70질량%, 바람직하게는 20~60질량%인 것이 좋다. 이것에 의해, 초경합금(1)의 표면에 있어서의 인성을 높이고 또한 내소성 변형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 초경합금(1)의 표면에 후술하는 경질 피복막을 피복하는 경우에는 상기 피복막의 내결손성을 향상시킬 수 있다.
결합상 응집부(4)에 있어서의 Co 및 Ni의 총함유량(m1)과, 상기 결합상 응집부(4) 이외의 정상부(5)에 있어서의 Co 및 Ni의 총함유량(m2)의 비율(m1/m2)이 2~10인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 초경합금(1) 표면에 있어서의 내소성 변형성 및 내용착성이 보다 향상된다. 또한, 상기 비율(m1/m2)이 2이상이면 방열성이 개선되고, 10이하이면 내용착성에 우수하므로 바람직하다. 상기 비율(m1/m2)의 바람직한 범위는 3~7이다.
결합상 응집부(4)의 평균 직경은 10~300㎛, 바람직하게는 50~250㎛인 것이 열전도성이 좋아서 방열성에 기여하는 경로를 확실하게 확보하여 방열성을 높일 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 경질 피복막을 피복하는 경우에는 상기 경질 피복막의 부착력을 향상시킬 수 있다. 결합상 응집부(4)의 상기 평균 직경은 초경합금(1)의 표면을 현미경 관찰하여 개개의 결합상 응집부(4)를 각각 특정하고, 예컨대 루젝스(LUZEX)법 등을 이용하여 개개의 결합상 응집부(4)의 면적 및 그들의 평균 면적을 산출하고, 이 평균 면적을 원으로 환산했을 때의 원의 직경이다. 또한, 상기 현미경 관찰은 금속 현미경, 디지털 현미경, 주사형 전자현미경, 투과형 전자현미경 중 어느 하나를 이용할 수 있고, 결합상 응집부(4)의 크기에 따라 적당한 것을 선택할 수 있다.
결합상 응집부(4)가 초경합금(1)의 표면으로부터 5㎛까지의 깊이 영역에 존재하는 것이 초경합금(1)의 표면에서 발생한 열을 확실하게 방열할 수 있음과 아울러, 초경합금(1) 표면으로 있어서의 피가공물에서의 내소성 변형성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
초경합금(1)의 표면에 있어서 결합상(3) 성분량을 15~70질량%의 비율로 함유하는 것이 내마모성 및 내용착성을 저하시키지 않고 초경합금(1)의 표면의 내결손 성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막을 피복하는 경우에는 상기 피복막의 내결손성을 향상시킬 수 있다. 초경합금(1)의 표면에 있어서의 결합상(3)의 성분량을 측정할 때에는 X선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro-Analysis: EPMA), 오제 전자 분광 분석(Auger Electron Spectroscopy: AES) 등의 표면 분석법으로 측정할 수 있다.
한편, 초경합금(1)의 내부에 있어서의 결합상(3)의 함유량은 6~15질량%인 것이 초경합금(1)의 소결 불량의 발생을 방지시킬 수 있음과 아울러, 초경합금(1)의 내마모성의 확보 및 소성 변형을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 초경합금(1)의 내부는 초경합금(1)의 표면으로부터 300㎛ 이상의 깊이 영역을 의미한다. 또한, 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막을 피복하는 경우에는 상기 경질 피복막의 두께를 제외한 경질 피복막과 초경합금(1)의 계면으로부터 초경합금(1)의 중심을 향해 300㎛ 이상의 깊이 영역을 의미한다.
또한, 초경합금(1)의 내부에 있어서의 결합상(3)의 함유량은 초경합금(1)의 단면에 대한 조직 관찰, 구체적으로는 초경합금(1)의 단면에 있어서, 표면으로부터 중심을 향해 300㎛ 이상 깊은 내부의 30㎛×30㎛의 임의 영역에 대해서 X선 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의해 면분석을 하고, 그 영역에 있어서의 Co와 Ni의 총함유량의 평균값으로서 측정할 수 있다.
초경합금(1) 중에 크롬(Cr) 및/또는 바나듐(V)을 함유하는 것이 WC 입자가 소결 중에 입자 성장하는 것을 억제하고, 경도의 저하를 억제하며, 내마모성의 저하를 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. Cr 및 V의 바람직한 범위는 각각 0.01~3 질량%이며, Cr 및 V의 합계 함유량이 0.1~6질량%이다. 특히 Cr은 초경합금(1)의 소결성을 높임과 아울러, 결합상(3)의 부식을 억제하여 내치핑성을 높이는 효과가 있다.
여기서, 본 실시형태에서는 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막을 피복해도 된다. 이하, 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막을 피복한 경우에 대해서 초경합금(1)을 후술하는 절삭 공구에 적용한 경우를 예로 들어서 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 따른 경질 피복막을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 이 절삭 공구(10)는 초경합금(1)을 베이스체로 하고, 커팅면(11)과 여유면(12)의 교차 모서리부에 절삭날(13)을 형성한 것이고, 이 절삭날(13)을 도시하지 않은 피절삭물에 대어서 절삭 가공하는 것이다. 그리고, 초경합금(1)의 표면에 표면 피복막(7)을 피복해서 이루어진다. 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막(7)을 피복하면 상기 경질 피복막(7)의 부착력이 향상되므로, 경질 피복막(7)이 초경합금(1)의 표면으로부터 박리되기 어려워져 내결손성이 향상된다. 또한, 상기한 바와 같이, 초경합금(1)의 표면에 있어서의 방열성이 높으므로 경질 피복막(7) 표면에 있어서의 방열성도 높게 되고, 경질 피복막(7)의 표면에 있어서의 내용착성도 향상된다. 그 결과, 내결손성 및 내마모성이 우수한 초경합금(1)으로 된다.
경질 피복막(7)의 부착력이 향상되는 이유로서는 이하의 이유가 추찰된다. 즉, 초경합금(1)의 표면에 있어서의 결합상 응집부(4)의 면적 비율을 10~70면적%로 함으로써 결합상 응집부(4)에 있어서의 결합상(3)의 농도가 높게 되므로, 상기 결합상(3)이 경질 피복막(7) 내에 확산해서 반응하고, 그 결과, 경질 피복막(7)의 부착력이 향상되는 것으로 추찰된다.
즉, 결합상 응집부(4)가 초경합금(1) 표면에 존재하지 않고, 균일한 조직으로 되는 경우에는 경질 피복막의 부착력이 불충분하며 내결손성이 저하되어 버린다. 반대로, 결합상 부화층을 갖고 초경합금(1)의 표면 전체에 있어서의 결합상함유량이 한결같이 많은 경우에도 역시 경질 피복막의 부착력이 저하된다. 또한, 결합상 응집부(4)의 면적 비율이 초경합금(1)의 총면적에 대하여 10면적%보다 적으면 경질 피복막의 부착력이 저하되어 경질 피복막의 박리에 기인하는 치핑이나 결손이 발생되고, 70면적%를 초과하면 금속이 차지하는 비율이 많아지고, 초경합금(1)의 표면에 있어서의 경도가 내려가서 내소성 변형성이 열화된다.
경질 피복막(7)을 피복한 경우에 있어서의 결합상 응집부(4)의 관찰은 기본적으로는 경질 피복막(7)을 피복한 상태에서 관찰하면 좋다. 또한, 경질 피복막(7)의 막두께가 두껍고, 경질 피복막(7)을 피복한 상태에서 결합상 응집부(4)를 관찰하는 것이 곤란한 경우에는, 예컨대 스로어웨이 팁의 중심에 형성된 나사 구멍의 벽면 등과 같이 경질 피복막(7)이 붙어 있지 않고 초경합금(1)의 표면이 노출된 부분을 대용하여 관찰하면 된다. 또한, 초경합금(1)의 표면이 노출된 부분이 없는 경우에는 경질 피복막(7)을 어느 정도 연마해서 얇게 한 상태에서 결합상 응집부(4)의 분포 상태를 관찰하는 것도 가능하다.
경질 피복막(7)으로서는, 주기율표 제 4, 5, 6족 금속, Si, 및 Al로부터 선 택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 금속의 탄화물, 질화물, 산화물, 붕화물, 탄질화물, 탄산화물, 산질화물, 탄산질화물, 및 이들 화합물의 2종 이상으로 이루어지는 복합화합물, 다이아몬드 라이크 카본(DLC), 다이아몬드, Al2O3 및 입방정 질화 붕소(cBN)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 이들은 기계적 특성이 우수하고, 내마모성 및 내결손성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
특히, 경질 피복막(7)은 (Tix, Al1-x)C1-yNy(x, y의 범위는, 0.2≤x≤0.7, 0≤y≤1)인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 결합상 응집부(4)와의 친숙함이 좋고, 또한 내마모성 및 내산화성이 우수하며, 높은 내결손성을 얻을 수 있다.
경질 피복막(7)의 막두께는 1~10㎛인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 경질 피복막(7)의 내결손성이 향상되고, 또한 경질 피복막(7) 표면에 있어서의 방열성도 향상된다.
다음에, 상기에서 설명한 초경합금(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 예컨대 평균 입경 1.0㎛ 이하의 탄화 텅스텐(WC) 분말을 79~94.8질량%, 평균 입경 0.3~1.0㎛의 탄화 바나듐(VC) 분말을 0.1~3질량%, 평균 입경 0.3~2.0㎛의 탄화 크롬(Cr3C2) 분말을 0.1~3질량%, 평균 입경 0.2~0.6㎛의 금속 코발트(Co)를 5~15질량%, 또한 원함에 따라 금속 텅스텐(W) 분말, 혹은 카본블랙(C)을 혼합한다.
다음에, 상기 혼합에 있어서, 메탄올 등의 유기용매를 슬러리의 고형분 비율이 60~80질량%으로 되도록 첨가함과 아울러, 적절한 분산제를 첨가하고, 볼 밀이나 진동 밀 등의 분쇄 장치로 10~20시간의 분쇄 시간으로 분쇄함으로써, 혼합 분말의 균일화를 도모한 후, 혼합 분말에 파라핀 등의 유기 바인더를 첨가해서 성형용 혼합 분말을 얻는다.
그리고, 상기 혼합 분말을 이용하여, 예컨대 프레스 성형, 주입(casting) 성형, 압출 성형, 냉간 정수압 프레스 성형 등의 공지의 성형 방법에 의해 소정 형상으로 성형한 후, 0.01~0.6㎫의 아르곤 가스중, 1350~1450℃, 바람직하게는 1375~1425℃에서, 0.2~2시간 소성한 후, 55~65℃/분의 속도로 800℃ 이하의 온도까지 냉각함으로써 초경합금(1)이 얻어진다.
여기서, 상기 소성 조건 중, 소성 온도가 1350℃보다 낮으면 합금을 치밀화시킬 수 없으며 경도 저하를 초래하고, 반대로 소성 온도가 1450℃를 초과하면 WC 입자가 입자 성장해서 경도, 강도 모두 저하된다. 또한, 이 소성 온도가 상기 범위로부터 벗어나는 경우, 또는 소성시의 가스 분위기에서 0.01㎫보다 낮거나, 또는 0.6㎫를 초과하는 경우에는 모두 결합상 응집부가 생성되지 않고, 초경합금 표면에 있어서의 방열성이 저하되어 버린다. 또한, 소성시의 분위기를 N2가스 분위기로 하면, 결합상 응집부가 생성되지 않는다. 또한, 결합상의 함유 비율이 많은 표면 영역의 깊이(두께)가 5㎛보다 두꺼운 결합상 부화층이 형성되는 경향이 있다. 또한, 냉각 속도가 55℃/분보다 느리면 결합상 응집부가 생성되지 않고, 냉각 속도가 65℃/분보다 빠르면 결합상 응집부의 면적 비율이 지나치게 커진다.
상기와 같이 해서 얻어진 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막(7)을 피복하기 위해서는 초경합금(1)을 세정한 후, 초경합금(1)의 표면에 경질 피복막(7)을 성막하면 된다. 성막 방법으로서는 화학 증착(CVD)법[열 CVD, 플라즈마 CVD, 유기 CVD, 촉매 CVD등], 물리 증착(PVD)법 [이온 도금, 스퍼터링 등] 등의 주지의 성막 방법이 채용가능하다. 특히, 결합상 응집부(4)의 금속 원소와 경질 피복막(7)의 반응 영역의 깊이, 초경합금(1)과 경질 피복막(7)의 밀착성의 점에서, 경질 피복막(7)의 두께는 0.1~10㎛인 것, 특히 방열성의 점에서 0.1~3㎛인 것이 바람직하다.
(제 2 실시형태)
제 2 실시형태에 따른 초경합금은, 상기 실시형태와 마찬가지로, Co 및/또는 Ni 5~10질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, WC를 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 WC로 구성된다. 그리고, WC 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 Co 및/또는 Ni를 주체로 하는 결합상으로 결합한 것이다.
초경합금 중의 Co 및/또는 Ni의 함유량이 5질량% 미만이면 초경합금의 인성이 저하되어 내결손성이 나빠진다. 이 때문에, 상기 초경합금을 후술하는 절삭 공구에 이용한 경우에는, 예컨대 Ti 합금이나 내열 합금을 가공했을 때에 강도 부족으로 되고, 절삭날 결손이 다발할 우려가 있다. 또한, 상기 함유량이 10질량%를 초과하면 Ti 합금이나 내열 합금을 절삭했을 때에 저경도로 되고, 초경합금의 표면에 있어서의 내마모성이 저하된다. 본 실시형태에서는, 결합상으로서의 Co 및/또는 Ni함유량의 바람직한 범위는 초경합금 전량에 대하여 5~8.5질량%, 특히 바람직한 범 위는 5~7질량%, 더욱 바람직한 범위는 5.5~6.5질량%이다. 이것에 의해, 초경합금 중의 WC 입자의 평균 입경이 1.0㎛보다 커지는 일 없이 양호하게 소성할 수 있다.
특히, Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%의 범위인 경우에는 일반적으로 소결성이 극단적으로 저하되는 경향이 있다. 그 때문에, 종래는 고온에서의 소성 혹은 Sinter-HIP 등의 가압 소성에 의하지 않으면 초경합금을 소성에 의해 치밀화시킬 수 없고, 한편, 소성 온도를 높이면 WC 입자가 입자 성장해 버려 초경합금의 조직을 미립화하는 것이 곤란했다. 그러나, Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%의 범위이여도 후술하는 제조 공정을 채용함으로써 경질상 중의 WC 입자가 거의 입자 성장하지 않는 1430℃ 이하의 소성 온도에서 초경합금을 치밀화시킬 수 있다.
초경합금 중의 WC 이외의 경질상의 함유량이 10질량% 이내이면 기계적 충격성이나 열적 충격성이 높아 공구 수명이 길다. 또한, 구체적인 경질상의 형태는 상술한 구성과 같다.
여기서, 본 실시형태의 초경합금은 표면에 두께가 0.1~5㎛인 결합상 부화층을 가짐과 아울러, 상기 표면의 X선 회절 패턴에 있어서의 WC의 (001)면 피크 강도를 IWC, Co 및/또는 Ni의 (111)면 피크 강도를 ICo로 했을 때, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5이다. 이와 같이, 초경합금의 표면에 있어서의 결합상의 존재 상태, 즉 결합상 부화층의 두께와 Co 및/또는 Ni의 (111)면 피크의 출현 상태를 특정의 관계로 제어함으로써 초경합금이 항절 강도에 우수한 것으로 된다. 그리고, 상기 초경합금을 후술하는 절삭 공구에 이용하면, 예컨대 Ti 합금을 절삭한 경우에는 고압력의 냉각 제 등의 특수한 장치를 이용하지 않는 통상의 절삭 조건이여도 마모의 진행이나 결손의 발생을 억제할 수 있어 공구 수명을 연명할 수 있다.
한편, 결합상 부화층이 없거나, 또는 0.1㎛보다 얇으면 윤활층으로 되는 Co 및/또는 Ni가 부족하기 때문에, 절삭 저항이 증대되어 칼끝 온도가 상승하고, 칼 끝 부근의 초경합금의 산화가 급격하게 진행된다. 그 결과, 칼끝 강도가 소실되어 용착이 발생하게 되고, 단수명으로 되기 쉽다. 또한, 결합상 부화층이 5㎛보다 두꺼우면 윤활층으로 되는 결합상 부화층이 절삭시에 발생하는 열에 의해 결합상이 산화되어 열화되고, 또한 결합상 부화층이 두껍기 때문에 열화된 다량의 결합상이 원인으로 되어서, 절삭 공구의 표면에 피절삭재가 용착되게 되어 원하는 치수 정밀도를 얻을 수 없다. 결합상 부화층의 두께의 바람직한 범위는 0.5~3㎛이다.
상기 결합상 부화층은 초경합금의 내부에 비해서 결합상의 농도가 높고, 또한 초경합금의 표면에 존재하는 표면 영역을 의미하고, X선 광전자 분석법(XPS)으로 초경합금의 단면의 표면 근방을 포함하는 영역에 있어서의 Co 및/또는 Ni의 깊이 방향에서의 농도 분포를 측정하고, 초경합금의 내부에 비해서 Co 및/또는 Ni의 농도가 높은 영역의 두께를 측정함으로써 산출가능하다. 또한, 결합상 부화층의 두께를 측정하는 다른 방법으로서, 초경합금의 표면에 대하여 오제 분석으로 Co 및/또는 Ni 농도를 깊이 방향으로 측정함으로써 산출할 수도 있다.
한편, 상기 X선 회절 패턴에 있어서의 ICo/(IWC+ICo)가 0.02보다 작으면 결합상 부화층이 얇게 되고, 반대로, ICo/(IWC+ICo)가 0.5보다 크면 결합상 부화층이 두꺼 워져 내마모성이 저하된다. ICo/(IWC+ICo)의 바람직한 범위는 0.05≤ICo/(IWC+ICo)≤0.2이다.
본 실시형태에서는 X선 회절 패턴에 있어서의 상기 WC의 피크에 대해서 하기 식(I)으로 구해지는 값을 (001)면의 배향 계수(Tc)로 했을 때, 초경합금의 표면에 있어서의 배향 계수(Tcs)와, 초경합금의 내부에 있어서의 배향 계수(Tci)의 비(Tcs/Tci)가 1~5인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 초경합금 표면에 있어서 WC를 열전도율이 높은 면에 배향한 상태로 할 수 있고, 초경합금 표면에 있어서의 열전도율을 높여서 절삭날에서의 발열을 효율 좋게 방열해서 절삭날의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 초경합금의 내부는 초경합금의 표면으로부터 300㎛ 이상의 깊이의 영역을 의미한다.
[수 1]
Tc(001)=[I(001)/Io(001)]/[(1/n)Σ(I(hkl)/Io(hkl))] …(I)
I(hkl): X선 회절 측정 피크의 (hkl)반사면의 피크 강도
Io(hkl): ASTM 표준 파워 패턴에 있어서의 X선 회절 데이터의 표준 피크 강도
ΣI(hkl) = I(001)+I(100)+I(101)+I(110)+I(002)+I(111)+I(200)+I(102)
n=8 (Io(hkl) 및 I(hkl)의 산출에 이용하는 반사면 피크의 수)
또한, I(001)은 상기 기재의 IWC이다.
또한, 본 실시형태에서는 초경합금 중의 산소 함유량이 초경합금 전체의 질량에 대하여 0.045질량% 이하이고, 또한 상기 경질상의 WC 입자의 평균 입경이 0.4~1.0㎛인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 초경합금의 산소 함유량이 적으므로, 고온에서 산화가 진행되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 경질상 중의 WC 입자의 평균 입경이 상기 범위이므로, 초경합금의 경도가 높고, 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용하면 절삭 특성이 양호하다.
구체적으로는, 초경합금 중의 산소 함유량이 초경합금 전체의 질량에 대하여 0.045질량% 이하이면, 상기 초경합금을 이용한 절삭 공구가 절삭 가공시에 고온에 노출되는 절삭날에 있어서 산화가 진행되는 것을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 절삭이 가능하게 된다. 또한, Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%의 범위 내이여도 후술하는 WC의 원료 분말의 입경 및 분쇄 방법을 개선한 제조 방법을 채용함으로써, 초경합금의 저온 소성이 가능함과 아울러, 초경합금 중의 산소 함유량을 초경합금 전체에 대하여 0.045질량% 이하로 제어할 수 있다.
절삭 성능의 안정성 및 내치핑성의 점에서 경질상을 구성하는 WC 입자의 평균 입경은 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.4~1.0㎛, 특히 바람직하게는 0.6~1.0㎛인 것이 좋다.
또한, 초경합금의 표면에 있어서의 산술 평균 거칠기(Ra)를 0.2㎛ 이하로 제어하는 것이 내마모성의 향상, 절삭 저항의 저감, 내용착성 및 내결손성의 향상의 점에서 바람직하다. 초경합금 표면의 표면 거칠기의 측정은, 접촉식의 표면 조도계를 사용하거나, 또는 비접촉식의 레이저 현미경을 이용하고, 측정면이 레이저에 대하여 수직으로 되도록 초경합금(절삭 공구)을 움직이면서 측정하면 된다. 또한, 절삭날 형상 자체가 굴곡을 갖는 경우에는, 이 굴곡분(JIS B0610에 규정된 파 굴곡 곡선분)을 빼서 직선 근사한 후에 표면 거칠기를 산출하면 된다.
소성된 초경합금의 절삭날 주변에 R 호닝, 또는 챔퍼 호닝을 실시해도 되지만, 절삭날을 소성 전에 호닝 형상으로서 둘 수도 있다. 이 방법에 의하면, 절삭날 표면에 있어서의 Co 및/또는 Ni 농도의 분포를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
다음에, 상기에서 설명한 실시형태에 따른 초경합금의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 예컨대 평균 입경 0.01~1.5㎛의 WC 분말을 80~95질량%, WC를 제외한 주기율표 제 4, 5, 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 평균 입경 0.3~2.0㎛의 분말을 0~10질량%, 평균 입경 0.2~3㎛의 Co 분말을 5~10질량%, 또한 원함에 따라 금속 텅스텐(W) 분말, 혹은 카본블랙(C)을 첨가한다. 그리고, 이것에 용매를 첨가해서 혼합하고, 원함에 따라 유기 바인더를 첨가한 후, 성형용 과립을 제작한다.
다음에, 상기 과립을 이용하여 프레스 성형, 주입 성형, 압출 성형 혹은 냉간 정수압 프레스 성형 등의 공지의 성형 방법에 의해 소정 형상으로 성형한 후, 진공도 0.4㎪ 이하로 진공 처리한 분위기에서 승온하고, 1320~1430℃의 온도에서 0.2~2시간 소성한다. 본 실시형태에서는 이 소성시의 분위기에 대해서 상기 소성 온도에 도달할 때까지 진공 처리를 행하고, 상기 소성 온도에 도달한 시점에서 진 공 처리를 멈춰서 소성로 내를 후술하는 압력 상태로 되도록 밀폐하여 소결체 자신으로부터 방출되는 분해 가스만이 분위기중에 존재하는 자생 분위기로 한다. 또한, 이 자생 분위기에 있어서는 센서를 설치해서 소성로 내가 0.1k~10㎪의 일정 압력으로 되도록 아르곤 가스를 유입시키거나, 로 내 가스의 일부를 탈기해서 조정한다. 그리고, 소성이 종료된 시점에서 50~400℃/분의 냉각 속도로 1000℃ 이하의 온도까지 냉각한다.
상기와 같은 제조 조건으로 제어함으로써, 결합상 부화층의 두께, X선 회절 패턴에 있어서의 ICo/(IWC+ICo)값을 상술한 소정의 범위 내로 제어할 수 있다. 예컨대, 소성시의 온도 상승 분위기를 불활성 가스 분위기로 하면 결합상 부화층의 두께가 5㎛를 초과해 버린다. 또한, 소성 분위기를 진공분위기로 하면 결합상 부화층의 두께가 0.1㎛보다 얇게 되고, 소성 분위기를 불활성 가스 분위기로 하면 결합상 부화층의 두께가 5㎛보다 두꺼워지는 경향이 있다. 또한, 상기 제조 조건 중에서도 Co 및/또는 Ni 분말의 첨가량을 5.5~8.5질량%로 제어한 경우에는 상기 배향 계수의 비(Tcs/Tci)를 1~5의 범위 내로 제어할 수 있다.
또한, 이 방법에 의해서도 제 1 실시형태의 결합상 응집부를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제조 공정에 있어서 하기의 제조 공정을 채용한 경우에는 Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%인 경우에도 초경합금의 소성 온도의 저온화가 가능하게 되고, WC 등의 원료 분말이 소성에 의해 입자 성장되지 않고, 경질상의 입 경을 1㎛ 이하로 제어할 수 있고, 또한 초경합금 중의 산소 함유량을 초경합금 전체에 대하여 0.045질량% 이하로 제어할 수 있다. 즉, 초경합금 중의 산소 함유량 및 WC 입자의 평균 입경을 상기의 범위로 제어하기 위해서는 WC 원료 분말로서 거친 입자의 분말을 이용하고, 이것을 분말 혼합시에 혼합 분말의 입도가 원하는 입도로 되도록 제어하고, 또한 성형체 중에 포함되는 WC 분말의 표면의 산화를 억제한 초경합금을 소성할 때의 WC 분말의 소결성을 개선하는 제조 방법을 채용하는 것 등에 의해 초경합금이 함유하는 산소량을 0.045질량% 이하로 제어할 수 있다. 또한, 이것에 의해서, 초경합금의 소결이 용이하게 되고, WC를 입자 성장시키지 않고 파괴 원인으로 되는 결함의 발생을 억제할 수 있다.
특히, 초경합금 중의 결합상인 Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%로 소량의 경우이여도, 상압(常壓) 분위기 하에서 1430℃ 이하의 저온에서 소성할 수 있고, 경도, 강도 및 인성이 우수한 초경합금으로 된다. 그 결과, 신뢰성이 높은 초경합금제의 절삭 공구를 얻을 수 있다.
구체적으로는, 원료로서 이용하는 WC 분말의 평균 입경을 5~200㎛로 하고, 이것을 산소 함유량이 적은 용매중에 더해서 혼합, 분쇄하고, 슬러리 중의 원료 분말의 평균 입경을 1.0㎛ 이하로 조정한다. WC 분말을 분쇄함으로써 표면이 산화되어 있지 않은 활성한 분말 표면이 노출된다. 이것을 성형해서 소성할 때에는, 입자끼리의 소결성이 높은 것 때문에, 적은 금속량으로도 저온에서 치밀화할 수 있고, Co 및/또는 Ni의 함유량이 5~7질량%이여도, 미립으로 소결성이 좋은 초경합금을 제작할 수 있다.
또한, 이 제조 방법을 이용한 경우에는 성형체 내에 함유되는 불가피한 산소량이 감소되는 것 때문에 소결 중에 발생하는 일산화탄소(CO) 가스의 생성을 억제할 수 있다. 그 결과, 소성 중에 발생하는 성형체로부터의 탈탄소량을 감소시킬 수 있기 때문에, 초경합금에 있어서 중요한 소결체 중의 탄소량의 관리를 정밀도 좋게 할 수 있도록 된다. 그 결과, 소결 과정에 발생하는 소결체 중의 결함의 생성을 억제할 수 있음과 아울러 초경합금 중에 함유되는 탄소량의 제어가 용이하게 된다.
보다 구체적인 제조 공정에 대해서 설명하면, 평균 입경 5~200㎛의 WC 분말을 80~95질량%, 특히 93~95질량%와, 평균 입경 0.3~2.0㎛의 WC를 제외한 주기율표 제 4, 5, 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상을 0~10질량%, 특히 0.3~2질량%와, 평균 입경 0.2~3㎛의 Co 및/또는 Ni를 5~10질량%, 특히 5~7질량%와, 또한 원함에 따라 금속 텅스텐(W) 분말, 혹은 카본블랙(C)의 혼합 분말에, 산소 함유율이 100ppm 이하인 물, 또는 산소 함유율이 100ppm 이하인 유기용제를 용매로서 첨가하여 슬러리상으로 하고, 이 슬러리를 습식 분쇄한다. 이 때, 어트리터 밀(attritor mill)이나 제트 밀, 유성 밀 등의 파쇄력이 강한 분쇄 방법을 이용하여 분쇄 후의 혼합 분말의 평균 입경이 1.0㎛ 이하로 될 때까지 분쇄를 행한다.
다음에, 분쇄한 상기 슬러리를 스프레이 드라이어에 투입하여 성형용 과립을 제작한다. 여기서, 혼합 분말의 분쇄 및 성형용 과립을 제작하는 공정에 있어서는 불활성 가스를 유입시킴으로써 비산화성 분위기로 하여 성형용 과립 중에 산소가 혼입되는 것을 최대한 억제하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 성형용 과립을 이용하여 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형의 성형 방법에 의해 소정 형상으로 성형한 후, 진공도 0.4㎪ 이하로 진공 처리한 분위기에서 승온하고, 상술한 자생 분위기로서 1320~1430℃의 온도에서 0.2~2시간 소성한다. 그 후, 소성이 종료된 시점에서 로를 냉각한다. 냉각 공정에서는 불활성 가스를 유입시키면서 냉각을 행함으로써 초경합금 중의 산소 함유량을 초경합금 전체에 대하여 0.045질량% 이하로 제어할 수 있다.
또한, 상기한 이외의 구성은 상기에서 설명한 제 1 실시형태와 같으므로 설명은 생략한다.
(제 3 실시형태)
제 3 실시형태에 따른 초경합금은, Co 및/또는 Ni 5~7질량%와, 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, WC를 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 0~10질량%를 함유하고, 나머지부가 WC로 구성된다. 그리고, 상기한 실시형태와 마찬가지로, WC 입자를 주체로 하고, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 Co 및/또는 Ni를 주체로 하는 결합상으로 결합한 것이다.
여기서, 본 실시형태에서는, 초경합금 중의 결합상의 함유량이 5~7질량%, 경질상의 평균 입경이 0.6㎛~1.0㎛, 포화자화가 9~12μT㎥/㎏, 항자력(Hc)이 15~25kA/m이고, 또한 산소 함유량이 0.045질량% 이하이다. 이것에 의해, 고경도 또한 고인성의 초경합금으로 된다. 또한, 상기 초경합금을 절삭 공구에 이용하면, 내 마모성 및 내결손성이 우수한 공구로 됨과 아울러 결합상의 함유량이 낮기 때문에 Ti 합금이나 내열 합금 등의 피절삭재가 용착되기 어려워지고, 용착에 의한 절삭날의 치핑이나 가공면의 면 조도의 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 결합상의 함유량이 5질량%보다 적으면 초경합금의 인성이 충분하지 않으므로 절삭 공구로서의 내결손성이 악화되어 버린다. 또한, 소결성이 현저하게 저하되고, 소결을 하기 위해서 특수한 소성법을 요하기 때문에 비용이 지나치게 들어 버린다. 또한, 결합상의 함유량이 7질량%를 초과하면 초경합금의 경도가 저하되어 버려 절삭 공구로서의 내마모성이 저하되어 버린다. 또한, 결합상을 많이 포함하면 피절삭재가 공구의 절삭날에 용착되어 버리고, 절삭날이나 여유면에 용착 된 피절삭재에 의해 가공면의 면 조도가 거칠어지거나, 용착된 피절삭재가 탈락될 때에 치핑이 생기는 등의 문제가 있다.
또한, 경질상의 평균 입경이 0.6㎛보다 작으면 초경합금의 경도가 필요 이상으로 지나치게 높아져 버려 절삭 공구로서의 내결손성이 저하되어 버린다. 또한, 초경합금의 소결성이 저하해서 소결 불량이 발생되기 쉬워지고, 소결 불량으로 된 것은 강도 및 경도가 극단적으로 저하된다. 또한, 경질상의 평균 입경이 1.0㎛보다 크면 초경합금으로서의 충분한 경도가 얻어지지 않아 절삭 공구로서의 내마모성이 저하되어 버린다. 경질상의 평균 입경의 바람직한 범위는 0.75~0.95㎛이다.
포화자화가 9μT㎥/㎏ 미만이면 초경합금 중에 함유되는 탄소량이 부족하여 경도가 과잉으로 높게 되어 버려 초경합금의 인성이 저하해서 절삭 공구로서의 내결손성이 저하되어 버린다. 또한, 포화자화가 12μT㎥/㎏을 초과하면 초경합금 중 의 탄소량이 과잉으로 함유되어 초경합금의 경도가 저하되고, 절삭 공구로서 충분한 내마모성이 얻어지지 않아 이상 마모나 마모의 진행에 의한 절삭날의 결손 등의 손상이 발생되기 쉬워져 버린다. 포화자화의 바람직한 범위는 9.5~11μT㎥/㎏이다.
초경합금의 항자력(Hc)이 15kA/m 미만이면 초경합금 중의 경질상 간의 결합하는 결합상의 두께(소위 평균 자유 행정, 평균 자유 행로)이 지나치게 두꺼워져 버리고, 초경합금의 경도 저하에 의한 내마모성의 저하나, 피절삭재의 용착을 일으켜서 용착에 의한 절삭날의 치핑이나 피절삭재의 가공면의 면 조도가 열화되는 등의 문제가 발생한다. 또한, 항자력이 25kA/m을 초과하면 초경합금 중의 결합상의 두께(평균 자유 행로)가 지나치게 얇아지기 때문에 초경합금의 인성이 충분하지 않게 되고, 내결손성이 저하되며, 절삭날의 치핑이나 돌발 결손 등의 손상이 발생되어 버린다. 항자력의 바람직한 범위는 18~22kA/m이다.
초경합금 중에 함유되는 산소량이 초경합금 전체량에 대한 비율로 0.045질량%를 초과해 버리면 고온이 되었을 때에 결합상의 경질상을 결합하는 유지력이 저하되는 것 때문에, 절삭중에 절삭날이 고온으로 되면 초경합금의 강도가 저하되어 치핑이나 결손이 발생되어 버린다. 초경합금 중에 함유되는 산소량의 바람직한 범위는 0.035질량% 이하이다.
초경합금 중에는, 상기에서 설명한 실시형태와 마찬가지로, WC나 Co 등 외에 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, WC를 제외함), 질화물 또는 탄질화물을 0~10질량%의 비율로 함유시킬 수도 있다.
특히, Cr을 초경합금 중의 결합상의 함유량(질량%)에 대하여 탄화물(Cr3C2) 환산량으로 2~10질량%, 바람직하게는 3~7질량%의 비율로 함유하는 것이 좋다. 이것에 의해, 결합상이 산화나 부식 등의 변질을 일으키는 일 없이 결합상의 강도가 저하되는 것을 방지하여 초경합금의 내식성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 초경합금을 이용한 절삭 공구는 공구 표면의 산화나 부식 등의 변질이 일어나기 어렵게 할 수 있고, 변질에 의한 강도 저하를 방지할 수 있다. 또한, 절삭날이 절삭 중에 고온으로 된 경우에는 결합상 중에 고용된 Cr이 산화 피막을 만들어 결합상의 산화가 진행되는 것을 억제할 수 있으므로 결합상이 열에 의해 열화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 산화 피막은 화학적으로 안정되기 때문에 피절삭재와 반응하기 어렵고, 피절삭재가 절삭날에 용착되기 어려우므로, 용착되기 쉬운 Ti 합금의 절삭에 있어서 우수한 절삭 성능을 발휘할 수 있다. 또한, Cr은 초경합금을 소성할 때에 경질상의 입자 성장을 억제하여 초경합금 중의 경질상의 입경을 제어할 수 있는 효과가 있다.
Cr 이외에, 소결 중에 경질상이 입자 성장하는 것을 억제하기 위해 바나듐(V)이나 탄탈(Ta)도 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, Cr, V 및 Ta는 적어도 일부가 결합상 중에 고용되고, 나머지부는 단독의 탄화물 또는 이들 2종 이상과 텅스텐(W)이 2종 이상 조합된 복합 탄화물로서 존재해도 된다.
또한, 상기 본 발명의 초경합금의 표면에 주기율표 제 4, 5, 6족 금속, 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와, 탄소, 질소, 산소, 붕소로부터 선택되는 1종 이상의 원소의 화합물, 경질탄소 또는 입방정질화 붕소 중 어느 하나로 이루어지는 경질 피복층을 성막해도 된다. 이것에 의해, 성막시에 초경합금 기재의 표면이 산소의 영향에 의해 변질되는 일 없이 초경합금 기재와 경질 피복층의 높은 부착력이 얻어진다. 그 결과, 경질 피복층이 박리나 치핑되는 일 없이 절삭 공구의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 경질 피복층으로서 바람직한 재종으로서는, 예컨대 탄화티탄(TiC), 질화 티타늄(TiN) 및 탄질화 티타늄(TiCN), 티타늄ㆍ알루미늄 복합 질화물(TiAlN), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 들 수 있다. 이것들은 경도 및 강도가 모두 높고, 내마모성 및 내결손성이 우수하다. 또한, 물리 증착(PVD)법에 의해 성막된 막두께 0.1~1.8㎛의 경질 피복층인 것이, 고강도로 용착되기 쉬운 재질인 내열 합금을 절삭할 때에, 높은 내마모성을 유지하면서 경질 피복층의 박리를 억제할 수 있기 때문에, 내열 합금의 절삭에 있어서 우수한 공구 수명을 발휘할 수 있는 점에서 바람직하다.
다음에, 상기에서 설명한 실시형태에 따른 초경합금의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 평균 입경 5~200㎛의 탄화 텅스텐(WC) 분말을 83~95질량%, 평균 입경 0.3~2.0㎛의 탄화 텅스텐(WC)을 제외한 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물, 질화물 및 탄질화물을 0~10질량%, 평균 입경 0.2~3㎛의 금속 코발트(Co)를 5~7질량%, 또한 원함에 따라 금속 텅스텐(W) 분말, 혹은 카본블랙(C)을 조합하고, 이것에 물 또는 유기용제의 용매와 원함에 따라 유기 바인더를 첨가하고, 혼합하고, 볼 밀, 진동 밀 등의 이미 알려진 분쇄 방법으로 분쇄 후의 혼합 원료의 평균 입자가, 마이크로 트랙에 의한 입도 분포 측정에 있어서, D50값(출현률 50%의 위치에 있는 입경)이 0.4~1.0㎛로 되도록 분쇄 시간을 조절해서 분쇄한다.
즉, 평균 입경 5~200㎛로 거친 WC 분말을 이용하여 이것을 1/5 이하이며, 또한 1.0㎛ 이하로 되도록 잘게 분쇄함으로써, WC 입자의 산소가 흡착되어 있지 않은 후레쉬한 면이 많이 노출되기 때문에, 혼합 분말 및 성형체 내의 산소량이 감소됨과 아울러 혼합 분말 중의 각 입자의 표면 에너지가 커져서 소결되기 쉬워진다. 또한, WC 분말과 결합상의 젖음이 양호해지기 때문에, 적은 결합상량으로도 공극이나 크랙 등의 결함이 생기는 일 없이 낮은 온도에서 소성할 수 있다.
다음에, 상기 혼합 분말을 이용하여 프레스 성형, 주입 성형, 압출 성형, 냉간 정수압 프레스 성형 등의 공지의 성형 방법에 의해 소정 형상으로 성형한 후, 본 발명에 있어서는 이 소성시의 분위기를 자생 분위기로 하여 소성한다.
여기서, 상기 자생 분위기란, 상기 소성 온도에 도달할 때까지 진공 처리를 행하고, 상기 소성 온도에 도달한 시점에서 진공 처리를 멈춰서 소성로 내를 후술하는 압력 상태로 되도록 밀폐하여 소결체 자신으로부터 방출되는 분해 가스만이 분위기중에 존재하는 분위기이다. 또한, 이 자생 분위기에 있어서는 센서를 설치하여 소성로 안이 0.1k~10㎪의 일정 압력으로 되도록 아르곤 가스를 유입시키거나 노 내 가스의 일부를 탈기해서 조정한다.
그리고, 소성이 종료한 시점에서 50~400℃/분의 냉각 속도로 1000℃ 이하의 온도까지 냉각하여 본 실시형태에 따른 초경합금이 얻어진다.
또한, 이 방법에 의해서도 제 1 실시형태의 결합상 응집부를 형성할 수 있다.
얻어진 초경합금의 절삭날이 되는 에지 부분은 가공을 실시하지 않는 샤프 에지인 채로 사용하는 것도 가능하지만, 원함에 따라 커팅면측으로부터 바라본 다듬질 여유가 10㎛ 이하로 미소한 R호닝이나 챔퍼 호닝을 절삭날이 되는 에지 부분으로 실시해도 되고, 또한, 적어도 절삭날의 표면에 대하여 브러시 가공이나 블라스트 처리 등의 연마 처리를 실시해도 된다.
그 후, 상술한 종류의 경질 피복막을 성막한다. 경질 피복층의 성막법으로서는, 화학 증착법(열 CVD, 플라즈마 CVD, 유기 CVD, 촉매 CVD 등), 물리 증착법(이온 도금, 스퍼터링 등) 등의 주지의 성막 방법에 의해 성막할 수 있다. 특히, 아크 이온 도금법 또는 스퍼터링법의 물리 증착법에 의해 성막하는 것이 내마모성 및 윤활성에 우수하기 때문에 바람직하고, 이것에 의해서, 난삭재인 내열 합금의 절삭에 대해서도 우수한 절삭 성능을 발휘한다.
또한, 상기한 이외의 구성은 상기에서 설명한 제 1, 제 2 실시형태와 같으므로 설명은 생략한다.
<절삭 공구>
다음에, 본 발명에 따른 절삭 공구에 대해서 설명한다. 상기에서 설명한 각 실시형태에 따른 초경합금은 고경도, 고강도 및 내변형성 등이 우수함과 아울러, 신뢰성이 높은 기계적 특성을 갖는 것이므로, 예컨대 금형, 내마모 부재, 고온 구 조 재료 등에 적응가능하고, 특히, 커팅면과 여유면의 교차 모서리부에 형성되는 절삭날이 각 실시형태에 따른 초경합금으로 이루어지고, 상기 절삭날을 피절삭물에 대어서 절삭 가공하는 절삭 공구로서 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 상기 제 1~제 3 실시형태에 따른 초경합금을 절삭 공구로서 이용한 경우에는 가공시에 절삭 공구의 절삭날의 온도가 과잉으로 높게 되는 일이 없으므로, 가공되는 피절삭재의 가공면이 백탁(白濁)되는 등의 문제가 발생하는 일 없이 매끄럽고 광택이 있는 마무리면을 형성한다.
특히, 절삭날이 상기 제 1 실시형태에 따른 초경합금(1)로 이루어지는 경우에는 내마모성 및 내용착성이 우수한 초경합금제 절삭 공구로 된다. 특히, 이 절삭 공구를 용착되기 쉬운 스테인레스 절삭이나 Ti 합금 절삭용으로서 이용하면 내용착성에 대해서 보다 높은 효과를 나타내어 우수한 공구 수명을 발휘한다. 또한, 경질 피복층을 피복한 경우에 스테인레스 절삭용으로서 이용하면 일반적으로 절삭 저항이 높고 절삭날 온도가 고온으로 되기 쉬우므로 경질 피복막의 박리가 발생되기 쉽지만, 제 1 실시형태에 따른 경질 피복막(7)은 부착력이 높으므로 경질 피복층을 피복한 경우이여도 우수한 절삭 특성을 발휘한다.
절삭날이 상기 제 2 실시형태에 따른 초경합금으로부터 될 경우에는, 예컨대 Ti 합금 등의 내열 합금을 가공할 때에 있어서 냉각제 등을 고압력으로 분사하기 위한 특수한 장치를 이용하지 않는 통상의 절삭 조건이여도 마모의 진행이나 결손의 발생을 억제할 수 있어서 공구 수명을 연명할 수 있다.
절삭날이 상기 제 3 실시형태에 따른 초경합금으로 이루어지는 경우에는 절 삭 공구로서의 강도를 저하시키지 않아 높은 내마모성을 갖고, 또한 결합상량이 적은 것에 의해 우수한 내용착성을 갖는 것이므로, 경질 피복층을 피복하지 않은 초경합금으로 이루어지는 절삭 공구이여도, 용착되기 쉽고 또한 열전도성이 나쁘며 또한 고온 강도가 높아서 절삭되기 어려운 Ti 합금의 절삭에 있어서 매우 우수한 성능을 발휘한다. 또한, 경질 피복층을 성막하면 내마모성이나 강도가 향상되기 때문에, 보다 높은 강도를 갖는 내열 합금의 가공에 있어서 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있다. 구체적으로는, 우수한 내마모성을 나타내서 보다 장수명의 절삭 공구로 된다. 상기 내열 합금은, 예컨대 인코넬, 하스텔로이, 스텔라이트 등의 니켈(Ni)기 합금, 코발트(Co)기 합금, 인코로이 등의 철(Fe)기 합금의 총칭이다.
또한, 각 실시형태에 따른 초경합금을 절삭 공구 이외의 다른 용도에 이용한 경우이여도 우수한 기계적 신뢰성을 갖는다.
이하, 실시예를 들어서 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예I]
<초경합금의 제작>
탄화 텅스텐(WC) 분말, 금속 코발트(Co) 분말, 탄화 바나듐(VC) 분말 및 탄화 크롬(Cr3C2) 분말을 표 1에 나타내는 비율로 첨가하고, 진동 밀로 18시간 분쇄 혼합해서 건조한 후, 프레스 성형에 의해 스로어웨이 엔드밀용 칩(절삭 공구) 형상으로 성형했다. 이 성형체를 소성 온도에 대하여 500℃ 이상 낮은 온도로부터 10℃ /분의 속도로 승온하고, 표 1에 나타내는 소성 조건으로 소성하여 초경합금을 제작했다(표 1 중의 시료 No.I-1~14). 또한, 표 1 중의 냉각 속도는 소성 후 800℃ 이하로 냉각될 때까지의 냉각 속도를 나타냈다. 또한, 표 1 중의 「Ar」은 아르곤 가스, 「N2」는 질소 가스를 의미한다.
Figure 112007064123760-pct00001
얻어진 초경합금의 임의 표면에 대해서 주사형 전자현미경에 의해 도 2에 나타내는 바와 같은 200배의 2차 전자상을 관찰하고, 6㎜×5㎜의 임의 영역에 대해서 결합상 응집부의 면적과 평균 직경을 측정해서 존재 비율(결합상 응집부를 측정한 시야 영역에 있어서의 결합상 응집부의 면적 비율)을 산출했다. 또한, 결합상 응집부의 측정 개수는 10개 이상으로 하고, 그 평균값을 산출했다. 또한, WC 입자의 평균 입경은 루젝스 화상 해석법으로 산출했다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 얻어진 초경합금의 임의 표면에 대해서 에너지 분산형 X선 마이크로 애널라이저(Energy Dispersive System: EDS) 분석에 의해 임의 표면에 있어서의 금속 Co의 함유율을 측정했다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 상기 칩 형상인 초경합금을 스로어웨이 엔드밀에 장착하고, 머시닝 센터를 이용하여 하기 조건에서 절삭 평가 시험을 행하고, 절삭 성능을 평가했다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.
<절삭 조건>
(내마모성 평가 시험(다운 커팅))
피절삭재: 스테인레스강(SUS) 304
절삭 속도: V=150(m/분)
이송 속도: 0.12m/분
커팅: d(커팅 깊이)=3㎜, w(커팅 폭)=10㎜
그 외: 건식 절삭
평가 방법: 20분 절삭했을 때의 절삭날의 마모 폭을 측정했다.
(내결손성 평가 시험(다운 커팅))
피절삭재: SUS304
절삭 속도: V=150(m/분)
이송 속도: 0.1m/분
커팅: d(커팅 깊이)=4㎜, w(커팅 폭)=5㎜
그 외: 건식 절삭
평가 방법: 절삭날이 결손되어 가공 불능으로 될 때까지의 절삭 시간을 측정했다.
Figure 112007064123760-pct00002
표 1, 2의 결과로부터, 시료 No.I-9~14에서는, 모두 초경합금 표면에 있어서의 결합상 응집부의 면적의 비율이 10%보다 낮고, 피절삭재가 절삭날에 용착되어 내결손성 평가 시험에 있어서의 가공 시간이 짧고, 또한 내마모성 평가 시험에 있어서의 마모 폭이 큰 것이었다.
한편, 본 발명에 따라, 원료 혼합 분말의 혼합, 분쇄 조건, 소성 조건을 소정의 범위로 제어하고, 모두 결합상 응집부에 있어서의 섬 형상 부분의 면적 비율이 10~70%인 시료 No.I-1~8에서는 방열성이 좋아지므로 절삭날이 고온으로 되기 어렵고, 내용착성에 우수한 것이었다. 또한, 초경합금 기재의 표면에 있어서 표면 전체에 있어서의 결합상 총함유량이 15~70질량% 함유하고, 절삭 시험에서 가공 시간 5분 이상, 마모 폭 0.20㎜ 이하가 좋은 내결손성, 내마모성을 나타내는 것이었다.
[실시예II]
상기 실시예I의 초경합금을 이용하고, 이 초경합금의 표면을 세정하여 이온 도금법에 의해 표 3에 나타내는 경질 피복막을 표 3에 나타내는 두께로 성막했다(표 3 중의 시료 No.II-1~14).
Figure 112007064123760-pct00003
또한, 상기 칩 형상인 초경합금을 스로어웨이 엔드밀에 장착하고, 머시닝 센터를 이용하여 하기 조건에서 절삭 평가 시험을 행하고, 절삭 성능을 평가했다. 이 결과를 표 3에 나타낸다.
<절삭 조건>
(내마모성 평가 시험(다운 커팅))
피절삭재: SUS304
절삭 속도: V=200(m/분)
이송 속도: 0.12m/분
커팅: d(커팅 깊이)=3㎜, w(커팅 폭)=10㎜
그 외: 건식 절삭
평가 방법: 20분 절삭했을 때의 절삭날의 마모 폭을 측정했다.
(내결손성 평가 시험(다운 커팅))
피절삭재: SUS304
절삭 속도: V=200(m/분)
이송 속도: 0.1m/분
커팅: d(커팅 깊이)=4㎜, w(커팅 폭)=5㎜
그 외: 건식 절삭
평가 방법: 절삭날이 결손되어 가공 불능으로 될 때까지의 절삭 시간을 측정했다.
표 3의 결과로부터, 시료 No.II-9~14에서는 모두 초경합금의 표면에 있어서의 결합상 응집부의 면적의 비율이 10%보다 낮고, 경질 피복막이 박리되어 내결손성 평가 시험에 있어서의 가공 시간이 짧고, 또한 내마모성 평가 시험에 있어서의 마모 폭이 큰 것이었다.
한편, 본 발명에 따라, 원료 혼합 분말의 혼합, 분쇄 조건, 소성 조건을 소정의 범위로 제어한 시료 No.II-1~8에서는 모두 결합상 응집부의 면적 비율이 10~70면적%이고, 경질 피복막의 부착력이 높고, 또한 방열성이 좋아지므로 절삭날이 고온으로 되기 어렵고, 내용착성이 우수한 것이며, 절삭 시험에서 가공 시간 12분 이상, 마모 폭 0.15㎜ 이하의 좋은 내결손성, 내마모성을 나타내는 것이었다.
[실시예III]
<초경합금의 제작>
WC 분말, Co 분말 및 다른 탄화물 분말을 표 4에 나타내는 평균 입경 및 조성비로 조합하고, 이것에 산소 함유량 10ppm의 탈산소수 중에 첨가해서 슬러리상으로 한 후, 이 슬러리를 어트리터 밀로 표 4에 나타내는 평균 입경까지 분쇄 혼합을 행하였다. 이 때, 평균 입경은 레이저 회절 산란법(마이크로 트랙)으로 측정하고, 입도 분포에 있어서의 빈도 50% 시의 값(D50값)을 혼합 분말의 입도로 하였다.
Figure 112007064123760-pct00004
다음에, 이 슬러리에 대하여 유기 바인더로서 파라핀왁스를 1.6질량% 첨가해서 더욱 혼합하고, 질소 가스 분위기중으로 스프레이 드라이법으로 건조해서 과립을 얻었다. 그리고, 이 과립을 이용하여 금형 프레스 성형으로 절삭 공구 형상 및 항절 시험의 시험편 형상의 성형체를 각각 소정수 제작했다. 그리고, 이 성형체를 표 5에 나타내는 온도 상승 분위기, 온도 상승 속도 6℃/분으로 승온하고, 표 5에 나타내는 온도, 시간, 분위기에서 유지해서 소성한 후, 질소 가스 분위기중에서 표 5에 나타내는 강온 속도로 1000℃ 이하까지 냉각하고, 또한 실온까지 냉각해서 초경합금을 제작했다(표 4, 5 중의 시료 No.III-1~16).
Figure 112007064123760-pct00005
얻어진 초경합금의 표면에 대해서 X선 회절을 행하고, X선 회절 패턴에 있어서의 각 회절 피크 강도를 구해서 상기 피크 강도비 [ICo/(IWC+ICo)]를 산출했다. 또한, X선 광전자 분석법(XPS)으로 초경합금의 단면의 표면 근방을 포함하는 영역에 있어서의 Co의 깊이 방향에서의 농도 분포를 측정하고, 초경합금의 내부에 비해서 Co의 농도가 높은 영역의 두께를 결합상 부화층의 두께로서 측정했다. 또한, 결합상 부화층이 존재하는 시료에 대해서는 결합상 응집부의 유무 및 성상을 실시예 1과 마찬가지로 평가했다. 결과는 표 6,7에 나타냈다.
또한, 하기 조건으로 절삭 성능을 평가했다.
<절삭 조건>
피절삭재: Ti6Al4V 합금
절삭 속도: 100m/분
이송: 0.5㎜/rev
커팅 깊이: 2㎜
그 외: 습식 절삭
평가 방법: 가공면 조도(최대 높이(Rz))가 0.8㎛를 초과하거나, 혹은 치핑ㆍ결손이 발생한 단계에서 평가를 중지하고, 그 때까지 가공가능했던 피절삭재의 수를 비교했다. 또한, 평가에 대해서는 동일한 제법으로 제작된 절삭 공구 시료 각 10개씩에 대해서 평가하고, 그 평균값을 산출해서 표 7에 기재했다.
<항절 시험 조건>
시험편 사이즈: 8㎜×4㎜×24㎜
모따기: 0.2㎜×45°
시험 방법: 3점 굽힘(지점간 거리 20±0.5)
시험 가중: 800N 이하의 하중 속도로 하중을 더하여 파단했을 때를 최대 하중으로 한다. 또한, 평가에 대해서는 동일한 제법으로 제작된 시험편 각 10개씩에 대해서 평가하고, 그 평균값을 산출해서 표 7에 기재했다.
Figure 112007064123760-pct00006
Figure 112007064123760-pct00007
표 4~7로부터 명확해지는 바와 같이, 초경합금을 소성할 때, 진공분위기에서 소성한 시료 No.III-6에서는 결합상 부화층이 형성되지 않고, 승온시에 질소(N2) 가스를 흘리고 또한 소성 후의 냉각 속도가 50℃/분보다 느린 시료 No.III-7 및 소성시에 질소(N2) 가스를 흘린 시료 No.III-8에서는 결합상 부화층의 두께가 5㎛보다 두껍게 형성되었다. 또한, Co 함유량이 10질량%를 초과하는 시료 No.III-9 및 No.III-10에서는 ICo/(IWC+ICo)가 0.5를 초과해 버렸다. 이들 시료 No.III-6~10은 시료 No.III-1~5 및 시료 No.III-11~16에 비해서 모두 가공수가 적으며 공구 수명이 짧은 것이었다. 또한, 항절 강도도 낮아지는 경향이 있었다.
한편, 본 발명을 따라, Co 함유량 5~10질량%, 결합상 부화층 0.1~5㎛, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5이었던 시료 No.III-1~5 및 시료 No.III-11~16에서는 모두 공구 수명이 긴 것이었다. 그 중에서도, 평균 입경이 5~100㎛의 WC 원료 분말을 이용하여 분말 혼합시에 분말의 입경(입도)을 조정하여 초경합금 중의 산소 함유량이 0.045질량% 이하로 된 시료 No.III-11~13,15는 시료 No.III-1~3,5와 동일 조성끼리로 비교한 경우, 항절 강도가 우수함과 아울러 절삭 가공수도 많아졌다. 특히, 시료 No.III-11~13에 대해서는 Co량이 5~7질량으로 적은데도 불구하고, 1380~1415℃라는 저온 소성이 가능하며 초경합금 중의 탄화 텅스텐 입자가 입자 성장하는 일도 없고, 우수한 항절 강도 및 절삭 성능을 발휘하는 것이 확인되었다.
[실시예IV]
<초경합금의 제작>
표 8에 나타내는 평균 입경 및 조성비의 탄화 텅스텐(WC) 분말, 코발트(Co) 분말 및 다른 탄화물 분말에 유기 바인더로서 파라핀왁스를 1.6질량%와 메탄올을 용매로서 첨가ㆍ혼합하고, 또한 혼합 분말의 입경이 마이크로 트랙법에 의한 측정으로 표 8에 나타내는 D50값이 될 때까지 분쇄해서 조립(造粒)했다. 이어서, 조립한 혼합 원료를 금형 프레스로 성형하고, 표 8에 나타내는 온도까지 온도 상승 속도 6℃/분으로 승온하고, 표 8에 나타내는 온도 및 소성 분위기에서 1시간 유지하여 소결시킨 후, 300℃/분으로 실온까지 냉각해서 초경합금을 제작했다(표 8 중의 시료 No.IV-1~13).
Figure 112007064123760-pct00008
얻어진 초경합금에 대해서, 항자력 및 포화자화를 자력 특성 측정기(일본 휄스터사 제작의 「KOERZIMAT CS」)를 이용하여 측정했다. 또한, 초경합금 중에 함유되는 산소량을 이하의 방법으로 측정했다. 즉, 분쇄한 초경합금 분말 시료를 니켈 및 주석(Sn)과 혼합하고, 1000~2000℃도까지 승온시켜서 시료를 분해시킨 후, 적외선 검출기로 산소를 검출해서 정량했다. 또한, CIS-019D-2005에 규정된 초경합금의 평균 입경의 측정 방법에 따라서 초경합금 중의 경질상의 평균 입경을 측정했다. 또한, 결합상 부화층이 존재하는 시료에 대해서는 결합상 응집부의 유무 및 성상을 실시예 1과 마찬가지로 평가했다. 이들 결과를 표 9에 나타낸다. 또한, 표 9 중의 「Hc」는 항자력을 의미하고, 「4πσ」은 포화자화를 의미한다.
Figure 112007064123760-pct00009
또한, 하기 조건으로 절삭 성능을 평가했다. 결과를 표 10에 나타낸다.
<절삭 조건>
(내마모성 시험)
피절삭재: Ti6Al4V 합금 환봉
절삭 속도: 150m/분
이송: 0.3㎜/rev
커팅 깊이: 1.5㎜
그 외: 습식 절삭
평가 방법: 20분간 절삭했을 때의 노즈 선단의 마모량을 측정했다. 도중에 결손된 것은 그 자리에서 시험을 중단했다.
(내결손성 시험)
피절삭재: Ti6Al4V 합금 4개의 홈이 들어간 환봉
절삭 속도: 120m/분
이송: 0.3㎜
커팅 깊이: 2.0㎜
그 외: 습식 절삭
평가 방법: 절삭날이 결손되었을 때의 절삭날에 가해진 충격 회수를 측정했다.
Figure 112007064123760-pct00010
표 8, 표 9 및 표 10으로부터 명확해지는 바와 같이, 조합에 사용한 WC 원료 분말의 평균 입경이 5~200㎛의 범위 외인 원료 분말을 이용한 시료 No.IV-7,9,11은 산소 함유량이 0.045질량%를 초과해 버려 내마모성 및 내결손성이 모두 나빠졌다. 또한, Co 함유량이 7질량%를 초과하는 시료 No.IV-8,9에서는 내마모성이 저하되고, Co 함유량이 5질량%보다 적은 시료 No.IV-7에서는 조기에 결손되어 버렸다. 또한, 소성 분위기가 진공 또는 질소 가스 플로우 분위기이고, 경질상의 평균 입경이 0.6㎛보다 작아진 시료 No.IV-10,12에서는 조기에 결손되어 버리고, 경질상의 평균 입경이 1.0㎛보다 커진 시료 No.IV-13에서는 내마모성이 저하되었다. 또한, 항자력이 15kA/m보다 낮은 시료 No.IV-8,11에서는 내마모성이 저하되고, 항자력이 25kA/m을 초과하는 시료 No.IV-10에서는 내결손성이 저하되어 있었다. 또한, 포화자화가 9μT㎥/㎏보다 낮은 시료 No.IV-7,12에서는 내결손성이 저하되고, 포화자화가 12μT㎥/㎏을 초과하는 시료 No.IV-8은 내마모성이 저하되었다.
한편, 본 발명의 범위 내의 특성을 갖는 시료 No.IV-1~6에서는 내마모성 및 내결손성 모두 양호하며, 매우 우수한 공구 수명을 나타냈다.
[실시예V]
표 8~10에 나타내지는 시료 No.IV-1과 시료 No.IV-7의 초경합금의 표면에 각각 아크 이온 도금법으로 (Ti,Al)N막을 막두께 1.5㎛로 성막하고, 시료 No.V-1과 시료 No.V-2를 제작했다. 제작한 시료에 대해서 하기에 나타내는 조건으로 절삭 성능을 평가했다. 결과는 표 11에 나타냈다.
<절삭 조건>
(내마모성 시험)
피절삭재: Inconel 718 환봉
절삭 속도: 180m/분
이송: 0.3㎜/rev
커팅 깊이: 1.0㎜
그 외: 습식 절삭
평가 방법: 20분간 절삭했을 때의 노즈 선단의 마모량을 측정했다. 도중에 결손된 것은 그 자리에서 시험을 중단했다.
(내결손성 시험)
피절삭재: Inconel 718 4개의 홈이 들어간 환봉
절삭 속도: 150m/분
이송: 0.3㎜
커팅 깊이: 2.0㎜
그 외: 습식 절삭
평가 방법: 절삭날이 결손되었을 때의 절삭날에 가해진 충격 회수를 측정했다.
Figure 112007064123760-pct00011
표 11로부터, 본 발명의 범위 외로 되는 시료 No.V-2는 강도가 충분하지 않았기 때문에 내결손성 시험에 있어서 조기에 결손이 발생되고, 또한, 내마모 시험에 있어서도 결손이 발생되어 버렸다. 그것에 대하여, 본 발명의 범위 내인 시료 No.V-1은 내마모성 및 내결손성이 우수한 성능을 발휘하고, 장수명의 절삭 공구로 되었다.

Claims (14)

  1. 코발트 및 니켈 중 하나 이상 5~10질량%와,
    주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상 0~10질량%를 함유하고;
    나머지부가 탄화 텅스텐으로 구성되고;
    탄화 텅스텐 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상을 주체로 하는 결합상으로 결합한 초경합금으로서:
    상기 탄화 텅스텐 입자의 평균 입경이 0.4㎛ 이상 1㎛ 이하이고, 또한 초경합금의 표면에 있어서의 총면적에 대하여 10~70면적%의 비율로 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상을 주체로 응집된 결합상 응집부가 복수 점재된 해도 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 초경합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초경합금의 표면에 있어서의 코발트 및 니켈의 총함유량은 상기 초경합금의 표면에 있어서의 금속 원소의 총량에 대하여 15~70질량%인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합상 응집부에 있어서의 코발트 및 니켈의 총함유 량(m1)과, 상기 결합상 응집부 이외의 정상부에 있어서의 코발트 및 니켈의 총함유량(m2)의 비율(m1/m2)이 2~10인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 초경합금을 표면으로부터 보았을 때 상기 결합상 응집부의 평균 직경이 10~300㎛인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 결합상 응집부가 초경합금의 표면으로부터 5㎛까지의 깊이 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 초경합금.
  6. 제 1 항에 있어서, 크롬을 0.01~3질량% 함유하거나, 바나듐을 0.01~3질량% 함유하거나, 또는 크롬 0.01~3질량%과 바나듐 0.01~3질량%을 함유하는 것을 특징으로 하는 초경합금.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 초경합금의 표면에 경질 피복막을 피복한 것을 특징으로 하는 초경합금.
  8. 코발트 및 니켈 중 하나 이상 5~10질량%와,
    주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상 0~10질량%를 함유하고;
    나머지부가 탄화 텅스텐으로 구성되고;
    탄화 텅스텐 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상을 주체로 하는 결합상으로 결합한 초경합금으로서:
    표면에 두께가 0.1~5㎛인 결합상 부화층을 가짐과 아울러, 상기 표면의 X선 회절 패턴에 있어서의 상기 탄화 텅스텐의 (001)면 피크 강도를 IWC, 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상의 (111)면 피크 강도를 ICo로 했을 때, 0.02≤ICo/(IWC+ICo)≤0.5인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  9. 제 8 항에 있어서, X선 회절 패턴에 있어서의 상기 탄화 텅스텐의 피크에 대해서 하기 식(I)으로 구해지는 값을 (001)면의 배향 계수(Tc)로 했을 때 상기 표면에 있어서의 배향 계수(Tcs)와 초경합금의 내부에 있어서의 배향 계수(Tci)의 비(Tcs/Tci)가 1~5인 것을 특징으로 하는 초경합금.
    [수 2]
    TC(001)=[I(001)/Io(001)]/[(1/n)Σ(I(hkl)/Io(hkl))] …(I)
    I(hkl): X선 회절 측정 피크의 (hkl)반사면의 피크 강도
    Io(hkl): ASTM 표준 파워 패턴에 있어서의 X선 회절 데이터의 표준 피크 강도
    ΣI(hkl) = I(001)+I(100)+I(101)+I(110)+I(002)+I(111)+I(200)+I(102)
    n=8 (Io(hkl) 및 I(hkl)의 산출에 이용하는 반사면 피크의 수)
    또한, I(001)은 제 8 항에 기재된 IWC이다.
  10. 제 9 항에 있어서, 초경합금 중의 산소 함유량이 초경합금 전체의 질량에 대하여 0.045질량% 이하이고, 또한 상기 경질상의 탄화 텅스텐 입자의 평균 입경이 0.4~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상의 함유량이 5~7질량%인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  12. 코발트 및 니켈 중 하나 이상 5~7질량%와,
    주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄화물(단, 탄화 텅스텐을 제외함), 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상 0~10질량%를 함유하고;
    나머지부가 탄화 텅스텐으로 구성되고;
    탄화 텅스텐 입자를 주체로 하며, 상기 탄화물, 질화물 및 탄질화물로부터 선택되는 1종 이상의 β입자를 함유하는 경질상을 상기 코발트 및 니켈 중 하나 이상을 주체로 하는 결합상으로 결합한 초경합금으로서:
    상기 경질상의 평균 입경이 0.6~1.0㎛, 포화자화가 9~12μT㎥/㎏, 항자력이 15~25kA/m이며, 또한 산소 함유량이 0.045질량% 이하인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 주기율표 제 4, 5 및 6족 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로서, 크롬을 상기 결합상의 함유량에 대하여 탄화물(Cr3C2) 환산량으로 2~10질량%의 비율로 함유하는 것을 특징으로 하는 초경합금.
  14. 커팅면과 여유면의 교차 모서리부에 형성된 절삭날을 피절삭물에 대어서 절삭 가공하는 절삭 공구이며, 상기 절삭날이 제 1 항, 제 8 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 초경합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
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