KR101499251B1

KR101499251B1 - 중 하중 작업에 특히 유용한 피복 초경합금

Info

Publication number: KR101499251B1
Application number: KR1020070138781A
Authority: KR
Inventors: 레이프 오케손; 케네트 베스테르그렌
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2015-03-11
Also published as: CN101209612A; EP1939313A3; EP1939313A2; KR20080061322A; US8101291B2; JP2008162010A; SE0602815L; US20080166192A1

Abstract

본 발명은, 선박용 구동 샤프트 및 풍력 발전소용 샤프트와 같은 매우 큰 강 부품의 중 황삭 작업에 특히 유용한 피복 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 상기 인서트는 iC (내접원 직경) 가 19 ㎜ 이상, 두께가 6 ㎜ 이상으로 대형이며, 5 ∼ 10 중량%의 Co, 5 ∼ 12 중량%의 금속 Ti, Ta 및/또는 Nb 의 입방정 탄화물 또는 탄질화물, 및 잔부 WC 의 조성을 갖고, 두께 35 ∼ 95 ㎛ 의 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역을 갖는다. 상기 인서트는 35 ∼ 95 ㎛ 의 코팅 전 날 라운딩을 갖는다. 상기 코팅은,

- 총 두께가 0.1 ∼ 1.5 ㎛ 이고, TiC_xN_yO_z 로 이루어진 최내측의 제 1 층,

- 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 원주형 입자를 가지며, TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층,

- 두께가 0.3 ∼ 1.5 ㎛ 이고, TiC_xN_yO_z 로 이루어진 제 3 층,

- 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 매끄러운 α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, 및

- 여유 (clearance) 면에 바람직하게는 TiN 또는 ZrN 으로 이루어진 두께 0.1 ∼ 2 ㎛ 의 유색 최상부 층을 포함한다.

또한, 본 발명은 그러한 인서트의 제조 방법 및 매우 큰 강 부품의 중 확삭 작업을 위한 그 인서트의 용도에 관한 것이다.

Description

중 하중 작업에 특히 유용한 피복 초경합금{COATED CEMENTED CARBIDE INSERT PARTICULARLY USEFUL FOR HEAVY DUTY OPERATIONS}

본 발명은, 매우 양호한 소성변형 저항과 함께, 향상된 날 안전성 및 내마모성을 가지며, 매우 큰 강 부품의 중 (heavy) 황삭 작업에 특히 유용한 바인더 상 부유 (enriched) 표면 구역을 갖는 피복 초경합금 인서트에 관한 것이다.

강 소재, 즉 스테인리스 및 보통 강 (normal steel) 의 선삭을 위해, 피복 초경합금 인서트, 특히 바인더 상 부유 초경합금 본체를 갖는 CVD-피복 인서트가 널리 이용되고 있다.

바인더 상 부유 표면 구역을 통해, 적용 영역이 확장된다. 가장 일반적으로 사용되는 유형은, 입방정 (cubic) 상이 본질적으로 없으며 바인더 상이 약간 풍부한 10 ∼ 30 ㎛ 두께의 표면 구역을 갖는 초경합금 본체이다. 예로는, US 4,277,283, US 4,610,931, US 4,830,283 및 US 5,106,674 가 있다.

다른 종류의 바인더 상 부유 초경합금 인서트로는, 이른바 성층식 (stratified type) 이 있는데, 이는 매우 조심스럽게 제어된 탄소 함량을 갖는 분말을 이용하여 제어된 냉각으로 소결 처리함으로써 얻어진다. 이러한 종류는 두께 15 ∼ 45 ㎛ 의 표면 구역을 갖는데, 이 구역은, 외측 표면에 본질적으로 평행하고 바인더 상으로 이루어진 성층화된 얇은 여러 층에 의해 바인더 상이 매우 풍부하다. 대규모 생산에 있어서, 탄소 제어는 어렵고, 성층화된 바인더 상 부유는 실제로 거의 사용되지 않는다.

EP-A-603143 에는, 바인더 상 부유 표면 구역을 가지며, 바인더 상 내에 WC 및 입방정 상을 포함하는 초경합금으로서, 바인더 상 부유 표면 구역이 입방정 상이 본질적으로 없는 외측 부분과 입방정 상과 성층화된 바인더 상 층을 포함하는 내측 부분을 갖는 초경합금이 개시되어 있다. 그러므로, 이는 전술한 두 종류의 바인더 상 부유의 조합이다.

본 발명이 관련된 중 하중 기계가공 작업은, 비절삭 및 절삭 가공으로 작업물을 성형하기 위해 비교적 큰 힘을 사용하는 것을 특징으로 한다. 그러한 작업은, 고추력 (high force) 드릴링, 연삭, 밀링과 선삭 가공은 물론, 압출, 압연, 인발 및 아이어닝과 같은 비절삭 성형 가공 및 펀칭, 전단 및 브로칭과 같은 절삭 가공을 포함한다. 중 하중 기계가공 작업의 특징은, 공구와 작업물 사이의 마찰과 함께 작업물에 행해진 일이 작업물을 변형시키고 높은 속도의 공구 마모를 야기하기에 충분한 열을 발생시킨다는 것이다.

중 하중 적용의 일례로는, 길이가 20 m, 직경이 최대 1.5 m 가 될 수 있는 선박용 구동 샤프트 및 풍력 발전소용 샤프트와 같은 매우 큰 강 부품의 중 황삭 작업이 있으며, 이 경우 iC ≥ 19 ㎜ (여기서 iC 는 인서트의 내접원의 직경임) 및 두께 ≥ 6 ㎜ 인 큰 절삭 인서트가 사용된다. 단조 샤프트가 종종 타원형이고 단조 스킨 및 표면에의 개재물 (산화물 스케일) 이 형성됨에 따라, 절삭 인서트에 대한 요구가 매우 크다. 타원형의 경우, 절삭 깊이 (DOC, depth of cut) 가 절삭 작업 동안 종종 0 이 될 수 있다. 강 종류는 저합금강 또는 탄소강, 예컨대 인성의 (tough) 경화강일 수 있다. 또한, 절삭 데이터는 이송 속도 2.5 ㎜ 및 절삭 깊이 30 ㎜ 와 같이 극단적이다. 이로 인해, 절삭 공구 인서트에 있어서 인성 거동, 소성 변형에 대한 저항성 및 내마모성이 매우 크게 요구된다.

본 발명의 목적은, 매우 큰 강 부품의 중 황삭 작업과 같은 중 하중 용도에 특히 유용한 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 매우 양호한 소성변형 저항과 함께, 향상된 날 안전성, 내마모성을 갖는 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

바람직하게는 원주형 TiC_xN_y 층과 후 처리되는 α-Al₂O₃ 최상부 층과 조합하여, 입방정 상이 부분적으로 고갈되어 있는 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역을 갖고 초경합금 본체의 내측 부분에는 잘 규정된 함량의 유리 탄소, 그래파이트를 부여하는 잘 균형잡힌 탄소 함량을 갖는 초경합금 본체를 포함하는 절삭 공구 인서트에 의해, 상기한 절삭 작업에서의 상이한 요구사항에 대해서 향상된 특성을 나타내는 절삭 공구 인서트를 얻을 수 있음이 밝혀졌다.

본 발명에 따르면, 매우 낮은 W-함량을 갖는 바인더 상과 입방정 상이 부분적으로 고갈되어 있는 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역을 갖는 초경합금, 및 바람직하게는 원주형 TiC_xN_y 층과 후 처리되는 α-Al₂O₃ 최상부 층을 포함하는 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구 인서트가 제공된다. 상기 인서트는 iC 가 19 ㎜ 이상, 바람직하게는 30 ∼ 60 ㎜, 두께가 6 ㎜ 이상, 바람직하게는 9 ∼ 20 ㎜ 인 대형이다.

초경합금은 5 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 5.5 ∼ 8 중량%, 가장 바람직하게는 6 ∼ 7 중량%의 Co, 5 ∼ 12 중량%, 바람직하게는 7 ∼ 10 중량%, 가장 바람직하게는 8 ∼ 9 중량%의 ⅣA 및 ⅤA 족 금속, 바람직하게는 Ti, Ta 및/또는 Nb 의 입방정 탄화물 또는 탄질화물, 바람직하게는 1.0 ∼ 4.0 중량%, 가장 바람직하게는 1.5 ∼ 3.0 중량%의 Ti, 및 잔부 WC, 바람직하게는 80 ∼ 88 중량%의 WC 의 조성을 갖는다. 질소 함량은 0.10 중량% 미만, 바람직하게는 0.02 ∼ 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 0.04 ∼ 0.07 중량%이고, 탄소 함량은 초경합금 본체의 내측 중심 부분의 C-기공율 C06 ∼ C08, 바람직하게는 C08 에 해당하도록 조절된다. 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역의 두께는, 바람직하게는 본질적으로 입방정 상이 없는 외측 부분과 함께, 15 ∼ 45 ㎛, 바람직하게는 20 ∼ 40 ㎛, 가장 바람직하게는 25 ∼ 35 ㎛ 이다. 이 외측 부분의 두께는, 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역의 총 두께 중 25 ∼ 50 %, 바람직하게는 30 ∼ 45 % 이다. 바인더 상 부유 표면 구역의 바인더 상 함량은 공칭 바인더 상 함량의 최대 1.5 ∼ 4 배, 바람직하게는 2 ∼ 3 배이다. 또한, 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역 및 그 아래의 두께 약 100 ∼ 300 ㎛ 의 구역이 유리 그래파이트를 포함하지 않는, 즉 C00 의 C-기공율에 해당한다. Hc-값은 9 ∼ 13.5 kA/m, 바람직하게는 10 ∼ 12 kA/m 이다.

코발트 바인더 상이 매우 적은 양의 텅스텐 (W) 에 합금된다. 바인더 상 내 W 는 코발트의 자기 특성에 영향을 미치고, 따라서

CW-비 = 자성-% Co / 중량% Co

로 규정되는 CW-비와 연관될 수 있고, 여기서 "자성-% Co"는 자성 Co 의 중량%를 뜻하고, 그리고 "중량% Co"는 초경합금 내 Co 의 중량% 를 뜻한다.

CW-비는 합금 정도에 따라 1 과 약 0.75 사이에서 변할 수 있다. CW-비가 낮아질수록, W 함량이 높은 것을 의미하고, CW-비 = 1 은 실질적으로 바인더 상 내 W 의 부재에 해당한다.

본 발명에 따르면,

A) 초경합금이 0.96 ∼ 1.0, 바람직하게는 0.98 ∼ 1.0, 가장 바람직하게는 0.99 ∼ 1.0 의 CW-비를 갖는 경우,

B) 절삭 인서트가 35 ∼ 95 ㎛, 바람직하게는 40 ∼ 60 ㎛ 의 피복 전 날 라운딩을 갖는 경우,

C) 코팅이,

총 두께가 0.1 ∼ 1.5 ㎛, 바람직하게는 0.4 ㎛ 초과이고, x + y + z = 1, y ＞ x, 및 z ＜ 0.2, 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0 을 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 최내측의 제 1 층,

두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛, 바람직하게는 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고, 원주형 입자를 가지며, x + y = 1, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3 을 만족하는 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층,

두께가 0.3 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, x ＞ 0.3, 및 z ＞ 0.3, 0 ≤ y ＜ 0.2 를 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 제 3 층,

두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛, 바람직하게는 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고, 길이 10 ㎛ 에서 Ra ＜ 0.4 ㎛ 의 절삭 구역 내 표면 거칠기를 가지며, 매끄러운 α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, 및

여유 (clearance) 면에 바람직하게는 TiN 또는 ZrN 으로 이루어진 두께 0.1 ∼ 2 ㎛ 의 유색 최상부 층을 포함하고,

α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층과 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층의 층 두께의 비가 0.8 ∼ 1.2 인 경우,

향상된 절삭 성능이 강화된다.

또한, 본 발명은, 5 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 5.5 ∼ 8 중량%, 가장 바람직하게는 6 ∼ 7 중량%의 Co, 6 ∼ 11 중량%, 바람직하게는 7 ∼ 10 중량%, 가장 바람직하게는 8 ∼ 9 중량%의 Ⅳ 및 Ⅴ 족 금속, 바람직하게는 Ti, Ta 및/또는 Nb 의 입방정 탄화물 또는 탄질화물, 바람직하게는 1.0 ∼ 4.0 중량%, 가장 바람직하게는 1.5 ∼ 3.0 중량%의 Ti, 및 잔부 WC, 바람직하게는 80 ∼ 88 중량%의 WC 의 조성을 갖는 초경합금을 포함하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 관한 것이다. 질소 함량은 0.10 중량% 미만, 바람직하게는 0.02 ∼ 0.1 중량%, 가장 바람직하게는 0.04 ∼ 0.07 중량%이고, 탄소 함량은 초경합금 본체의 내측 중심 부분의 C-기공율 C06 ∼ C08, 바람직하게는 C08 에 해당하도록 조절된다.

본 발명에 따른 초경합금의 제조는, 질소 및 성층화된 층들을 형성하기 위한 최적의 양의 탄소를 갖는 예비소결된 또는 콤팩트화된 본체를 불활성 분위기 또는 진공 내에서 1380 ∼ 1520 ℃ 에서 15 ∼ 180 분간 소결한 후, 1300 ∼ 1220 ℃, 바람직하게는 1290 ∼ 1240 ℃ 의 응고 영역을 통한 20 ∼ 100 ℃/h, 바람직하게는 40 ∼ 70 ℃/h 의 느린 냉각에 의해 행해지는 것이 가장 바람직하다. 소결 조건은 9 ∼ 13.5 kA/m, 바람직하게는 10 ∼ 12 kA/m 의 Hc-값이 얻어지도록 조절된다. CW-비는 0.96 ∼ 1, 바람직하게는 0.98 ∼ 1, 가장 바람직하게는 0.99 ∼ 1 이어야 한다. 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역의 두께는, 바람직하게는 본질적으로 입방정 상이 없는 외측 부분과 함께, 15 ∼ 45 ㎛, 바람직하게는 20 ∼ 40 ㎛, 가장 바람직하게는 25 ∼ 35 ㎛ 이다. 이 외측 부분의 두께는, 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역의 총 두께 중 25 ∼ 50 %, 바람직하게는 30 ∼ 45 % 이다. 바인더 상 부유 표면 구역의 바인더 상 함량은 공칭 바인더 상 함량의 최대 1.5 ∼ 4 배, 바람직하게는 2 ∼ 3 배이다. 코팅 전에, 인서트는 35 ∼ 95 ㎛, 바람직하게는 40 ∼ 60 ㎛ 의 날 반경으로 처리되고, 전기화학적 또는 블라스팅 방법으로 표면 세정된다.

상기 인서트에는,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 총 두께가 0.1 ∼ 1.5 ㎛, 바람직하게는 0.4 ㎛ 초과이고, x + y + z = 1, y ＞ x, 및 z ＜ 0.2, 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0 을 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 최내측의 제 1 층,

- 700 ∼ 900 ℃ 의 온도에서 층을 형성하기 위한 탄소 및 질소원으로서 아세토니트릴을 사용하는 (그러나, 정확한 조건은 사용되는 장비의 설계에 어느 정도 의존함) MTCVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛, 바람직하게는 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고, 원주형 입자를 가지며, x + y = 1, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3 을 만족하는 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 0.3 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, x ＞ 0.3, 및 z ＞ 0.3, 0 ≤ y ＜ 0.2 를 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 제 3 층,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛, 바람직하게는 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고, 매끄러운 α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, (바람직하게는, Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층과 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층의 층 두께의 비가 0.8 ∼ 1.2 임)

- 바람직하게는 TiN 또는 ZrN 으로 이루어진 두께 0.1 ∼ 2 ㎛ 의 유색 최상부 층을 포함하는 코팅이 제공된다. 최상부층은 여유면에 존재하고, 길이 10 ㎛ 에서 Ra ＜ 0.4 ㎛ 의 절삭 구역 내 표면 거칠기를 갖도록 브러싱 또는 블라스팅에 의해 경사면에서 제거된다.

또한, 본 발명은, 19 ㎜ 이상, 바람직하게는 30 ∼ 60 ㎜ 의 iC 및 6 ㎜ 이상, 바람직하게는 9 ∼ 20 ㎜ 의 두께를 갖는 큰 절삭 인서트를, 25 ∼ 100 m/min, 바람직하게는 25 ∼ 75 m/min 의 절삭 속도, 1 ∼ 2.5 ㎜ 의 이송 속도, 및 0 ∼ 30 ㎜ (절삭깊이 = 0 은 작업물이 타원형인 경우), 바람직하게는 3 ∼ 30 ㎜ 의 절삭깊이로 사용하여, 길이가 20 m, 직경이 최대 1.5 m 가 될 수 있는 선박용 구동 샤프트 및 풍력 발전소용 샤프트와 같은 강, 바람직하게는 탄소강 또는 저합금강, 예컨대 인성의 경화강으로 이루어진 매우 큰 부품의 중 황삭 작업과 같은 중 하중 기계가공 적용을 위한 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 절삭 공구 인서트의 용도에 관한 것이다.

실시예 1

화학양론적으로 과잉인 0.25 중량%의 탄소 함량을 가지며 2.2 중량% TiC, (0.05 중량% 의 N-함량을 주는) 0.5 중량% TiCN, 3.6 중량% TaC, 2.4 중량% NbC, 6.5 중량% Co 및 잔부 WC 의 조성을 갖는 분말 혼합물을 가압하여, iC = 38 ㎜ 및 두께 9.5 ㎜ 의 선삭용 인서트 SCMT 380932 를 얻었다. 그 인서트를, 탈랍 (dewaxing) 을 위해 450 ℃ 까지 H₂ 중에서, 1350 ℃ 까지 진공에서, 그리고 다음으로 40 mbar Ar 의 보호성 분위기 내, 1450 ℃ 에서 1 시간 동안 소결하였다. 동일한 보호성 분위기 내에서, 1290 ∼ 1240 의 온도 구간 내에서 60 ℃/h 의 잘 제어된 온도 감소로 냉각시켰다. 그리고 나서, 유지되는 보호성 분위기를 이용하여 표준 노냉 (normal furnace cooling) 으로 계속 냉각시켰다.

소결된 인서트는 바인더 상 부유 표면 구역을 가졌다. 이 표면 구역의 외측 부분은 바인더 상이 약간 풍부하였고, 입방정 상이 본질적으로 없었으며, 성층화된 바인더 상 구조가 약하게 형성되었고, 15 ㎛ 의 두께를 가졌다. 이 외측 부분의 내부에는, 입방정 상을 포함하는 두께 20 ㎛ 의 구역이 있었고, 성층화된 바인더 상 구조로서 코발트가 매우 풍부하였다. 이 부분에서의 최대 코발트 함량은, 표면에 평행하게 100 ㎛ 이상의 거리에서 평균적으로 17 중량%였다. 파장 분산형 분광기 (WDS) 가 장착된 미세탐침 분석기의 라인 스캔 (line scan) 을 이용하여 측정하였다. 또한, 이 부분의 아래에는, 그래파이트 없이 본질적으로 공칭 함량의 입방정 상 및 바인더 상을 갖는 두께 약 150 ∼ 200 ㎛ 의 구역이 존재하였다. 인서트의 내측 부분에서, 그래파이트는 C08 의 C-기공율 (C-porosity) 에 대응하게 존재하였다. Hc-값은 11.5 였고, CW-비는 0.99 였다.

브러싱 방법을 이용하여 반경 50 ㎛ 로 인서트 날을 둥글게 하고, 전기화학적 방법으로 표면을 세정한 후, MTCVD-기술 (온도 850 ∼ 885 ℃ 및 탄소/질소원으로서 CH₃CN) 을 이용하여 원주형 입자 구조로, 약 0.05 의 x-값에 대응하는 높은 질소 함량을 갖는 두께 0.5 ㎛ 의 제 1 TiC_xN_y 층 및 0.55 의 x-값을 갖는 두게 8 ㎛ 의 제 2 TiC_xN_y 층으로 인서트를 코팅하였다. 다음 단계에서, 동일한 코팅 주기 동안, 두께 1 ㎛ 의 제 3 Ti(C,O) 층을 형성한 후, 두께 7 ㎛ 의 제 4 α-Al₂O₃ 층 및 두께 1 ㎛ 의 최상부 TiN 층을 형성하였다.

마지막으로, 최상부 TiN 층을 제거하고 길이 10 ㎛ 에서의 Ra = 0.2 ㎛ 및 Al₂O₃ 층이 노출된 매끄러운 표면 다듬질이 이루어지도록, 알루미나 그릿 (grit) 으로 인서트의 경사면을 블라스팅 처리하였다.

실시예 2

실시예 1 의 인서트를, 풍력 발전소용 고객 제조 샤프트에 대하여, 그리고 실시예 1 의 종류와 동일한 인서트로서, 이러한 종류의 작업에 적절한 시장에서 구입할 수 있는 인서트와 비교하여 실험하였다 (표 1 참조, 종래 기술).

변형	기재 조성, 중량% #)	표면 구역 *) ㎛ CW-비	코팅 두께, ㎛ 및 종류
	Co TaC NbC TiC
참조예 A 참조예 B	7.5 2.9 0.5 2.3 10.0 536 - 2.9	26 0.88 20 0.82	8.0 TiC_xN_y, 7.0 α-Al₂O₃ 6.5 TiC_xN_y, 5.0 κ-Al₂O₃ x=0.55, y=0.45

#) 잔부 WC

*) 입방정 상이 없고 바인더 상 부유, 성층화되어 있지 않음.

강 SS2244 로 이루어진 직경 800 ㎜ 및 길이 8 m 의 단조 샤프트의 중 황삭 길이방향 선삭 작업으로 상기 인서트를 실험하였다.

절삭 데이터:

절삭 속도: 37 m/min

이송 속도: 1.8 ㎜/rev

절삭 깊이: 4 ∼ 30 ㎜ (타원형으로 인해, 종종 0)

냉각제 없음.

참조예 A 및 참조예 B 의 경우 각각 55 분 및 38 분이었으나, 본 발명에 따른 인서트 (실시예 1) 의 공구 수명은 115 분이었다. 마모 종류는 본 발명에 따른 인서트의 경우 주로 측면 마모였고, 참조예 A 의 경우 소성변형 및 파손 (breakage), 그리고 참조예 B 의 경우 소성변형이었다.

실시예 2 로부터, 날 인성 및 소성변형 저항의 매우 양호한 조합으로 인해, 본 발명에 따른 인서트의 성능이 우수함을 알 수 있다.

Claims

성층화된 바인더 상 부유 표면 구역을 갖는 초경합금 인서트 본체 및 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구 인서트에 있어서,

성층화된 바인더 상 부유 표면 구역은 공칭 바인더 상 함량의 최대 1.5 ∼ 4 배의 바인더 상 함량을 갖고, 15 ∼ 45 ㎛ 의 두께를 가져서, 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역 및 그 아래의 두께 100 ∼ 300 ㎛ 의 구역이 유리 그래파이트를 포함하지 않는, 즉 C00 의 C-기공율에 해당하고, 초경합금 본체의 내측 중심 부분의 C-기공율이 C06 ∼ C08 이고,

상기 초경합금은 0.96 ~ 1.0 의 CW-비를 갖고,

상기 인서트는 19 ㎜ 이상의 iC (내접원) 직경 및 6 ㎜ 이상의 두께를 갖고,

상기 인서트는 35 ~ 95 ㎛ 의 날 라운딩 (rounding) 을 갖고,

상기 코팅은,

총 두께가 0.1 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, y ＞ x, 및 z ＜ 0.2 을 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 최내측의 제 1 층,

두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 원주형 입자를 가지며, x + y = 1, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3 을 만족하는 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층,

두께가 0.3 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, x ＞ 0.3, 및 z ＞ 0.3, 0 ≤ y ＜ 0.2 를 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 제 3 층,

두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 길이 10 ㎛ 에서 Ra ＜ 0.4 ㎛ 의 절삭 구역 내 표면 거칠기를 가지며, 매끄러운 α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층, 및

여유 (clearance) 면에 두께 0.1 ∼ 2 ㎛ 의 유색 최상부 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 상기 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역은 바인더 상 부유 표면 구역의 총 두께 중 25 ∼ 50 % 의 두께를 가지며 입방정 상이 본질적으로 없는 외측 부분을 포함하고, 질소 함량이 0.02 ∼ 0.10 중량% 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초경합금은 5 ∼ 10 중량%의 Co, 5 ∼ 12 중량%의 Ⅳb 및 Ⅴb 족 금속의 입방정 탄화물 또는 탄질화물, 및 잔부 WC 의 조성을 갖고, 질소 함량이 0.10 중량% 미만이며,

상기 초경합금은 9 ∼ 13.5 kA/m 의 Hc-값을 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역은 상기 공칭 바인더 상 함량의 최대 2 ∼ 3 배의 바인더 상 함량을 갖고 20 ∼ 40 ㎛ 의 두께를 가지며,

상기 초경합금 본체의 내측 중심 부분의 C-기공율이 C08 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인서트는 30 ∼ 60 ㎜ 의 iC (내접원) 직경 및 9 ∼ 20 ㎜ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 2 항에 있어서, 상기 성층화된 바인더 상 부유 표면 구역은 바인더 상 부유 표면 구역의 총 두께 중 30 ∼ 45 % 의 두께를 가지며 입방정 상이 본질적으로 없는 외측 부분을 포함하고, 질소 함량이 0.04 ∼ 0.07 중량% 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,

상기 초경합금은 0.98 ∼ 1.0 의 CW-비를 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 3 항에 있어서, 상기 초경합금은 5.5 ∼ 8 중량%의 Co, 7 ∼ 10 중량%의 Ⅳb 및 Ⅴb 족 금속의 입방정 탄화물 또는 탄질화물을 갖고,

상기 초경합금은 10 ∼ 12 kA/m 의 Hc-값을 갖고,

40 ∼ 60 ㎛ 의 날 라운딩을 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 3 항에 있어서, Ⅳb 및 Ⅴb 족 금속의 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 Ti, Ta 및/또는 Nb 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 9 항에 있어서, Ti 의 함량이 1.0 ~ 4.0 중량% 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 8 항에 있어서, Ⅳb 및 Ⅴb 족 금속의 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 Ti, Ta 및/또는 Nb 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 11 항에 있어서, Ti 의 함량이 1.0 ~ 4.0 중량% 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서,

상기 최내측의 제 1 층은 두께가 0.4 ㎛ 초과이고 y ＞ 0.8 및 z = 0 을 만족하고,

상기 제 2 층은 두께가 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고,

상기 제 4 층은 두께가 5 ∼ 7.5 ㎛ 이고,

Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층과 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층의 층 두께의 비가 0.8 ∼ 1.2 이고,

상기 최상부 층은 TiN 또는 ZrN 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트.
성층화된 바인더 상 부유 표면 구역을 갖는 초경합금 인서트 본체 및 코팅을 포함하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 있어서,

내접원 직경이 19 ㎜ 이상이고, 두께가 6 ㎜ 이상이며, 초경합금 인서트 본체의 내측 중심 부분의 C-기공율 C06 ∼ C08 에 해당하는 탄소 함량 및 9.0 ∼ 13.5 kA/m 의 Hc-값을 갖는 초경합금 인서트 본체를 제공하고,

성층화된 바인더 상 부유 표면 구역이 15 ∼ 45 ㎛ 의 두께를 갖고,

성층화된 층들을 형성하기 위해 탄소를 갖는 예비소결된 또는 콤팩트화된 본체를 불활성 분위기 또는 진공 내에서 1380 ∼ 1520 ℃ 에서 15 ∼ 180 분간 소결한 후, 1300 ∼ 1220 ℃ 의 응고 영역을 통한 20 ∼ 100 ℃/h 의 느린 냉각에 의해 제조되는 공칭 바인더 상 함량의 최대 1.5 ∼ 4 배를, 바인더 상 부유 표면 구역의 바인더 상 함량이 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 초경합금은 5 ∼ 10 중량%의 Co, 5 ∼ 12 중량%의 Ⅳ 및 Ⅴ 족 금속의 입방정 탄화물 또는 탄질화물, 및 잔부 WC 의 조성을 갖고, 질소 함량이 0.02 ∼ 0.10 중량% 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 초경합금은 0.96 ∼ 1.0 의 CW-비를 갖는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 인서트를 35 ∼ 95 ㎛ 의 반경으로 날 라운딩을 행한 후, 전기화학적 또는 블라스팅 방법을 이용하여 표면을 세정하는 단계,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 총 두께가 0.1 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, y ＞ x, 및 z ＜ 0.2 을 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 최내측의 제 1 층,

- 700 ∼ 900 ℃ 의 온도에서 층을 형성하기 위한 탄소 및 질소원으로서 아세토니트릴을 사용하는 MTCVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 원주형 입자를 가지며, x + y = 1, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3 을 만족하는 TiC_xN_y 로 이루어진 제 2 층,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 0.3 ∼ 1.5 ㎛ 이고, x + y + z = 1, x ＞ 0.3, 및 z ＞ 0.3, 0 ≤ y ＜ 0.2 를 만족하는 TiC_xN_yO_z 로 이루어진 제 3 층,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고, 두께가 4.5 ∼ 9.5 ㎛ 이고, 매끄러운 α-Al₂O₃ 로 이루어진 제 4 층,

- 공지된 CVD법을 이용하여 형성되고 두께 0.1 ∼ 2 ㎛ 의 유색 최상부 층을 포함하는 코팅을 형성하는 단계, 및

길이 10 ㎛ 에서 Ra ＜ 0.4 ㎛ 의 절삭 구역 내 표면 거칠기를 갖도록 브러싱 또는 블라스팅에 의해 경사면상의 최상부 층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
19 ㎜ 이상의 iC 및 6 ㎜ 이상의 두께를 갖는 큰 절삭 인서트를, 25 ∼ 100 m/min 의 절삭 속도, 1 ∼ 2.5 ㎜ 의 이송 속도, 및 0 ∼ 30 ㎜ (절삭깊이 = 0 은 작업물이 타원형인 경우) 의 절삭깊이로 사용하여, 길이가 20 m, 직경이 최대 1.5 m 가 될 수 있는 선박용 구동 샤프트 및 풍력 발전소용 샤프트와 같은 강으로 이루어진 매우 큰 부품의 중 황삭 작업과 같은 중 하중 기계가공 적용을 위한 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 절삭 공구 인서트의 사용 방법.