KR101574885B1

KR101574885B1 - 절삭공구용 초경합금 소결체

Info

Publication number: KR101574885B1
Application number: KR1020140034469A
Authority: KR
Inventors: 박제훈; 이성구; 안승수; 김경일; 안선용; 김영흠
Original assignee: 한국야금 주식회사
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-12-07
Also published as: KR20150111476A

Abstract

본 발명은 초경합금 소결체의 미세조직을 제어하여, 예리한 날끝 가공이 가능하면서도 인성이 우수하며 타탄화물의 입자 탈락을 방지할 수 있어, 내치핑성과 내마모성을 높이면서도 내파손성의 저화를 최소화하여 특히 절삭공구용으로 적합한 초경합금 소결체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초경합금 소결체는, 중량%로, 75~90%의 WC와, 8~13%의 Co, 및 1~12%의 4a족, 5a족 또는 6a족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하는 소결체로, 상기 소결체의 미세조직 중에서, 상기 WC의 입자 중에서, 그 크기가 3㎛ 이하인 입자가 전체 WC 입자 면적의 70% 이상이고, 상기 첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자 면적의 70% 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

절삭공구용 초경합금 소결체 {SINTERED BODY OF CEMENTED CARBIDE FOR CUTTING TOOLS}

본 발명은 절삭공구용 초경합금 소결체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초경합금 소결체의 미세조직을 제어하여, 예리한 날끝 가공이 가능하면서도 인성이 우수하며 타탄화물의 입자 탈락을 방지할 수 있어, 내치핑성과 내마모성을 높이면서도 내파손성의 저하를 최소화하여 특히 절삭공구용으로 적합한 초경합금 소결체에 관한 것이다.

절삭공구용 초경합금은 WC 경질상과 Co 결합금속상의 복합재료로 대표적인 분산형 합금이며, 그 기계적 특성은 기본적으로 WC 경질상의 입도와 Co 결합금속상의 양에 의존하며, 특히 경도와 인성은 상호 반비례하는 관계에 있다.

또한, 절삭가공 시에는 절삭공구와 피가공재 간의 마찰에 따른 다량의 열에 의해 고온환경이 조성되는데, 이러한 고온환경에 대응하여 고온경도를 높이고 소성변형을 막기 위하여, 초경합금의 모재에는 WC 이외에도 텅스텐 이외의 다른 금속으로 이루어진 탄화물 이른바 타탄화물이 일정량 포함된다.

일반적으로 스테인레스강이나 기타 난삭재의 가공 시에는 불균일한 칩 배출에 의한 빌드업 에지와, 미세 용착탈락의 반복에 의한 박막손상과 입자탈락이 발생하면서 절삭공구의 수명이 종료된다.

이에 따라 스테인레스강과 같은 난삭재의 가공 시 절삭공구의 수명을 향상시키기 위해서는, 예리한 날끝 형상 가공이 가능한 정도의 미세한 WC 입자 조직을 가지고 동시에 높은 인성과 높은 내열성의 특성이 구비된 초경합금용 소결체가 요구되고 있다.

그런데, WC 입자를 미세화할 경우, 예리한 날끝을 형성하는데는 유리하고 입자 미세화에 따른 경도 향상으로 고경도를 얻을 수는 있으나, 비표면적이 증대하여 슬립(slip)에 의한 소성변형에 약해져 모재의 내파손성이 저하하는 문제점이 생긴다.

또한, 타탄화물은 고온물성을 향상시켜 절삭 시 내열성을 강화하는 역할을 하지만, 타탄화물이 갖는 낮은 열전도도와 WC 및 Co와의 낮은 젖음성이 국부적인 고온을 유도하여 입자탈락을 유발하고 초경합금의 표면에 형성되는 기능성 박막과의 밀착도 저하를 유발하는 문제점이 있다.

이러한 이유로, 예리한 날끝 가공이 가능하면서도 인성이 양호하고 타탄화물의 입자 탈락을 방지할 수 있어 내치핑성과 내마모성을 높이면서도 내파손성의 저화를 최소화할 수 있는 절삭공구용 초경합금 소결체의 개발이 요구되고 있으나, 현재까지 이에 대응한 초경합금 소결체의 개발은 제한적이다.

하기 특허문헌들은 내치핑성, 고내열성, 고인성의 물성 달성을 위해 WC 입자크기, 타탄화물 입자크기, Co 결합상의 크기, 소결체의 조성 등의 제어를 하는 방법들이 개시되어 있으나, 스테인리스강과 같은 난삭재의 예리한 날끝 가공이 가능하면서도 내파손성 및 타탄화물의 입자 탈락 등을 방지할 수 있는데는 한계가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0645409호 대한민국 등록특허공보 제10-0584702호

본 발명은 초경합금의 미세조직 제어를 통해, 미립의 WC을 사용하면서도 입계슬립을 억제하여 내파손성이 양호하고 타탄화물의 첨가량을 줄이지 않아 고온 물성이 유지되면서도 타탄화물의 입자탈락을 줄이고 소결체의 표면에 형성되는 박막의 밀착도 저하를 억제할 수 있어 절삭공구의 수명을 향상시킬 수 있는, 절삭공구용 초경합금 소결체를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 중량%로, 75~90%의 WC와, 8~13%의 Co, 및 1~12%의 4a족, 5a족 또는 6a족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하는 소결체로, 상기 소결체의 미세조직 중에서, 상기 WC의 입자 중에서, 그 크기가 3㎛ 이하인 입자가 전체 WC 입자 면적의 70% 이상이고, 상기 첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자 면적의 70% 이상인 절삭공구용 초경합금 소결체를 제공한다.

본 발명에 따른 소결체에 있어서, 상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자 중에서 70% 이상이 2㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 소결체에 있어서, 상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자를 주사전자현미경으로 관찰하였을 때, 30㎛×25㎛의 면적범위에서, 상기 표면부 상에 박막을 형성하였을 때 상기 박막과 접하는 첨가물 입자 수가 3개 이하일 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 미세조직의 제어를 통해, 미세한 WC 입자로 이루어져 있어 예리한 날끝 가공이 가능하고 고경도를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 소결체는, 타탄화물의 미세조직 제어, 구체적으로 타탄화물이 접하는 물질을 Co 보다는 WC가 많이 되도록 하고, 표면에 접하는 타탄화물의 양을 최소화함으로써, 타탄화물의 입자탈락을 억제하고 박막의 밀착성을 높일 수 있게 된다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 1b는 비교예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 소결체의 소결체 표면부의 미세조직을 나타낸 것이다.
도 2b는 비교예에 따른 초경합금 소결체의 소결체 표면부의 미세조직을 나타낸 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명에 있어서, 'WC의 입자 크기' 및 '첨가물의 입자 크기'는 입자 형태 내부에 최대 내접원의 직경이며, 입자 크기는 초경합금 소결체 내부 임의 부분의 미세조직을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 3000배율로 관찰한 면적(30×25㎛) 내에서의 크기이다.

또한, '면적 분율'은 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 30㎛×25㎛의 면적을 기준으로 한 것이다.

또한, '첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자'란, 주사전자현미경으로 관찰되는 미세조직에 있어서, 첨가물 입자와 경계를 이루며 접하는 입자의 총 경계면의 길이 중에서, 계면의 전체 길이 중에서 90% 이상이 WC와 접하는 길이이고, 10% 미만이 Co와 접하는 길이인 입자를 의미한다.

본 발명자들은 WC 입자를 미세화하고 동시에 초경합금 소결체에 포함되는 타탄화물 입자의 함유율을 낮추지 않으면서도 타탄화물의 입자탈락을 억제하고 초경합금 소결체 표면에 형성되는 박막의 박리를 막을 수 있는 방법에 대해 연구한 결과, 타탄화물 입자가 주로 WC와 접하도록 하고, 소결체 표면에서 소정 깊이까지 타탄화물 입자의 크기를 소정 크기 이하로 제어하고, 소결체 표면에 접하는 타탄화물 입자를 최소화할 경우, 예리한 날끝 가공이 가능하면서도 입자탈락과 박막의 박리를 최소화할 수 있어, 절삭공구의 수명을 상당히 개선할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 따른 초경합금 소결체는, 중량%로, 75~90%의 WC와, 8~13%의 Co, 및 1~12%의 4a족, 5a족 또는 6a족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하고, 미세조직 중에서, 상기 WC의 입자 중에서, 그 크기가 3㎛ 이하인 입자가 전체 WC 입자 면적의 70% 이상이고, 상기 첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자 면적의 70% 이상인 것을 특징으로 한다.

먼저 초경합금 소결체의 조성의 한정이유에 대해 설명한다.

상기 WC의 함량은 75중량% 미만일 경우, 초경합금의 장점인 경도가 현저히 저하되고, 90중량%를 초과할 경우, 소결체의 진성 인성 및 내열성이 매우 열악하여 절삭 인성 및 내마모성의 동시 향상을 꾀하기 어려우므로, 75~90중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, Co의 함량은 8중량% 미만일 경우, 액상 소결시 액상 부피비의 부족으로 치밀한 소결체를 얻기 어려우며(특히 WC결합상 입자가 미립일수록), 13중량%를 초과할 경우, 절삭시 내마모성의 급격한 저하를 초래하므로 8~13중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 첨가물의 함량은 1중량% 미만일 경우, 내열성 및 내마모성의 향상을 꾀하기 어렵고, 12중량%를 초과할 경우, WC에 비해 열악한 자체 특성(결합상과의 젖음성 등) 때문에 전체 소결체의 물성을 저하시키게 되며, 이는 일반강의 가공시는 문제가 없으나, 스테인레스강과 같은 난삭재의 가공시에는 치핑, 파손과 같은 문제가 빈번히 일어나게 된다.

또한, 상기 WC의 입자 중에서, 그 크기가 3㎛ 이하인 입자가 전제 WC입자 면적의 70% 미만일 경우, 진성 인성은 상대적으로 좋으나, 내마모성이 저하되고 스테인레스강과 같은 난삭재의 가공시 용착에 의한 치핑현상이 빈번하여 가공안정성을 저하시키므로, 70% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자 면적의 70% 미만일 경우, 첨가물 입자의 탈락이 쉽게 일어날 수 있으며, Co를 따라 크랙이 쉽게 전파되어 진성인성이 저하될 우려가 있으며, 또한 입계슬립이 쉽게 일어나 소성변형이 쉽게 일어날 우려가 있으므로, 70% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자의 크기가 클 경우, 입자탈락 또는 소결체 표면에 형성되는 박막의 박리를 쉽게 유발할 수 있으므로, 적어도 70%는 2㎛ 이하의 작은 크기가 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자를 주사전자현미경으로 관찰하였을 때, 30㎛×25㎛의 면적범위에서, 표면부와 접하는 첨가물 입자의 수가 많을 경우, 입자탈락 또는 소결체 표면에 형성되는 박막의 박리를 쉽게 유발할 수 있으므로, 3개 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

[실시예]

입도가 약 0.5~1.5㎛인 WC 원료분말 또는 입도가 약 0.5~1.5㎛인 WC 원료분말에, 입도가 1.5~4.5㎛인 WC 원료분말을 총 WC중량%의 50중량% 비율로 섞어, 소결체 전체 중량 대비 70~92중량%가 되도록 WC 분말을 준비하였다.

또한, 입도가 약 0.5~1.5㎛인 TaNbC 원료분말, 또는 입도가 약 0.5~1.5㎛인 TaNbC 원료분말에 입도가 약 1.5~3.0㎛인 TaNbC 원료분말을 총 TaNbC중량%의 50중량% 비율로 섞어, 소결체 전체 중량 대비 2~15중량%가 되도록 TaNbC 분말을 준비하였다.

또한, 입도가 약 1.2~1.6㎛인 결합상 분말인 Co 분말을 소결체 전체 중량 대비 5~15중량%의 범위가 되도록 Co 분말을 준비하였다.

이와 같이 준비된 원료분말을 배합하였으며, 이때 배합시간을 10~15시간 및 5~8시간으로 달리하여 스프레이드라이어를 통해 혼합 분말을 제작하였고, CNMG120408-VM, CNMG120408-HS, APMT160408-MM 3가지 형번으로 형압하여, 진공소결 또는 HIP소결(등방압소결)로 소결방식을 달리하여 동일한 1380℃에서 소결하여, 조성과 미세조직적 특성이 다른 소결체를 총 20개의 소결체를 제조하였으며, 상세한 제조 공정 조건은 하기 표 1과 같다.

구분	조성 (중량%)				출발입도(㎛)		완분 배합시간 (hrs)	소결 온도 (℃)	소결 방식	비고
구분	WC	Co	TaNbC	조성 타입	WC 출발입도	TaNbC 출발입도	완분 배합시간 (hrs)	소결 온도 (℃)	소결 방식	비고
1	70	15	15	A	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	비교예
2	75	13	12	B	0.5~4.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	비교예
3	75	13	12	B	0.5~1.5	0.5~1.5	5~8	1380	HIP	비교예
4	75	13	12	B	0.5~1.5	0.5~3.0	10~15	1380	HIP	비교예
5	75	13	12	B	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	진공	비교예
6	85	10	5	C	0.5~4.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	비교예
7	85	10	5	C	0.5~1.5	0.5~1.5	5~8	1380	HIP	비교예
8	85	10	5	C	0.5~1.5	0.5~3.0	10~15	1380	HIP	비교예
9	85	10	5	C	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	진공	비교예
10	90	8	2	D	0.5~4.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	비교예
11	90	8	2	D	0.5~1.5	0.5~1.5	5~8	1380	HIP	비교예
12	90	8	2	D	0.5~1.5	0.5~3.0	10~15	1380	HIP	비교예
13	90	8	2	D	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	진공	비교예
14	92	5	3	E	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	비교예
15	75	13	12	B	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예
16	75	13	12	B	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예
17	85	10	5	C	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예
18	85	10	5	C	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예
19	90	8	2	D	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예
20	90	8	2	D	0.5~1.5	0.5~1.5	10~15	1380	HIP	실시예

상기 표 1 중에서 A 타입과 E 타입은 본 발명의 소결체 조성을 벗어난 것이고, 나머지 타입은 모두 본 발명의 소결체 조성 범위에 속하는 것이다.

미세 조직

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 1b는 비교예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직을 나타낸 것이다.

도 1a 및 도 1b에서 가장 밝은 조직은 WC이고, 밝은 회색의 조직은 타탄화물이며, 가장 어두운 검은색으로 나타난 조직은 Co이다.

도 1a에 점선으로 표시된 부분에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직에서, 타탄화물은 입자가 뭉쳐져 있고, 경계면의 대부분이 WC와 접해 있는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 도 1b의 점선으로 표시된 부분에 나타난 바와 같이, 비교예에 따른 초경합금 초결체의 미세조직에서 타탄화물은 Co와도 상당 부분 접하고 있음을 보여준다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 소결체의 소결체 표면부의 미세조직을 나타낸 것이고, 도 2b는 비교예에 따른 초경합금 소결체의 소결체 표면부의 미세조직을 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b에서 소결체의 상면에는 약 2㎛ 두께의 박막이 형성되어 있다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직에서, 소결체의 표면으로부터 약 5㎛ 깊이에는 매우 미세한 크기의 타탄화물(점선으로 표시된 부분)이 분포하고 있음을 보여주며, 이들 타탄화물을 소결체 표면에 형성된 박막과 접하는 것이 거의 존재하지 않는다. 이에 비해, 비교예에 따른 초경합금 소결체의 미세조직에는 소결체의 표면으로부터 약 5㎛ 깊이에는 비교적 큰 크기의 타탄화물이 형성되어 있을 뿐 아니라, 이들 타탄화물은 박막과 접하고 있음을 보여준다.

하기 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 초경합금 소결체와 이의 비교예로 제조된 초경합금 소결체의 미세조직을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

구분	미세조직				비고
구분	WC입도*	타탄화물**	표층부 타탄화물***	박막과 접한 타탄화물 수****	비고
1	75	70	90	2	비교예
2	40	75	90	0	비교예
3	75	40	85	0	비교예
4	75	75	40	0	비교예
5	70	90	70	7	비교예
6	30	75	90	1	비교예
7	85	30	80	0	비교예
8	75	75	35	0	비교예
9	70	90	70	6	비교예
10	40	75	90	0	비교예
11	80	40	85	0	비교예
12	75	80	45	1	비교예
13	70	90	70	8	비교예
14	70	75	90	0	비교예
15	70	75	80	1	실시예
16	90	70	70	3	실시예
17	75	75	70	0	실시예
18	70	70	95	2	실시예
19	80	70	70	3	실시예
20	70	90	70	0	실시예

*는 크기가 3㎛ 이하인 WC 입자가 전체 WC 입자에서 차지하는 면적분율(%)

**는 계면의 90% 이상이 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자에서 차지하는 면적분율(%)

***는 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자 중에서 그 크기가 2㎛ 이하인 입자가 차지하는 면적분율(%)

****는 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자를 주사전자현미경으로 관찰하였을 때, 30㎛×25㎛의 면적범위에서, 상기 표면부 상에 박막을 형성하였을 때 상기 박막과 접하는 첨가물 입자의 수

상기 표 2에 보여진 바와 같이, 시편번호 1 및 14는, 각각 미세조직은 본 발명의 실시예들과 동일하게 구현되어 있으나 조성이 본 발명의 실시예에서 벗어난 것이다. 시편번호 2는 크기가 3㎛ 이하인 WC 입자가 전체 WC 입자에서 차지하는 면적분율(%)이 40%로 낮은 미세조직을 가진다. 시편번호 3은 계면의 90% 이상이 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자에서 차지하는 면적분율(%)이 40%로 낮은 미세조직을 가진다. 시편번호 4는 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자 중에서 그 크기가 2㎛ 이하인 입자가 차지하는 면적분율(%)이 40%로 낮은 미세조직을 가진다. 시편번호 5는 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자를 주사전자현미경으로 관찰하였을 때, 30㎛×25㎛의 면적범위에서, 상기 표면부 상에 박막을 형성하였을 때 상기 박막과 접하는 첨가물 입자의 수가 7개로 많은 미세조직을 가진다.

시편번호 6~13도 각각 시편번호 2~5와 같이 WC 입도, 타탄화물, 표층부탄화물 또는 박막과 접한 타탄화물 수 중 어느 하나가 본 발명의 실시예와 다른 미세조직을 가진다.

한편, 시편번호 15~20은 WC 입도, 타탄화물, 표층부탄화물 또는 박막과 접한 타탄화물 수가 본 발명의 청구범위에서 한정한 범위에 속하는 미세조직을 가지는 것인데, 시편번호 15 및 16, 17 및 18, 19 및 20은 서로 다른 조성을 가진다.

절삭 물성 평가

상기와 같이 제조된 각각의 소결체의 표면에는 일반적인 PVD 공법으로 두께 약 2㎛의 동일한 TiAlN 박막을 형성한 후, 초경합금 소결체의 절삭물성평가를 수행하였다. 절삭 물성 평가는, 내소성변형성, 내치핑성, 내파손성 및 내마모성의 항목을 평가하였으며 구체적인 평가 방법은 다음과 같다.

<내소성변형성 평가>

합금강의 가공시 대형 피삭재의 단속이 없는 연속적인 가공에 상대적으로 절삭속도는 낮추고 이송을 높여 절삭팁에 국부적으로 고온을 발생시켜 급격한 마모가 오기전의 소성변형(R부 처짐)이 되는 정도를 확인하기 위한 평가로, 30초 단위로 가공하여 소성변형 정도를 확인하였다. 가공종료 시점은 소성변형(R부 처짐)의 정도가 0.1mm 이상으로 정하였다.

피삭재 : 합금강(SCM440, 300파이 원통 외경 터닝가공)

절삭속도 : 150m/min

절삭이송 : 0.5mm/rev

절삭깊이 : 2.0mm

절삭유 : 드라이 (dry)

<내치핑성 평가>

일반적으로 스테인레스강의 밀링가공시 높은 전단응력에 의해 가공부하가 크게 걸리고 이에 따라 가공경화된 칩이 배출시 인써트의 경계부를 치고 빠져나가므로 주로 인써트 경계부의 치핑이 수명종료의 가장 큰 원인이다. 따라서 스테인레스강의 숄더링 밀링가공을 실시하여 하기의 조건으로 200mm 단위로 가공하여 인써트 가공부위의 치핑발생 정도를 확인하였다. 가공종료 시점은 치핑이 발생한 시점으로 정하였다.

피삭재 : 스테인레스강(STS304, 100X200X300 육면체의 숄더링 밀링가공)

절삭속도 : 150m/min

절삭이송 : 0.2mm/tooth

절삭깊이 : ap=10.0mm, ae=5.0mm

절삭유 : 드라이 (dry)

<내파손성 평가>

터닝가공 내충격 단속평가를 실시하였고, 육면체 합금강의 사각면의 단면가공을 실시하여 인써트의 내파손성을 평가하였다. 하기의 조건으로 사각면 1면을 단위로 가공하여 인써트 가공부위가 파손되는 시점까지 진행하였다.

피삭재 : 합금강(SCM440, 100X100X300 육면체의 사각면 단면 터닝가공)

절삭속도 : 120m/min

절삭이송 : 0.2mm/rev

절삭깊이 : 1.5mm

절삭유 : 드라이 (dry)

<내마모성 평가>

경도가 높은 금형강중에서 SKD11(HRC 40)을 선정하여, 숄더링 가공을 실시하였다. 주로 기계적인 마찰마모가 수명종료의 가장 큰 원인이다. 하기의 조건으로 200mm 단위로 가공하여 인써트 가공부위의 마찰마모 정도를 확인하였다. 가공종료 시점은 피삭재와 마찰되어 발생한 인써트 가공부위의 마모량이 0.3mm 이상인 시점으로 정하였다.

피삭재 : 금형강(SKD11, 100X200X300 육면체의 숄더링 밀링가공)

절삭속도 : 150m/min

절삭이송 : 0.2mm/tooth

절삭깊이 : ap=10.0mm, ae=5.0mm

절삭유 : 드라이 (dry)

상기와 같은 평가를 수행한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	조성 타입	절삭 물성 평가				비고
구분	조성 타입	내치핑성	내파손성	내마모성	내소성변형성	비고
1	A	2	12	2	2분 00초	비교예
2	B	10	11	25	3분 30초	비교예
3	B	12	8	27	1분 30초	비교예
4	B	9	8	29	3분 30초	비교예
5	B	8	8	28	3분 30초	비교예
6	C	15	15	27	2분 30초	비교예
7	C	18	11	29	1분 00초	비교예
8	C	15	12	30	3분 00초	비교예
9	C	10	10	30	2분 30초	비교예
10	D	19	13	26	2분 00초	비교예
11	D	20	8	31	1분 00초	비교예
12	D	20	8	32	2분 30초	비교예
13	D	12	8	30	2분 00초	비교예
14	E	2(파손)	1	3(파손)	2분 30초	비교예
15	B	17	10	28	2분 30초	실시예
16	B	17	10	28	3분 30초	실시예
17	C	21	13	30	2분 30초	실시예
18	C	21	13	30	2분 30초	실시예
19	D	25	10	32	2분	실시예
20	D	25	10	32	2분	실시예

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 시편번호 1 및 14의 경우, 본 발명에서 요구되는 내치피성과 내마모성을 구현할 수 있을 정도의 조성을 가지지 못하기 때문에, 내치핑성과 내마모성이 현저하게 낮았다.

시편번호 2~5는 시편번호 15 및 16과 조성이 동일하고, 미세조직에 있어서 차이가 있는 경우이다.

구체적으로, 시편번호 2~5는, 각각 WC 입도, 타탄화물 조직, 표층부 타탄화물, 박막과 접한 타탄화물 수 중의 어느 하나가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 미세조직을 가지고 있는데, 시편 15 및 16과 대비하면, 내치핑성에서 큰 차이가 있고, 내파손성이나 내소성변형성에 있어서도 일부 시편은 본 발명의 실시예에 비해 현저하게 낮은 특성을 나타낸다.

또한, 시편번호 6~9는 시편번호 17 및 18과 조성이 동일하고, 미세조직에 있어서 차이가 있는 경우이다.

구체적으로, 시편번호 6~9는, 각각 WC 입도, 타탄화물 조직, 표층부 타탄화물, 박막과 접한 타탄화물 수 중의 어느 하나가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 미세조직을 가지고 있는데, 시편 17 및 18과 대비하면, 시편번호 2~5와 유사하게 내치핑성에서 본 발명의 실시예에 비해 좋지 않은 물성을 나타내고, 내파손성과 내소성변형성에 있어서도 일부 시편은 본 발명의 실시예에 비해 좋지 않은 특성을 나타낸다.

또한, 시편번호 10~13은 시편번호 19 및 20과 조성이 동일하고, 미세조직에 있어서 차이가 있는 경우이다.

구체적으로, 시편번호 10~13은, 각각 WC 입도, 타탄화물 조직, 표층부 타탄화물, 박막과 접한 타탄화물 수 중의 어느 하나가 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어나는 미세조직을 가지고 있는데, 시편 19 및 20과 대비하면, 시편번호 2~5와 유사하게 내치핑성에서 본 발명의 실시예에 비해 좋지 않은 물성을 나타내고, 내파손성, 내마모성 및 내소성변형성에 있어서도 일부 시편은 본 발명의 실시예에 비해 좋지 않은 특성을 나타낸다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 미세조직을 가질 경우, 내소성변형성, 내치핑성, 내파손성 및 내마모성의 물성을 고르게 유지할 수 있어서, 특히 스테인리스강과 같은 난삭재의 가공에 적합하게 사용될 수 있다.

Claims

중량%로, 75~90%의 WC와, 8~13%의 Co, 및 1~12%의 4a족, 5a족 또는 6a족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하는 소결체로,
상기 소결체의 미세조직 중에서,
상기 WC의 입자 중에서, 그 크기가 3㎛ 이하인 입자가 전체 WC 입자 면적의 70% 이상이고,
상기 첨가물 입자 중에서, 계면의 90% 이상이 Co와 접하지 않고 WC와 접하는 입자가 전체 첨가물 입자 면적의 70% 이상이고,
상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자를 주사전자현미경으로 관찰하였을 때, 30㎛×25㎛의 면적범위에서, 상기 표면부 상에 박막을 형성하였을 때 상기 박막과 접하는 첨가물 입자 수가 3개 이하인 절삭공구용 초경합금 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체의 표면부로부터 깊이 5㎛ 이내에 존재하는 첨가물 입자 중에서 70% 이상이 2㎛ 이하의 크기를 가지는 절삭공구용 초경합금 소결체.
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