KR102182816B1 - 절삭 인서트 - Google Patents

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Abstract

일실시형태의 절삭 인서트는 제 1 면과, 제 2 면과, 절삭 날을 갖는 기체를 구비한다. 기체는 경질상과 결합상을 갖고, 경질상은 제 1 경질상 및 제 2 경질상을 갖고 있다. X선 회절 분석에 있어서 제 1 경질상의 피크가 제 2 경질상의 피크보다 고각도측에 관측되고, 제 2 면에 있어서의 제 2 경질상이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 갖고, 제 2 면의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.5㎛이며, 절삭 날의 최대 높이가 제 2 면의 최대 높이의 2~30배이다.

Description

절삭 인서트
본 개시는 서멧을 갖는 절삭 인서트에 관한 것이다.
현재 절삭 공구에 사용되는 절삭 인서트 재료로서 티탄을 주성분으로 하는 서멧이 널리 사용되어 있다. 또한, 예를 들면 일본 특허공개 2002-126914호 공보(특허문헌 1)에서는 제 2 면을 Ra가 0.08㎛ 이하의 면 조도로 가공하여 절삭 날을 날카롭게 한 절삭 인서트가 개시되어 있다.
그러나 상기 특허문헌 1에 기재된 절삭 인서트에서는 절삭 날에 있어서의 날카로운 정도를 높이는 효과가 있지만, 피삭재(被削材)의 가공면을 평활하게 하는 효과는 불충분했다.
일실시형태의 절삭 인서트는 제 1 면과, 상기 제 1 면에 인접하는 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 교차 모서리부 중 적어도 일부에 위치하는 절삭 날을 갖는 기체를 구비한다. 상기 기체는 티탄 및 주기율표 제 4, 5, 및 6 족 금속 중의 1종 이상을 포함하는 탄질화물을 함유하는 경질상과, 코발트 및 니켈 중 적어도 한쪽을 함유하는 결합상을 갖고, 상기 경질상은 제 1 경질상 및 제 2 경질상을 갖고 있다.
또한, X선 회절 분석에 있어서, 상기 제 1 경질상의 피크가 상기 제 2 경질상의 피크보다 고각도측에 관측되고, 상기 제 2 면에 있어서의 상기 제 2 경질상이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 갖고, 상기 제 2 면의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.5㎛이며, 상기 절삭 날의 최대 높이가 상기 제 2 면의 최대 높이의 2~30배이다.
도 1은 일실시형태의 절삭 인서트에 대한 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 절삭 인서트에 있어서의 기체를 구성하는 서멧의 조직의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 1의 절삭 인서트에 있어서의 절삭 날을 관찰한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 일실시형태의 절삭 공구를 나타내는 상면도이다.
일실시형태의 절삭 인서트에 대해서 도 1~도 3을 토대로 설명한다.
본 실시형태의 절삭 인서트(이하, 인서트로 약기한다)(1)는 다각판상체의 기체(2)를 구비하고 있다. 또한, 기체(2)가 피복층에 덮여 있지 않을 때에는 기체(2) 그것이 인서트(1)이다. 기체(2)는 도 1에 나타내는 바와 같이 제 1 면(3)과, 제 1 면(3)에 인접하는 제 2 면(4)과, 제 1 면(3)과 제 2 면(4)의 교차 모서리부 중 적어도 일부에 위치하는 절삭 날(5)을 갖고 있다. 제 1 면(3)은 적어도 일부가 경사면 영역이 되는 것이며, 또한 제 2 면(4)은 적어도 일부가 여유면 영역이 되는 것이다.
본 실시형태의 기체(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이 서멧으로 이루어진다. 기체(2)는 티탄 및 주기율표 제 4, 5, 및 6 족 금속 중의 1종 이상을 포함하는 탄질화물을 함유하는 경질상(11)과, 코발트 및 니켈 중 적어도 한쪽을 함유하는 결합상(15)을 갖고 있다.
경질상(11)은 서로 조성이 상이한 2종의 상을 갖고 있다. 여기에서 경질상(11)을 X선 회절 분석하여 2종의 상의 최대 피크를 비교했을 경우에 제 1 경질상(12)의 최대 피크는 제 2 경질상(13)의 최대 피크보다 고각도측에 관측된다. 바꿔 말하면 제 2 경질상(13)의 최대 피크는 제 1 경질상(12)의 최대 피크보다 저각도측에 관측된다.
본 실시형태의 인서트(1)에서는 제 2 면(4)에 있어서의 제 2 경질상(13)이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 갖고, 제 2 면(4)의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.5㎛이다. 그리고 절삭 날(5)의 최대 높이가 제 2 면(4)의 최대 높이의 2~30배이다.
이렇게 제 2 면(4)과 비교해서 절삭 날(5)의 요철이 상대적으로 크게 설정됨으로써 인서트(1)로 피삭재를 절삭 가공할 때 가공 후 바로 절삭 날(5)에 있어서의 요철이 피삭재에 의해 연마되어서 절삭 날(5)이 피삭재의 가공면의 형상에 맞는 구성이 되기 쉽다. 그 결과, 절삭 가공의 개시 후 신속하게 평활한 가공면을 형성할 수 있다.
또한, 절삭 날(5)과 비교해서 제 2 면(4)의 최대 높이가 상대적으로 작게 설정됨으로써 절삭 가공 시에 제 2 면(4)이 가공면에 접촉했을 경우이어도 가공면의 면정밀도가 저하되기 어렵다.
또한, 제 2 경질상(13)이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 가지므로 제 2 경질상(13)이 탈립하기 어렵고, 절삭 날(5)은 치핑이 발생하기 어려운 예리한 상태를 유지할 수 있다. 그 결과, 피삭재의 가공면 조도를 평활하게 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서 절삭 날(5)의 최대 높이(Rz)를 측정하기 위해서는 제 2 면(4)이 정면이 되는 방향으로 인서트(1)를 두고, 절삭 날(5)의 요철을 관찰하여 도 3과 같이 절삭 날(5)의 형상을 기록한다. 그리고 최대값으로부터 최소값을 뺌으로써 최대 높이(Rz)를 산출한다.
또한, 본 실시형태에 있어서 제 2 면(4)의 최대 높이(Rz)를 측정하기 위해서는 컷 오프값을 0.08㎜로 고정하는 것 이외에는 JISB0601-2001 규격에 준하여 제 1 면(3)에 평행한 방향으로 제 2 면(4)의 표면형상을 측정하면 좋다. 측정은, 예를 들면 촉침을 사용한 접촉식 표면 거칠기 측정기 또는 레이저를 사용한 비접촉식 표면 거칠기 측정기를 이용하면 좋다.
또한, 차트로부터 판독할 때에는 최대값으로부터 최소값을 빼서 최대 높이(Rz)를 산출하면 좋다. 측정한 결과에 의거하여 도 3과 마찬가지로 제 2 면(4)의 형상을 기록한다. 그리고 제 2 면(4)의 최대 높이(Rz)를 산출하면 좋다.
또한, 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)은 각각 다듬질면이어도 연삭면이어도 좋다. 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)이 연삭면일 경우에는 이들 면의 최대 높이를 조정하는 것이 용이해진다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 기체(2)는 탄소의 함유량을 C, 질소의 함유량을 N으로 했을 때 탄소 및 질소의 함유량의 총합에 대한 질소의 함유량의 질량비(N/(C+N))가 0.45~0.55일 경우에는 기체(2)의 내마모성 및 내결손성이 함께 높기 때문에 절삭 가공 시의 절삭 날(5)의 치핑을 억제할 수 있다.
기체(2)에 있어서의 탄소의 함유량으로서는, 예를 들면 6~6.5질량%로 설정할 수 있고, 질소의 함유량으로서는, 예를 들면 6.5~7.4질량%로 설정할 수 있다. 기체(2) 중의 탄소 및 질소의 함유 비율은 기체(2)의 표면으로부터 500㎛ 이상 깊은 영역에 있어서의 조직의 일부를 분말로 해서 조성 분석을 행함으로써 측정할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 기체(2)는 평면으로부터 보았을 경우에 있어서의 경질상(11) 및 결합상(15)의 면적비는, 예를 들면 경질상(11)을 65~95면적%, 결합상(15)을 5~35면적%로 설정할 수 있다. 경질상(11) 및 결합상(15)의 면적비는 기체(2)의 현미경 사진으로부터 화상 해석법으로 산출할 수 있다. 경질상(11)이 65~83면적%, 결합상(15)이 17~35면적%일 경우에는 기체(2)의 강성 및 인성을 높은 것으로 할 수 있다.
이어서, 경질상(11)의 일례에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 제 1 경질상(12)은 TiCN상으로 이루어진다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 제 2 경질상(13)은 티탄 및 주기율표 제 4, 5, 및 6 족 금속(단, 티탄을 제외) 중의 1종 이상의 복합 탄질화물로 이루어진다.
기체(2)의 제 2 면(4)을 관찰한 경우에 있어서 입상의 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)이 분산되어 있는 구성이어도 좋고, 또한 한쪽의 경질상을 다른 쪽의 경질상이 둘러싼 구조(유심(有芯) 구조상)이어도 좋다. 예를 들면, 제 1 경질상(12)의 일부가 제 2 경질상(13)에 의해 둘러싸인 구조이어도 좋다.
또한, 경질상(11)은 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)에 의해서만 구성되어 있어도 좋지만, 이들의 상 이외의 상을 약간(경질상(11) 전체의 면적에 대하여 10% 이하 정도) 포함하고 있어도 좋다. 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13) 이외의 상으로서는, 예를 들면 Ti를 함유하지 않는 경질상 및 주기율표 제 4, 5, 및 6 족 금속 중의 1종 이상의 탄화물 및 질화물로 이루어지는 경질상을 들 수 있다.
제 1 경질상(12)의 평균 입경(d1)은, 예를 들면 0.05~0.5㎛이며, 제 2 경질상(13)의 평균 입경(d2)은, 예를 들면 0.5~2㎛이다. 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)의 입경의 비율(d2/d1)이 3~10일 경우에는 연삭 가공에 의해 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)의 최대 높이를 소정 범위 내로 제어하는 것이 용이해진다.
또한, d2/d1이 3~10일 경우에는 제 2 경질상(13)의 평균 입경(d2)이 제 1 경질상(12)의 평균 입경(d1)보다 크기 때문에 제 2 경질상(13)뿐만 아니라 제 1 경질상(12)의 탈립이 억제되기 쉬워진다.
현미경 관찰에 있어서의 제 1 경질상(12)의 면적비가 시야 전체에 대한 면적비로 20~35면적%이며, 제 2 경질상(13)의 면적비가 시야 전체에 대한 면적비로 35~50면적%일 경우에는 기체(2)의 내마모성을 높게 하면서 내결손성을 높일 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 결합상(15)은 코발트 및 니켈 중 적어도 1종에 추가하여 텅스텐을 함유하고 있어도 좋다. 결합상(15)은 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)을 갖고 있다. 결합상(15)은 코발트의 함유량을 Co, 니켈의 함유량을 Ni, 텅스텐의 함유량을 W로 나타냈을 때, 코발트 및 니켈의 총량에 대한 텅스텐의 질량비(W/(Co+Ni))가 0.8 이하이며, 제 2 결합상(17)의 질량비 W/(Co+Ni)가 1.2 이상이어도 좋다. 제 1 결합상(16), 제 2 결합상(17)의 판별은 기체(2)의 현미경 관찰에서 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA) 등에 의해 각 금속 원소의 분포를 확인하고, 각 위치에 있어서의 금속 원소의 비율의 결과에 의거하여 행하면 좋다.
결합상(15)이 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)을 갖고 있을 경우에는 기체(2)의 방열성이 높아 절삭 시에 절삭 날(5)의 온도가 높아지기 어렵기 때문에 절삭 날(5)에 있어서의 내마모성이 향상된다. 또한, 제 2 결합상(17)은 텅스텐 및 코발트의 복합 탄질화물에 비해 탄성률이 높아 인서트(1)에 충격이 가해졌을 때에 제 2 결합상(17)의 탄성 변형에 의해 충격을 흡수할 수 있다. 그 때문에 기체(2)의 내결손성을 높일 수 있고, 절삭 중에 절삭 날(5)에 발생하는 치핑을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 결합상(16)은 경질상(11)과의 젖음성이 높고, 크랙의 진전을 억제하기 쉽기 때문에 인서트(1)의 내결손성을 높일 수 있다. 또한, 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)이 존재함으로써 소정 조건에서 가공했을 경우에 제 2 면(4)에 있어서의 제 2 경질상(13)의 압축 잔류 응력을 150㎫ 이상으로 하기 쉽고, 절삭 날(5)의 요철을 소정 범위 내로 하기 쉽다.
본 실시형태에 있어서의 기체(2)의 각 결합상의 면적비는, 예를 들면 제 1 결합상(16)의 면적이 시야 전체에 대한 면적비로 15~22면적%, 제 2 결합상(17)의 면적이 시야 전체에 대한 면적비로 2~20면적%이며, 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)을 포함하는 결합상(15) 전체의 면적비가 17~35면적%이다.
제 1 결합상(16)의 면적에 대한 제 2 결합상(17)의 면적의 비율((제 2 결합상(17)의 면적)/(제 1 결합상(16)의 면적))은 특정 범위에 한정되는 것은 아니지만 0.1~2일 경우에는 기체(2)의 내마모성 및 내결손성을 함께 높일 수 있다. 특히, 제 1 결합상(16)의 면적에 대한 제 2 결합상(17)의 면적의 비율이 0.3~1.5일 경우에는 기체(2)의 내마모성 및 내결손성을 보다 한층 높일 수 있다.
결합상(15)은 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)만을 갖고 있어도 좋고, 또한 이들 이외의 상을 갖고 있어도 좋다. 도 2에서는 결합상(15)이 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)에 의해서만 구성되며, 그 밖의 상이 존재하지 않는 구성이 나타내어져 있다. 또한, 결합상(15) 전체에 대한 제 1 결합상(16) 및 제 2 결합상(17)의 면적의 비율이 0.9 이상일 경우에는 기체(2)의 방열성이 안정적으로 높아지기 때문에 절삭 날(5)에 있어서의 내마모성이 안정적으로 향상된다.
기체(2)에 함유되는 금속 총량에 대한 각 금속 원소의 함유량의 일례로서는 티탄이 30~55질량%, 텅스텐이 10~30질량%, 니오브가 0~20질량%, 몰리브덴이 0~10질량%, 탄탈이 0~10질량%, 바나듐이 0~5질량%, 지르코늄이 0~5질량%, 코발트가 5~25질량%, 니켈이 0~15질량%의 비율로 이루어진다. 각 금속 원소의 함유량이 상기 범위이면 기체(2)는 내마모성 및 내결손성이 높은 것이 된다.
경질상(11) 및 결합상(15)의 조성은 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA) 또는 오제 분석에서 각 원소의 분포 상태 및 함유비를 확인함으로써 판별할 수 있다. 또한, 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)의 입경의 측정은 CIS-019D-2005에 규정된 초경합금의 평균 입경의 측정 방법에 준하여 측정하면 좋다. 또한, 제 1 경질상(12)의 일부가 제 2 경질상(13)에 의해 둘러싸인 구조를 경질상(11)이 갖고 있을 경우에는 제 1 경질상(12)을 둘러싼 제 2 경질상(13)의 입경은 제 1 경질상(12)도 제 2 경질상(13)의 일부로 간주하여 산출하면 좋다.
이미 나타낸 바와 같이 제 2 면(4)에 있어서의 제 2 경질상(13)이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 가짐으로써 제 2 경질상(13)이 탈립하기 어렵다. 이때 제 2 면(4)에 있어서의 제 1 경질상(12)이 30~145㎫의 압축 잔류 응력을 가질 경우에는 제 2 경질상(13)에 추가하여 제 1 경질상(12)도 탈립하기 어려워지기 때문에 절삭 시의 충격에 의한 절삭 날(5)의 치핑이 더 억제된다.
경질상(11)의 잔류 응력을 측정하기 위해서는, 예를 들면 2D법을 사용해서 측정하면 좋다. 구체적으로는 기체(2)의 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)에 있어서의 절삭 날(5)로부터 1㎜ 이상 떨어진 부분을 각각 측정 위치로 한다. 이들 위치에서 X선 회절 피크를 측정한다. 잔류 응력의 측정에 있어서는 2θ의 값이 135~140˚ 사이에 나타나는 (422)면의 피크를 X선 회절 피크로서 사용한다.
그때 저각도측에 나타나는 피크 p2(422)를 제 2 경질상(13)에 귀속되는 피크, 고각도측에 나타나는 피크 p1(422)를 제 1 경질상(12)에 귀속되는 피크로 하여 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)의 잔류 응력을 각각 측정한다.
또한, 잔류 응력의 산출에 있어서 필요한 수치에 대해서는 질화 티탄의 푸아송비=0.2, 영률=423729㎫를 사용해서 산출한다. 또한, X선 회절 측정의 조건으로서는 X선의 선원으로서 CuKα선을 사용하고, 출력=45kV, 110mA이며, 경면 가공한 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)에 상기 X선을 조사해서 잔류 응력의 측정을 행한다.
본 실시형태에 있어서 제 2 면(4)의 최대 높이가 0.2~1.5㎛인 점에서 절삭 날(5)의 최대 높이를 소정 범위 내로 제어하기 쉽다. 여기에서 제 1 면(3)의 최대 높이가 0.2~1㎛이며, 또한 절삭 날(5)의 최대 높이가 1.5~6㎛일 경우에는 절삭 중의 절삭 날(5)을 예리한 상태로 유지하기 쉽다. 특히, 제 1 면(3)의 최대 높이가 제 2 면(4)의 최대 높이보다 작을 경우에는 절삭 날(5)에 있어서의 요철을 소정 범위로 제어하기 쉬움과 아울러, 절삭 가공 시에 절삭 부스러기가 제 1 면(3)에 용착되기 어렵다.
또한, 제 1 면(3)의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.03~0.1㎛일 경우에는 절삭 부스러기의 용착이 적기 때문에 가공면이 칙칙하기 어렵다. 이때 제 2 면(4)의 산술 평균 거칠기(Ra)는, 예를 들면 0.07~0.2㎛로 설정할 수 있다. 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)의 산술 평균 거칠기(Ra)는 컷 오프값을 0.08㎜로 고정하는 것 이외에는 JISB0601-2001 규격에 준하여 측정하면 좋다.
또한, 제 2 면(4)이 절삭 날(5)과 평행한 방향으로 연장된 복수의 홈을 가질 경우에는 절삭 날(5)의 최대 높이가 과도하게 커지는 것을 피할 수 있음과 아울러, 가공면의 면 조도를 보다 평활하게 할 수 있다. 이것은 제 2 면(4)이 복수의 홈을 가질 경우에는 가공면으로의 제 2 면(4)의 접촉 면적을 줄일 수 있기 때문이다. 또한, 복수의 홈이 절삭 날(5)과 평행한 방향으로 연장되어 있을 경우에는 가공면에 제 2 면(4)이 접촉했을 경우이어도 홈의 형상이 가공면에 전사되기 어렵기 때문에 가공면의 면 조도가 보다 평활해진다. 또한, 홈의 깊이로서는, 예를 들면 0.2~1.5㎛ 정도로 설정하면 좋다.
또한, 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)에 직교하는 단면에 있어서 절삭 날(5)이 10㎛ 이하의 곡률 반경을 가질 경우에는 절삭 날(5)의 형상을 보다 빨리 가공면에 맞는 형상으로 할 수 있음과 아울러, 가공면의 면 조도를 보다 평활하게 할 수 있다. 또한, 절삭 날(5)을 예리하게 함으로써 절삭 날(5)을 포함하는 교차 모서리부의 요철을 소정 범위 내로 제어하기 쉬워진다.
또한, 제 1 면(3) 및 제 2 면(4)에 직교하는 단면에 있어서 절삭 날(5)이 1㎛ 이상의 곡률 반경을 가질 경우에는 절삭 날(5)의 강도가 과도하게 저하되는 것을 피할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 인서트(1)의 보관 시 또는 운반 시 등에 있어서 절삭 날(5)이 이지러지는 것을 피하기 쉬워진다.
절삭 날(5)의 곡률 반경은 제 1 면(3), 제 2 면(4), 및 절삭 날(5)을 관찰할 수 있는 표면 영역 또는 단면에 있어서 삼차원형상 측정기로 측정하면 좋다. 그 때문에 상기한 절삭 날(5)의 곡률 반경은 반드시 단면으로 평가하지 않아도 좋다.
또한, 상술한 인서트(1)는 서멧으로 이루어지는 기체(2)만을 구비하고 있지만, 인서트(1)는 기체(2)뿐만 아니라 기체(2) 상에 위치하여 기체(2)를 피복하는 피복층을 구비하고 있어도 좋다. 또한, 인서트(1)가 서멧으로 이루어지는 기체(2)만을 구비하고 있을 경우에는 피삭재의 가공면에 용착 등이 발생하는 것을 억제할 수 있어 양호한 가공면이 얻어진다.
(제조 방법)
이어서, 상술한 인서트(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 평균 입경 0.1~1.2㎛, 특히 0.3~0.9㎛의 TiCN 분말과, 평균 입경 0.1~2.5㎛의 탄화 텅스텐(WC) 분말과, 탄질화 티탄(TiCN) 및 WC 이외의 주기율표 4~6족 금속의 탄화물 분말, 질화물 분말, 및 탄질화물 분말 중 적어도 1종과, 평균 입경 0.5~5㎛의 소정량의 금속 코발트 분말 및 금속 니켈 분말과, 평균 입경 3~15㎛의 금속 텅스텐 분말 및 WC1-x(0＜x≤1) 분말 중 적어도 1종을 1~20질량%로 소망에 의해 탄소 분말을 첨가해서 혼합하여 혼합 분말을 조정한다.
본 실시형태에 있어서는 상기한 주기율표 4~6족 금속의 탄화물 분말, 질화물 분말, 및 탄질화물 분말 중 적어도 1종으로서, 평균 입경 0.1~3㎛의 질화 티탄(TiN) 분말, 탄화 니오브(NbC) 분말, 탄화 몰리브덴(MoC) 분말, 탄화 탄탈(TaC) 분말, 탄화 바나듐(VC) 분말, 및 탄화 지르코늄(ZrC) 분말이 적용 가능하다.
혼합 분말의 조정은 상기 칭량한 원료 분말에 바인더 및 용매 등을 첨가하여 볼 밀, 진동 밀, 제트 밀, 및 아트리토 밀 등의 공지의 혼합 방법으로 혼합한다. 본 실시형태에서는 아트리토 밀을 채용한다. 아트리토 밀에 의한 분말 혼합에 의해 원료 분말은 분쇄되어서 입경이 작아지지만, 금속 분말은 연성이 높으므로 분쇄되기 어려운 경향이 있다. 그리고 이 혼합 분말을 프레스 성형, 압출 성형, 및 사출 성형 등의 공지의 성형 방법에 의해 소정 형상으로 성형하여 성형체를 제작한다.
이어서, 본 실시형태에 의하면 상기 성형체를 진공 또는 불활성 가스 분위기 중에서 소성한다. 본 실시형태에 의하면 하기 조건으로 소성함으로써 상술한 소정 조직의 서멧으로 이루어지는 기체(2)를 제작할 수 있다. 구체적인 소성 조건으로서는 (a) 실온으로부터 1100℃까지 승온하고, (b) 진공 중에서 1100℃로부터 1330~1380℃의 제 1 소성 온도까지 0.1~2℃/분의 승온 속도로 승온하고, (c) 진공 중 또는 30~2000Pa의 불활성 가스 분위기 중에서 제 1 소성 온도로부터 1500~1600℃의 제 2 소성 온도까지 4~15℃/분의 승온 속도로 승온하고, (d) 진공 또는 30~2000Pa의 불활성 가스 분위기 중에서 제 2 소성 온도에서 0.5~2시간 유지한 후, (e) 1000~5000Pa의 질소 가스 분위기 중에서 5~15℃/분의 강온 속도로 강온하는 소성 조건에서 소성한다.
상기 원료 분말에 있어서의 WC 분말 및 금속 W 분말의 평균 입경을 조정함과 아울러, 상기 소성 시의 승온 패턴 및 소정량의 불활성 가스를 도입하는 타이밍을 제어함으로써 금속 Co 분말 및 금속 Ni 분말은 서로 고용(固溶)하면서 용해하고, 경질상(11)의 주위에 혼입되어 경질상(11)끼리를 결합한다. 또한, 성형체 중에 다른 원료 분말보다 평균 입경이 큰 상태로 존재하는 금속 W 분말 및 WC1-x(0＜x≤1) 분말 중 적어도 1종은 소성에 의해 그 일부가 경질상(11) 내에 확산되지만 일부는 제 2 결합상(17)을 형성한다. 또한, 냉각 패턴을 조정함으로써 제 1 경질상(12) 및 제 2 경질상(13)에 소정 잔류 응력을 부여할 수 있다. 그 결과, 상술한 조직의 서멧으로 이루어지는 기체(2)를 제작할 수 있다.
이어서, 얻어진 소결체의 표면을 연마 가공한다. 우선, 소결체의 제 1 면(3) 및 제 1 면(3)과 반대측에 위치하는 면의 2개의 면이 각각 숫돌에 접하도록 소결체를 숫돌에 끼워서 연삭 가공한다. 이어서, 소망에 의해 제 1 면(3)의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.0㎛가 되도록 #1000~#8000번의 숫돌을 사용해서 브레이커면을 가공한다. 이어서, 기체(2)의 측면인 제 2 면(4)에 대하여 #400~#800번의 숫돌을 사용하고, 숫돌 회전수 500~5000rpm, 워크 이송 0.5~5㎜/분으로 하여 연삭 가공한다. 이때 제 2 면(4)의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.5㎛가 됨과 아울러, 제 1 면(3)의 최대 높이(Rz)가 제 2 면(4)의 최대 높이(Rz)보다 평활하게 되는 가공 조건에서 가공한다.
또한, 소망에 의해 기체(2)의 표면에 피복층을 성막해도 좋다. 피복층의 성막 방법으로서 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리 증착(PVD)법이 적합하게 적응 가능하다.
이어서, 일실시형태의 절삭 공구(101)에 대해서 도면을 사용해서 설명한다.
본 실시형태의 절삭 공구(101)는 도 4에 나타내는 바와 같이 제 1 단(도 4에 있어서의 상단)으로부터 제 2 단(도 4에 있어서의 하단)을 향해서 연장되는 막대형상체이며, 제 1 단측에 포켓(103)을 갖는 홀더(105)와, 포켓(103)에 위치하는 상기 인서트(1)를 구비하고 있다.
포켓(103)은 인서트(1)가 장착되는 부분이며, 홀더(105)의 하면에 대하여 평행한 착좌면과, 착좌면에 대하여 경사지는 구속측면을 갖고 있다. 또한, 포켓(103)은 홀더(105)의 제 1 단측에 있어서 개구하고 있다.
포켓(103)에는 인서트(1)가 위치하고 있다. 이때 인서트(1)의 하면이 포켓(103)에 직접 접하고 있어도 좋고, 또한 인서트(1)와 포켓(103) 사이에 시트를 끼우고 있어도 좋다.
인서트(1)는 교차 모서리부에 있어서의 절삭 날(5)로서 사용되는 부분이 홀더(105)로부터 바깥쪽으로 돌출되도록 장착된다. 본 실시형태에 있어서는 인서트(1)는 고정 나사(107)에 의해 홀더(105)에 장착되어 있다. 즉, 인서트(1)의 관통 구멍에 고정 나사(107)를 삽입하고, 이 고정 나사(107)의 선단을 포켓(103)에 형성된 나사 구멍(도시하지 않음)에 삽입하여 나사부끼리를 나사 결합시킴으로써 인서트(1)가 홀더(105)에 장착되어 있다.
홀더(105)로서는 강, 주철 등을 사용할 수 있다. 특히, 이들 부재 중에서 인성이 높은 강을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는 소위 선삭 가공에 사용되는 절삭 공구를 예시하고 있다. 선삭 가공으로서는, 예를 들면 내경 가공, 외경 가공, 및 그루빙 가공을 들 수 있다. 또한, 절삭 공구로서는 선삭 가공에 사용되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 로테이팅 가공에 사용되는 절삭 공구에 상기 실시형태의 인서트(1)를 사용해도 좋다.
실시예 1
마이크로 트랙법에 의한 측정으로 평균 입경 0.6㎛의 TiCN 분말, 평균 입경 1.1㎛의 WC 분말, 평균 입경 1.5㎛의 TiN 분말, 평균 입경 2㎛의 TaC 분말, 평균 입경 1.5㎛의 NbC 분말, 평균 입경 2㎛의 MoC 분말, 평균 입경 1.8㎛의 ZrC 분말, 평균 입경 1㎛의 VC 분말, 평균 입경 2.4㎛의 Ni 분말 및 평균 입경 1.9㎛의 Co 분말, 및 W 분말 또는 WC0.5 분말을 표 1에 나타내는 비율로 조정하여 혼합 분말을 제작했다.
혼합 분말에 이소프로필알코올(IPA) 및 파라핀을 첨가함과 아울러, 스테인리스제 볼 밀 및 초경볼을 첨가하고, 아트리토 밀로 혼합하여 슬러리를 제작했다. 이 슬러리를 사용해서 스프레이드라이로 조립(造粒)하여 조립분을 제작하고, 조립분을 사용해서 150㎫로 사각판형상으로 프레스 성형했다.
그리고 (a) 실온으로부터 1100℃까지 승온하고, (b) 진공 중에서 1100℃로부터 제 1 소성 온도인 1350℃까지 0.7℃/분으로 승온하고, (c) 1000Pa의 N2 가스 분위기 중에서 1350℃로부터 표 1에 나타내는 제 2 소성 온도까지 10℃/분으로 승온하고, (d) 1000Pa의 N2 가스 분위기 중에서 제 2 소성 온도에서 1시간 유지한 후, (e) N2 가스 분위기에 있어서 표 1에 나타내는 강온 속도 및 압력으로 강온하는 소성 조건에서 소성했다.
Figure 112018083573133-pct00001
그리고 숫돌 #1000, 숫돌 회전수 2000rpm, 워크 이송 3㎜/min으로 제 1 면을 가공한 후, 숫돌 #500과 가공 조건 숫돌 회전수 2000rpm, 워크 이송 2㎜/min으로 제 2 면을 연삭 가공하여 절삭 날의 곡률 반경이 5㎛인 인서트를 얻었다.
얻어진 인서트에 대해서 ICP 분석으로 기체 중에 함유되는 금속 원소의 조성을 분석하고, 금속 원소의 총량에 대한 각 금속 원소의 함유량을 산출했다. 또한, 탄소 분석 장치를 사용하여 탄소 함유량이 기지의 서멧을 표준 시료로 하여 기체의 표면으로부터 500㎛ 이상 연마한 중심측의 부분에 대한 탄소 함유량을 측정했다. 결과는 표 2에 나타냈다.
또한, 투과형 전자 현미경(TEM) 관찰을 행하여 임의 5개소에 대해서 조직을 확인하고, 50000배의 사진에서 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)로 경질상 및 결합상의 타입을 특정하여 제 1 경질상, 제 2 경질상, 제 1 결합상, 및 제 2 결합상의 존재의 유무를 확인했다. 또한, 각 시료 모두 유심 구조상은 경질상 전체에 대하여 10면적% 이하의 비율로 존재하고 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 시야 전체에 대한 제 1 경질상의 면적의 비율을 S1, 시야 전체에 대한 제 2 경질상의 면적의 비율을 S2, 시야 전체에 대한 제 1 결합상의 면적의 비율을 s1, 시야 전체에 대한 제 2 결합상의 면적의 비율을 s2라고 한다.
시판된 화상 해석 소프트를 사용해서 2500㎚×2000㎚의 영역에서 화상 해석을 행하고, 제 1 결합상의 면적비 s1, 제 2 결합상의 면적비 s2, 및 기타 결합상의 면적비(표 중, 기타로 기재) 시야 내에서의 면적비를 확인하고, 비율 s2/s1을 표기했다. 또한, 결합상 전체에 대한 s1 및 s2의 합계의 면적비(표 중, s1+s2비로 기재)를 산출했다.
경질상에 대해서는 제 1 경질상 및 제 2 경질상의 평균 입경(d1, d2)과 그 비율 d2/d1, 시야 내에서의 제 1 경질상의 면적비 S1, 제 2 경질상의 면적비 S2를 측정했다. 결과는 표 4에 나타냈다.
또한, 제 1 면, 제 2 면, 절삭 날의 최대 높이 및 산술 평균 거칠기를 측정했다. 또한, 2D법으로 제 1 면 및 제 2 면에 있어서의 제 1 경질상 및 제 2 경질상의 잔류 응력을 측정했다. 또한, 제 2 면에 있어서 현미경을 사용하여 홈의 유무 및 방향을 확인했다.
이어서, 얻어진 인서트를 사용하여 이하의 절삭 조건에서 선삭 시험을 행했다. 결과는 표 5에 함께 병기했다.
(마무리면 평가)
피삭재: S10C
절삭 속도: 50m/분
이송: 0.07㎜/rev
절입: 0.5㎜
절삭 상태: 습식
평가 방법: 30초간 가공한 후, 피삭재의 가공면의 산술 평균 거칠기 및 칙칙함의 정도를 확인했다.
(수명 평가)
피삭재: SCM435
절삭 속도: 250m/분
이송: 0.12㎜/rev
절입: 0.5㎜
절삭 상태: 습식
평가 방법: 수명에 도달한 절삭 길이를 측정했다.
Figure 112018083573133-pct00002
Figure 112018083573133-pct00003
Figure 112018083573133-pct00004
Figure 112018083573133-pct00005
표 1~표 5로부터 절삭 날의 최대 높이가 제 2 면의 최대 높이의 2~30배이며, 제 2 면에 있어서의 제 2 경질상이 압축 잔류 응력 150㎫ 이상인 시료 No.I-1~3에서는 모두 가공면의 면 조도가 평활하며, 가공면에 칙칙함이 없고, 또한 절삭 길이가 긴 것이었다.
특히, 제 2 면에 있어서의 제 1 경질상의 압축 잔류 응력이 30~145㎫의 범위에 포함되는 시료 No.I-2 및 3에서는 절삭 날의 치핑이 억제되었기 때문에 가공면의 면 조도가 특히 우수한 값으로 되어 있었다.
또한, 제 1 면의 최대 높이가 제 2 면의 최대 높이보다 작은 시료 No.I-1 및 3에서는 절삭 가공 시에 절삭 부스러기가 제 1 면에 용착되기 어려웠기 때문에 안정되게 절삭을 행할 수 있었고, 절삭 길이가 특히 길었다.
실시예 2
실시예 1의 시료 No.1을 사용하고, 표 6에 나타내는 연삭 방법으로 변경해서 가공하여 절삭 날을 제작했다. 얻어진 인서트에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 최대 높이 및 산술 평균 거칠기, 제 1 경질상 및 제 2 경질상의 잔류 응력, 제 2 면에 있어서의 홈의 유무 및 방향을 측정했다. 또한, 실시예 1과 동일 절삭 조건에서 절삭 성능을 평가했다.
Figure 112018083573133-pct00006
Figure 112018083573133-pct00007
표 6~표 7로부터 절삭 날의 최대 높이가 제 2 면의 최대 높이의 2~30배이며, 제 2 면에 있어서의 제 2 경질상이 압축 잔류 응력 150㎫ 이상인 시료 No.II-1~3에서는 모두 가공면의 면 조도가 평활하며, 가공면에 칙칙함이 없고, 또한 절삭 길이가 긴 것이었다.
또한, 제 2 면이 절삭 날과 평행한 방향으로 연장된 복수의 홈을 갖고 있는 시료 No.II-1 및 2에서는 홈의 형상이 가공면에 전사되기 어렵기 때문에 가공면의 면 조도 및 절삭 길이가 우수한 값으로 되어 있었다.
제 1 면의 최대 높이가 제 2 면의 최대 높이보다 작은 시료 No.II-1에서는 절삭 가공 시에 절삭 부스러기가 제 1 면에 용착되기 어려웠기 때문에 안정되게 절삭을 행할 수 있었고, 가공면의 면 조도 및 절삭 길이가 특히 우수한 값으로 되어 있었다.
1: 절삭 인서트(인서트) 2: 기체
3: 제 1 면 4: 제 2 면
5: 절삭 날 11: 경질상
12: 제 1 경질상 13: 제 2 경질상
15: 결합상 16: 제 1 결합상
17: 제 2 결합상 101: 절삭 공구
103: 포켓 105: 홀더
107: 고정 나사

Claims (7)

  1. 경사면인 제 1 면과, 상기 제 1 면에 인접하는 여유면인 제 2 면과, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 교차 모서리부 중 적어도 일부에 위치하는 절삭 날을 갖는 기체를 구비하고,
    상기 기체는 티탄 및 주기율표 제 4, 5, 및 6 족 금속 중의 1종 이상을 포함하는 탄질화물을 함유하는 경질상과, 코발트 및 니켈 중 적어도 한쪽을 함유하는 결합상을 갖고,
    상기 경질상은 제 1 경질상 및 제 2 경질상을 갖고,
    X선 회절 분석에 있어서, 상기 제 1 경질상의 피크가 상기 제 2 경질상의 피크보다 고각도측에 관측되고,
    상기 제 2 면에 있어서의 상기 제 2 경질상이 150㎫ 이상의 압축 잔류 응력을 갖고,
    상기 제 1 면의 최대 높이(Rz)가 0.2~1㎛이고,
    상기 제 2 면의 최대 높이(Rz)가 0.2~1.5㎛이며,
    상기 제 1 면의 최대 높이(Rz)는 상기 제 2 면의 최대 높이(Rz)보다 작고,
    상기 절삭 날의 최대 높이(Rz)는 2㎛ 초과, 6㎛ 이하이며, 상기 제 2 면의 최대 높이의 2~30배인 절삭 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체에 있어서의 탄소 및 질소의 함유량의 총합에 대한 질소의 함유량의 질량비(N/(C+N))가 0.45~0.55인 절삭 인서트.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 면에 있어서의 상기 제 1 경질상이 30~145㎫의 압축 잔류 응력을 갖는 절삭 인서트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 면은 상기 절삭 날과 평행한 방향으로 연장된 복수의 홈을 갖는 절삭 인서트.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 교차 모서리부에 직교하는 단면에 있어서, 상기 절삭 날이 1~10㎛의 곡률 반경을 갖는 절삭 인서트.
  7. 선단측에 포켓을 갖는 홀더와,
    상기 포켓에 위치하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절삭 인서트를 구비한 절삭 공구.
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