KR19990071774A - 피복된 절삭 삽입체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동, 긴 오버행 및 칩의 재절삭 등 가혹한 조건에 있는 미가공 표면 구역을 갖거나 갖지 않는 저합금강 및 중합금강, 즉 스테인리스강의 건식 및 습식 기계 가공용으로 특히 유용한 피복된 절삭 삽입체를 개시하고 있다. 상기 삽입체는, 저함량 큐빅 카바이드 및 저함량 W 합금 결합제 상을 갖는 WC-Co 초경합금과, 주상정을 갖는 가장 내부의 TiCxNyOz층, TiN 상층 및 κ-Al2O3내층을 포함하는 피복을 특징으로 한다. 상기 층은 CVD 방법을 사용하여 증착된다.

Description

피복된 절삭 삽입체 및 그 제조 방법
초경합금 공구로 저함금강 및 중합금강과 스테인리스강을 기계 가공하려면 절삭 모서리는 화학적 마모, 마찰성 마모, 응착 마모 등 상이한 마모 기구에 따라, 또 소위 코움 크랙(comb crack)이라 불리는 절삭 모서리를 따라 형성된 크랙에 의해 유발된 모서리 치핑(edge chipping)에 의해 마모된다. 악조건에서 벌크 및 모서리선(edge line)이 파괴되는 문제점도 흔히 발생한다.
절삭 조건이 상이하다면 절삭 삽입체에 대해서도 상이한 성질이 요구된다. 예컨대, 미가공 표면 구역을 갖는 강을 절삭하거나 어려운 조건에서 절삭하려면 피복된 초경합금 삽입체는 인성 카바이드로 구성되어야 하고 매우 양호한 피복 밀착도를 가져야 한다. 저합금강 및 스테인리스강의 기계 가공에서는 일반적으로 응착 마모가 주요 마모 형태이다. 일반적으로 본 발명에서는 1 내지 3 ㎛의 CVD-나 PVD- 피복이 사용되어야 한다.
특정한 마모 형태에 따라 절삭 성능을 개선시키고자 하는 조치가 취해질 필요가 있다. 그러나, 상기 조치로 인해 다른 마모 성질에 대한 역효과가 나타나는 경우도 빈번하다.
가능한 조치의 영향은 다음과 같다.
1) 코움 크랙의 형성은 결합제 상의 함량을 저하시킴으로써 감소될 수 있다. 그러나, 상기 조치는 바람직하지 못하게 절삭 삽입체의 인성을 저하시킬 것이다.
2) 마찰성 마모를 개선시키려면 피복 두께를 증가시켜야 한다. 그러나, 피복 두께를 증가시키면 박리(flaking)에 대한 위험성이 증가되고 접착 내마모성이 저하될 것이다.
3) 고속 및 고온 상태에 있는 절삭 모서리로 기계 가공하려면 대량의 큐빅 카바이드(WC-TiC-TaC-NbC 고용체)를 갖는 초경합금이 필요하다. 상기 카바이드로 인해 코움 크랙이 유발되기 쉬워질 것이다.
4) 인성을 개선시키려면 Co 함량을 증가시켜야 한다. 그러나, Co 함량이 증가되면 소성 변형에 대한 저항이 감소될 것이다.
현재까지도 동시에 모든 성질을 개선시키는 것은 대단히 어렵다. 따라서, 상용으로 사용되는 초경합금에서는 하나나 기껏해야 몇 개 정도의 마모 형태, 즉 특정한 적용 분야에만 최적화되었다.
스웨덴 특허 출원 제9504304-8호에는 습식이나 건식 상태 동안에 미가공 표면 구역을 갖거나 갖지 않은 저함금강 및 중합금강의 밀링용으로 특히 유용한 피복된 절삭 삽입체가 개시되어 있다. 상기 삽입체는, 저함량 큐빅 카바이드 및 고함량 W 합금 결합제 상을 갖는 WC-Co 초경합금과, 주상정을 갖는 가장 내부의 TiCxNyOz층, TiN 상층 및 κ-Al2O3내층을 포함하는 피복을 특징으로 한다.
스웨덴 특허 출원 제9501286-0호에는 회주철의 건식 밀링용으로 특히 유용한 피복된 절삭 삽입체가 개시되어 있다. 상기 삽입체는 직선형(straight) WC-Co 초경합금 제품과, 주상정을 갖는 TiCxNyOz층 및 미립 집합 조직(textured) α-Al2O3상층을 포함하는 피복을 특징으로 한다.
스웨덴 특허 출원 제9502640-7호에는 저합금강의 단속하는(intermittent) 선삭용으로 특히 유용한 피복된 선삭 삽입체가 개시되어 있다. 상기 삽입체는 고함량 W 합금 Co 결합제 상을 갖는 WC-Co 초경합금체와, 주상정을 갖는 TiCxNyOz층 및 미립 집합 조직 α-Al2O3상층을 포함하는 피복을 특징으로 한다.
스웨덴 특허 출원 제9503056-5호에는 열간 및 냉간 단조된 저합금강의 절삭용으로 특히 유용한 피복된 선삭 절삭 공구가 개시되어 있다. 상기 삽입체는 고함량 W 합금 Co 결합제 상을 갖는 WC-Co 초경합금체와, 주상정을 갖는 TiCxNyOz층 및 미립 α-Al2O3상층을 포함하는 피복을 특징으로 한다.
스웨덴 특허 출원 제9602413-8호에는 스테인리스강의 선삭용으로 특히 유용한 피복된 선삭 삽입체가 개시되어 있다. 상기 삽입체는 고함량 W 합금 Co 결합제 상을 갖는 WC-Co계 초경합금 재료와, 주상정을 갖는 가장 내부의 TiCxNyOz층, TiN 상층 및 미립 κ-Al2O3내층을 포함하는 피복을 특징으로 한다.
이제 의외로 상기 발명이 갖는 다수의 상이한 특징을 조합하면 양호하게는 진동, 긴 오버행(long overhang), 칩의 해머링(hammering)이나 칩의 재절삭 등 불안정한 상태, 또는 습식 및 건식 상태 모두에서 인성을 요하는 조작에서 미가공 표면 구역을 갖거나 갖지 않은 저합금강 및 중합금강에 대해 우수한 절삭 성능을 갖는 절삭 공구(양호하게는 밀링용 공구)가 얻어질 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 상기 특정한 절삭 공구가 스테인리스강에도 적절하다는 것도 알게 되었다. 본 발명에 다른 절삭 공구는 상기 다수의 마모 형태에 대해 개선된 성질을 나타낸다.
본 발명은 불안정한 상태에 있는 주조된 표면, 단조된 표면, 열간이나 냉간 압연된 표면 또는 기계 가공 전의 표면 등 미가공 표면을 갖는 저함금강 및 중합금강(low and medium alloyed steels)과 스테인리스강을 인성을 요하는 습식 및 건식 기계 가공용(양호하게는 밀링용)으로 특히 유용한 피복된 절삭 공구(초경합금 삽입체)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭 공구 삽입체는 저함량 W 합금 결합제 상과 화학적 조성 및 결정 입도가 양호하게 평형된(well balanced) WC를 갖는 초경합금체, 주상 TiCxNyOz층, κ-Al2O3층 및 TiN층으로 구성되며, 선택적으로는 예컨대 SiC계 브러시로 절삭 모서리를 브러싱하여 그 모서리를 매끈하게 하는 공정이 추가될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 10.9 내지 13(양호하게는 11.0 내지 12.0, 가장 양호하게는 11.1 내지 11.7) 중량% Co와, 0.2 내지 1.8(양호하게는 0.4 내지 1.8, 가장 양호하게는 0.5 내지 1.7) 중량% 금속 Ta, Nb 및 Ti 큐빅 카바이드와, 잔량(balance) WC의 조성을 갖는 초경합금체로 구성되는 피복된 절삭 공구 삽입체가 제공된다. 또한, 상기 초경합금은 주기율표의 Ⅳb, Ⅴb 또는 Ⅵb족 원소로 된 다른 카바이드를 함유할 수도 있다. Ti 함량은 기술적인 불순물(technical impurity)에 대응하는 수준인 것이 좋다. WC의 평균 결정 입도는 약 1.5 내지 2.5 ㎛의 범위에 있으며 약 1.7 ㎛인 것이 좋다.
코발트 결합제 상은 W과 저함량으로 합금된다. 결합제 상의 W 함량은 CW비=Ms/(중량% Co·0.0161)로 나타낼 수 있는데, 상기에서 Ms는 초경합금체의 측정된 포화 자화도(㎄/m)이며 중량% Co는 초경합금의 중량% Co이다. CW값은 Co 결합제 상에서 W 함량의 함수이다. 높은 CW값은 결합제 상에서 저함량 W에 해당된다.
이제 본 발명에 따르면, 초경합금체의 0.87 내지 0.99(양호하게는 0.88 내지 0.97, 가장 양호하게는 0.90 내지 0.95)의 CW비를 갖는 경우에 절삭 성능이 개선된다는 것을 알게 되었다. 상기 초경합금은 역효과 없이 소량의 <1 체적부 η-상(M6C)을 함유할 수도 있다. CW값으로 보아 본 발명에 따른 초경합금체에는 자유 그라파이트(free graphite)가 허용되지 않는다.
상기 피복은 TiCxNyOz제1층(가장 내부 층), TiCxNyOz층 및 Al2O3층을 포함하는데, 상기 층에서,
- TiCxNyOz제1층(가장 내부 층)은 x+y+z=1(양호하게는 y>x 및 z<0.2, 가장 양호하게는 y>0.8 및 z=0)이며 입도가 <0.5 ㎛인 등축정을 가지며 총두께가 <1.5 ㎛(양호하게는 >0.1 ㎛)이다.
- TiCxNyOz층은 x+y+z=1(양호하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3, 가장 양호하게는 x>0.5)이며 두께가 1 내지 8 ㎛(양호하게는 2 내지 7 ㎛, 가장 양호하게는 <6 ㎛)이며 평균 직경이 <5 ㎛(양호하게는 0.1 내지 2 ㎛)인 주상정을 갖는다.
- Al2O3층은 매끄러운 미립(약 0.5 내지 2 ㎛의 결정 입도)이며 필수적으로 κ-상으로 구성된다. 그러나, 상기 층은 XRD 측정에 의해 결정된 바와 같이 소량, 즉 1 내지 3 체적% θ-상이나 α-상을 함유할 수도 있다. Al2O3층 두께는 0.5 내지 5 ㎛(양호하게는 0.5 내지 2 ㎛, 가장 양호하게는 0.5 내지 1.5 ㎛)이다. 상기 Al2O3층에는 x+y+z=1(양호하게는 y>x 및 z<0.3, 가장 양호하게는 y>0.8인 TiCxNyOz추가층(<1 ㎛, 양호하게는 0.1 내지 0.5 ㎛의 두께)이 추가되는 것이 좋지만, Al2O3층이 가장 외부 층이 될 수 있다. 상기 가장 외부 층, 즉 Al2O3또는 TiCxNyOz는 10 ㎛의 길이에 대해 Rmax≤0.4의 표면 거칠기(surface roughness)를 갖는다. 존재한다면 TiCxNyOz층은 절삭 모서리를 따라 제거되는 것이 좋다. 혹은, TiCxNyOz층이 제거되어 하층 알루미나층이 절삭 모서리를 따라 부분적으로나 완전히 제거된다.
또한, 본 발명은 10.9 내지 13(양호하게는 11.0 내지 12.0, 가장 양호하게는 11.1 내지 11.7) 중량% Co와, 0.2 내지 1.8(양호하게는 0.4 내지 1.8, 가장 양호하게는 0.5 내지 1.7) 중량% 금속 Ta, Nb 및 Ti 큐빅 카바이드와, 잔량 WC의 조성을 갖는 초경합금체로 구성되는 피복된 절삭 공구 삽입체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 초경합금은 주기율표의 Ⅳb, Ⅴb 또는 Ⅵb족 원소로 된 다른 카바이드를 함유할 수도 있다. Ti 함량은 기술적인 불순물에 대응하는 수준인 것이 좋다. WC의 평균 결정 입도는 약 1.5 내지 2.5 ㎛의 범위에 있으며 약 1.7 ㎛인 것이 좋다. 상기 초경합금체에는 TiCxNyOz제1층(가장 내부 층), TiCxNyOz층 및 Al2O3층이 피복되는데, 상기 층에서,
- TiCxNyOz제1층(가장 내부 층)은 공지된 CVD 방법을 사용하여 x+y+z=1(양호하게는 y>x 및 z<0.2, 가장 양호하게는 y>0.8 및 z=0)이며 입도가 <0.5 ㎛인 등축정을 가지며 총두께가 <1.5 ㎛(양호하게는 >0.1 ㎛)가 되도록 제조된다.
- TiCxNyOz층은 양호하게는 MTCVD 기술(700 내지 900 ℃의 온도 범위에서 층을 형성하기 위해 탄소 및 질소 공급원으로서 아세토니트릴 사용)을 사용하여 x+y+z=1(양호하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3, 가장 양호하게는 x>0.5)이며 두께가 1 내지 8 ㎛(양호하게는 2 내지 7 ㎛, 가장 양호하게는 <6 ㎛)이며 평균 직경이 <5 ㎛(양호하게는 0.1 내지 2 ㎛)인 주상정을 갖도록 제조된다. 그러나, 정확한 조건은 어느 정도 사용되는 장비의 설계에 좌우된다.
- Al2O3층은 필수적으로 κ-Al2O3층으로 구성되는 매끄러운 Al2O3층인데, 예컨대 유럽 특허 공개 제523,021호에 개시된 조건에서 증착된다. Al2O3층의 두께는 0.5 내지 5 ㎛(양호하게는 0.5 내지 2 ㎛, 가장 양호하게는 0.5 내지 1.5 ㎛)이다. TiCxNyOz추가층(<1 ㎛, 양호하게는 0.1 내지 0.5 ㎛의 두께)이 증착되는 것이 좋지만, Al2O3층이 가장 외부 층이 될 수 있다. 상기 가장 외부 층, 즉 Al2O3또는 TiCxNyOz는 10 ㎛의 길이에 대해 Rmax≤0.4의 표면 거칠기를 갖는다. 매끄러운 피복 표면은 미립(400 내지 150 메시) 알루미나 분말을 부드럽게 습식 송풍하거나, 예컨대 스웨덴 특허 출원 제9402543-4호에 개시된 바와 같이 예컨대 SiC계 브러시로 절삭 모서리를 브러싱하여 얻을 수 있다(TiCxNyOz상부 피복이 존재하는 경우에 사용되는 것이 좋음). 존재한다면 TiCxNyOz층은 절삭 모서리를 따라 제거되는 것이 좋다. 혹은, TiCxNyOz층이 제거되어 하층 알루미나층이 절삭 모서리를 따라 부분적으로나 완전히 제거된다.
실시예 1
A. 11.5 중량% Co, 1.25 중량% TaC, 0.30 중량% NbC 및 잔량 WC의 조성을 가지며 0.93의 CW비에 대응하는 W 합금 결합제 상을 갖는 본 발명에 따른 초경합금 밀링 공구는 MT-CVD 기술(885 내지 850 ℃의 온도와 탄소/질소 공급원으로서 CH3CN 사용)을 사용하여 0.5 ㎛의 등축 TiC0.05N0.95층(대략 0.05의 C/N비에 대응하는 고함량 질소를 가짐) 다음에 주상정을 갖는 4 ㎛ 두께의 TiC0.54N0.46층으로 피복되었다. 동일한 피복 사이클을 수행하는 다음 단계에서, 1.0 ㎛ 두께의 Al2O3층이 유럽 특허 공개 제523,021호에 개시된 바와 같이 970 ℃의 온도와 0.4 % 농도의 H2S 도판트(dorpant)를 사용하여 증착되었다. 얇은 TiN층(0.3 ㎛)은 공지된 CVD 기술에 따라 상부에 증착되었다. XRD 측정은 Al2O3층이 100 % κ-상으로 구성된 것으로 나타났다. 초경합금체는 평균 1.7 ㎛의 WC 결정 입도를 가졌다. 피복된 삽입체는 SiC 결정을 함유하는 나일론 스트로 브러시(nylon straw brush)에 의해 브러싱되었다. 광학 현미경으로 브러싱된 삽입체를 검사한 결과 얇은 TiN층 및 일부의 Al2O3층이 절삭 모서리를 따라서만 브러싱되어 그곳의 Al2O3표면은 매끄럽게 되었다.
B. 11.1 중량% Co, 1.25 중량% TaC, 0.30 중량% NbC 및 잔량 WC의 조성을 가지며 0.93의 CW비에 대응하는 W 합금 결합제 상을 갖는 본 발명에 따른 초경합금 밀링 공구는 MT-CVD 기술(885 내지 850 ℃의 온도와 탄소/질소 공급원으로서 CH3CN 사용)을 사용하여 0.5 ㎛의 등축 TiC0.05N0.95층 다음에 주상정을 갖는 4 ㎛ 두께의 TiC0.54N0.46층으로 피복되었다. 동일한 피복 사이클을 수행하는 다음 단계에서, 1.0 ㎛ 두께의 Al2O3층이 유럽 특허 공개 제523,021호에 개시된 바와 같이 970 ℃의 온도와 0.4 % 농도의 H2S 도판트를 사용하여 증착되었다. 얇은 TiN층(0.3 ㎛)은 공지된 CVD 기술에 따라 상부에 증착되었다. XRD 측정은 Al2O3층이 100 % κ-상으로 구성된 것으로 나타났다. 초경합금체는 평균 1.8 ㎛의 WC 결정 입도를 가졌다. 피복된 삽입체는 SiC 결정을 함유하는 나일론 스트로 브러시에 의해 브러싱되었다. 광학 현미경으로 브러싱된 삽입체를 검사한 결과 얇은 TiN층 및 일부의 Al2O3층이 절삭 모서리를 따라서만 브러싱되어 그곳의 Al2O3표면은 매끄럽게 되었다. 브러싱된 샘플의 단면을 잘라 피복 두께를 측정한 결과 TiN 외층 및 대략 1/2의 Al2O3층은 모서리선을 따라 제거되었다.
C. 외부 초경합금 제조업자가 제조한 치열한 경쟁 관계에 있는 초경합금 제품이 밀링 시험 비교용으로 선택되었다. 상기 초경합금은 11.4 중량% Co, 0.1 중량% TiC, 1.9 중량% TaC, 0.4 중량% NbC, 잔량 WC 조성 및 0.90의 CW비를 가졌다. WC 결정 입도는 1.4 ㎛였다. 상기 삽입체는 총 5 ㎛의 TiN/TiC/TiC,N/TiC층으로 구성되는 PVD-피복을 가졌다.
D. 외부 초경합금 제조업자가 제조한 치열한 경쟁 관계에 있는 초경합금 제품이 밀링 시험 비교용으로 선택되었다. 상기 초경합금은 11.5 중량% Co, 0.2 중량% TiC, 1.4 중량% TaC, 잔량 WC 조성 및 0.97의 CW비를 가졌다. WC 결정 입도는 1.5 ㎛였다. 상기 삽입체는 총 4.8 ㎛의 TiN/TiC/TiC,N/TiC층으로 구성되는 종래 기술에 의한 CVD-피복을 가졌다.
조작 거친 표면 밀링, 커터 직경은 160 ㎜
공작물 선박용 커넥팅 로드
재료 6S42CrMo4V-주조 표면, 260HB
절삭 속도 151 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.15 ㎜/rev.
절삭 깊이 2 내지 3 ㎜
삽입체 형태 TPKN 2204 PDR
비고 10개 삽입체, 건식, 오버행, 약간의 진동
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 26
제품 B 39
경쟁 제품 C(종래 기술) 1.3
경쟁 제품 D(종래 기술) 13
공구 수명 표준은 모서리선의 치핑과 파괴였다.
실시예 2
E. 8.0 중량% Co, 0.1 중량% TiC, 잔량 WC 조성 및 0.88의 CW비를 갖는 초경합금 절삭 공구. WC 결정 입도는 3.2 ㎛였다. 상기 삽입체는 총 2.5 ㎛의 TiC/TiC,N/TiN층으로 구성되는 종래 기술에 의한 CVD-피복을 가졌다.
A, B, C 및 E로 제조된 삽입체가 표면 밀링 시험되었다.
조작 표면 밀링, R260.22-250
공작물 바아, 구멍을 갖는 200×250 ㎜
재료 SS2541
절삭 속도 100 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.4 ㎜/rev.
절삭 깊이 2 ㎜
삽입체 형태 SEKN 1204
비고 옵셋 20 ㎜, 단일치(single tooth), 건식, 구멍으로 인한 상이한 출구 각도, 약간의 진동
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 132
제품 B 19
경쟁 제품 C(종래 기술) 13
경쟁 제품 E(종래 기술) 7
공구 수명 표준은 모서리선의 치핑과 벌크 파괴였다.
실시예 3
F. 피복이 브러싱되지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 A에 기재된 것과 동일한 초경합금 절삭 공구.
G. 피복이 상이하게 브러싱되었다는 점을 제외하고는 실시예 B에 기재된 것과 동일한 초경합금 절삭 공구. 광학 현미경으로 브러싱된 삽입체를 검사한 결과 얇은 TiN층이 절삭 모서리를 따라서만 브러싱되어 그곳의 Al2O3층 표면은 매끄럽게 되었다. 브러싱된 샘플의 단면을 잘라 피복 두께를 측정한 결과 제거된 TiN 외층을 제외하고는 모서리선을 따라 피복의 감소는 없었다.
H. 외부 초경합금 제조업자가 제조한 치열한 경쟁 관계에 있는 초경합금 제품이 밀링 시험 비교용으로 선택되었다. 상기 초경합금은 9.5 중량% Co, 6.6 중량% TiC, 12.7 중량% TaC, 1.4 중량% NbC, 잔량 WC 조성 및 0.83의 CW비를 가졌다. 상기 삽입체는 피복되지 않았다.
A, B 및 F로 제조된 삽입체가 표면 밀링 시험되었다.
조작 거친 표면 밀링, R282.2-200-30
공작물 판재, 800×4200 ㎜
재료 Fe, 단조 표면, 모래 함유, 150 내지 250 HB
절삭 속도 100 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.19 ㎜/rev.
절삭 깊이 6 내지 8 ㎜
삽입체 형태 TPKN 2204 PDR
비고 건식, 11개 치(tooth), 고진동
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 F 26
제품 G 26
경쟁 제품 H(종래 기술) 7
공구 수명 표준은 모서리 치핑이었다.
실시예 4
I. 9.1 중량% Co, 1.2 중량% TaC, 0.3 중량% NbC, 잔량 WC 조성 및 0.89의 CW비를 갖는 초경합금 절삭 공구. WC 결정 입도는 1.7 ㎛였다. 상기 삽입체는 실시예 A에 기재된 것과 동일한 피복을 가졌다.
A, B, E 및 G로 제조된 삽입체가 사각형 쇼울더 시험(square shoulder test)되었다.
조작 풀 슬롯(full slot), 확대, 출구 각도 0, R290.90-063Q22-12M
공작물 바아, 200×600 ㎜
재료 SS1672, 부식 표면, 150 HB
절삭 속도 181 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.17 ㎜/rev.
절삭 깊이 3 내지 5 ㎜
삽입체 형태 R290.90-12T308PPM-WM
비고 건식, 5개 치(tooth), 칩 재절삭
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 63
제품 B 46
경쟁 제품 E(종래 기술) 25
경쟁 제품 I(종래 기술) 5
공구 수명 표준은 소성 변형으로 인한 모서리선 치핑이었다.
실시예 5
J. 실시예 A에 기재된 것과 동일하지만 브러싱이 상이한 초경합금 절삭 공구. 광학 현미경으로 브러싱된 삽입체를 검사한 결과 얇은 TiN층 및 Al2O3층이 절삭 모서리를 따라서만 브러싱되어 그곳의 TiC0.54N0.46층 표면은 매끄럽게 되었다. 브러싱된 샘플의 단면을 잘라 피복 두께를 측정한 결과 TiC0.54N0.46층은 감소되지 않았지만 TiN 외층 및 Al2O3층은 모서리선을 따라 제거되었다.
C, D, E, I 및 J로 제조된 삽입체가 표면 밀링 시험되었다. 각각의 두께가 35 ㎜인 두 개의 평행 바아는 절삭 본체의 상대적인 중심에 위치되었으며, 그 사이에 10 ㎜의 공극(airgap)을 갖고 놓여졌다.
조작 표면 밀링
공작물 2개의 바아, 35×600 ㎜
재료 SS1672, 부식 표면, 150 HB
절삭 속도 230 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.28 ㎜/rev.
절삭 깊이 3 ㎜
삽입체 형태 SPKN 1203 EDR
비고 습식, 1개 치(tooth)
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 J 27
경쟁 제품 C(종래 기술) 18
경쟁 제품 D(종래 기술) 22
경쟁 제품 E(종래 기술) 15
경쟁 제품 I(종래 기술) 22
공구 수명 표준은 코움 크랙의 생성으로 인한 치핑이었다.
실시예 6
A 내지 E로 제조된 삽입체가 선삭 시험되었다.
조작 페이싱(facing)
공작물 실린더, 180 ㎜
재료 SS2541, 300 HB
절삭 속도 220 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.3 ㎜/rev.
절삭 깊이 2 ㎜
삽입체 형태 CNMG 120408-PM
비고 건식
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 5
경쟁 제품 E(종래 기술) 4
공구 수명 표준은 소성 변형이었다.
실시예 7
A 및 E로 제조된 삽입체가 선삭 시험되었다.
조작 페이싱 및 종방향 선삭
공작물 실린더, 96 ㎜
재료 Sanmac 304L
절삭 속도 200 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.3 ㎜/rev.
절삭 깊이 2 ㎜
삽입체 형태 CNMG 120408-PM
비고 습식
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 4
경쟁 제품 E(종래 기술) 3
공구 수명 표준은 소성 변형으로 인한 측면 마모(flank wear)였다.
실시예 8
A 및 E로 제조된 삽입체가 저함량 함금강으로 선삭 시험되었다.
조작 페이싱, 모서리선 박리 시험
공작물 기계 가공 전의 실린더, 150 ㎜
재료 SS 2172
절삭 속도 130 m/min
이송 속도/치(tooth) 0.2 ㎜/rev.
절삭 깊이 2 ㎜
삽입체 형태 CNMG 120408-PM
비고 건식, 바뀔 때마다 5개의 삽입체 시험
결과 공구 수명, 단위는 분(min)
제품 A 5
경쟁 제품 E(종래 기술) 21
결과는 한 번 절삭 후의 평균값으로 계산되었다. 바뀔 때마다 5개의 삽입체가 시험되었다.

Claims (10)

  1. 미가공 표면 구역을 갖거나 갖지 않은 저합금강 및 중합금강, 즉 스테인리스강의 습식 또는 건식 기계 가공용으로 특히 유용한 초경합금체 및 피복을 포함하는 절삭 공구 삽입체에 있어서,
    상기 초경합금체는, 1.5 내지 2.5 ㎛(양호하게는 약 1.7 ㎛)의 평균 결정 입도를 갖는 WC와, 10.9 내지 13(양호하게는 11 내지 12) 중량% Co 및 0.2 내지 1.8 중량% TaC+NbC와, 0.87 내지 0.99의 CW비를 갖는 저함량 W 합금 결합제 상으로 구성되고,
    상기 피복은,
    - x+y+z=1(양호하게는 y>x 및 z<0.2)이며 두께가 0.1 내지 1.5 ㎛이며 입도가 <0.5 ㎛인 등축정을 갖는 TiCxNyOz제1층(가장 내부 층)과,
    - x+y+z=1(양호하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3)이며 두께가 1 내지 8 ㎛이며 직경이 약 <5 ㎛인 주상정을 가지며 TiCxNyOz층과,
    - 두께가 0.5 내지 5 ㎛인 매끄러운 미립(0.5 내지 2 ㎛) κ-Al2O3층과,
    - 양호하게는 두께가 <1 ㎛인 가장 외부의 TiCxNyOz(양호하게는 TiN)층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초경합금은 11.1 내지 11.7 중량% Co와 0.5 내지 1.7 중량% TaC+NbC의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  3. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, CW비가 0.90 내지 0.95인 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  4. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 존재한다면 상기 가장 외부의 TiCxNyOz층은 절삭 모서리를 따라 제거되는 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  5. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 κ-Al2O3층은 절삭 모서리를 따라 제거된 것을 특징으로 하는 절삭 삽입체.
  6. 초경합금체 및 피복을 포함하는 절삭 삽입체를 제조하는 방법에 있어서,
    평균 결정 입도가 1.5 내지 2.5 ㎛(양호하게는 약 1.7 ㎛)인 WC와, 10.9 내지 13(양호하게는 11 내지 12) 중량% Co 및 0.4 내지 1.8 중량% TaC+NbC와, 0.87 내지 0.99의 CW비를 갖는 저함량 W 합금 결합제 상으로 구성되는 WC-Co계 초경합금체는,
    - 공지된 CVD 방법을 사용하는 x+y+z=1(양호하게는 y>x 및 z<0.2)이며 두께가 0.1 내지 1.5 ㎛이며 입도가 <0.5 ㎛인 등축정을 갖는 TiCxNyOz제1층(가장 내부 층)과,
    - 850 내지 900 ℃의 양호한 온도 범위에서 층을 형성하기 위해 탄소 및 질소 공급원으로서 아세토니트릴을 사용하는 MTCVD 방법에 의해 증착된 x+y+z=1(양호하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3)이며 두께가 1 내지 8 ㎛이며 직경이 약 <5 ㎛인 주상정을 갖는 TiCxNyOz층과,
    - 공지된 CVD 방법을 사용하는 두께가 0.5 내지 5 ㎛인 매끄러운 미립 κ-Al2O3층과,
    - 양호하게는 두께가 <1 ㎛인 TiN층으로 피복되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 초경합금체는 11.1 내지 11.7 중량% Co와 0.5 내지 1.7 중량% TaC+NbC의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, CW비가 0.90 내지 0.95인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항, 제7항 또는 제8항에 있어서, 존재한다면 상기 가장 외부의 TiCxNyOz층은 절삭 모서리를 따라 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항, 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 Al2O3층은 절삭 모서리를 따라 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
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