KR20080019563A - 45 ｈｒｃ 를 초과하는 경질 철계 합금의 밀링용 초경 합금인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재 및 코팅을 포함하는 경도가 45 HRC를 초과하는 경화강, 공구강, 경질 주철 및 스테인리스강의 밀링용 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 기재는 경도가 1700∼2000 HV3 이고, 10°의 각 및 0.2 ㎜ 의 폭을 갖는 네거티브 챔퍼를 갖고 있으며, 이 네거티브 챔퍼의 날끝 기울기는 0∼40 ㎛ 이며, 상기 코팅은 균질의 Al_xTi_{1 - x}N-층 (x= 0.6∼0.67, 바람직하게는 x= 0.62) 을 포함하고, 두께가 1∼3.8㎛ 이다. 본 발명은 또한 상기 인서트의 제조 방법 및 용도에 관한 것이기도 하다.

절삭 공구 인서트, 밀링용 초경 합금 인서트

Description

45 ＨＲＣ 를 초과하는 경질 철계 합금의 밀링용 초경 합금 인서트{CEMENTED CARBIDE INSERTS FOR MILLING OF HARD FE-BASED ALLOYS ＞45 HRC}

본 발명은 경질 주철 및 경화강의 밀링에 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 박막 PVD-코팅은 기재와 결합하여 플랑크 마모 저항성 및 노치 마모 저항성을 현저히 향상시켜 소성 변형, 빗살 (comb) 균열 및 날선 칩핑에 대해 양호한 저항성을 제공한다.

경질 주철 및 경화강의 밀링은 일반적으로 황삭, 준황삭(semi-roughing), 준연삭(semi-finishing) 및 연삭으로 분류할 수 있다. 경화강, 강철, 공구강 및 주철의 밀링에 있어서, 날선 칩핑 및 노치 마모가 지배적인 마모 메커니즘 가운데 하나이다.

본 발명의 목적은 경질 주철, 강철, 공구강 및 경화강의 밀링에 특히 유용한 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 날선 보호 및 마모 저항성이 개선되고, 양호한 소성 변형 저항성을 갖는 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

날끝을 예리하게 하는 특수한 날끝 처리와 함께 상대적으로 박막의 PVD-코팅과 결합되어 초경합금 기재를 함유하는 경질 입방 탄화물은, 날끝 라인 보호, 마모 저항성을 현저히 개선할 뿐 아니라 소성 변형에 대한 양호한 저항성을 제공하여, 45 HRC 를 초과하는 경도를 갖는 경화강 및 경질 주철의 밀링시에 작업물 표면상의 표면 품질 및 공구 수명을 개선하는 결과를 가져다준다.

기재는, 1700∼2000 HV3 의 경도를 갖고, TaC, NbC 및 TiC 또는 이들의 혼합물로서 첨가되어 있는 5.4∼6.3 중량% Co, 바람직하게는 5.7∼6.1 중량% Co 와, 0.7∼1.0 중량% Ta+Nb, 바람직하게는 0.6∼0.95 중량% Ta+Nb, 가장 바람직하게는 0.7∼0.9 중량% Ta+Nb 및, 5.0∼7.0 중량% Ti, 바람직하게는 5.5∼6.5 중량% Ti, 가장 바람직하게는 6.0∼6.4 중량% Ti 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, 소결시 Hc 값이 20∼26 ㎄/m, 바람직하게는 21∼25 ㎄/m 인 초경 합금을 포함한다.

코발트 결합상은 텅스텐과 합금되어, 본 발명의 초경 합금이 원하는 특성을 갖도록 해준다. 결합상 내의 텅스텐은 코발트의 자성에 영향을 주며 결과적으 로 아래와 같이 정의되는 CW-비율 에 관계된다.

CW-비율 = (Co의 자성%) / (Co 의 중량%)

여기서 Co 의 자성% 는 Co 의 자성의 중량%이며, Co 의 중량% 는 초경합금 내의 Co 의 중량% 이다.

CW-비율은 텅스텐-합금의 정도에 따라 1 에서 약 0.75 사이에서 변화한다. CW-비율이 낮다는 것은 텅스텐이 높다는 것을 나타내며, CW=1 은 결합상 내에서 실질적으로 텅스텐이 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 본 발명에 따른 초경 합금체는 0.75∼0.95, 바람직하게는 0.78∼0.90 의 CW-비율을 갖는다.

코팅되지 않은 기재는 10°의 각과 0.2 ㎜ 의 폭을 갖는 네거티브 챔퍼를 갖고, 이 네거티브 챔퍼의 날끝 기울기(sharpness) 는 0∼40 ㎛ 가 된다.

코팅은 균질의 Al_xTi_{1 - x}N-층 (x= 0.6∼0.67, 바람직하게는 x= 0.62) 을 포함한다. 층의 총 두께는 1 ㎛ 초과, 바람직하게는 1.8 ㎛ 초과이지만, 3.8 ㎛ 미만, 바람직하게는 3.0 ㎛ 미만이다. 조성 및 두께는 노즈 반경으로부터 1 ㎜ 및 절삭 날끝으로부터 200 ㎛ 지점인 플랭크면 상에서 결정된다.

본 발명은 또한 초경 합금 기재 및 코팅으로 이루어진 코팅된 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 관한 것이기도 하다. 초경 합금 기재는 코팅전에 10°의 각과 0.2 ㎜ 의 폭을 갖는 네거티브 챔퍼를 가지며, 이 네거티브 챔퍼의 날끝 기울기가 0∼40 ㎛ 가 되며, 상기 초경 합금 기재는 통상의 분말 야금 기술인 밀링, 프레싱 및 소결을 사용하여 이루어진다.

기재는, 1700 ∼ 2000 HV3 의 경도를 갖고, TaC, NbC 및 TiC 또는 이들의 혼합물로서 첨가되어 있는 5.4∼6.3 중량% Co, 바람직하게는 5.7∼6.1 중량% Co 와, 0.7∼1.0 중량% Ta+Nb, 바람직하게는 0.6∼0.95 중량% Ta+Nb, 가장 바람직하게는 0.7∼0.9 중량% Ta+Nb 및, 5.0∼7.0 중량% Ti, 바람직하게는 5.5∼6.5 중량% Ti, 가장 바람직하게는 6.0∼6.4 중량% Ti 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, 소결시 Hc 값이 20∼26 ㎄/m, 바람직하게는 21∼25 ㎄/m 인 초경 합금을 포함한다.

통상의 후소결 처리 후, Al_xTi_{1 - x}N (x= 0.6∼0.67, 바람직하게는 x= 0.62) 를 포함하는 코팅은 N₂ 가스 분위기에서 적절한 조성의 TiAl-합금으로 이루어진 타겟 재료를 사용하여 음극 아크 증발에 의해 증착된다. 코팅의 총 두께는 1 ㎛ 초과, 바람직하게는 1.8㎛ 초과이지만, 3.8㎛ 미만, 바람직하게는 3.0㎛ 미만이다.

본 발명은 또한, 50 ∼ 180 m/min 의 절삭 속도 및 0.1 ∼ 0.4 mm/rev 의 이송 속도로 45 HRC 를 초과하는 경도를 갖는 강철, 공구강, 경화강 및 경화 주철의 밀링을 위한 상기에 따른 인서트의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 경질 주철, 강철, 공구강 및 경화강의 밀링에 특히 유용한 절삭 공구 인서트를 제공하여, 절삭 공구 인서트의 날선 보호 및 마모 저항성이 개선되고, 소성 변형 저항성이 양호해진다.

예 1

A. TaC, NbC 및 TiC 의 형태로 첨가된 5.90 중량% Co, 0.56 중량% Ta, 0.35 중량% Nb, 6.16 중량% Ti 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, 소결시 Hc-값이 23 ㎄/m 이며, CW-비율이 0.86 에 대응하는 텅스텐과 합금된 결합상을 갖는 본 발명에 따른 밀링 인서트 초경 합금 밀링 인서트는, Ti₃₃Al₆₇-합금으로 이루어진 타겟 재료를 사용하여 음극 아크 증발에 의해 2.9 ㎛ 의 균질 Al_{0 .62}Ti_{0 .38}N-PVD-층으로 코팅되어 있다. 아크 증발은 N₂ 가스 분위기에서 수행되었다.

B. (참조) 3.70 중량% Co, 1.43 중량% Ta, 0.42 중량% Nb 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, Hc-값이 23 ㎄/m 이며, CW-비율이 0.9 인 상용 초경합금 밀링 인서트. 인서트는 A 에서와 같이 2.9 ㎛ 의 (Ti,Al)N PVD-코팅에 의해 코팅되어 있다.

예 2

A 및 B 의 인서트는 주철 선삭에서 시험되었다.

작업: 측면 긴 날끝 밀링

작업물: 고정자 및 회전자 세그먼트

재료: 카바이드 함유 오스테나이트강 (C= 1.15)

경도 55 ∼ 58 HRC

절삭 속도: 125 m/min (n=500)

이송 속도: 700 ㎜/min (fz=0.28)

절삭 깊이: 반경방향 A_e= 1∼2 ㎜, 축방향 A_p= 50∼70 ㎜

인서트 형태: SECT120612 T02010

비고: 건식 밀링

인서트 교체 기준: 날끝 라인 칩핑 및/또는 인서트 파괴 위험

결과:

A 등급: (본 발명) 21 세그먼트

B 등급: (종래기술) 15 세그먼트

예 3

A 및 B 의 인서트는 주철 밀링에서 시험되었다.

작업: 측면 긴 날끝 밀링

작업물: 고정자 및 회전자 세그먼트

재료: 오스테나이트계 공구강

경도 60 HRC

절삭 속도: 85 m/min (n=340)

이송 속도: 320 ㎜/min (fz=0.19)

절삭 깊이: 반경방향 A_e= 1∼2 ㎜, 축방향 A_p= 50∼70 ㎜

인서트 형태: SECT120612 T02010

비고: 건식 밀링

인서트 교체 기준: 날끝 라인 칩핑 및/또는 인서트 파괴 위험

결과:

A 등급: (본 발명) 8 세그먼트 (H1P)

B 등급: (종래기술) 2 세그먼트 (H05)

Claims (5)

1. 기재 및 코팅을 포함하는 경화강, 공구강, 경질 주철 및 스테인리스강의 밀링용 절삭 공구 인서트로서,

   상기 기재는 경도가 1700∼2000 HV3 이고, 10°의 각 및 0.2 ㎜ 의 폭을 갖는 네거티브 챔퍼를 갖고, 이 네거티브 챔퍼의 날끝 기울기는 0∼40 ㎛ 이며,

   상기 코팅은 균질의 Al_xTi_{1 - x}N-층 (x= 0.6∼0.67, 바람직하게는 x= 0.62) 을 포함하고, 총 두께가 1㎛ 초과, 바람직하게는 1.8㎛ 초과이지만, 3.8㎛ 미만, 바람직하게는 3.0㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 밀링용 절삭 공구 인서트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 TaC, NbC 및 TiC 또는 이들의 혼합물의 형태로 첨가되어 있는 5.4∼6.3 중량% Co, 바람직하게는 5.7∼6.1 중량% Co, 0.7∼1.0 중량% Ta+Nb, 바람직하게는 0.6∼0.95 중량% Ta+Nb, 가장 바람직하게는 0.7∼0.9 중량% Ta+Nb 및, 5.0∼7.0 중량% Ti, 바람직하게는 5.5∼6.5 중량% Ti, 가장 바람직하게는 6.0∼6.4 중량% Ti 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, 소결시 Hc-값이 20∼26 ㎄/m, 바람직하게는 21∼25 ㎄/m 이고 CW 가 0.75∼0.95, 바람직하게는 0.78∼0.90 인 것을 특징으로 하는 밀링용 절삭 공구 인서트.
3. 종래의 분말 야금 기술인 밀링, 프레싱 및 소결을 사용하여 만들어진 초경 합금 기재 및 코팅으로 이루어진 절삭 공구 인서트의 제조 방법으로서,

   상기 기재는 경도가 1700∼2000 HV3 이고, 10°의 각 및 0.2 ㎜ 의 폭을 갖는 네거티브 챔퍼를 갖고, 이 네거티브 챔퍼의 날끝 기울기는 0∼40 ㎛ 이며,

   Al_xTi_{1 - x}N-층 (x= 0.6∼0.67, 바람직하게는 x= 0.62) 을 포함하는 상기 코팅은, 적절한 조성을 갖는 TiAl-합금으로 이루어진 타겟 재료를 사용하여 N₂ 가스 분위기에서 음극 아크 증발에 의해 증착되며, 이 결과 코팅의 총 두께는 1 ㎛ 초과, 바람직하게는 1.8㎛ 초과이지만, 3.8㎛ 미만, 바람직하게는 3.0㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기재는 TaC, NbC 및 TiC 또는 이들의 혼합물의 형태로 첨가되어 있는 5.4∼6.3 중량% Co, 바람직하게는 5.7∼6.1 중량% Co, 0.7∼1.0 중량% Ta+Nb, 바람직하게는 0.6∼0.95 중량% Ta+Nb, 가장 바람직하게는 0.7∼0.9 중량% Ta+Nb, 5.0∼7.0 중량% Ti, 바람직하게는 5.5∼6.5 중량% Ti, 가장 바람직하게는 6.0∼6.4 중량% Ti 및 잔부 WC 의 조성을 가지며, 소결시 Hc-값이 20∼26 ㎄/m, 바람직하게는 21∼25 ㎄/m 이고 CW 가 0.75∼0.95, 바람직하게는 0.78∼0.90 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
5. 절삭 속도 30∼180 m/min 및 이송 속도 0.1∼0.4 ㎜/rev 로, 경도가 45 HRC 를 초과하는 경화강 및 경질 주철의 밀링을 위한, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 상 기 인서트의 용도.