KR20220023554A - 절삭공구용 초경합금 - Google Patents

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KR20220023554A
KR20220023554A KR1020200105427A KR20200105427A KR20220023554A KR 20220023554 A KR20220023554 A KR 20220023554A KR 1020200105427 A KR1020200105427 A KR 1020200105427A KR 20200105427 A KR20200105427 A KR 20200105427A KR 20220023554 A KR20220023554 A KR 20220023554A
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Abstract

본 발명은 WC가 포함된 경질상, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 결합상 및 분말 상태의 고용 금속(M1M2...Mn)이 결합되어 이루어지는 합금에 있어서, 상기 고용 금속은 C, N이 1중량%이하 함유된 금속원소인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 초경합금에 관한 것이다.

Description

절삭공구용 초경합금{Cemented carbide for cutting tools}
본 발명은 절삭공구용 초경합금에 관한 것으로, 바람직하게는 HCP 주상과 FCC 부속상의 분율을 조절하여 고온 항절력을 강화한 절삭공구용 초경합금에 관한 관한 것이다.
절삭가공에 쓰이는 금속도구들은 주로 초경합금, 써메트(cermet), 기타 특수강 등을 사용하거나 또는 세라믹스로 가공된 공구를 사용하고 있다. 그 중 초경합금은 경질의 텅스텐 탄화물(WC)입자를 Co, Ni 및 Fe등으로 제공되는 결합상과 혼합하여 제조되는 합금재로 경도가 높고 인성이 강하여 금속 또는 높은 인성을 가진 세라믹을 가공할 때 통상적으로 사용되고 있다.
절삭공구용 금속재료로는 일반적으로 경도와 내마모성이 우수한 재료를 선택하는 것이 우선이지만, 절삭 과정중에 마찰로 인해 발생되는 약 1,000℃ 이상의 고온환경에 지속적으로 노출되고, 표면에 마찰과 산화가 발생하게 되므로, 고온환경에서의 물리적 화학적 안정성을 확보하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일 예로, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0086457에서는 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf 및 Ta등의 고용금속을 포함한 초경 제조용 고용체 분말을 제안하였으며, 일본 등록특허공보 05482602에는 합금 표면의 결정구조를 변화하여 내열균열성을 강화한 절삭공구 제조 방법을 제안하였다. 본 출원자 역시 대한민국 등록특허공보 제10-1737709호를 통해 초경합금 모재 상에 α-Al2O3을 모재로 하는 경질피막을 형성하는 방법을 제안하였다. 하지만 상업적으로 대량생산이 가능하며, 생산 비용대비 강화 효과가 우수한 초경합금 제조 방법이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0086457호 (2012.08.03.) 일본 등록특허공보 05482602 (2014.02.28.) 대한민국 등록특허공보 제10-1737709호 (2017.05.18.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 C, N이 1중량%이하 함유된 금속원소가 결합상에 고용된 절삭공구용 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 결합상이 HCP및 FCC구조를 동시에 가지며, 그 분율이 70 내지 95인 절삭공구용 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 WC가 포함된 경질상, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 결합상 및 분말 상태의 고용 금속(M1M2...Mn)이 결합되어 이루어지는 합금에 있어서, 상기 고용 금속은 C, N이 1중량%이하 함유된 금속원소인 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 합금에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 절삭공구용 초경합금의 표면에서부터 15㎛ 내지 100um 깊이의 단면을 기준으로, 상기 결합상은 조밀육방격자(HCP)의 주상과 면심입방격자(FCC)의 부속상을 가질 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 주상의 분율과 상기 부속상의 분율이 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
70 ≤ HC/(HC+FC) < 95
(상기 관계식 1에서 HC는 결합상 내 주상의 부피%를 의미하며, FC는 결합상 내 부속상의 부피%를 의미한다)
상기 일 양태에 있어, 600 내지 800℃에서의 항절력을 CH로 정의하고, 20 내지 30℃에서의 항절력을 CL로 정의할 때, CH/CL 이 60 내지 80일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 주상은 상기 부속상에 비해 2배 이상의 부피%를 가질 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고용 금속은 Cr, Zr, Nb, Mo, Ti, Hf, Ta 및 V로 이루어진 군에서부터 선택되는 하나 이상의 금속원소일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 고용 금속은 Cr, Ta 및 Ti로 이루어질 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 절삭공구용 초경합금은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
1.0 ≤ WCr + WTi ≤ 10.0
(상기 관계식 2에서 WC은 Cr 또는 Cr 함유 합금의 중량%이며, 상기 WT는 Ti 또는 Ti 함유 합금의 중량%이다)
상기 일 양태에 있어, 상기 절삭공구용 초경합금은, 80 내지 90 중량%의 WC, 5 내지 15중량%의 Co를 바탕으로, Cr 또는 Cr 함유 합금을 0.1 내지 3 중량%, Ta 또는 Ta 함유 합금을 0.9 내지 9.9 중량%, Ti 또는 Ti 함유 합금을 1 내지 10 중량% 및 나머지 불가피한 불순물로 이루어지되, 상기 Cr 또는 Cr 함유 합금과 상기 Ta 또는 Ta 함유 합금이 둘 다 0 중량%이 아닐 수 있다.
본 발명에 의하면, 고용 금속은 C,N이 1% 이하 함유된 금속원소를 분말 상태로 제공함으로써 고온 항절력을 강화하였다.
이를 통해, 절삭에 직접적으로 기여하는 절삭날의 변형을 방지하고, 강도를 유지할 수 있으며, 절삭공구의 수명 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초경합금의 상온 항절력 및 고온 항절력을 비교한 그래프이다.
도 2는 실시예 1과 CNMG120408로 S45C를 선삭 절단한 뒤 절단면을 촬영한 사진이다.
도 3은 실시예 1과 SNMG120408로 SUS316을 선삭 절단한 뒤 절단면을 촬영한 사진이다.
도 4는 실시예 1과 SNMG120408로 Ti-6Al-4V를 선삭 절단한 뒤 절단면을 촬영한 사진이다.
이하 본 발명에 따른 절삭공구용 초경합금에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명은 하나 이상의 고용 금속(M1M2...Mn)이 첨가된 절삭공구용 초경합금에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 절삭공구용 초경합금은 WC가 포함된 경질상과 Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 1종 이상의 결합상 및 소정의 고용 금속(M1M2...Mn)이 첨가되어 제조될 수 있다. 이하, 상기 결합상을 구성하는 원소로 Co를 예로써 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고용 금속(M1M2...Mn)은 Cr, Zr, Nb, Mo, Ti, Hf, Ta 및 V로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속일 수 있으며, 바람직하게는 Cr, Ta 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 고용 금속(M1M2...Mn)은 상기 절삭공구용 초경합금에 분말 상태로 첨가될 수 있으며, 또는 상기 고용 금속에 C 및 N이 1 중량% 이하 함유된 합금형태의 분말로 첨가될 수 있다.
기존의 WC-Co합금에서는 소정의 금속(M1M2...Mn)이 첨가되는 경우, 탄화물(M1M2...C), 질화물(WM1M2...)N 또는 탄질화물(WM1M2...)CN 형태로 첨가되었다. 이 경우, 상기 C 및 N으로 인해 첨가하고자 하는 소정의 금속(M1M2...Mn)의 고용도가 상대적으로 감소되는 결과를 초래하게 된다.
하지만 본 발명에서는 상기 소정의 금속이 탄화물, 질화물 또는 탄질화물 형태가 아닌 금속 분말, 더 바람직하게는 C 및 N이 1중량% 이하로 결합된 합금형태의 분말로 첨가될 수 있다. 상기 소정의 금속이 C 및 N과 C 및 N이 1중량% 이하로 결합된 분말을 첨가할 경우, 상기 Co 결합상에 용해되는 속도가 더 빠르기 때문에 동일한 조건에서 다량이 용해될 수 있다. 이러한 이유로 상기 Co 결합상 내에서의 상기 금속의 고용도를 상승시킬 수 있다. 이를 통해 상기 절삭공구용 초경합금의 상온 및 고온 항절력을 향상할 수 있다.
본 발명의 다른 일 특징에 따르면, 상기 Co 결합상은 상기 고용 금속(M1M2...Mn)과 혼합 및 탄화 또는 탄질화하는 과정을 거치며 두 개 이상의 격자상으로 나눠질 수 있다. 이 때, 하나의 격자상은 Co 결합상 내에 존재하는 다른 하나의 격자상과 대비하여 2배 이상의 높은 부피%를 가질 수 있다. 이하, 상기 2배 이상의 부피%를 갖는 격자상을 주상으로 정의하며, 상대적으로 낮은 부피%를 가지는 격자상을 부속상으로 정의할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 Co 결합상 내 주상은 조밀육방격자(HCP) 구조의 Co(이하 α-Co)일 수 있으며, 상기 부속상은 면심입방격자(FCC)구조를 갖는 Co(이하 β-Co)일 수 있다.
일반적으로 상기 Co 결합상에 금속 원소가 고용되면 상기 α-Co과 상기 β-Co 중 상온에서 안정한 α-Co이 증가하게 된다. 즉, 상기 Co 결합상 내 α-Co의 분율이 증가한다는 것은 같은 소성 조건에서 상기 Co 결합상 내 더 많은 금속 원소가 고용되었음을 의미한다.
아울러, 상기 금속 원소는 상기 Co 결합상이 이루는 격자 사이에 고용되어 침입형 고용체(Interstitial solid solution)를 형성할 수 있다. 이러한 결과로 상기 Co의 격자상수는 3.6Å 이상으로 증가할 수 있으며, 동시에 상기 침입형 고용체로 인하여 상기 절삭공구용 초경합금에 고용강화가 증가하여 상기 절삭공구용 초경합금의 기계적 특성이 향상될 수 있다. 다시 말해, 상기 Co 결합상 내 α-Co의 부피%와 상기 β-Co의 부피%를 조절하여 상기 절삭공구용 초경합금의 기계적 특성을 강화할 수 있다.
통상적으로 절삭공구용 초경합금은 표면으로부터 5 내지 10㎛ 깊이에는 WC-Co로 구성된 인성강화층이 형성되며 10㎛ 이상의 깊이에 Co 결합상이 형성될 수 있다. 이러한 이유로 표면에서부터 10㎛ 이상의 깊이, 더 바람직하게는 표면으로부터 15 내지 100㎛ 깊이의 단면을 기준으로, 상기 α-Co의 부피%와 상기 β-Co의 부피%는 하기 관계식 1을 만족하는 범위 내에서 선택될 수 있다.
[관계식 1]
70 ≤ HC/(HC+FC) < 95
(상기 관계식 1에서 HC는 Co 내에서의 α-Co의 부피%를 의미하며, FC는 Co 내에서의 β-Co의 부피%를 의미한다)
상기 HC/(HC+FC)가 70 미만이면, 상기 Co 결합상 내 고용되는 금속 원소의 양이 부족하다는 것을 의미하고, 이는 상기 Co 결합상 내 형성되는 침입형 고용체(Interstitial solid solution)가 부족하여 강도가 감소될 수 있음을 의미한다. 실제로 상기 HC/(HC+FC)가 70 미만이면, 고속절삭에서 공구의 마모가 빠르고 열변형이 발생할 수 있다. 이는 공구의 수명이 단축을 초래한다. 반면에 상기 HC/(HC+FC)가 95를 초과하면 Co 결합상 내 형성되는 침입형 고용체가 과도하여 인성이 감소하며 취성이 증가하여 쉽게 파손될 수 있다. 이러한 이유로, 상기 HC/(HC+FC)는 70 내지 95인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 75 내지 90일 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 의한 절삭공구용 초경합금은, 80 내지 90 중량%의 WC, 5 내지 15중량%의 Co를 바탕으로, Cr 또는 Cr 함유 합금을 0.1 내지 3 중량%, Ta 또는 Ta 함유 합금을 0.9 내지 9.9 중량%, Ti 또는 Ti 함유 합금을 1 내지 10 중량% 및 나머지 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 절삭공구용 초경합금은 Co가 최소 0.1 중량% 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 포함할 수 있다. 더 바람직하게는 5 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 Co가 상술한 범위를 벗어나면, 예를 들어 상기 Co의 중량%가 0.1에 미치지 못하면 상기 절삭공구용 초경합금의 인성이 저하되며, 경도가 감소하여 마모되기 쉽다. 반대로, 상기 Co가 15 중량% 이상 포함되면, WC 경질상과 Co 결합상의 결합이 약화되어, 굽힘강도(항절력) 및 내파손성이 저하될 수 있다. 이러한 이유로 상기 Co는 0.1 중량%이상, 15 중량% 미만인 것이 바람직하다.
실시 예에 따르면, 상기 Co는 단일 또는 Ni 등의 다른 금속 성분이 일부 치환된 혼성분말로 포함될 수 있으며, 상기 Co 분말은 1.0 내지 1.8 ㎛의 평균 입도를 가질 수 있다. 일반적으로 Co의 입도가 작고 균일하게 분산될수록 기계적 특성이 우수하나, Co 분말의 평균 입도가 1.0㎛ 미만이면, 상기 Co가 포함된 결합상이 WC 경질상 및 다른 금속 첨가물과 쉽게 결합되어 초경합금 제품의 피로충격에 대한 내성이 감소하며, 동시에 분말을 미세화하는데 소요되는 시간이 증가하여 생산성이 저하될 수 있다.
반면에 Co 분말의 평균 입도가 1.8㎛을 초과하면 Co 분말이 균일하게 분포되지 못하고 미세한 입자 영역과 조대한 입자 영역이 불균일하게 분포하여 인성이 감소하고 내충격성이 감소하여 공구수명이 감소할 수 있다.
또한, 상기 절삭공구 내 포함되는 고용 금속(M1M2...Mn)은 Cr, Ta 및 Ti 또는 Cr, Ta 및 Ti 중 하나 이상을 포함하는 합금으로 제공될 수 있으며, 상기 고용 금속은 분말 형태로 첨가될 수 있다.
이 때, 상기 고용 금속(M1M2...Mn)의 평균입도는 0.3 내지 2.0㎛ 일 수 있다. 상기 분말의 평균 입도가 0.3㎛ 미만이면 분말을 미립화 하는데 과도한 비용과 시간이 소모되어 생산성이 감소할 수 있으며, 상기 분말의 평균 입도가 2.0㎛를 초과하면 절삭가공시 입자가 탈락하여 경도가 감소될 수 있으며, 공구의 수명이 감소될 수 있다. 또한, 절삭공구 표면에 추가적으로 코팅을 수행하는 경우 코팅이 박리하는데 원인이 될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 Cr과 상기 Ti의 중량%는 하기 관계식 2를 만족하는 범위 내에서 선택될 수 있다.
[관계식 2]
1.0 ≤ WCr + WTi ≤ 10.0
(상기 관계식 2에서 WC은 Cr 또는 Cr 함유 합금의 중량%이며, 상기 WT는 Ti 또는 Ti 함유 합금의 중량%이다)
상기 WCr와 WTi의 합이 1.0 중량% 미만이면, 상기 Cr과 Ti의 함량이 너무 적어 고용강화 효과를 기대하기 어렵고 WC 내에 결정립 성장(Grain growth) 이 발생하여 절삭 성능이 감소될 수 있다. 반면에 WCr와 WTi의 합이 10.0 이상이면 상기 절삭공구용 초경합금의 열확산율이 저하되어 내열균열성이 감소될 수 있다. 이는 절삭 과정에서 균열 및 파괴 발생 확률이 증가 될 수 있으며, 표면박리 현상이 발생되는 원인이 된다.
실시 예에 따르면, 상기 절삭공구용 초경합금은, 80 내지 90 중량%의 WC, 5 내지 15중량%의 Co를 바탕으로, Cr 또는 Cr 함유 합금을 0.1 내지 3 중량%, Ta 또는 Ta 함유 합금을 0.9 내지 9.9 중량%, Ti 또는 Ti 함유 합금을 1 내지 10 중량% 및 나머지 불가피한 불순물로 이루어지되, 상기 Cr 또는 Cr 함유 합금과 상기 Ta 또는 Ta 함유 합금이 둘 다 0 중량%는 아닐 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 절삭공구용 초경합금을 모재로 하여, 이 모재의 표면에 1층 이상의 내마모층을 형성할 수 있다. 상기 내마모층을 형성하는 방법으로는 기 공지되어진 물리적 기상증착(PVD) 또는 화학적 기상증착(CVD)에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 절삭공구에 인선 부분에 형성된 내마모층의 표면조도(Ra)가 소정의 기준, 예를 들어 5.0㎛ 이하로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 절삭공구용 초경합금에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
WC, Co및 상기 Co에 첨가될 Cr, Ta 및 WTiCN 메탈분말을 준비하였다. 이 후, WC 82.5중량% Co 7.5중량%, Cr 1중량%, Ta 5중량% 및 WTiCN 4 중량%로 혼합하여 원료분말을 제조하였다.
상기 원료분말을 총중량이 1,500 g이 되도록 칭량하고, 칭량된 원료분말에 20 내지 30kg 초경볼을 채우고 알콜 용매 1L에 첨가하여 15시간 동안 밀링하였으며, 밀링을 통해 분쇄 및 혼합된 원료분말을 150℃에서 1시간 건조하여 혼합분말을 제조하였다. 상기 혼합분말을 CNMG120408 및 SNMG120408 및 24mm x8 mm x 4mm 블럭 타입의 형상용 금형을 통해 2ton/㎠의 압력으로 프레스를 수행하여 성형체를 제조하였다.
다음으로, 600℃에서 탈지(dewaxing) 공정을 수행하였고, 성형체 제조과정에 투입된 유기 바인더 성분을 제거하였다. 이 후, Ar 100bar에서 1,400℃, 2시간 이내로 소결을 진행하였다. 상기 소결된 금속은 불활성 가스 분위기에서 60분에 거쳐 1,000℃로 냉각하였다. 마지막으로 1,000℃까지 냉각된 소결금속을 자연냉각하였다.
[실시예 2]
1,400℃에서 소결된 금속을 30분에 거쳐 1,000℃로 냉각한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 3]
Cr 및 Ta 메탈분말을 Cr로 대체한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 4]
1,400℃에서 소결된 금속을 30분에 거쳐 1,000℃로 냉각한 것 외의 모든 과정을 실시예 3과 동일하게 수행하였다.
[실시예 5]
Cr 및 Ta 메탈분말을 Ta로 대체한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 6]
1,400℃에서 소결된 금속을 30분에 거쳐 1,000℃로 냉각한 것 외의 모든 과정을 실시예 5와 동일하게 수행하였다.
[비교예 1]
Cr 및 Ta 메탈분말을 Cr3C2 및 TaC로 대체한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 2]
Cr 및 Ta 메탈분말을 Cr3C2로 대체한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[비교예 3]
Cr 및 Ta 메탈분말을 TaC로 대체한 것 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[분석 및 성능 평가]
1) EBSD 분석:
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3으로 제조된 절삭공구용 초경합금의 미세조직을 분석하기 위하여, EBSD(Electron Backscatter Diffraction) 분석을 실시하였다. 하기 표 1에서 α-Co은 Co 결합상 내 조밀육방격자(HCP) 구조의 부피%, β-Co는 Co 결합상 내 면심입방격자(FCC)구조의 부피%를 의미하며, α/(α+β)는 하기 관계식 1에서의 HC/(HC+FC)를 의미한다.
[관계식 1]
70 ≤ HC/(HC+FC) < 95
(상기 관계식 1에서 HC는 Co 내에서의 α-Co의 부피%를 의미하며, FC는 Co 내에서의 β-Co의 부피%를 의미한다)
2) 고온/상온 항절력 측정:
고온 및 상온 항절력은 JIS B-4104 시험법을 기준으로 측정하였다. 구체적으로, 길이 24.0mm 폭 8.0mm,두께 4.0mm인 시험편을 제조하였으며, 25℃의 상온에서, 700℃의 고온에서의 항절력을 측정하였다. 상기 고온 항절력은 시험편을 700℃에서 2시간 동안 유지 후 측정하였다.
상술한 분석 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
α-Co
(%)		 β-Co
(%)		 α/(α+β)
(%)		 항절력(kgf/㎟)
700℃ 25℃ CH/CL
실시예 1 0.019 0.005 79 200 265 75
실시예 2 0.02 0.0045 82 221 280 73
실시예 3 0.03 0.0078 80 240 330 73
실시예 4 0.04 0.0073 85 260 350 74
실시예 5 0.022 0.008 75 245 310 70
실시예 6 0.022 0.007 76 260 321 73
비교예 1 0.02 0.009 69 135 230 59
비교예 2 0.017 0.0078 68 165 300 55
비교예 3 0.018 0.0079 69 145 285 51
상기 표 1에서 CH는 700℃에서의 항절력, 즉 고온 항절력을 의미하며, CL는 25℃에서의 항절력, 즉 상온 항절력을 의미한다. 또한, CH/CL는 상기 상온 항절력 대비 고온 항절력을 의미하며, 상기 CH를 상기 CL로 나눈 값에 100 곱하여 산출하였다.
상기 표 1에 따르면 본 발명의 실시예 1 내지 6으로 제조된 초경합금은 700℃에서의 고온 항절력(CH)이 200 내지 300, 25℃에서의 상온 항절력(CL)이 250 내지 350인 것을 확인할 수 있다.
반대로 통상적인 방법으로 제조된 비교예1 내지 3의 경우 25℃에서의 상온 항절력(CL)은 200 내지 300으로 실시예1 내지 6과 비교하여 큰 차이를 보이지 않았으나, 700℃에서는 고온 항절력(CH)이 100 내지 200이며, 평균으로 비교 시 약 1.4배 이상으로 고온 항절력(CH)이 향상되었음을 확인할 수 있다. 이는 상술하였듯이 Cr Ti를 분말로 첨가한 실시예 1 내지 6의 경우, 동일한 조건에서 더 많은 Cr 및 Ta가 상기 Co 결합상에 고용되어 침입형 고용체(Interstitial solid solution)를 형성하였으며, 이로 인하여 고용강화가 증가하여 고용 항절력(CH)이 향상된 것을 확인할 수 있다.
반면에, 소정의 탄소(C)를 포함하는 탄화물 또는 질화물로 첨가된 비교예 1 내지 3은 상대적으로 적은 양의 Cr 및 Ta가 고용되었기 때문에 고온 항절력(CH)이 상대적으로 감소되었음을 알 수 있다.
아울러, 상온 항절력 또한 상기 실시예 1 내지 6은 250 내지 350으로 상기 비교예 1 내지 3의 230 내지 300보다 더 향상되었음을 확인할 수 있다.
마지막으로, 상온 항절력 대비 고온 항절력(CH/CL)은 상기 실시예 1 내지 6은 70 내지 75로 상기 비교예 1 내지 3의 51 내지 59에 비해 약 1.3배 이상 높은 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 상기 침입형 고용체가 고온 및 상온에서도 강도 향상에 기여하고 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초경합금의 상온 항절력 및 고온 항절력을 비교한 그래프이다.
상기 도 1을 참조하면 앞서 설명하였듯이 실시예 1 내지 6의 상온 항절력(CL)과 고온 항절력(CH)이 모두 비교예 1 내지 3의 상온 항절력(CL)과 고온 항절력(CH)에 비해 향상되었음을 확인할 수 있다. 아울러, 상기 상온에서 고온으로 온도가 증가하였을 때 감소하는 항절력 감소율(%) 또한 실시예 1 내지 6이 비교예 1 내지 3보다 더 감소하였음을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 절삭공구용 초경합금은 상온 및 고온에서도 모두 높은 항절력을 가지며, 온도가 증가함에 따라 물성이 감소되는 것 또한 최소화 할 수 있음을 확인할 수 있다.
3) 절삭평가 비교 실험
실시예 1에 따라 제조된 절삭공구용 초경합금과 통상적으로 사용하는 절삭공구강인 CNMG120408를 대상으로 절삭 수명을 비교하였다. 구체적으로 상기 실시예 1에 따라 제조된 절삭공구용 초경합금을 CNMG120408와 동일한 크기(ISO-13399 규정에 따름)로 절삭 인써트를 제조하였으며, 하기 표 2의 조건으로 선삭 절단하였다. 절단 후 절삭날에 대하여 도 2 내지 도 4에 개시하였다.
피삭재 Vc(m/min) fn(㎜/min) AP(㎜) 절삭유
도 1 S45C 250 0.5 2.0 습식
도 2 SUS316 150 0.1 1.0 습식
도 3 Ti-6Al-4V 50 0.2 1.0 습식
상기 표 2에서 Vc는 절삭속도, F는 이송속도 AP는 절입깊이를 의미한다.
도 2를 참조하면, S45C 재질의 피삭재를 대상으로 절단 실험을 수행한 결과, 상기 실시예 1(도 2의 (a))은 갈라짐이나 마모가 발견되지 않는다. 하지만, 상기 CNMG120408(도 2의 (b))은 불규칙한 갈라짐이 발견되었다. 이는 상기 실시예 1이 기존품 대비 내치핑성과 내마모성이 우수하다는 것을 보여준다.
도 3을 참조하면, SUS316 피삭재를 대상으로 절단 실험을 수행한 결과, 상기 실시예 1과 상기 SNMG120408 모두 마모가 발생하였음을 확인하였으나, 상기 SNMG120408(도 3의 (b))은 마모면이 불규칙하게 형성된것을 확인할 수 있다. 이는 상기 실시예 1이 기존품 대비 내소성변형성이 우수하다는 것을 보여준다.
마지막으로, 도 4를 참조하면, Ti-6Al-4V 피삭재를 대상으로 절단 실험을 수행한 결과, 상기 도 3과 유사하게 상기 실시예 1과 상기 SNMG120408 모두 마모가 발생하였음을 확인하였다. 하지만, 상기 SNMG120408(도 4의 (b))은 마모면이 불규칙하게 형성된것을 확인할 수 있다. 이는 상기 실시예 1이 기존품 대비 내소성변형성이 우수하다는 것을 보여준다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. WC가 포함된 경질상, Co, Ni 및 Fe 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 결합상 및 분말 상태의 고용 금속(M1M2...Mn)이 결합되어 이루어지는 합금에 있어서,
    상기 고용 금속은 C, N이 1중량%이하 함유된 금속원소인 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절삭공구용 초경합금의 표면에서부터 15 내지 100㎛ 깊이의 단면을 기준으로,
    상기 결합상은 조밀육방격자(HCP)의 주상과 면심입방격자(FCC)의 부속상을 가지는 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주상의 분율과 상기 부속상의 분율이 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
    [관계식 1]
    70 ≤ HC/(HC+FC) < 95
    (상기 관계식 1에서 HC는 결합상 내 주상의 부피%를 의미하며, FC는 결합상 내 부속상의 부피%를 의미한다)
  4. 제 3항에 있어서,
    600 내지 800℃에서의 항절력을 CH로 정의하고, 20 내지 30℃에서의 항절력을 CL로 정의할 때, CH/CL 이 60 내지 80일 수 있다.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 주상은 상기 부속상에 비해 2배 이상의 부피%를 갖는 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고용 금속은 Cr, Zr, Nb, Mo, Ti, Hf, Ta 및 V로 이루어진 군에서부터 선택되는 하나 이상의 금속원소인 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고용 금속은 Cr, Ta 및 Ti로 이루어진 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 절삭공구용 초경합금은 하기 관계식 2를 만족하는 절삭공구용 초경합금.
    [관계식 2]
    1.0 ≤ WCr + WTi ≤ 10.0
    (상기 관계식 2에서 WC은 Cr 또는 Cr 함유 합금의 중량%이며, 상기 WT는 Ti 또는 Ti 함유 합금의 중량%이다)
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 절삭공구용 초경합금은,
    80 내지 90 중량%의 WC, 5 내지 15중량%의 Co를 바탕으로,
    Cr 또는 Cr 함유 합금을 0.1 내지 3 중량%,
    Ta 또는 Ta 함유 합금을 0.9 내지 9.9 중량%,
    Ti 또는 Ti 함유 합금을 1 내지 10 중량% 및 나머지 불가피한 불순물로 이루어지되, 상기 Cr 또는 Cr 함유 합금과 상기 Ta 또는 Ta 함유 합금이 둘 다 0 중량%가 아닌 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 Ti 함유 합금은 WTi, WTiC, TiC, TiN, TiAl, TiCN, AlTiSi 및 WTiCN로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상으로 제공되는 절삭공구용 초경합금.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 Ti 함유 합금은 WTiCN인 것을 특징으로 하는, 절삭공구용 초경합금.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120086457A (ko) 2011-01-26 2012-08-03 서울대학교산학협력단 완전 고용체 초경 분말, 판상 탄화물을 보유한 초경 소결체, 코팅초경 및 이들의 제조 방법
JP5482602B2 (ja) 2010-09-22 2014-05-07 三菱マテリアル株式会社 炭化タングステン基超硬合金製切削インサートおよびその製造方法
KR20160080610A (ko) * 2014-12-30 2016-07-08 한국야금 주식회사 인성이 향상된 초경합금
KR101737709B1 (ko) 2015-12-29 2017-05-18 한국야금 주식회사 절삭공구용 경질피막
KR20190098964A (ko) * 2016-12-20 2019-08-23 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 절삭 공구

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5482602B2 (ja) 2010-09-22 2014-05-07 三菱マテリアル株式会社 炭化タングステン基超硬合金製切削インサートおよびその製造方法
KR20120086457A (ko) 2011-01-26 2012-08-03 서울대학교산학협력단 완전 고용체 초경 분말, 판상 탄화물을 보유한 초경 소결체, 코팅초경 및 이들의 제조 방법
KR20160080610A (ko) * 2014-12-30 2016-07-08 한국야금 주식회사 인성이 향상된 초경합금
KR101737709B1 (ko) 2015-12-29 2017-05-18 한국야금 주식회사 절삭공구용 경질피막
KR20190098964A (ko) * 2016-12-20 2019-08-23 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 절삭 공구

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