KR0159419B1 - 고경도공구용 소결체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절삭에지온도가 고온으로 되고, 급격한 충격이 절삭에지에 걸리는 주철의 절삭에 사용한 경우, 내파손성, 내마모성이 높고, 우수한 절삭성능을 발휘하는 고경도공구용소결체를 제공하는 것으로, 입방정질화붕소 60∼75체적%와 잔부의 결합재분말을 초고압소결하여 얻어진 소결체이며, 상기 결합재가 5∼15중량%의 Al을 함유하고, 잔부가(Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z) α(단, M은 Ti 및 Hf를 제외한 주기율표 Iva, Va, VIa 족 원소를 의미하고, 0.1≤X≤0.5, 0.5≤y≤0.9, 0.7≤Z≤0.9, 0.6≤α≤0.8)로 표시되는 화합물, 또는 총계가 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물로 이루어지는 고경도공구용소결체이다.
Description
제1도는 본 발명의 소결체의 X선회절 결과를 나타낸 챠트.
본 발명은 입방정질화붕소(이하, cBN이라 한다)를 사용한 고경도공구용소결체에 관한 것이다.
cBN은 다이아몬드에 다음 가는 경도를 지니고 있고, 그 소결체는 각종의 절삭 공구에 사용되고 있다.
절삭공구에 적합한 cBN소결체의 일례로서, 일본 특개소 62-228450호에는 cBN분말 65∼75체적%와 잔부결합재를 초고압소결하여 얻어지는 소결체이며, 결합재가 25∼50중량%의 Al과 Ti의 탄화물 혹은 탄질화물로 이루어지고, 단련강의 단속절삭 등으로 내파손성에 우수한 소결체가 개시되어 있다.
또, 일본특개평 3-170638호에는, cBN분말 45∼75체적%와 잔부결합재를 초고압 소결하여 얻어지는소결체이며, 소결재가 5∼25중량%의 Al을 함유하고, 잔부가(HfI-ZMZ)C(단, M은 Hf를 제외한 주기율표의 IVa, Va, VIa족 원소를 의미하고, 0≤Z≤0.3이다)로 표현되는 화합물의 적어도 1종으로 이루어지고, 주철가공으로 우수한 내마모성과 내파손성을 나타내는 고경도공구용소결체가 개시되어 있다.
그러나, 이들 소결체에서도, 절삭에지의 온도가 상승하고, 혹독한 충격이 에지에 가해지는 경우 주철을 절삭하는데 사용한 경우, 일본 특개소 62-228450호에 개시되어 있는 소결체에서는 내열성이 부족하고, 특개평3-170638호에 개시되어 있는 소결체에서는 확실히 내마모성에는 우수하나, 내파손성이 부족하여, 절삭에지가 파손하여 공구의 수명이 짧다고 하는 문제가 있었다.
종래기술의 이들 및 기타 문제점에 비추어, 본 발명의 목적은, 내파손성 및 내마모성이 보다 우수하고, 주철가공에 우수한 절삭성능을 나타내는 고경도 공구용소결체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 입방정질화봉소분말 60∼75체적%와 잔부의 결합재분말을 초고압소결하여 얻은 소결체이며, 결합재가 5∼15중량%의 Al을 함유하고, 잔부가(Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z) α(단, M은 Ti 및 Hf를 제외한 주기율표 Iva, Va, VIa 족 원소를 의미하고, 0.1≤X≤0.5, 0.5≤y≤0.9, 0.7≤Z≤0.9, 0.6≤α≤0.8이다)로 표시된 화합물, 또는 총계가 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물로 이루어지고, 결합재의 평균입경이 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 고경도공구용소결체를 제공한다.
주철절삭에 있어서 공구가 열화하는 원인은, 절삭에지의 온도가 상승하여 크레이터 마모가 발달하기 쉬운 것에 더하여, 절삭에지에 인가되는 충격에 의해 파손이 발생하기 때문이다. 그러므로, 소결체에 요구되는 특성은, 내열성에 우수하다고 하는 동시에, 강도가 높아야 한다.
본 발명에 따른 고경도 공구용 소결체가 이들 특성에 우수한 이유는 다음과 같이 추정할 수 있다.
본 발명의 소결체는 초고압소결시에, 결합재중의 Al과, 잔부(Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z)α(단, M은 Ti 및 Hf를 제외한 주기율표의 Iva, Va, VIa 족 원소를 의미하고, 0.1≤X≤0.5, 0.5≤y≤0.9, 0.7≤Z≤0.9, 0.6≤α≤0.8이다)로 표현되는 화합물, 또는 총계가 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물이 고온경도가 우수한 cBN입자와 반응함으로써, 알루미늄의 봉화물 또는 질화물, Hf 및 Ti의 봉화물을 생성하고, 이들 반응생성물이 cBN 및 결합재의 소결체구성입자를 강고하게 결합하여 소결체의 강도를 높이는 동시에, (Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z)α중의 질소원자가 결합상중에서 분산고용하여, 소결체의 인성을 높이고, 동시에, 내열성에 우수한 Hfc가 소결체의 내열성을 높이고 있다고 추정된다.
또,소결체중에는 Al이 산화알루미늄으로서 미량으로 존재하는 것이 X선회절에 의해 확인되었으나, 본 발명의 작용에 하등지장을 주는 것은 아니다.
결합재는 상기 조성의 고용체이어도, 총계가 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물이어도 된다. 결합재가 고용체인 경우, 조직의 균일성이 높기 때문에 소결체의 성능이 안정하고, 또, 결합재가 총계로 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물인 경우, 고용체와 비교하여 소결체의 제조원가가 저렴하게 되어 공업적으로 바람직하다.
결합재중의 Al함유량이 5중량%이하이면, cBN과의 반응생성물의 양이 작게되어 강도가 저하하고, 15중량%를 초과하면, Al의 봉화물등의 생성량이 많게 되어 소결체의 강도는 높아지나, 일본 특개소 62-228450호에 개시되어 있는 소결체와 마찬가지로, 내열성이 부족하여, 소결체의 내마모성이 악화한다.
(Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z)α 중의 Hf는, 소결체의 내열성을 높이는 효과를 지니고, Ti는 cBN과의 반응성이 높은 덕택에 소결체의 강도를 높이는 효과가 있다.
x값이 0.1이하이면, 상술한 Hf의 양이 작게되어 소결체의 내열성이 저하하고, 반대로 0.5보다 많으면, Ti의 양이 상대적으로 작게 되므로 소결체의 강도가 저하한다.
y값이 0.5이하이면, Ti의 양이 작게되어 소결체의 강도가 저하하고 0.9보다 많으면, Hf의 양이 상대적으로 작게 되므로 소결체의 내열성이 저하한다.
Z의 값이 0.9보다 많으면, 질소원자의 고용량이 작게되어 소결체의 인성을 높이는 효과가 얻어지지 않고, 일본 특개평3-170638호에 개시되어 있는 소결체와 마찬가지로 내파손성이 저하하고, 0.7이하에서는, 내열성에 우수한 Hf 등의 탄화물의 양이 작게되므로 소결체의 내열성이 저하한다.
또, α값이 0.6이하이면, 결합재중의 금속성분의 양이 많게 되고, 결합재의 분쇄가 곤란하게 되어 평균입경 1㎛를 넘게 되어 소결체의 강도가 저하하고, 0.8보다 많으면, cBN과의 반응에 관여하는 Ti 등의 양이 작게되어 소결체의 강도가 저하한다.
또, cBN 분말의 배합량은 60∼75체적%일 것이 필요하며, 60체적%미만에서는, 소결체의 고온경도가 저하하고, 75체적%보다 많으면, 고온경도는 높아지나, 내열성 및 접합강도가 우수한 결합재의 양이 상대적으로 감소하여, 소결체의 특성이 저하한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다.
[실시예 1]
86중량%(Hf 0.2 Ti 0.75 W0.05)(C 0.85 N 0.15)0.7-14중량%Al로 표현되는 결합재를 초경포트와 보올을 사용하여 평균입경 1㎛이하로 분쇄하고, 표1에 나타낸 비율로 cBN분말과 혼합하여, 이것을 Mo제 용기에 넣어 진공로에서 10-4torr, 1000℃에서 30분간 탈가스처리한 후, 52kb, 1300℃의 조건에서 초고압소결한다. 얻어진 소결체를 X선회절로 판별한 바, 모든 소결체에 대해서 cBN의 피이크와 Hf 및 Ti를 함유한 탄질화물, Ti의 봉화물, Hf의 봉화물, Al의 봉화물, 및 Al의 질화물의 피이크가 나타난다.
또, 각 소결체를 절삭가공용칩으로 형성하고, FCD45(경도 : HB=180)의 단속절삭 시험을 행한다. 절삭조건은, 절삭속도 250m/min, 절삭깊이 0.22mm, 공급길이 0.6m/rev, 습식절삭이다. 결과를 표1에 나타내었다.
[실시예 2]
총계로 조성이 실시예1의 결합재와 동일하게 되는 복수의 화합물(예를 들면, Ti, Tic, Tin, Hfc, Wc 및 Al)의 혼합물을 초경포트와 보올을 사용하여 평균 입경 1㎛이하로 분쇄하고, 실시예 1의 표1의 No.2의 비율로 이 혼합물과 cBN 분말을 혼합하고, 이것을 MO제 용기에 넣고 진공로에서 10 torr, 1000℃에서 30분간 탈가스처리한 후 52kb, 1300℃의 조건에서 초고압소결한다.
얻어진 소결체를 X선회절에 의해 판정한 바, cBN과, 주로 Hf를 함유하는 탄질화물, 주로 Ti를 함유하는 탄질화물, Ti 및 Al의 봉화물의 피이크가 나타난다.
얻어진 소결체를 절삭가공용칩으로 형성하고, 실시예 1과 동일조건으로 단속절삭 시험을 실시한 바, 파손수명이 225분으로, 실시예1의 표1의 No.2와 거의 동등한 성능이 확인된다.
[실시예 3]
cBN 분말을 65체적%와 표2의 조성의 결합재를 35체적% 혼합하고, 혼합분말을 MO제용기에 넣어 진공로에서 10 torr, 1000℃에서 20분간 탈가스처리를 한 후, 50kb, 1350℃의 조건에서 초고압소결을 한다.
얻어진 소결체를 주사형현미경으로 관찰한 바, cBN입자가 결합재를 개재하여 상호 접합하고 있는 것이 확인된다.
또, 각소결체를 절삭가공용칩으로 형성하고, FCD50(경도 : HB=220)의 단속절삭 시험을 행한다. 절삭조건은, 절삭속도 210m/min, 절삭깊이 0.21mm, 공급길이 0.11m/rev, 습식절삭이다. 결과를 표2에 나타내었다.
*표중의 각 화합물의 머리부분의 숫자는 각 결합재중의 중량%를 나타낸다.
*표중의 조성은, 화합물의 조성, 또는 복수의 화합물의 총계의 조성을 나타낸다.
*No.4∼12는 비교예로, 하선은 본 발명의 청구범위외인 것을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래 사용되고 있던 cBN결체에 비교하여 내파손성, 내마모성에 우수하므로, 절삭에지가 고온, 충격에 노출되는 주철절삭에 적합한 고경도 공구용소결체로 된다.
Claims (2)
- 입방정질화봉소분말 60∼75체적%와 잔부의 결합재분말을 초고압소결하여 얻은 소결체이며, 결합재가 5∼15중량%의 Al을 함유하고, 잔부가(Hfx Tiy M1-x-y)(CzN1-Z) α(단, M은 Ti 및 Hf를 제외한 주기율표 Iva, Va, VIa 족 원소를 의미하고, 0.1≤X≤0.5, 0.5≤y≤0.9, 0.7≤Z≤0.9, 0.6≤α≤0.8)로 표현되는 화합물, 또는 총계가 상기의 조성으로 되는 복수의 화합물의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고경도공구용 소결체.
- 제1항에 있어서, 상기 소결체중의 결합재의 평균입경이 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 고경도공구용소결체.
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