KR100973626B1 - 서멧제 인서트 및 절삭공구 - Google Patents

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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

내결손성 및 내마모성이 우수한 서멧제 인서트 및 절삭공구를 제공하는 것. 경질상 및 결합상으로 이루어지는 조직을 가지며, 소결체 조성으로서, Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W에 관하여, Ti을 탄질화물 환산한 값과 Nb 및/또는 Ta을 탄화물 환산한 값과 W을 탄화물 환산한 값의 합계로 조직 전체에 대해서 70∼95질량% 함유하고, W을 탄화물 환산한 값으로 15∼35질량% 함유하고, Co 및/또는 Ni을 함유한다. 또한, 경질상으로서 하기의 (1)∼(3) 중 1종 또는 2종 이상을 구비하고. (1) 심부가 탄질화티탄상, 주변부가 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 1 경질상, (2) 심부 및 주변부의 양방이 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 2 경질상, (3) 탄질화티탄상으로 이루어지는 단상구조의 제 3 경질상, 또한 탄질화티탄상 내에 있어서 소정 부위에 W이 편중되게 존재하여 주위보다도 W을 많이 함유하는 W부유상이 형성된다.

Description

서멧제 인서트 및 절삭공구{CERMET INSERT AND CUTTING TOOL}
본 발명은 서멧제 인서트 및 절삭공구에 관한 것으로서, 상세하게는 내마모성이나 내결손성이 우수한 서멧제 인서트 및 이 서멧제 인서트를 구비한 절삭공구에 관한 것이다.
종래부터 강철 등의 절삭을 위해서 경질상(경질입자)과 경질상 사이에 존재하는 결합상으로 이루어지는 조직을 가지는 서멧제 인서트가 사용되고 있으며, 이 서멧제 인서트의 성능을 향상시키기 위해서 각종의 기술이 제안되고 있다.
예를 들면, 하기의 특허문헌 1에는 내부에 금속상을 독립되게 함유하는 입자를 경질상 전체의 10체적% 이상으로 함으로써 내결손성을 향상시킨 고인성 서멧 합금이 제안되어 있다.
또, 하기의 특허문헌 2에는 절삭공구의 내부에 주변부에 비해서 심부의 측이 Ti, W의 함유율이 높은 농도분포를 가지는 입자를 분산시킴으로써 내결손성을 향상시킨 서멧제 절삭공구가 제안되어 있다.
특허문헌 1：일본국 특허 제2775646호 공보
특허문헌 2：일본국 공개특허 평9-1405호 공보
(발명의 개시)
(발명이 해결하려고 하는 과제)
그러나, 상기 특허문헌 1의 기술에서는 내결손성을 어느 정도 개선할 수 있으나, 입자 내의 금속상의 내열성이 낮기 때문에, 경질상 경도가 저하되어 내마모성이 저하된다는 문제가 있었다.
또, 상기 특허문헌 2의 기술에서는 결합상과 경질상의 사이의 밀착강도가 높으나, 상기한 바와 마찬가지로 경질상 경도가 저하되어 내마모성이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 높은 내마모성을 유지할 수 있음과 아울러 높은 내결손성을 실현할 수 있는 서멧제 인서트 및 절삭공구를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
ㆍ상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 특징(서멧제 인서트)은,
경질상 및 결합상으로 이루어지는 조직을 가지며,
소결체 조성으로서, Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W에 관하여, 상기 Ti을 탄질화물 환산한 값과 상기 Nb 및/또는 Ta을 탄화물 환산한 값과 상기 W을 탄화물 환산한 값의 합계로 상기 조직 전체에 대해서 70∼95질량% 함유함과 아울러(그 중, 상기 W은 탄화물 환산한 값으로 조직 전체에 대해서 15∼35질량%),
Co 및/또는 Ni을 함유하는 서멧제 인서트로서,
상기 경질상으로서 하기의 (1)∼(3) 중 1종 또는 2종 이상을 구비하고(다만, 하기의 (2) 단독은 제외한다),
(1) 심부(芯部)가 탄질화티탄상, 주변부(周邊部)가 Ti 및 W과 Ta 및/또는 Nb의 복합탄질화물[이하, "(Ti,W,Ta/Nb)CN"으로 나타낸다]상을 함유하는 유심구조(有芯構造)의 제 1 경질상,
(2) 심부 및 주변부의 양방이 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 2 경질상,
(3) 탄질화티탄상으로 이루어지는 단상구조(單相構造)의 제 3 경질상,
또한, 상기 탄질화티탄상 내에 있어서, 소정 부위에 W이 편중되게 존재하여 주위보다도 W을 많이 함유하는 W부유상(富裕相)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 서멧제 인서트는, 도 1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 경질상(경질입자)과 그 주위를 덮는 결합상으로 이루어지는 조직에 의해서 구성되어 있다.
본 발명에서 경질상을 형성하는 Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W의 각 환산값의 합계를 70∼95질량%로 한 것은 다음과 같은 이유에 의한다. 또한, Ti은 TiCN 환산하고, Nb 및/또는 Ta은 (Nb/Ta)C 환산하고, W은 WC 환산한 값이다.
우선, 경질상(경질입자)을 형성하는 복합탄질화물 및 탄질화물은 서멧의 경도를 향상시켜 내마모성을 향상시키는 작용이 있지만, 경질상의 비율이 서멧 전체의 95질량%를 넘으면 상대적으로 결합상의 비율이 5질량% 미만이 됨으로써, 인성이 저하되어 내결손성이 저하되기 때문이다. 한편, 경질상의 비율이 70질량% 미만에서는 상대적으로 결합상의 비율이 30질량%를 넘음으로써 서멧의 내마모성이 저하되기 때문이다.
또, W을 조직 전체에 대해서 (WC 환산으로) 15∼35질량% 함유시킴으로써 인서트의 내마모성 및 내결손성을 향상시킬 수 있다.
또한, Co는 소결성을 향상시키며, 결합상을 형성하여 인서트의 강도를 향상시킨다. Ni은 소결시에 결합상을 형성하여 결합상의 내열성을 향상시키고, 또 인서트의 내마모성을 높일 수 있다.
게다가, 상기 경질상으로서 상술한 3종의 경질상에서 선택되는 구성으로 함으로써 인서트의 경도를 높여 내마모성을 향상시킬 수 있다.
특히 본 발명에서는 도 2에 (경질상의 단면의 TEM에 의한 조직관찰의 결과를) 모식적으로 나타낸 바와 같이, 상기 (1)이나 (3)의 경질상의 탄질화티탄상 내에 W부유상이 편재되어 있다. 여기서, "편재(偏在)"란, 탄질화티탄상 내에 W이 균일하게 분산되어 있는 것이 아니라, 특정 부위에 W이 편중되게 존재하여 W부유상을 형성하는 것을 의미한다.
본 발명에서는 상기 (1)이나 (3)의 탄질화티탄상 내에 W이 편재되어 있음으로써 높은 내마모성 및 내결손성을 가지게 되는데, 이 내마모성 및 내결손성이 향상되는 이유로서는 다음과 같은 이유를 생각할 수 있다.
즉, 경질상에 W을 함유시킴에 의해서 경질상의 내결손성이 향상되고, 게다가 단지 경질상에 W이 함유되어 있는 것이 아니라 경질상에 W부유상이 편재됨으로써, TiCN이 W부유상에 의해 구분되어 블록형상으로 존재하게 되고(도 3 참조), 이 블록부분에서는 TiCN의 독자적인 고경도가 유지되므로 높은 내마모성이 실현된다. 또한, 도 3은 (예를 들면, 격자상으로 원자가 배열된) 탄질화티탄상의 내부에 발생한 전위의 부분에 W이 침입하여, 예를 들면 면상(面狀)(층상(層狀))으로 W부유상이 형성된 상태를 모식적으로 나타낸 것이다.
따라서, 경질상에 W이 소정량 존재하는 것 및 이것이 탄질화티탄상에 있어서의 W부유상의 편재라는 형태로 존재함으로써 높은 내마모성과 높은 내결손성을 모두 실현할 수 있다는 현저한 효과를 가진다.
또한, 상기 "A 및/또는 B"란 A 및 B 중 적어도 일방을 의미한다(이하 같다).
ㆍ본 발명의 제 2 특징은, 상기 서멧제 인서트의 표면 및 단면 중 적어도 일방의 조직에 있어서, 상기 탄질화티탄상 내에 상기 W부유상이 선상(線狀) 및 망상(網狀) 중 적어도 1종의 상태로 편재되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 W부유상의 편재된 상태를 2차원적으로 예시한 것이다. 즉, 인서트의 표면이나 단면에 나타나는 W부유상의 상태를 예시한 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, (1) 제 1 경질상 및 (3) 제 3 경질상의 탄질화티탄상에는 W부유상이 선상이나 망상으로 편재되어 있다. 또한, TEM사진에서는 W부유층이, 예를 들면 백색의 선 등으로 나타난다.
즉, 본 발명에서는, 예를 들면 TEM에 의한 조직관찰의 결과, 2차원적으로 W부유상을 선상이나 망상으로 관찰할 수 있는 것을 나타내고 있다. 이것은 탄질화티탄상 내에서, 예를 들면 층상으로 존재하는 W부유상의 단면이 인서트의 표면이나 단면에서 선상이나 망상으로서 관찰된다고 생각할 수 있기 때문이다.
또한, W부유상은, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이 TEM관찰에 사용되는 박막의 시료의 종단면에 경사지게 존재할 경우에는, TEM사진에서는 폭(H)의 백색의 선으로서 관찰된다.
ㆍ본 발명의 제 3 특징은, 상기 탄질화티탄상 내에 상기 W부유상이 층상(層狀), 원주상(圓柱狀) 및 각주상(角柱狀) 중 적어도 1종의 상태로 편재되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 탄질화티탄상 내에 있어서의 W부유상의 3차원적인 편재된 상태를 예시한 것이다.
상기 층상, 원주상, 각주상으로 편재되는 상태로서는, 예를 들면 평면이나 만곡면으로 구성된 것을 들 수 있는데, 이것들의 면에 구멍이 형성되어 있어도 된다. 또, 이것들의 W부유층은 복수의 층이나 원주나 각주가 서로 비집고 들어간 상태로, 예를 들면 비늘형상이나 다수의 거품형상의 것이 집합된 상태 등으로 존재하여도 된다.
또한, W부유층이 예를 들어 층상으로 편재되어 있는 경우에, 이 층에 대해서 수직으로 TEM관찰을 하면, 도 9에 예시한 바와 같이, W부유상은 소정의 팽창부(expanse)를 가지는 백색의 평면으로서 관찰되는데, 이 백색의 평면의 주위에는 통상 또 다른 W부유상을 구성하는 선상이나 망상의 백색의 선이 관찰된다.
ㆍ본 발명의 제 4 특징은, 상기 경질상 및/또는 결합상에 Mo을 더 함유하는 것을 특징으로 한다.
Mo을 함유시킴에 의해서 경질상이나 결합상의 습윤성이 좋아지기 때문에, 소결성을 개선할 수 있다.
ㆍ본 발명의 제 5 특징은, 상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 결합상에 W을 40∼60질량% 함유시키고 있기 때문에, 결합상의 고온경도가 향상되며, 따라서, 예를 들면 고온발생을 수반하는 고속절삭가공에 있어서 우수한 내마모성을 발휘할 수 있다.
ㆍ본 발명의 제 6 특징(절삭공구)은, 홀더에 상기 제 1 특징 내지 제 5 특징 중 어느 하나의 특징에 기재된 서멧제 인서트를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 절삭공구는 상술한 서멧제 인서트를 홀더에 구비한 것이기 때문에 내마모성 및 내결손성이 우수하다.
여기서, 본 발명의 바람직한 형태로서는, 예를 들면 본원의 출원인들이 이미 출원한 일본국 특허출원 2005-173463에 기재된 바와 같이, 하기의 구성을 더 채용할 수 있다.
예를 들면, 인서트로서 「탄화텅스텐:20∼30질량%, 탄화탄탈 및/또는 탄화니오브:5∼10질량%, Co:5∼10질량%, Ni:5∼10질량%, 탄질화티탄:잔부(다만, 50∼60질량% 함유)로 이루어지는 배합조성을 가지는 압분체의 소결체」를 채용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 상기 소결체로서 「TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰에서 경질상:75∼90면적%, 결합상:잔부로 이루어지는 조직을 가지는 구성」을 채용할 수 있다.
게다가, 상기 결합상으로서 「결합상에 차지하는 비율로 Co:18∼33질량%, Ni:20∼35질량%, Ti, Ta 및/또는 Nb:5질량% 이하, W:잔부(다만, W:40∼60질량%)를 함유하는 구성」을 채용할 수 있다.
또한, 조성의 잔부 등에는 통상 불가피 불순물이 함유된다.
[도 1] 본 발명의 서멧제 인서트의 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 2] 본 발명 및 종래의 경질상의 단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 3] 본 발명의 서멧제 인서트의 경질상의 내부구조를 나타내는 설명도이다.
[도 4] 투과전자현미경의 시료의 종단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 5] 실시예 1의 서멧제 인서트를 나타내는 사시도이다.
[도 6] 실시예 1의 절삭공구를 나타내는 설명도이다.
[도 7] 실시예 1의 서멧제 인서트의 제조방법을 나타내는 설명도이다.
[도 8] 본 발명예의 시료의 투과전자현미경에 의한 조직을 나타내는 사진이다.
[도 9] 본 발명예의 시료의 투과전자현미경에 의한 조직을 나타내는 사진이다.
[도 10] 본 발명예의 시료의 투과전자현미경에 의한 조직을 나타내는 사진이다.
[도 11] 비교예의 시료의 투과전자현미경에 의한 조직을 나타내는 사진이다.
[도 12] 비교예의 시료의 투과전자현미경에 의한 조직을 나타내는 사진이다.
[도 13] 실시예 3의 투과전자현미경의 시료의 종단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 14] 실시예 4의 투과전자현미경의 시료의 종단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 15] 실시예 5의 투과전자현미경의 시료의 종단면을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[도 16] 실시예 6의 서멧제 인서트의 제조방법을 나타내는 설명도이다.
(부호의 설명)
1 - 인서트 3 - 홀더
5 - 고정지그 7 - 절삭공구
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이어서, 본 발명의 최량의 형태의 예(실시예)에 대해서, 즉 서멧제 인서트 및 절삭공구의 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
a) 우선, 본 실시예의 서멧제 인서트(이하, 간단히 "인서트"라 한다)에 대해서 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 인서트(1)는 ISO규격:SNGN120408의 형상의 소결체로 이루어지는 절삭팁이다.
이 인서트(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 경질상(경질입자)과 그 주위를 덮도록 존재하는 결합상으로 이루어지는 조직(불가피 불순물을 함유한다)에 의해서 구성되어 있다.
또, 인서트(1)의 소결체 조성으로서, Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W에 관하여, Ti을 탄질화물 환산한 값과 Nb 및/또는 Ta을 탄화물 환산한 값과 W을 탄화물 환산한 값의 합계로 인서트 전체에 대해서 70∼95질량% 함유하고 있다. 이것들 중 W은 탄화물 환산한 값으로 인서트 전체에 대해서 15∼35질량% 함유하고 있다. 또한, 경질상으로서는 후술하는 바와 같이 탄질화티탄과 Ti 및 W과 Ta 및/또는 Nb의 복합탄질화물을 함유하고 있다.
또한, 이 인서트(1)에는 경질상의 잔부의 결합상으로서 W과 Co 및/또는 Ni을 함유하고 있다. 또한, W은 결합상 전체에 대해서 40∼60질량% 함유하고 있고, Co는 18∼33질량%, Ni은 20∼35질량% 함유하고 있다.
게다가, 상기 경질상으로서 하기 (1)∼(3)의 모든 경질상을 구비하고 있다.
(1) 심부가 탄질화티탄상, 주변부가 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 1 경질상,
(2) 심부 및 주변부의 양방이 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 2 경질상,
(3) 탄질화티탄상으로 이루어지는 단상구조의 제 3 경질상,
특히, 본 실시예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 탄질화티탄상 내에 주위보다도 W을 많이 함유하는 W부유상이 편재한다. 상세하게는, 탄질화티탄상의 단면의 관찰(TEM에 의한 조직관찰)에서는 선상 및 망상의 상태로 편재되어 있다.
따라서, 본 실시예의 인서트는 상술한 독자적인 구성에 의해서 후술하는 실험예에서 나타내는 바와 같이 높은 내마모성 및 내결손성을 모두 구비하고 있다.
또, 상술한 인서트는, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이 강제의 기둥형상의 홀더(3)의 선단부에 고정지그(5)에 의해서 고정된다. 그리고, 이 홀더(3)에 인서트(1)가 고정된 절삭공구(7)를 사용하여 강철 등을 절삭한다.
b) 이어서, 본 실시예의 인서트의 제조방법에 대해서 설명한다. 또한, 여기서는 후술하는 실험에 제공되는 인서트의 제조방법을 예로 들어 설명한다.
ㆍ본 실시예에서는 우선 TiCN의 예비분쇄(豫備粉碎)를 하였다.
구체적으로는 예비분쇄의 원료분말로서 0.5∼2㎛의 평균입경을 가지는 TiC0.5N0.5분말 및 TiC0.3N0.7분말(이상, C/N은 원자비를 나타낸다)을 준비하고, 양 원료분말을 볼밀로 동시에 알코올 중에서 5시간 분쇄하였다.
ㆍ그리고, 상기 예비분쇄한 TiCN분말 및 다른 원료분말을 사용하여 혼합하였다.
구체적으로는, 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이, 예비분쇄에 의해서 얻어진 TiC0.5N0.5분말 및 TiC0.3N0.7분말, 평균입경 1∼2㎛의 WC분말, 평균입경 1∼2㎛의 TaC분말,　평균입경 2∼3㎛의 Mo2C분말, 평균입경 1∼2㎛의 NbC분말, 평균입경 2∼3㎛의 Co분말, 평균입경 2∼3㎛의 Ni분말을 준비하고, 이것들의 원료분말을 하기의 표 1에 나타내는 배합조성으로 배합하여 A∼G의 7종류의 혼합분말을 조정하였다.
조성
 배합조성[질량%]
TiC0 .5N0 .5 TiC0 .3N0 .7 WC TaC Mo2C NbC Co Ni
A 40 10 32 4 2 - 6 6
B 51 5 15 - 10 5 7 7
C 55 - 12 10 10 - 6 7
D 35 20 25 - - 7 6 7
E 35 15 17 10 5 - 8 10
F 25 25 30 5 - 5 5 5
G 55 - 15 10 10 - 5 5
그리고, 상기 A∼G의 각 혼합분말을 각각 볼밀로 알코올 중에서 24시간 습식 혼합하고, 그 후 건조하였다.
그리고, 이 건조한 분말을 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체(壓粉體)를 얻었다.
그리고, 이 압분체를 도 7에 나타낸 바와 같이 이하의 소성조건 (a)∼(e)로 소성하였다.
(a) 실온에서 1200℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기(V) 중에서 10℃/분의 속도로 승온(昇溫)하고,
(b) 1200℃의 온도로 승온한 시점에서, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 15분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1350℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1350℃에서 소정의 소결온도(1500℃)까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 60분간 유지를 1.3kPa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉(爐冷)을 90kPa 이하의 Ar분위기 중에서 하였다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후 연마가공을 실시함으로써 ISO규격:SNGN120408의 팁형상을 가지는 인서트(1)를 제조하였다.
즉, 하기의 표 3에 나타낸 바와 같이, 상기 7종의 혼합분말에 대응한 시료 No.1∼7의 인서트를 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 하기의 표 3에 나타낸 바와 같이, 예비분쇄를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건(시료 No.10,11), 또 소결온도로의 승온과정에 있어서의 상기 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건(시료 No.8,9), 또 예비분쇄 및 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건(시료 No.12∼14)으로 하여 각각 비교예의 인서트를 제조하였다.
c) 이어서, 상술한 제조방법에 따라서 제조한 본 발명예의 시료 No.1∼7의 인서트와 비교예의 시료 No.8∼14의 인서트의 절삭평가에 대해서 설명한다.
여기서는, 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이 내결손시험과 내마모시험을 실시하였다.
(1) 내결손시험
각 시료의 인서트를 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정하여 절삭공구로 하였다.
그리고, 이 절삭공구를 사용하여 하기의 표 2의 절삭조건으로 합금강의 건식 단속 고속절삭시험을 하였다. 또한, 내결손시험은 동종의 20개의 인서트를 사용하여 실시하였다.
그리고, 충격회수 700회에서의 누적결손율(700회 충격에서 결손이 발생하는 인서트의 개수의 비율)을 조사하였다. 그 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
(2) 내마모시험
각 시료의 인서트를 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정하여 절삭공구로 하였다.
그리고, 이 절삭공구를 사용하여 하기의 표 2의 절삭조건으로 합금강의 건식 단속 고속절삭시험을 하였다.
그리고, 4분 가공후의 플랭크 마모량(VB마모량)을 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
(3) 조직관찰
각 시료의 인서트를 사용하여 TEM관찰을 하였다. 구체적으로는 시료를 200㎛ 이하의 두께로 하고, TEM(투과전자현미경)을 사용하여 TEM사진을 촬영하고, 그 관찰을 하였다.
그리고, 이 TEM관찰에 의해서 W의 편재의 유무를 확인하였다. 또, TEM을 사용하여 인서트의 결합상에 있어서의 W의 함유량을 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
또한, TEM사진의 일부를 도 8∼도 12에 나타내는데, 도 8이 본 발명예의 시료 No.1의 TEM사진(10만배), 도 9가 본 발명예의 시료 No.6의 TEM사진(20만배), 도 10이 본 발명예의 시료 No.4의 TEM사진(45만배), 도 11이 비교예의 시료 No.8의 TEM사진(10만배), 도 12가 비교예의 시료 No.13의 TEM사진(20만배)이다.
(4) 조성분석
EDS(에너지분산법)에 의해서 조성 A∼G의 본 발명의 각 시료 No.1∼7의 인서트에 함유되어 있는 성분(원소)의 정량을 분석하였다. 그리고, 그 성분의 화합물을 환산하였다. 그 결과를 하기의 표 4에 나타낸다.
절삭조건
 단위
 내결손시험 내마모시험
충격회수 700회에서의 누적결손율 4분 가공후의 VB마모량
절삭속도 [m/min] 200 300
이송(f) [㎜/rev] 0.25 0.15
절삭깊이 [㎜] 1.5 1.5
건식/습식 DRY DRY
충격회수 [회] 700 -
절삭시간 [min] - 4
팁형상 SNGN120408 SNGN120408
피삭재(워크) SNCM439(ø200㎜환봉:축방향으로
동일간격의 4개홈 슬릿)		 SNCM439
(ø200㎜환봉)

시료
No		 조성
 예비
분쇄
 분위기 교호
변화처리		 W편재
 결합상 중의 W량
[질량%]		 절삭평가
누적결손율
[%]		 VB마모량
[㎜]

본
발
명
예

 1 A 있음 있음 있음 32 35 0.11
2 B 있음 있음 있음 28 40 0.11
3 C 있음 있음 있음 25 40 0.1
4 D 있음 있음 있음 50 20 0.08
5 E 있음 있음 있음 30 25 0.12
6 F 있음 있음 있음 59 25 0.07
7 G 있음 있음 있음 26 45 0.1

비
교
예


 8 A 있음 없음 없음 21 70 0.15
9 B 있음 없음 없음 14 70 0.14
10 C 없음 있음 없음 23 60 0.13
11 D 없음 있음 없음 51 50 0.10
12 E 없음 없음 없음 11 65 0.16
13 F 없음 없음 없음 38 55 0.13
14 G 없음 없음 없음 9 85 0.13
조성
 인서트(소결체)조성 [질량%]
TiCN WC TaC Mo2C NbC Co Ni
A 51 35 3 2 - 5 5
B 58 18 - 8 4 6 6
C 57 16 8 9 - 5 6
D 56 28 - - 6 5 6
E 53 19 8 4 - 7 9
F 51 33 4 - 4 4 4
G 57 18 9 8 - 4 4
상기 표 1∼4에 나타내는 결과로부터, 본 발명예의 인서트는 특히 경질상의 탄질화티탄상 내에 주위보다도 W을 많이 함유하는 W부유상이 예를 들어 상기 도 8∼도 10에 나타낸 바와 같이 편재됨으로써, 높은 내마모성 및 내결손성을 모두 실현할 수 있다는 현저한 효과를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8∼도 10에서는 W부유상을 나타내는 선상 및 망상의 백선을 관찰할 수 있고, 또 도 9에서는 W부유상을 나타내는 층상의 흰 스폿(spot)이 관찰된다.
이것에 대해서, 비교예의 인서트는 내마모성에 대해서 어느 정도 우수한 것이 있지만, 높은 내마모성 및 내결손성이 양립하지 못하므로 바람직하지 않다.
(실시예 2)
원료분말로서 모두 0.5∼2㎛의 평균입경을 가지는 TiC0 .5N0 . 5분말, TiC0 .3N0 . 7분말, TiC0 .15N0 . 85분말(이상, C/N은 원자비를 나타낸다), NbC분말, TaC분말, WC분말, Co분말 및 Ni분말을 준비하고, 이들 원료분말을 표 5에 나타내는 배합조성으로 배합하고, 볼밀로 24시간 습식 혼합하고, 건조한 후, 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 얻고, 이 압분체를 이하의 소결조건, 즉
(a) 실온에서 1280℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(b) 1280℃의 온도로 승온한 시점에서, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 10분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 각각 표 5에 나타내는 회수로 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1420℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1420℃에서 1480∼1560℃의 범위 내의 소정의 소결온도까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 1.5시간 유지를 1300Pa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 한다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후 절삭날부분에 R:0.07㎜의 호닝가공을 실시함으로써 ISO규격:CNMG120412의 팁형상을 가지는 본 실시예 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 하기의 표 6에 나타낸 바와 같이, 소결온도로의 승온과정에 있어서의 상기 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건으로 하여 종래 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
얻어진 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 구성하는 TiCN기(基) 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과 및 결합상의 분석결과를 각각 표 7, 8에 나타내었다.
그리고, 상기 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 모두 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정한 상태로,
피삭재:JISㆍSCM440의 길이방향으로 동일간격의 4개 세로홈이 형성된 환봉,
절삭속도:300m/min,
절삭깊이:1.5㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:10분의 조건(절삭조건 A라 한다)에서의 합금강의 건식 단속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 200m/min),
피삭재:JISㆍS20C의 환봉,
절삭속도:350m/min,
절삭깊이:1.O㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 B라 한다)에서의 탄소강의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 250m/min), 또한
피삭재:JISㆍFC300의 환봉,
절삭속도:400m/min,
절삭깊이:2.5 ㎜,
이송:0.3㎜/rev,
절삭시간：20분의 조건(절삭조건 C라 한다)에서의 주철의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 280m/min)을 하고, 모든 절삭시험에서 절삭날의 플랭크 마모폭을 측정하였다. 이 측정결과를 표 9에 나타내었다.

종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
TiCo0 .3N0 .7
TiCo0 .15N0 .85
WC
TaC
NbC
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수

본
실
시
예

인
서
트
 1 25 25 - 20 10 - 10 10 2 2
2 - 25 25 25 - 5 10 10 2 3
3 35 - 15 30 5 5 5 5 3 2
4 35 20 - 25 - 7 6 7 3 3
5 - 45 10 25 10 - 5 5 3 4
6 15 - 40 30 1 4 5 5 4 3
7 10 50 - 20 5 - 6 9 4 4
8 - 30 30 20 4 3 8 5 5 4
9 40 - 20 25 - 5 5 5 5 5
10 20 20 20 20 - 7 6 7 6 6

종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
TiCo0 .3N0 .7
TiCo0 .15N0 .85
WC
TaC
NbC
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수


종
래

인
서
트

 1 50 - - 20 10 - 10 10 - -
2 50 - - 25 - 5 10 10 - -
3 50 - - 30 5 5 5 5 - -
4 55 - - 25 - 7 6 7 - -
5 55 - - 25 10 - 5 5 - -
6 55 - - 30 1 4 5 5 - -
7 60 - - 20 5 - 6 9 - -
8 60 - - 20 4 3 8 5 - -
9 60 - - 25 - 5 5 5 - -
10 60 - - 20 - 7 6 7 - -

종별
 TiCN기 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 Co Ni Ti Ta Nb W+불순물

본
실
시
예

인
서
트		 1 75.1 잔량 29.0 29.5 0.6 0.5 - 잔량(W:40.2%함유)
2 78.7 잔량 28.5 29.4 0.6 - 0.4 잔량(W:40.9%함유)
3 84.9 잔량 18.1 20.0 1.0 0.6 0.4 잔량(W:59.8%함유)
4 84.7 잔량 21.7 25.2 1.1 - 0.9 잔량(W:51.0%함유)
5 89.8 잔량 27.5 27.9 2.0 0.8 - 잔량(W:41.7%함유)
6 86.7 잔량 19.8 20.1 1.9 0.5 0.8 잔량(W:56.6%함유)
7 85.0 잔량 22.0 34.8 2.0 0.9 - 잔량(W:40.1%함유)
8 86.6 잔량 32.9 20.5 2.5 0.7 0.8 잔량(W:42.5%함유)
9 88.4 잔량 22.4 22.5 2.7 - 1.4 잔량(W:50.7%함유)
10 86.7 잔량 27.4 23.5 3.0 - 1.9 잔량(W:43.9%함유)

종별
 TiCN기 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 W Ti Ta Nb Ni Co+불순물


종
래

인
서
트
 1 83.1 잔량 1.1 0.5 0.6 - 49.0 잔량(Co:48.7%함유)
2 84.2 잔량 2.3 0.6 - 0.3 48.2 잔량(Co:48.3%함유)
3 91.5 잔량 8.4 1.1 0.5 0.5 44.5 잔량(Co:44.6%함유)
4 90.0 잔량 3.4 1.0 - 0.9 51.0 잔량(Co:43.5%함유)
5 91.8 잔량 9.9 2.2 1.0 - 43.6 잔량(Co:43.2%함유)
6 91.9 잔량 8.3 2.0 0.4 0.7 44.4 잔량(Co:44.1%함유)
7 88.8 잔량 2.5 1.9 0.9 - 59.9 잔량(Co:34.5%함유)
8 90.1 잔량 6.5 2.1 0.5 1.1 35.0 잔량(Co:54.6%함유)
9 92.8 잔량 4.3 2.5 - 1.7 45.8 잔량(Co:45.5%함유)
10 90.1 잔량 9.2 3.1 - 1.9 46.2 잔량(Co:39.5%함유)
종별
 플랭크 마모폭(㎜) 종별
 플랭크 마모폭(㎜)
절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C 절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C

본
실
시
예

인
서
트		 1 0.11 0.16 0.25
종
래

인
서
트


 1 0.38 0.37 0.47
2 0.15 0.18 0.20 2 0.37 0.36 0.47
3 0.13 0.17 0.25 3 0.38 0.39 0.49
4 0.15 0.15 0.24 4 0.36 0.38 0.48
5 0.13 0.19 0.21 5 0.37 0.38 0.46
6 0.12 0.17 0.21 6 0.40 0.37 0.45
7 0.12 0.16 0.20 7 0.36 0.42 0.49
8 0.10 0.19 0.21 8 0.37 0.39 0.51
9 0.14 0.16 0.22 9 0.39 0.41 0.45
10 0.13 0.17 0.24 10 0.34 0.41 0.49
표 5∼9에 나타내는 결과로부터, 본 실시예 인서트 1∼10은 어느 것이나 이것을 구성하는 TiCN기 서멧의 결합상이 W성분을 40∼60%의 높은 비율로 함유함으로써 우수한 고온경도를 구비하게 되는 것이므로, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하는 것에 대해서, 종래 인서트 1∼10은 어느 것이나 결합상에 있어서의 W의 함유비율이 1∼10%로 낮고, 이 결과, 결합상에 우수한 고온경도를 기대할 수 없는 것이므로, 특히 고속절삭가공에서의 상기 결합상의 마모 진행이 촉진되게 되고, 이것이 원인이 되어 비교적 단시간에 사용수명에 이르는 것이 분명하다.
상술한 바와 같이, 이 실시예의 인서트는 각종의 강철이나 주철 등의 통상의 조건에서의 절삭가공은 물론이고, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하며, 절삭가공의 성력화 및 성에너지화, 또한 저코스트화에 충분히 만족하게 대응할 수 있는 것이다.
(실시예 3)
원료분말로서 모두 0.5∼2㎛의 평균입경을 가지는 TiC0 .5N0 . 5분말, TiC0 .3N0 . 7분말, TiC0 .15N0 . 85분말(이상, C/N은 원자비를 나타낸다), WC분말, TaC분말, NbC분말, ZrC분말, VC분말, Mo2C분말, Co분말 및 Ni분말을 준비하고, 이들 원료분말을 표 10에 나타내는 배합조성으로 배합하고, 볼밀로 24시간 습식 혼합하고, 건조한 후, 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 얻고, 이 압분체를 이하의 소결조건, 즉
(a) 실온에서 1280℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(b) 1280℃의 온도로 승온한 시점에서, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 10분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 각각 표 10에 나타내는 회수로 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1420℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1420℃에서 1480∼1560℃의 범위 내의 소정의 소결온도까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 1.5시간 유지를 1300Pa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 한다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후, 절삭날부분에 R:0.07㎜의 호닝가공을 실시함으로써 ISO규격:CNMG120412의 팁형상을 가지는 본 실시예 인서트 1∼15를 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 표 11에 나타내는 바와 같이, 원료분말인 TiCN분말에 관하여 상기 TiC0 .5N0 . 5분말만을 사용하고, 또한 소결온도로의 승온과정에 있어서의 상기 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건으로 하여 종래 인서트 1∼15를 각각 제조하였다.
얻어진 본 실시예 인서트 1∼15 및 종래 인서트 1∼15에 대해서, 이것을 구성하는 TiCN기 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과 및 결합상의 분석결과를 각각 표 12, 13에 나타내었다.
또한, 도 13에 본 실시예의 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과(배율 1만배)를 모식적으로 나타낸다.
그리고, 상기 본 실시예 인서트 1∼15 및 종래 인서트 1∼15에 대해서, 이것을 모두 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정한 상태로,
피삭재:JISㆍS20C의 길이방향으로 동일간격의 4개 세로홈이 형성된 환봉,
절삭속도:380m/min,
절삭깊이:1.5㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:10분의 조건(절삭조건 A라 한다)에서의 탄소강의 건식 단속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 250m/min),
피삭재:JISㆍSCM440의 환봉,
절삭속도:300m/min,
절삭깊이:1㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 B라 한다)에서의 합금강의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 200m/min), 또한
피삭재:JISㆍFC300의 환봉,
절삭속도:380m/min,
절삭깊이：2.5㎜,
이송:0.3㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 C라 한다)에서의 주철의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 280m/min)을 하고, 모든 절삭시험에서 절삭날의 플랭크 마모폭을 측정하였다. 이 측정결과를 표 14에 나타내었다.


종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
TiCo0 .3N0 .7
TiCo0 .15N0 .85
WC
TaC
NbC
ZrC
VC
Mo2C
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기 유지회수



본
실
시
예

인
서
트



 1 20 33 - 20 - 5 - 2 - 10 10 2 2
2 25 - 25 22 6 - 1 - 1 10 10 2 2
3 - 35 15 25 5 2 3 - - 7 8 3 2
4 17 17 17 28 - 6 - - 2 6 7 3 2
5 10 - 42 30 5 - 1 1 1 5 5 3 3
6 35 21 - 20 3 3 - 2 1 7 8 3 3
7 40 - 14 22 - 7 2 - - 9 6 4 3
8 - 20 35 25 6 - - 1 2 5 6 4 3
9 10 34 10 28 - 5 1 1 1 5 5 4 4
10 28 28 - 28 - 5 - 1 - 5 5 4 4
11 15 42 - 20 7 - - - 3 5 8 5 4
12 20 20 20 22 1 4 - 3 - 5 5 5 5
13 28 - 30 24 - 5 1 1 1 5 5 5 5
14 - 10 49 21 5 - 5 - - 5 5 6 5
15 - 13 45 20 4 3 - 4 1 5 5 6 6


종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
TiCo0 .3N0 .7
TiCo0 .15N0 .85
WC
TaC
NbC
ZrC
VC
Mo2C
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기 유지회수



종
래

인
서
트





 1 53 - - 20 - 5 - 2 - 10 10 - -
2 50 - - 22 6 - 1 - 1 10 10 - -
3 50 - - 25 5 2 3 - - 7 8 - -
4 51 - - 28 - 6 - - 2 6 7 - -
5 52 - - 30 5 - 1 1 1 5 5 - -
6 56 - - 20 3 3 - 2 1 7 8 - -
7 54 - - 22 - 7 2 - - 9 6 - -
8 55 - - 25 6 - - 1 2 5 6 - -
9 54 - - 28 - 5 1 1 1 5 5 - -
10 56 - - 28 - 5 - 1 - 5 5 - -
11 57 - - 20 7 - - - 3 5 8 - -
12 60 - - 22 1 4 - 3 - 5 5 - -
13 58 - - 24 - 5 1 1 1 5 5 - -
14 59 - - 21 5 - 5 - - 5 5 - -
15 58 - - 20 4 3 - 4 1 5 5 - -

종별
 TiCN기 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 Co Ni Ti Ta Nb Zr V Mo W+불순물


본
실
시
예

인
서트		 1 79.6 잔량 28.6 28.6 1.1 - 0.6 - 0.4 - 잔량(W:40.5%함유)
2 75.2 잔량 27.0 27.3 1.0 0.6 - 0.2 - 0.2 잔량(W:43.5%함유)
3 80.5 잔량 20.2 23.2 0.6 0.4 0.3 0.5 - - 잔량(W:54.5%함유)
4 81.1 잔량 18.1 20.2 1.0 - 0.5 - - 0.2 잔량(W:59.8%함유)
5 88.2 잔량 24.6 24.9 1.8 0.8 - 0.4 0.6 0.3 잔량(W:46.5%함유)
6 83.5 잔량 22.9 26.1 1.5 0.8 1.1 - 0.9 0.5 잔량(W:46.0%함유)
7 84.4 잔량 32.9 22.8 1.1 - 0.7 0.2 - - 잔량(W:42.0%함유)
8 85.6 잔량 18.5 22.4 0.6 1.1 - - 0.2 0.3 잔량(W:56.6%함유)
9 89.4 잔량 27.2 27.5 1.2 - 1.6 0.3 0.3 0.2 잔량(W:41.2%함유)
10 89.5 잔량 27.9 27.6 1.0 - 1.3 - 0.5 - 잔량(W:41.6%함유)
11 86.5 잔량 21.9 34.9 0.7 0.7 - - - 0.5 잔량(W:41.1%함유)
12 92.9 잔량 27.6 27.4 1.8 0.5 1.3 - 1.0 - 잔량(W:40.1%함유)
13 88.4 잔량 22.1 22.6 1.5 - 1.6 0.6 0.5 0.6 잔량(W:50.3%함유)
14 87.4 잔량 20.3 20.7 0.6 0.6 - 0.1 - - 잔량(W:57.3%함유)
15 87.8 잔량 20.6 20.5 1.9 1.3 0.9 - 0.5 0.2 잔량(W:53.9%함유)

종별
 TiCN기 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 W Ti Ta Nb Zr V Mo Ni Co+불순물


종
래

인
서
트
 1 84.6 잔량 4.2 1.0 - 0.5 - 0.3 - 46.8 잔량(Co:47.0%함유)
2 84.0 잔량 1.8 1.2 0.4 - 0.2 - 0.2 48.1 잔량(Co:47.8%함유)
3 88.0 잔량 1.9 0.9 0.4 0.3 0.3 - - 51.3 잔량(Co:44.6%함유)
4 89.4 잔량 6.0 0.9 - 0.5 - - 0.5 49.2 잔량(Co:42.5%함유)
5 91.9 잔량 2.1 1.6 0.9 - 0.6 0.4 0.3 46.7 잔량(Co:47.1%함유)
6 88.3 잔량 7.9 1.3 0.8 1.0 - 1.1 0.8 46.3 잔량(Co:40.5%함유)
7 88.5 잔량 4.1 1.0 - 0.6 0.4 - - 35.2 잔량(Co:58.5%함유)
8 91.3 잔량 3.4 1.1 0.9 - - 0.2 0.2 51.7 잔량(Co:42.4%함유)
9 91.9 잔량 9.9 1.2 - 1.7 0.3 0.2 0.4 43.1 잔량(Co:43.0%함유)
10 92.2 잔량 4.3 0.9 - 1.1 - 1.0 - 46.3 잔량(Co:46.2%함유)
11 89.8 잔량 6.8 0.8 0.7 - - - 0.6 59.9 잔량(Co:31.1%함유)
12 92.7 잔량 1.4 1.5 0.7 1.6 - 1.2 - 46.6 잔량(Co:46.7%함유)
13 92.3 잔량 6.9 1.6 - 1.4 0.7 0.6 0.7 44.2 잔량(Co:43.8%함유)
14 92.4 잔량 4.4 0.6 0.8 - 0.6 - - 46.8 잔량(Co:46.5%함유)
15 92.3 잔량 8.9 1.7 1.2 1.0 - 1.1 0.2 43.1 잔량(Co:42.6%함유)
종별
 플랭크 마모폭(㎜) 종별
 플랭크 마모폭(㎜)
절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C 절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C

본
실
시
예

인
서
트		 1 0.09 0.20 0.20
종
래

인
서
트


 1 0.34 0.40 0.49
2 0.10 0.17 0.21 2 0.34 0.36 0.45
3 0.11 0.16 0.21 3 0.36 0.41 0.49
4 0.11 0.16 0.21 4 0.35 0.37 0.47
5 0.10 0.17 0.19 5 0.35 0.40 0.46
6 0.09 0.16 0.21 6 0.37 0.42 0.49
7 0.09 0.18 0.22 7 0.34 0.39 0.44
8 0.11 0.20 0.19 8 0.36 0.38 0.46
9 0.13 0.16 0.20 9 0.34 0.43 0.49
10 0.11 0.19 0.20 10 0.33 0.36 0.44
11 0.10 0.18 0.22 11 0.34 0.43 0.47
12 0.11 0.17 0.21 12 0.34 0.40 0.46
13 0.09 0.18 0.20 13 0.38 0.41 0.48
14 0.09 0.19 0.22 14 0.34 0.38 0.49
15 0.12 0.17 0.18 15 0.33 0.37 0.44
표 10∼14에 나타내는 결과로부터, 본 실시예 인서트 1∼15는 어느 것이나 이것을 구성하는 TiCN기 서멧의 결합상이 W성분을 40∼60%의 높은 비율로 함유함으로써 우수한 고온경도를 구비하게 되는 것이므로, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하는 것에 대해서, 종래 인서트 1∼15는 어느 것이나 결합상에 있어서의 W의 함유비율이 1∼10%로 낮고, 이 결과, 결합상에 우수한 고온경도를 기대할 수 없는 것이므로, 특히 고속절삭가공에서의 상기 결합상의 마모 진행이 촉진되게 되고, 이것이 원인이 되어 비교적 단시간에 사용수명에 이르는 것이 분명하다.
상술한 바와 같이, 이 실시예의 인서트는 각종의 강철이나 주철 등의 통상의 조건에서의 절삭가공은 물론이고, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하며, 절삭가공의 성력화 및 성에너지화, 또한 저코스트화에 충분히 만족하게 대응할 수 있는 것이다.
(실시예 4)
원료분말로서 모두 0.5∼2㎛의 평균입경을 가지는 (Ti0 .95Nb0 .05)C0 .5N0 . 5분말(표 15에서는 '원료A'로 나타낸다), (Ti0 .9Nb0 .1)C0 .5N0 . 5분말(표 15에서는 '원료B'로 나타낸다), (Ti0 .85Nb0 .15)C0 .5N0 . 5분말(표 15에서는 '원료C'로 나타낸다), (Ti0 .9Nb0 .1)C0 .4N0 .6분말(표 15에서는 '원료D'로 나타낸다), (Ti0 .9Nb0 .1)C0 .6N0 .4분말(표 15에서는 '원료E'로 나타낸다)(이상의 원료분말에 있어서의 함유비율은 원자비를 나타낸다), NbC분말, TaC분말, WC분말, Co분말 및 Ni분말을 준비하고, 이들 원료분말을 표 15에 나타내는 배합조성으로 배합하고, 볼밀로 24시간 습식 혼합하고, 건조한 후, 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 얻고, 이 압분체를 이하의 소결조건, 즉
(a) 실온에서 1280℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(b) 1280℃의 온도로 승온한 시점에서, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 10분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 각각 표 15에 나타내는 회수로 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1420℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1420℃에서 1480∼1560℃의 범위 내의 소정의 소결온도까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 1.5시간 유지를 1300Pa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 한다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후, 절삭날부분에 R:0.07㎜의 호닝가공을 실시함으로써 ISO규격:CNMG120412의 팁형상을 가지는 본 실시예 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 표 16에 나타내는 바와 같이, 원료분말로서 상기한 원료 A∼E 대신에 1㎛의 평균입경을 가지는 TiC0 .5N0 . 5분말(C/N은 원자비를 나타낸다)을 사용함과 아울러, 소결온도로의 승온과정에 있어서의 상기 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건으로 하여 종래 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
얻어진 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 구성하는 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과 및 결합상의 분석결과를 각각 표 17, 18에 나타내었다.
또한, 도 14에 본 실시예의 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과(배율 1만배)를 모식적으로 나타낸다.
그리고, 상기 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 모두 강제 바이트 (홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정한 상태로,
피삭재:JISㆍSCM440의 환봉,
절삭속도:350m/min,
절삭깊이:1㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 A라 한다)에서의 합금강의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 200m/min),
피삭재:JISㆍS20C의 길이방향으로 동일간격의 4개 세로홈이 형성된 환봉,
절삭속도:350m/min,
절삭깊이:1.5㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:10분의 조건(절삭조건 B라 한다)에서의 탄소강의 건식 단속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 250m/min), 또한
피삭재:JISㆍFC300의 환봉,
절삭속도:420m/min,
절삭깊이:2.5㎜,
이송:0.3㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 C라 한다)에서의 주철의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 280m/min)을 하고, 모든 절삭시험에서 절삭날의 플랭크 마모폭을 측정하였다. 이 측정결과를 표 19에 나타내었다.


종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

원료A
원료B
원료C
원료D
원료E
WC
TaC
NbC
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수

본
실
시
예

인
서
트
 1 25 25 - - - 20 10 - 10 10 2 2
2 - 25 28 - - 22 - 5 10 10 2 3
3 - - 25 30 - 25 5 5 5 5 3 2
4 - - - 27 25 28 - 7 6 7 3 3
5 25 - 25 - - 30 10 - 5 5 3 4
6 - 25 - 35 - 25 1 4 5 5 4 3
7 10 23 - - 25 22 5 - 6 9 4 4
8 - 10 - 25 20 25 4 3 8 5 5 4
9 17 - 10 20 10 28 - 5 5 5 5 5
10 10 10 10 10 10 30 - 7 6 7 6 6

종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
WC
TaC
NbC
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수


종
래

인
서
트

 1 50 20 10 - 10 10 - -
2 53 22 - 5 10 10 - -
3 55 25 5 5 5 5 - -
4 52 28 - 7 6 7 - -
5 50 30 10 - 5 5 - -
6 60 25 1 4 5 5 - -
7 58 22 5 - 6 9 - -
8 55 25 4 3 8 5 - -
9 57 28 - 5 5 5 - -
10 50 30 - 7 6 7 - -

종별
 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 Co Ni Ti Ta Nb W+불순물

본
실
시
예

인
서
트		 1 75.2 잔량 29.5 29.2 0.4 0.4 - 잔량(W:40.1%함유)
2 78.9 잔량 28.3 27.9 0.4 - 0.6 잔량(W:42.5%함유)
3 86.8 잔량 18.0 20.2 0.9 0.4 0.5 잔량(W:59.9%함유)
4 82.4 잔량 18.5 21.6 0.9 - 1.0 잔량(W:57.9%함유)
5 89.8 잔량 27.5 27.7 1.8 1.1 - 잔량(W:41.6%함유)
6 87.3 잔량 20.3 20.1 1.6 0.6 0.6 잔량(W:56.7%함유)
7 84.7 잔량 22.1 34.9 1.9 1.0 - 잔량(W:40.0%함유)
8 86.0 잔량 33.0 20.4 2.2 0.8 0.9 잔량(W:42.5%함유)
9 87.4 잔량 21.0 20.3 2.5 - 1.4 잔량(W:54.5%함유)
10 84.0 잔량 21.0 24.6 2.8 - 2.0 잔량(W:49.4%함유)

종별
 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 W Ti Ta Nb Ni Co+불순물


종
래

인
서
트
 1 83.9 잔량 2.4 0.5 0.5 - 48.4 잔량(Co:48.0%함유)
2 84.2 잔량 6.7 0.6 - 0.4 46.2 잔량(Co:45.8%함유)
3 91.9 잔량 10.0 0.9 0.6 0.5 44.0 잔량(Co:43.9%함유)
4 89.3 잔량 9.8 1.1 - 1.0 47.6 잔량(Co:40.4%함유)
5 91.4 잔량 7.1 2.0 0.8 - 45.1 잔량(Co:44.7%함유)
6 92.4 잔량 4.1 1.9 0.5 0.6 46.3 잔량(Co:46.3%함유)
7 88.6 잔량 1.2 2.1 0.8 - 59.5 잔량(Co:36.3%함유)
8 89.7 잔량 4.6 2.0 1.0 0.8 35.1 잔량(Co:56.2%함유)
9 92.3 잔량 2.1 1.8 - 1.7 47.1 잔량(Co:47.0%함유)
10 89.3 잔량 6.4 3.1 - 2.0 47.7 잔량(Co:40.6%함유)
종별
 플랭크 마모폭(㎜) 종별
 플랭크 마모폭(㎜)
절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C 절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C

본
실
시
예

인
서
트		 1 0.17 0.11 0.19
종
래

인
서
트


 1 0.44 0.34 0.45
2 0.18 0.10 0.22 2 0.45 0.37 0.53
3 0.15 0.11 0.21 3 0.42 0.34 0.53
4 0.15 0.12 0.23 4 0.38 0.41 0.49
5 0.16 0.13 0.20 5 0.42 0.33 0.46
6 0.17 0.13 0.20 6 0.45 0.42 0.51
7 0.16 0.09 0.18 7 0.39 0.41 0.46
8 0.14 0.08 0.21 8 0.38 0.35 0.47
9 0.15 0.12 0.19 9 0.43 0.37 0.45
10 0.18 0.11 0.20 10 0.42 0.40 0.54
표 15∼19에 나타내는 결과로부터, 본 실시예 인서트 1∼10은 어느 것이나 이것을 구성하는 서멧의 결합상이 W성분을 40∼60%의 높은 비율로 함유함으로써 우수한 고온경도를 구비하게 되는 것이므로, 경질상의 심부가 Nb성분의 함유에 의해서 높은 고온경도를 가지는 것과 아울러, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하는 것에 대해서, 종래 인서트 1∼10은 어느 것이나 결합 상에 있어서의 W의 함유비율이 1∼10%로 낮고, 이 결과, 결합상에 우수한 고온경도를 기대할 수 없는 것이므로, 특히 고속절삭가공에서의 상기 결합상의 마모 진행이 촉진되게 되고, 이것이 원인이 되어 비교적 단시간에 사용수명에 이르는 것이 분명하다.
상술한 바와 같이, 이 실시예의 인서트는 각종의 강철이나 주철 등의 통상의 조건에서의 절삭가공은 물론이고, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하며, 절삭가공의 성력화 및 성에너지화, 또한 저코스트화에 충분히 만족하게 대응할 수 있는 것이다.
(실시예 5)
원료분말로서 모두 0.5∼2㎛의 평균입경을 가지는 (Ti0 .85Nb0 .05Zr0 .1)C0 .5N0 .5분말(표 20에서는 '원료a'로 나타낸다), (Ti0 .8Nb0 .1Zr0 .1)C0 .5N0 .5분말(표 20에서는 '원료b'로 나타낸다), (Ti0 .75Nb0 .15Zr0 .1)C0 .5N0 . 5분말(표 20에서는 '원료c'로 나타낸다), (Ti0.85Nb0.1Zr0.05)C0.5N0.5분말(표 20에서는 '원료d'로 나타낸다), (Ti0.75Nb0.1Zr0.15)C0.5N0.5분말(표 20에서는 '원료e'로 나타낸다), (Ti0.8Nb0.1Zr0.1)C0.4N0.6분말(표 20에서는 '원료f'로 나타낸다) 및 (Ti0.8Nb0.1Zr0.1)C0.6N0.4분말(표 20에서는 '원료g'로 나타낸다)(이상 원료분말에 있어서의 함유비율은 원자비를 나타낸다), NbC분말, TaC분말, WC분말, Co분말 및 Ni분말을 준비하고, 이들 원료분말을 표 20에 나타내는 배합조성으로 배합하고, 볼밀로 24시간 습식 혼합하고, 건조한 후, 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 얻고, 이 압분체를 이하의 소결조건, 즉
(a) 실온에서 1280℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(b) 1280℃의 온도로 승온한 시점에서, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 10분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 각각 표 20에 나타내는 회수로 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1420℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1420℃에서 1480∼1560℃의 범위 내의 소정의 소결온도까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 1/5시간 유지를 1300Pa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 한다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후, 절삭날부분에 R:0.07㎜의 호닝가공을 실시함으로써 ISO규격:CNMG120412의 팁형상을 가지는 본 실시예 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 표 21에 나타내는 바와 같이, 원료분말로서 상기한 원료 a∼f 대신에 1㎛의 평균입경을 가지는 TiC0 .5N0 . 5분말(C/N은 원자비를 나타낸다)을 사용함과 아울러, 소결온도로의 승온과정에 있어서의 상기 분위기 교호변화처리를 하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 조건으로 하여 종래 인서트 1∼10을 각각 제조하였다.
얻어진 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 구성하는 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관찰결과 및 결합상의 분석결과를 각각 표 22, 23에 나타내었다.
또한, 도 15에 본 실시예의 서멧의 TEM(투과전자현미경)에 의한 조직관집결과(배율 1만배)를 모식적으로 나타낸다.
그리고, 상기 본 실시예 인서트 1∼10 및 종래 인서트 1∼10에 대해서, 이것을 모두 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정한 상태로,
피삭재:JISㆍSCM440의 환봉,
절삭속도:350m/min,
절삭깊이:1㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 A라 한다)에서의 합금강의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 200m/min),
피삭재:JISㆍS20C의 길이방향으로 동일간격의 4개 세로홈이 형성된 환봉,
절삭속도:380m/min,
절삭깊이:1.5㎜,
이송:0.2㎜/rev,
절삭시간:10분의 조건(절삭조건 B라 한다)에서의 탄소강의 건식 단속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 250m/min), 또한
피삭재:JISㆍFC300의 환봉,
절삭속도:400m/min,
절삭깊이:2.5㎜,
이송:0.3㎜/rev,
절삭시간:20분의 조건(절삭조건 C라 한다)에서의 주철의 건식 연속 고속절삭시험(통상의 절삭속도는 280m/min)을 하고, 모든 절삭시험에서 절삭날의 플랭크 마모폭을 측정하였다. 이 측정결과를 표 24에 나타내었다.


종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리
원료a 원료b 원료c 원료d 원료e 원료f 원료g WC TaC NbC Co Ni 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수

본
실
시
예

인
서
트
 1 25 25 - - - - - 20 10 - 10 10 2 2
2 - 25 28 - - - - 22 - 5 10 10 2 3
3 - - 25 20 10 - - 25 5 5 5 5 3 2
4 - - - 12 20 20 - 28 - 7 6 7 3 3
5 - - - 15 25 10 30 10 - 5 5 3 4
6 10 20 15 15 - - - 25 1 4 5 5 4 3
7 20 - 8 - - 20 10 22 5 - 6 9 4 4
8 - 5 10 15 10 15 - 25 4 3 8 5 5 4
9 10 10 - 7 10 10 10 28 - 5 5 5 5 5
10 5 10 5 8 7 10 5 30 - 7 6 7 6 6

종별		 배합조성(질량%) 승온과정의
분위기 교호변화처리

TiCo0 .5N0 .5
WC
TaC
NbC
Co
Ni		 단시간
Ar분위기
유지회수		 단시간
진공분위기
유지회수


종
래

인
서
트

 1 50 20 10 - 10 10 - -
2 53 22 - 5 10 10 - -
3 55 25 5 5 5 5 - -
4 52 28 - 7 6 7 - -
5 50 30 10 - 5 5 - -
6 60 25 1 4 5 5 - -
7 58 22 5 - 6 9 - -
8 55 25 4 3 8 5 - -
9 57 28 - 5 5 5 - -
10 50 30 - 7 6 7 - -

종별
 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 Co Ni Ti Ta Nb W+불순물

본
실
시
예

인
서
트		 1 75.0 잔량 29.0 29.5 0.5 0.6 - 잔량(W:40.0%함유)
2 77.4 잔량 25.4 25.5 0.3 - 0.6 잔량(W:47.9%함유)
3 86.8 잔량 18.2 20.0 0.8 0.4 0.4 잔량(W:59.8%함유)
4 84.3 잔량 21.7 25.3 1.2 - 0.6 잔량(W:51.0%함유)
5 89.9 잔량 28.7 29.0 1.1 0.8 - 잔량(W:40.3%함유)
6 88.8 잔량 25.5 24.6 1.5 0.7 0.6 잔량(W:47.0%함유)
7 84.4 잔량 21.1 34.8 1.6 0.8 - 잔량(W:41.6%함유)
8 86.0 잔량 32.9 20.6 2.0 0.7 0.8 잔량(W:42.9%함유)
9 86.3 잔량 18.4 18.3 2.3 - 1.6 잔량(W:59.0%함유)
10 84.5 잔량 21.3 24.8 2.4 - 1.5 잔량(W:49.9%함유)

종별
 서멧
조직(면적%) 결합상의 성분조성(질량%)
경질상 결합상 W Ti Ta Nb Ni Co+불순물


종
래

인
서
트
 1 83.4 잔량 7.4 0.5 0.3 - 45.8 잔량(Co:45.7%함유)
2 84.3 잔량 6.1 0.6 - 0.6 46.4 잔량(Co:46.1%함유)
3 91.9 잔량 9.2 0.9 0.5 0.4 44.4 잔량(Co:44.5%함유)
4 89.7 잔량 2.6 0.9 - 0.8 51.3 잔량(Co:44.1%함유)
5 91.3 잔량 9.3 1.6 1.3 - 44.0 잔량(Co:43.7%함유)
6 92.4 잔량 3.5 1.7 0.6 0.7 46.7 잔량(Co:46.7%함유)
7 88.5 잔량 2.9 1.6 0.5 - 59.9 잔량(Co:35.0%함유)
8 89.5 잔량 8.7 1.9 1.1 1.0 35.0 잔량(Co:52.2%함유)
9 92.0 잔량 9.1 2.1 - 1.9 43.5 잔량(Co:43.2%함유)
10 89.3 잔량 7.3 2.9 - 1.8 47.4 잔량(Co:40.5%함유)
종별
 플랭크 마모폭(㎜) 종별
 플랭크 마모폭(㎜)
절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C 절삭조건A 절삭조건B 절삭조건C

본
발
명

절
삭
팁
 1 0.15 0.09 0.18
종
래

절
삭
팁


 1 0.37 0.44 0.50
2 0.19 0.08 0.19 2 0.41 0.36 0.53
3 0.14 0.09 0.17 3 0.43 0.42 0.44
4 0.18 0.12 0.20 4 0.36 0.41 0.45
5 0.14 0.11 0.18 5 0.40 0.43 0.51
6 0.17 0.13 0.19 6 0.38 0.39 0.48
7 0.20 0.05 0.17 7 0.42 0.37 0.47
8 0.20 0.12 0.18 8 0.40 0.41 0.45
9 0.19 0.09 0.17 9 0.41 0.43 0.49
10 0.18 0.08 0.15 10 0.42 0.35 0.47
표 20∼24에 나타내는 결과로부터, 본 실시예 인서트 1∼10은 어느 것이나 이것을 구성하는 서멧의 결합상이 W성분을 40∼60%의 높은 비율로 함유함으로써 우수한 고온경도를 구비하게 되는 것이므로, 경질상의 심부가 Nb성분 및 Zr성분의 함유에 의해서 높은 고온경도를 가지며 또한 소결시에 우수한 습윤성을 발휘하는 것과 아울러, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 치핑이 발생하는 일 없이 우수한 내마모성을 발휘하는 것에 대해서, 종래 인서트 1∼10은 어느 것이나 결합상에 있어서의 W의 함유비율이 1∼10%로 낮고, 이 결과, 결합상에 우수한 고온경도를 기대할 수 없는 것이므로, 특히 고속절삭가공에서의 상기 결합상의 마모 진행이 촉진되게 되고, 이것이 원인이 되어 비교적 단시간에 사용수명에 이르는 것이 분명하다.
상술한 바와 같이, 이 실시예의 인서트는 각종의 강철이나 주철 등의 통상의 조건에서의 절삭가공은 물론이고, 고열발생을 수반하는 고속절삭가공에서도 우수한 내마모성을 발휘하며, 절삭가공의 성력화 및 성에너지화, 또한 저코스트화에 충분히 만족하게 대응할 수 있는 것이다.
(실시예 6)
a) 우선, 본 실시예의 인서트에 대해서 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 인서트(1)는 ISO규격:SNGN120408의 형상의 소결체로 이루어지는 절삭팁이다.
이 인서트(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 경질상(경질입자)과 그 주위를 덮도록 존재하는 결합상으로 이루어지는 조직(불가피 불순물을 함유한다)에 의해서 구성되어 있다. 그 중, 경질상은 (Ti,W,Ta/Nb)CN과 탄질화티탄으로 이루어지고, 결합상은 W과 Co 및/또는 Ni을 주성분으로 하고 있다.
상기 인서트(1)의 소결체 조성으로서, Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W에 관하여, Ti을 탄질화물 환산한 값과 Nb 및/또는 Ta을 탄화물 환산한 값과 W을 탄화물 환산한 값의 합계로 인서트 전체에 대해서 70∼95질량% 함유하고 있다. 또한, 이것들 중 W은 탄화물 환산한 값으로 조직 전체에 대해서 20∼35질량% 함유하고 있다.
또, Ti은 조직 전체에 대해서 탄질화물 환산한 값으로 45∼60질량% 함유함과 아울러, Nb 및/또는 Ta은 탄화물 환산한 값으로 5∼10질량% 함유하고 있다.
또한, 경질상 중에 W을 탄화물 환산한 값으로 조직 전체에 대해서 40∼65질량% 함유함과 아울러, W의 잔부를 결합상에 함유하고 있다.
게다가, 경질상으로서, 예를 들면 하기 (1)∼(3)의 모든 경질상을 구비하고 있다.
(1) 심부가 탄질화티탄상, 주변부가 (Ti,W,Ta/Nb)CN상으로 이루어지는 유심구조의 제 1 경질상,
(2) 심부 및 주변부의 양방이 (Ti,W,Ta/Nb)CN상으로 이루어지는 유심구조의 제 2 경질상,
(3) 탄질화티탄상으로 이루어지는 단상구조의 제 3 경질상,
따라서, 본 실시예의 인서트(1)는 상술한 독자적인 구성에 의해서 후술하는 실험예에서 나타낸 바와 같이 높은 내마모성 및 내결손성을 모두 구비하고 있다.
또, 상술한 인서트(1)는, 예를 들면 도 6에 예시한 바와 같이 강제의 기둥형상의 홀더(3)의 선단부에 고정지그(5)에 의해서 고정된다. 그리고, 이 홀더(3)에 인서트(1)가 고정된 절삭공구(7)를 사용하여 강철 등을 절삭한다.
b) 이어서, 본 실시예의 인서트의 제조방법에 대해서 설명한다. 또한, 여기서는 후술하는 실험에 제공되는 인서트의 제조방법을 예로 들어 설명한다.
ㆍ본 실시예에서는 우선 원료분말을 사용하여 습식 혼합하였다.
구체적으로는, 하기의 표 25에 나타낸 바와 같이 평균입경 0.5∼2㎛의 TiC0.5N0.5분말, 평균입경 0.5∼2㎛의 TiC0.3N0.7분말, 평균입경 1∼2㎛의 WC분말, 평균입경 1∼2㎛의 TaC분말, 평균입경 1∼2㎛의 NbC분말, 평균입경 2∼3㎛의 Co분말, 평균입경 2∼3㎛의 Ni분말을 준비하고, 이것들의 원료분말을 하기의 표 25에 나타내는 배합조성으로 배합하여 A∼D의 4종류의 혼합분말을 조정하였다.
조성
 배합조성[질량%]
TiC0 .5N0 .5 TiC0 .3N0 .7 WC TaC NbC Co Ni
A 25 25 28 - 5 8 9
B 25 25 28 10 - 6 6
C 30 30 20 - 6 7 7
D 35 20 25 - 6 7 7
그리고, 상기 A∼D의 각 혼합분말을 각각 볼밀로 알코올 중에서 24시간 습식 혼합하고, 그 후 건조하였다.
그리고, 이 건조한 분말을 98MPa의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 얻었다.
그리고, 이 압분체를 도 16에 나타낸 바와 같이 이하의 소성조건 (a)∼(e)로 소성하였다.
(a) 실온에서 1200℃까지는 10Pa 이하의 진공분위기(V) 중에서 10℃/분의 속도로 승온하고,
(b) 1200℃의 온도(중간온도: 또한, 중간온도로서는 1200∼1250℃를 채용할 수 있다)로 승온한 후, 35kPa의 Ar분위기로 2분간 유지하는 '단시간 Ar분위기 유지'와 10Pa 이하의 진공분위기로 15분간 유지하는 '단시간 진공분위기 유지'를 교호로 반복하는 "분위기 교호변화처리"를 실시하고,
(c) 상기 분위기 교호변화처리후, 1350℃까지의 승온을 10Pa 이하의 진공분위기 중에서 2℃/분의 속도로 승온하고,
(d) 1350℃에서 소정의 소결온도(1500℃)까지의 2℃/분의 속도로의 승온 및 상기 소결온도로 60분간 유지를 1.3kPa의 질소분위기에서 하고,
(e) 상기 소결온도로부터의 노냉을 90kPa 이하의 Ar분위기 중에서 하였다.
이상 (a)∼(e)의 공정으로 이루어지는 조건으로 소결하고, 소결후 연마가공을 실시함으로써 ISO규격:SNGN120408의 팁형상을 가지는 인서트(1)를 제조하였다.
즉, 하기의 표 26에 나타낸 바와 같이, 상기 4종의 혼합분말에 대응한 시료 No.1∼4의 인서트를 각각 제조하였다.
또, 비교의 목적에서, 하기의 표 26에 나타낸 바와 같이, 중간온도의 차이 외에는 실질적으로 동일한 조건(시료 No.5∼8)으로 하여 각각 비교예의 인서트를 제조하였다.
No. 조성 중간온도[℃]

본 실시예

 1 A 1200
2 B 1200
3 C 1250
4 D 1250

비교예

 5 A 1300
6 B 1300
7 C 1350
8 D 1350
c) 이어서, 상술한 제조방법에 따라서 제조한 본 발명예의 시료 No.1∼4의 인서트와 비교예의 시료 No.5∼8의 인서트의 조성분석이나 절삭평가에 대해서 설명한다.
(1) 조성분석
ㆍEDS(에너지분산법)에 의해서 본 실시예의 각 시료 No.1∼4 및 비교예의 시료 No.5∼8의 인서트(소결체)에 함유되어 있는 성분(원소)의 정량을 분석하였다. 그리고, 그 성분의 화합물을 환산하였다. 그 결과를 하기의 표 27 및 표 28에 나타낸다.

 시료 No. 배합 인서트(소결체) 원소조성[질량%]
Ti W Ta Nb Co Ni

본 실시예

 1 A 44 35 - 5 8 8
2 B 47 32 9 - 6 6
3 C 53 28 - 6 6 7
4 D 48 32 - 6 7 7

비교예

 5 A 47 33 - 5 7 8
6 B 47 30 11 - 6 6
7 C 56 26 - 5 6 7
8 D 52 30 - 5 6 7

시료 No. 배합 인서트(소결체) 원소 환산값[질량%]
TiCN WC TaC NbC Co Ni

본 실시예

 1 A 49 35 - 5 7 7
2 B 52 30 8 - 5 5
3 C 58 25 - 6 5 6
4 D 53 29 - 6 6 6

비교예

 5 A 52 30 - 5 6 7
6 B 50 30 10 - 5 5
7 C 60 24 - 5 5 6
8 D 54 30 - 5 5 6
ㆍ또, TEM(투과전자현미경)을 사용한 분석과 EDS에 의해서 인서트의 결합상의 조성을 분석하였다. 그 결과를 하기의 표 29에 나타낸다.

 시료 No. 배합 결합상 원소조성[질량%]
Ti/불가피불순물 W Ta Nb Co Ni

본 실시예

 1 A 1 53 - 1 22 23
2 B 1 49 1 - 24 25
3 C 1 44 - 1 27 27
4 D 1 48 - 1 25 25

비교예

 5 A 1 60 - 1 19 19
6 B 1 59 1 - 19 20
7 C 1 54 - 1 22 22
8 D 1 59 - 1 19 20
ㆍ또한, W에 대해서 그 함유량을 구하였다. 그 결과를 하기의 표 30에 나타낸다.
여기서, 인서트 전체에 대한 결합상 중의 W량, 인서트 전체에 대한 경질상 중의 W량, 전체 W량에 대한 결합상 중의 W량은 각각 하기의 식<1>∼식<3>에 의해서 구할 수 있다. 또한, W량 등의 산출에는 환산값이 아니고 원소의 양(질량%)을 사용하였다.
ㆍ결합상 중의 W량[질량%]
=(결합상 조성중의 W)*(소결체 조성중의 Co＋Ni)/(결합상 조성중의 Co＋Ni) ……<1>
ㆍ경질상 중의 W량[질량%]
=(소결체 중의 W량)-(결합상 중의 W량) ……<2>
ㆍ전체 W량에 대한 결합상 중의 W량[질량%]
=(결합상 중의 W량)/(전체 W량) ……<3>

 시
료
No		 배
합
 W[질량%] 결합상/경질상의 W존재비[%]
<1>식값
인서트 전체에 대한 결합상 중의 W량		 <2>식값
인서트 전체에 대한 경질상 중의 W량		 <3>식값
전체 W량에 대한 결합상 중의 W비율
전체 W량에 대한 경질상 중의 W비율
본
실
시
예		 1 A 19 16 54 46
2 B 12 20 38 62
3 C 11 17 38 62
4 D 13 19 42 58

비
교
예		 5 A 24 9 72 28
6 B 18 12 61 39
7 C 16 10 61 39
8 D 20 10 66 34
(2) 내결손시험
각 시료의 인서트를 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정하여 절삭공구로 하였다.
그리고, 이 절삭공구를 사용하여 하기의 표 31의 절삭조건으로 합금강의 건식 단속 고속절삭시험을 하였다. 또한, 내결손시험은 동종의 20개의 인서트를 사용하여 실시하였다.
그리고, 충격회수 700회에서의 누적결손율(700회에서 결손이 발생하는 인서트의 개수의 비율)을 조사하였다. 그 결과를 하기의 표 32에 나타낸다.
(3) 내마모시험
각 시료의 인서트를 강제 바이트(홀더)의 선단부에 고정지그로 나사 고정하여 절삭공구로 하였다.
그리고, 이 절삭공구를 사용하여 하기의 표 31의 절삭조건으로 합금강의 건식 단속 고속절삭시험을 하였다.
그리고, 4분 가공후의 플랭크 마모량(VB마모량)을 측정하였다. 그 결과를 하기의 표 32에 나타낸다.
절삭조건
 단위
 내결손시험 내마모시험
충격회수 700회에서의 누적결손율 4분 가공후의 VB마모량
절삭속도 [m/min] 200 300
이송(f) [㎜/rev] 0.25 0.15
절삭깊이 [㎜] 1.5 1.5
건식/습식 DRY DRY
충격회수 [회] 700 -
절삭시간 [min] - 4
팁형상 SNGN120408 SNGN120408
피삭재(워크) SNCM439(ø200㎜환봉:축방향으로
동일간격의 4개홈 슬릿)		 SNCM439
(ø200㎜환봉)

시료No.
 조성
 중간온도
 절삭평가
누적결손율[%] VB마모량[㎜]

본 실시예

 1 A 1200 25 0.11
2 B 1200 15 0.09
3 C 1250 20 0.10
4 D 1250 15 0.10

비교예

 5 A 1300 45 0.10
6 B 1300 35 0.09
7 C 1350 40 0.10
8 D 1350 35 0.11
상기 표 25∼32에서 분명한 바와 같이, 본 실시예의 인서트는 특히 인서트에 함유되는 W 중 40∼65질량%를 경질상 중에 함유함과 아울러, 잔부를 결합상에 함유하고 있기 때문에, 높은 내마모성 및 내결손성을 모두 실현할 수 있다는 현저한 효과를 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 하등 한정되는 것이 아니며, 본 발명을 일탈하지 않는 범위 내에서 각종의 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (15)

  1. 경질상 및 결합상으로 이루어지는 조직을 가지며,
    소결체 조성으로서, Ti과 Nb 및/또는 Ta과 W에 관하여, 상기 Ti을 탄질화물 환산한 값과 상기 Nb 및/또는 Ta을 탄화물 환산한 값과 상기 W을 탄화물 환산한 값의 합계로 상기 조직 전체에 대해서 70∼95질량% 함유함과 아울러(그 중, 상기 W은 탄화물 환산한 값으로 조직 전체에 대해서 15∼35질량%),
    Co 및/또는 Ni을 함유하는 서멧제 인서트로서,
    상기 경질상으로서 하기의 (1)∼(3) 중 1종 또는 2종 이상을 구비하고(다만, 하기의 (2) 단독은 제외한다},
    (1) 심부가 탄질화티탄상, 주변부가 Ti 및 W과 Ta 및/또는 Nb의 복합탄질화물[이하, "(Ti,W,Ta/Nb)CN"으로 나타낸다]상을 함유하는 유심구조의 제 1 경질상,
    (2) 심부 및 주변부의 양방이 (Ti,W,Ta/Nb)CN상을 함유하는 유심구조의 제 2 경질상,
    (3) 탄질화티탄상으로 이루어지는 단상구조의 제 3 경질상,
    또한, 상기 탄질화티탄상 내에 있어서, 소정 부위에 W이 편중되게 존재하여 주위보다도 W을 많이 함유하는 W부유상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서멧제 인서트의 표면 및 단면 중 적어도 일방의 조직에 있어서, 상기 탄질화티탄상 내에 상기 W부유상이 선상 및 망상 중 적어도 1종의 상태로 편재되는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄질화티탄상 내에 상기 W부유상이 층상, 원주상 및 각주상 중 적어도 1종의 상태로 편재되는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄질화티탄상 내에, 3차원적으로 본 경우에는 상기 W부유상이 층상, 원주상 및 각주상 중 적어도 1종의 상태로 편재되고, 소정의 단면에 있어서 2차원적으로 본 경우에는 상기 W부유상이 선상 및 망상 중 적어도 1종의 상태로 편재되는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경질상 및/또는 결합상에 Mo을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 경질상 및/또는 결합상에 Mo을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 경질상 및/또는 결합상에 Mo을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 결합상에 W을 함유하되, 상기 결합상에 차지하는 W의 비율이 40∼60질량%인 것을 특징으로 하는 서멧제 인서트.
  15. 홀더에 상기 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 서멧제 인서트를 구비한 것을 특징으로 하는 절삭공구.
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