KR100993152B1

KR100993152B1 - 표면피복 서멧제 절삭공구

Info

Publication number: KR100993152B1
Application number: KR1020040013587A
Authority: KR
Inventors: 우에다도시아끼; 오시까다까또시; 하야히다꾸야
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-11-09
Also published as: EP1479791A2; US20040224159A1; DE602004011582T2; JP2004284003A; US7201956B2; EP1479791A3; EP1479791B1; KR20040078062A; DE602004011582D1; USRE41111E1; CN100430170C; CN1524653A; ATE385266T1

Abstract

(과제) 경질 피복층이 우수한 내치핑성을 발휘하는 표면 피복 서멧제 절삭 공구를 제공한다.

(해결수단) 표면피복 서멧제 절삭공구가, WC 기 초경합금 또는 TiCN 기 서멧으로 구성된 공구 기체의 표면에, (a) 하부층으로서, 모두 화학 기상 증착에 의해 형성된 TiC 층, TiN 층, TiCN 층, TiO층, TiCO 층, 및 TiCNO 층 중의 1 층 또는 2 층 이상으로 이루어지고, 또한 0.5∼20㎛ 의 전체 평균 층두께를 갖는 Ti 화합물층, (b) 상부층으로서, 화학 기상 증착 형성된 상태에서 α형의 결정 구조를 갖고, 전계 방출형 주사 전자 현미경을 사용하여, 표면 연마면의 측정 범위내에 존재하는 육방정 결정 격자를 갖는 개개의 결정립에 전자선을 조사하고, 상기 결정립의 결정면인 (0001) 면의 상기 표면 연마면의 법선에 대한 경사각을 측정하여, 상기 개개의 결정립이 나타내는 0∼45 도의 범위내의 측정 경사각을 0.25 도의 피치마다 구분하고, 각 구분내에 존재하는 측정 경사각을 구분마다 집계하여 이루어지는 막대 그래프에 있어서, 0∼10 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크가 나타나고, 또한 1∼30㎛ 의 평균 층두께를 갖는 α형 Al₂O₃ 층, 이상 (a) 및 (b) 로 구성된 경질 피복층을 형성하여 이루어진다.

Description

표면피복 서멧제 절삭공구{SURFACE COATED CUTTING TOOL OF CERMET}

도 1 은 경질 피복층을 구성하는 각종 α형 Al₂O₃ 층에 있어서의 결정립의 (0001) 면의 경사각의 측정 범위를 나타내는 개략도.

도 2 는 본 발명의 피복 서멧 공구 (10) 의 경질 피복층을 구성하는 α형 Al₂O₃ 층의 (0001) 면의 막대 그래프.

도 3 은 종래의 피복 서멧 공구 (10) 의 경질 피복층을 구성하는 α형 Al₂O₃ 층의 (0001) 면의 막대 그래프.

본 발명은, 특히 각종 강이나 주철 등의 고속 단속 절삭에서, 경질 피복층이 우수한 내치핑성을 발휘하는 표면피복 서멧(cermet)제 절삭공구 (이하, 피복 서멧 공구라고 한다) 에 관한 것이다.

종래, 일반적으로, 탄화텅스텐 (이하, WC 로 나타낸다) 기 초경합금 또는 탄질화티탄 (이하, TiCN 으로 나타낸다) 기 서멧으로 구성된 기체 (基體: 이하, 이들을 총칭하여 공구 기체라고 한다) 의 표면에,

(a) 하부층으로서, 모두 화학 기상 증착에 의해 형성된 Ti 의 탄화물 (이하, TiC 로 나타낸다) 층, 질화물 (이하, 마찬가지로 TiN 으로 나타낸다) 층, 탄질화물 (이하, TiCN 으로 나타낸다) 층, 산화물 (이하, TiO 로 나타낸다) 층, 탄산화물 (이하, TiCO 로 나타낸다) 층, 및 탄질산화물 (이하, TiCNO 로 나타낸다) 층 중의 1 층 또는 2 층 이상으로 이루어지고, 또한 0.5∼20㎛ 의 전체 평균 층두께를 갖는 Ti 화합물층,

(b) 상부층으로서, 화학 기상 증착 형성된 상태에서 α형의 결정 구조를 갖고, 또 1∼30㎛ 의 평균 층두께를 갖는 산화 알루미늄층 (이하, α형 Al₂O₃ 층으로 나타낸다),

이상 (a) 및 (b) 로 구성된 경질 피복층을 화학 기상 증착 형성 (이하, 간단하게 증착 형성이라고 한다) 하여 이루어지는 피복 서멧 공구가 알려져 있으며, 이 피복 서멧 공구가, 예를 들면 각종 강이나 주철 등의 연속 절삭이나 단속 절삭에 사용되는 것이 잘 알려져 있다.

또한, 일반적으로, 상기한 피복 서멧 공구의 경질 피복층을 구성하는 Ti 화합물층이나 α형 Al₂O₃ 층이 입상 결정 조직을 갖고, 또, 층 자체의 강도 향상을 목적으로 하여, 상기 Ti 화합물층을 구성하는 TiCN 층을, 통상의 화학 기상 증착 장치에 의해 반응 가스로서 유기 탄질화물을 포함하는 혼합 가스를 사용하여, 700∼950℃ 의 중온 온도역에서 화학 기상 증착하는 것에 의해 형성하여 세로 길이로 성장하는 결정 조직을 갖도록 하는 것도 알려져 있다.

(특허문헌 1)

일본 공개특허공보 평6-31503호

(특허문헌 2)

일본 공개특허공보 평6-8010호

최근 절삭 장치의 고성능화가 눈부신 와중에, 한편에선 절삭 가공에 대한 생력화(省力化) 및 에너지소비 절약화, 또 저비용화에 대한 요구가 강하여, 이러한 것에 따라 절삭 가공은 한층 더 고속화 경향에 있으며, 고도의 절삭 깊이나 고도의 피딩(feeding) 등의 중(重)절삭 조건에서의 절삭 가공이 부득이한 상황에 있지만, 상기한 종래의 피복 서멧 공구에 있어서는, 이것을 강이나 주철 등의 통상적인 조건에서의 연속 절삭이나 단속 절삭에 사용한 경우에는 문제가 없지만, 특별히 이것을 절삭 조건이 가장 가혹한 고속 단속 절삭, 즉 절삭날부에 매우 짧은 피치로 반복하여 열충격이 부가되는 고속 단속 절삭에 사용한 경우, 경질 피복층을 구성하는 α형 Al₂O₃ 층은 경질이면서 내열성이 우수하지만 충분한 강도를 구비하는 것이 아니기 때문에, 이것이 원인이 되어 경질 피복층에는 치핑 (미소 결손) 이 발생하기 쉬워져, 그 결과 비교적 단시간에 사용 수명에 도달하는 것이 현실이다.

그래서, 본 발명자들은, 상술한 것과 같은 관점에서, 상기의 α형 Al₂O₃ 층이 경질 피복층을 구성하는 피복 서멧 공구에 착안하여, 이것의 내치핑성 향상을 꾀하고자 연구를 행한 결과, 하기 (a) 및 (b) 에 나타낸 연구 결과를 얻은 것이다.

(a) 공구 기체의 표면에, 경질 피복층으로서의 α형 Al₂O₃ 층을 증착 형성함에 있어서, 예를 들어 이것의 증착 형성에 앞서 통상적인 화학 기상 증착 장치에 의해,

반응 가스 조성: 용량% 로, AlCl₃ : 3∼10%, CO₂ : 0.5∼3%, C₂H₄ : 0.01∼0.3%, H₂: 나머지

반응 분위기 온도: 750∼900℃,

반응 분위기 압력: 3∼13kPa,

의 저온 조건에서 하부층인 Ti 화합물층의 표면에 Al₂O₃ 핵을 형성하고, 이 경우 상기 Al₂O₃ 핵은 20∼200nm 의 평균 층두께를 갖는 Al₂O₃ 핵 박막인 것이 바람직하며 (이하, Al₂O₃ 핵 박막이라고 한다), 계속해서, 반응 분위기를 압력: 3∼13kPa 의 수소 분위기로 바꾸고, 반응 분위기 온도를 1100∼1200℃ 로 승온시킨 조건에서 상기 Al₂O₃ 핵 박막에 가열 처리를 실시한 상태에서, 경질 피복층으로서의 α형 Al₂O₃ 층을 통상의 조건에서 형성하면, 이 결과, 상기 가열 처리 Al₂O ₃ 핵 박막 상에 증착 형성된 α형 Al₂O₃ 층은, 전계 방출형 주사 전자 현미경을 사용하여, 도 1 에 개략도로 나타낸 바와 같이, 표면 연마면의 측정 범위내에 존재하는 육방정 결정 격자를 갖는 α형 Al₂O₃ 결정립 하나하나에 전자선을 조사하고, 상기 결정립의 결정면인 (0001) 면의 상기 표면 연마면의 법선에 대한 경사각을 측정하여, 상기 개개의 결정립이 나타내는 0∼45 도의 범위내의 측정 경사각을 0.25 도의 피치마다 구분하고, 각 구분내에 존재하는 측정 경사각을 구분마다 집계하여 이루어지는 막대 그래프를 작성한 경우, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 0∼10 도의 범위내의 좁은 범위에서 경사각 구분의 최고 피크가 나타나는 막대 그래프를 나타내고, 한편 상기 종래의 α형 Al₂O₃ 층은, 도 3 에 예시되는 바와 같이, 25∼35 도의 넓은 범위내에 경사각 구분의 완만한 최고 피크가 나타나는 막대 그래프를 나타내는 것.

(b) 상기의 가열 처리 Al₂O₃핵 박막 상에 증착 형성된 α형 Al₂O₃층은 상기 종래 α형 Al₂O₃층에 비하여 현저하게 강도가 향상된 것이 되기 때문에, 이것을 경질 피복층의 상부층으로서 증착 형성한 피복 서멧 공구는, 동일하게 상기 종래의 α형 Al₂O₃ 층을 증착 형성한 종래의 피복 서멧 공구에 비하여, 훨씬 더 우수한 내치핑성을 발휘하게 되는 것.

본 발명은, 상기 연구 결과에 근거하여 이루어진 것으로, WC 기 초경합금 또는 TiCN 기 서멧으로 구성된 공구 기체의 표면에,

(a) 하부층으로서, 모두 화학 기상 증착에 의해 형성된 TiC 층, TiN 층, TiCN 층, TiO 층, TiCO 층, 및 TiCNO 층 중의 1 층 또는 2 층 이상으로 이루어지고, 또 0.5∼20㎛ 의 전체 평균 층두께를 갖는 Ti 화합물층,

(b) 상부층으로서, 화학 기상 증착 형성된 상태에서 α형의 결정 구조를 갖고, 전계 방출형 주사 전자 현미경을 사용하여, 표면 연마면의 측정 범위내에 존재하는 육방정 결정 격자를 갖는 개개의 결정립에 전자선을 조사하고, 상기 결정립의 결정면인 (0001) 면의 상기 표면 연마면의 법선에 대한 경사각을 측정하여, 상기 개개의 결정립이 나타내는 0∼45 도의 범위내의 측정 경사각을 0.25 도의 피치마다 구분하고, 각 구분내에 존재하는 측정 경사각을 구분마다 집계하여 이루어지는 막대 그래프에 있어서, 0∼10 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크가 나타나고, 또 1∼30㎛ 의 평균 층두께를 갖는 α형 Al₂O₃ 층,

이상 (a) 및 (b) 로 구성된 경질 피복층을 증착 형성하여 이루어진, 경질 피복층이 우수한 내치핑성을 발휘하는 피복 서멧 공구에 특징을 갖는 것이다.

또한, 본 발명의 피복 서멧 공구의 경질 피복층의 구성층의 평균 층두께를 상기와 같이 한정한 것은 다음에 서술하는 이유에 따른 것이다.

(a) Ti 화합물층

Ti 화합물층은, 기본적으로는 α형 Al₂O₃ 층의 하부층으로서 존재하고, 자체가 구비하는 우수한 강도에 의해 경질 피복층이 강도를 갖게 되는 것 외에, 공구 기체와 α형 Al₂O₃ 층의 양쪽 모두에 굳건하게 밀착되어, 따라서 경질 피복층의 공구 기체에 대한 밀착성 향상에 기여하는 작용을 갖지만, 그 평균 층두께가 0.5㎛ 미만에서는 상기 작용을 충분히 발휘시킬 수 없고, 한편 그 평균 층두께가 20㎛ 를 초과하면, 특히 고열 발생을 동반하는 고속 단속 절삭에서 열소성 변형을 일으키기 쉬워 이것이 편마모의 원인이 되기 때문에, 그 평균 층두께를 0.5∼20㎛ 로 정하였다.

(b) α형 Al₂O₃ 층

상기한 바와 같이 가열 처리 Al₂O₃ 핵 박막 상에 형성된 α형 Al₂O₃ 층에는, Al₂O₃ 자체가 갖는 고경도와 우수한 내열성에 의해 경질 피복층의 내마모성을 향상시킴과 동시에, 종래의 α형 Al₂O₃ 층에 비하여 우수한 강도를 갖기 때문에 경질 피복층의 내치핑성을 한층 더 향상시키는 작용이 있지만, 그 평균 층두께가 1㎛ 미만에서는 상기 작용을 충분히 발휘시킬 수 없고, 한편 그 평균 층두께가 30㎛ 를 초과하여 지나치게 두꺼워지면 치핑이 발생하기 쉬워지므로, 그 평균 층두께를 1∼30㎛ 로 정하였다.

(c) 가열 처리 Al₂O₃ 핵 박막

또한, 본 발명의 피복 서멧 공구의 경질 피복층인 α형 Al₂O₃ 층이, 폴플랫 그래프에서 최고 피크를 나타내는 경사각 구분과 가열 처리 Al₂O₃ 핵 박막의 비율과의 사이에는 밀접한 관계가 있어, 상기 가열 처리 Al₂O₃ 핵 박막의 비율이 지나치게 적으면 최고 피크가 나타나는 경사각 구분을 0∼10 도의 범위내로 하기가 어려워지고, 이 경우 상기한 바와 같이, 이것의 위에 증착 형성되는 α형 Al₂O₃ 층에 목적으로 하는 우수한 강도를 확보할 수 없게 되기 때문에, 내치핑성의 향상 효과도 불충분한 것으로 되는 것을 피할 수 없어, 바람직하게는 평균 층두께로 20nm 이상, 더욱 바람직하게는 평균 층두께로 30nm 이상 존재하는 것이 좋고, 한편 그 비율이 지나치게 많으면 최고 피크가 나타나는 경사각 구분을 0∼10 도의 범위내로 하기가 어려워져, 바람직하게는 평균 층두께로 200nm 이하, 더욱 바람직하게는 평균 층두 께로 150nm 이하 존재하는 것이 좋고, 따라서, 상기 α형 Al₂O₃ 층의 증착 형성에 앞서, 마찬가지로 경질 피복층을 구성하는 Ti 화합물층 상에 형성되는 상기 Al₂O₃ 핵 박막은, 바람직하게는 평균 층두께로 20∼200nm, 더욱 바람직하게는 평균 층두께로 30∼150nm 으로 하는 것이 좋다.

또, 피복 서멧 공구의 사용 전후의 식별을 목적으로 하여, 황금색의 색조를 갖는 TiN 층을 경질 피복층의 최표면층으로 하여 필요에 따라 증착 형성하여도 되지만, 이 경우의 평균 층두께는 0.1∼1㎛ 가 좋다. 이것은, 0.1㎛ 미만에서는 충분한 식별 효과를 얻을 수 없고, 한편 상기 TiN 층에 의한 상기 식별 효과는 1㎛ 까지의 평균 층두께로 충분하다는 이유에서이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음으로, 본 발명의 피복 서멧 공구를 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.

실시예

원료 분말로서, 모두 1∼3㎛ 의 평균 입경을 갖는 WC 분말, TiC 분말, ZrC 분말, VC 분말, TaC 분말, NbC 분말, Cr₃C₂ 분말, TiN 분말, TaN 분말, 및 Co 분말을 준비하고, 이들 원료 분말을, 표 1 에 나타내는 배합 조성으로 배합한 후, 추가로 왁스를 첨가하여 아세톤 중에서 24 시간 볼밀 혼합하고, 감압 건조시킨 후, 98MPa 의 압력으로 소정 형상의 압분체로 프레스 성형한 후, 이 압분체를 5Pa 의 진공 중, 1370∼1470℃ 의 범위내의 소정 온도에서 1 시간 유지하는 조건으로 진공 소결하고, 소결 후, 절삭날부에 R: 0.07mm 의 호닝 가공을 실시함으로써 ISOㆍCNMG 120408 에 규정되는 스로-어웨이 팁(throw-away tip) 형상을 갖는 WC 기 초경합금제의 공구 기체 A∼F 를 각각 제조하였다.

또한, 원료 분말로서, 모두 0.5∼2㎛ 의 평균 입경을 갖는 TiCN (질량비로 TiC/TiN = 50/50) 분말, Mo₂C 분말, ZrC 분말, NbC 분말, TaC 분말, WC 분말, Co 분말, 및 Ni 분말을 준비하고, 이들 원료 분말을 표 2 에 나타내는 배합 조성으로 배합하고, 볼밀로 24 시간 습식 혼합하여, 건조시킨 후, 98MPa 의 압력으로 압분체로 프레스 성형하고, 이 압분체를 1.3kPa 의 질소 분위기 중, 온도 1540℃ 에서 1 시간 유지하는 조건으로 소결하고, 소결 후, 절삭날부분에 R: 0.07mm 의 호닝 가공을 실시함으로써 ISO 규격ㆍCNMG 120412 의 칩 형상을 갖는 TiCN 기 서멧제의 공구 기체 a∼f 를 형성하였다.

이어서, 이들 공구 기체 A∼F 및 공구 기체 a∼f 의 표면에, 통상의 화학 기상 증착 장치를 사용하여, 우선 표 3 (표 3 중의 l-TiCN 은 일본 공개특허공보 평6-8010호에 기재되는 세로 길이로 성장하는 결정 조직을 갖는 TiCN 층의 형성 조건을 나타내는 것으로, 이것 외에는 통상적인 입상 결정 조직의 형성 조건을 나타내는 것이다) 에 나타내는 조건으로, 표 4 에 나타내는 목표 층두께의 Ti 화합물층을 경질 피복층의 하부층으로서 증착 형성하고, 이어서,

반응 가스 조성: 용량% 로, AlCl₃: 6.5%, CO₂: 1.6%, C₂H₄: 0.13%, H₂: 나머지,

반응 분위기 온도: 820℃,

반응 분위기 압력: 8kPa,

시간: 5∼80 분,

의 저온 조건에서 표 4 에 나타내는 목표 층두께의 Al₂O₃ 핵 박막을 형성한 후 (상기 Al₂O₃ 핵 박막의 층두께와 처리 시간의 관계는 상기 Ti 화합물층의 경우와 동일하게 실험에 의해 미리 조사되어 있다), 반응 분위기를 압력: 8kPa 의 수소 분위기로 바꾸고, 반응 분위기 온도를 1135℃ 로 승온시킨 조건에서 상기 Al₂O₃ 핵 박막에 가열 처리를 실시하고, 계속해서 마찬가지로 표 3 에 나타내는 조건으로, 역시 표 4 에 나타내는 목표 층두께의 α형 Al₂O₃ 층을 경질 피복층의 상부층으로서 증착 형성하고, 추가로 필요에 따라 상기 α형 Al₂O₃ 층 위에 역시 표 3 에 나타내는 조건으로, 표 4 에 나타내는 목표 층두께의 TiN 층을 경질 피복층의 최표면층으로서 증착 형성하는 것에 의해 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼13 을 각각 제조하였다.

또, 비교하고자 하는 목적에서, 표 5 에 나타내는 바와 같이, 경질 피복층의 α형 Al₂O₃ 층을 형성하기에 앞서, 상기 Al₂O₃ 핵 박막의 형성 및 이것의 가열 처리를 실시하지 않는 것 외에는 동일한 조건에서 종래의 피복 서멧 공구 1∼13 을 각각 제조하였다.

그리고, 상기 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼13 과 종래의 피복 서멧 공구 1∼13 의 경질 피복층을 구성하는 α형 Al₂O₃ 층에 대해, 전계 방출형 주사 전자 현 미경을 사용하여 막대 그래프를 각각 작성하였다.

즉, 상기 막대 그래프는, 상기 α형 Al₂O₃ 층의 표면을 연마면으로 한 상태에서, 전계 방출형 주사 전자 현미경의 경통내에 세팅하고, 상기 연마면에 70 도의 입사각도로 가속 전압 15kV 의 전자선을 1nA 의 조사 전류로, 상기 표면 연마면의 측정 범위내에 존재하는 육방정 결정 격자를 갖는 개개의 결정립에 조사하고, 전자 후방 산란 회절상 장치를 사용하여, 30×50㎛ 의 영역을 0.1㎛/step 의 간격으로 상기 결정립의 결정면인 (0001) 면의 상기 표면 연마면의 법선에 대한 경사각을 측정하고, 이 측정결과에 근거하여, 상기 개개의 결정립이 나타내는 0∼45 도의 범위내의 측정 경사각을 0.25 도의 피치마다 구분하고, 각 구분내에 존재하는 측정 경사각을 구분마다 집계하는 것에 의해 작성하였다.

이 결과 얻어진 각종 α형 Al₂O₃ 층의 막대 그래프에 있어서, (0001) 면이 최고 피크를 나타내는 경사각 구분을 각각 표 6 에 나타내었다.

또, 도 2 는 본 발명의 피복 서멧 공구 (10) 의 α형 Al₂O₃ 층의 막대 그래프, 도 3 은 종래의 피복 서멧 공구 (10) 의 α형 Al₂O₃ 층의 막대 그래프를 각각 나타내는 것이다.

이 결과 얻어진 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼13 및 종래의 피복 서멧 공구 1∼13 의 경질 피복층의 구성층의 두께를, 주사형 전자 현미경을 사용하여 측정 (종단면 측정) 한 결과, 모두 목표 층두께와 실질적으로 동일한 평균 층두께 (5 점 측정의 평균치) 를 나타내었다.

또, 상기 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼13 의 경질 피복층에 있어서의 가열 처리 Al₂O₃ 핵 박막의 층두께 측정은 매우 어려웠다.

다음으로, 상기의 각종 피복 서멧 공구를 모두 공구강(鋼)제 바이트의 선단부에 고정 지그에 의해 나사 고정시킨 상태에서, 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼7 및 종래의 피복 서멧 공구 1∼7 에 대해서는,

피삭재 : JISㆍSCM440 의 길이 방향으로 등간격의 4 개 세로홈이 형성된 환봉(丸棒)

절삭 속도 : 350m/min,

절삭 깊이 : 1㎜,

피딩 : 0.25㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

의 조건에서의 합금강의 건식 고속 단속 절삭 시험 (통상적인 절삭 속도는 250m/min),

피삭재 : JISㆍS45C 의 길이 방향으로 등간격의 4 개 세로홈이 형성된 환봉

절삭 속도 : 400m/min,

절삭 깊이 : 1㎜,

피딩 : 0.25㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

의 조건에서의 탄소강의 건식 고속 단속 절삭 시험 (통상적인 절삭 속도는 300m/min), 또한

피삭재 : JISㆍFC300 의 길이 방향으로 등간격의 4 개 세로홈이 형성된 환봉

절삭 속도 : 450m/min,

절삭 깊이 : 1.5㎜,

피딩 : 0.25㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

의 조건에서의 주철의 건식 고속 단속 절삭 시험 (통상적인 절삭 속도는 300m/min) 을 실시하였다.

또, 본 발명의 피복 서멧 공구 8∼13 및 종래의 피복 서멧 공구 8∼13 에 대해서는,

피삭재 : JISㆍSCM440 의 길이 방향으로 등간격의 4 개 세로홈이 형성된 환봉

절삭 속도 : 400m/min,

절삭 깊이 : 0.7㎜,

피딩 : 0.15㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

절삭 속도 : 400m/min,

절삭 깊이 : 0.7㎜,

피딩 : 0.15㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

의 조건에서의 탄소강의 건식 고속 단속 절삭 시험 (통상적인 절삭 속도는 300m/min),

절삭 속도 : 450m/min,

절삭 깊이 : 0.7㎜,

피딩 : 0.15㎜/rev,

절삭 시간 : 5분

의 조건에서의 주철의 건식 고속 단속 절삭 시험 (통상적인 절삭 속도는 300m/min) 을 실시하고, 어느 절삭 시험에서도 절삭날의 플랭크 마모폭을 측정하였다. 이 측정 결과를 표 6 에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

표 4∼6 에 나타난 결과로부터, 본 발명의 피복 서멧 공구 1∼13 는, 모두 α형 Al₂O₃ 층의 (0001) 면이 막대 그래프에 있어서 0∼10 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크를 나타내고, 기계적 열적 충격이 매우 높으며, 또 높은 발열을 동반하는 강이나 주철의 고속 단속 절삭에서도, 경질 피복층의 상부층을 구성하는 상기 α형 Al₂O₃ 층이 우수한 내치핑성을 발휘하기 때문에, 절삭날부의 치핑 발생이 현저하게 억제되어, 우수한 내마모성을 나타내는 데에 대하여, 경질 피복층의 상부층이 상기 막대 그래프에서는 25∼35 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크를 나타내는 α형 Al₂O₃ 층으로 구성된 종래의 피복 서멧 공구 1∼13 에 있어서는, 고속 단속 절삭에서는 상기 α형 Al₂O₃ 층이 격심한 기계적 열적 충격에 견딜 수 없고, 절삭날부에 치핑이 발생하여, 비교적 단시간에 사용 수명에 도달하는 것이 분명하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 피복 서멧 공구는, 각종 강이나 주철 등의 통상의 조건에서의 연속 절삭이나 단속 절삭은 물론, 특히 기계적 열적 충격이 매우 높고, 또 높은 발열을 동반하는 절삭 조건이 가장 가혹한 고속 단속 절삭에서도 우수한 내치핑성을 나타내어, 장기에 걸쳐 우수한 절삭 성능을 발휘하기 때문에, 절삭 장치의 고성능화 및 절삭 가공의 절력화 및 에너지소비 절약화, 또한 저비용화에 충분히 만족스럽게 대응할 수 있는 것이다.

본 발명의 피복 서멧 공구는, 기계적 열적 충격이 매우 높고, 또 높은 발열을 동반하는 각종 강이나 주철의 고속 단속 절삭에서도, 경질 피복층을 구성하는 α형 Al₂O₃ 층이 도 2 에 나타내는 바와 같이 0∼10 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크가 나타나는 막대 그래프를 나타내고, 우수한 내치핑성을 발휘하기 때문에, 우수한 내마모성을 장기에 걸쳐 우수한 절삭 성능을 나타내는 것이다.

Claims

탄화 텅스텐기 초경합금 또는 탄질화 티탄기 서멧 (cermet) 으로 구성된 공구 기체의 표면에,

(a) 하부층으로서, 모두 화학 기상 증착에 의해 형성된 Ti 의 탄화물층, 질화물층, 탄질화물층, 산화물층, 탄산화물층, 및 탄질산화물층 중 1 층 또는 2 층 이상으로 이루어지고, 또한 0.5∼20㎛ 의 전체 평균 층두께를 갖는 Ti 화합물층,

(b) 상부층으로서, 화학 기상 증착 형성된 상태에서 α형의 결정 구조를 갖고, 전계 방출형 주사 전자 현미경을 사용하여, 표면 연마면의 측정 범위내에 존재하는 육방정 결정 격자를 갖는 개개의 결정립에 전자선을 조사하고, 상기 결정립의 결정면인 (0001) 면의 법선의 상기 표면 연마면의 법선에 대한 경사각을 측정하여, 상기 개개의 결정립이 나타내는 0∼45 도의 범위내의 측정 경사각을 0.25 도의 피치마다 구분하고, 각 구분내에 존재하는 측정 경사각을 구분마다 집계하여 이루어지는 막대 그래프에 있어서, 0∼10 도의 범위내의 경사각 구분에서 최고 피크가 나타나고, 또한 1∼30㎛ 의 평균 층두께를 갖는 산화 알루미늄층,

이상 (a) 및 (b) 로 구성된 경질 피복층을 형성하여 이루어진, 경질 피복층이 우수한 내치핑성을 발휘하는 표면피복 절삭공구.