KR101314092B1 - Sintered body for cutting tools - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절삭가공 시 높은 온도에서 연속적 발생하는 부하를 견딜 수 있는 우수한 고온경도와 함께 소성변형을 억제할 수 있는 내소성변형성을 구비하여, 특히 강 밀링가공용 인서트용 모재로 적합하게 사용될 수 있는 절삭공구용 소결체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구용 소결체는 WC 54 ~ 82중량%, WTiC 11 ~ 30중량%, Co 6 ~ 13 중량%와 W, Ti를 제외한 주기율표 4a, 5a, 6a 족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 탄화물 합이 1~3중량%를 포함하고, 미세조직상 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 10㎛2 이하이며, Co 연결점(cobalt junction)의 크기가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
The present invention has a high temperature hardness that can withstand loads continuously generated at high temperatures during cutting, and has a plastic resistance deformation that can suppress plastic deformation, and thus can be suitably used as a base material for inserts for steel milling. A sintered compact for tools.
The sintered compact for cutting tools according to the present invention comprises at least one carbide selected from carbides of WC 54 to 82% by weight, WTiC 11 to 30% by weight, Co 6 to 13% by weight, and carbides of group 4a, 5a, and 6a except W and Ti. The sum of 1 to 3% by weight, the microstructure has a maximum structure of a single tissue containing Ti is 10㎛ 2 or less, characterized in that the size of the Co junction (cobalt junction) is 1㎛ or less.

Description

절삭공구용 소결체 {SINTERED BODY FOR CUTTING TOOLS}Sintered body for cutting tools {SINTERED BODY FOR CUTTING TOOLS}

본 발명은 절삭공구용 소결체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절삭가공 시 높은 온도에서 연속적 발생하는 부하를 견딜 수 있는 우수한 고온경도와 함께 소성변형을 억제할 수 있는 내소성변형성을 구비하여, 특히 강 밀링가공 인서트용 모재로 적합하게 사용될 수 있는 소결체에 관한 것이다.The present invention relates to a sintered body for a cutting tool, and more particularly, has a high temperature hardness that can withstand loads continuously generated at a high temperature during cutting, and has a plastic deformation resistance that can suppress plastic deformation, in particular steel The present invention relates to a sintered body that can be suitably used as a base material for milling inserts.

절삭공구용 초경합금은 WC 경질상과 Co 결합금속상의 복합재료로 대표적인 분산형 합금이며, 그 기계적 특성은 기본적으로 WC 경질상의 입도와 Co 결합금속상의 양에 의존하며, 특히 경도와 인성은 상호 반비례하는 관계에 있다. Cemented carbide for cutting tools is a representative dispersion type alloy of WC hard phase and Co-bonded metal phase, and its mechanical properties are basically dependent on the particle size of WC hard phase and the amount of Co-bonded metal phase. In a relationship.

절삭가공 방법에 따라 절삭공구용 초경합금에 요구되는 특성도 달라지며, 이에 따라 초경합금의 기계적 특성을 제어하기 위한 다양한 시도가 행해져 왔다.Depending on the cutting method, the properties required for the cemented carbide for cutting tools also vary. Accordingly, various attempts have been made to control the mechanical properties of cemented carbide.

절삭가공시에는 절삭공구와 피가공재 간의 마찰에 따른 다량의 열에 의해 고온환경이 조성되는데, 초경합금에 포함된 Ti계 탄화물은 초경합금의 고온경도를 높이고 소성변형을 막기 때문에, 초경합금을 모재로 사용한 절삭공구의 수명을 늘리는데 도움이 된다. 이에 따라 강(steel)을 가공하는 절삭공구용 모재에는 일반적으로 미세조직(2차원 현미경 조직)내 면적비율로 Ti를 포함하는 조직을 25~40% 형성시킨다.During cutting, the high temperature environment is created by a large amount of heat due to friction between the cutting tool and the workpiece.The titanium carbide contained in the cemented carbide increases the high temperature hardness of the cemented carbide and prevents plastic deformation, so the cemented carbide cutting tool is used as a base material. It helps to increase the lifespan. Accordingly, in the base material for cutting tools for processing steel, 25 to 40% of the Ti-containing tissue is generally formed at an area ratio in the microstructure (two-dimensional microscope structure).

그런데, Ti계 탄화물은 고온 열전도도가 우수한 WC에 비해 열전도도가 낮기 때문에 다량 포함시킬 경우 고온경도 및 내소성변형성은 우수해지지만, 절삭가공 시 국부적인 고열 부위를 생성하여 열 크랙(thermal crack)이나 입자탈락을 유발하여, 오히려 절삭공구의 수명을 단축시키는 부작용이 있다. 특히, 소결 및 냉각공정에서 Ti계 탄화물은 상호 응집하려는 경향이 강하고, 이를 통해 생성된 넓은 면적의 Ti계 탄화물 조직은 절삭가공 시 모재 내에 넓은 고열 부위를 생성함으로써, 열 크랙 또는 입자탈락 현상을 촉진시키는 경향이 있었다. 이러한 이유로 종래의 절삭공구용 소결체는 Ti계 탄화물의 장점을 충분히 활용하지 못하고 있는 실정이다.However, since Ti-based carbides have lower thermal conductivity than WC, which has excellent high temperature thermal conductivity, high temperature hardness and plastic resistance deformation are excellent when they are included in a large amount, but thermal cracks are generated by generating local high temperature parts during cutting. Or particle dropout, rather has the side effect of shortening the life of the cutting tool. In particular, in the sintering and cooling process, Ti-based carbides tend to agglomerate with each other, and the large-area Ti-based carbide structure generates a large high temperature portion in the base material during cutting, thereby promoting thermal cracking or particle dropping. Tended to. For this reason, the conventional sintered body for cutting tools does not fully utilize the advantages of Ti-based carbides.

본 발명은 상술한 Ti계 탄화물의 문제점을 해결함으로써, 우수한 고온경도와 내소성변형성을 구비하면서 동시에 열 크랙이나 입자탈락을 방지할 수 있는 절삭공구용 소결체를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.The present invention has been made to solve the problem of the above-described Ti-based carbide, to provide a sintered body for a cutting tool having excellent high temperature hardness and plastic resistance deformation and at the same time can prevent thermal cracks and particle fall.

또한, 본 발명의 다른 과제는 우수한 고온경도와 내소성변형성을 구비하면서 동시에 열 크랙이나 입자탈락을 방지할 수 있는 절삭공구용 소결체의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a sintered body for a cutting tool having excellent high temperature hardness and plastic resistance deformation and at the same time preventing thermal cracking and particle dropping.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은 WC 54 ~ 82중량%, WTiC 11 ~ 30중량%, Co 6 ~ 13 중량%와 W, Ti를 제외한 주기율표 4a, 5a, 6a 족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 탄화물 합이 1~3중량%를 포함하고, 미세조직상 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 10㎛2 이하이며, Co 연결점(cobalt junction)의 크기가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 소결체를 제공한다.As a means for solving the above problems, the present invention 1 WC 54 ~ 82% by weight, WTiC 11 ~ 30% by weight, Co 6 ~ 13% by weight and selected from carbides of the group 4a, 5a, 6a of the periodic table excluding W, Ti A total of at least one carbide contains 1-3 wt%, the maximum microstructure has a single structure including Ti and has a maximum area of 10 µm 2 or less and a Co-bond point of 1 µm or less. Provided is a sintered compact for tools.

본 발명에 있어서, 'Co 연결점'이란 현미경을 통해 소결체의 미세조직을 관찰하였을 때, 도 1에 도시된 바와 같이, Co 조직이 Co 이외의 경질상(WC 또는 타탄화물) 입자 3개 이상과 동시 접촉하는 미세조직 형태를 의미하며, Co 연결점의 크기는 최대 내접원의 직경을 의미한다.In the present invention, when the microstructure of the sintered body is observed through a microscope as 'Co connection point', as shown in FIG. 1, the Co structure coincides with three or more hard phase (WC or tartan) particles other than Co. It refers to the contact microstructure form, the size of the Co connection point means the diameter of the maximum inscribed circle.

또한, 상기 소결체에 있어서, 상기 Co 연결점의 코발트 함량이 50중량% 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.In the sintered compact, it is preferable to maintain the cobalt content of the Co connection point at less than 50% by weight.

또한, 상기 소결체에 있어서, 그 미세조직을 주사전자현미경으로 3000배의 배율로 관찰한 총 면적 중에서, 상기 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 1% 이하인 것이 바람직하다.In the above sintered compact, it is preferable that the maximum area of the single structure containing Ti is 1% or less in the total area where the microstructure is observed at a magnification of 3000 times by scanning electron microscope.

또한, 상기 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 0.5~2㎛ 입도를 갖는 WC 분말 : 54 ~ 82중량%, 1~2㎛ 입도를 갖는 WTiC 분말 : 11 ~ 30중량%, 1~2㎛ 입도를 갖는 주기율표 4a. 5a. 6a 족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 타탄화물 분말 : 1 ~ 3 중량% 및 1~2㎛ 입도를 갖는 Co 분말 : 6 ~ 13중량%에 결합제 및 용매를 넣고 혼합하는 단계; 혼합된 분말을 1400 ~ 1500℃에서 소결하는 단계; 및 소결 후 15℃/분 이상의 냉각속도로 600℃까지 급랭하는 단계;를 포함하는 절삭공구용 소결체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention as a means for solving the other problems, WC powder having a particle size of 0.5 ~ 2㎛: 54 ~ 82% by weight, WTiC powder having a particle size of 1 ~ 2㎛: 11 ~ 30% by weight, 1-2 Periodic Table 4a with micrometer particle size. 5a. At least one tartan powder selected from carbides of Group 6a: Co powder having 1 to 3 wt% and 1 to 2 μm particle size: 6 to 13 wt% of a binder and a solvent; Sintering the mixed powder at 1400-1500 ° C .; And sintering to 600 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./min or more after sintering.

또한, 상기 소결체의 제조방법에 있어서, 상기 혼합단계는 어트리션 밀을 통해 수행하는 것이 바람직하다.In addition, in the production method of the sintered body, the mixing step is preferably carried out through an attrition mill.

본 발명에 따른 절삭공구용 소결체와 이의 제조방법에 의하면, 미세조직상 Ti계 탄화물이 미세하게 분포하기 때문에, Ti계 탄화물에 의한 국부적인 고열발생 부위를 최소화함으로써, 입자탈락과 열 크랙의 발생을 줄이고, 동시에 소성변형성을 저하시키는 Co 연결점의 크기를 미세하게 함으로써 내소성변형성도 향상시킴으로써, 절삭공구의 수명을 상당히 연장시킬 수 있다.According to the sintered compact for cutting tools and the method for manufacturing the same according to the present invention, since Ti-based carbides are finely distributed in a microstructure, localized high heat generation sites caused by Ti-based carbides are minimized to prevent particle dropping and thermal cracking. By minimizing the size of the Co connection point, which reduces the plastic deformation, at the same time, it also improves the plastic deformation, thereby significantly extending the life of the cutting tool.

또한, Co 연결점의 Co 함량이 50중량% 미만이 되도록 불순물의 함량을 높임으로써, 고용강화를 통해 Co 연결점의 내소성변형성을 높임으로써, 소결체에 보다 향상된 내소성변형성을 부여할 수 있다.In addition, by increasing the content of impurities so that the Co content of the Co connection point is less than 50% by weight, by improving the plastic resistance deformation of the Co connection point through solid solution strengthening, it is possible to give more improved plastic resistance deformation to the sintered body.

도 1은 Co 연결점을 설명하기 위한 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진(우측)과, 이 미세조직에서 Ti계 탄화물을 분석한 사진(좌측)이다.
도 3은 비교예 1에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진(우측)과, 이 미세조직에서 Ti계 탄화물을 분석한 사진(좌측)이다.
도 4는 비교예 2에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진(우측)과, 이 미세조직에서 Ti계 탄화물을 분석한 사진(좌측)이다.
도 5는 비교예 3에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진(우측)과, 이 미세조직에서 Ti계 탄화물을 분석한 사진(좌측)이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 2 및 3에 따른 소결체를 모재로 하여 제작한 인서트를 사용하여 절삭시험을 한 후의 인선부의 단면을 보여주는 사진이다.
1 is a microstructure photograph for explaining the Co connection point.
2 is a microstructure photograph (right) of a sintered compact according to an embodiment of the present invention observed by a scanning electron microscope, and a photo (left) of Ti-based carbides analyzed in this microstructure.
3 is a microstructure photograph (right) of the sintered body according to Comparative Example 1 observed with a scanning electron microscope, and a photo (left) of Ti-based carbides analyzed in this microstructure.
4 is a microstructure photograph (right) of the sintered compact according to Comparative Example 2 observed with a scanning electron microscope, and a photo (left) of Ti-based carbides analyzed in this microstructure.
5 is a microstructure photograph (right) of the sintered compact according to Comparative Example 3 observed with a scanning electron microscope, and a photo (left) of Ti-based carbides analyzed in this microstructure.
Figure 6 is a photograph showing a cross section of the edge portion after the cutting test using the insert manufactured using the sintered body according to Examples and Comparative Examples 1, 2 and 3 of the present invention as a base material.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명자들은 초경합금의 미세조직상 Ti를 포함하는 조직의 크기를 미세하게 유지할 경우 Ti계 조직에 집중되는 열을 분산시킬 수 있어 열 크랙이나 입자탈락을 줄일 수 있고, 또한 Co 연결점의 크기도 미세하게 조절하거나 Co 연결점 내에 탄화물에 포함된 성분을 최대한 고용할 경우 고용강화 효과를 통해 Co 연결점의 소성변형을 억제함으로써 내소성변형성을 향상시킬 수 있다는 점에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.The present inventors can disperse heat concentrated in the Ti-based tissue when the size of the tissue including Ti on the microstructure of the cemented carbide is fine, thereby reducing thermal cracks and particle dropping, and also making the size of the Co connection point fine. The present invention has been focused on the fact that plasticity of the Co connection point can be improved by suppressing the plastic deformation of the Co connection point through the solid solution strengthening effect when the component contained in the carbide within the Co connection point is maximized.

본 발명에 따른 절삭공구용 소결체는, WC 54 ~ 82중량%, WTiC 11 ~ 30중량%, Co 6 ~ 13 중량%와 W, Ti를 제외한 주기율표 4a, 5a, 6a 족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 탄화물 합이 1~3중량%를 포함하고, 미세조직상 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 10㎛2 이하이며, Co 연결점(cobalt junction)의 크기가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.The sintered compact for cutting tools according to the present invention may include at least one selected from WC 54 to 82% by weight, WTiC 11 to 30% by weight, Co 6 to 13% by weight, and carbides of Groups 4a, 5a and 6a of the periodic table excluding W and Ti. The total carbide content is 1 to 3% by weight, the microstructure has a single structure including Ti, and has a maximum area of 10 µm 2 or less, and the size of the Co junction (cobalt junction) is characterized in that 1 µm or less.

상기 WC의 함량이 54 중량% 미만일 경우 초경합금의 강점인 인성이 저하되고 82중량%를 초과할 경우 강 가공에 적합한 내마모성을 갖지 못하므로, WC의 함량은 54 ~ 82중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.When the content of WC is less than 54% by weight, the toughness of the cemented carbide is reduced, and when it exceeds 82% by weight, it does not have abrasion resistance suitable for steel processing, so the content of WC is preferably in the range of 54 to 82% by weight. Do.

또한, WTiC의 함량이 11 중량% 미만일 경우 절삭가공중 발생하는 열에 의해 절삭공구가 연화되는 고온경도가 급격히 낮아져 절삭시 소성변형을 유발하게 되고, 30중량%를 초과할 경우 상대적으로 낮은 열전도도에 의해 절삭가공시 국부적 고온 발생으로 열크랙 및 치핑을 유발하므로, WTiC의 함량은 11 ~ 30중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.In addition, when the WTiC content is less than 11% by weight, the high temperature hardness at which the cutting tool softens by the heat generated during cutting is drastically lowered, causing plastic deformation during cutting, and when the content exceeds 30% by weight, relatively low thermal conductivity is achieved. Since the thermal crack and chipping caused by the local high temperature during the cutting process, the content of WTiC is preferably in the range of 11 to 30% by weight.

또한, 타탄화물은 1 중량% 미만일 경우 타탄화물 함량이 너무 적어 소결시 전체적으로 균일한 입성장 억제효과 미미하고, 3 중량%를 초과할 경우 소결성 저하를 유발하여 소결체의 기공품질이 저하되는 결과를 초래하므로, 타탄화물의 함량은 1 ~ 3 중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.In addition, if the carbide is less than 1% by weight, the content of the carbide is too small to minimize the overall grain growth inhibiting effect during sintering, and if it exceeds 3% by weight, the sinterability is lowered, resulting in a decrease in pore quality of the sintered body. Therefore, the content of tartan carbide is preferably in the range of 1 to 3% by weight.

또한, Co의 함량이 6 중량% 미만일 경우 밀링 가공에 적합한 인성을 확보하지 못하고, 13 중량%를 초과할 경우 너무 많은 Co 함량에 의해 내마모성이 저하되어 강 가공용 소재로 부적합하게 되어, WC의 함량은 6 ~ 13 중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.In addition, when the Co content is less than 6% by weight, the toughness suitable for milling may not be secured, and when the Co content is more than 13% by weight, the abrasion resistance is deteriorated by too much Co content, making the material unsuitable for steel processing. It is preferable to set it as the range of 6-13 weight%.

또한, 상기 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 10㎛2를 초과할 경우, 열 전도도를 저하시키고, 가공시 열 크랙과 입자탈락을 초래하게 되므로, 10㎛2 이하로 유지하는 것이 바람직하며, 9㎛2 이하가 보다 바람직하다.Moreover, when the maximum area of a single organization, including the Ti exceeds 10㎛ 2, and lower the thermal conductivity, since it results in a thermal cracking and falling off the particles during processing, it is desirable to keep 10㎛ 2 or less, 9㎛ 2 is preferably less than that.

또한, 상기 Co 연결점의 크기가 1㎛를 초과할 경우, 거시적으로 볼 때 가공열에 의한 소성변형이 발생하는 Co 조직의 크기가 커져 가공시 열 발생에 의한 소성변형성이 커지므로, 내소성변형성을 높이기 위해서는 Co 연결점의 크기는 1㎛ 이하가 바람직하다.In addition, when the size of the Co connection point exceeds 1 μm, the size of Co structure that causes plastic deformation due to processing heat increases in a macroscopic manner, so that plastic deformation due to heat generation during processing increases, thereby improving plastic resistance deformation. In order for the size of Co connection point, 1 micrometer or less is preferable.

또한, 상기 Co 연결점은 Co의 함량이 50중량% 미만인 것이 바람직한데, Co의 함량이 50중량%를 초과할 경우, 고용강화효과가 충분하지 못해, 소성변형성이 커지기 때문이다.In addition, the Co connection point is preferably a Co content of less than 50% by weight, when the Co content exceeds 50% by weight, because the solid solution strengthening effect is not sufficient, the plastic deformation is increased.

또한, 그 미세조직을 주사전자현미경으로 3000배의 배율로 관찰한 총 면적 중에서, 상기 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 1%를 초과할 경우, 절삭가공 시 국부적인 열의 집중효과가 강화되어 열 크랙이나 입자탈락이 발생하기 쉬우므로, 1% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.In addition, of the total area of the microstructure observed at a magnification of 3000 times with a scanning electron microscope, when the maximum area of the single tissue containing Ti exceeds 1%, the local heat concentration effect is enhanced during cutting. Since thermal cracking and particle fallout are easy to occur, it is preferable to keep it at 1% or less.

또한, 본 발명에 따른 절삭공구용 소결체의 제조방법은, 0.5~2㎛ 입도를 갖는 WC 분말 : 54 ~ 82중량%, 1~2㎛ 입도를 갖는 WTiC 분말 : 11 ~ 30중량%, 1~2㎛ 입도를 갖는 4a, 5a, 6a족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 타탄화물 분말 : 1 ~ 3 중량% 및 1~2㎛ 입도를 갖는 Co 분말 : 6 ~ 13중량%에 결합제 및 용매를 넣고 어트리션 밀로 혼합하는 단계; 혼합된 분말을 1400 ~ 1500℃에서 소결하는 단계; 및 소결 후 15℃/분 이상의 냉각속도로 600℃까지 급랭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the manufacturing method of the sintered compact for cutting tools according to the present invention is WC powder having a particle size of 0.5 ~ 2㎛: 54 ~ 82% by weight, WTiC powder having a particle size of 1 ~ 2㎛: 11 ~ 30% by weight, 1-2 At least one tartan powder selected from carbides of Groups 4a, 5a, and 6a having a particle size of 1 μm: Co powder having 1 to 3% by weight and 1 to 2 μm of particle size: 6 to 13% by weight of a binder and a solvent Mixing with Sean Mill; Sintering the mixed powder at 1400-1500 ° C .; And quenching to 600 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./min or more after sintering.

즉, 본 발명에 따른 절삭공구용 소결체의 제조방법은, 원료 분말 조성 및 사이즈의 제어, 강력한 혼합 방식과 소결 후 급랭을 통해, Ti 조직의 미세화와 Co 연결점의 크기 및 조성을 제어함으로써, 우수한 고온경도와 함께 내소성변형성을 높이는데 특징이 있다.In other words, the method for producing a sintered compact for cutting tools according to the present invention has excellent high temperature hardness by controlling the size and composition of the Co connection point and the miniaturization of the Ti structure through the control of the composition and size of raw materials, a strong mixing method, and quenching after sintering. It is also characterized by increasing plastic resistance deformation.

본 발명에 따른 소결체의 제조방법에서 조성의 한정이유는 상술한 바와 동일하다.The reason for limitation of the composition in the manufacturing method of the sintered compact according to the present invention is the same as described above.

WC 분말의 입도가 0.5㎛ 미만일 경우 고온소결시 비정상 입성장을 유발할 가능성이 높고, 2㎛를 초과할 경우 소결 후 너무 큰 입자에 의해 경도가 낮아지기 때문에, WC 분말의 입도는 0.5~2㎛ 범위가 바람직하다.If the particle size of the WC powder is less than 0.5 μm, it is highly likely to cause abnormal grain growth during high temperature sintering, and if it exceeds 2 μm, the hardness of the WC powder is lowered by too large particles after sintering. desirable.

또한, WTiC 분말의 평균입도가 1㎛ 미만일 경우 본 발명의 효과를 구현하는데는 문제가 없으나 원료비용이 높아지기 때문에 적절치 않고, 2㎛를 초과할 경우 동일 조직간 뭉치는 성질 강하여 균일 분쇄 혼합이 어려워지므로, WTiC 분말의 입도는 1~2㎛ 범위가 바람직하다.In addition, when the average particle size of the WTiC powder is less than 1㎛ there is no problem in realizing the effect of the present invention, but the raw material cost is not appropriate because it is not appropriate, if it exceeds 2㎛ it is difficult to homogeneous grinding mixing because of the strong properties of agglomeration between the same tissues The particle size of the WTiC powder is preferably in the range of 1 to 2 µm.

또한, Ta 등을 포함하는 타탄화물 분말의 입도가 1㎛ 미만일 경우 본 발명의 효과를 구현하는데는 문제가 없으나 원료비용이 높아지기 때문에 적절치 않고, 2㎛를 초과할 경우 소량 첨가 대비 미세조직내 균일 분산이 어렵기 때문에, 타탄화물 분말의 입도는 1~2㎛ 범위가 바람직하다.In addition, if the particle size of the tar carbide powder containing Ta, etc. is less than 1㎛ there is no problem in realizing the effects of the present invention, but the raw material cost is not appropriate, and if it exceeds 2㎛, uniform dispersion in the microstructure compared to the small amount added Because of this difficulty, the particle size of the tar carbide powder is preferably in the range of 1 to 2 µm.

또한, Co 분말의 입도가 1㎛ 미만일 경우 혼합공정에서 분쇄효과를 억제하여 균일 분산을 방해하는 경향이 있고, 2㎛를 초과할 경우 소결 후 Co 연결선을 형성하는 경향이 강하기 때문에, Co 분말의 입도는 1~2㎛ 범위가 바람직하다.In addition, when the particle size of the Co powder is less than 1 μm, it tends to inhibit the crushing effect in the mixing process to hinder uniform dispersion, and when it exceeds 2 μm, the Co powder has a strong tendency to form Co connecting lines after sintering. The range of 1-2 micrometers is preferable.

또한, 소결온도는 1400℃ 미만일 경우 충분한 용해-재석출 소결공정이 진행되지 않아 기공을 유발하기 쉽고, 1500℃를 초과할 경우 WC 입자의 비정상 입성장을 초래하기 때문에, 1400~1500℃가 바람직하다. In addition, when the sintering temperature is less than 1400 ° C., sufficient dissolution-reprecipitation sintering process is not progressed, thereby easily causing pores, and when it exceeds 1500 ° C., 1400-1500 ° C. is preferable because it causes abnormal grain growth of WC particles. .

또한, 냉각속도는 15℃/분 미만일 경우, 냉각과정에서 Co 연결점에 포함된 불순물이 석출되어 Co 연결점으로부터 빠져나가게 되므로, Co 연결점의 충분한 고용강화효과를 기대하기 어려우므로, 15℃/분 이상이 되어야 한다.
In addition, if the cooling rate is less than 15 ℃ / min, the impurities contained in the Co connection point in the cooling process is precipitated to escape from the Co connection point, it is difficult to expect a sufficient solid solution effect of the Co connection point, 15 ℃ / minute or more Should be.

[실시예][Example]

입도가 1㎛인 WC 분말 73중량%, 입도가 1.5㎛인 WTiC 분말 16중량%, 입도가 1.5㎛인 Ta 분말 2중량%, 입도가 1.5㎛인 Co 분말 9중량%의 조성이 되도록 칭량하여 원료분말 10 kg을 준비하였다. 또한, 분쇄 및 혼합 매체인 WC 볼(ball) 100 kg과, 분말을 조립화시키고 성형체에 강도를 부여하는 파라핀 0.2 kg과 혼합용액인 에탄올 5 리터를 준비하였다.The raw material was weighed so as to have a composition of 73% by weight of WC powder having a particle size of 1 μm, 16% by weight of WTiC powder having a particle size of 1.5 μm, 2% by weight of Ta powder having a particle size of 1.5 μm, and 9% by weight of Co powder having a particle size of 1.5 μm. 10 kg of powder were prepared. In addition, 100 kg of a WC ball, which is a grinding and mixing medium, 0.2 kg of paraffin for granulating the powder and giving strength to the molded body, and 5 liters of ethanol, a mixed solution, were prepared.

준비된 분말 및 WC 볼, 파라민 및 에탄올을 어트리션 밀에 장입한 후, 10시간 동안 혼합을 하여 분말 슬러리를 얻었다. 얻어진 슬러리는 스프레이 드라이어를 사용하여 약 100~200㎛의 직경을 갖는 구형 조립분말 형태로 제조하였다.The prepared powder and WC ball, paramin and ethanol were charged to an attribution mill and then mixed for 10 hours to obtain a powder slurry. The obtained slurry was prepared in the form of a spherical granulated powder having a diameter of about 100 ~ 200㎛ using a spray dryer.

제조된 조립분말을 SPKN1504ESDR 형태의 금형으로 프레스를 한 후 소성로에 장입하여 1400℃까지 승온시킨 후 1시간 동안 유지하는 소결공정을 수행하였다. 소결 후에는 불활성 가스인 Ar을 급격히 투입하는 방법을 사용하여 600℃까지 15℃/분 이상의 속도로 급속냉각한 후 이후 공랭함으로써, 절삭공구 인서트용 모재를 제조하였다. The granulated powder was pressed into a mold of SPKN1504ESDR type, charged into a firing furnace, and heated to 1400 ° C., followed by a sintering process. After sintering, by rapidly adding Ar, which is an inert gas, was rapidly cooled to 600 ° C. at a rate of 15 ° C./min or more, and then cooled by air to prepare a base material for cutting tool inserts.

한편, 본 발명에 있어서 '급랭'이란 소결온도부터 600℃까지 15℃/분 이상 속도로 냉각을 의미하고, '서랭'은 소결온도부터 600℃까지 10℃/분 미만의 속도로 냉각하는 것을 의미한다.
Meanwhile, in the present invention, 'quenching' means cooling at a rate of 15 ° C./min or more from sintering temperature to 600 ° C., and “slow cooling” means cooling at a rate of less than 10 ° C./min from sintering temperature to 600 ° C. do.

[비교예 1]Comparative Example 1

비교예 1은 실시예 1과 동일한 조건으로 분말을 혼합, 성형 및 소결한 후, 급속냉각을 유도하는 불활성 가스의 투입 없이 소결온도부터 600℃까지 10℃/분 미만의 속도로 냉각함으로써, 절삭공구 인서트용 모재를 제조하였다.
Comparative Example 1 is a cutting tool by mixing, molding and sintering the powder under the same conditions as in Example 1, and then cooling it at a rate of less than 10 ° C / minute from the sintering temperature to 600 ° C without introducing an inert gas that induces rapid cooling. The base material for insert was manufactured.

[비교예 2]Comparative Example 2

비교예 2는 입도가 1㎛인 WC 분말 71.5중량%, 입도가 4㎛인 WTiC 분말 18중량%, 입도가 1.5㎛인 Ta 분말 1중량%, 입도가 1.5㎛인 Co 분말 9.5중량%의 조성이 되도록 칭량하여 원료분말 10kg을 준비하였으며, 그 이후의 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하여 절삭공구 인서트용 모재를 제조하였다.
Comparative Example 2 has a composition of 71.5% by weight of WC powder having a particle size of 1 μm, 18% by weight of WTiC powder having a particle size of 4 μm, 1% by weight of Ta powder having a particle size of 1.5 μm, and 9.5% by weight of Co powder having a particle size of 1.5 μm. 10 kg of a raw material powder was prepared by weighing as much as possible, and the subsequent processes were performed in the same manner as in Example 1 to prepare a base material for cutting tool inserts.

[비교예 3][Comparative Example 3]

비교예 3은 입도가 1㎛인 WC 분말 83중량%, 입도가 1.5㎛인 WTiC 분말 7중량%, 입도가 1.5㎛인 Ta 분말 1중량%, 입도가 1.5㎛인 Co 분말 9중량%의 조성이 되도록 칭량하여 원료분말 10kg을 준비하였으며, 그 이후의 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하여 절삭공구 인서트용 모재를 제조하였다.
Comparative Example 3 is composed of 83% by weight of WC powder having a particle size of 1 μm, 7% by weight of WTiC powder having a particle size of 1.5 μm, 1% by weight of Ta powder having a particle size of 1.5 μm, and 9% by weight of Co powder having a particle size of 1.5 μm. 10 kg of a raw material powder was prepared by weighing as much as possible, and the subsequent processes were performed in the same manner as in Example 1 to prepare a base material for cutting tool inserts.

하기 표 1은 본 발명의 실시예와 비교예 1, 2 및 3에 따라 제조한 절삭공구 인서트용 모재의 제조조건을 정리한 것이다.Table 1 summarizes the manufacturing conditions of the base material for cutting tool inserts prepared according to Examples of the present invention and Comparative Examples 1, 2 and 3.

종류Kinds 조성(중량%)Composition (% by weight) 소결조건Sintering condition WCWC WTiCWTiC TaCTaC CoCo 온도(℃)Temperature (℃) 냉각속도Cooling rate 실시예Example 7373 1616 22 99 14001400 급랭Quenching 비교예 1Comparative Example 1 7373 1616 22 99 14001400 서랭Frost 비교예 2Comparative Example 2 71.571.5 1818 1One 9.59.5 14001400 급랭Quenching 비교예 3Comparative Example 3 8383 77 1One 99 14001400 급랭Quenching

이상과 같이 제조한 모재를 조성별로 1개씩 경면 연삭하여 미세조직을 주사전자현미경으로 분석하였고, 미세조직 중 Co 연결점의 조성은 EDS를 통해 분석하였다.The base material prepared as described above was specularly ground by one composition and the microstructures were analyzed by scanning electron microscopy, and the composition of the Co connection point in the microstructures was analyzed by EDS.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직(우측)과, 이 미세조직 중 Ti계 탄화물을 분석한 사진이고, 도 3 내지 5는 각각 비교예 1, 2 및 3에 따른 소결체를 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직(우측)과, 이 미세조직에서 Ti계 탄화물을 분석한 사진이다.2 is a microstructure (right side) of the sintered body according to an embodiment of the present invention observed by a scanning electron microscope, and a photograph of Ti-based carbides in the microstructures, and FIGS. 3 to 5 are Comparative Examples 1, 2 and The microstructure (right) which observed the sintered compact according to 3 with the scanning electron microscope, and the Ti-type carbide image in this microstructure are analyzed.

도 2에 보여지는 바와 같이, 미세한 입자로 이루어져 있으며, 영상분석기(image analyzer)를 통해 분석한 결과 Ti계 탄화물 조직의 최대 크기가 8.132㎛2로 작았으며, 3000배율로 촬영한 주사전자현미경 사진에서 단일 Ti계 탄화물 조직의 면적이 총 면적대비 0.87%에 불과함이 확인되었으며, 반복적인 시험을 통해서도 유사한 결과를 얻었다. 또한, Co 연결점의 크기는 1㎛ 이하이었고, Co 연결점의 조성은 EDS로 분석(15,000배의 고배율에서 포인트 측정 방식으로 분석)한 결과, Co 연결점의 Co 함량이 47중량%로 다량의 불순물이 Co 연결점의 격자 내에 고용되어 있음이 확인되었다.As shown in Figure 2, consisting of fine particles, analyzed by an image analyzer (image analyzer) as a result of the maximum size of the Ti-based carbide tissue was 8.132㎛ 2 small, in the scanning electron micrograph taken at 3000 magnification The area of single Ti-based carbide was found to be only 0.87% of the total area. Similar results were obtained through repeated tests. In addition, the size of the Co connection point was 1 μm or less, and the composition of the Co connection point was analyzed by EDS (analysis by point measurement method at a high magnification of 15,000 times). As a result, the Co content of the Co connection point was 47% by weight. It is confirmed that it is employed in the grid of the connection point.

한편, 비교예 1의 경우, 실시예 1과 동일한 원료분말로 소결하였음에도 불구하고, 소결 후 서랭 조건으로 냉각하였기 때문에, 탄화물 뭉침 현상이 발생하였고 그 결과, Ti계 탄화물 조직의 최대 크기가 15.337㎛2로 조대한 조직이 형성되었으며, 3000배율로 촬영한 주사전자현미경 사진에서 단일 Ti계 탄화물 조직의 면적도 총 면적대비 1.648%로 상당히 큰 미세조직이 형성되었음을 확인하였다. 또한, Co 연결점을 EDS로 분석한 결과, Co 연결점의 Co 함량이 65중량%로 실시예 1에 비해 Co 연결점의 격자 내에 고용되어 있는 불순물의 양이 현저하게 줄어들었음을 확인하였다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1, although sintered with the same raw material powder as in Example 1, since the cooling was cooled under slow conditions after sintering, carbide agglomeration occurred, as a result, the maximum size of the Ti-based carbide structure 15.337㎛ 2 The coarse tissue was formed, and the scanning electron micrograph taken at 3000 magnification showed that the area of single Ti-based carbide tissue was 1.648% of the total area. In addition, as a result of analyzing the Co connection point by EDS, it was confirmed that the Co content of the Co connection point was 65% by weight, and the amount of impurities dissolved in the lattice of the Co connection point was significantly reduced compared to Example 1.

또한, 비교예 2의 경우, 원료분말의 크기가 실시예 1에 비해 큰 것을 사용하였기 때문에, Ti계 탄화물 조직의 최대 크기가 33.574㎛2로 매우 조대한 조직이 형성되었으며, 3000배율로 촬영한 주사전자현미경 사진에서 단일 Ti계 탄화물 조직의 면적도 총 면적대비 3.607%로 매우 큰 미세조직이 형성되었음을 확인하였다. 또한, Co 연결점을 EDS로 분석한 결과, Co 연결점의 Co 함량이 53중량%로 실시예 1에 비해 높은 수준을 나타냄을 확인하였다.In addition, in Comparative Example 2, since the raw material powder had a larger size than that of Example 1, a very coarse structure was formed with a maximum size of 33.574 µm 2 of Ti-based carbide tissue, and the scanning was performed at 3000 magnification. The electron micrograph showed that the area of the single Ti-based carbide structure was 3.607% of the total area. In addition, as a result of analyzing the Co connection point by EDS, it was confirmed that the Co content of the Co connection point is 53% by weight, which is higher than that of Example 1.

또한, 비교예 3의 경우, 원료분말의 크기는 실시예 1과 동일한 것을 사용하였기 때문에, Ti계 탄화물 조직의 최대 크기가 8.884㎛2로 실시예 1과 유사한 미세한 조직이 형성되었으며, 3000배율로 촬영한 주사전자현미경 사진에서도 단일 Ti계 탄화물 조직의 면적이 총 면적대비 0.91%로 미세함이 확인하였다. 또한, Co 연결점을 EDS로 분석한 결과, 급랭의 효과로 Co 연결점의 Co 함량이 51중량%로 낮은 수준으로 분석되었다. 그러나 출발 조성의 WTiC 함량이 적어 소결 후 탄화물 총 면적이 18 면적% 수준을 나타냄을 확인하였다.In addition, in the case of Comparative Example 3, since the raw material powder was used in the same manner as in Example 1, a fine structure similar to Example 1 was formed with a maximum size of Ti-based carbide structure of 8.884 µm 2 , photographed at 3000 magnification. In one scanning electron micrograph, the area of single Ti-based carbide was found to be 0.91% of the total area. In addition, as a result of analyzing the Co connection point by EDS, the Co content of the Co connection point was analyzed as low as 51% by weight due to the effect of quenching. However, it was confirmed that the total carbide area after sintering represented 18 area% level due to the low WTiC content of the starting composition.

하기 표 2는 본 발명의 실시예와 비교예 1, 2 및 3에 따라 제조한 절삭공구 인서트용 모재의 미세조직과 Co 연결점을 분석결과를 정리한 것이다.Table 2 summarizes the results of analysis of the microstructure and Co connection points of the base material for cutting tool inserts prepared according to Examples and Comparative Examples 1, 2, and 3 of the present invention.

종류Kinds 미세조직Microstructure Co 연결점의
Co 함량
(중량%)
Of Co connection point
Co content
(weight%)
탄화물
총면적
(면적%)
Carbide
Total area
(area%)
총개체수
(개)
Total population
(dog)
최대
개체면적
(㎛2)
maximum
Individual area
(탆 2 )
최대개체
면적
(면적%)
Object
area
(area%)
실시예Example 31.4631.46 10091009 8.1328.132 0.870.87 4747 비교예 1Comparative Example 1 36.8736.87 685685 15.33715.337 1.6481.648 6565 비교예 2Comparative Example 2 39.139.1 476476 33.57433.574 3.6073.607 5353 비교예 3Comparative Example 3 1818 462462 8.8848.884 0.910.91 5151

본 발명의 실시예와 비교예 1~3에 따라 제조된 모재의 절삭성능을 평가하기 위하여, 모재를 하면 연삭한 후, 절삭 인선부 챔퍼가공과 ~30㎛ 호닝 처리를 하여 가공공정을 완료하였다. 상기 제품을 세척 후 PVD 아크 이온 플레이팅 공법을 이용하여 3㎛의 두께를 갖는 TiAlSiN 박막을 형성하였다. PVD 박막 형성함에 있어서, 사용 타겟은 AlTiSi 합금, AlTi 합금, TiAl 합금의 3종류 합금을 사용하였고, 반응챔버 내의 초기 진공도는 8.5×10-5Torr 이하로 감압하였으며, 반응가스로 N2를 주입하였다. PVD코팅 공정 중 가스 압력은 20×10-5Torr 이하, 코팅 온도는 500℃로 조절하였으며, 코팅 공정 중 모재에 인가되는 바이어스 전압은 -100V ~ -110V로 조절하였다.In order to evaluate the cutting performance of the base material prepared according to the Examples of the present invention and Comparative Examples 1 to 3, after grinding the base material, the cutting process was completed by cutting the cutting edge portion chamfering and ~ 30㎛ honing treatment. After washing the product to form a TiAlSiN thin film having a thickness of 3㎛ using a PVD arc ion plating method. In forming the PVD thin film, three types of alloys of AlTiSi alloy, AlTi alloy, and TiAl alloy were used. The initial vacuum in the reaction chamber was reduced to 8.5 × 10 −5 Torr or lower, and N 2 was injected into the reaction gas. . Gas pressure during the PVD coating process was adjusted to 20 × 10 -5 Torr or less, the coating temperature was adjusted to 500 ℃, the bias voltage applied to the base material during the coating process was adjusted to -100V ~ -110V.

TiAlSiN 박막을 코팅한 각 샘플로 S45C 각형 피삭재를 속도 250mm/min, 이송 0.2mm/t, 절입량 2mm, 건식 조건으로 절삭시험을 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같았다.Each sample coated with a TiAlSiN thin film was subjected to a cutting test of the S45C square workpiece at a speed of 250 mm / min, a feed of 0.2 mm / t, an infeed amount of 2 mm, and dry conditions, and the results are shown in Table 3 below.

종류Kinds 절삭시험Cutting test 절삭장 (mm)Cutting length (mm) 종료원인Termination Cause 실시예Example 60006000 정상마모 종료Normal wear end 비교예1Comparative Example 1 30003000 열 크랙 및 소성변형 동시발생Thermal crack and plastic deformation simultaneously 비교예2Comparative Example 2 45004500 열 크랙 후 입자탈락 치핑Dropping chipping after thermal cracking 비교예3Comparative Example 3 42004200 소성변형 발생Plastic deformation

도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예 1 및 2, 3에 따른 소결체를 모재로 하여 제작한 인서트를 사용하여 절삭시험을 한 후의 인선부의 마모 또는 치핑 등의 상태를 보여주는 사진이다.6 is a photograph showing a state of wear or chipping of the edge portion after a cutting test using an insert manufactured using the inserts prepared as the base materials according to Examples and Comparative Examples 1, 2, and 3 of the present invention.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 실시예의 경우 절삭장 6000mm의 가공 후에 정상적인 마모를 통해 수명이 종료되었으나, 비교예 1의 경우 열 크랙(세로방향의 줄 무늬)과 함께 소성변형이 관찰되었는데, 이는 Ti계 조직이 비교적 조대하고 Co 연결점에서 불순물의 함량이 낮아진 결과로 보인다. 또한 비교예 2의 경우 Ti계 조직이 커서 국부적인 열의 집중을 통해 열 크랙과 이에 의한 입자탈락이 발생하였다. 비교예 3의 경우, 탄화물 함량의 부족으로 인해 소성변형이 발생하였다.As can be seen in Figure 6, in the case of the end of life through normal wear after processing of cutting mill 6000mm, in the case of Comparative Example 1 was observed plastic deformation with thermal cracks (vertical stripes), which is Ti The result is a relatively coarse structure and a low content of impurities at the Co junction. In addition, in the case of Comparative Example 2, the Ti-based structure was large, and thermal cracking and particle dropping due to local heat concentration occurred. In Comparative Example 3, plastic deformation occurred due to the lack of carbide content.

이상과 같은 결과를 통해, 본 발명에 따른 절삭공구용 소결체는 특히 강의 밀링가공용 인서트용에 적합하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
Through the above results, it can be seen that the sintered body for cutting tool according to the present invention can be used particularly for inserts for milling machining of steel.

Claims (5)

WC, WTiC, Co, W 및
Ti를 제외한 주기율표 4a, 5a, 6a 족의 탄화물 중에서 선택된 1종 이상의 탄화물을 포함하고,
미세조직상 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 10㎛2 이하이며,
Co 연결점(cobalt junction)의 크기가 1㎛ 이하이고,
상기 Co 연결점의 코발트 함량이 50중량% 미만인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 소결체.
WC, WTiC, Co, W and
At least one carbide selected from carbides of Groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table excluding Ti,
The maximum area of a single tissue containing Ti in the microstructure is 10 μm 2 or less,
Cobalt junction is less than 1㎛ in size,
Sintered body for cutting tools, characterized in that the cobalt content of the Co connection point is less than 50% by weight.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 소결체의 미세조직을 주사전자현미경으로 3000배의 배율로 관찰한 총 면적 중에서, 상기 Ti를 포함하는 단일 조직의 최대 면적이 1% 미만인 것을 특징으로 하는 절삭공구용 소결체.
The method of claim 1,
The sintered compact for cutting tools, wherein the maximum area of the single tissue including Ti is less than 1% of the total area of the microstructure of the sintered compact observed at a magnification of 3000 times with a scanning electron microscope.
삭제delete 삭제delete
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