KR101314357B1

KR101314357B1 - 절삭 공구 인서트, 절삭 공구 인서트의 제조 방법 및 절삭 공구 인서트를 사용하는 사용 방법

Info

Publication number: KR101314357B1
Application number: KR1020060115009A
Authority: KR
Inventors: 페르 모르텐손; 페르 구스타프손
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2013-10-04
Also published as: EP1788123A1; ATE429527T1; EP1788123B1; US7897247B2; JP2007136666A; US20070134517A1; SE529200C2; CN1974204A; DE602006006393D1; KR20070053637A; SE0502553L; IL179249A0

Abstract

본 발명은, 바람직하게는 고속에서 노듈러 주철의 선삭에 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트에 관한 것으로서, 5-9 wt-% 의 Co, 1-5 wt-% 의 입방성 카바이드 및 잔부는 86-94 wt-% 의 WC 로 구성되는 초경합금 기질 및, 등방성 입자로 된 제 1 층인 TiC_xN_yO_z 층, 두께가 10-15 ㎛ 를 초과하고 주상 입자로 된 TiC_xN_yO_z 층, 두께가 0.1-2 ㎛ 이고, 등방성 또는 판상 입자로 된 TiC_xN_yO_z 층, 두께가 3-8 ㎛ 인 α-Al₂O₃ 층, TiC 가 총 두께 0.5-2 ㎛ 인 최외부 층이 되는 TiN+TiC 다층구조의 외층을 포함하는 코팅을 포함하며,α-Al₂O₃ 층이 절삭 날 선 및 레이크 면 상에서도 존재하고 외부 TiC 층이 플랭크면 상부 층이 되도록, 외부 코팅 층은 날 선 및 레이크 면 상에서 제거되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

코팅된 절삭 공구 인서트, 노듈러 주철 가공

Description

절삭 공구 인서트, 절삭 공구 인서트의 제조 방법 및 절삭 공구 인서트를 사용하는 사용 방법 {A CUTTING TOOL INSERT, A METHOD OF MAKING A CUTTING TOOL INSERT AND A METHOD FOR USING A CUTTING TOOL INSERT}

도 1 은 본 발명에 따른 코팅된 인서트의 현미경 사진을 나타내는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

A: 초경합금 본체(cemented carbide body)

B: TiC_xN_yO_z 결합 층

C: 주상 입자로 된 TiC_xN_yO_z 층

D: TiC_xN_yO_z 결합 층

E: 텍스쳐(texture)된 α-Al₂O₃ 층

F: TiN+TiC 다층(multilayer)

본 발명은, 노듈러 주철부(nodular cast iron parts) 를 고속에서 선삭하는데 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

주철 재료들은 두 개의 주된 카테고리인, 회주철 및 노듈러 주철로 나눌 수 있다. 노듈러 주철은 비교적 가공하기 어려운 재료로 여겨진다. 주철은 종 종 모래, 녹 및 기타 불순물 등의 다양한 함유물을 포함할 수 있는 주형 외장의 외층을 갖고, 또한 탄소가 제거되고 다른 재료들에 비해 훨씬 많은 양의 페라이트를 함유하고 있는 표면 영역을 갖는다. 또한, 노듈러 주철의 가공은, 심한 정도의 연삭 마모 뿐만 아니라 Al₂O₃ 코팅된 절삭 공구의 소위 응착 마모를 유발한다. 응착 마모는, 형성된 작업물 칩에 의해 코팅 층의 조각 또는 개별 입자들이 절삭 날로부터 떨어져 나갈 때 발생하게 된다. 날 선(edge line) 부근의 이러한 종류의 박리는 결국 코팅 층의 국소적인 파괴를 유발하여, 부식 마모(chemical wear)를 가속화하고, 공구의 수명을 단축시킨다.

노듈러 주철을 고속에서 냉각제를 사용하면서 또는 냉각제 없이 가공하는 경우의 또 다른 중요한 요소는 절삭 날에서의 과도한 열의 형성이고, 이 과도한 열은 인서트를 연화시켜서 소성변형을 일으키고 그 결과 마모가 가속화되어 코팅을 박리시키게 된다.

EP 753603 에서는, 조성이 5-11 wt-% 의 Co, 10 wt-% 미만의 금속 Ti, Ta 및/또는 Nb 의 입방성 카바이드, 잔부는 WC 로 이루어진 초경합금 본체 및, 0.1-2 ㎛ 인 최심부의 TiC_xN_yO_z 층, 2-15 ㎛ 인 TiC_xN_yO_z 층, 0.1-2 ㎛ 인 TiC_xN_yO_z 층, 2-10 ㎛ 인 α-Al₂O₃ 층을 포함하는 코팅으로 구성된 코팅된 절삭 인서트, 특히 선삭에 의한 저합금강의 가공에 적합한 코팅된 절삭 인서트가 공개되어 있다.

EP 953065 에서는, 0.5 wt-% 미만의 입방성 카바이드를 포함하는 WC-Co 계 기질 및, 0.1-2 ㎛ 인 최심부의 TiC_xN_yO_z 층, 5-10 ㎛ 인 TiC_xN_y 층, 0.1-2 ㎛ 인 TiC_xN_yO_z 층, 3-6 ㎛ 인 α-Al₂O₃ 층, 및 0.5-3 ㎛ 층 또는 0.5-3 ㎛ 의 두꺼운 TiN+TiC+TiN 배열을 갖는 다층의 TiC_xN_yO_z 외층을 포함하고, 주철의 가공에 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트가 공개되어 있다.

본 발명의 목적은, 바람직하게는 고속의 절삭 속도 하에서 노듈러 주철의 선삭에 특히 유용한 코팅된 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

상기 절삭 작업에 널리 행해지던 마모 형태에 관해 개선된 특성을 갖는 절삭 공구 인서트는, 절삭 공구 인서트가 낮은 함량의 입방성 카바이드를 갖는 초경합금 본체, 두꺼운 주상 TiC_xN_yO_z 층, 두꺼운 텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층, TiN+TiC 다층의 위쪽 플랭크면 층, 최외부의 TiC 층 및 습식 블라스팅 처리된 α-Al₂O₃ 레이크면과 날 선 층을 포함하는 경우에 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 초경합금 본체 및 코팅을 포함하는 절삭 공구 인서트가 형성되고, 초경합금 본체는 5-9 wt-%, 바람직하게는 6-8 wt-%, 가장 바람직하게는 6.5-7.1 wt-% 인 Co, 1-5 wt-%, 바람직하게는 2-4 wt-%, 가장 바람직하게는 2.6-3.4 wt-% 인 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드로 조성되고, TaC 함량은 바람직하게는 2-3 wt-%, 가장 바람직하게는 2.4-3.0 wt-% 이며, NbC 함량은 바람직하게는 0.2-0.35 wt-%, 가장 바람직하게는 0.27-0.33 wt-% 이고, 조성 내의 Ti 함량은 기술적인 불순물에 해당하며, 잔부로는 86-94 wt-%, 바람직하게는 88-92 wt-%, 가장 바람직하게는 89.5-90.6 wt-% 의 WC를 포함하게 된다. 초경합금 본체의 보자력(coercivity)은 19.5-24.5 kA/m 이며, 약 0.7-1.5 ㎛ 인 평균 입자 크기에 해당한다.

코팅은 다음의 층들을 포함한다:

- 제 1 최심부의 TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1, 바람직하게는 y>x 및 z<0.1, 가장 바람직하게는 y>0.8 및 z=0 이고, 두께는 0.1-2 ㎛ 이며, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등방성 입자를 갖는 층.

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1, 바람직하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3, 가장 바람직하게는 x>0.5 이고, 두께는 10-15 ㎛ 초과, 가장 바람직하게는 11-13 ㎛ 인 주상 입자를 갖는 층.

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1 이고, z<0.5, 바람직하게는 x>y, 가장 바람직하게는 x>0.5 및 0.1<z<0.4 이며, 두께는 0.1-2 ㎛ 이고, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등방성 또는 판상 입자를 갖는 층으로, 최심부 층과 동일하거나 또는 다른 층.

- 매끄럽고 미세입자로 된 텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층으로서, 두께는 3-8 ㎛, 바람직하게는 3-6 ㎛ 이고 입자 크기는 0.5-2 ㎛ 인 층.

- TiN+TiC 가 하나 또는 여러 개로 연속된 다층구조의 외층으로서, TiC 가 최외부 층이 되고 총 두께는 0.5-2 ㎛, 바람직하게는 0.7-1.3 ㎛ 이고 1 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 것이 바람직한 층.

α-Al₂O₃ 층이 절삭 날 선을 따른 상면에, 또한 레이크 면 상에서도 존재하고 외부 TiC 층이 플랭크면 상부 층이 되도록, 외부 코팅 층은 날 선 및 레이크 면 상에서 제거된다. 그러므로 코팅된 인서트는 날 선과 레이크 면에서 매끄러운, 바람직하게는 10 ㎛ 의 길이에 대해 표면 거칠기가 Rmax≤0.4 ㎛ 가 되는 α-Al₂O₃ 표면을 갖게 되고, 플랭크면에서 밝은 회색을 띤다. 밝은 회색 상부 코팅은 사용한 날의 식별을 용이하게 해준다.

또한, US 5,654,035, EP 659903 또는 EP 738336 에 공개된 것처럼, α-Al₂O₃ 층은 X선 회절(XRD) 측정에 의해 결정되는 바와 같이 결정 성장 방향이, (014)-방향, (012)-방향 또는 (110)-방향, 바람직하게는 (012)-방향인 것이 바람직하다. 텍스쳐 계수 TC 는 아래와 같이 정의된다:

여기서,

I(hkl): 측정된 (hkl) 반사 강도

I_o(hkl): card no. 43-1484 에 따른 ASTM 표준 분말형 회절 데이터의 표준 강도

n: (hkl) 계산에 사용된 반사 수

사용된 반사: (012), (104), (110), (113), (300), (116)

(012), (104) 또는 (110) 결정면의 세트 중 하나에 대한 TC 값은 1.3 보다 커야 하고, 바람직하게는 1.5 보다 큰 값이어야 한다.

본 발명은 또한, 5-9 wt-%, 바람직하게는 6-8 wt-%, 가장 바람직하게는 6.5-7.1 wt-% 인 Co, 1-5 wt-%, 바람직하게는 2-4 wt-%, 가장 바람직하게는 2.6-3.4 wt-% 인 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드로 조성되고, TaC 함량은 바람직하게는 2-3 wt-%, 가장 바람직하게는 2.4-3.0 wt-% 이며, NbC 함량은 바람직하게는 0.2-0.35 wt-%, 가장 바람직하게는 0.27-0.33 wt-% 이고, 조성 내의 Ti 함량은 기술적인 불순물에 해당하고, 잔부로는 86-94 wt-%, 바람직하게는 88-92 wt-%, 가장 바람직하게는 89.5-90.6 wt-% 의 WC 를 포함하며, 보자력이 19.5-24.5 kA/m 이고, 약 0.7-1.5 ㎛ 인 평균 입자 크기에 해당하는 초경합금 본체를 포함하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 관한 것이기도 하다.

초경합금 본체는 종래 방법에 따라, 주로 분말 혼합, 볼밀링(ball milling), 분무 건조(spray-drying), 가압 및 소결에 의해 제조된다.

상기 인서트는 다음 층들로 코팅되어 있다:

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1, 바람직하게는 z=0, x>0.3 및 y>0.3, 가장 바람직하게는 x>0.5 이고, 두께는 10-15 ㎛ 초과, 가장 바람직하게는 11-13 ㎛ 이고 주상 입자를 가지며, 바람직하게는 MTCVD 기술(700-900℃ 의 온도 범위에서 층을 형성하기 위해 아세토니트릴을 탄소 및 질소 공급원으로 사용하는 기술) 에 의해 증착되는 층. 그러나 정확한 조건은, 사용 장치의 구성에 어느 정도 의존하고 숙련된 기능공에 의해 결정될 수 있다.

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1 이고, z<0.5, 바람직하게는 x>y, 가장 바람직하게는 x>0.5 및 0.1<z<0.4 이며, 두께는 0.1-2 ㎛ 이고, 등방성 또는 판상 입자로 크기가 0.5 ㎛ 미만이고, 종래 알려진 CVD 방법을 사용하여 형성된 층으로, 최심부 층과 동일하거나 또는 다른 층.

- US 5,654,035, EP 659903 또는 EP 738336 에 따른 매끄럽고 미세입자로 된 텍스쳐된 α-Al₂O₃ 중간층으로서, 두께는 3-8 ㎛, 바람직하게는 3-6 ㎛ 이고 입자 크기는 0.5-2 ㎛ 인 층.

- TiN+TiC 가 하나 또는 여러 개로 연속된 다층구조의 외층으로서, TiC 가 최외부 층이 되고 총 두께는 0.5-2 ㎛, 바람직하게는 0.7-1.3 ㎛ 인 층. 이 층은 1 ㎛ 미만의 입자 크기를 나타내는 것이 바람직하다.

인성이 증가된 매끄러운 절삭 날 선을 얻기 위하여, 코팅된 인서트는 충분한 고압에서 Al₂O₃ 가루를 사용하여 TiN+TiC 다층의 상부를 제거하고 날 선 및 인서트 레이크 면의 표면을 매끄럽게 하는 습식 블라스팅 처리를 거치고, 밝은 회색의 플랭크면 최외부 TiC 층이 본질적으로 영향을 받지 않게 하고, 결국 사용한 날 선의 식별을 용이하게 해준다.

z>0 인 TiC_xN_yO_z 층이 요구되는 경우에는, CO₂ 및/또는 CO 가 반응 가스 혼합 물에 첨가된다.

본 발명은 또한, 주형 외장이 있는 및/또는 없는 회주철 및 노듈러 주철을 건조한 조건 하에서, 절삭 속도 및 인서트 형태에 따라 250-550 m/min 의 절삭속도 및 0.10-0.35 mm/rev 의 이송(feed) 속도에서 선삭하기 위한 상기에 따른 절삭 공구 인서트의 사용과도 관련된다.

실시예 1

A. 6.8 wt-% 의 Co, 2.7 wt-% 의 TaC, 0.3 wt-% 의 NbC 및, 잔부는 WC로 조성되고, 평균 입자 크기는 제프리법(Jeffries method) 으로 측정했을 때 1㎛ 인, CNMG 120412-KM 형의 초경합금 절삭 공구 인서트는, 0.5 ㎛ 의 등방성 TiC_xN_y 층으로서 x=0.1 및 y=0.9 이며 평균 입자 크기는 약 0.2 ㎛ 인 층으로 코팅되고, 이어서 x=0.55 및 y=0.45 이고 주상 입자로 이루어져 있으며 MTCVD 기술(공정 온도는 885℃ 이고 탄소/질소 공급원은 CH₃CN) 을 사용한 12.0 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_y 층으로 코팅되었다. 동일한 코팅 주기 동안의 연속적인 공정 단계에 있어서, x=0.6, y=0.2 및 z=0.2 이고 등방성 입자이며 평균 입자 크기가 0.2 ㎛ 인, 1 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_yO_z 층이 증착되고 그 이후, TC(012)=1.81 및 평균 입자 크기가 약 1.2 ㎛ 인 5.0 ㎛ 의 두꺼운 (012)-텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층이 US 5,654,035 에 주어진 조건에 따라 증착되었다. 상기 α-Al₂O₃ 층의 상부에는, 총 코팅 두께가 1.5 ㎛ 이고 각 층마다의 평균 입자 크기가 0.3 ㎛ 미만인 다층 구조 내에 TiN+TiC+TiN+TiC 가 적층되었다. 결국, 인서트는 습식 블라스팅 처리를 거치게 되고, 그 동안 상부 TiN+TiC 다층 구조가 절삭 날 선 및 레이크 면으로부터 제거되었고, 동일한 작업 동안 Al₂O₃ 층은 매끄러워졌다.

B. 6.8 wt-% 의 Co, 2.7 wt-% 의 TaC, 0.3 wt-% 의 NbC 및, 잔부인 WC 로 조성된 CNMG 120412-KM 형의 초경합금 절삭 공구 인서트는, 0.5 ㎛ 의 등방성 TiC_xN_y 층으로서 x=0.1 및 y=0.9 이며 평균 입자 크기는 약 0.2 ㎛ 인 층으로 코팅되고, 이어서 x=0.55 및 y=0.45 이고 주상 입자로 이루어져 있으며 MTCVD 기술(공정 온도는 885℃ 이고 탄소/질소 공급원은 CH₃CN) 을 사용한 12.0 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_y 층으로 코팅되었다. 동일한 코팅 주기 동안의 연속적인 공정 단계에 있어서, x=0.6, y=0.2 및 z=0.2 이고 등방성 입자이며 평균 입자 크기가 0.2 ㎛ 인, 1 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_yO_z 층이 증착되고 그 이후, TC(012)=1.93 및 평균 입자 크기가 약 1.2 ㎛ 인 5.0 ㎛ 의 두꺼운 (012)-텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층이 US 5,654,035 에 주어진 조건에 따라 증착되었다. 상기 α-Al₂O₃ 층의 상부에는, 총 코팅 두께가 1.5 ㎛ 이고 각 층마다의 평균 입자 크기가 0.3 ㎛ 미만인 다층 구조 내에 TiN+TiC+TiN+TiC 가 증착되었다. 결국, 인서트는 브러싱 처리를 거치게 되고, SiC 를 연삭 재료로서 포함하고 있는 320 메쉬 브러쉬를 사용하여 절삭 날 선은 매끄러워지고, 외부 TiN+TiC 다층 구조는 절삭 날 선을 따라 브러싱함으로써 제거되었다.

C. 6.8 wt-% 의 Co, 2.7 wt-% 의 TaC, 0.3 wt-% 의 NbC 및, 잔부는 WC 로 조성된 CNMG 120412-KM 형의 초경합금 절삭 공구 인서트는, 0.5 ㎛ 의 등방성 TiC_xN_y 층으로서 x=0.1 및 y=0.9 이며 평균 입자 크기는 약 0.2 ㎛ 인 층으로 코팅되고, 이어서 x=0.55 및 y=0.45 이고 주상 입자로 이루어져 있으며 MTCVD 기술(공정 온도는 885℃ 이고 탄소/질소 공급원은 CH₃CN) 을 사용한 5.0 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_y 층으로 코팅되었다. 동일한 코팅 주기 동안의 연속적인 공정 단계에 있어서, x=0.6, y=0.2 및 z=0.2 이고 등방성 입자이며 평균 입자 크기가 0.2 ㎛ 인, 1 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_yO_z 층이 증착되고 그 이후, TC(012)=1.85 및 평균 입자 크기가 약 1.2 ㎛ 인 4.0 ㎛ 의 두꺼운 (012)-텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층이 US 5,654,035 에 주어진 조건에 따라 증착되었다. 결국, 인서트는 습식 블라스팅 처리를 거치게 되고, 그 동안 Al₂O₃ 층은 매끄러워졌다.

D. 6.0 wt-% 의 Co 및 잔부는 WC 로 조성된 CNMG 120412-KM 형의 초경합금 절삭 공구 인서트는, 0.5 ㎛ 의 등방성 TiC_xN_yO_z 층으로서 x=0.1, y=0.9 및 z=0 이며 평균 입자 크기는 약 0.2 ㎛ 인 층으로 코팅되고, 이어서 x=0.55 및 y=0.45 이고 주상 입자로 이루어져 있으며 MTCVD 기술(공정 온도는 850℃ 이고 탄소/질소 공급원은 CH₃CN) 을 사용한 8.0 ㎛ 두꺼운 TiC_xN_y 층으로 코팅되었다. 동일한 코팅 주기 동안의 연속적인 공정 단계에 있어서, x=0.6, y=0.2 및 z=0.2 이고 등방성 입자이며 평균 입자 크기가 0.2 ㎛ 인, 1 ㎛ 의 두꺼운 TiC_xN_yO_z 층이 증착되고 그 이후에, TC(012)=1.90 및 평균 입자 크기가 약 1.2 ㎛ 인 5.0 ㎛ 의 두꺼운 (012)-텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층이 US 5,654,035 에 주어진 조건에 따라 증착되었다. 상기 α-Al₂O₃ 층의 상부에는, 총 코팅 두께가 1.5 ㎛ 이고 각 층마다의 평균 입자 크기가 0.3 ㎛ 미만인 다층 구조 내에 TiN+TiC+TiN+TiC+TiN 가 증착되었다. 결국, 인서트는 브러싱 처리를 거치게 되고, SiC 를 연삭 재료로서 포함하고 있는 320 메쉬 브러쉬를 사용하여 절삭 날 선은 매끄러워지고, 외부 TiN+TiC 다층 구조는 절삭 날 선을 따라 브러싱 처리함으로써 제거되었다.

인서트는 마무리 작업에서 시험되었다. 작업물 재료는 노듈러 주철, SS727 이었다. 작업물 형상은 각 회전마다 단속적인 절삭을 유발한다. 절삭 속도는 250 m/min, 이송 속도는 0.10 mm/rev, 그리고 절삭 깊이는 2.0 mm 이었다. 작업은 냉매를 사용하여 수행되었다.

이러한 형태의 작업은 전형적으로 코팅의 심각한 박리를 유발한다. 코팅은 인서트로부터 단편적으로 분리된다. 마모는, 절삭 작업에 사용된 날 선의 총 길이와 비교하여 코팅이 벗겨진 날 선의 부분으로서 측정될 수 있다.

인서트 형태 박리된 날 선 부분(%)

A (본 발명) 5 미만

B (본 발명 범위 외) 20

C (본 발명 범위 외) 5 미만

D (종래 기술) 15

실시예 2

상기 실시예 1 의 인서트가 회주철, SS0125 에서의 단속적인 절삭 작업에서 시험되었다. 절삭 조건은 코팅의 박리 저항성 뿐만 아니라 코팅의 부식 마모 및 연삭 마모에 대한 저항성에 있어서 요구사항을 높게 설정하였다. 작업물의 형상은 각 회전마다 작업물의 두 입구가 단속적인 절삭 조건을 주도록 되어 있다. 절삭 속도는 300 m/min, 이송 속도는 0.25 mm/rev, 그리고 절삭 깊이는 2.0 mm 였다. 가공은 어떠한 냉매의 사용도 없이 이루어졌다.

인서트 형태 날이 완전히 마모될 때까지의 통과 횟수

A (본 발명) 88

B (본 발명 범위 외) 85

C (본 발명 범위 외) 60

D (종래 기술) 70

실시예 3

상기 실시예 1 의 인서트가 절삭 날의 변형을 일으켜 코팅의 박리와 인서트의 마모 촉진을 유발하는 선삭테스트에서 시험되었다. 시험은 노듈러 주철, SS0737 에서 수행되었고, 길이 방향의 선삭 작업에서의 이송 및 절삭 깊이의 어떠한 조합에 대해 수행되었다. 초경합금의 변형이 일어나기 전의 가능한 최고의 절삭 속도를 찾았다.

인서트 형태 가능한 최고 절삭 속도, m/ min

A (본 발명) 550

B (본 발명 범위 외) 525

C (본 발명 범위 외) 475

D (종래 기술) 425

실시예 4

상기 실시예 1 의 인서트가 노듈러 주철, SS0727 에서의 연속적인 절삭 작업에서 시험되었다. 절삭 조건은 코팅의 부식 마모 및 연삭 마모에 대한 저항성에 있어서 요구사항을 높게 설정하였다. 절삭 속도는 350 m/min, 이송 속도는 0.30 mm/rev, 그리고 절삭 깊이는 2.0 mm 였다. 작업은 냉매를 사용하여 수행되었다.

인서트 형태 날이 완전히 마모될 때까지의 통과 횟수

A (본 발명) 57

B (본 발명 범위 외) 54

C (본 발명 범위 외) 23

D (종래 기술) 38

본 발명에 따른 코팅된 절삭 공구 인서트는, 절삭 공구 인서트가 낮은 함량의 입방성 카바이드를 갖는 초경합금 본체, 두꺼운 주상 TiC_xN_yO_z 층, 두꺼운 텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층, TiN+TiC 다층의 위쪽 플랭크면 층, 최외부의 TiC 층 및 습식 블라스팅 처리된 α-Al₂O₃ 레이크면과 날 선 층을 포함함으로써, 코팅의 박리 뿐만 아 니라 부식 마모 및 연삭 마모에 대한 저항성 측면에서 개선된 특성을 가지게 되고, 결과적으로 고속의 절삭 속도 하에서 노듈러 주철의 선삭에 특히 유용한 효과가 있다.

Claims

코팅 및 초경합금 본체를 포함하는 절삭 공구 인서트에 있어서,

상기 초경합금 본체는, 5-9 wt-% 인 Co, 1-5 wt-% 인 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드로 구성되고, 조성 내의 Ti 함량은 자연적으로 발생하는 불순물에 해당하며, 잔부로는 86-94 wt-% 의 WC를 포함하고, 초경합금 본체의 보자력은 19.5-24.5 kA/m 이며,

상기 코팅은,

- 제 1 최심부의 TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1, y>x 및 z<0.1 이고, 층 두께는 0.1-2 ㎛ 이며, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등방성 입자를 갖는 층,

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1, z=0, x>0.3 및 y>0.3 이고, 층 두께는 10-15 ㎛ 초과인 주상 입자를 갖는 층,

- TiC_xN_yO_z 층으로서, x+y+z=1 이고, z<0.5, x>y 이고, 층 두께는 0.1-2 ㎛ 이고, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등방성 또는 판상 입자를 갖는 층,

- 매끄럽고 미세입자로 된 텍스쳐(texture)된 α-Al₂O₃ 층으로서, 층 두께는 3-8 ㎛ 이고 입자 크기는 0.5-2 ㎛ 인 층,

- TiN+TiC 가 하나 또는 여러 개로 연속된 다층구조의 외층으로서, TiC 가 최외부 층이 되고 총 두께가 0.5-2 ㎛ 인 외층을 포함하며,

α-Al₂O₃ 층이 절삭 날 선을 따른 상면에, 또한 레이크 면 상에서도 존재하고 외부 TiC 층이 플랭크면 상부 층이 되도록, 외부 코팅 층은 날 선 및 레이크 면 상에서 제거되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, α-Al₂O₃ 층은 (012)-방향의 텍스쳐를 가지고, 텍스쳐 계수 TC(012) 가 1.3 보다 큰 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 최심부의 TiC_xN_yO_z 층이 z=0 및 y>0.8 인 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, Co 의 함량이 6.5-7.1 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드의 함량이 2-4 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드의 함량이 2.6-3.4 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, TaC 함량은 2-3 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, TaC 함량은 2.4-3.0 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, NbC 함량은 0.2-0.35 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, NbC 함량은 0.27-0.33 wt-% 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 층은 11-13 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 매끄럽고 미세입자로 된 텍스쳐(texture)된 α-Al₂O₃ 층은 3-6 ㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, TiN+TiC 가 다층구조의 외층은 0.7-1.3 ㎛ 의 총 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
코팅 및 초경합금 본체를 포함하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 있어서,

상기 초경합금 본체는, 5-9 wt-% 인 Co, 1-5 wt-% 인 금속 Ta 및 Nb 의 입방성 카바이드로 조성되고, 조성 내의 Ti 함량은 자연적으로 발생하는 불순물에 해당하며, 잔부로는 86-94 wt-% 의 WC를 포함하고, 초경합금 본체의 보자력은 19.5-24.5 kA/m 이며, 분말 혼합, 볼밀링(ball milling), 분무 건조(spray-drying), 가압 및 소결에 의해 제조되고,

- 제 1 최심부의 TiC_xN_yO_z 층으로서, 층 두께는 0.1-2 ㎛ 이고, 크기가 0.5 ㎛ 미만이며 등방성 입자를 갖고, CVD 방법을 이용하여 형성된 층,

- TiC_xN_yO_z 층으로서, 층을 형성하기 위해 탄소 및 질소 공급원으로서 아세토니트릴을 사용하여, 층 두께는 10-15 ㎛ 초과이고 주상 입자를 가지며 직경이 5 ㎛ 미만이고 MTCVD 기술에 의해 증착된 층,

- TiC_xN_yO_z 층으로서, 층 두께는 0.1-2 ㎛ 이고, 등방성 또는 판상 입자로 크기가 0.5 ㎛ 미만이고 CVD 방법을 사용하여 형성된 층,

- 매끄럽고 미세입자로 된 텍스쳐된 α-Al₂O₃ 층으로서, 층 두께는 3-8 ㎛, 입자 크기는 0.5-2 ㎛ 이고 CVD 방법을 사용하여 형성된 층,

- TiN+TiC 다층구조가 하나 또는 여러 개로 연속된 외층으로서, TiC 가 최외부 층이 되고 총 두께는 0.5-2 ㎛ 이고 CVD 방법을 사용하여 형성된 층 및,

-α-Al₂O₃ 층이 절삭 날 선을 따라, 또한 레이크 면 상에서도 노출되어 매끄러워지도록, TiN+TiC 다층구조의 외층은 블라스팅 처리에 의해 제거되어, 최외부 TiC 층이 절삭 공구 인서트의 플랭크면에서 본질적으로 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법.
주철을, 절삭 속도 및 인서트 형태에 따라 250-550 m/min 의 절삭 속도 및 0.10-0.35 mm/rev 의 이송 속도에서 선삭하기 위한, 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 절삭 공구 인서트를 사용하는 사용 방법.
제 14 항에 있어서, 주상 입자를 가지는 TiC_xN_yO_z 층은 850-900 ℃ 의 온도 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법.