KR101419950B1

KR101419950B1 - 날끝 교환형 절삭 팁

Info

Publication number: KR101419950B1
Application number: KR1020087010843A
Authority: KR
Inventors: 나오야 오모리; 요시오 오카다; 미노루 이토오; 스스무 오쿠노; 신야 이마무라
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2014-07-16
Also published as: WO2007058065A1; EP1952920B2; JP2007136631A; EP1952920B1; IL191241A; KR20080078636A; EP1952920A1; US8137795B2; EP1952920A4; US20090269150A1

Abstract

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁(1)은 기재(8)와 피복층을 가지며, 상기 피복층은 내층과 외층을 포함하고, 상기 내층의 각 층은 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소, Ⅴa족 원소, Ⅵa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 특정의 층으로 형성되며, 상기 각 층 중 상기 외층과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 형성되고, 상기 외층은 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성되며, 또한 절삭에 관여하는 부위에서, 여유면(3)측에서의 평균 두께를 A ㎛, 경사면(2)측에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 한다.

절삭 팁, 기재, 피복층, 절삭 가공, 공구

Description

날끝 교환형 절삭 팁{CUTTING TIP OF CUTTING EDGE REPLACEMENT TYPE}

본 발명은 날끝 교환형 절삭 팁[스로 어웨이 팁(throw away tip)이라 부르는 경우도 있음]에 관한 것이다.

종래부터, 착탈 가능하게 공구에 부착하여 피삭재를 절삭 가공하는 날끝 교환형 절삭 팁이 알려져 있다. 이러한 날끝 교환형 절삭 팁은 내마모성이나 인성(靭性)을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 초경합금이나 서멧(cermet)으로 이루어지는 기재 상에 세라믹스 등의 경질 피막을 형성하여 구성된 것이 다수 제안되어 있다.

그리고, 이러한 구성의 날끝 교환형 절삭 팁에서는, 경질 피막의 조성을 변경하거나, 경질 피막의 두께를 여유면 상에서 그리고 경사면 상에서 변경시킴으로써 여러 특성을 향상시키려는 시도가 여러 가지 있었다[일본 특허 공개 제2001-347403호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 제2004-122263호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개 제2004-122264호 공보(특허 문헌 3), 일본 특허 공개 제2004-216488호 공보(특허 문헌 4)].

그러나, 요즘과 같이 고속 절삭이나 정밀 절삭, 및 난삭재(難削材)에 대한 고효율 절삭 등이 요구되는 가운데, 이러한 각종 절삭에 필요한 내마모성과 인성을 고도로 양립시키고, 또한 표면층의 박리를 고도로 방지한 날끝 교환형 절삭 팁은 아직 개발되어 있지 않다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-347403호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-122263호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2004-122264호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제2004-216488호 공보

본 발명은 상술과 같은 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은 내마모성과 인성을 고도로 양립시키고, 또한 표면층의 박리를 고도로 방지한 날끝 교환형 절삭 팁을 제공하는 것에 있다. 특히, 인성과 여유면측의 내마모성과의 양립이 요구되는 회주철의 고속 절삭이나 난삭재 절삭에 유효한 날끝 교환형 절삭 팁을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여, 절삭 가공시에 있어서의 날끝 교환형 절삭 팁과 피삭재와의 접촉 상태를 예의 연구한 결과, 도 1에 도시한 바와 같이 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 날끝 능선(4)의 주변부가 피삭재(5)에 접하고, 여유면(3)이 피삭재(5)와 대면하는 데 비해서 그 경사면(2)이 절삭 부스러기(6)측에 위치하는 절삭 상황에 있어서, 피복층의 두께가 얇아질수록 인성의 향상에는 유리하고, 반대로 내마모성을 향상시키기 위해서는 피복층의 두께를 두껍게 하는 편이 유리하다라고 하는 상반되는 특성이 요구되는 것이 명백해졌다. 또한, 피복층의 표면층으로서 알루미나를 포함하는 층을 사용하면 피삭재의 용착을 방지할 수 있다는 유리한 효과를 얻을 수 있는 반면, 상기 층은 그 바로 아래에 존재하는 하층으로부터 용이하게 박리된다는 문제를 갖는 것이 명백해졌다. 그리고, 연구를 더 진행시킨 결과, 회주철의 고속 절삭이나 난삭재 절삭에서는 여유면의 내마모성을 향상시키는 것이 특히 유리하고, 알루미나를 포함하는 층의 하층으로서 특정의 조성을 갖는 층을 형성시키면 내박리성이 특별히 향상되는 것이 명백해졌다. 본 발명은 이들의 지견에 기초하여 더욱 연구를 거듭함으로써 드디어 완성시키기에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 기재와, 상기 기재 상에 형성된 피복층을 갖는 날끝 교환형 절삭 팁으로서, 상기 기재는 적어도 1개의 여유면과 적어도 1개의 경사면을 가지며, 상기 여유면과 상기 경사면은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되고, 상기 피복층은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층과 그 내층상에 형성된 외층을 포함하며, 이 내층을 형성하는 각 층은, 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소, Ⅴa족 원소, Ⅵa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 구성되는 화합물로 형성되고, 상기 각 층 중 상기 외층과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 형성되며, 상기 외층은 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성되고, 이 외층은 절삭에 관여하는 부위에서, 상기 여유면측에서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면측에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 기재와, 상기 기재 상에 형성된 피복층을 갖는 날끝 교환형 절삭 팁으로서, 상기 기재는 적어도 2개의 여유면과, 적어도 1개의 경사면과, 적어도 1개의 코너를 가지며, 상기 여유면과 상기 경사면은 날끝 능선을 사이에 두고 연결되고, 상기 코너는 2개의 상기 여유면과 1개의 상기 경사면이 교차하는 교점이며, 상기 피복층은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층과 그 내층 상에 형성된 외층을 포함하고, 이 내층을 형성하는 각 층은 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소, Ⅴa족 원소, Ⅵa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 구성되는 화합물로 형성되며, 상기 각 층 중 상기 외층과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 형성되고, 상기 외층은 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성되며, 절삭에 관여하는 상기 코너를 지나고, 그 코너를 구성하는 2개의 상기 여유면이 이루는 각도를 상기 경사면 상에서 2등분하며, 상기 경사면으로부터 상기 2개의 여유면이 교차하는 능(稜)으로 연결되는 직선 상에서, 이 외층은, 상기 코너로부터 상기 여유면측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역에서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 코너로부터 상기 경사면측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁에 관한 것이다.

여기에서, 상기 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물은, TiB_XN_Y[단 식 중, X, Y는 각각 원자 ％이고, 0.001＜X/(X+Y)＜0.04임]로 표시되는 붕질화티탄(titanium boronitride)인 것이 바람직하고, 또한 TiB_XN_YO_Z[단 식 중, X, Y, Z는 각각 원자％이고, 0.0005＜X/(X+Y+Z)＜0.04이며, 0＜Z/(X+Y+Z)＜0.5임]로 표시되는 붕질산화티탄(titanium oxyboronitride)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 외층은 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 일부 또는 전부에 형성되어 있지 않은 것이 바람직하고, 상기 피복층은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기재는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성될 수 있다.

또한, 상기 날끝 교환형 절삭 팁은, 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프레이즈 가공용, 선삭 가공용, 메탈소우(metal saw) 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 중 어느 하나의 것으로 할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은, 상술과 같은 구성을 갖기 때문에, 내마모성과 인성을 고도로 양립시키고, 또한 표면층의 박리를 고도로 방지하는 것에 성공적이며, 특히, 인성과 여유면측의 내마모성과의 양립이 요구되는 회주철의 고속 절삭이나 난삭재의 절삭에 매우 유효한 성능을 나타낸다.

도 1은 절삭 가공시에서의 날끝 교환형 절삭 팁과 피삭재와의 접촉 상태를 모식적으로 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁의 일례를 도시하는 개략 사시도이다.

도 3은 칩 브레이커(chip breaker)를 갖지 않는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략 단면도이다.

도 4는 칩 브레이커를 갖는 네거티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략 단면도이다.

도 5는 칩 브레이커를 갖지 않는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략 단면도이다.

도 6은 칩 브레이커를 갖는 포지티브 타입의 날끝 교환형 절삭 팁의 개략 단면도이다.

도 7은 절삭날 길이를 나타낸 날끝 교환형 절삭 팁의 모식도이다.

도 8은 도 7의 α의 범위를 확대한 주사 전자현미경 사진의 모식도이다.

도 9는 도 7의 α의 범위를 확대한 주사 전자현미경 사진의 다른 모식도이다.

도 10은 2개의 여유면이 이루는 각도를 2등분하는 직선(L)을 나타낸 날끝 교환형 절삭 팁의 평면도이다.

도 11은 도 10의 직선(L)에서의 개략 단면도이다.

도 12는 기재의 날끝 처리부의 일례를 도시한 개략 단면도이다.

도 13은 날끝 교환형 절삭 팁의 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이 다.

도 14는 날끝 교환형 절삭 팁의 예각 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이다.

도 15는 도 14의 ⅩⅤ-ⅩⅤ선의 개략 단면도이다.

도 16은 날끝 교환형 절삭 팁의 다른 코너부 중 하나를 도시하는 개략 평면도이다.

도 17은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ선의 개략 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 날끝 교환형 절삭 팁 2: 경사면

3: 여유면 4: 날끝 능선

5: 피삭재 6: 절삭 부스러기

7: 관통 구멍 8: 기재

9: 코너 11: 피복층

12: 내층 13: 외층

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 또, 이하의 실시형태의 설명에서는, 도면을 사용하여 설명하고 있으나, 본원의 도면에서 동일한 참조 부호를 붙인 것은, 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내고 있다. 또한, 각 도면은 어디까지나 설명용의 모식적인 것이며, 피복층의 막 두께와 기재의 사이즈비나 코너의 반경(R)의 사이즈비는 실제의 것과는 다르다.

<날끝 교환형 절삭 팁>

본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은, 기재와, 상기 기재 상에 형성된 피복층을 갖는 것이다. 그리고, 본 발명의 날끝 교환형 절삭 팁은 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프레이즈 가공용, 선삭 가공용, 메탈소우 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용 및 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용의 것으로서 특히 유용하다.

또, 본 발명은 네거티브 타입 또는 포지티브 타입의 어떠한 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하고, 또한 칩 브레이커가 형성되어 있는 것 및 그것이 형성되어 있지 않은 것의 양쪽 모두에 대해서도 유효하다.

<기재>

본 발명의 기재를 구성하는 재료로서는, 이러한 날끝 교환형 절삭 팁의 기재로서 알려진 종래 공지의 것을 특별히 한정 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 초경합금(예컨대 WC기 초경합금, WC 외에, Co를 포함하고, 또는 Ti, Ta, Nb 등의 탄화물, 질화물, 탄질화물 등을 더 첨가한 것도 포함함), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 및 이들의 혼합체 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 등을 들 수 있다.

또한, 이들 기재는 그 표면이 개질된 것이어도 지장이 없다. 예컨대 초경합금의 경우는 그 표면에 탈 β층이 형성되어 있거나, 서멧의 경우에는 표면 경화층이 형성되어 있어도 좋고, 이와 같이 표면이 개질되어 있어도 본 발명의 효과는 나 타난다.

또한, 기재의 형상은 이러한 날끝 교환형 절삭 팁의 기재의 형상으로서 알려진 종래 공지의 것을 특별히 한정 없이 채용할 수 있다. 예컨대 기재 표면(상면)에 평행한 단면 형상으로 나타내면 마름모형, 정사각형, 삼각형, 원형, 타원형 등의 형상의 것이 포함된다.

그리고, 이러한 기재(8)는, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 적어도 1개의 여유면(3)과 적어도 1개의 경사면(2)을 갖는 구조를 구비한 것이고, 이 여유면(3)과 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되며, 이 날끝 능선(4)이 피삭재에 대한 절삭 작용의 중심 작용점이 된다. 보다 바람직하게는, 이러한 기재(8)는 적어도 2개의 여유면(3)과, 적어도 1개의 경사면(2)과, 적어도 1개의 코너(9)를 갖는 구조를 갖는 것이고, 이 코너(9)는 2개의 여유면(3)과 1개의 경사면(2)이 교차하는 교점이며, 절삭 작용의 가장 중심적인 작용점이 되는 경우가 많다.

또, 본원에서 사용하는 여유면, 경사면, 날끝 능선 및 코너 등이라는 표현은, 기재의 표면부뿐만 아니라 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 최표면부에 위치하는 부분이나 면과 함께, 후술하는 내층이나 외층 등의 각 층의 표면부나 내부 등에 위치하는 상당 부분도 포함하는 개념이다.

또한, 상기 날끝 능선(4)은 도 2에서는 직선 형상으로 형성되어 있으나 이것에만 한정되는 것은 아니며, 예컨대 원주 형상의 것, 물결치는 형상의 것, 만곡 형상의 것, 또는 굴절 형상의 것도 포함된다. 또한 이러한 날끝 능선이나 코너, 또는 그 외의 능에 대해서는, 모따기 가공 및/또는 코너의 반경(R) 부여 가공 등의 날끝 처리 가공을 실시할 수 있으나, 이러한 날끝 처리 가공 등에 의해 날끝 능선이 명료한 능을 구성하지 않게 되거나, 코너가 명료한 교점을 형성하지 않게 된 경우에는, 이러한 날끝 처리 가공 등이 된 경사면 및 여유면에 대하여 날끝 처리 가공 등이 되지 않은 상태를 상정하여 각각의 면을 기하학적으로 연장시킴으로써 쌍방의 면이 교차하는 능이나 교점을 가정적인 능이나 교점으로 정하고, 그 가정적으로 정해진 능을 날끝 능선으로 하며, 가정적으로 정해진 교점을 코너로 하는 것으로 한다. 또, 경사면과 여유면이 날끝 능선을 사이에 두고 연결된다는 표현 및 날끝 능선을 갖는다는 표현은, 모두 날끝 능선에 대하여 상기와 같은 날끝 처리 가공이 실시된 경우도 포함하는 것으로 한다. 또한, 2개의 여유면과 1개의 경사면이 교차하는 교점이라는 표현 및 그 교점이 코너가 된다는 표현은, 모두 그 코너에 대하여 상기와 같은 날끝 처리 가공이 실시된 경우도 포함하는 것으로 한다.

또한 도 2에서는, 경사면(2)은 평탄한 면으로서 도시되어 있으나, 필요에 따라 경사면은 다른 구조, 예컨대 칩 브레이커 등을 갖고 있어도 좋다. 동일한 것이 여유면(3)에도 적용된다. 또한, 여유면(3)은 도 2에서 평탄한 면으로서 도시되어 있으나, 필요에 따라(복수의 면 구역으로 구분함) 모따기를 하거나 또는 다른 방법으로 평탄한 면과 다른 형상이나 곡면으로 하거나, 칩 브레이커를 형성한 형상으로 할 수도 있다.

또, 본 발명의 기재에는 날끝 교환형 절삭 팁(1)을 공구에 부착하는 고정 구멍으로서 사용되는 관통 구멍(7)이, 상면과 바닥면을 관통하도록 형성되어 있어도 좋다. 필요에 따라, 이 고정 구멍 외에 또는 그 대신에, 다른 고정 수단을 마련할 수도 있다.

<피복층>

본 발명의 피복층(11)은, 예컨대 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 상기 기재(8) 상에 형성되는 것으로서, 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)(도면에서는 편의적으로 1개의 층으로서 나타내어져 있음)과 그 내층(12) 상에 형성된 외층(13)을 포함하는 것이다. 이하, 내층(12)과 외층(13)으로 나눠서 설명한다.

또, 도 3 및 도 4는 네거티브 타입(경사면(2)과 여유면(3)이 90˚ 이상의 각도를 이루어 교차하는 것)의 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 단면을 모식적으로 나타낸 개략 단면도이며, 도 3은 칩 브레이커를 갖지 않고, 도 4는 칩 브레이커를 갖는 것이다. 도 5 및 도 6은 포지티브 타입(경사면(2)과 여유면(3)이 예각을 이루어 교차하는 것)의 날끝 교환형 절삭 팁(1)의 단면을 모식적으로 나타낸 개략 단면도이며, 도 5는 칩 브레이커를 갖지 않고, 도 6은 칩 브레이커를 갖는 것이다.

또한, 피복층의 두께(내층과 외층으로 이루어지는 전체의 두께)는, 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그 두께가 0.05 ㎛ 미만인 경우, 내마모성 등의 여러 특성의 향상 작용이 충분히 나타나지 않기 때문이다. 한편, 30 ㎛를 넘어도 그 이상의 여러 특성의 향상이 보여지지 않기 때문에 경제적으로 유리하지 않다. 그러나, 경제성을 무시하는 한 그 두께는 30 ㎛ 이상으로 해도 조금도 지장이 없으며, 본 발명의 효과는 나타난다. 이러한 두께의 측정 방법으로서는, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁을 절단하고, 그 단면을 SEM(주사형 전자현미경)을 사용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.

<내층>

본 발명의 내층은 상기 기재와 후술하는 외층 사이에 1 이상의 층으로서 형성되는 것이며, 날끝 교환형 절삭 팁의 내마모성이나 인성 등의 여러 특성을 향상시키는 작용을 갖는 것이다. 통상, 이 내층은 기재의 전면을 덮도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 이 내층을 형성하는 각 층은, 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소(Ti, Zr, Hf 등), Ⅴa족 원소(V, Nb, Ta 등), Ⅵa족 원소(Cr, Mo, W 등), Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 구성되는 화합물로 형성할 수 있다. 또, 이들 화합물의 조성비(원자비)는, 종래 공지와 같이 전자의 원소와 후자의 원소의 원자비로, 반드시 1:1에 한정되는 것은 아니며, 전자의 원소 1에 대하여, 후자의 원소를 0.5∼1 정도로 할 수 있다(예컨대 Ti_aN_b로 한 경우로서 a+b=100원자％로 하는 경우, b는 35원자％∼50원자％ 정도가 됨). 또한, 후자의 원소가 복수의 원소로 구성되는 경우는, 각 원소의 원자비는 반드시 등비로 한정되는 것은 아니며, 종래 공지의 원자비를 임의로 선택할 수 있다. 따라서, 이하의 실시예 등에 있어서 상기 화합물을 나타내는 경우에 있어서 특별히 언급하지 않는 경우는, 그 화합물을 구성하는 원자비는 종래 공지의 원자비를 임의로 선택할 수 있는 것으로 한다.

이러한 화합물을 보다 구체적으로 들면, 예컨대 TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiB₂, TiBN, TiBNO, TiCBN, ZrC, ZrO₂, HfC, HfN, TiAlN, AlCrN, CrN, VN, TiSiN, TiSiCN, AlTiCrN, TiAlCN, ZrCN, ZrCNO, AlN, AlCN, ZrN, TiAlC 등을 들 수 있다.

그리고, 이러한 내층을 형성하는 각 층 중, 후술하는 외층과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 형성되는 것이 필요하다. 이에 따라, 후술하는 외층, 즉 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층이 박리되는 것을 매우 유효하게 방지할 수 있다는 매우 유리한 효과가 나타난다. 이것은 아마도 상기 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 이루어지는 층과, 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층 사이에서 매우 높은 밀착성이 얻어지기 때문이라고 생각된다.

종래, 이러한 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층의 하층으로서는 TiCN 층을 형성하는 것이 알려져 있었으나, 본 발명자의 연구에 의해, 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층이 박리되는 것은 이 TiCN층과의 밀착성 불량에 의한 것이 주된 원인인 것이 명백해졌고, 상기 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로 이루어지는 층을 채용함으로써, 바로 이 TiCN층이 갖고 있었던 밀착성 불량의 문제를 완전히 없앤 것이다. 따라서, 상기 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물에는 TiCN은 포함되지 않는다.

이러한 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하는 화합물로서는, TiN, TiBN, TiCBN, TiBNO, TiCNO 등을 들 수 있다. 또, 이들 화합물은 비화학양론적 조성을 가질 수 있다.

그리고 특히, 이 화합물로서는, TiB_XN_Y[단 식 중, X, Y는 각각 원자％이고, 0.001＜X/(X+Y)＜0.04임]로 표시되는 붕질화티탄, 또는 TiB_XN_YO_Z[단 식 중, X, Y, Z는 각각 원자％이고, 0.0005＜X/(X+Y+Z)＜0.04이며, 0＜Z/(X+Y+Z)＜0.5임]로 표시되는 붕질산화티탄인 것이 바람직하다. 이들 화합물을 사용하면, 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층과의 사이에서 특히 우수한 밀착성을 얻을 수 있기 때문이다.

상기 TiB_XN_Y에 있어서, X/(X+Y)가 0.001 이하가 되면, 외층에 대하여 우수한 밀착성을 나타내지 않는 경우가 있고, 반대로 0.04 이상이 되면, 피삭재와의 반응성이 높아져서, 이 층이 표면에 노출된 경우에, 피삭재와 반응하고, 그 용착물이 날끝에 강고히 부착되어 피삭재의 외관을 해치는 경우가 있다. X/(X+Y)는 보다 바람직하게는 0.003＜X/(X+Y)＜0.02이다. 또, 상기 식에 있어서 Ti와 BN의 합계와의 원자비는, 이미 설명한 바와 같이 1:1일 필요는 없다.

또한, 상기 TiB_XN_YO_Z에 있어서, X/(X+Y+Z)가 0.0005 이하가 되면, 외층에 대하여 우수한 밀착성을 나타내지 않는 경우가 있고, 반대로 0.04 이상이 되면, 피삭재와의 반응성이 높아져서, 이 층이 표면에 노출된 경우에 피삭재와 반응하고, 그 용착물이 날끝에 강고히 부착되어, 피삭재의 외관을 해치는 경우가 있다. X/(X+Y+Z)는 보다 바람직하게는 0.003＜X/(X+Y+Z)＜0.02이다. 또한, Z/(X+Y+Z)가 0.5 이상이 되면, 막의 경도는 높아지지만, 인성이 저하되어, 내결손성이 낮아져 버리는 경우가 있다. Z/(X+Y+Z)는 보다 바람직하게는 0.0005＜Z/(X+Y+Z)＜0.3이다. 또, 상기 식에 있어서 Ti와 BNO의 합계와의 원자비는 1:1일 필요는 없다.

이러한 내층은, 공지의 화학적 증착법(CVD법), 물리적 증착법(PVD법, 스퍼터링법 등을 포함함)에 의해 형성할 수 있으며, 그 형성 방법은 조금도 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 날끝 교환형 절삭 팁이 드릴 가공용이나 엔드밀 가공용으로서 사용되는 경우, 내층은 항절력(抗折力)을 저하시키지 않고 형성할 수 있는 PVD법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 내층의 막 두께의 제어는, 성막(成膜) 시간에 의해 조정하면 된다.

또한, 공지의 CVD법을 사용하여 내층을 형성하는 경우에는, MT-CVD(medium temperature CVD)법에 의해 형성된 층을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 그 방법에 의해 형성한 내마모성이 우수한 탄질화티탄(TiCN)층을 포함하는 것이 최적이다. 종래의 CVD법은, 약 1020℃∼1030℃에서 성막을 행하는 데 비하여, MT-CVD법은 약 850℃∼950℃라고 하는 비교적 저온에서 행할 수 있기 때문에, 성막시 가열에 의한 기재의 손상을 저감할 수 있다. 따라서, MT-CVD법에 의해 형성한 층은, 기재에 근접시켜서 형성시키는 것이 보다 바람직하다. 또한, 성막시에 사용하는 가스는, 니트릴계의 가스, 특히 아세토니트릴(CH₃CN)을 사용하면 양산성이 우수하여 바람직하다. 또, 상기와 같은 MT-CVD법에 의해 형성되는 층과, HT-CVD(high temperature CVD, 상기에서 말하는 종래의 CVD)법에 의해 형성되는 층을 적층시킨 복층 구조로 함으로써, 이들 피복층의 층간의 밀착력이 향상될 수 있기 때문에, 바람직한 경우가 있다.

이러한 내층의 두께(내층이 2 이상의 층으로서 형성되는 경우에 그 전체의 두께)는, 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 두께가 0.05 ㎛ 미만에서는 내마모성 등의 여러 특성의 향상 작용이 충분히 나타나지 않고, 반대로 30 ㎛를 넘어도 그 이상의 여러 특성의 향상이 보여지지 않기 때문에 경제적으로 유리하지 않다. 그러나, 경제성을 무시하는 한 그 두께는 30 ㎛ 이상으로 해도 조금도 지장은 없으며, 본 발명의 효과는 나타난다. 이러한 두께의 측정 방법으로서는, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁을 절단하고, 그 단면을 SEM(주사형 전자현미경)을 사용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.

<외층>

본 발명의 외층은, 상기의 내층 상에 1 이상의 층으로서 형성되는 것이며, 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성된다. 그리고, 상기 외층의 두께는, 절삭에 관여하는 부위에서, 상기 여유면측에서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면측에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이 외층(최표층)을 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성하고, 또한 그 두께를 절삭에 관여하는 부위에서 여유면에 비하여 경사면측에서 어느 규정치 이상으로 얇게 함으로써, 내마모성과 인성을 고도로 양립시키고, 특히 인성과 여유면측의 내마모성과의 양립에 성공한 것이다.

또, 여기에서 말하는 알루미나(산화알루미늄, Al₂O₃)는, 그 결정 구조는 특별히 한정되지 않으며, α-Al₂O₃, κ-Al₂O₃, γ-Al₂O₃ 또는 비정질 상태의 Al₂O₃가 포 함되고, 이들이 혼재한 상태도 포함된다. 또한 알루미나를 포함한다는 것은, 그 층의 일부로서 적어도 알루미나를 포함하고 있는 것(50질량％ 이상 포함되어 있으면 알루미나를 포함하는 것으로 간주함)을 의미하고, 그 나머지는 상술한 내층을 형성하는 화합물이나, ZrO₂, Y₂O₃(알루미나에 Zr이나 Y가 첨가되었다고 간주할 수도 있음) 등에 의해 구성할 수 있으며, 또한 염소, 탄소, 붕소, 질소 등을 포함하고 있어도 좋다.

또한, 이러한 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층은, 압축 응력을 갖고 있는 것이 바람직하며, 이에 따라 인성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이 경우, 경사면의 압축 응력을 여유면의 압축 응력보다도 크게 함으로써, 인성을 더욱 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

그리고, 특히 바람직하게는, 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층은, 경사면의 절삭에 관여하는 부위에서 압축 응력을 갖고 있는 것이 적합하다. 가장 직접적으로 인성의 향상에 기여할 수 있기 때문이다.

또, 층에 도입되는 압축 응력은, 내층 상에 일단 외층을 균일한 두께로 형성한 후에, 블러스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 외층에 대하여 실시함으로써 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 압축 응력을 제어하는 방법으로서는, 일단 외층을 균일한 두께로 형성한 후에 블러스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 실시하는 방법을 채용하는 것이 유효하다. 또, 블러스트 처리를 행하는 경우는, 경사면에 대하여 거의 수직 방향으로부터 슬러리를 조사함으로써, 효과적으 로 경사면 상의 외층의 두께를 얇게 하고, 표면 거칠기를 평활화할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 경사면에 대하여 소정의 각도를 갖는 방향으로부터 슬러리를 조사함으로써 복수의 면을 동시에 처리할 수도 있다. 덧붙여서, 이들 처리를 행함으로써, 피복층의 적어도 1층에 대하여 압축 응력을 발생시키고, 그로 인해 날끝 강도를 향상시킬 수 있다는 장점을 누릴 수 있다.

여기에서, 압축 응력이란, 이러한 피복층에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 일종으로서, 「-」(마이너스)의 수치(단위: 본 발명에서는 「㎬」를 사용함)로 표시되는 응력을 말한다. 이 때문에, 압축 응력이 크다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 커지는 것을 나타내며, 또한, 압축 응력이 작다고 하는 개념은, 상기 수치의 절대값이 작아지는 것을 나타낸다. 덧붙여서, 인장 응력이란, 피복층에 존재하는 내부 응력(고유 변형)의 일종으로서, 「+」(플러스)의 수치로 표시되는 응력을 말한다. 또, 단순히 잔류 응력이라는 경우는, 압축 응력과 인장 응력의 양자를 포함하는 것으로 한다.

그리고, 이러한 압축 응력은, 그 절대값이 0.1 ㎬ 이상인 응력인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 ㎬ 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎬ 이상의 응력이다. 그 절대값이 0.1 ㎬ 미만에서는, 충분한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 한편, 그 절대값은 커지게 될수록 인성의 부여라는 관점에서는 바람직하지만, 그 절대값이 8 ㎬를 넘으면 피복층 자체가 박리되는 경우가 있어 바람직하지 않다.

또, 상기 잔류 응력은, X선 응력 측정 장치를 사용한 sin²ψ법에 의해 측정 할 수 있다. 그리고 이러한 잔류 응력은 피복층 중의 압축 응력이 부여되는 영역에 포함되는 임의의 점 10점(이들 각 점은 상기 층의 상기 영역의 응력을 대표할 수 있도록 서로 0.1 ㎜ 이상의 거리를 두고 선택하는 것이 바람직함)의 응력을 상기 sin²ψ법에 의해 측정하고, 그 평균값을 구함으로써 측정할 수 있다.

이러한 X선을 사용한 sin²ψ법은, 다결정 재료의 잔류 응력의 측정 방법으로서 널리 사용되고 있는 것이며, 예컨대 「X선 응력 측정법」(일본 재료 학회, 1981년 가부시키가이샤 요켄도 발행)의 54페이지∼67페이지에 상세히 설명되어 있는 방법을 사용하면 된다.

또한, 상기 잔류 응력은 라만 분광법을 사용한 방법을 이용함으로써 측정하는 것도 가능하다. 이러한 라만 분광법은, 좁은 범위, 예컨대 스폿 직경 1 ㎛라고 하는 국소적인 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있다. 이러한 라만 분광법을 사용한 잔류 응력의 측정은, 일반적인 것이지만 예컨대 「박막의 역학적 특성 평가 기술」(사이펙(현재 리얼라이즈 이공 센터로 사명 변경), 1992년 발행)의 264페이지∼271페이지에 기재된 방법을 채용할 수 있다.

또한, 상기 잔류 응력은, 방사광을 사용하여 측정할 수도 있다. 이 경우, 피복층의 두께 방향에서 잔류 응력의 분포를 구할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은, 절삭에 관여하는 부위에서, 상기와 같이 외층의 두께를 여유면측에 비하여 경사면측에서 얇게 제어함으로써, 특히 여유면측의 내마모성을 유지하면서 팁 전체의 인성을 비약적으로 향상시키는 것에 성공한 것이다. 즉, 내마모성의 향상은 피복층의 두께를 두껍게 함으로써 달성되기 때문에, 특히 여유면측에서 그 효과가 현저히 발휘되는 구성으로 하였다. 또한, 인성의 향상은 피복층의 두께를 얇게 함으로써 달성되지만, 특히 인성이 필요한 경사면측에서 그 효과가 현저히 발휘되는 구성으로 하였다. 그리고, 이들 양 구성을 조합함으로써, 인성의 향상과 내마모성의 향상이라는 상반되는 특성의 양립에 성공한 것이다.

여기에서, 절삭에 관여하는 부위란, 날끝 교환형 절삭 팁의 형상, 피삭재의 종류나 크기, 절삭 가공의 형태 등에 따라 다른 것이지만, 통상 피삭재가 접촉하는 (또는 가장 접근하는) 날끝 능선으로부터 여유면측 및 경사면측으로 각각 3 ㎜의 폭을 가지고 확대된 영역을 의미하는 것으로 한다.

또한, 상기 여유면측에서의 평균 두께 A ㎛ 및 상기 경사면측에서의 평균 두께 B ㎛란, 각각 상기 영역 내에서 서로 다른 10점의 측정 포인트에서의 두께의 평균값을 의미하는 것으로 한다. 또, 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 동일한 측정 방법을 채용할 수 있으며, 예컨대 날끝 교환형 절삭 팁을 절단하고, 그 단면을 SEM(주사형 전자현미경)을 사용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다.

상기 B/A값은, 보다 바람직하게는 B/A≤0.7, 더욱 바람직하게는 B/A≤0.5이다. B/A값이 0.9를 넘으면, 내마모성과 인성을 양립시키는 작용, 특히 내마모성을 향상시키는 작용이 나타나지 않게 된다. 이러한 점에서, B/A값이 1 이하가 되더라도 0.9를 넘으면 내마모성과 인성을 양립시키는 작용이 나타나지 않게 된다. 또한, B/A값의 하한은 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 0.3 미만이 되면 경사면측의 외층의 두께가 너무 얇아져서, 경사면측에서의 내마모성에 문제를 갖게 된 다.

또, 외층에 대한 상기와 같은 두께의 제어는, 내층 상에 일단 외층을 균일하고 비교적 두꺼운 두께로 형성한 후에, 블러스트 처리, 브러시 처리, 배럴 처리 등을 외층에 대하여 실시함으로써 그 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 외층의 두께를 제어하는 방법으로서는, 다른 방법으로서 예컨대 외층을 형성하는 경우에 직접적으로 제어하여 형성하는 방법도 채용할 수 있으나, 두께가 얇은 외층을 어느 영역의 전체에 걸쳐서 균일한 두께로 직접적으로 형성하는 것은 곤란하기 때문에, 상술과 같이 일단 외층을 균일하고 비교적 두꺼운 두께로 형성한 후에 블러스트 처리나 브러시 처리를 실시하는 방법을 채용하는 것이 특히 유효하다. 또, 블러스트 처리를 행하는 경우는, 경사면에 대하여 대략 수직 방향으로부터 블러스트를 조사하는 것이, 효과적으로 경사면 상의 외층의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 경사면에 대하여 소정의 각도를 갖는 방향으로부터 블러스트를 조사함으로써 복수의 면을 동시에 처리할 수도 있다.

또한, 이러한 외층은, 특히 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 절삭에 관여하는 코너(9)(도면과 같이 날끝 처리되어 있는 경우는 가정적인 코너)를 지나고, 그 코너(9)를 구성하는 2개의 여유면이 이루는 각도를 경사면 상에서 2등분하며, 또한 경사면(2)으로부터 상기 2개의 여유면(3)이 교차하는 능으로 연결되는 직선(L)[도 10에서는 이 직선(L)은 경사면(2) 상에만 나타나 있으나 2개의 여유면이 교차하는 능(도면과 같이 날끝 처리되어 있는 경우는 반경의 중간에 위치하는 부분을 가정적인 능으로 함)에도 연결됨] 상에서, 그 코너(9)로부터 여유면(3)측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역 c에서의 평균 두께를 A ㎛, 코너(9)로부터 경사면(2)측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역 d에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 규정함으로써, 내마모성과 인성과의 양립을 더욱 효과적으로 달성시키는 것이 가능해지며, 특히, 인성과 여유면측에서의 내마모성과의 양립에 매우 유효해진다.

여기에서, 절삭에 관여하는 코너란, 실제로 피삭재가 접촉하는(또는 가장 접근하는) 코너를 포함하고, 코너 근방의 날끝 능선에 피삭재가 접촉하여, 상기 코너도 그 절삭에 실질적으로 관여하는 경우(예컨대 온도가 상승하는 경우)를 포함하는 것이다. 그러나, 단순히 절삭 가공시의 피삭재의 절삭 부스러기가 비산하여 접촉하는 코너는 포함되지 않는다.

또한, 코너 및 능이 날끝 처리되어 있는 경우는, 2개의 여유면이 교차하는 능이란, 2개의 여유면을 연결하는 반경부의 중간을 지나는 직선을 가정적인 능으로 하고, 이 가정적인 능과 가정적인 코너를 잇는 직선을 말하는 것으로 한다(도 10 및 도 11 참조).

또한, 상기 선분 구역 c 및 d를, 상기와 같이 각각 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하의 범위로 규정한 것은, 절삭되어 매우 고온이 된 피삭재의 절삭 부스러기가 이 규정 범위 내의 영역에 접촉할 확률이 높고, 이 때문에 내마모성 및 인성 등의 특성에 가장 큰 영향을 줄 것으로 추측되기 때문이다.

또한, 상기 B/A값은, 보다 바람직하게는 B/A≤0.7, 더욱 바람직하게는 B/A≤0.5이다. B/A값이 0.9를 넘으면, 상기와 마찬가지로 내마모성과 인성과의 양립을 달성시킬 수 없게 된다. 이러한 점에서, B/A값이 1 이하가 되더라도 0.9를 넘으면 내마모성과 인성과의 양립을 달성시킬 수 없게 되는데, 이것은 상기와 동일한 이유에 의한 것이라고 생각된다. 또한, B/A값의 하한은 0.3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 0.3 미만이 되면 경사면측의 외층의 두께가 너무 얇아져서, 경사면측에서의 내마모성이 문제가 되기 때문이다.

또, 여기에서 말하는 평균 두께 A ㎛ 및 B ㎛란, 각각 상기 선분 구역 c, d에서 서로 다른 10점의 측정 포인트에서의 두께의 평균값을 의미하는 것으로 하고, 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 동일한 측정 방법을 채용할 수 있다. 또한, 날끝 교환형 절삭 팁에 복수의 코너가 존재하는 경우는, 절삭에 관여할 가능성이 있는 모든 코너에 대하여 상기의 B/A값의 관계가 성립할 필요가 있다.

이러한 외층은, 공지의 화학적 증착법, 또는 물리적 증착법(스퍼터링법을 포함함)에 의해 형성할 수 있으며, 그 형성 방법은 조금도 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 외층은, 후술과 같이 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 일부 또는 전부에 형성되어 있지 않은(즉 내층이 표면에 노출하는) 부분을 제외하고 날끝 교환형 절삭 팁의 최외층이 되는 것으로서, 상술과 같이 내마모성과 인성을 양립시키는 작용을 이루는 것이다. 또, 이러한 우수한 작용을 저해하지 않는 범위 내에서 외층의 표면에 또 다른 층을 형성해도 지장은 없다. 이러한 층으로서는, 예컨대 TiN, TiCN, ZrN, Cr, Al, CrN, AlN, VN 등을 들 수 있다. 그러나, 이들 층은 절삭에 관여하는 부위로부터 제거되어 있는 것이 필요하며, 그 부위에서는 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층이 표면층을 구성하고 있는 것이 필요하다.

이러한 외층의 두께(외층이 2층 이상 적층되어 형성되는 경우는 전체의 두께)는, 0.05 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. 0.05 ㎛ 미만에서는, 소정 부위에 균일하게 피복하는 것은 공업적으로 곤란해진다. 또한, 15 ㎛를 넘어도 기능에 크게 차이는 없고, 오히려 경제적으로 불리해진다. 이 두께의 측정 방법으로서는, 상기와 동일한 측정 방법을 채용할 수 있다.

한편, 이러한 외층은, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 일부 또는 전부에 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이와 같이 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층인 외층을 상기와 같은 특정의 부위에서 형성하지 않음으로써, 더욱 양호한 내용착성을 얻을 수 있다는 우수한 효과가 이루어진다.

여기에서, 절삭에 관여하는 날끝 능선부란, 실제로 피삭재가 접촉하는(또는 가장 접근하는) 날끝 능선부를 포함하며, 날끝 능선부 근방에 피삭재가 접촉하고, 상기 날끝 능선부도 그 절삭에 실질적으로 관여하는 경우(예컨대 온도가 상승하는 경우)를 포함하는 것이다. 그러나, 단순히 절삭 가공시의 피삭재의 절삭 부스러기가 비산하여 접촉하는 날끝 능선부는 포함되지 않는다.

또한, 날끝 능선부란, 도 8이나 도 9에서의 영역 a로 나타내어지는 영역이며, 보다 구체적으로는 날끝 능선(상술과 같은 날끝 처리 가공이 이루어져 있는 경우에는 가정적인 능을 말함)으로부터 여유면측 및 경사면측으로 각각 2000 ㎛ 이하의 폭을 가지고 확대된 영역을 말한다. 당연히 이 영역은 코너를 포함할 수 있는 것이며, 절삭에 관여하는 부위의 일부가 될 수 있는 것이다.

또, 외층이 형성되어 있지 않다고 하는 판단은, 절삭에 관여하는 날끝 능선부에서의 절삭날 길이의 10％ 이상의 영역에서 형성되어 있지 않으면, 외층이 형성되어 있지 않다고 간주하는 것으로 하여, 상기와 같은 우수한 효과가 나타난다. 그리고, 그 형성되어 있지 않은 영역은 바람직하게는 50％ 이상, 보다 바람직하게는 100％(즉 그 영역의 전부)이며, 그 영역이 확대됨에 따라 그 효과는 보다 우수한 것이 된다. 여기에서, 상기 절삭날 길이란, 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 날끝 능선에 평행한 방향의 길이를 말한다.

그리고, 외층이 형성되어 있지 않다고 하는 판단의 보다 구체적인 방법은, 주사 전자현미경으로 날끝 교환형 절삭 팁을 관찰하여 날끝 능선부의 외층의 존재상태를 확인할 수 있는 사진 촬영을 행하는 것으로, 그 사진 상에서 절삭날 길이에 상당하는 날끝 능선에 평행한 임의의 선을 그리고, 그 선 상에서 외층이 존재하지 않는 영역을 백분율로 나타낸 것으로 한다.

도 7 내지 도 9는 상기의 방법을 보다 구체적으로 도시한 것(주사 전자현미경 사진을 모식화한 도면)이다. 즉, 도 7에서 α의 범위가 절삭날 길이를 나타내고 있다. 도 8 및 도 9는 α의 범위의 확대도이며, 도 8은 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 전부에 외층이 형성되어 있지 않은 경우이고, 도 9가 절삭에 관여하는 날끝 능선부 중 일부에 외층이 형성되어 있지 않은 경우이다.

그리고, 도 8 및 도 9에서, 날끝 능선과 평행한 선 b를 그리고, 이 선 b 상에서 외층이 형성되어 있지 않은 부분의 길이를 측정한다. 도 8에서는, 선 b 상에 외층이 전혀 존재하지 않으며, 따라서 외층이 형성되어 있지 않은 범위가 100％(전부)가 된다. 한편, 도 9의 경우, 선 b 상에도 외층이 형성되어 있지 않은 부분(b1, b3, b5)이 존재하며, (b1+b3+b5)/(b1+b2+b3+b4+b5)로 계산되는 백분율이 외층이 형성되어 있지 않은 범위의 비율이 된다. 또, 상기 선 b는 날끝 능선부의 중앙을 지나는 선을 선택하는 것으로 한다.

또, 외층이 형성되어 있지 않은 범위에서는, 내층이 표면에 노출되지만, 이러한 내층의 노출부는 내층의 최상층에 의해 구성되어 있어도 좋고, 또는 또한 그 하층의 내층이 대략 동심 형상으로 나타나는 구성이어도 좋다.

또한, 이와 같이 외층이 형성되어 있지 않은 영역을 형성하는 방법은, 종래 공지의 여러 가지 방법을 채용할 수 있으며, 그 방법은 전혀 한정되지 않는다. 예컨대, 내층 상에 외층을 형성한 후에, 외층을 형성하지 않은 소정 영역의 외층에 대하여 블러스트 처리, 브러시 처리 또는 배럴 처리 등을 실시함으로써 상기 외층을 제거하여 형성시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법에만 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

1.7질량％의 TiC, 1.0질량％의 TaC, 1.1질량％의 NbC, 6.0질량％의 Co 및 나머지 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 속에서 1430℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리[경사면측에서 보아 0.05 ㎜ 폭의 호닝(horning)을 실시함]를 행함으로써, 절삭 팁 CNMA120408(JIS B 4120:1998)의 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는, 표면에 탈 β층을 갖지 않고, 2개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되고, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능으로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 8개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 1개의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있다)이며, 이러한 코너는 합계 8개 존재하였다(단, 여기에서 사용한 팁은, 그 형상으로부터, 상면 또는 하면에서 관찰한 경우에 80°의 꼭지각을 이루는 코너를 절삭 용도로 사용하는 경우가 많고, 이 경우 코너 수는 4라 생각할 수 있다).

이 기재의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 피복층으로 해서 공지의 열CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 기재의 표면측으로부터 순서대로, 0.3 ㎛의 TiN, 6.5 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 1.1 ㎛의 TiCN(HT-CVD법에 의해 형성) 및 0.3 ㎛의 TiBN(TiB_XN_Y:X/(X+Y)=0.019)을 각각 내층으로서 형성하고, 이들 내층의 최상층인 TiBN층 상에 이것과 접하도록 외층으로서 3.7 ㎛의 α알루미나(α-Al₂O₃)를 형성하며, 또한 그 위에 0.6 ㎛의 TiN을 형성하였다(이상의 피복층을 피복층 No.1이라 함).

이하 동일하게 해서, 이 피복층 No.1을 대신하여 하기의 표 1에 기재한 피복 층 No.2∼No.7을 각각 기재의 전면에 대하여 피복하였다.

No.	피복층
No.	내층	외층
1	TiN(0.3 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 6.5 ㎛)/TiCN(HT-CVD,1.1 ㎛)/TiBN(0.3 ㎛)	α-Al₂O₃(3.7 ㎛)/TiN(0.6 ㎛)
2	TiC(1.0 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 5.2 ㎛)/TiN(0.3 ㎛)	κ-Al₂O₃(2.1 ㎛)
3	TiN(0.3 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 2.8 ㎛)/TiC(1.2㎛)/TiBN(0.2 ㎛)	κ-Al₂O₃(1.8 ㎛)
4	TiN(0.4 ㎛)/TiCN(3.7 ㎛)/TiCNO(0.4 ㎛)	α-Al₂O₃(2.8 ㎛)
5	TiN(0.3 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 3.7 ㎛)/TiBN(0.6 ㎛)	α-Al₂O₃(2.4 ㎛)
6	TiN(0.4 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 7.3 ㎛)/TiCBN(0.7 ㎛)	α-Al₂O₃(7.9 ㎛)
7	TiN(0.5 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 4.1 ㎛)/TiBNO(0.4 ㎛)	α-Al₂O₃(2.5 ㎛)

주) No.3의 TiBN은, TiB_XN_Y(X/(X+Y)=0.029)이다.

No.4의 TiCNO은, TiC_XN_YO_z(X/(X+Y+Z)=0.69, Z/(X+Y+Z)=0.08)이다.

No.4의 α-Al₂O₃ 은Zr 원소를 0.18질량％ 함유(EPMA(전자 프로브 미량 분석) 결과)

No.5의 TiBN은, TiB_XN_Y(X/(X+Y)=0.011)이다.

No.6의 TiCBN은, TiC_XB_YN_Z(Y/(X+Y+Z)=0.012, X/(X+Y+Z)=0.44)이다.

No.7의 TiBNO은, TiB_XN_YO_Z(X/(X+Y+Z)=0.031, Z/(X+Y+Z)=0.20)이다.

상기 표 1에 있어서, 내층은 좌측의 것으로부터 순서대로 기재의 표면 상에 적층시켰다. 또한 각 층은 모두 공지의 열CVD법에 의해 형성하였다(MT-CVD의 표시가 있는 것은 MT-CVD법(성막 온도 900℃)에 의해 형성하고, HT-CVD의 표시가 있는 것은 HT-CVD법(성막 온도 1000℃)에 의해 형성하였음).

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 공지의 블러스트법(연마재 입자: 알루미나 샌드 120번[평균 입자 직경 100 ㎛), 압력: 0.3 ㎫], 브러시법(다이아몬드 브러시 사용), 또는 배럴법을 사용하여 다음의 8종류의 처리 방법 A∼H를 각각 실시하였다.

(처리 방법 A)

피복층에 대하여 블러스트법 및 브러시법에 의한 처리를 전혀 행하지 않았다.

(처리 방법 B)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 브러시법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 C)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 블러스트법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 D)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 브러시법에 의한 처리를 행한 후, 또한 블러스트법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 E)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 블러스트법에 의한 처리를 행한 후, 또한 브러시법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 F)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 브러시법에 의한 처리를 행한 후, 또한 배럴법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 G)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 블러스트법에 의한 처리를 행한 후, 또한 배럴법에 의한 처리를 행하였다.

(처리 방법 H)

피복층에 대하여 외층의 두께가 표 2∼표 3에 기재된 평균 두께가 되도록 배럴법에 의한 처리를 행한 후, 또한 블러스트법에 의한 처리를 행하였다.

또, 표 2∼표 3에서의 외층의 두께는, 상술한 도 11에 도시한 바와 같이 절삭에 관여하는 코너(즉 이하의 절삭 시험을 실시한 코너)를 지나고, 그 코너를 구성하는 2개의 여유면이 이루는 각도를 경사면 상에서 2등분하며, 또한 경사면으로부터 2개의 여유면이 교차하는 능으로 연결되는 직선 상에서, 그 코너로부터 여유면측으로 0.5 ㎜ 이상 1㎜ 이하가 되는 선분 구역 c에서의 평균 두께를 A ㎛, 그 코너로부터 경사면측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분구역 d에서의 평균 두께를 B ㎛로 하여, B/A값을 구하였다.

단, 피복층 No.1을 형성한 날끝 교환형 절삭 팁에서는, 팁 No.1과 팁 No.14를 제외하고, 외층 상에 형성된 TiN층을 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 완전히 제거하였다. 팁 No.1과 팁 No.14는 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에 서의 표면에 TiN층을 형성한 채로 하고, 기재되어 있는 두께도 TiN층만의 두께를 기록하였다.

또한, 표 2∼표 3에 있어서, 제거율이란, 절삭에 관여하는 날끝 능선부(절삭날 길이를 50 ㎛로 하고, 도 9와 같이 영역 a의 중앙부에 선 b를 그리는 것으로 함)에서, 상술한 방법에 의해 구한 외층이 형성되어 있지 않은 백분율을 나타내고 있다. 이 외층을 형성하지 않은 영역은, 상기의 처리 방법에 의해 그 부분의 외층을 제거함으로써 형성하였다.

이렇게 해서, 이하의 표 2∼표 3에 기재한 32종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.1∼No.32를 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.1∼No.32에 대해서, 하기 조건으로 선삭 절삭 시험을 행하여, 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량과 결손율을 측정하고(내마모성 시험에 의해 여유면 마모량을 측정하고, 인성 시험에 의해 결손율을 측정하였음), 내마모성 시험에서 1분 절삭 후의 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 2∼표 3에 나타낸다. 또, 여유면 마모량은 작은 수치의 것일수록, 내마모성이 우수한 것을 나타내고, 결손율은 작은 수치의 것일수록, 인성이 우수한 것을 나타내고 있다. 또한, 날끝에의 피삭재의 용착량이 많을수록, 피삭재의 면 조도(粗度)가 악화되는 것을 나타내고, 피삭재 가공면의 상태는 경면에 가까울수록, 양호한 것을 나타내고 있다.

<선삭 절삭 시험의 조건>

(내마모성 시험)

피삭재: FC250 둥근 막대

절삭 속도: 360 m/min.

이송: 0.25 ㎜/rev.

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 없음

절삭 시간: 15분

(인성 시험)

피삭재: FC200 사각 막대

절삭 속도: 130 m/min.

이송: 0.45 ㎜/rev.

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭 시간: 5분

평가: 20개의 절삭날을 5분간 절삭한 경우의 결손수로부터 결손율을 구한다.

	절삭 팁 No.	피복층 No.	처리 방법	외층		B/A값	제거율 (％)	여유면 마모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	절삭 팁 No.	피복층 No.	처리 방법	A ㎛	B ㎛					날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	1	1	A	0.6 (TiN)	0.6 (TiN)	1.00	0	0.199	100	많음	백탁
	2	2	A	2.1	2.1	1.00	0	0.218	80	없음	대략 경면
	3	3	A	1.8	1.8	1.00	0	0.214	85	없음	대략 경면
	4	4	A	2.8	2.8	1.00	0	0.200	90	없음	대략 경면
	5	5	A	2.4	2.4	1.00	0	0.213	80	없음	대략 경면
	6	6	A	7.9	7.9	1.00	0	0.173	95	없음	대략 경면
	7	7	A	2.5	2.5	1.00	0	0.210	80	없음	대략 경면
	8	1	B	3.4	3.3	0.97	0	0.198	90	없음	대략 경면
*	9	1	E	3.3	2.8	0.84	0	0.195	55	없음	대략 경면
*	10	1	E	3.3	1.8	0.55	0	0.196	50	없음	대략 경면
*	11	1	D	3.3	2.4	0.73	0	0.195	55	없음	대략 경면
*	12	1	D	3.2	1.6	0.50	0	0.195	45	없음	대략 경면
*	13	1	D	3.0	1.0	0.33	0	0.196	40	없음	대략 경면
	14	1	C	0.5 (TiN)	0.3 (TiN)	0.60	0	0.196	95	조금 많음	조금 백탁
*	15	2	B	2.0	1.7	0.85	0	0.213	45	없음	대략 경면
*	16	2	C	2.0	1.3	0.65	0	0.214	40	없음	대략 경면

	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	외층		B/A값	제거 율 (％)	여유 면 마 모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면의 상태
	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	A ㎛	B ㎛	B/A값	제거 율 (％)	여유 면 마 모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면의 상태
*	17	3	B	1.6	0.8	0.50	0	0.207	35	없음	대략 경면
*	18	3	C	1.6	1.0	0.63	0	0.208	40	없음	대략 경면
*	19	4	B	2.5	1.7	0.68	0	0.196	40	없음	대략 경면
*	20	4	C	2.5	2.0	0.80	0	0.195	40	없음	대략 경면
*	21	5	B	2.1	1.6	0.76	0	0.208	40	없음	대략 경면
*	22	5	C	2.1	1.2	0.57	0	0.207	35	없음	대략 경면
*	23	6	B	7.5	6.1	0.81	0	0.169	40	없음	대략 경면
*	24	6	C	7.4	5.8	0.78	0	0.168	40	없음	대략 경면
*	25	7	B	2.2	1.5	0.68	0	0.205	40	없음	대략 경면
*	26	7	C	2.0	1.0	0.50	0	0.205	35	없음	대략 경면
*	27	5	D	2.1	1.6	0.76	12	0.184	35	없음	대략 경면
*	28	5	F	2.1	1.6	0.76	24	0.173	30	없음	대략 경면
*	29	5	G	2.1	1.2	0.57	38	0.164	25	없음	대략 경면
*	30	5	E	2.1	1.0	0.48	57	0.153	20	없음	대략 경면
*	31	5	E	2.0	1.1	0.55	79	0.147	10	없음	대략 경면
*	32	5	G	2.0	1.1	0.55	100	0.142	5	없음	대략 경면

표 2∼표 3으로부터 명백하듯이, 상기의 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구해지는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 양호한 여유면 마모량 및 결손율을 나타내고, 내마모성과 인성이 고도로 양립된 것이었다. 또한, 표면이 알루미나층이 아니라 TiN층으로 되어 있는 것은 절삭날에 피삭재가 용착하고, 가공 후의 피삭재도 백탁(白濁)하고 있었다.

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 내마모성(특히 여유면측)과 인성을 고도로 양립할 수 있는 것이었다. 또, 본 실시예는 칩 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭 팁의 경우에 대하여 나타내었으나, 이하의 실시예에서 서술하는 바와 같이 칩 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하다.

<실시예 2>

0.8질량％의 TaC, 5.0질량％의 Co 및 나머지 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 속에서 1450℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측에서 보아 0.05 ㎜ 폭의 호닝을 실시함)를 행함으로써, 절삭 팁 CNMN120408N-UX(스미토모 덴코 하드메탈(주) 제조)의 형상과 동일한 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는 칩 브레이커를 갖지 않으며 표면에 탈 β층이 15 ㎛ 형성되어 있고, 2개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되고, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능으로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 8개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 1개의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있음)이며, 이러한 코너는 합계 8개 존재하였다(단, 여기에서 사용한 팁은, 그 형상으로부터, 상면 또는 하면에서 관찰한 경우에 80°의 꼭지각을 이루는 코너를 절삭 용도로 사용하는 경우가 많고, 이 경우 코너 수는 4라고 생각할 수 있음).

계속해서 이하의 표 4에 기재한 바와 같이, 이 기재의 전면에 대하여 실시예 1과 동일한 피복층을 각각 형성하였다(즉, 표 4에서의 피복층 No.는 실시예 1의 피복층 No.를 나타냄).

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 처리 방법을 각각 실시하였다. 또, 표 4에서의 외층의 두께, B/A값 및 제거율은 실시예 1과 동일하게 해서 구한 것이다. 또한, 피복층 No.1을 형성한 날끝 교환형 절삭 팁에서는, 팁 No.33을 제외하고, 외층 상에 형성된 TiN층을 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 완전히 제거하였다. 팁 No.33은 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 표면에 TiN층을 형성한 채로 하고, 기재되어 있는 두께도 TiN층만의 두께를 기록하였다.

이렇게 해서, 표 4에 기재한 20종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.33∼No.52를 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.33∼No.52에 대해서, 하기 조건으로 선삭 절삭 시험을 행하여, 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량과 결손율을 측정하고, 내마모성 시험에서 10분 절삭 후의 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 4에 나타낸다.

<선삭 절삭 시험의 조건>

(내마모성 시험)

피삭재: 인코넬 718

절삭 속도: 40 m/min.

이송: 0.3 ㎜/rev.

절삭 깊이: 1.0 ㎜

절삭유: 있음

절삭 시간: 5분

(인성 시험)

피삭재: FC250 사각 막대

절삭 속도: 140 m/min.

이송: 0.5 ㎜/rev.

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 없음

절삭 시간: 5분

	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	외층		B/A값	제거 율 (％)	여유 면 마 모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에 의 피삭 재의 용 착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	A ㎛	B ㎛			여유 면 마 모량 (㎜)		날끝에 의 피삭 재의 용 착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	33	1	A	0.6 (TiN)	0.6 (TiN)	1.00	0	0.248	100	많음	백탁
	34	2	A	2.1	2.1	1.00	0	0.298	90	많음	백탁
	35	4	A	2.8	2.8	1.00	0	0.235	90	많음	백탁
	36	5	A	2.4	2.4	1.00	0	0.251	95	많음	백탁
	37	7	A	2.5	2.5	1.00	0	0.276	90	많음	백탁
*	38	1	C	3.2	1.6	0.50	0	0.237	65	많음	백탁
	39	1	B	3.2	3.2	1.00	0	0.247	95	없음	광택 있음
*	40	2	C	2.0	1.7	0.85	0	0.297	60	없음	광택 있음
*	41	2	B	1.8	1.2	0.67	0	0.286	55	없음	광택 있음
*	42	2	C	1.6	0.4	0.25	0	0.279	50	없음	광택 있음
*	43	4	B	2.6	2.0	0.77	0	0.227	55	없음	광택 있음
*	44	4	C	2.5	1.1	0.44	0	0.222	50	없음	광택큼
*	45	5	B	2.0	1.4	0.70	0	0.245	50	없음	광택 있음
*	46	5	C	1.9	0.8	0.42	0	0.241	45	없음	광택 있음
*	47	7	C	2.4	2.1	0.88	11	0.270	50	없음	광택 있음
*	48	7	F	2.3	1.8	0.78	28	0.248	45	없음	광택큼
*	49	7	G	2.4	2.1	0.88	40	0.236	40	없음	광택 있음
*	50	7	G	2.4	2.1	0.88	61	0.229	35	없음	광택 있음
*	51	7	G	2.4	2.1	0.88	80	0.218	30	없음	광택큼
*	52	7	G	2.4	2.1	0.88	100	0.208	25	없음	광택 있음

표 4로부터 명백하듯이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구해지는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 양호한 여유면 마모량 및 결손율을 나타내고, 내마모성과 인성이 고도로 양립된 것이었다. 또한, 표면이 알루미나층이 아니라 TiN층으로 되어 있는 것은 절삭날에 피삭재가 용착하고, 가공 후의 피삭재도 백탁하고 있었다.

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 내마모성(특히 여유면측)과 인성을 고도로 양립할 수 있는 것이었다.

<실시예 3>

1.3질량％의 TaC, 10.5질량％의 Co 및 나머지 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 속에서 1400℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측에서 보아 0.05 ㎜ 폭의 호닝을 실시함)를 행함으로써, 절삭 팁 SEMT13T3AGSN-G(스미토모 덴코 하드메탈(주) 제조)의 형상과 동일한 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는 표면에 탈 β층을 갖지 않고, 1개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되고, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능으로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 4개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 1개의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있음)이며, 이러한 코너는 합계 4개 존재하였다.

이 기재의 전면에 대하여, 하층으로부터 순서대로 하기의 층을 피복층으로 해서 공지의 열CVD법에 의해 형성하였다. 즉, 기재의 표면측으로부터 순서대로, 0.4 ㎛의 TiN, 2.3 ㎛의 TiCN(MT-CVD법에 의해 형성), 및 0.4 ㎛의 TiBN(TiB_X N_Y:X/(X+Y)=0.030)을 각각 내층으로서 형성하고, 이들 내층의 최상층인 TiBN층 상에 이것과 접하도록 외층으로서 2.2 ㎛의 α알루미나(α-Al₂O₃)를 형성하며, 또한 그 위에 0.7 ㎛의 TiN을 형성하였다(이상의 피복층을 피복층 No.8로 함).

이하 동일하게 해서, 이 피복층 No.8을 대신하여 하기의 표 5에 기재한 피복층 No.9∼No.13을 각각 기재의 전면에 대하여 피복하였다.

No.	피복층
No.	내층	외층
8	TiN(0.4 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 2.3 ㎛)/TiBN(0.4 ㎛)	α-Al₂O₃(2.2 ㎛)/TiN(0.7 ㎛)
9	TiN(0.3 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 3.2 ㎛)/TiCN(HT-CVD, 0.8 ㎛)/TiBN(0.3 ㎛)	κ-Al₂O₃(1.9 ㎛)
10	TiN(0.3 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 2.8 ㎛)/TiBNO(0.7 ㎛)	α-Al₂O₃(2.2 ㎛)
11	TiN(0.8 ㎛)/TiCN(MT-CVD, 4.6 ㎛)/TiBN(0.5 ㎛)	α-Al₂O₃(2.2 ㎛)
12	TiAlN(2.2 ㎛)/TiN(0.5 ㎛)	α-Al₂O₃(1.8 ㎛)
13	CrAlN(3.0 ㎛)/TiN(0.2 ㎛)	κ-Al₂O₃(1.2 ㎛)

주) No.9의 TiBN은, TiB_XN_Y(X/(X+Y)=0.009)이다.

No.10의 TiBNO은, TiB_XN_YO_z(X/(X+Y+Z)=0.013, Z/(X+Y+Z)=0.22)이다.

No.11의 TiBN은, TiB_XN_Y(X/(X+Y)=0.032)이다.

No.11의 α-Al₂O₃ 은Zr 원소를 2.2질량％ 함유(EPMA(전자 프로브 미량 분석) 결과).

상기 표 5에 있어서, 내층은 좌측의 것으로부터 순서대로 기재의 표면 상에 적층시켰다. 또한 피복층 No.8∼No.11은 피복층 No.7과 마찬가지로 모두 공지의 열CVD법에 의해 형성하였다. 피복층 No.12∼No.13은 공지의 PVD법에 의해 형성하였다.

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 처리 방법을 각각 실시하였다.

이렇게 해서, 이하의 표 6∼표 7에 기재한 25종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.53∼No.77을 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예 이고, 그 이외의 것은 비교예이다. 또, 표 6∼표 7에서의 외층의 두께, B/A값 및 제거율은 실시예 1과 동일하게 해서 구한 것이다. 단, 피복층 No.8을 형성한 날끝 교환형 절삭 팁에서는, 팁 No.53과 팁 No.59를 제외하고, 외층 상에 형성된 TiN층을 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 완전히 제거하였다. 팁 No.53과 팁 No.59는 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 표면에 TiN층을 형성한 채로 하고, 기재되어 있는 두께도 TiN층만의 두께를 기록하였다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.53∼No.77에 대해서, 하기 조건으로 프레이즈 절삭 시험을 행하여, 여유면 마모량과 결손율을 측정하고, 내마모성 시험에서 10 m 절삭 후의 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 6∼표 7에 나타낸다.

<프레이즈 절삭 시험의 조건>

(내마모성 시험)

피삭재: FC250

절삭 속도: 400 m/min.

이송: 0.25 ㎜/날

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 있음

절삭 거리: 10 m

커터: WGC4100R(스미토모 덴코 하드메탈(주) 제조)

상기 커터에의 날끝 교환형 절삭 팁의 부착수는 1장으로 하였다

(인성 시험)

피삭재: SCM440(3장 겹침)

절삭 속도: 200 m/min.

이송: 0.45 ㎜/날

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 없음

절삭 거리: 0.5 m

커터: WGC4100R(스미토모 덴코 하드메탈(주) 제조)

평가: 20개의 절삭날을 각각 0.5 m 절삭한 경우의 결손수로부터 결손율을 구한다.

	절삭 팁 No.	피복층 No.	처리방법	외층		B/A값	제거율 (％)	여유면 마모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	절삭 팁 No.	피복층 No.	처리방법	A㎛	B㎛	B/A값	제거율 (％)	여유면 마모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	53	8	A	0.7 (TiN)	0.7 (TiN)	1.00	0	0.224	100	많음	백탁
	54	9	A	1.9	1.9	1.00	0	0.231	90	많음	백탁
	55	10	A	2.2	2.2	1.00	0	0.218	90	많음	백탁
	56	11	A	2.2	2.2	1.00	0	0.204	95	많음	백탁
	57	12	A	1.8	1.8	1.00	0	0.253	80	많음	백탁
	58	13	A	1.2	1.2	1.00	0	0.276	75	많음	백탁
	59	8	C	0.6 (TiN)	0.3 (TiN)	0.50	0	0.223	95	많음	백탁
	60	8	C	2.0	1.9	0.95	0	0.221	85	없음	광택 있음
*	61	8	C	1.8	1.4	0.78	0	0.198	65	없음	광택 있음
*	62	8	C	1.7	0.9	0.53	0	0.187	60	없음	광택 있음
*	63	9	C	1.8	0.9	0.50	0	0.195	60	없음	광택 있음
*	64	10	C	2.0	1.6	0.80	0	0.191	60	없음	광택 있음
*	65	11	C	0.9	0.5	0.56	0	0.184	60	없음	광택 있음

	절삭팁 No.	피복층 No.	처리방법	외층		B/A값	제거율 (％)	여유면 마모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	절삭팁 No.	피복층 No.	처리방법	A㎛	B㎛	B/A값	제거율 (％)	여유면 마모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에의 피삭재의 용착 상태	피삭재 가공면 의 상태
*	66	12	C	1.7	1.0	0.59	0	0.224	45	없음	광택 있음
*	67	13	C	1.0	0.6	0.60	0	0.228	45	없음	광택 있음
*	68	8	E	1.8	1.4	0.78	22	0.185	55	없음	대략 경면
*	69	8	G	1.8	1.4	0.78	42	0.187	50	없음	대략 경면
*	70	8	E	1.8	1.4	0.78	61	0.175	30	없음	대략 경면
*	71	8	D	1.8	1.4	0.78	81	0.168	20	없음	대략 경면
*	72	8	E	1.8	1.4	0.78	100	0.161	5	없음	대략 경면
*	73	9	E	1.8	0.9	0.50	55	0.185	40	없음	대략 경면
*	74	10	D	2.0	1.6	0.80	51	0.182	35	없음	대략 경면
*	75	11	E	0.9	0.5	0.56	72	0.173	35	없음	대략 경면
*	76	12	H	1.7	1.0	0.59	62	0.210	15	없음	대략 경면
*	77	13	D	1.0	0.6	0.60	80	0.212	15	없음	대략 경면

표 6∼표 7로부터 명백하듯이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구해지는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 양호한 여유면 마모량 및 결손율을 나타내고, 내마모성과 인성이 고도로 양립된 것이었다. 또한, 표면이 알루미나층이 아니라 TiN층으로 되어 있는 것은 절삭날에 피삭재가 용착하고, 가공 후의 피삭재도 백탁하고 있었다.

이상, 본 발명의 실시예인 날끝 교환형 절삭 팁은, 각 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 우수한 효과를 갖고 있는 것은 명백하고, 내마모성(특히 여유면측)과 인성을 고도로 양립할 수 있는 것이었다. 또, 본 실시예는, 칩 브레이커가 형성되어 있는 날끝 교환형 절삭 팁의 경우에 대하여 나타내었으나, 이하의 실시예에서 서술하는 바와 같이 칩 브레이커가 형성되어 있지 않은 날끝 교환형 절삭 팁에 대해서도 유효하다.

<실시예 4>

0.6질량％의 TaC, 0.3질량％의 Cr₃C₂, 8.2질량％의 Co 및 나머지 WC로 이루어지는 조성의 초경합금 분말을 프레스하고, 계속해서 진공 분위기 속에서 1450℃, 1시간 소결하며, 그 후 평탄 연마 처리 및 날끝 능선에 대하여 SiC 브러시에 의한 날끝 처리(경사면측에서 보아 0.05 ㎜ 폭-25°의 호닝을 실시한다, 도 12 참조)를 행함으로써, JIS B4120(1998 개정) 규정의 절삭 팁 SPGN120408의 형상과 동일한 형상의 초경합금제 팁을 제작하고, 이것을 기재로 하였다. 이 기재는 칩 브레이커를 갖지 않으며 표면에 탈 β층이 형성되어 있지 않고, 1개의 면이 경사면이 되며, 4개의 면이 여유면이 되고, 그 경사면과 여유면은 날끝 능선(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 능으로 되어 있음)을 사이에 두고 연결되는 것이었다. 날끝 능선은 합계 4개 존재하였다. 또한, 2개의 여유면과 1개의 경사면이 교차하는 교점이 코너(상기와 같이 날끝 처리가 되어 있기 때문에 가정적인 교점으로 되어 있음)이며, 이러한 코너는 합계 4개 존재하였다.

계속해서 이하의 표 8에 기재한 바와 같이, 이 기재의 전면에 대하여 실시예 3과 동일한 피복층을 각각 형성하였다(즉, 표 8에서의 피복층 No.는 실시예 3의 피복층 No.를 나타낸다).

그리고 이들 피복층을 형성한 기재에 대하여, 실시예 1과 동일한 처리 방법을 각각 실시하였다. 또, 표 8에서의 외층의 두께, B/A값 및 제거율은 실시예 1과 동일하게 해서 구한 것이다. 단, 피복층 No.8을 형성한 날끝 교환형 절삭 팁에서는, 팁 No.78과 팁 No.84를 제외하고, 외층 상에 형성된 TiN층을 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 완전히 제거하였다. 팁 No.78과 팁 No.84는 날끝 능선으로부터 선분 구역 c 및 d에서 표면에 TiN층을 형성한 채로 하고, 기재되어 있는 두께도 TiN층만의 두께를 기록하였다.

이렇게 해서, 표 8에 기재한 22종류의 날끝 교환형 절삭 팁 No.78∼No.99를 제조하였다. 표 중에 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁 No.78∼No.99에 대해서, 하기 조건으로 프레이즈 절삭 시험을 행하여, 날끝 교환형 절삭 팁의 여유면 마모량과 결손율을 측정하고, 내마모성 시험에서 10 m 절삭 후의 날끝에의 피삭재의 용착 상태 및 피삭재 가공면의 상태를 각각 관찰하였다. 그 결과를 이하의 표 8에 나타낸다.

<프레이즈 절삭 시험의 조건>

(내마모성 시험)

피삭재: FC200

절삭 속도: 380 m/min.

이송: 0.3 ㎜/날

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 있음

절삭 거리: 10 m

커터: DPG4100R(스미토모 덴코하드 메탈(주) 제조)

(인성 시험)

피삭재: FC250(3장 겹침)

절삭 속도: 250 m/min.

이송: 0.55 ㎜/날

절삭 깊이: 2.0 ㎜

절삭유: 없음

절삭 거리: 0.5 m

커터: DPG4100R(스미토모 덴코 하드메탈(주) 제조)

평가: 20개의 절삭날을 각각 0.5 m 절삭한 경우의 결손수로부터 결손율을 구한다

	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	외층		B/A값	제거 율 (％)	여유 면 마 모량 (㎜)	결손율 (％)	날끝에 의 피삭 재의 용 착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	절삭 팁 No.	피복 층 No.	처리 방법	A ㎛	B ㎛			여유 면 마 모량 (㎜)		날끝에 의 피삭 재의 용 착 상태	피삭재 가공면 의 상태
	78	8	A	0.7 (TiN)	0.7 (TiN)	1.00	0	0.244	100	많음	백탁
	79	9	A	1.9	1.9	1.00	0	0.250	95	많음	백탁
	80	10	A	2.2	2.2	1.00	0	0.229	95	많음	백탁
	81	11	A	2.2	2.2	1.00	0	0.221	95	많음	백탁
	82	12	A	1.8	1.8	1.00	0	0.265	85	많음	백탁
	83	13	A	1.2	1.2	1.00	0	0.289	80	많음	백탁
	84	8	C	0.6 (TiN)	0.2 (TiN)	0.33	0	0.241	100	많음	백탁
	85	8	C	2.0	1.9	0.95	0	0.238	90	없음	광택 있음
*	86	8	C	1.7	1.3	0.76	0	0.212	70	없음	광택 있음
*	87	8	C	1.7	0.9	0.53	0	0.200	65	없음	광택 있음
*	88	9	C	1.8	0.9	0.50	0	0.211	65	없음	광택 있음
*	89	10	C	1.9	1.5	0.80	0	0.203	70	없음	광택 있음
*	90	11	C	0.8	0.4	0.56	0	0.199	65	없음	광택 있음
*	91	12	C	1.7	0.9	0.53	0	0.237	45	없음	광택 있음
*	92	13	C	0.9	0.6	0.67	0	0.240	50	없음	광택 있음
*	93	8	E	1.7	1.3	0.76	24	0.186	55	없음	대략 경면
*	94	8	G	1.7	1.3	0.76	44	0.197	55	없음	대략 경면
*	95	8	E	1.7	1.3	0.76	63	0.185	35	없음	대략 경면
*	96	8	D	1.7	1.3	0.76	84	0.184	20	없음	대략 경면
*	97	8	E	1.7	1.3	0.76	100	0.173	5	없음	대략 경면
*	98	9	E	1.8	0.9	0.50	52	0.205	35	없음	대략 경면
*	99	13	D	0.9	0.6	0.67	83	0.230	15	없음	대략 경면

표 8로부터 명백하듯이, 외층의 평균 두께 A ㎛, B ㎛로부터 구해지는 B/A값이 0.9 이하인 본 발명의 실시예의 날끝 교환형 절삭 팁은, 비교예의 날끝 교환형 절삭 팁에 비하여 양호한 여유면 마모량 및 결손율을 나타내고, 내마모성과 인성이 고도로 양립된 것이었다. 또한, 표면이 알루미나층이 아니라 TiN층으로 되어 있는 것은 절삭날에 피삭재가 용착하고, 가공 후의 피삭재도 백탁하고 있었다.

<실시예 5>

실시예 1에 있어서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.3, No.4, No.18 및 No.19의 외층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대하여 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너(9)(실제는 날끝 처리되어 있기 때문에 가정적인 코너로서 나타나 있음) 근방인 도 13의 스폿(T)(스폿 사이즈: 직경 0.5 ㎜)으로 나타나는 영역을 측정하였다(구체적 측정 방법은 상술한 X선 응력 측정 장치를 사용한 sin²ψ법을 채용하였다). 또, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

한편, 상기의 날끝 교환형 절삭 팁 No.18에 대하여, 처리 방법으로 채용한 블러스트법의 조건을 변경함으로써 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.18-2, No.18-3 및 No.18-4)을 더 얻고, 상기와 동일하게 하여 잔류 응력을 측정하였다. 또한, 동일하게 해서 날끝 교환형 절삭 팁 No.19에 대해서도, 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.19-2, No.19-3 및 No.19-4)을 얻고, 이들에 대해서도 잔류 응력을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 9에 나타낸다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여 여유면 마모량 및 결손율을 측정하였다. 이들의 결과를 마찬가지로 표 9에 나타낸다. 또, 표 9 중, 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

	절삭 팁 No.	잔류 응력 (㎬)	결손율 (％)	여유면 마모량 (㎜)
	3	0.2	85	0.214
*	18	-0.2	40	0.208
*	18-2	-1.1	25	0.205
*	18-3	-2.8	10	0.201
*	18-4	0.0	55	0.208
	4	0.2	90	0.200
*	19	-0.1	40	0.196
*	19-2	-1.3	20	0.196
*	19-3	-3.1	10	0.192
*	19-4	0.0	60	0.196

표 9의 결과로부터 명백하듯이, 경사면의 절삭에 관여하는 부위에서, 외층인 알루미나층이 압축 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나고, 특히 그 압축 응력이 커질수록, 인성(내결손성)이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 6>

실시예 2에 있어서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.33, No.34, No.38 및 No.40의 외층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대하여 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너 근방인 도 14의 스폿(S)(스폿 사이즈: 직경 0.5 ㎜)으로 나타나는 영역(상기 영역은 도 14의 ⅩⅤ-ⅩⅤ 단면인 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 칩 브레이커를 구성하는 경사각 16°의 경사 평탄면의 일부임)에 대하여 도 15의 화살표로 나타낸 수직 방향(경사 평탄면에 대한)으로부터 측정하였다(구체적 측정 방법은 상술한 X선 응력 측정 장치를 사용한 sin²ψ법을 채용하였다). 또, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

한편, 상기의 날끝 교환형 절삭 팁 No.38에 대하여, 처리 방법으로 채용한 블러스트법의 조건을 변경함으로써 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.38-2, No.38-3 및 No.38-4)을 더 얻고, 상기와 동일하게 하여 잔류 응력을 측정하였다. 또한, 동일하게 해서 날끝 교환형 절삭 팁 No.40에 대해서도, 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.40-2, No.40-3 및 No.40-4)을 얻고, 이들에 대해서도 잔류 응력을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 10에 나타낸다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁에 대하여, 실시예 2와 동일하게 해서 여유면 마모량 및 결손율을 측정하였다. 이들의 결과를 마찬가지로 표 10에 나타낸다. 또, 표 10 중, 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

	절삭 팁 No.	잔류 응력 (㎬)	결손율 (％)	여유면 마모량 (㎜)
	33	0.2	100	0.248
*	38	-0.3	65	0.237
*	38-2	-1.3	45	0.235
*	38-3	-3.3	20	0.232
*	38-4	0.1	75	0.237
	34	0.3	90	0.298
*	40	-0.2	60	0.297
*	40-2	-0.9	40	0.295
*	40-3	-2.2	20	0.290
*	40-4	0.0	75	0.298

표 10의 결과로부터 명백하듯이, 경사면의 절삭에 관여하는 부위에서, 외층인 알루미나층이 압축 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나고, 특히 그 압축 응력이 커질수록, 인성(내결손성)이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 7>

실시예 3에 있어서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.54, No.55, No.63 및 No.64의 외층인 알루미나(α-Al₂O₃ 또는 κ-Al₂O₃)층에 대하여 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너 근방인 도 16의 스폿(U)(스폿 사이즈: 직경 0.5 ㎜)으로 나타나는 영역(상기 영역은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ 단면인 도 17에 도시되어 있는 바와 같이 칩 브레이커를 구성하는 경사각 20°의 경사 평탄면의 일부임)에 대하여 도 17의 화살표로 나타낸 수직 방향(경사 평탄면에 대한)으로부터 측정하였다(구체적 측정 방법은 상술한 X선 응력 측정 장치를 사용한 sin²ψ법을 채용하였다). 또, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

한편, 상기의 날끝 교환형 절삭 팁 No.63에 대하여, 처리 방법으로 채용한 블러스트법의 조건을 변경함으로써 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.63-2, No.63-3 및 No.63-4)을 더 얻고, 상기와 동일하게 하여 잔류 응력을 측정하였다. 또한, 동일하게 해서 날끝 교환형 절삭 팁 No.64에 대해서도, 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.64-2, No.64-3 및 No.64-4)을 얻고, 이들에 대해서도 잔류 응력을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 11에 나타낸다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁에 대하여, 실시예 3과 동일하게 해서 여유면 마모량 및 결손율을 측정하였다. 이들의 결과를 마찬가지로 표 11에 나타낸다. 또, 표 11 중, 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

	절삭 팁 No.	잔류 응력 (㎬)	결손율 (％)	여유면 마모량 (㎜)
	54	0.2	90	0.231
*	63	-0.2	60	0.195
*	63-2	-1.9	40	0.194
*	63-3	-3.1	20	0.191
*	63-4	0.1	70	0.195
	55	0.2	90	0.218
*	64	-0.4	60	0.191
*	64-2	-1.2	45	0.188
*	64-3	-2.8	20	0.186
*	64-4	0.0	70	0.190

표 11의 결과로부터 명백하듯이, 경사면의 절삭에 관여하는 부위에서, 외층인 알루미나층이 압축 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나고, 특히 그 압축 응력이 커질수록, 인성(내결손성)이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 8>

실시예 4에 있어서, 날끝 교환형 절삭 팁 No.78, No.81, No.86 및 No.90의 외층인 알루미나(α-Al₂O₃)층에 대하여 잔류 응력을 측정하였다. 이 잔류 응력의 측정은 이들 날끝 교환형 절삭 팁의 경사면측의 절삭에 관여하는 코너(9)(실제는 날끝 처리되어 있기 때문에 가정적인 코너로서 나타나 있음) 근방인 도 13의 스폿(T)(스폿 사이즈: 직경 0.5 ㎜)으로 나타나는 영역을 측정하였다(구체적 측정 방법은 상술한 X선 응력 측정 장치를 사용한 sin²ψ법을 채용하였다). 또, 이 측정 영역은 경사면의 절삭에 관여하는 부위를 대표하는 영역이다.

한편, 상기의 날끝 교환형 절삭 팁 No.86에 대하여, 처리 방법으로 채용한 블러스트법의 조건을 변경함으로써 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.86-2, No.86-3 및 No.86-4)을 더 얻고, 상기와 동일하게 하여 잔류 응력을 측정하였다. 또한, 동일하게 해서 날끝 교환형 절삭 팁 No.90에 대해서도, 다른 잔류 응력을 부여한 3종류의 날끝 교환형 절삭 팁(날끝 교환형 절삭 팁 No.90-2, No.90-3 및 No.90-4)을 얻고, 이들에 대해서도 잔류 응력을 측정하였다. 그 결과를 이하의 표 12에 나타낸다.

그리고, 이들 날끝 교환형 절삭 팁에 대하여, 실시예 4와 동일하게 해서 여유면 마모량 및 결손율을 측정하였다. 이들의 결과를 마찬가지로 표 12에 나타낸다. 또, 표 12 중, 「*」의 기호를 붙인 것이 본 발명의 실시예이고, 그 이외의 것은 비교예이다.

	절삭 팁 No.	잔류 응력 (㎬)	결손율 (％)	여유면 마모량 (㎜)
	78	0.2	100	0.244
*	86	-0.1	70	0.212
*	86-2	-0.4	55	0.210
*	86-3	-1.8	20	0.209
*	86-4	0.0	80	0.212
	81	0.2	95	0.221
*	90	-0.1	65	0.199
*	90-2	-0.9	45	0.197
*	90-3	-2.3	20	0.195
*	90-4	0.0	75	0.199

표 12의 결과로부터 명백하듯이, 경사면의 절삭에 관여하는 부위에서, 외층인 알루미나층이 압축 응력을 가지면 우수한 인성이 나타나고, 특히 그 압축 응력이 커질수록, 인성(내결손성)이 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 설명하였으나, 상술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절히 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims

기재(8)와, 상기 기재(8) 상에 형성된 피복층(11)을 갖는 날끝 교환형 절삭 팁(1)으로서,

상기 기재(8)는 적어도 1개의 여유면(3)과 적어도 1개의 경사면(2)을 가지며,

상기 여유면(3)과 상기 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되고,

상기 피복층(11)은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)과 그 내층(12) 상(上)에 형성된 외층(13)을 포함하며,

상기 내층(12)을 형성하는 각 층 중 기재(8)와 접하는 최하층은, 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소, Ⅴa족 원소, Ⅵa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 구성되는 화합물로 형성되고, 상기 각 층 중 상기 외층(13)과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하고 탄소를 포함하지 않는 화합물로 형성되며, 또한 상기 각 층 중 상기 최하층 및 상기 최상층 이외의 각 층은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소로서 그 중의 1종은 반드시 탄소로 되는 원소에 의해 구성에 되는 화합물에 의해 형성되고,

상기 외층(13)은 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성되고,

상기 외층(13)은 절삭에 관여하는 부위에서, 상기 여유면(3)측에서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 경사면(2)측에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되고,

상기 절삭에 관여하는 부위에서의 상기 외층의 아래에 존재하는 상기 내층은, 상기 여유면(3)측과 상기 경사면(2)측에서 동일한 두께를 가지고,

상기 외층은 압축 응력을 가지며, 상기 경사면의 압축 응력이 상기 여유면의 압축 응력보다 큰 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 적어도 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소와 Ti를 포함하는 화합물은, TiB_XN_Y[단 식 중, X, Y는 각각 원자％이고, 0.001＜X/(X+Y)＜0.04임]로 표시되는 붕질화티탄(titanium boronitride)인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 적어도 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소와 Ti를 포함하는 화합물은, TiB_XN_YO_Z[단 식 중, X, Y, Z는 각각 원자％이고, 0.0005＜X/(X+Y+Z)＜0.04이며, 0＜Z/(X+Y+Z)＜0.5임]로 표시되는 붕질산화티탄(titanium oxyboronitride)인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 외층(13)은 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 일부 또는 전부에 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 피복층(11)은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 기재(8)는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제1항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 팁(1)은, 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프레이즈 가공용, 선삭 가공용, 메탈소우 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 중 어느 하나인 것임을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
기재(8)와, 상기 기재(8) 상에 형성된 피복층(11)을 갖는 날끝 교환형 절삭 팁(1)으로서,

상기 기재(8)는 적어도 2개의 여유면(3)과, 적어도 1개의 경사면(2)과, 적어도 1개의 코너(9)를 가지며,

상기 여유면(3)과 상기 경사면(2)은 날끝 능선(4)을 사이에 두고 연결되고,

상기 코너(9)는 2개의 상기 여유면(3)과 1개의 상기 경사면(2)이 교차하는 교점이며,

상기 피복층(11)은 1 이상의 층으로 이루어지는 내층(12)과 그 내층(12) 상(上)에 형성된 외층(13)을 포함하고,

상기 내층(12)을 형성하는 각 층 중 기재(8)와 접하는 최하층은, 원소 주기율표의 Ⅳa족 원소, Ⅴa족 원소, Ⅵa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소에 의해 구성되는 화합물로 형성되고, 상기 각 층 중 상기 외층(13)과 접하는 최상층은 Ti와, 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소를 적어도 포함하고 탄소를 포함하지 않는 화합물로 형성되며, 또한 상기 각 층 중 상기 최하층 및 상기 최상층 이외의 각 층은, 원소 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 탄소, 질소, 산소 및 붕소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소로서 그 중의 1종은 반드시 탄소로 되는 원소에 의해 구성에 되는 화합물에 의해 형성되고,

상기 외층(13)은 알루미나층 또는 알루미나를 포함하는 층에 의해 형성되며,

절삭에 관여하는 상기 코너(9)를 지나고, 그 코너(9)를 구성하는 2개의 상기 여유면(3)이 이루는 각도를 상기 경사면(2) 상에서 2등분하며, 상기 경사면(2)으로부터 상기 2개의 여유면(3)이 교차하는 능으로 연결되는 직선 상에서, 상기 외층(13)은 상기 코너(9)로부터 상기 여유면(3)측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역에서의 평균 두께를 A ㎛, 상기 코너(9)로부터 상기 경사면(2)측으로 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하가 되는 선분 구역에서의 평균 두께를 B ㎛로 한 경우에, B/A≤0.9가 되고,

상기 절삭에 관여하는 부위에서의 상기 외층의 아래에 존재하는 상기 내층은, 상기 여유면(3)측과 상기 경사면(2)측에서 동일한 두께를 가지고,

상기 외층은 압축 응력을 가지며, 상기 경사면의 압축 응력이 상기 여유면의 압축 응력보다 큰 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 적어도 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소와 Ti를 포함하는 화합물은, TiB_XN_Y[단 식 중, X, Y는 각각 원자％이고, 0.001＜X/(X+Y)＜0.04임]로 표시되는 붕질화티탄인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 적어도 질소 또는 붕소 중 1종 이상의 원소와 Ti를 포함하는 화합물은, TiB_XN_YO_Z[단 식 중, X, Y, Z는 각각 원자％이고, 0.0005＜X/(X+Y+Z)＜0.04이며, 0＜Z/(X+Y+Z)＜0.5임]로 표시되는 붕질산화티탄인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 외층(13)은 절삭에 관여하는 날끝 능선부의 일부 또는 전부에 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 피복층(11)은 0.05 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 기재(8)는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, 입방정형 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 또는 질화규소 소결체 중 어느 하나에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.
제8항에 있어서, 상기 날끝 교환형 절삭 팁(1)은, 드릴 가공용, 엔드밀 가공용, 프레이즈 가공용, 선삭 가공용, 메탈소우 가공용, 기어 절삭 공구 가공용, 리머 가공용, 탭 가공용, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 날끝 교환형 절삭 팁.