KR101904856B1 - 절삭공구 인써트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초경합금 모재 상에 경질피막이 형성되어 있으며, 자동차용 부품용으로 많이 사용되는 단조강의 가공에 우수한 절삭성능을 발휘하도록, 초경합금 모재와 경질피막이 구비된 절삭공구 인써트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구 인써트는, 초경합금 모재와, 이 초경합금 모재 상에 형성된 경질피막을 포함하고, 상기 초경합금 모재는, Co 함량이 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하, WC를 제외한 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 1.0wt% 이상 4.0wt% 이하, 나머지 WC와 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 경질피막은 하기 [식 1]로 표시되는 TC(006)이 5.0 초과인 알파-알루미나 박막을 포함한다.
[식 1]
TC(hkl) = I(hkl)/Io(hkl){1/n∑I(hkl)/Io(hkl)}-1
(여기서, I(hkl) = (hkl) 반사강도, Io(hkl) = JCPDS 카드 42-1489에 따른 표준 강도, n= 계산에 사용된 반사의 횟수, (hkl) 반사는 (012), (104), (110) (006), (113), (024), (116)을 사용하는 것)

Description

절삭공구 인써트 {INSERT FOR CUTTING TOOLS}
본 발명은 절삭공구 인써트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초경합금 모재 상에 경질피막이 형성되어 있으며, 특히 자동차용 부품용으로 많이 사용되는 단조강의 가공에 우수한 절삭성능을 발휘하도록, 조성과 미세조직이 조절된 초경합금과, 이러한 초경합금에 맞춘 경질피막이 구비된 절삭공구 인써트에 관한 것이다.
최근 자동차용 부품은 소형이면서 굴곡진 행태가 많으며, 이러한 부품의 절삭가공 시에는 고 rpm에 단속 가공이 행해지게 된다. 또한, 단조재의 경우, 끈적거리는 용착성과 함께 표면과 내부의 성질이 다른 특성을 갖는데, 이러한 부품의 형상과 재료의 특성들은 절삭가공을 점점 어렵게 하여, 보다 향상된 물성을 구비한 절삭공구를 필요로 하게 한다.
일반적으로 절삭공구의 모재로 사용되는 초경합금은 마모 저항성을 높이기 위해 그 표면에 경질피막을 형성한 후 사용되는데, 이 경질피막은 화학기상증착법(이하, 'CVD'라 함) 또는 물리기상증착법(이하, 'PVD'라 함)을 통해 형성된다.
한편, 절삭공구의 인선은 고경도 재료의 고속가공 시, 약 1000℃의 고온환경에 노출되고, 가공물과의 접촉으로 인한 마찰과 산화로 마모가 발생할 뿐 아니라, 단속과 같은 기계적 충격도 받게 된다. 그러므로 절삭공구는 적절한 내마모성과 함께 인성을 갖는 것이 필수적으로 요구된다.
일반적으로 절삭공구용 경질피막은 단층 또는 다층의 비산화물계 박막(예: TiN, TiC, Ti(C,N))이나, 우수한 내산화성을 갖는 산화물계 박막(예: Al2O3) 또는 이들의 혼합층으로 구성되며, 상기 비산화물계 박막으로는 TiN, TiC, Ti(C,N) 등과 같은 주기율표상 4족, 5족, 6족 금속원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물이 있고, 산화물계 박막으로는 대표적으로 α-Al2O3가 있다.
상기 4족, 5족, 6족 금속원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물과 같은 비산화물계 박막은 내산화성이 떨어지는 것이 주요 문제점인데, 이러한 문제점은 주로 우수한 내산화성을 갖는 알루미나(Al2O3)와 같은 산화물 박막을 비산화물 박막 위에 적층시킨 다층 코팅을 통해 해결하고 있다.
산화물계 박막 중 κ-Al2O3는 비산화물계 박막과의 밀착력이 우수하고 상대적으로 저온에서 형성되는 장점이 있으나, 절삭 시 발생하는 고온에 의하여 κ상이 α상으로 변하는 상변태가 발생할 수 있고, 이러한 상변태는 6~8% 정도의 부피수축과 균열을 유발하여 Al2O3 박막이 박리되는 현상을 초래하는 문제점이 있다.
이에 비해 α-Al2O3는 고온에서 안정한 상이기 때문에 절삭가공 중에 상변태가 발생하지 않고 우수한 내마모성을 발휘하기 때문에 널리 사용되고 있는 박막이다.
이러한 α-Al2O3 박막은 특정한 방향으로 성장하여 집합조직(texture)을 형성할 경우, 성장 방향 및/또는 집합조직을 형성하는 정도에 따라, 절삭성능이 달라지는데, 특히 (006)면 방향으로 성장시킨 집합조직을 구비한 α-Al2O3 박막은 매우 우수한 절삭성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.
아래 특허문헌들에는 특정한 조성의 초경합금의 모재 상에, TC(006)이 1.4 초과 또는 TC(006)이 2.0 초과가 되도록 결정성장방향이 제어된 절삭공구가 개시되어 있다.
그런데 초경합금 모재 상에 (006)면 방향으로 결정성장방향이 제어된 박막의 물성은 그 하부에 위치하는 초경합금 모재의 표층의 상태와, 초경합금의 물성에 영향을 많이 받게 되므로, 피가공재 및 가공 상황에 따라 종래 개발된 것과 상이한 형태의 초경합금과 경질피막의 조합이 필요할 수 있다.
미국 특허등록공보 제7,993,732호 미국 특허등록공보 제7,985,471호
본 발명은 자동차용 부품용으로 많이 사용되는 단조강의 가공에 특히 우수한 절삭성능을 발휘하는 절삭가공용 인써트를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 초경합금 모재와, 이 초경합금 모재 상에 형성된 경질피막을 포함하고, 상기 초경합금 모재는, Co 함량이 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하, WC를 제외한 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 입방정 탄화물이 1.0wt% 이상 4.0wt% 이하, 나머지 WC와 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 경질피막은 하기 [식 1]로 표시되는 TC(006)이 5.0 초과인 알파-알루미나 박막을 포함하는, 절삭공구 인써트를 제공한다.
[식 1]
TC(hkl) = I(hkl)/Io(hkl){1/n∑I(hkl)/Io(hkl)}-1
(여기서, I(hkl) = (hkl) 반사강도, Io(hkl) = JCPDS 카드 42-1489에 따른 표준 강도, n= 계산에 사용된 반사의 횟수, (hkl) 반사는 (012), (104), (110) (006), (113), (024), (116)을 사용하는 것)
또한, 바람직하게, 상기 초경합금 모재의 표면으로부터 두께 10㎛ 초과 20㎛ 이하까지 입방정 탄화물이 실질적으로 존재하지 않는 CFL(Cubic carbide Free Layer)이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭공구 인써트는, 통상 강용 모재로 일반적으로 5.0~8.0wt% 정도의 Co가 적용되며, 탄화물이 4~10wt% 정도의 적용되는 것과 달리, Co가 8wt% 초과이고 9.0wt% 이하를 포함하고 입방정 탄화물이 1wt% 이상 4.0wt%로 낮게 유지되도록 한 초경합금 모재와, TC(006)이 5를 초과하도록 결정성장방향을 제어한 알파-알루미나층을 조합함으로써, 복잡하고 경도가 높은 단조강류 자동차 부품가공시 우수한 내마모성과 인성을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 절삭공구 인써트는, 초경합금 모재의 표면에 형성되는 CFL의 두께를 10㎛ 초과 20㎛ 이하로 형성함으로써, 단속가공 시 내충격성을 보다 향상시킬 수 있다.
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.
본 발명에 따른 절삭공구 인써트는, 초경합금 모재와, 이 초경합금 모재 상에 형성된 경질피막을 포함하고, 상기 초경합금 모재는, Co 함량이 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하, WC를 제외한 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 1.0wt% 이상 4.0wt% 이하, 나머지 WC와 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 경질피막은 하기 [식 1]로 표시되는 TC(006)이 5.0 초과인 알파-알루미나 박막을 포함한다.
[식 1]
TC(hkl) = I(hkl)/Io(hkl){1/n∑I(hkl)/Io(hkl)}-1
(여기서, I(hkl) = (hkl) 반사강도, Io(hkl) = JCPDS 카드 42-1489에 따른 표준 강도, n= 계산에 사용된 반사의 횟수, (hkl) 반사는 (012), (104), (110) (006), (113), (024), (116)을 사용하는 것)
상기 초경합금에 있어서, Co 함량이 8.0wt% 이하일 경우 너무 높아진 모재 경도에 의한 내마모성이 약간 우세할 수 있으나 조기 치핑이나 돌발적인 파손이 빈번히 일어나서 수명이 종료되고, 9.0wt% 초과일 경우 모재의 경도가 인성은 약간 향상될 수 있으나 내마모성이 저하되기 때문에, 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하인 것이 바람직하고, 8.0wt% 초과 8.8wt% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, WC를 제외한 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 1.0wt% 미만일 경우 절삭가공 시 고온경도의 급격한 저하로 내마모성과 피로, 강단속 모두 조기 수명 종료를 나타내고, 4.0wt% 초과일 경우 피로 충격과 강단속 수명이 약간씩 떨어지므로, 1.0wt% 이상 4.0wt% 이하인 것이 바람직하고, 1.0wt% 이상 3.5wt% 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 알파-알루미나 박막의 TC(006)이 5.0 이하일 경우 절삭가공 특히 열 발생이 많은 연속/고속 가공 시 상면 내크레이터성이 저하되기 때문에, 5.0 초과인 것이 바람직하다.
또한, 상기 절삭공구 인써트에는 단속가공 시 내충격성 향상을 위해, 상기 초경합금의 모재 표면으로부터 소정 깊이까지 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 실질적으로 존재하지 않는 CFL(Cubic carbide Free Layer)이 형성되는 것이 바람직하며, CFL 두께는 10㎛ 이하일 경우 측 너무 얇은 CFL 두께에 의해 피로충격과 단속이 많은 강단속 조건에서의 돌발적인 파손 및 조기 수명 종료되고 20㎛ 초과일 경우 상대적으로 연한 CFL이 두꺼워 박막의 변형, 박막의 손상을 야기하여 피로충격과 강단속에서 인서트의 소성변형을 야기하여 조기 수명 종료하므로, 10㎛ 초과 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 입방정 탄화물은 바람직하게 TaC 및 NbC를 포함할 수 있고, 상기 탄질화물은 WTi(C,N)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 경질피막은, 상기 초경합금 모재와 상기 알파-알루미나층 사이에는 TiCxNy(여기서, x+y는 0.8~1.1) 박막을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 TiCxNy 박막은 그 두께가 1㎛ 미만일 경우 박막의 내마모성 저하로 내마모성 저하가 되고, 20㎛ 초과일 경우 박막의 내박리성 열세에 의해 수명 조기 종료하여 TiCxNy 박막은 1~20㎛한 것이 바람직하다.
또한, 상기 알파-알루미나층의 상부에는 TiN 박막이 형성될 수 있고, 이 경우 상기 TiN 박막은 그 두께가 0.5㎛ 미만일 경우 TiN 박막의 조기 박리되고, 5㎛ 초과일 경우 알루미나층과 TiN 박막의 박리현상이 발생하여 절삭 수명 열세하여 TiN 박막은 0.5~5㎛ 한 것이 바람직하다.
[제조예 1]
TaC, WTi(C,N), NbC가 1:1:1의 비율이 되도록 혼합한 타탄화물의 함량을 2.0wt%로 고정하고, Co의 함량을 6.5wt%, 7.5wt%, 8.1wt%, 8.8wt%, 9.5wt%가 되도록 변화시키고, 나머지는 WC가 되도록 원료분말을 혼합하고, 한국야금(주)의 CNMG120408의 형번으로 형압하여 소결한 후, 상하면 연삭과 인선부 호닝처리를 하여 인써트를 제작하고, 이 인써트 상에 CVD법으로, Ti(C,N)층과, 알파-알루미나층과, TiN층을 순차적으로 형성하였다.
상기 Ti(C,N)층은 수직형 반응기 내에서 875℃의 공정온도, 9% TiCl4, 1.0% CH3CH, 76% H2, 13% N2, 1.0% HCl의 주 반응가스 그리고 70mbar의 공정압력을 사용하는 MT-CVD 공정을 통하여 두께 7.5㎛의 Ti(C,N)층을 형성하였다.
상기 알파-알루미나층은, 1005℃의 공정온도, 82% H2, 1.5% CO, 2.5% CO2, 0.5% H2S, 2.0% HCl, 12.0% AlCl3의 반응가스와 80mbar의 압력 조건으로 두께 5㎛가 되도록 형성하였다. 이와 같이 형성된 알파-알루미나층의 상기 [식 1]로 계산한 TC(006)은 5.5였다.
상기 TiN층은 1.5㎛ 형성하였다.
[제조예 2]
Co의 함량을 8.1wt%로 고정하고, TaC, WTi(C,N), NbC를 1:1:1의 비율로 혼합한 타탄화물의 함량을 0.5wt%, 1.0wt%, 2.0wt%, 3.5wt%, 4.5wt%로 변화시키고, 나머지 WC가 되도록 원료분말을 혼합하고, 한국야금(주)의 CNMG120408의 형번으로 형압하여 소결한 후, 상하면 연삭과 인선부 호닝처리를 하여 인써트를 제작하고, 이 인써트 상에 CVD법으로, Ti(C,N)층과, 알파-알루미나층과, TiN층을 순차적으로 형성하였다.
상기 인써트는 소결 후 냉각속도를 상온까지 20℃/min 조절하여, 타탄화물이 존재하지 않는 CFL이 초경합금의 표면으로부터 깊이 10.5㎛까지 형성되도록 하였다.
상기 Ti(C,N)층은 수직형 반응기 내에서 875℃의 공정온도, 9% TiCl4, 1.0% CH3CH, 76% H2, 13% N2, 1.0% HCl의 주 반응가스 그리고 70mbar의 공정압력을 사용하는 MT-CVD 공정을 통하여 두께 7.5㎛의 Ti(C,N)층을 형성하였다.
상기 알파-알루미나층은, 1005℃의 공정온도, 82% H2, 1.5% CO, 2.5% CO2, 0.5% H2S, 2.0% HCl, 12.0% AlCl3의 반응가스와 80mbar의 압력 조건으로 두께 5㎛가 되도록 형성하였다. 이와 같이 형성된 알파-알루미나층의 상기 [식 1]로 계산한 TC(006)은 5.5였다.
상기 TiN층은 1.5㎛ 형성하였다.
[제조예 3]
Co의 함량을 8.1wt%로, TaC, WTi(C,N), NbC를 1:1:1의 비율로 혼합한 타탄화물의 함량을 2.0wt%로, 나머지 WC로 혼합한 원료분말을 혼합하고, 한국야금(주)의 CNMG120408의 형번으로 형압하여 소결한 후, 상하면 연삭과 인선부 호닝처리를 하여 인써트를 제작하고, 이 인써트 상에 CVD법으로, Ti(C,N)층과, 알파-알루미나층과, TiN층을 순차적으로 형성하였다.
상기 인써트는 소결 후 냉각속도를 조절하여, 타탄화물이 존재하지 않는 CFL이 초경합금의 표면으로부터 형성되는 CFL의 두께를 6~30㎛가 되도록 변화시켰다.
상기 Ti(C,N)층은 수직형 반응기 내에서 875℃의 공정온도, 9% TiCl4, 1.0% CH3CH, 76% H2, 13% N2, 1.0% HCl의 주 반응가스 그리고 70mbar의 공정압력을 사용하는 MT-CVD 공정을 통하여 두께 7.5㎛의 Ti(C,N)층을 형성하였다.
상기 알파-알루미나층은, 1005℃의 공정온도, 82% H2, 1.5% CO, 2.5% CO2, 0.5% H2S, 2.0% HCl, 12.0% AlCl3의 반응가스와 80mbar의 압력 조건으로 두께 5㎛가 되도록 형성하였다. 이와 같이 형성된 알파-알루미나층의 상기 [식 1]로 계산한 TC(006)은 5.5였다.
상기 TiN 층은 1.5㎛ 형성하였다.
[제조예 4]
Co의 함량을 8.1wt%로, TaC, WTi(C,N), NbC를 1:1:1의 비율로 혼합한 타탄화물의 함량을 2.0wt%로, 나머지 WC로 혼합한 원료분말을 혼합하고, 한국야금(주)의 CNMG120408의 형번으로 형압하여 소결한 후, 상하면 연삭과 인선부 호닝처리를 하여 인써트를 제작하고, 이 인써트 상에 CVD법으로, Ti(C,N)층과, 알파-알루미나층과, TiN층을 순차적으로 형성하였다.
상기 인써트는 소결 후 상온까지 20℃/min 조절하여, 타탄화물이 존재하지 않는 CFL이 초경합금의 표면으로부터 깊이 10.5㎛까지 형성되도록 하였다.
상기 Ti(C,N)층은 수직형 반응기 내에서 875℃의 공정온도, 9% TiCl4, 1.0% CH3CH, 76% H2, 13% N2, 1.0% HCl의 주 반응가스 그리고 70mbar의 공정압력을 사용하는 MT-CVD 공정을 통하여 두께 7.5㎛의 Ti(C,N)층을 형성하였다.
상기 알파-알루미나층은, 1005℃의 공정온도, 82% H2, 1.5% CO, 2.5% CO2, 0.5% H2S, 2.0% HCl, 12.0% AlCl3의 반응가스와 80mbar의 압력 조건으로 두께 5㎛가 되도록 형성하였다.
상기 알파-알루미나층은, TI(C,N)층과 접합층의 방위 조절과 반응가스, 압력을 조절을 통해 상기 [식 1]로 계산한 TC(006)이 각각 1.4, 2.5, 5.5, 7.0이 되도록 조절하였다.
상기 TiN 층은 1.5㎛ 형성하였다.
이상과 같이 4가지의 제조예로 제조된 각종의 인써트들에 대하여, 다음과 같은 방법으로, 내마모성, 열균열성, 피로충격성 및 강단속 가공성을 평가하였다.
내마모성 평가조건
피삭재: 단조처리한 SCr420(Φ100*길이200mm)
절삭속도(vc): 250m/min,
피딩(fn): 0.25mm/rev,
절삭깊이(ap): 1.5mm
습식가공하여 샘플별 가공수량 비교
열균열성 평가조건
피삭재: 단조처리한 SCM440(Φ300*길이300mm)
절삭속도(vc): 300m/min,
피딩(fn): 0.40mm/rev,
절삭깊이(ap): 2.0mm
연속가공하여 샘플별 가공수량 비교
피로충격성 평가조건
피삭재: 외경에 4개의 홈이 가공되어 있는 단조처리한 SCr420(Φ100*길이200mm)
절삭속도(vc): 150m/min, 피딩(fn): 0.2mm/rev, 절삭깊이(ap): 1.5mm로 5mm 가공 후,
나머지는
절삭속도(vc): 200m/min, 피딩(fn): 0.2mm/rev, 절삭깊이(ap): 1.5mm로 25mm 가공
습식조건으로 샘플별 가공수량 비교
강단속성 평가조건
피삭재: 4개의 홈이 가공되어 있는 단조처리한 SCM440 피삭재(Φ100*길이200mm)
절삭속도(vc): 100m/min,
피딩(fn): 0.25mm/rev,
절삭깊이(ap): 1.5mm,
습식으로 가공하여 샘플별 파손까지 가공수량을 비교
아래 표 1은 제조예 1에 따라 제조한 인써트의 절삭성능 평가결과를 나타낸 것이다.
구분 Co
함량
(wt%)		 탄화물
함량
(wt%)		 TC
(006)		 내마모
(가공수량
EA)		 열균열성
(가공거리
m)		 피로충격
(가공수량
EA)		 강단속
(가공수량EA)		 종료경향
비교예1 6.5 2.0 5.5 20 3.5 5 1.2 파손
비교예2 7.5 2.0 5.5 19 3.5 7 1.5 조기치핑,
파손
실시예1 8.1 2.0 5.5 17 3.5 11 4.4 　
실시예2 8.8 2.0 5.5 16 3.5 12 4.8 　
비교예3 9.5 2.0 5.5 8 3.5 13 5 소성변형
위 표 1에 나타난 바와 같이, 초경합금의 모재에 CFL을 형성하지 않는 경우, Co 함량이 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하인 것이, 그렇지 않은 것에 비해, 내마모성, 열균열성, 피로충격성, 강단속가공성 등의 종합적인 절삭성능이 우수함을 알 수 있다.
아래 표 2는 제조예 2에 따라, CFL 두께를 11㎛로 고정하고 타탄화물의 함량을 다르게 제조한 인써트의 절삭성능 평가결과를 나타낸 것이다.
구분 Co함량
(wt%)		 탄화물
함량
(wt%)		 CFL 두께
(㎛)		 TC
(006)		 내마모
(가공수량
EA)		 열균열성
(가공거리
m)		 피로충격
(가공수량EA)		 강단속
(가공수량EA)		 종료
경향		 종합
수명*
비교예4 8.1 0.5 11.0 5.5 5 0.8 7 1.5 소성
변형		 14
실시예3 8.1 1.0 11.0 5.5 15 1.8 14 2.5 　 33
실시예4 8.1 2.0 11.0 5.5 21 2.5 15 3 　 42
실시예
5		 8.1 3.5 11.0 5.5 18 2.2 14 3 　 37
비교예5 8.1 4.5 11.0 5.5 16 2.5 6 1.5 파손 26
* 표 2 내지 표 4에 있어서, 종합 수명이란, 내마모, 열균열성, 피로충격, 강단속 가공 수량을 종합수명으로 의미한다.
위 표 2에 나타난 바와 같이, 초경합금 모재의 표면부에 두께 약 11㎛의 CFL이 형성되며, 타탄화물의 함량이 상이할 경우, 타탄화물 함량이 1.0~4.0wt%일 때, 바람직하게는 1.0~3.5wt%일 때 내마모성, 열균열성, 피로충격성, 강단속가공성을 포함하는 종합 절삭성능이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.
이에 비해, 타탄화물의 함량이 적은 비교예 4의 경우, 고온 경도가 급격하게 저하하여 내마모성과 강단속 가공성이 악화되어 조기에 수명이 종료하는 특성이 나타나며, 특히 강단속 조건에서 소성변형에 의해 수명이 종료되어 종합 수명이 낮아진다. 또한, 타탄화물의 함량이 많은 비교예 5의 경우, 초경합금 모재의 경도가 지나치게 높아져 피로충격성과 강단속 가공 조건에서 급격히 수명이 저하되어 종합수명이 매우 낮아진다.
아래 표 3은 제조예 3에 따라, CFL 두께를 다르게 제조한 인써트의 절삭성능 평가결과를 나타낸 것이다.
구분 Co
함량
(wt%)		 탄화물
함량
(wt%)		 CFL 두께
(㎛)		 TC(006) 내마모
(가공수량
EA)		 열균열성
(가공거리
m)		 피로충격
(가공수량EA)		 강단속
(가공수량EA)		 종료
경향		 종합
수명
비교예
6		 8.1 2.0 6.0 5.5 5 2.5 5 0.5 파손 13
실시예
4		 8.1 2.0 11.0 5.5 21 2.5 15 3 　 42
실시예
6		 8.1 2.0 15.0 5.5 24 2.5 15 4 　 46
실시예
7		 8.1 2.0 20.0 5.5 22 2.5 14 4 　 43
비교예
7		 8.1 2.0 30.0 5.5 7 2.5 7 1.5 소성변형 18
위 표 3에 나타난 바와 같이, Co 함량을 8.1wt%, 타탄화물 함량을 2.0wt%로 각각 고정하고, 초경합금 모재의 표면부에 형성되는 CFL의 두께만을 다르게 제조한 경우, CFL의 두께가 10㎛ 초과 20㎛ 이하일 때, 내마모성, 열균열성, 피로충격성, 강단속가공성을 포함하는 종합 절삭성능이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.
이에 비해, CFL은 단속 가공시 충격을 흡수하는 역할을 하는데, 비교예 6의 경우, CFL의 두께가 충분하지 않아 피로충격성과 강단속 가공성이 떨어져 조기에 수명이 종료하는 경향을 나타내었다. 또한, 비교예 7의 경우, CFL의 두께가 두꺼워 가공시 경질피막의 손상으로 피로충격성과 강단속 가공성이 떨어져 조기에 수명이 종료하는 경향을 나타내었다.
아래 표 4는 제조예 4에 따라, (006)면의 우선성장 정도를 다르게 하여 TC(006)의 수치가 달라지도록 제조한 인써트의 절삭성능 평가결과를 나타낸 것이다.
구분 Co
함량
(wt%)		 탄화물
함량
(wt%)		 CFL 두께
(㎛)		 TC
(006)		 내마모
(가공수량
EA)		 열균열성
(가공거리
m)		 피로충격
(가공수량EA)		 강단속
(가공수량EA)		 종료
경향		 종합
수명
비교예
8		 8.1 2.0 11.0 1.4 2 1.2 7 1.5 마모 12
비교예
9		 8.1 2.0 11.0 2.5 3 1.3 7 1.5 마모 13
실시예
4		 8.1 2.0 11.0 5.5 21 2.5 15 3 　 42
실시예
8		 8.1 2.0 11.0 7.0 25 3 11 2.5 　 42
위 표 4에 나타난 바와 같이, Co 함량을 8.1wt%, 타탄화물 함량을 2.0wt%, CFL 두께 11㎛로 각각 고정하고, TC(006)을 다르게 한 경우, TC(006)이 5.0 이상인 경우가 그렇지 않은 경우에 비해, 내마모성, 열균열성, 피로충격성, 강단속가공성을 포함하는 종합 절삭성능이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.
이에 비해, 비교예 8 및 비교예 9는 경질피막을 구성하는 알파-알루미나층의 TC(006)이 5 미만일 경우에는, 고온에서의 경도 유지, 열균열성, 피로충격성, 강단속 가공성 등이 떨어져 조기에 수명이 종료하는 경향을 나타내었다.

Claims (5)

  1. 초경합금 모재와, 이 초경합금 모재 상에 형성된 경질피막을 포함하고,
    상기 초경합금 모재는, Co 함량이 8.0wt% 초과 9.0wt% 이하, WC를 제외한 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 1.0wt% 이상 4.0wt% 이하, 나머지 WC와 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 경질피막은 하기 [식 1]로 표시되는 TC(006)이 5.0 초과인 알파-알루미나로 이루어진 알파-알루미나 박막을 포함하고,
    상기 초경합금 모재의 표면으로부터 두께 10㎛ 초과 20㎛ 이하까지 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 실질적으로 존재하지 않는 CFL이 형성되어 있는, 절삭공구 인써트.
    [식 1]
    TC(hkl) = I(hkl)/Io(hkl){1/n∑I(hkl)/Io(hkl)}-1
    (여기서, I(hkl) = (hkl) 반사강도, Io(hkl) = JCPDS 카드 42-1489에 따른 표준 강도, n= 계산에 사용된 반사의 횟수, (hkl) 반사는 (012), (104), (110) (006), (113), (024), (116)을 사용하는 것)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입방정 탄화물 또는 탄질화물이 1.0wt% 이상 3.5wt% 이하인, 절삭공구 인써트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입방정 탄화물은 TaC 및 NbC를 포함하고, 상기 탄질화물은 WTi(C,N)을 포함하는, 절삭공구 인써트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경질피막은,
    상기 초경합금 모재와 상기 알파-알루미나층 사이에 형성되는 두께 1~20㎛의 Ti(C,N)층과,
    상기 알파-알루미나층의 상부에 형성되는 두께 0.5~5㎛의 TiN층을 포함하는, 절삭공구 인써트.
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