KR102082527B1 - 초경합금체 및 초경합금체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

- 제 1 카바이드 및 제 1 바인더 상을 포함하는 제 1 분말 조성물의 제 1 부품 (2, 9, 14, 17) 을 형성하는 단계, - 제 1 소결 작업에서, 상기 제 1 부품 (2) 을 전밀도 (full density) 로 소결시키는 단계, - 제 2 카바이드 및 제 2 바인더 상을 포함하는 제 2 분말 조성물의 제 2 부품 (3) 을 형성하는 단계, - 제 2 소결 작업에서, 상기 제 2 부품 (3) 을 전밀도로 소결시키는 단계, - 상기 제 1 부품 (2) 의 제 1 표면 (4) 과 상기 제 2 부품 (3) 의 제 2 표면 (5) 을 접촉시키는 단계, 및 - 열처리 작업에서, 상기 제 1 및 제 2 표면을 접합시키는 단계를 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.

Description

초경합금체 및 초경합금체의 제조 방법{CEMENTED CARBIDE BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE CEMENTED CARBIDE BODY}
본 발명은 초경합금체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
절삭 부재와 같은 초경합금체는 분말 프레싱 및 소결에 의해 통상적으로 제조된다. 초경합금은 바인더 상 중에 적어도 하나의 경질 상의 마이크로미터 범위의 작은 그레인을 포함하는 복합재료 (composites) 이다. 초경합금에서의 경질 상은 일반적으로 텅스텐 카바이드 (WC) 이다. 그리고, 일반식 (Ti,Nb, Ta, W)C 을 갖는 다른 금속 카바이드 및 금속 카보나이트라이드, 예컨대 Ti(C,N) 이 또한 포함될 수도 있다. 바인더 상은 주 성분으로서 코발트 (Co) 를 보통 포함한다. 바인더 상의 다른 조성, 예컨대 Co, Ni 및 Fe 의 조합들, 또는 Ni 및 Fe 가 사용될 수도 있다.
초경합금의 산업적 생산은 밀링 액체를 사용하여 습식 상태에서, 주어진 비율의 분말들의 원료들 및 첨가제들을 혼합하는 것을 종종 포함한다. 액체는 종종 알코올, 예컨대 에탄올, 또는 물, 또는 이들의 혼합물이다. 그리고, 혼합물은 밀링되어 균질 슬러리로 된다. 습식 밀링 작업은, 원료들을 친밀하게 탈응집화 (deagglomerating) 하고 혼합할 목적으로 행해진다. 개별 원료 그레인들이 또한 어느 정도 해체된다. 그리고, 획득되는 슬러리는 분무 건조기에 의해 건조 및 과립화되고, 획득된 과립은 생형체의 단축 프레싱, 압출 또는 사출 성형에서 사용될 수도 있다.
절삭 부재에 사용되는 경질 금속체는 프레싱 및 소결에 의해 통상적으로 제조된다. 희망 형태의 소결체는 가능한 한 소결 전에 획득되어야 하는데, 그 이유는 소결체의 기계가공에 비용이 많이 들기 때문이다. 그러므로, 희망 형상의 기계가공은, 필요하다면, 프레싱된 대로의 (as-pressed) 그리고/또는 예비소결된 (pre-sintered) 조건에서 행해지며, 그 후에 금속체는 최종 소결된다. 소결 동안, 금속체는 약 17% 선형으로 보통 수축된다.
여기서 그리고 이하에서 사용되는 용어 "프레싱" 은, 생형체가 형성되도록 펀치와 다이 사이에서 코발트 (Co) 와 함께 텅스텐 카바이드 (WC) 와 같은 재료 분말을 프레싱하는 것에 관한 것이다. 프레싱은 단축이거나 또는 다축일 수도 있다.
복잡한 기하학적 형상을 갖는 부품의 제조를 위해, 사출 성형 또는 압출이 바람직하게 사용된다. 사출 성형은 분말 기술에서 사용되는 때에 분말 사출 성형 (PIM) 으로 종종 불린다. 분말 사출 성형은 제조될 부품의 특정 형상을 갖는 몰드를 필요로 한다. 텅스텐 카바이드계 경질 금속 부품의 분말 사출 성형에서, 이하의 4 개의 연속적인 단계가 적용된다:
1. 과립화된 초경합금 분말을 바인더 시스템과 혼합하여, 공급원료를 형성하는 단계.
2. 혼합된 공급원료를 사용하여 사출 성형을 행하는 단계. 재료를 100 내지 240 ℃ 로 가열하고, 희망 형상을 갖는 캐비티에 밀어넣고, 냉각시킨 후, 캐비티로부터 꺼낸다.
3. 획득된 부품으로부터 바인더 시스템을 제거하는 단계 (디바인딩이라고도 불림).
4. 부품을 소결시키는 단계. 초경합금을 위한 통상적인 소결 절차가 보통 적용된다.
분말 사출 성형된 부품의 소결 동안에, 부품은 보통 선형으로 약 20% 수축된다.
대형 초경합금체의 분말 사출 성형은 사출 성형에 후속하는 소결 작업 동안에 초경합금체에 형성되는 크랙을 종종 발생시킨다. 사출 성형, 디바인딩 및 소결 후에 크랙에 관련된 문제는 사출 성형체의 재료 두께가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다.
US 5,333,520 는 절삭 공구, 착암 드릴링 공구 또는 복잡한 기하학적 형상을 갖는 마모 부품을 위한 초경합금체의 제조 방법을 개시하고 있다. 초경합금체는 함께 소결되기 전에 생형체로 프레싱된 적어도 2 개의 부품을 함께 소결시킴으로써 제조된다. 적어도 2 개의 부품이 소결 동안에 수축되므로, 2 개의 부품이 상이하게 수축되고 이로 인해 초경합금체에 크랙이 발생할 수 있는 위험이 존재한다. 각 부품의 상이한 수축은 각 프레싱 작업에서 부품에서 상이한 밀도가 획득되는 것의 결과일 수 있다.
그러므로, 절삭 부재에서 크랙이 형성될 위험없이, 2 개의 개별 형성 작업으로 형성되는 적어도 2 개의 부품으로 구성된 초경합금의 금속 절삭 부재의 향상된 제조 방법을 찾는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은, 절삭 부재에서의 크랙 형성이 방지되는, 금속 절삭 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 우수한 특성을 갖는 금속 절삭 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기한 목적은 청구항 1 에 따른 초경합금체의 제조 방법에 의해 달성된다. 본 방법은 이하의 단계를 포함한다:
- 제 1 카바이드 및 제 1 바인더 상을 포함하는 제 1 분말 조성물의 제 1 부품을 형성하는 단계,
- 제 1 소결 작업에서, 상기 제 1 부품을 전밀도 (full density) 로 소결시키는 단계,
- 제 2 카바이드 및 제 2 바인더 상을 포함하는 제 2 분말 조성물의 제 2 부품을 형성하는 단계,
- 제 2 소결 작업에서, 상기 제 2 부품을 전밀도로 소결시키는 단계,
- 상기 제 1 부품의 제 1 표면과 상기 제 2 부품의 제 2 표면을 접촉시키는 단계,
- 열처리 작업에서, 상기 제 1 및 제 2 표면을 접합시키는 단계, 및
- 상기 제 1 바인더 상 및 상기 제 2 바인더 상이 액체 상태에 있는 온도에서 적어도 상기 제 1 및 제 2 부품을 접합시키기 위해 상기 열처리 작업을 행하는 단계.
본 설명에서 그리고 청구항들에서, 전밀도는 이론적 밀도의 적어도 99.5 % 의 밀도, 바람직하게는 이론적 밀도의 적어도 99.9 % 의 밀도를 의미한다. 이로써, 제 1 및 제 2 부품의 밀도는 열처리 작업 동안에 변하지 않을 것이다.
본 발명의 배경기술에서 기술된 것처럼, 초경합금은 바인더 상에 매립된 (embedded) 금속 카바이드, 예컨대 텅스텐 카바이드 (WC) 의 마이크로미터 범위의 작은 그레인의 경질 상을 포함한다.
열처리 작업에서 제 1 부품과 제 2 부품을 기계적으로 접합시킴으로써, 초경합금체의 각 부품을 제조하기 위해 가장 적절한 방법이 사용될 수 있어서, 비용 효울적인 방식으로 각 부품을 위해 제조를 최적화할 수 있고 또한 최종 제품의 우수한 품질을 획득할 수 있는, 방법이 제공된다.
제 1 및 제 2 부품이 제 1 및 제 2 소결 작업에서 전밀도로 소결되므로, 열처리 작업에서 추가적인 수축은 없고, 이는 제품의 최종 형상의 양호한 제어가 존재하고 적어도 2 개의 부품을 조립하는 열처리 작업 동안에 초경합금체가 더 수축하지 않는다는 것을 의미한다. 제 1 및 제 2 부품은 제 1 및 제 2 부품의 조성의 타입에 따라 그리고 또한 제 1 및 제 2 부품의 크기에 따라 동일한 소결 작업 동안에 또는 상이한 소결 작업에서 전밀도로 소결될 수도 있다. 제 1 및 제 2 부품의 소결은, 각각, 15 분 내지 120 분의 시간 동안 1300 내지 1480℃, 바람직하게는 1340 내지 1440℃ 의 온도에서 행해진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은 사출 성형에 의해 제 1 부품을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은, 열처리 작업을 행하기 전에, 제 1 표면을 제 2 표면과 접촉하게 배치하는 단계를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 표면은 인터페이스에서 우수한 결합이 획득되도록 열처리 작업 동안에 양호한 접촉을 획득하기 위해 평평하고 평행해야 한다. 실질적으로 평평한 제 1 및 제 2 표면은 직접 성형 (forming) 작업으로부터, 또는 소결 전에 그라인딩에 의해, 또는 소결 작업 후에 각 표면을 그라인딩함으로써 획득된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은 1 내지 90 분, 바람직하게는 30 내지 60 분의 시간 동안 1280 내지 1550 ℃, 바람직하게는 1350 내지 1420 ℃ 의 온도에서 열처리 작업을 행하는 것을 포함한다. 이로써, 제 1 바인더 상 및 제 2 바인더 상은 적어도 1 분 동안 액체 상태에 있고, 제 1 및 제 2 표면 사이의 우수한 결합이 획득된다. 적어도 1 분 동안, 제 1 및 제 2 바인더 상은 제 1 및 제 2 부품에 걸쳐 액체 상태이다. 열처리 작업을 위해 바람직한 온도 및 시간은 함께 접합되는 적어도 2 개의 부품의 크기 및 각 부품의 조성에 의존한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 2 부품은 단축 또는 다축 프레싱 작업에서 형성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은, 열처리 작업을 행하기 전에, 적어도 하나의 금속 포일 또는 금속 필름을 제 1 및 제 2 표면 사이에 그리고 이들 표면과 접촉하게 배치하는 단계를 포함한다. 얇은 포일 또는 필름은 0.005 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.008 내지 0.1 ㎜ 의 두께를 갖는다. 얇은 포일 또는 필름은 금속 재료, 예컨대 다음의 재료들 중 하나로 제조된다: 철, 니켈 및 코발트, 또는 그의 합금. 열처리 작업을 행하기 전에 상기 표면들 사이에 금속 포일 또는 필름을 배치함으로써, 열처리시에 향상된 젖음 (wetting) 이 획득된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은, 열처리 작업 동안에 제 1 및 제 2 표면의 상대 위치가 고정되도록, 제 1 표면에 적어도 하나의 리세스를 제공하고 제 2 표면의 대응하는 표면에 적어도 하나의 대응하는/정합하는 돌출부를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 및 제 2 표면 사이의 접촉은 열처리 작업 동안에 제 1 및 제 2 부품을 고정장치 (fixture) 내에 배치함으로써 고정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 부품은 그의 최종 형상 및 치수에 가까운 형상 및 치수로 사출 성형된다. 이로써, 부품의 주변 그라인딩이 감소된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법은, 제 1 및 제 2 표면이 접촉하는 때에 그리고 열처리 작업 동안에 서로 평행하게 되도록, 제 1 소결 작업 및/또는 제 2 소결 작업 후에 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나를 평평한 표면으로 그라인딩하는 것을 포함한다. 바람직하게는 제 1 및 제 2 표면 쌍방은 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 공자를 갖는 갖는 평평한 표면으로 그라이딩된다. 제 1 및 제 2 표면이 접촉시에 서로 평행하도록 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나를 평평한 표면으로 그라인딩함으로써, 제 1 및 제 2 표면 사이의 조인트가 튼튼하고 보이드를 갖지 않을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 및/또는 제 2 표면(들)이 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 마무리 (surface finish) 로 그라인딩된다.
이로써, 제 1 및 제 2 표면 사이의 향상된 결합을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제 1 바인더 상을 갖는 제 1 초경합금을 포함하는 제 1 분말 조성물의 사출 성형에 의해 형성되고 또한 전밀도로 소결되는 제 1 부품, 및 제 2 바인더 상을 갖는 제 2 초경합금을 포함하는 제 2 분말 조성물로 형성되고 또한 전밀도로 소결되는 제 2 부품을 포함하는 초경합금체로서, 제 1 부품의 제 1 표면이 열처리 작업에서 제 2 부품의 제 2 표면에 접합되는 것을 특징으로 하는 초경합금체가 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 초경합금체는 열처리에 의해 함께 접합된 제 1 부품 및 제 2 부품을 포함하고, 상기 제 1 부품은 사출 성형 및 소결에 의해 제조되고, 바인더 상 및 제 2 바인더 상은 열처리 동안 액체 상태로 가열되어서, 제 1 및 제 2 바인더 상이 제 1 및 제 2 부품 사이의 인터페이스에서 하나의 바인더 상을 형성한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 열처리는 최대 10 ㎪ 의 압력에서 행해진다. 열처리는 예컨대 진공 노에서 행해진다. 이는 제 1 및 제 2 부품의 간단하고 비용 효율적인 방식의 접합을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 분말 조성물 및 제 2 분말 조성물은, 각 개별 부품에서, 조성 및 그레인 크기에서 상이하다. 이로써, 특성은 개별 부품에서 요구되는 것에 맞춰질 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 초경합금체는 회전 절삭 공구와 같은 절삭 공구이다. 회전 절삭 공구는 예컨대 엔드 밀 또는 나선형 (helix) 드릴이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 초경합금체는 착암 드릴링 공구 또는 마모 부품이다.
열처리 작업에서 열처리에 의해 함께 접합될 부품들이 그들의 최종 밀도, 즉 이론적 밀도에 가까운 밀도로 이미 소결되었으므로, 초경합금체의 상이한 부품에서 상이한 조성의 재료를 사용하는 것이 가능하다. 본 발명은 통상적으로 사용되는 모든 WC 그레인 크기와 모든 조성의 초경합금을 위해 그리고 티타늄계 카보나이트라이드를 위해 사용될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 3 개 이상의 부품이 열처리 작업에서, 각 부품의 적어도 하나의 표면을 다른 부품들 중 하나의 부품의 표면과 접촉하게 배치함으로써, 접합된다. 결합을 촉진하기 위해, 서로 접촉하고 있는 이미 소결된 부품들의 표면들은 평평하고 평행하다. 열처리 작업에서 3 개 이상의 부품을 접함시킴으로써, 복잡한 형상을 갖는 절삭 부재가 형성될 수 있다. 부품들이 열처리 작업 전에 전밀도로 소결되므로, 열처리 동안에 부품들의 추가적인 수축은 없을 것이고, 이로써 상이한 부품에서 상이한 재료 조성을 갖는 절삭 부재를 부품들 사이의 우수한 결합으로 제조하기 용이할 것이다.
물론, 본 발명에 따른 방법에서 열처리 작업 전에 또는 후에 초경합금체의 표면을 기계가공하는 단계와 같은 여러 부가적인 단계들이 행해질 수도 있다. 또한, 초경합금체는 열처리 작업 후에 적어도 하나의 코팅 작업을 거칠 수도 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 플로우챠트이다.
도 2 는 본 발명에 따라 함께 접합될 제 1 및 제 2 부품의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 초경합금체의 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 대안적인 실시형태의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 모범적인 실시형태의 단면도이다.
도 6 은 도 5 에 나타낸 단면에서의 부품의 미세조직의 광학 현미경 (LOM) 사진이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 모범적인 실시형태의 단면에서의 미세조직의 광학 현미경 (LOM) 사진이다.
도 8 은 제 3 모범적인 실시형태의 단면에서의 미세조직의 광학 현미경 (LOM) 사진이다.
도 1 은 본 발명의 모범적인 실시형태에 따른, 도 2 또는 도 3 에 나타낸 초경합금체 (1) 의 제조 방법의 플로우챠트이고, 본 방법은,
A: 제 1 금속 카바이드 및 제 1 바인더 상을 포함하는 제 1 분말 조성물을 분말 사출 성형함으로써 제 1 부품 (2) 을 형성하는 단계,
B: 제 1 부품 (2) 을 전밀도로 소결시키는 단계,
C: 제 2 금속 카바이드 및 제 2 바인더 상을 포함하는 제 2 분말 조성물을 프레싱함으로써 제 2 부품 (3) 을 형성하는 단계,
D: 제 2 부품 (3) 을 전밀도로 소결시키는 단계,
E: 제 1 부품 (2) 의 제 1 표면 (4) 과 제 2 부품 (3) 의 제 2 표면 (5) 을 접촉시키는 단계,
F: 열처리 작업에서 제 1 부품 (2) 의 제 1 표면 (4) 을 제 2 부품 (3) 의 제 2 표면 (5) 과 접합시키는 단계를 포함한다.
열처리 작업은 제 1 및 제 2 부품의 바인더 상이 적어도 1 분 동안 액체 상태에 있게 되는 온도 및 시간에서 행해진다. 예시적인 실시형태에 따르면, 온도는 30 내지 60 분의 시간 동안 1350 내지 1420℃ 이다. 각 부품이 전밀도로 이미 소결되었으므로, 열처리 작업 동안에 부품의 추가적인 수축은 없다. 열처리 작업 동안에 액체 상태를 획득하는데 필요한 온도 및 시간은 재료 조성에 주로 의존하지만, 접합될 각 부품의 형상 및 치수에도 의존한다.
예시적인 실시형태에 따르면, 열처리 작업을 행하기 전에, 적어도 하나의 얇은 포일 또는 필름 (도시 안 됨) 이 제 1 표면 (4) 과 제 2 표면 (5) 사이에 이 표면들과 접촉하도록 배치된다 (도 2 참조). 얇은 포일 또는 필름은 0.005 내지 0.5 ㎜, 바람직하게는 0.008 내지 0.1 ㎜ 의 두께를 갖는다. 이 얇은 포일 또는 필름은 예컨대 다음의 재료들 중 하나이다: 철, 니켈 및 코발트, 또는 그의 합금. 열처리에 의해 접합될 표면들 사이에 적어도 하나의 포일을 배치함으로써, 두 표면의 접합이 용이해질 수 있다.
일 예시적인 실시형태에 따르면, 그라인딩된 표면들 중 적어도 하나는 열처리 작업에 의해 제 1 및 제 2 부품이 접합되기 전에 그루브 (도시 안 됨) 를 포함한다. 그루브는 예컨대 냉각 유체를 절삭 에지까지 운송하는데 사용될 수 있다.
예
이하에서, 본 발명의 효과를 보여주기 위해 실시된 몇몇 시험을 참조하여 본 발명을 더 설명한다. 본 발명이 이 예로 제한되지 않고 다른 분말 조성물뿐만 아니라 다른 타입의 분말 조성물들의 다른 조합을 위해서도 또한 실시될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그리고, 제 1 부품과 제 2 부품 쌍방은 열처리 작업에 의해 이 부품들을 접합하기 전에 동일한 방법, 예컨대 분말 사출 성형에 의해 제조될 수 있다. 이하의 예에서 그리고 도면에서, 단지 하나의 타입의 기하학적 형상이 도시되지만, 청구되는 방법은 초경합금체, 특히 엔드 밀 또는 나선형 드릴과 같은 회전 절삭 공구의 임의의 적어도 2 개의 부품을 접합시키는데 사용될 수 있다.
본 발명이 열처리 작업에서 접합되는 단 2 개의 부품으로 제한되지 않고, 실제로 접합시킬 수 있는 임의의 개수의 부품이 열처리 작업 동안에 평평하고 평행한 표면들을 서로 접촉하도록 배치함으로써 접합될 수 있다는 것에 또한 유의해야 한다.
도면들은 제 1 및 제 2 표면이 평행하게 그리고 수평면에서 접촉하게 배치되어 있는 것을 단지 보여주지만, 평평하고 평행한 표면들은 열처리 작업 동안에, 예컨대 고정장치에 이들을 배치함으로써 표면들이 접촉하는 한, 수직으로 또는 심지어 수평면에 경사지게 배치될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이는 적어도 2 개의 두 부품이 열처리 작업을 받는 때에 이미 완전히 소결되었고, 부품의 추가적인 수축이 없을 것이라는 사실로 인해 가능하다.
예 1
도 5 는 블랭크의 길이방향에서 보았을 때 블랭크의 일부에 키 그립 (key grip) 을 포함하는 사출 성형 및 소결된 블랭크를 보여준다. 카 그립은 이하에서 제 1 부품 (9) 이라 칭하고, 제 1 부품의 길이방향으로 제 1 부품을 관통하는 암나사 (10) 를 갖는다. 사출 성형된 블랭크는 블랭크의 타 단부에서 플루트 (도시 안 됨) 를 또한 포함한다. 블랭크는, 0.8 ㎛ WC, 13 wt% 코발트 및 0.56 wt% 크롬의 조성을 갖는 초경합금 A 으로 이루어지고 전밀도로 소결된다. 사출 성형된 블랭크는 제 1 부품 (9) 과 플루트 사이의 전이부 (transition) 에서 절단되었다. 제 1 부품 (9) 에서의 절단 표면은 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 공차로 Jungner 그라인딩 머신에서 다이아몬드 그라인딩 디스크에 의한 표면 그라인딩에 의해 준비되었다.
0.8 ㎛ WC, 13 wt% 코발트 및 0.56 wt% 크롬의 조성을 갖는, 초경합금으로 이루어진 프레싱 및 소결된 SNUN 120408 (ISO 호칭) 인서트 (이하에서 제 2 부품 (12) 이라 칭함) 를 전밀도로 소결시켰다. 제 2 부품 (12) 은 제 1 부품 (9) 의 그라인딩된 표면을 마주보아야 하는 표면에서 평평하게 그라인딩되었다. 제 2 부품 (12) 은, 그라인딩된 표면들이 도 5 에 도시된 것처럼 서로 마주보고 또한 접촉하는 상태로, 제 1 부품 (9) 위에 위치되었다. 서로 마주보는 그라인딩된 표면들은 60 분간 1390℃ 에서 진공 노에서의 열처리 작업에서 접합되었다.
얻어지는 초경합금체를 분말 사출 성형된 제 1 부품 (9) 과 프레싱된 제 2 부품 (12) 사이의 조인트 (10) 에 수직하게 절단하였고, 광학 현미경 (LOM) 으로 검사하였다. 시편은 조인트 (10) 에 크랙이나 보이드가 없음을 보여주었다. 도 6 은 사출 성형된 제 1 부품 (9) 과 프레싱된 제 2 부품 (12) 사이의 조인트 (13) 의 광학 현미경 사진을 보여준다.
예 1 의 초경합금체의 경우, 광학 현미경으로 미세조직을 검사한 때, 코발트의 라인 또는 보이드가 접합된 표면들을 따라 어디에서도 발견되지 않았다. 조인트는 LOM 에서 미세조직을 검사하는 때에 보이지 않는다.
예 2
도 5 는 블랭크의 길이방향에서 보았을 때 블랭크의 일부에 키 그립 (key grip) 을 포함하는 사출 성형 및 소결된 블랭크를 보여준다. 카 그립은 이하에서 제 1 부품 (14) 이라 칭하고, 제 1 부품의 길이방향으로 제 1 부품을 관통하는 암나사 (13) 를 갖는다. 사출 성형된 블랭크는 블랭크의 타 단부에서 플루트 (도시 안 됨) 를 또한 포함한다. 사출 성형된 블랭크는, 0.8 ㎛ WC, 13 wt% 코발트 및 0.56 wt% 크롬의 조성을 갖는 초경합금 A 으로 이루어지고 전밀도로 소결된다. 사출 성형된 블랭크는 제 1 부품 (14) 과 플루트 사이의 전이부에서 절단되었다. 제 1 부품 (14) 에서의 절단 표면은 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 공차로 Jungner 그라인딩 머신에서 다이아몬드 그라인딩 디스크에 의한 표면 그라인딩에 의해 준비되었다.
0.8 ㎛ WC, 10 wt% 코발트 및 0.43 wt% 크롬의 조성을 갖는, 초경합금으로 이루어진 프레싱 및 소결된 SNUN 120408 (ISO 호칭) 인서트 (이하에서 제 2 부품 (15) 이라 칭함) 를 전밀도로 소결시켰다. 제 2 부품 (15) 은 제 1 부품 (14) 의 그라인딩된 표면을 마주보아야 하는 표면에서 평평하게 그라인딩되었다. 제 2 부품 (15) 은, 그라인딩된 표면들이 도 5 에 도시된 것처럼 서로 마주보고 또한 접촉하는 상태로, 제 1 부품 (14) 위에 위치되었다. 서로 마주보는 그라인딩된 표면들은 60 분간 1390℃ 에서 진공 노에서의 열처리 작업에서 접합되었다.
얻어지는 초경합금체를 분말 사출 성형된 제 1 부품 (14) 과 프레싱된 제 2 부품 (15) 사이의 조인트 (16) 에 수직하게 절단하였고, 광학 현미경 (LOM) 으로 검사하였다. 시편은 분말 사출 성형된 제 1 부품 (14) 과 제 2 부품 (15) 사이의 인터페이스 (16) 에 크랙이나 보이드가 없음을 보여주었다. 도 7 은 사출 성형된 제 1 부품 (14) 과 제 2 부품 (15) 사이의 조인트 (16) 의 광학 현미경 사진을 보여준다.
도 7 로부터, 분말 사출 성형된 제 1 부품 (14) 의 미세조직과 프레싱된 제 2 부품 (15) 의 미세조직 사이에 차이가 존재함을 볼 수 있다. 제 1 부품의 미세조직에는 더 넓은 백색 영역이 존재하지만, 이는 단지 두 재료 사이의 코발트 함량에 차이가 존재한다는 사실에 기인한다. 제 1 및 제 2 표면 사이의 조인트 (16) 는 LOM 에서 미세조직을 검사하는 때에 보이지 않는다.
예 3
도 5 는 블랭크의 길이방향에서 보았을 때 블랭크의 일부에 키 그립 (key grip) 을 포함하는 사출 성형 및 소결된 블랭크를 보여준다. 카 그립은 이하에서 제 1 부품 (17) 이라 칭하고, 제 1 부품의 길이방향으로 제 1 부품을 관통하는 암나사 (20) 를 갖는다. 사출 성형된 블랭크는 블랭크의 타 단부에서 플루트 (도시 안 됨) 를 또한 포함한다. 블랭크는, 0.8 ㎛ WC, 13 wt% 코발트 및 0.56 wt% 크롬의 조성을 갖는 초경합금 A 으로 이루어지고 전밀도로 소결된다. 사출 성형된 블랭크는 제 1 부품 (17) 과 플루트 사이의 전이부에서 절단되었다. 제 1 부품 (17) 에서의 절단 표면은 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 공차로 Jungner 그라인딩 머신에서 다이아몬드 그라인딩 디스크에 의한 표면 그라인딩에 의해 준비되었다.
2.8 ㎛ WC, 7 wt% 코발트 및 0.28 wt% 크롬의 조성을 갖는, 초경합금으로 이루어진 프레싱 및 소결된 블랭크 (이하에서 제 2 부품 (18) 이라 칭함) 를 전밀도로 소결시켰다. 제 2 부품 (18) 은 제 1 부품 (17) 의 그라인딩된 표면을 마주보아야 하는 표면에서 평평하게 그라인딩되었다. 제 2 부품 (18) 은, 그라인딩된 표면들이 도 5 에 도시된 것처럼 서로 마주보고 또한 접촉하는 상태로, 제 1 부품 (17) 위에 위치되었다. 서로 마주보는 그라인딩된 표면들은 60 분간 1390℃ 에서 진공 노에서의 열처리 작업에서 접합되었다.
얻어지는 초경합금체를 분말 사출 성형된 제 1 부품 (17) 과 프레싱된 제 2 부품 (18) 사이의 조인트 (19) 에 수직하게 절단하였고, 광학 현미경으로 검사하였다. 시편은 분말 사출 성형된 제 1 부품 (17) 과 프레싱된 제 2 부품 (18) 사이의 조인트 (19) 에 크랙이나 보이드가 없음을 보여주었다. 도 8 은 사출 성형된 제 1 부품 (19) 과 프레싱된 제 2 부품 (18) 사이의 조인트 (19) 의 광학 현미경 사진을 보여준다.
예 3 의 초경합금체의 경우, 열처리에 의해 접합된 표면들 사이의 조인트는 두 재료들 사이의 그레인 크기의 차로 인해 보인다.
예 1, 예 2 및 예 3 으로부터의 결론:
예 1, 예 2 및 예 3 으로부터, 열처리에 의해 2 개의 완전히 소결된 초경합금제 부품을 접합하는 때에 보이드가 없는 조인트를 획득할 수 있다는 것을 알 수 있다. 열처리는 보이드가 없는 조인트 (11, 16, 19) 가 획득되도록 제 1 및 제 2 부품의 바인더 상이 액체 상태에 있는 온도에서 행해졌다.
예 1, 예 2 및 예 3 에 따라 열처리에 의해 접합된 2 개의 부품을 포함하는 초경합금체가 초경합금체에서 가장 약한 지점을 평가하기 위한 기계가공 시험을 거쳤을 때, 초경합금체가 조인트에서 파괴되지 않았으므로, 두 부품 사이의 조인트가 전강도 (full strength) 를 가졌다는 것이 보여졌다.
예 4
60 분간의 유지 시간으로 1390℃ 의 온도에서 열처리 작업을 행하기 전에, 얇은 0.01 ㎜ 두께의 Fe 포일을 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 그리고 이들 표면과 접촉하게 배치하였다. 얻어지는 초경합금체를 분말 사출 성형된 제 1 부품과 제 2 부품 사이의 조인트에 수직하게 절단하였고, 조인트를 광학 현미경으로 검사하였다. 검사 결과, 열처리 작업 후 조인트에는 미세조직에서 Fe 포일의 흔적이 없었다.

Claims (15)

  1. - 제 1 카바이드 및 제 1 바인더 상을 포함하는 제 1 분말 조성물의 제 1 부품 (2, 9, 14, 17) 을 사출 성형 또는 압출에 의해 형성하는 단계,
    - 제 1 소결 작업에서, 상기 제 1 부품 (2) 을 전밀도 (full density) 로 소결시키는 단계,
    - 제 2 카바이드 및 제 2 바인더 상을 포함하는 제 2 분말 조성물의 제 2 부품 (3) 을 단축 또는 다축 프레싱에 의해 형성하는 단계,
    - 제 2 소결 작업에서, 상기 제 2 부품 (3) 을 전밀도로 소결시키는 단계,
    - 소결된 상기 제 1 부품 (2) 의 제 1 표면 (4) 과 소결된 상기 제 2 부품 (3) 의 제 2 표면 (5) 을 접촉시키는 단계,
    - 열처리 작업에서, 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 접합시키는 단계, 및
    - 상기 제 1 바인더 상 및 상기 제 2 바인더 상 모두 적어도 1 분 동안 액체 상태에 있는 온도에서 적어도 상기 제 1 부품 및 상기 제 2 부품을 접합시키기 위해 상기 열처리 작업을 행하는 단계
    를 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1 내지 90 분의 시간 동안 1280 내지 1550 ℃ 의 온도에서 상기 열처리 작업을 행하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    1350 내지 1420 ℃ 의 온도에서 상기 열처리 작업을 행하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    30 내지 60 분의 시간 동안 상기 열처리 작업을 행하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리 작업을 행하기 전에, 상기 제 1 표면 (4) 과 상기 제 2 표면 (5) 사이에 적어도 하나의 금속 포일 또는 금속 필름 (6) 을 배치하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 열처리 작업 동안에 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면의 상대 위치가 고정 (secure) 되도록, 상기 제 1 표면 (4) 및 상기 제 2 표면 (5) 중 일방에 적어도 하나의 리세스 (7) 를 제공하고 상기 제 1 표면 (4) 및 상기 제 2 표면 (5) 중 타방에 상기 적어도 하나의 리세스 (7) 에 끼워 맞춰지도록 되어 있는 적어도 하나의 돌출부 (8) 를 제공하는 단계
    를 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    고정장치 (fixture) 에서 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면을 고정시킴으로써 상기 열처리 작업 동안에 상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면 사이의 접촉을 고정시키는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 표면(들)을 평평하고 평행한 표면(들)으로 그라인딩하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 표면(들)을 0.8 ㎛ 미만의 Ra 의 표면 마무리 (surface finish) 로 그라인딩하는 것을 포함하는, 초경합금체 (1) 의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 초경합금체 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 부품 및 상기 제 2 부품은 재료 조성에서 상이한, 초경합금체 (1).
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 초경합금체 (1) 는 회전 절삭 공구인, 초경합금체 (1).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전 절삭 공구는 엔드 밀 또는 나선형 (helix) 드릴인, 초경합금체 (1).
  14. 삭제
  15. 삭제
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