KR102600871B1 - Cermet cutting tools - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Ti 탄화물 또는 Ti 탄질화물을 주성분으로 하는 서멧(cermet)으로 이루어진 절삭공구에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 상면과 상기 상면과 교차하는 측면과, 상기 상면과 측면의 교차 능선부에 형성되는 인선을 포함하는 소결체를 포함하고, 상기 소결체는, Ti를 포함하는 탄질화물과, 주기율표 중 4, 5, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경질상과, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 결합상을 포함하고, 상기 소결체의 전탄소 함량은 7.5중량% 이상이고, 상기 소결체의 비연삭면의 스웨팅 면적은 5% 이하인 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a cutting tool made of cermet mainly containing Ti carbide or Ti carbonitride.
The cutting tool according to the present invention includes a sintered body including an upper surface, a side surface intersecting the upper surface, and an edge formed at an intersection ridge portion of the upper surface and the side surface, the sintered body comprising carbonitride containing Ti, A hard phase containing carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals selected from metals in groups 4, 5, and 6 of the periodic table, and a bonding phase consisting of one or more metals selected from Fe, Co, and Ni, , the total carbon content of the sintered body is 7.5% by weight or more, and the sweating area of the non-ground surface of the sintered body is 5% or less.

Description

서멧 절삭공구 {CERMET CUTTING TOOLS}Cermet cutting tools {CERMET CUTTING TOOLS}

본 발명은 티타늄(Ti) 탄화물 또는 티타늄(Ti) 탄질화물을 주성분으로 하는 서멧(cermet)으로 이루어진 절삭공구에 관한 것이다.The present invention relates to a cutting tool made of cermet mainly containing titanium (Ti) carbide or titanium (Ti) carbonitride.

금속의 절삭 가공에 사용되는 내마모성 공구나 절삭 공구의 모재로는, 주로 WC-Co 초경합금, TiC나 Ti(C,N)을 포함하는 서멧(cermet), 기타 세라믹 또는 고속도강 등이 사용된다.As base materials for wear-resistant tools or cutting tools used in metal cutting, WC-Co cemented carbide, cermet containing TiC or Ti(C,N), other ceramics, or high-speed steel are mainly used.

이중, WC-Co 초경합금은 전략 물질적 성격이 강한 코발트(Co)와 텅스텐(W)으로 이루어져 있고 물성이 우수하여 널리 사용되고 있으나 가격이 높은 단점이 있다.Among them, WC-Co cemented carbide alloy is made up of cobalt (Co) and tungsten (W), which have strong strategic material properties, and is widely used due to its excellent physical properties, but has the disadvantage of being expensive.

서멧은 일반적으로 저렴한 세라믹 경질상과 금속 결합상으로 이루어진 복합물질을 의미하는데, 절삭공구 분야에서는, TiC 또는 Ti(C,N) 분말에 WC, NbC, TaC, Mo2C와 같은 경질 세라믹 분말을 일부 혼합한 경질상 분말과, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및/또는 철(Fe)과 같은 금속을 주성분으로 하는 결합상 분말을 혼합하여 진공, 수소, 또는 아르곤 가스 분위기에서 소결한 세라믹-금속 복합 소결물질을 의미한다. 이러한 서멧은 높은 경도와 고온에서의 우수한 화학적 안정성, 낮은 비중과 저렴한 원료 가격 등의 장점이 있다.Cermet generally refers to a composite material composed of an inexpensive ceramic hard phase and a metal bonded phase. In the cutting tool field, hard ceramic powders such as WC, NbC, TaC, and Mo 2 C are used in TiC or Ti(C,N) powder. Ceramic made by mixing partially mixed hard phase powder and bonded phase powder mainly containing metals such as nickel (Ni), cobalt (Co), and/or iron (Fe) and sintering in a vacuum, hydrogen, or argon gas atmosphere. It refers to a metal composite sintered material. These cermets have advantages such as high hardness, excellent chemical stability at high temperatures, low specific gravity, and low raw material prices.

한편, 서멧의 내마모성, 내결손성, 내열충격성 등을 향상시키기 위한 수단으로, 하기 특허문헌과 같이, 서멧의 미세조직이나 잔류응력을 제어하는 방법이 제안되어 왔으나, 여전히 물성의 개선 여지가 많다.Meanwhile, as a means of improving the wear resistance, fracture resistance, and thermal shock resistance of cermets, methods for controlling the microstructure or residual stress of cermets have been proposed, as shown in the following patent documents, but there is still much room for improvement in physical properties.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0018189호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0018189 일본 등록특허공보 제5188578호Japanese Registered Patent Publication No. 5188578

본 발명의 목적은 내마모성과 수명 안정성이 향상된 서멧 절삭공구를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a cermet cutting tool with improved wear resistance and life stability.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상면과 상기 상면과 교차하는 측면과, 상기 상면과 측면의 교차 능선부에 형성되는 인선부를 포함하는 소결체를 포함하고, 상기 소결체는 Ti를 포함하는 탄질화물과, 주기율표 중 4족, 5족, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경질상과, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 결합상을 포함하고, 상기 소결체의 전탄소 함량은 7.5중량% 이상이고, 상기 소결체 중 비연삭면의 스웨팅 면적은 5% 이하인 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구를 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention includes a sintered body including an upper surface, a side surface intersecting the upper surface, and an edge portion formed at an intersection ridge portion of the upper surface and the side surface, wherein the sintered body includes carbonitride containing Ti and , a hard phase containing carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals selected from group 4, 5, and 6 metals of the periodic table, and a bonding phase consisting of one or more metals selected from Fe, Co, and Ni. It provides a cermet cutting tool, characterized in that the total carbon content of the sintered body is 7.5% by weight or more, and the sweating area of the non-ground surface of the sintered body is 5% or less.

본 발명의 일 실시형태에 따른 서멧 절삭공구는, 절삭공구를 이루는 서멧 소결체의 전탄소 함량을 7.5중량% 이상으로 높게 유지하면서도 스웨팅 면적을 5% 이하로 낮게 유지함으로써, 우수한 내마모성과 함께 인써트로 가공하였을 때 코너별 수명 편차를 현저하게 줄여 양호한 수명 안정성을 가진다.The cermet cutting tool according to an embodiment of the present invention maintains the total carbon content of the cermet sintered body constituting the cutting tool as high as 7.5% by weight or more while maintaining the sweating area as low as 5% or less, thereby providing excellent wear resistance as an insert. When processed, the lifespan deviation for each corner is significantly reduced, resulting in good lifespan stability.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 서멧 절삭공구의 개략도이다.
도 2는 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 비연삭면의 미세조직 사진과 측정된 스웨팅 면적을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예에 따른 서멧 절삭공구의 미세조직 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따른 서멧 절삭공구의 표면에서 깊이 30㎛까지 분석된 조성 프로파일이다.
도 5는 실시예에 따른 서멧 절삭공구의 표면에서 깊이 30㎛까지 분석된 조성 프로파일이다.
도 6은 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 절삭성능 평가 초기와 말기의 상태를 촬영한 사진이다.
도 7은 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 절삭성능 평가 결과를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram of a cermet cutting tool according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 shows microstructure photographs and measured sweating areas of the non-ground surfaces of cermet cutting tools according to Examples and Comparative Examples 1 to 3.
Figure 3 is a photograph of the microstructure of a cermet cutting tool according to an example.
Figure 4 is a composition profile analyzed from the surface of the cermet cutting tool according to Comparative Example 1 to a depth of 30㎛.
Figure 5 is a composition profile analyzed from the surface of a cermet cutting tool according to an example to a depth of 30㎛.
Figure 6 is a photograph taken at the beginning and end of the cutting performance evaluation of the cermet cutting tool according to Example and Comparative Examples 1 to 3.
Figure 7 shows the cutting performance evaluation results of cermet cutting tools according to Examples and Comparative Examples 1 to 3.

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 embodiments of the present invention illustrated below may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments detailed below. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art.

본 발명에 따른 서멧 절삭공구는 상면과 상기 상면과 교차하는 측면과, 상기 상면과 측면의 교차 능선부에 형성되는 인선부를 포함하는 소결체를 포함하고, 상기 소결체는 Ti를 포함하는 탄질화물과, 주기율표 중 4족, 5족, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경질상과, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 결합상을 포함하고, 상기 소결체의 전탄소 함량은 7.5중량% 이상이고, 상기 소결체 중 비연삭면의 스웨팅 면적은 5% 이하인 것을 특징으로 한다.The cermet cutting tool according to the present invention includes a sintered body including an upper surface, a side surface intersecting the upper surface, and an edge portion formed at an intersection ridge portion of the upper surface and the side surface, the sintered body comprising carbonitride containing Ti, and a periodic table of elements. Includes a hard phase containing carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals selected from Group 4, 5, and 6 metals, and a bonding phase consisting of one or more metals selected from Fe, Co, and Ni. The total carbon content of the sintered body is 7.5% by weight or more, and the sweating area of the non-ground surface of the sintered body is 5% or less.

본 발명에 있어서, "전탄소 함량"이란 소결체 내에서 탄소 또는 탄화물의 형태로 존재하는 모든 탄소의 함량을 의미한다.In the present invention, “total carbon content” refers to the content of all carbon present in the form of carbon or carbide in the sintered body.

본 발명과 같이 서멧 소결체의 전탄소 함량이 7.5중량% 이상으로 높게 유지하면서 동시에 비연삭면의 스웨팅 면적이 5% 이하가 되도록 할 경우, 우수한 내마모성과 수명 안정성을 얻을 수 있다.As in the present invention, when the total carbon content of the cermet sintered body is kept high at 7.5% by weight or more and at the same time the sweating area of the non-ground surface is kept at 5% or less, excellent wear resistance and life stability can be obtained.

또한, 상기 서멧 절삭공구에 있어서, 상기 소결체는 상기 Ti를 포함하는 탄질화물 40 ~ 80중량%, 상기 주기율표 중 4족, 5족, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 15 ~ 40중량%, 상기 결합상 5 ~ 25중량%를 포함할 수 있다.In addition, in the cermet cutting tool, the sintered body contains 40 to 80% by weight of carbonitride containing Ti, carbide, carbonitride, or at least one metal selected from group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. It may contain 15 to 40% by weight of the mixture thereof and 5 to 25% by weight of the bonding phase.

상기 Ti를 포함하는 탄질화물의 함량이 40중량% 미만일 경우 고속절삭 조건 및 고경도 피삭재 가공시 내열성이 부족으로 인하여 절삭공구의 변형이 빨리 올 수 있으며, 탄화텅스텐(WC), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 등에 비해 취성이 강한 Ti 탄질화물이 80중량%를 초과할 경우 단속조건에서 절삭공구가 손상되기 쉬우므로, 40 ~ 80중량%가 바람직하다.If the content of carbonitride containing Ti is less than 40% by weight, the cutting tool may deform quickly due to lack of heat resistance when machining high-speed cutting conditions and high-hardness workpieces, and tungsten carbide (WC), cobalt (Co) and If Ti carbonitride, which is more brittle than nickel (Ni), exceeds 80% by weight, the cutting tool is likely to be damaged under interrupted conditions, so 40 to 80% by weight is preferable.

상기 주기율표 중 4족, 5족, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물이 15중량% 미만일 경우 입성장 억제 효과 감소 및 고온 내소성 변형성이 감소하여 고속, 연속조건에서 절삭공구의 변형이 쉽게 발생하는 단점을 가지게 되며, 40중량%를 초과할 경우 Ti를 포함하는 탄질화물과 금속 결합상인 Co, Ni, Fe과의 결합력을 방해하여 외부로부터 받는 충격에 Ti를 포함하는 탄질화물과 금속 결합상인 Co, Ni, Fe 간의 균열발생이 쉽게 일어나기 때문에 공구수명을 저하시킬 수 있다. 따라서 탄화물, 질화물 또는 이들 혼합물로 구성된 물질은 15 ~ 40중량% 범위가 바람직하다.If the carbide, carbonitride, or mixture thereof of one or more metals selected from the 4th, 5th, and 6th group metals of the periodic table is less than 15% by weight, the grain growth inhibition effect and high temperature plastic deformation resistance are reduced, resulting in high-speed, continuous operation. It has the disadvantage of easily causing deformation of the cutting tool under certain conditions, and if it exceeds 40% by weight, it interferes with the bonding force between carbonitrides containing Ti and the metal bonding phases Co, Ni, and Fe, making Ti vulnerable to external shocks. Since cracks easily occur between the carbonitride contained and the metal bonding phases of Co, Ni, and Fe, tool life can be reduced. Therefore, the content of carbides, nitrides, or mixtures thereof is preferably in the range of 15 to 40% by weight.

상기 결합상의 함량이 5중량% 미만일 경우, 경질상인 Ti계 탄질화물간 결합력이 약하게 되어 약한 단속조건에서도 절삭공구가 쉽게 손상되는 단점을 갖게 되며, 25중량%를 초과할 경우 단속조건에서는 우수한 특징을 보이지만 고속조건에서는 절삭공구가 쉽게 변형되므로, 5 ~ 25중량% 범위가 바람직하다.If the content of the bonding phase is less than 5% by weight, the bonding force between the hard Ti-based carbonitrides becomes weak, which has the disadvantage of easily damaging the cutting tool even under weak intermittent conditions. If it exceeds 25% by weight, it has excellent characteristics under intermittent conditions. However, since the cutting tool is easily deformed under high-speed conditions, the range of 5 to 25% by weight is preferable.

또한, 상기 서멧 절삭공구에 있어서, 상기 소결체의 표면에서 깊이 50㎛까지의 영역에 600MPa ~ 800MPa의 압축 잔류응력이 형성되어 있을 수 있다. 이와 같이 표면에서 깊이 50㎛까지의 영역에 600MPa ~ 800MPa의 높은 압축 잔류응력을 형성함으로써, 충분한 내치핑성 및 내마모성을 얻을 수 있다.Additionally, in the cermet cutting tool, compressive residual stress of 600 MPa to 800 MPa may be formed in an area from the surface of the sintered body to a depth of 50 μm. In this way, by forming a high compressive residual stress of 600 MPa to 800 MPa in the area from the surface to a depth of 50㎛, sufficient chipping resistance and wear resistance can be obtained.

또한, 상기 서멧 절삭공구에 있어서, 상기 소결체의 표면에서 측정한 Co 함량과 깊이 10㎛ 지점에서 측정한 Co 함량의 차이 또는 상기 소결체의 표면에서 측정한 Ni 함량과 깊이 10㎛ 지점에서 측정한 Ni 함량의 차이가 2중량% 이하일 수 있다. 이와 같이 표면에서의 Co와 Ni의 함량과 깊이 10㎛ 지점에서의 Co와 Ni의 함량의 차이를 줄임으로써, 내마모성과 수명 안정성을 더 향상시킬 수 있다.In addition, in the cermet cutting tool, the difference between the Co content measured on the surface of the sintered body and the Co content measured at a depth of 10 μm, or the Ni content measured on the surface of the sintered body and the Ni content measured at a depth of 10 μm The difference may be 2% by weight or less. In this way, by reducing the difference between the Co and Ni contents on the surface and the Co and Ni contents at a depth of 10㎛, wear resistance and life stability can be further improved.

또한, 상기 서멧 절삭공구에 있어서, 상기 소결체는 코어(core)부는 Ti를 포함하는 탄질화물상으로 이루어지고, 림(rim)부는 텅스텐(W)를 포함하는 복합탄질화물로 이루어진 유심 구조를 포함하고, 림(rim)부에는 텅스텐(W)이 리치 상(phase)가 형성되어 있을 수 있다.In addition, in the cermet cutting tool, the sintered body includes a core structure in which the core part is made of a carbonitride phase containing Ti, and the rim part is made of a composite carbonitride containing tungsten (W), , a rich phase of tungsten (W) may be formed in the rim portion.

Ti 탄질화물은 Ti(C,N)으로 존재하는 코어(core)와 상기 코어(core)를 둘러싸고 첨가된 다른 탄화물 간의 고용체(solid-solution:(Ti,M1,M2)(C,N)으로 나타남)로 이루어진 림(rim)이 형성된 유심구조(core-rim structure)가 생성되는데, 본 발명에 따른 소결체에는 림(rim)에 텅스텐 리치(W-rich) 상이 상당량 형성됨으로써, 코어의 내치핑성을 보강할 수 있게 된다.Ti carbonitride appears as a solid-solution (Ti,M1,M2)(C,N) between a core of Ti(C,N) and other carbides added to surround the core. ) A core-rim structure with a rim formed is created. In the sintered body according to the present invention, a significant amount of tungsten rich (W-rich) phase is formed on the rim, thereby improving the chipping resistance of the core. It can be reinforced.

또한, 상기 서멧 절삭공구에 있어서, 상기 소결체의 적어도 일면에는 PVD법 및/또는 CVD법으로 형성된 질화물, 탄화물, 탄질화물, 산화물, 산질화물, 다이아몬드 등으로 이루어진 단층 또는 2층 이상의 다층구조를 갖는 경질피막이 형성될 수 있다.In addition, in the cermet cutting tool, at least one surface of the sintered body is hard having a single-layer or two- or more-layer multilayer structure made of nitride, carbide, carbonitride, oxide, oxynitride, diamond, etc. formed by the PVD method and/or CVD method. A film may form.

<실시예> <Example>

본 발명의 실시예에 따른 서멧은 다음과 같은 공정을 통해 제조하였다.The cermet according to the embodiment of the present invention was manufactured through the following process.

먼저, Ti(C,N) 53중량%, 결합상 Co 8중량%, Ni 8중량%, WC 18 중량%, 기타 탄화물로 TaNbC 8중량%, Mo2C 5중량%가 되도록 칭량하고 혼합하여 소결용 원료분말을 만들었다. 이때, 상기 Ti(C,N)은 평균입도 1.2㎛ 이하의 미세립을 사용하였다.First, 53% by weight of Ti(C,N), 8% by weight of bonded Co, 8% by weight of Ni, 18% by weight of WC, and other carbides were weighed and mixed to obtain 8% by weight of TaNbC and 5% by weight of Mo 2 C and sintered. Raw material powder was made. At this time, fine particles of Ti(C,N) with an average particle size of 1.2㎛ or less were used.

아래 표 1과 같이, 본 발명의 실시예와 비교예 2 ~ 3은 Ti(C,N), WC, TaNbC, Mo2C, Co, Ni의 함량은 동일하게 하고, 탄소의 함량을 다르게 하였으며, 실시예와 비교예 1의 경우 탄소 함량도 동일하게 원료를 준비하였다.As shown in Table 1 below, the Examples and Comparative Examples 2 to 3 of the present invention had the same contents of Ti(C,N), WC, TaNbC, Mo 2 C, Co, and Ni, and had different carbon contents; For Example and Comparative Example 1, raw materials were prepared with the same carbon content.

구분division 조성(중량%)Composition (% by weight) Ti(C,N)Ti(C,N) WCWC TaNbCTaNbC Mo2CMo 2 C CoCo NiNi 탄소carbon 비교예 1Comparative Example 1 5353 1818 88 55 88 88 2.02.0 비교예 2Comparative Example 2 5353 1818 88 55 88 88 1.61.6 비교예 3Comparative Example 3 5353 1818 88 55 88 88 0.80.8 실시예 1Example 1 5353 1818 88 55 88 88 2.02.0

상기 원료분말에 초경 볼과 유기용매를 첨가하여 10시간 혼합 분쇄 이후 건조해 혼합분말을 얻었다. 얻어진 혼합분말을 가지고 CNMG120408의 형상용 금형을 통해 2ton/㎠의 압력으로 프레스를 수행하여 성형체를 제조하였다.Carbide balls and an organic solvent were added to the raw material powder, mixed and pulverized for 10 hours, and then dried to obtain a mixed powder. The obtained mixed powder was pressed through a CNMG120408 shape mold at a pressure of 2 tons/cm2 to produce a molded body.

다음으로, 준비된 성형체를 사용하여 아래 표 2의 공정 조건을 통해 소결하여 절삭공구를 제조하였다.Next, the prepared molded body was sintered through the process conditions in Table 2 below to manufacture a cutting tool.

탈지온도
(℃)
Degreasing temperature
(℃)
탈지시간
(hr)
Degreasing time
(hr)
소결온도
(℃)
Sintering temperature
(℃)
소결시간
(hr)
Sintering time
(hr)
냉각속도
(℃/min)
Cooling speed
(℃/min)
냉각방식Cooling method
비교예1Comparative Example 1 600600 1One 15001500 22 55 저압 ArLow pressure Ar 비교예2Comparative example 2 600600 1One 15001500 22 55 저압 ArLow pressure Ar 비교예3Comparative example 3 600600 1One 15001500 22 55 저압 ArLow pressure Ar 실시예Example 600600 1One 16001600 22 2020 고압 ArHigh pressure Ar

표면 및 미세 조직Surface and microstructure

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 절삭공구의 개략도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소결체는 상면(11)과 상기 상면과 교차하는 측면(12)과, 상기 상면(11)과 측면(12)의 교차 능선부에 형성되는 인선(13)을 포함하는 인써트(10) 형상으로 가공된다. 이때, 상면(11)과 측면(12)은 연삭되지 않고, 인선(13)과 그 부근은 연삭되어 소결된 표면조직이 유지된다.1 is a schematic diagram of a cutting tool according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the sintered body manufactured according to an embodiment of the present invention has an upper surface 11, a side surface 12 that intersects the upper surface, and an intersection ridge portion of the upper surface 11 and the side surface 12. It is processed into the shape of the insert 10 including the cutting edge 13 to be formed. At this time, the top surface 11 and the side surfaces 12 are not ground, and the cutting edge 13 and its vicinity are ground to maintain the sintered surface texture.

도 2는 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 비연삭면의 미세조직 사진과 측정된 스웨팅 면적을 나타낸 것이다.Figure 2 shows microstructure photographs and measured sweating areas of the non-ground surfaces of cermet cutting tools according to Examples and Comparative Examples 1 to 3.

도 2에서 확인되는 것과 같이, 본 발명의 실시예의 경우 비연삭면(상면 또는 측면)에서의 스웨팅 면적이 2%로 스웨팅이 실질적으로 없는데 비해, 비교예 1의 경우 스웨팅 면적이 89%, 비교예 2의 경우 76%로 매우 넓은 면적에 스웨팅이 형성되어 있고, 비교예 3의 경우에도 54%로 절반 정도의 면적에 스웨팅이 형성되어 있다.As can be seen in Figure 2, in the case of the example of the present invention, the sweating area on the non-grinding surface (top or side) is 2%, and there is virtually no sweating, whereas in the case of Comparative Example 1, the sweating area is 89%, In Comparative Example 2, sweating was formed over a very large area (76%), and in Comparative Example 3, sweating was formed over half of the area (54%).

도 3은 실시예에 따른 서멧 절삭공구의 미세조직 사진이다. 도 3에서 짙은 회색으로 나타나는 상(phase)은 Ti(C,N)으로 이루어진 코어(core)이고, 이 코어의 주변에 옅은 회색으로 나타나는 상(phase)은 림(rim)부이며, 림(rim)부 중에서 화살표로 표시된 흰색 부분은 텅스텐이 리치(W-rich) 상이다. 이와 같이 림(rim)에 형성되는 텅스텐 리치 상은 코어의 내치핑성을 보강하는 작용을 할 수 있는데, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소결체의 림(rim)부에는 텅스텐 리치 상이 많이 형성되어 있다.Figure 3 is a photograph of the microstructure of a cermet cutting tool according to an example. In Figure 3, the phase that appears in dark gray is a core made of Ti(C,N), and the phase that appears in light gray around this core is the rim. ) The white part indicated by the arrow is the tungsten-rich (W-rich) phase. In this way, the tungsten rich phase formed on the rim can serve to reinforce the chipping resistance of the core. As shown in FIG. 3, the tungsten rich phase is formed on the rim of the sintered body according to an embodiment of the present invention. Many images have been formed.

소결체 특성Sintered body characteristics

아래 표 3은 비교예 1 ~ 3 및 실시예에 따라 제조된 소결체의 보자력(Hc)과 전탄소 함량(TC)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the results of measuring the coercive force (Hc) and total carbon content (TC) of the sintered bodies manufactured according to Comparative Examples 1 to 3 and Examples.

구분division 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 실시예Example 스웨팅 면적
(%)
sweating area
(%)
8989 7676 5454 22
보자력
(Hc, Oe)
coercivity
(Hc, Oe)
120120 9393 3030 108108
전탄소 함량
(중량%)
Total carbon content
(weight%)
7.87.8 7.537.53 7.27.2 7.757.75

서멧은 소결 공정의 전탄소 함량(TC, Total Carbon)이 높아질 경우 고경도 비자성 석출물이 출현하면서 보자력(Hc, coercive force)이 높아지며 석출물에 의해 스웨팅이 증가한다.When the total carbon content (TC, Total Carbon) of cermet increases during the sintering process, high hardness non-magnetic precipitates appear, the coercive force (Hc) increases, and sweating increases due to the precipitates.

표 3에서 확인되는 바와 같이, 비교예 1 ~ 3의 경우, 스웨팅 면적이 가장 큰 비교예 1이 전탄소 함량과 보자력이 가장 높고, 스웨팅 면적이 가장 작은 비교예 3이 상대적으로 낮은 전탄소 함량과 보자력를 나타내었다.As confirmed in Table 3, in the case of Comparative Examples 1 to 3, Comparative Example 1, which had the largest sweating area, had the highest total carbon content and coercive force, and Comparative Example 3, which had the smallest sweating area, had a relatively low total carbon content. The content and coercivity were shown.

이에 비해, 본 발명의 실시예의 경우, 전탄소 함량과 보자력은 각각 7.75%, 108 Oe로 비교예 1 정도의 수준으로 매우 높음에도 불구하고, 측정된 스웨팅 면적은 2%로 실질적으로 스웨팅이 없는 표면 조직을 가지는 차이가 있다.In contrast, in the case of the example of the present invention, the total carbon content and coercive force were 7.75% and 108 Oe, respectively, which were very high, about the same as Comparative Example 1, but the measured sweating area was 2%, meaning that sweating was not substantially possible. There is a difference in having no surface texture.

잔류 응력residual stress

아래 표 4는 비교예 1 ~ 3 및 실시예에 따라 제조된 소결체의 표면 잔류 응력을 측정한 결과를 나타낸 것이다.Table 4 below shows the results of measuring the surface residual stress of the sintered bodies manufactured according to Comparative Examples 1 to 3 and Examples.

구분division 조성(중량%)Composition (% by weight) 잔류 응력
(MPa)
residual stress
(MPa)
TiCNTiCN WCWC Ta
NbC
Ta
NbC
Mo2CMo 2 C CoCo NiNi
비교예1Comparative Example 1 5353 1717 88 55 99 88 -300 ~ -500-300 ~ -500 비교예2Comparative example 2 5353 1717 88 55 99 88 -300 ~ -500-300 ~ -500 비교예3Comparative example 3 5353 1717 88 55 99 88 -300 ~ -500-300 ~ -500 실시예Example 5353 1717 88 55 99 88 -600 ~ -800-600 ~ -800

표 4의 표면 잔류 응력은 상기 소결체의 표면에서 깊이 50㎛까지의 영역의 잔류 응력이다. 표 4에 나타난 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소결체는 비교예 1의 잔류응력 -300 ~ -500MPa 수준에 비해 높은 -600 ~ -800MPa로 나타난다. 이러한 표면에서의 높은 잔류 응력은 본 발명의 소결체의 내마모성과 내치핑성을 향상시키는 작용을 한다.The surface residual stress in Table 4 is the residual stress in the area from the surface of the sintered body to a depth of 50 μm. As shown in Table 4, the sintered body according to the embodiment of the present invention shows a residual stress of -600 to -800 MPa, which is higher than the residual stress of -300 to -500 MPa in Comparative Example 1. The high residual stress on the surface serves to improve the wear resistance and chipping resistance of the sintered body of the present invention.

조성 프로파일composition profile

도 4는 비교예 1에 따른 서멧 절삭공구의 표면에서 깊이 30㎛까지 분석된 조성 프로파일이고, 도 5는 실시예에 따른 서멧 절삭공구의 표면에서 깊이 30㎛까지 분석된 조성 프로파일이다.Figure 4 is a composition profile analyzed from the surface of a cermet cutting tool according to Comparative Example 1 to a depth of 30㎛, and Figure 5 is a composition profile analyzed from the surface of a cermet cutting tool according to an example to a depth of 30㎛.

도 4 및 도 5에서 확인되는 바와 같이, 스웨팅이 강하게 형성된 비교예 1의 경우, 표면에 결합금속인 Co와 Ni의 함량이 높게 나타나고 표층으로부터 3 ~ 4㎛ 지점까지 Co와 Ni의 함량이 줄어들다가 내부를 향해 약 30㎛ 지점까지 서서히 증가한 후 일정해지는 조성 프로파일을 나타내었다.As can be seen in Figures 4 and 5, in the case of Comparative Example 1 in which sweating was strongly formed, the content of Co and Ni, which are bonding metals, appears high on the surface, and the content of Co and Ni decreases from the surface layer to 3 to 4㎛. It showed a composition profile that gradually increased toward the inside to a point of about 30㎛ and then became constant.

이에 비해, 실시예의 경우, 표면에 결합금속인 Co와 Ni의 함량이 매우 낮게 나타날 뿐 아니라, 표층에서 0.5㎛ 이내에서 Co와 Ni의 함량이 줄어들다가 내부를 향해 약 30㎛ 지점까지 서서히 증가한 후 일정해지는 조성 프로파일을 나타내었다. 즉, 본 발명의 실시예의 경우 표면에서의 결합금속인 Co와 Ni의 함량과 내부에서의 Co와 Ni의 함량의 차이가 2% 이하로 조성 편차가 거의 없다.In contrast, in the case of the example, not only did the content of Co and Ni, which are bonding metals, appear on the surface to be very low, but the content of Co and Ni decreased within 0.5㎛ in the surface layer, then gradually increased toward the inside to a point of about 30㎛, and then decreased to a constant level. The composition profile is shown. That is, in the case of the embodiment of the present invention, the difference between the contents of Co and Ni, which are bonding metals on the surface, and the contents of Co and Ni within the interior is less than 2%, so there is almost no composition deviation.

절삭성능 평가Cutting performance evaluation

본 발명의 실시예와 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 소결체를 사용하여 인써트(insert)를 가공한 후 다음과 같은 절삭가공 조건으로 절삭을 하였다. 절삭성능의 평가는 가공된 인써트의 3 코너에 대해 각각 진행하고, 평균값과 편차를 통해 내마모성과 수명 안정성을 평가하였다.An insert was processed using the sintered body manufactured according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention, and then cut under the following cutting conditions. Cutting performance was evaluated for each of the three corners of the machined insert, and wear resistance and life stability were evaluated through average values and deviations.

- 피삭재: SCM440-4홈 (단면/외경 단속가공)- Work material: SCM440-4 groove (cross-section/outer diameter interrupted machining)

- Vc(절삭속도): 250mm/min- Vc (cutting speed): 250mm/min

- fn(이송속도): 0.2mm/min- fn (feed speed): 0.2mm/min

- ap(절입깊이): 1.5mm- ap (depth of cut): 1.5mm

- 건/습식: 습식(wet)- Dry/Wet: Wet

도 6은 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 절삭성능 평가 초기와 말기의 상태를 촬영한 사진이다.Figure 6 is a photograph taken at the beginning and end of the cutting performance evaluation of the cermet cutting tool according to Example and Comparative Examples 1 to 3.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 비교예 1 ~ 3의 경우, 표면에 존재하는 스웨팅으로 인해 가공 말기에서는 인써트의 마모가 상당하게 진행된 상태를 나타내었다. 이에 비해 실시예의 경우 가공 초기는 비교예 1 ~ 3과 유사하지만 말기의 마모상태는 비교예 1 ~ 3에 비해 마모가 거의 진행되지 않은 것을 알 수 있다.As can be seen in Figure 6, in Comparative Examples 1 to 3, wear of the inserts was significantly advanced at the end of processing due to sweating existing on the surface. In contrast, in the case of Examples, the initial processing stage is similar to Comparative Examples 1 to 3, but the wear state at the end stage shows that almost no wear has progressed compared to Comparative Examples 1 to 3.

도 7은 실시예, 비교예 1 ~ 3에 따른 서멧 절삭공구의 절삭성능 평가 결과를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the cutting performance evaluation results of cermet cutting tools according to Examples and Comparative Examples 1 to 3.

도 7에서 확인되는 바와 같이, 비교예 1 ~ 3의 경우, 코너별로 가공수명의 편차가 매우 큼에 비해, 본 발명의 실시예의 경우 3 코너의 평균이 30.3으로 비교예 1 ~ 3에 비해 향상된 결과를 가지며, 편차가 거의 없이 우수한 가공 수명을 나타내었다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 인써트가 비교예 1 ~ 3에 비해 향상된 수명 안정성을 가진다.As can be seen in Figure 7, in the case of Comparative Examples 1 to 3, the difference in processing life for each corner is very large, but in the Example of the present invention, the average of the three corners is 30.3, an improved result compared to Comparative Examples 1 to 3. and showed excellent processing life with little deviation. That is, the insert according to the embodiment of the present invention has improved life stability compared to Comparative Examples 1 to 3.

Claims (6)

상면과 상기 상면과 교차하는 측면과, 상기 상면과 측면의 교차 능선부에 형성되는 인선을 포함하는 소결체를 포함하고,
상기 소결체는, Ti를 포함하는 탄질화물과, 주기율표 중 4, 5, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 경질상과, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 결합상을 포함하고,
상기 소결체의 전탄소 함량은 7.5중량% 이상이고,
상기 소결체의 비연삭면의 스웨팅 면적은 5% 이하인 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
Comprising a sintered body including an upper surface, a side surface intersecting the upper surface, and an edge formed at an intersection ridge portion of the upper surface and the side surface,
The sintered body includes carbonitride containing Ti, a hard phase containing carbide, carbonitride, or a mixture thereof of one or more metals selected from metals in groups 4, 5, and 6 of the periodic table, and Fe, Co, and Ni. Comprising a bonding phase consisting of one or more selected metals,
The total carbon content of the sintered body is 7.5% by weight or more,
A cermet cutting tool, characterized in that the sweating area of the non-ground surface of the sintered body is 5% or less.
제 1 항에 있어서,
상기 소결체는,
상기 Ti를 포함하는 탄질화물 40 ~ 80중량%,
상기 주기율표 중 4, 5, 6족 금속에서 선택된 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 15 ~ 40중량%,
상기 결합상 5 ~ 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
According to claim 1,
The sintered body,
40 to 80% by weight of carbonitride containing Ti,
15 to 40% by weight of carbide, carbonitride, or a mixture thereof of one or more metals selected from group 4, 5, and 6 metals of the periodic table,
A cermet cutting tool, characterized in that it contains 5 to 25% by weight of the bonding phase.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소결체의 표면에서 깊이 50㎛까지의 영역에 600MPa ~ 800MPa의 압축 잔류응력이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
The method of claim 1 or 2,
A cermet cutting tool, characterized in that a compressive residual stress of 600 MPa to 800 MPa is formed in an area from the surface of the sintered body to a depth of 50㎛.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소결체의 표면에서 측정한 Co 함량과 깊이 10㎛ 지점에서 측정한 Co 함량의 차이 또는 상기 소결체의 표면에서 측정한 Ni 함량과 깊이 10㎛ 지점에서 측정한 Ni 함량의 차이가 2 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
The method of claim 1 or 2,
The difference between the Co content measured on the surface of the sintered body and the Co content measured at a depth of 10 μm, or the difference between the Ni content measured on the surface of the sintered body and the Ni content measured at a depth of 10 μm is 2% by weight or less. Made with cermet cutting tools.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소결체는 코어부는 Ti를 포함하는 탄질화물상으로 이루어지고, 림부는 텅스텐(W)를 포함하는 복합탄질화물로 이루어진 유심 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
The method of claim 1 or 2,
The sintered body is a cermet cutting tool, characterized in that the core part is made of a carbonitride phase containing Ti, and the rim part includes a core structure made of a composite carbonitride containing tungsten (W).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소결체의 적어도 일면에는 1층 또는 2층 이상의 경질피막이 형성되는 것을 특징으로 하는, 서멧 절삭공구.
The method of claim 1 or 2,
A cermet cutting tool, characterized in that one or two or more layers of hard coating are formed on at least one surface of the sintered body.
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