KR19990063395A

KR19990063395A - 세라믹 절삭 공구

Info

Publication number: KR19990063395A
Application number: KR1019980057988A
Authority: KR
Inventors: 히데키 가토
Original assignee: 가네가와 시게노봇; 닛폰토쿠슈도교 주식회사
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 1999-07-26
Also published as: EP0926108B1; DE69829936T2; KR100528558B1; DE69829936D1; EP0926108A1; US6248681B1; JPH11189473A

Abstract

본 발명은 세라믹 절삭 공구에 관한 것으로, 세라믹 절삭 공구는 티탄 카보니트라이드계 경질상과 알루미늄계상을 주성분으로 포함하고, 여기서 세라믹 재료는 다음의 관계를 만족하며,

10wt% ≤ WAl₂O₃≤ 45wt%,

51wt% ≤ WTiCN ≤ 89.5wt%,

96wt% ≤ WAl₂O₃+ WTiCN ≤ 99.5wt%

여기서 WAl₂O₃는 Al₂O₃에 대해 계산된 알루미늄의 무게 함량을 나타내고, WTiCN는 상기 티탄 카바이드 경질상의 무게 함량이고, WTiC는 WTi + WC로 정의되고, WTi와 WC는 각각 티탄 성분과 탄소 성분의 무게 함량이다.

Description

세라믹 절삭 공구

본 발명은 세라믹 절삭 공구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들면 덕타일 주철(구상 흑연 주철)의 절삭에 적합한 세라믹 절삭 공구에 관한 것이다.

근년, 기계가공의 고속화, 고능율가공화가 급속히 진행되고 있다. 이러한 경향에 대응할 수 있는 고성능의 세라믹 재료가 요구되고 있다. 예를 들면, 티탄 카바이드는 높은 융점 및 경도 및 낮은 열팽창계수를 나타내고 고온에서 열전도도가 떨어지지 않는 것을 나타낸다. 따라서, 티탄 카바이드는 높은 내스폴링(high spalling residtance)을 가진 고온 재료로서 알려져 있다. 그러나, 티탄 카바이드는 소결되기 매우 어렵다. 따라서, 절삭 공구등에 사용되는 치밀한 소결 제품을 얻기 위해서는,타타늄 카바이드는 예를 들면 Co 및 Ni과 같은 금속과 복합시켜 세르멧(cermet)을 형성하는 것이 불가결로 되어 왔다.

그러나, 세르멧은 몇가지 문제점을 가지고 있다. 이와 같이 혼합된 금속은 세르멧의 내열성을 열화시키므로, 티탄 카바이드의 우수한 내열성이 유효하게 활용되고 있다고는 거의 말할 수 없다. 예를 들면, 덕타일 주철 등의 인성(toughness) 및 연성이 풍부한 철계 재료의 고속절삭에 적용한 경우, 세르멧으로 제작된 절삭 공구는 내열성 부족으로 인해 그 수명을 얼마 안가서 다하게 된다.

이들 문제점을 제거하기 위해서는, 고온에서 나쁜 영향을 방지하고 개선된 내열성을 나타내는 티탄 카바이드중에 금속의 고체 용액을 포함하는 티탄 카바이드계 세라믹 재료가 제안되어 있다(JP-B-2-25866(여기서 사용된 용어 JP-B는 심사를 거친 일본 특허 공보를 의미함)), JP-A-62-36065(여기에 사용된 용어 JP-A는 심사되지 않고 공개된 일본 특허 출원 을 의미함)). 상기 공보에 개시된 세라믹 재료는 내열성이 양호하지만, 상기 세르멧보다 훨씬 낮은 인성을 나타내고 칩핑(chipping)이 생기기 쉽다는 문제점이 있다.

한편, 개선된 인성을 나타내고 한편 양호한 고온성을 유지하는 티탄 카바이드계 세라믹 재료로서 여기에 첨가된 실리콘 카바이드 위스커(silicom carbide whisker)를 포함하는 것이 제안되어 있다(JP-B-8-16028). 이 티탄 카바이드계 세라믹 재료는 실리콘 카바이드 위스커의 배합으로 인해 개선된 인성을 나타내지만, 철계 재료 특히 덕타일 주철의 절단에 사용될 경우 절단재중의 철과 위스커중의 실리콘이 반응하여, 내마모성을 크게 열화시킨다는 문제점이 있다.

(발명의 요약)

본 발명의 목적은 우수한 인성을 나타내고 덕타일 주철 등의 거친 철계 재료을 절단할 수 있는 우수한 내열성 및 내마성을 가진 티탄계 경질상을 주성분으로 하는 세라믹 절삭 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는, 그 주요부가 세라믹 재료로 구성되고, 상기 세라믹 재료는 티탄 카보니트라이드를 포함하는 티탄 카보니트라이드계 경질상과 알루미나를 포함하는 알루미나계상을 포함하고,

상기 세라믹 재료는, WTi, WC와 WN를 각각 티탄 성분, 탄소 성분과 질소 성분의 무게 함량이라고 하고, WTiC가 WTi + WC + WN으로 정의된다고 가정할 때, WAl₂O₃는 Al₂O₃에 대해 계산된 알루미늄의 무게 함량을 나타내고, WTiCN은 상기 티탄 카보니트라이드 경질상의 무게 함량을 나타내는 다음의 관계식:

10wt% ≤ WAl₂O₃≤ 45wt%,

51wt% ≤ WTiCN ≤ 89.5wt%,

96wt% ≤ WAl₂O₃+ WTiCN ≤ 99.5wt%

을 만족한다.

도 1a 내지 도 1c는 각각 실시예에 사용되는 세라믹 절삭 공구 시료의 사시도, 부분 측면도 및 부분 확대도.

도 2a 내지 도 2d는 절삭 시험의 개요를 나타낸 도면.

도 3a 내지 도 3c는 절삭 시험에 있어서 절삭재에 대한 세라믹 절삭 공구의 위치를 나타낸 평면도, 좌측면도 및 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1a: 코너 1b:에지부

1c: 에지부

본 발명의 제 1 특징에 정의된 절삭 공구에 사용된 세라믹 재료에 있어서, 주로 경질상을 형성하는 티탄 카보니트라이드는 우수한 내열성을 가진 티탄 카바이드와 우수한 인성을 가진 티탄 니트라이드 모두의 이점을 가진다. 따라서, 내열성 및 내마모성이 우수한 세라믹 절삭 공구가 실현될 수 있다. 또한, 주로 알루미나계상을 형성하는 알루미나는 낮은 자유 에너지를 발생하는 우수한 내산화성(acid resistance)을 가지는 화학적으로 안정한 물질이다. 티탄 카보니트라이드중에 알루미나를 분산시킴으로써 세라믹 재료의 내산화성 및 화학적 안정성 전체를 개선시킬 수 있다. 따라서, 철계 재료의 절삭에 사용될 경우에도, 세라믹 재료는 과도한 반응을 하지 않으므로, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 개선시킬 수 있다. 이들 효과는 고속으로 덕타일 주철 등의 거친 철계 재료를 절단할 수 있게 하여 수명이 늘어난 세라믹 절삭 공구를 실현할 수 있다.

세라믹 재료중의 알루미나의 함량에 대응하는 WAl₂O₃는 10 내지 45중량%의 범위에서 조정된다. 티탄 카보니트라이드계 경질상의 함량에 대응하는 WTiCN 은 51 내지 89.5중량% 범위로 조정된다. 또한, WAl₂O₃+WTiCN 은 96 내지 99.5중량% 범위로 조정된다. 이들 값은 다음과 같은 한계적 의미를 가진다.

WAl₂O₃가 10중량%이하로 떨어지면, 세라믹 재료의 내산화성과 화학 안정성의 향상효과가 불충분하게 된다. 한편, WAl₂O₃가 45중량%을 초과하면, 티탄 카보니트라이드(즉, WTiCN)의 상대 함량이 감소되어 세라믹 재료의 내열성 및 경도를 떨어지게 한다. 세라믹 재료의 경도와 인성의 균형을 고려하여 WAl₂O₃는20 내지 30중량%의 범위로 조정되는 것이 바람직하다.

WTiCN이 51중량%아래로 떨어지면, 티탄 카보니트라이드(즉, WTiCN)의 상대 함량이 감소되어 세라믹 재료의 내열성 및 경도를 떨어지게 한다. 한편, WTiCN가 89.52중량%를 초과하면, 알루미나의 상대 함량이 감소되어, 세라믹 재료의 내산화성 및 화학 안정성 향상효과가 불충분하게 된다. WTiCN은 66 내지 79.5중량% 범위로 조정되는 것이 바람직하다.

또한, WAl₂O₃+ WTiCNDL 96중량%이하이면,세라믹 재료를 주로 형성하는 알루미나 및 티탄 카보니트라이드의 함량이 불충분하여, 원하는 공구 특성을 얻을 수 없게 한다. 한편, WAl₂O₃+WTiCN가 99.5중량%을 초과하면, 이하에서 설명되는 소결 조제 성분의 함량이 불충분하여, 고밀도 소결 제품을 얻을 수 없게 한다.

본 발명의 제 2 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 특징에 따른 세라믹 공구이며, 여기서 KTi를 상기 세라믹 재료중의 Ti성분의 몰 함향이고, KC를 상기 세라믹 재료중의 C 성분의 몰 함량이고, KN을 상기 세라믹 재료중의 N 성분의 몰 함량이라고 하면, KN/(KC + KN)과 KTi/(KC + KN)은 0 내지 0.5의 범위 및 0.6 내지 0.9의 범위로 각각 조정된다.

전술한 것과 같이, 티탄 카보니트라이드는 우수한 내열성을 가진 티탄 카바이드와 우수한 경도를 인성을 가진 티탄 니트라이드의 이점 모두를 가진다. KN/(KC + KN)을 조정함으로써 전자의 특정 및 후장의 특성 균형 잡히게 한다. 예를 들면, 특히 경도 또는 내열성을 향상시킬 필요가 있을 경우에는, KN/(KC + KN) 값이 약간 감소될 수 있다. 즉 C성분의 함량이 증가될 수 있다. 한편, 보다 높은 인성을 고정할 필요할 있을 경우에는, KN/(KC + KN)값은 소정의 약간 더 높게, 즉 N성분 함량이 증가될 수 있다. 그러나, KN/(KC + KN) 값이 0.5를 초과하면, 세라믹 재료는 불충분한 경도 또는 내열성을 가지게 된다. KN/(KC+KN) 값은 0.3이하가 바람직하다.

가벼운 원소(C, N)의 함량 대 Ti성분의 함량비인 KTi/(KC+KN)값이 0.6이하로 떨어지면, 불안정 화합물이 석출되어, 세라믹 재료의 화학 안정성의 손상 또는 재료의 고온 특성을 열화시킬 수 있다. 한편, KTi/(KC+KN)값이 0.9를 초과하면, 유리의 가벼운 원소가 석출되거나 재료의 소결성이 열화되어, 기공이 발생하기 쉽게 되어, 재료의 경도, 인성 또는 강도를 감소시킨다.

본 발명의제 3 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 또는 제 2 특징에 다른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서 상기 세라믹 재료중의 상기 티탄 카보니트라이드계 경질상의 평균 입경은 0.5㎛이하이다. 위에서 정의된 범위로의 티탄 카보니트라이드계 경질상의 평균 입경을 미리 결정함으로써 경도, 강도 및 인성이 더욱 우수한 세라믹 절삭 공구를 실현할 수 있다. 티탄 카보니트라이드계 경질상의 평균 입자직경은 0.3㎛이하로 미리 정해지는 것이 바람직하다. 알루미나상의 평균 입자 직경은 충분한 강도와 경도를 갖는 세라믹 재료를 제공하기 위해 1.0㎛이하로 미리 정해지는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 4 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 그 필수 부분으로서, 티탄 카바이드를 주성분으로 하는 티탄 카바이드계 경질상과 알루미나를 주성분으로 하는 알루미나계상을 주성분으로 포함하는 세라믹 재료이며, 상기 티탄 카바이드계 경질상과 알루미나계상은 다음과 같은 관계를 만족한다:

10wt% ≤ WAl₂O₃≤ 45wt%,

51wt% ≤ WTiCN ≤ 89.5wt%,

96wt% ≤ WAl₂O₃+ WTiCN ≤ 99.5wt%

여기서 WAl₂O₃는 Al₂O₃에 대해 계산된 알루미늄의 무게 함량을 나타내고, WTiC는 상기 티탄 카바이드 경질상의 무게 함량이고, WTiC는 WTi + WC로 정의되고, WTi와 WC는 각각 티탄 성분과 탄소 성분의 무게 함량이며, 상기 티탄 카바이드계 경질상의 평균 입경은 0.5㎛이하이다.

본 발명의 제 4 특징의 절삭 공구에 사용된 세라믹 재료에 있어서, 경질상을 주성분으로 하는 티탄 카바이드는 우수한 내열성과 높은 경도를 나타낸다. 또한, 0.5㎛이하의 경질상의 평균 입경을 미리 결정하는 것은 인성의 향상을 허용하여, 내열성, 내마모성 및 인성이 우수한 세라믹 절삭 공구를 실현할 수 있게 한다. 또한 알루미나계상을 주성분으로 하는 알루미나는 낮은 자유에너지를 발생하는 우수한 내산화성을 가진 화학적으로 안정한 물질이다. 티탄 카바이드중의 알루미나의 분산은 세라믹 재료 전체의 내산화성 및 화학 안정성을 개선할 수 있게 한다. 따라서, 철계 재료의 절삭에 사용될지라도, 세라믹 재료는 과도한 반응을 일으키지 않아, 절삭 공구의 내마모성을 더욱 향상시킬수 있게 한다. 이들 총합적인 효과는 고온에서 덕타일 주철과 같은 강인한 철계 재료를 절단가능하게 하고 수명이 향상된 세라믹 절삭 공구를 실현가능하게 한다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제 5 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 4 특징에 따른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서 KTi를 상기 세라믹 재료중의 Ti의 몰 함량이라 하고 KC 를 상기 세라믹 재료중의 C성분의 몰 함량이라고 하면, Q(=KTi/KC)의 값은 0.6 내지 0.9범위로 조정된다.

가벼운 원소 성분(C)의 함량 대 티탄 성분의 함량의 비인 KTi/KC 값이 0.6이하이면, 재료의 고온 특성은 열화할 수 있다. 한편, KTi/KC값이 0.9를 초과하면, 재료의 소결성이 열화되어 재료의 경도, 인성 또는 강도를 열화시키는 공간을 형성할 수 있다.

본 발명의 제 6 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 내지 제 5 특징중 어느 하나에 따른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서 상기 세라믹 재료는 0.5 내지 4중량%의 양으로 여기에 배합되는 Al₂O₃이외의 금속산화물을 주성분으로 포함하는 소결 조제 성분을 포함한다.

세라믹 재료중의 이와 같은 소결 조제 성분을 배합하는 것은 소결을 가속시켜, 높은 강도를 갖는 치밀한 세라믹 절삭 공구를 안정적으로 얻을 수 있게 한다. 소결 조제 성분의 함량이 0.5중량%이하이면, 상기한 효가가 불충분하게 나타난다. 한편, 소결 조제 성분의 함량이 4중량%를 초과하면, 재료의 내열성이 손상될 수 있다.

본 발명의 제 7 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 내지 제 6 특징중 어느 한항에 따른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서 상기 세라믹 재료는 Mg는 전부 MgO로, Ca는 전부 CaO로, Zr는 전부 ZrO₂로, Hf는 전부 HfO₂로, Ce는 전부 CeO₂로, Pr은 전부 Pr₆O₁₁로, Tb는 전부 Tb₄O₇로 그리고 금속 성분의 잔량은 M₂O₃로 산출된 0.5 내지 4중량%의 전체량으로 배합되는(여시서, M은 Ce, Pr 및 Tb를 제외한 상기 희토류 원소를 나타냄), Mg, Ca,Zr, Hf 및 R(여기서 R은 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군에서 선택된 하나이상의 희토류 원소를 포함함)로 이루어진 군에서 선택된 하나이상의 금속 성분을 포함한다.

상기 금속 성분은 산화물 형태로 재료에 포함되어도 된다. 소결될 경우, 이들 금속 성분은 용융되고 유리화되어 소결을 가속화하는 소결 조제로서 작용하는 액상을 형성한다. 이들 금속 성분은 대부분 산화물 형태로 이렇게 소결된 세라믹 재료로 존재한다고 가정하자. 그러나. 이들 금속 성분은 종종 비정질 유리상을 형성하여 각각의 산화물 형태로 거의 식별되지 못한다. 이 경우에, 이들 금속 성분의 전체 함량은 각각의 산화물로 계산된 0.5 내지 4중량%이어도 된다. 산화물로 계산된 이들 금속 성분의 전체 함량이 0.5중량%이하로 되면, 치밀한 세라믹 재료는 거의 얻을 수 없다. 한편, 산화물에 대해 계산된 이들 금속 성분의 함량이 4중량%를 초과하면, 재료의 내열성이 손상될 수 있다.

본 발명의 제 8 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 내지 제 7 특징중 어느 한항에 따른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서, 상기 세라믹 재료는 5.6MPam^1/2이하의 파괴인성치를 나타낸다.

본 발명의 제 9 특징에 정의된 세라믹 절삭 공구는 본 발명의 제 1 내지 제 8 특징중 어느 한항에 따른 세라믹 절삭 공구이며, 여기서 상기 세라믹 재료는 2,200이하의 비커 경도(Vickers hardness) Hv를 나타낸다.

본 발명을 이용함으로써 상기한 것과 같은 높은 인성과 높은 경도를 가진 세라믹 절삭 공구를 실현하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 얻어진 세라믹 절삭 공구는 어떤 문제를 일으키지 않고 고속으로 덕타일 주철과 같은 강인한 철계 재료를 절단할 수 있다. 여기에서 사용된 파괴인성치는 JIS-R1607(1990)에 규정된 파괴인성시험법중의 하나인 IF법(Indentation-Fracture method)로 측정된 값을 나타낸다.

상기 절삭 공구(세라믹 재료)의 제조 방법은 이하에 기술한다.

원료 재료 분말의 혼합 및 분쇄는 볼 밀, 애트라이터 및 V-형 믹서 등의 공지된 혼합 수단으로 달성될 수 있다. 티탄 가보니트라이드에 있어서, KN/(KC + KN) 또는 KTi/(KC+KN)의 값은 조정할 필요가 있다. 이들 값의 조정은 티탄 카바이드 분말과 원료로서 사용된 티탄 니트라이드의 혼합비를 조정함으로써 달성될 수 있다. 다른 방법으로는, 원하는 탄소와 질소 혼합비를 가진 티탄 카보니트라이드가 사용되어도 된다. 다른 방법으로는, 질소 첨가 및 탄소제거 등의 처리가 소결 분위기로서 비산화성 분위기를 사용하여 KN/(KC + KN) 또는 KTi/(KC+KN)의 값을 조정해도 된다.

상기 원료 분말은 원하는 형상으로 형성되어도 되고, 이후 고온 프레싱, 통상의 소결 및 HIP 처리 등의 소결을 행하여 절삭 공구를 제조해도 된다. 소결중, 원료는 1,500 내지 2,000온도로 가열될 필요가 있다.

예

이하의 실시예에 의해, 보다 상세히 본 발명을 설명한다.

원료로서 다음과 같은 재료가 사용된다.

(1) 평균 입경 1.0㎛의 TiC_0.9와 Ti(C_0.7N_0.3)_0.85,

(2) 평균 입경 0.8㎛의 Al₂O₃,

(3) 평균 입경 0.8 내지 2㎛의 CaO, MgO, ZrO₂, Y₂O₃, Yb₂O₃및 Dy₂O₃.

다양한 원료에 대해 각각 소정 특성이 특정되었고, 이후 30분동안 스테인레스 볼 밀에서 아세톤으로 웨트-그라인드되었다. 이후, 혼합물은 건조기에서 건조되고 아세톤을 증발시켰다. 따라서, 기초 분말이 얻어졌다

기초 분말은 표 1에 기재된 소결 온도에서 표 1에 기재된 소결 방법에 의해 소결되어 비교예와의 비교 시험이 행해진 절삭 공구를 얻었다. 본 예에 있어서, 다음과 같은 소결 방법이 사용되었다.

(1) 200kgf/cm²압력, Ar 분위기하에서 30분 동안 고온 프레싱(이하 간단히 H.P라고 함),

(2) 감압의 (Ar+ N₂) 분위기하에서 1시간동안 통상 소결(이하 간단히 NS라고 함),

(3) 감압의 (Ar+ N₂) 분위기하에서 1시간 동안 1차 소결을 행하고, 그 후 1500℃, Ar중 1500기압, 2시간 유지조건의 시간에서, 열간 정수압가압법(HIP, hot hydrostatic pressure pressing method)으로 2차 소결(이하 간단히 HIP라고 함).

방법 (2) 및 (3)에 있어서, 질소첨가 또는 탄소제거가 Ar 과 N₂의 다양한 혼합 비율과 분위기 압력으로 소결과 동시에 행해져서 소결된 제품의 조성을 조정하였다.

이와 같이 얻어진 소결 제품은 다이아몬드 연마 휠에 의해 연마되어 도 1a 내지 도 1c에 도시된 형상(ISO 에서 SNGN120408로서 규정됨)을 가진 절삭 공구 시료를 제조한다. 구체적으로는, 시료 1은 측면 길이 12.7mm와 두께 약 4.76mm을 가진 거의 사각형 단면을 가진 편평한 프리즘이었다. 코너(1a)는 약 0.8mm의 곡률 반경을 가졌다. 에지부(1b)는 모떼기되어 주면(1c)측상의 챔퍼의 폭이 약 0.1mm이었고 주면(1c)에 대한 챔퍼의 경사각 θ은 약 25℃였다.

다양한 시료는 각각 경면연마가공되고, JIS_R1607(1990)에 규정된 방법이 사용되어, 이후 이론값(상대 밀도), 파괴인성 및 빅커즈 경도에 대한 밀도비에 대해 측정되었다. 구체적으로는, 비커 인덴터가 30초동안 30kgf의 하중에서 시료에 대해 가압되었다. 빅커즈 경도는 압괴 영역과 하중에 의해 측정되었다. 시료는 전자 현미경 주사에 의해 연마면에 대해 관찰되었다. 이렇게 얻어진 상으로부터, 티탄 카보니트라이드계 경질상(또는 티탄 카바이드계 경질상)의 입자 직경이 측정되었다. 그 결과를 표 2에 기재하였다.

댜양한 시료의 조성을 판정하기 위해, Ti 성분(WTi), Al 성분(WAl) 및 소결 조제로서의 금속 성분의 무게 함량이 형광 X-레이 분석에 의해 동정되고, C 성분(WC)과 N 성분(WN)의 무게 함량은 가스 분석에 의해 동정되었다. WAl은 이후 산화물계로 변환되어 알루미나 WAl₂O₃의 무게 함량이 측정되었다. 경질상(WTiCN 또는 WTiC)의 무게 함량은 WTi + WC + WN(또는 WTi + WC)로부터 측정되었다. 다양한 무게 함량은 몰 함량으로 변환되어 상기한 KN/(KC + KN)의 값이 판정되었다. 그결과는 표 1에 기재되어 있다. 오거(Auger) 전자 분광법 및 X-선 광전자 분광법은 거의 모든 C성분고 N 성분이 티탄을 갖는 화합물의 형태로 소결된 제품에 배합되고, 즉 티탄 카보니트라이드계 경질상 또는 티탄 카바이드계 경질상에 합체되게 된다.

다양한 시료(세라믹 절삭 공구)가 다음의 조건하에서 절삭 특성에 대해 평가되었다.

(내마모성 절삭 조건 시험)

도 2a에 도시된 형상을 가진 로드 공작물(작업재)W는 그 축상에서 회전된다. 홀더로 지지된 도 1a 내지 도 1c에 도시된 시료 1는 도 2c에 도시된 것과 같이 공작물 W의 외주와 접촉하게 된다. 레이크 면으로서의 주면(1c)(이하, 1c라고 함)과 릴리프 면으로서의 측면(1e)(도 1a 내지 도 1c)중 하나에 의해, 공작물 W 의 외주는 다음과 같은 조건에서 연속적으로 웨트-그라인딩되었다.

공작물 : 턱타일 주철(JIS: FCD600), 원형 로드(외경 φ:240mm, 길이 : 200mm)

절삭 속도 V : 250m/분

이송량 f : 0.2mm/1회전

절삭 깊이 d : 0.5mm

절삭유 : 수용성 절삭유 W1 종 1호 Z(JISK2241(1986)에 규정되어 있는 것), 또는 에멀젼화된 불휘발분을 90%이상 함유하고, 그 pH는 8.5 내지 10.5이고, 불휘발분은 0 내지 30중량%의 지방산과, 50 내지 80중량%의 광물유와, 15 내지 35%의 계면 활성제를 함유하는 것)

또한, 공작물 W에 대한 시료 1의 위치는 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있다.

도 3a 내지 도 3c에 있어서, 1g는 횡릴리프면을 나타내고, 1f는 정면 릴리프면을 나타낸다. 또한, O는 공작물 W의 중심축을 나타내고, D는 시료의 수평 중심을 관통하고 주면 1c'(O와 교차함)의 대각선에 평행한 직선을 나타내고, E는 공작물 W의 외주와 D의 교차점(시료에 의한 절단점)을 나타내고, J는 E을 관통하고 O와 교차하는 직선을 나타내고, K는 시료의 수평 중심을 지나고 주면 1c'에 평행한 평면을 나타내고, φ는 D와 J와의 교차각을 나타내고, δ는 O에 대한 K의 꼬임각을 나타낸다.

판정: 절단 종료 후, 절단 모서리의 릴리프면상의 마모 Vn(횡측 릴리프면 1g상의 릴리프면상의 절단 방향에서의 마모 높이)가 측정되었다.

(내결손성 절삭 조건시험)

도 2d에 도시된 형상을 가진 로드 공작물 W이 그 축선위에서 회전되었다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 시료 1는 도 2c에 도시된 것과 같이 공작물 W 의 외주와 접촉하게 하였다. 레이크 면으로서의 주면(1c)(이하 1c라고 함)과 릴리프 면으로서의 측면(1e)을 이용하여, 공작물W의 외주가 다음과 같은 조건하에서 연속적으로 웨트-연마되었다.

공작물 : 덕타일 주철(JIS: FCD600), 등간격으로 제공된 12개의 종방향 홈을 가진 둥근 로드(외경 φ: 240mm, 길이: 200mm, 홈깊이: 40mm, 홈의 폭 : 5mm)

절삭속도 V : 150m/분

이송량 f : 0.25 mm/1회전

절삭 깊이 d : 0.5mm

절삭유 : 내마모성 절삭 조건 시험에서 사용된 것과 동일

판정 : 결손이 생길때까지의 충격횟수(홈 통과 횟수)

이상의 결과를 표 2에 나타낸다.

이들 결과는 본 발명에 따른 세라믹 절삭 공구 시료는 내마모성과 내결손성 모두가 우수한 절삭 특성을 나타내는 것을 보여주고 있다.

Claims

세라믹 재료로 그 주요부가 구성된 세라믹 절삭 공구에 있어서,

상기 세라믹 재료는 티탄 카보니트라이드를 포함하는 티탄 카보니트라이드계 경질상과 알루미나를 포함하는 알루미나계상을 포함하고,

상기 세라믹 재료는, WTi, WC와 WN를 각각 티탄 성분, 탄소 성분과 질소 성분의 무게 함량이라고 하고, WTiCN가 WTi + WC + WN으로 정의된다고 가정할 때, WAl₂O₃는 Al₂O₃에 대해 계산된 알루미늄의 무게 함량을 나타내고, WTiCN은 상기 티탄 카보니트라이드 경질상의 무게 함량을 나타내는 다음의 관계식:

10wt% ≤ WAl₂O₃≤ 45wt%,

51wt% ≤ WTiCN ≤ 89.5wt%,

96wt% ≤ WAl₂O₃+ WTiCN ≤ 99.5wt%

을 만족하는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, KTi는 상기 세라믹 재료의 Ti성분의 몰 함량이고, KC는 상기 세라믹 재료의 C 성분의 몰 함량이고, KN은 상기 세라믹 재료의 N 성분의 몰 함량이라고 할 때, KN/(KC + KN) 과 KTi/(KC+KN)은 0 내지 0.5의 범위와 0.6 내지 0.9의 범위로 각각 조정되는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료의 상기 티탄 카보니트라이드계 경질상의 평균 입경은 0.5㎛이하인 세라믹 절삭 공구.
세라믹 재료로 그 주요부가 구성된 세라믹 절삭 공구에 있어서,

상기 세라믹 재료는 티탄 카바이드를 포함하는 티탄 카바이드계 경질상과 알루미나를 포함하는 알루미나계상을 포함하고,

상기 세라믹 재료는, WTi와 WC를 각각 티탄 성분과 탄소 성분의 무게 함량이라고 하고, WTiC가 WTi + WC로 정의된다고 가정할 때, WAl₂O₃는 Al₂O₃에 대해 계산된 알루미늄의 무게 함량을 나타내고, WTiC은 상기 티탄 카바이드 경질상의 무게 함량을 나타내는 다음의 관계식:

10wt% ≤ WAl₂O₃≤ 45wt%,

51wt% ≤ WTiCN ≤ 89.5wt%,

96wt% ≤ WAl₂O₃+ WTiCN ≤ 99.5wt%

을 만족하고,

상기 티탄 카바이드계 경질상의 평균 입경은 0.5㎛이하인 세라믹 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, KTi을 상기 세라믹 재료의 Ti 성분의 몰 함량, KC를 상기 세라믹 재료의 C성분의 몰 함량이라고 할 때, Q(=KTi/KC)의 값은 0.6 내지 0.9의 범위로 조정되는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 0.5 내지 4중량%의 양으로 포함된 Al₂O₃외의 금속 산화물을 주성분으로 하는 소결 조제 성분을 포함하는 세라믹 공구 재료.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 0.5 내지 4중량%의 양으로 포함된 Al₂O₃외의 금속 산화물을 주성분으로 하는 소결 조제 성분을 포함하는 세라믹 공구 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는, Mg, Ca, Zr, Hf 및 R(단 R는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 희토류 원소를 포함)에서 선택되는 1 종 또는 2 이상으로 이루어진 금속성분을, Mg는 전부 MgO, Ca는 전부 CaO, Zr은 전부 ZrO₂, Hf는 전부 HfO₂, Ce는 전부 CeO₂, Pr은 전부 Pr₆O₁₁, Tb는 Tb₄O₇, 그외는 전부 M₂O₃(단 M은, Ce, Pr 및 Tb를 제외한 상기 희토류 원소)로 환산한 중량으로, 합계로 0.5 내지 4중량%의 범위로 함유하는 세라믹 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는, Mg, Ca, Zr, Hf 및 R(단 R는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu으로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 희토류 원소를 포함)에서 선택되는 1 종 또는 2 이상으로 이루어진 금속성분을, Mg는 전부 MgO, Ca는 전부 CaO, Zr은 전부 ZrO₂, Hf는 전부 HfO₂, Ce는 전부 CeO₂, Pr은 전부 Pr₆O₁₁, Tb는 Tb₄O₇, 그외는 전부 M₂O₃(단 M은, Ce, Pr 및 Tb를 제외한 상기 희토류 원소)로 환산한 중량으로, 합계로 0.5 내지 4중량%의 범위로 함유하는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 5.6 MPam^1/2이상의 파손 인성치를 나타내는 세라믹 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 5.6 MPam^1/2이상의 파손 인성치를 나타내는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 2,200이상의 빅커즈 경도(Vickers hardness)(Hv)를 나타내는 세라믹 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 2,200이상의 빅커즈 경도(Vickers hardness)(Hv)를 나타내는 세라믹 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 다음의 관계식:

66wt% ≤ WTiCN ≤ 79.5wt%을 만족하는 세라믹 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 다음의 관계식:

66wt% ≤ WTiCN ≤ 79.5wt%을 만족하는 세라믹 절삭 공구.