KR20000062954A

KR20000062954A - 절삭공구 및 내마모재

Info

Publication number: KR20000062954A
Application number: KR1020000013831A
Authority: KR
Inventors: 노무라마코토; 가토히데키; 요시다히로시
Original assignee: 오카무라 가네오; 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-18
Publication date: 2000-10-25
Also published as: US20010027681A1; EP1038854A1; US6314798B2; JP2000271807A

Abstract

(과제) 내마모성등의 우수한 성질을 가지는 질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구 및 내마모재를 제공한다.

(해결수단) 절삭공구(1)는 ISO규격: SNGN120408 형상의 네거티브 팁이다. 구체적으로는 경사면(3)측의 4개의 각 변(절삭날)(5)이 각각 12.7㎜, 두께가 4.76㎜인 직육면체의 팁이다. 이 절삭공구(1)의 절삭날(5) 선단에서 0.2㎜이내의 폭 영역에 있어서의 미세경도 H.Plast는 21.2GPa이상이고, 또한 그 미세경도 HU는 11.2GPa이상이다. 또, 절삭공구(1)의 경사면(3)의 대략 중앙에서 측정한 비커즈 경도는 14.5GPa이상이다. 또한, 절삭공구(1)내의 산소량은 1.0∼2.0중량%의 범위이다.

Description

절삭공구 및 내마모재{Cutting Tool and Wear-Resistant Material}

본 발명은 질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구나 베어링 볼(bearing ball)등의 내마모재에 관한 것이다.

종래에는, 예를 들면 절삭공구나 베어링 볼등의 내마모부품(내마모재)등에는 우수한 강도를 가지는 질화규소를 주성분으로 하는 질화규소 소결체가 사용되고 있다.

근래에는, 이 질화규소 소결체를 절삭공구로서 사용하는 경우에, 내마모성을 향상시키기 위해서 주성분에 첨가하는 소결조제(어느 종류의 산화물)를 저감시키는 기술이 제안되고 있다(일본국 국제특허공개 평8-503664호 공보참조).

이것과는 별도로, 내마모성이 높은 절삭공구를 실현하기 위해서, 본원 발명자들에 의해서 절삭공구의 절삭날 근방의 경도(硬度)를 관리하는 기술이 연구되고 있으나, 종래에는 이와 같은 관리가 되어 있지 않은 것이 현상이다.

예를 들면, 종래에는 절삭공구의 비커즈 경도를 측정할 경우, 절삭공구의 경사면측의 대략 중앙에 압입자를 압입하여 경도를 측정하고 있었으며, 절삭공구의 절삭날 근방의 경도는 측정하지 않았다. 이것은, 비커즈 경도를 측정하기 위해서는 어느 정도의 면적이 필요하기 때문이고, 따라서 절삭공구의 절삭날 근방의 경도를 정확하게 측정한다는 것은 실제로는 불가능하였기 때문이다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 내마모성등의 우수한 성질을 가지는 질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구 및 내마모재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 유니버설 경도시험을 나타낸 설명도

도 2는 절삭공구의 절삭날 근방을 나타낸 설명도

도 3은 베어링 볼의 표면 근방을 나타낸 설명도

도 4는 실시예 1의 절삭공구를 나타낸 사시도

※도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 - 절삭공구 3 - 경사면

4 - 절삭날

a) 본 발명에서는 절삭공구 및 내마모재에 대하여, 소위 유니버설 경도시험 (universal hardness test)에 의해서 얻어지는 유니버설 경도를 측정하고 있다.

이 "유니버설 경도시험"이란, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압입자에 하중(시험하중)을 가하여 시료 표면을 오목하게 한 상태(즉, 압입자가 시료 표면에 압입된 상태) 그대로의 상태에서 오목부의 깊이(압입깊이)를 계측하고, 시험하중과 압입깊이로부터 시료의 경도를 측정하는 방법이다.

상기 "경도(硬度)"란 「어느 물체에 있어서의 다른 것보다 단단한 물체의 압입에 대한 항력(抗力)」이라고 정의되어 있기 때문에, 상기 유니버설 경도시험에 의하면, 탄성변형분이 비교적 많이 포함된 재료라 하더라도 탄성변형의 요소가 고려된 보다 정확한 경도측정을 할 수 있다.

즉, 유니버설 경도시험은 종래와 같이 압입자를 시료 표면에 압입하고, 압입자를 제거한 후의 잔류 오목부를 현미경으로 측정하여 경도를 구하는 방법에 비해 인위적인 오차가 없는 방법이다.

또한, 유니버설 경도시험에 의하면, 종래의 비커즈 경도를 측정하는 경우에 비해 시료의 근소한 범위에 있어서의 경도를 측정하는 것도 가능하다.

b) 본 발명에 있어서의 미세경도(microhardness)는 독일규격 DIN 50359-1에 규정되어 있는 유니버설 경도시험에 의해서 얻어진 값을 나타내고 있다.

즉, 본 발명의 "미세경도 HU"란, 상기 유니버설 경도시험에 의해서 측정된 유니버설 경도(HU)이고, "미세경도 H.Plast"란, 유니버설 경도의 소성경도(塑性硬度)(H.Plast)라 불리우는 것이다.

① 이 중에서 유니버설 경도(HU)는, 하기식 (1)에 나타낸 바와 같이 시험하중(F[N])을 이 시험하중(F)의 작용하에서의 압입깊이(t[㎜])로부터 산출한 면적(=압입자 표면적)(A(t)[㎟])으로 나눈 값([N/㎟])이다.

유니버설 경도(HU) = 시험하중(F)/압입자 표면적(A(t)) ……(1)

또, 압입자의 선단은 대향면 각도(α)가 136°인 사각뿔형상으로 형성되어 있으며, 압입자 표면적(A(t))은 압입자의 기하학적 형상을 고려하여 압입깊이(t)로부터 하기식 (2)에 의해서 산출된다.

A(t) = 4·{sin(α/2)/cos²(α/2)}·t² ……(2)

=26.43·t²

따라서, 시험하중(F)이 가해진 상태의 압입자에 의해서 시료 표면의 압입깊이(t)를 계측함으로써, 상기식 (1), (2)에서 얻어지는 하기식 (3)에 의해서 유니버설 경도(HU)가 산출된다.

HU = F/(26.43·t²) ……(3)

② 또, 유니버설 경도의 소성경도(H.Plast)는 상기식 (3)의 압입깊이(t)를, 하기식 (4)에 나타낸 바와 같이 hr[㎜]로 치환한 값([N/㎟])이다.

H.Plast = F/(26.43·hr²) ……(4)

여기서, hr은 도 1에 나타낸 바와 같이 시험하중(F)이 최대일 때(Fmax)(시험하중 저감영역)의 압입깊이 곡선의 접선과 압입깊이 축과의 교점이다.

③ 또한, 본 발명에 있어서, 유니버설 경도(HU), 유니버설 경도의 소성경도 (H.Plast)는 모두 최대 시험하중(Fmax)이 1000mN인 경우의 값이다. 또, 비커즈 경도는 최대 시험하중(Fmax)이 30kgf인 경우의 값이다.

이하, 본 발명의 청구항에 대하여 설명한다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위한 청구항 1의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 절삭공구의 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이기 때문에, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 내마모성이 우수하다.

여기서, "절삭날 근방"이란, 예를 들면 도 2에 사선으로 나타낸 바와 같이, 변(邊)을 이루는 절삭날 선단(각을 이루는 노즈부도 포함한다)에서 0.2㎜이내의 폭 영역이다(이하 같음).

(2) 청구항 2의 발명은,

상기한 청구항 1에 있어서, 상기 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 절삭공구의 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상이기 때문에, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 일층 내마모성이 우수하다.

(3) 청구항 3의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 절삭공구의 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상이기 때문에, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 내마모성이 우수하다.

(4) 청구항 4의 발명은,

상기한 청구항 3에 있어서, 상기 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 절삭공구의 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상이기 때문에, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 일층 내마모성이 우수하다.

(5) 청구항 5의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고 또한 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 절삭공구의 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고 또한 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상이기 때문에, 후술하는 실험예에서 알 수 있는 바와 같이 일층 내마모성이 우수하다.

그 중에서, 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 경우 또는 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 경우에는 보다 내마모성이 우수하고, 게다가 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상이고 또한 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 경우에는 일층 내마모성이 우수하다.

(6) 청구항 6의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서, 비커즈 경도가 14.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 비커즈 경도가 14.5GPa이상으로 고경도(高硬度)이기 때문에, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 내마모성이 우수하다.

특히, 비커즈 경도가 15.2GPa이상인 것은 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 일층 내마모성이 우수하다.

또한, 비커즈 경도는 절삭공구에 있어서 측정가능한 소정의 장소(예를 들면 절삭공구의 중앙부)에서 측정한다.

(7) 청구항 7의 발명은,

상기한 청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 있어서, 소결체내의 산소량이 1.0∼2.0중량%인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 요지로 한다.

본 발명에서는 소결체내의 산소량이 1.0∼2.0중량%이기 때문에, 소결체는 충분히 소결되어 있으며, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 내마모성이 우수하다.

특히, 소결체내의 산소량이 1.2∼1.4중량%인 것은 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 일층 내마모성이 우수하다.

이하, 청구항 8 내지 청구항 14의 발명은 절삭공구를 내마모재로 치환하고, 절삭날 근방을 표면 근방으로 치환한 것이고, 그 내마모성에 관한 작용효과는 상술한 청구항 1 내지 청구항 7의 절삭공구와 같으므로 그 설명은 생략한다.

또한, "내마모성의 표면 근방"이란, 예를 들면 도 2에 베어링 볼의 단면을 나타낸 바와 같이, 그 표면에서 예를 들면 0.2㎜이내의 폭의 실선으로 나타낸 영역이다.

(8) 청구항 8의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

(9) 청구항 9의 발명은,

상기한 청구항 8에 있어서, 상기 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

(10) 청구항 10의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

(11) 청구항 11의 발명은,

상기한 청구항 10에 있어서, 상기 표면 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

(12) 청구항 12의 발명은,

질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고, 또한 표면 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

(13) 청구항 13의 발명은,

상기한 청구항 8 내지 청구항 12중 어느 한 항에 있어서, 비커즈 경도가 14.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

특히, 비커즈 경도가 15.2GPa이상인 것이 일층 내마모성이 우수하다.

또한, 비커즈 경도는 내마모재에 있어서 측정가능한 소정의 장소(예를 들면 내마모재를 절단한 단면의 중앙부)에서 측정한다.

(14) 청구항 14의 발명은,

상기한 청구항 8 내지 청구항 13중 어느 한 항에 있어서, 소결체내의 산소량이 1.0∼ 2.0중량%이하인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

특히, 소결체내의 산소량이 1.2∼1.4중량%인 것이 일층 내마모성이 우수하다.

(15) 청구항15의 발명은,

상기한 청구항 8 내지 청구항 14중 어느 한 항에 있어서, 상기 내마모재가 베어링 볼 혹은 베어링의 내륜 또는 외륜인 것을 특징으로 하는 내마모재를 요지로 한다.

본 발명은 내마모재를 예시한 것으로, 상술한 구성을 가지는 베어링 볼 혹은 베어링의 내륜 또는 외륜은 내마모성이 우수하며, 수명이 긴 내마모성 부품이다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 절삭공구 및 내마모재의 실시형태의 예(실시예)를 도면을 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

실시예 1에서는 질화규소 소결체로 이루어진 절삭공구를 예로 한다.

a) 우선, 본 실시예의 절삭공구에 대하여 설명한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 절삭공구(1)는 ISO규격: SNGN120408 형상의 네거티브 팁이다. 구체적으로는 경사면(3)측의 4개의 각 변(절삭날)(5)이 각각 12.7㎜, 두께가 4.76㎜인 직육면체의 팁이다.

이 절삭공구(1)의 절삭날(5) 선단에서 0.2㎜이내의 폭 영역에 있어서의 미세경도 H.Plast는 21.2GPa이상이고, 또한 그 미세경도 HU는 11.2GPa이상이다. 또, 절삭공구(1)의 경사면(3)의 대략 중앙에서 측정한 비커즈 경도는 14.5GPa이상이다. 또한, 절삭공구(1)내의 산소량은 1.0∼2.0중량%의 범위이다.

b) 이어서, 본 실시예의 절삭공구의 제조방법에 대하여 설명한다.

평균입경 1.0㎛이하의 주성분인 질화규소(Si₃N₄)분말(산소함유량 1.3wt%)과, 평균입경 1.0㎛이하의 소결조제인 MgO, Al₂O₃, Y₂O₃, Yb₂O₃, Ce₂O₃, ZrO₂분말을 하기 표 1에 나타낸 조성(A∼G)으로 칭량(稱量)한다.

조성	성 분[중량%]
조성	Si₃N₄	Al₂O₃	MgO	Y₂O₃	Yb₂O₃	Ce₂O₃	ZrO₂
A	98.5	0.5	1.0	-	-	-	-
B	97.5	0.5	1.0	-	1.0	-	-
C	96.0	1.0	1.0	-	2.0	-	-
D	95.5	0.5	2.0	-	-	1.0	1.0
E	95.0	1.0	2.0	1.0	-	0.5	0.5
F	100.0	-	-	-	-	-	-
G	89.0	2.0	6.0	1.5	1.5	-	-

이어서, 상기한 바와 같이 칭량한 재료를 Si₃N₄제 볼, Si₃N₄제 내벽 포트를 사용하여, 에탄올 용매에 96시간 혼합하여 슬러리를 만든다.

이어서, 이 슬러리를 325메쉬의 체로 거르고, 에탄올 용해한 마이크로왁스계의 유기바인더를 5.0중량% 첨가하고서 분무건조한다.

이어서, 얻어진 조립분말을 ISO규격: SNGN120408 형상이 되도록 프레스 성형한 후, 1기압으로 설정된 질소분위기하에서 절대온도 873도(이하, 절대온도의 단위를 K라 표기한다)에서 60분간 가열하여 탈왁스한다.

이어서, 1차 소결을 한다. 이 1차 소결은 100∼300kPa로 설정된 질소분위기하에서 1973∼2173K에서 240분간 가열하여 소결하는 것이다.

이어서, HIP에 의해서 2차 소결하여 질화규소 소결체로 하는 이 2차 소결은, 10∼100MPa로 설정된 질소분위기하에서 1973∼2023K에서 120분간 가열하여 소결하는 것이다.

이어서, 질화규소 소결체를 ISO규격: SNGN120408 형상으로 연마가공하여 절삭공구를 완성한다.

이와 같이 하여 얻어진 본 실시예의 절삭공구는 질화규소입자, 결합상 및 불가피한 불순물로 이루어진 소결체로서, 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상 또는 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상이다. 따라서, 후술하는 바와같이 높은 내마모성등의 우수한 성질을 가지는 것이다.

c) 이어서, 본 실시예의 절삭공구의 효과를 확인하기 위해서 실시한 실험예에 대하여 설명한다.

우선, 본 발명 범위의 절삭공구로서, 상기 표 1의 재료를 사용하고 하기 표 2에 나타낸 제조조건에 따라서 시료 No.1∼9의 절삭공구를 제조하였다.

또, 비교예로서, 상기 표 1의 재료를 사용하고 하기 표 2에 나타낸 제조조건에 따라서 시료 No.10∼12의 절삭공구를 제조하였다.

또한, 가소조건(假燒條件:유기바인더를 제거하기 위한 가열조건)은 873K, N₂기류중의 조건이다. 또, 1차 소성조건이란 1차 소성의 온도조건이고, 2차 소성조건이란 HIP시의 가열조건이다.

그리고, 상기 시료 No.1∼12의 절삭공구에 대하여 하기 ①∼④의 측정 및 평가를 실시하였다.

① ＜미세경도 H.Plast 및 HU의 측정＞

시료의 플랭크를 경면연마하고, DIN-50359-1에 따라서 플랭크의 절삭날 근방에 있어서의 미세경도 H.Plast 및 HU를 측정하였다. 이 때의 측정조건은 하기한 조건으로 하였다.

또한, 본 실험에서는 초미세경도계(Fischer사 제품, FISCHERSCOPE H-100)를 사용하였다.

압입자의 최대 압입하중 : 1000mN

최대 하중까지의 스텝수 : 100회

각 스텝에서의 유지시간 : 0.1sec

② ＜물리특성＞

(비커즈 경도(Hv))

압입자의 압입하중을 30kg, 압입시간을 15sec로 하여 측정하였다.

③ ＜소결체 산소량의 측정＞

소결체를 ø1㎜이하로 분쇄하고, 불활성가스중에서 가열융해하고, 비분산 적외선 흡수법에 의해서 정량(定量)하였다.

④ ＜절삭성능의 평가＞

하기 조건에 따라서, 원통형 주철 피삭재의 외주면을 건식으로 5분간 절삭가공한 후의 공구 절삭날에 있어서의 플랭크 마모량(VB)중 그 최대 마모량(VBmax)을 측정하였다.

피삭재 재질 : JIS FC200

피삭재 형상 : 외경 ø240㎜×길이 300㎜

절 삭 속 도 : V = 300m/min

이 송 량 : f = 0.34㎜/rev

절 삭 깊 이 : d = 1.5㎜

그리고, 상술한 ①∼④의 측정결과를 하기 표 3에 나타내었다.

	시료No.	H.Plast[GPa]	HU[GPa]	소결체산소량[wt%]	HV[GPa]	VBmax[㎜]
본원발명	1	25.9	12.1	1.2	15.6	0.09
	2	24.7	11.4	1.1	14.9	0.20
	3	24.5	11.8	1.3	15.3	0.11
	4	23.7	11.3	1.2	14.5	0.22
	5	22.9	11.5	1.5	15.1	0.23
	6	21.5	10.7	1.5	14.1	0.38
	7	21.8	10.9	1.7	14.7	0.35
	8	22.2	11.2	1.8	15.0	0.32
	9	21.2	11.0	2.0	14.8	0.41
비교예	10	치밀화되지 않음
	11	20.6	10.7	2.7	14.1	0.88
	12	20.9	10.9	1.9	14.2	0.71

ⅰ) 상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 청구항 1의 발명범위(미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상)에 속하는 시료 No.1∼9의 절삭공구는 VBmax마모량이 0.41㎜이하로 적어 내마모성이 우수하다.

특히, 청구항 2의 발명범위(미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상)에 속하는 시료 No.1∼5는 VBmax마모량이 0.23㎜이하로 더 적어 일층 내마모성이 우수하다.

ⅱ) 또, 청구항 3의 발명범위(미세경도 HU가 11.2GPa이상)에 속하는 시료 No.1∼5, 8의 절삭공구는 VBmax마모량이 0.32㎜이하로 적어 내마모성이 우수하다.

특히, 청구항 4의 발명범위(미세경도 HU가 11.7GPa이상)에 속하는 시료 No1, 3은 VBmax마모량이 0.11㎜이하로 더 적어 일층 내마모성이 우수하다.

ⅲ) 또한, 청구항 5의 발명범위(미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고, 또한 미세경도 HU가 11.2GPa이상)에 속하는 시료 No.1∼5, 8의 절삭공구는 VBmax마모량이 0.32㎜이하로 적어 내마모성이 우수하다.

그 중, 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 경우 또는 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 경우에는 일층 내마모성이 우수하고, 게다가 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상이고 또한 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 경우에는 보다 일층 내마모성이 우수하다.

ⅳ) 또, 상기 시료 No.1∼5, 7∼9의 절삭공구는 비커즈 경도가 14.5GPa이상, 소결체 산소량이 1.0∼2.0중량%의 범위이기 때문에, 이 점에서도 내마모성의 향상에 기여하고 있다.

특히, 비커즈 경도가 15.2GPa이상인 것은, 이 범위 이외의 것에 비해 일층 내마모성이 우수하고, 또 소결체 산소량이 1.2∼1.4중량%인 것은, 이 범위 이외의 것에 비해 일층 내마모성이 우수하다.

ⅴ) 이것에 대하여, 비교예의 시료 No.10의 절삭공구는 충분히 치밀화되어 있지 않아 평가가 불가능하였다. 또, 시료 No.11 및 12는 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 20.9GPa이하이고, 게다가 미세경도 HU가 10.9GPa이하이고, 절삭시에 VBmax마모량이 0.71㎜이상으로 커서 이상마모(異常磨耗)가 발생하였으므로 바람직하지 않다.

(실시예 2)

이어서, 실시예 2에 대하여 설명한다.

본 실시예는 내마모재로서 베어링 볼을 예로 한 것이다.

본 실시예의 베어링 볼은 주성분이 질화규소로 이루어진 세라믹 볼이고, 그 조성은, 예를 들면 Si₃N₄가 94중량%, Al₂O₃이 3중량%, Y₂O₃이 3중량%이다.

a) 우선, 본 실시예의 베어링 볼의 구성에 대하여 설명한다.

본 실시예의 베어링 볼은 주성분이 질화규소로 이루어진 세리믹 볼이고, 그 조성은, 예를 들면 94중량% 질화규소, 3중량% 산화알루미늄, 3중량% 산화이트륨이다.

상기 베어링 볼은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 직경 2㎜의 구형상이고, 베어링 볼의 표면에서 0.2㎜이내의 폭 영역(표면 근방)에서의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고 또한 그 미세경도 HU가 11.2GPa이상이다.

또, 베어링 볼(세라믹 볼)의 대략 중앙에서 측정한 비커즈 경도는 14.5GPa이상이다. 또한, 베어링 볼내의 산소량은 1.0∼2.0중량%의 범위이다.

b) 이어서, 베어링 볼의 제조방법에 대하여 설명한다.

① 세라믹 베어링 볼의 원료는 질화규소분말 100중량부에 대하여 소결조제분말(예를 들면, 산화알루미늄과 산화이트륨의 혼합물)을 1∼10중량부 배합하고, 예를 들면 순수한 물을 용매로 하여 볼 밀 또는 아트라이터(attriter)에 의해서 습식혼합(혹은 습식혼합·분쇄)하여 얻어지는 슬러리 형태로 준비된다.

② 이어서, 프레스법에 의해서 가공된다. 이 프레스법에서는 상기 슬러리가 분무건조기에 의해서 원료분말로 조정(調整)되며, 공지의 금형 프레스장치에 의해서 볼형상으로 성형된다. 볼형상으로 성형된 성형체는 가스압 소결 또는 열간정수압 프레스 소결에 의해서 소결되어 볼형상 질화규소 소결체가 된다.

③ 이와 같이 하여 얻어진 소결체는 연마가공에 의해서 직경, 진구도 (sphericity) 등이 조정되어 질화규소제 베어링 볼이 된다.

④ 또, 상기 베어링 볼(예를 들면, 직경 3/8"의 베어링 볼)을 학진형 수명시험기(學振形壽命試驗機)(Takachio Seiki사 제품, 형식「Ⅱ」)에 의해서 수명을 평가하였다.

이 수명평가는 이하의 조건에서 실시하였다.

시험용 베어링은 깊은 홈 볼 베어링(deep groove ball bearing) #6206, 레이디얼 하중은 390kgf, 축 회전수 3000rpm으로 하고, 윤활방식은 중력적하방식에 의해서 윤활유(Showa Shell사 제품, 상품 「테라스 오일#32」)를 5cc/분으로 공급하였다.

이 결과, 2000시간 후에도 또 3000시간 후에도 베어링 볼에는 표면 박리등의 이상이 발견되지 않았다.

또, 이 결과로부터, 상술한 실시예에서의 질화규소 소결체와 같은 성분 및 배합비율을 가지는 원료분말을 사용하고, 같은 방법에 의해서 베어링의 각 부재(내륜이나 외륜 등)를 형성하고 소성함으로써, 우수한 기계적 강도를 구비한 내구성이 높은 베어링 및 베어링 부재가 얻어지는 것을 알 수 있다.

이와 같이 하여 제조된 베어링 볼은 상술한 미세경도등의 특성을 구비하고 있기 때문에 내마모성이 우수하다.

또한, 본 실시예에서도 상기 실시예 1과 같은 실험을 함으로써 내마모성등에 관한 같은 결과가 얻어진다고 예상된다.

또한, 본 발명은 상기한 실험예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

(1) 예를 들면, 절삭공구로서 노즈부가 직각인 네거티브 타입의 팁을 예로 하였으나, 본 발명은 노즈부가 예각인 포지티브 타입의 팁에도 적용할 수 있다.

(2) 또, 내마모재로서는 베어링 볼 이외에, 베어링의 내륜이나 외륜 등을 들 수 있다.

본 발명의 질화규소계의 소결체인 절삭공구는 극히 높은 내마모성을 가지기 때문에 고속절삭, 고경도절삭 등에서 사용되는 공구로서 특히 유효하다.

또, 본 발명의 질화규소계의 소결체인 내마모재는 극히 높은 내마모성을 가지기 때문에 베어링 볼등의 용도에 부가하여 많은 새로운 용도에 적용할 수 있다.

Claims

질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1에 있어서,

상기 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 3에 있어서,

상기 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
질화규소계의 소결체로 이루어진 절삭공구로서, 그 절삭날 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고, 또한 절삭날 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,

비커즈 경도가 14.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 있어서,

소결체내의 산소량이 1.0∼2.0중량%인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
청구항 8에 있어서,

상기 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 22.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
청구항 10에 있어서,

상기 표면 근방의 미세경도 HU가 11.7GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
질화규소계의 소결체로 이루어진 내마모재로서, 그 표면 근방의 미세경도 H.Plast가 21.2GPa이상이고, 또한 표면 근방의 미세경도 HU가 11.2GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
청구항 8 내지 청구항 12중 어느 한 항에 있어서,

비커즈 경도가 14.5GPa이상인 것을 특징으로 하는 내마모재.
청구항 8 내지 청구항 13중 어느 한 항에 있어서,

소결체내의 산소량이 1.0∼2.0중량%인 것을 특징으로 하는 내마모재.
청구항 8 내지 청구항 14중 어느 한 항에 있어서,

상기 내마모재가 베어링 볼 혹은 베어링의 내륜 또는 외륜인 것을 특징으로 하는 내마모재.