KR20010023147A

KR20010023147A - Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 서멧의 절삭 인서트

Info

Publication number: KR20010023147A
Application number: KR1020007001771A
Authority: KR
Inventors: 한스-비름 하인리히; 만프레드 울프; 디터 슈미트; 우베 슐라인코퍼
Original assignee: 에이치.분케; 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2001-03-26
Also published as: AU8641998A; AU735160B2; BR9814938A; CA2302308A1; ES2149148T1; DE1021580T1; CN1268192A; US6010283A; CN1092241C; EP1021580A1; JP2001514084A; WO1999010553A1

Abstract

본 발명은 플랭크 면(6), 레이크 면(4) 및 상기 플랭크 면과 레이크 면의 접합점에 있는 절삭 에지(8)를 포함하여 구성되며, 공작물 재료의 칩 형성 기계가공에 사용하기 위한 절삭 인서트(2)에 관한 것이다. 그 절삭 인서트는 적어도 한가지의 경질 성분과 약 3 wt.% 내지 19 wt.% 의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 포함하여 구성되는 서멧을 포함한다. 그 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는, 소성 변형될 때 조차 그 결합제가 그 면심 입방(fcc) 결정 구조를 유지하며, 응력 및/또는 변형 유도 변태를 회피한다는 점에서 특이하다.

Description

Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 서멧의 절삭 인서트{A CUTTING INSERT OF A CERMET HAVING A Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-BINDER}

밀링 인서트의 경우에 있어서, 그러한 절삭 공구는 일반적으로 공작물 재료를 밀링가공하기 위해 사용되어 왔다. 절삭 인서트의 경우에 있어서, 그러한 절삭 공구는 공작물 재료를 칩 형성 기계가공하기 위해 사용되어 왔다.

대체로, 서멧으로 제조될 때, 절삭 공구는 코발트 침탄 텅스텐 카바이드 및 WC-Co 로 공지된 텅스텐 카바이드 서멧(WC-서멧)으로 구성된다. 여기서, 코발트 결합제(Co-결합제)가 텅스텐 카바이드 입자들을 함께 결합한다. WC-서멧은 성공적으로 절삭 공구로서 형성되지만, 몇가지 문제가 있다.

한가지 문제는, 세계의 주요한 코발트 생산량의 약 45 퍼센트가 정치적으로 불안정한 지역(예를들면, 지난 10여년간 무장혁명 또는 평화혁명을 경험하고, 아직도 또 다른 혁명을 경험할 수 있는 정치적 지역)에 저장되어 있다는 것이다. 세계의 1년간 주요 코발트 시장의 약 15 퍼센트는 WC-서멧을 포함하는 경질 재료의 제조에 사용된다. 세계의 1년간 주요 코발트 시장의 약 26 퍼센트는 고급 항공기 터빈 엔진을 위해 개발된 초합금의 제조에 사용된다 - 코발트에 기여하는 요소는 전략적 재료로서 지시된다. 이러한 요소들은 코발트의 높은 가격의 원인이 될 뿐만 아니라, 코발트의 일정하지 않은 가격 변동을 설명한다. 따라서, 코발트는 비교적 비싸며, 또한 그것은 WC-서멧 인서트의 가격을 상승시키고, 또한 절삭 공구의 가격을 상승시킨다. 절삭 공구의 그러한 가격상승은 WC-서멧 인서트에 대한 Co-결합제 사용의 바람직하지 못한 결과가 되어 왔다. 따라서, 서멧의 결합제로부터 코발트를 감소시키는 것이 바람직할 것이다.

더우기, 대부분의 코발트를 매장하는 주요한 지역 때문에, 여러가지 원인중 어떠한 한가지로 인하여 코발트의 공급이 중단될 가능성이 있다. 물론, 코발트를 이용할 수 없으면, 그것은 바람직하지 못한 사태를 초래할 수 있다.

절삭 인서트는 부식성 환경에서 작동할 수 있다. Co-결합제를 지니는 WC-서멧이 그러한 부식성 환경에서 그런대로 적절하지만, 칩 형성 기계가공 성능을 상실하지 않고, 개선된 내식성(耐蝕性)을 지니는 절삭 공구의 개발이 필요하다.

지금까지, 절삭 공구에 대한 Co-결합제를 지니는 WC-서멧의 사용은 성공적이었지만, 위에서 설명한 코발트의 사용으로 인한 문제점들, 즉 비싼 가격과 이용할 수 없는 가능성의 문제점을 지니지 않는 재료를 제공할 필요가 있다. 또한, Co-결합제를 지니는 WC-서멧으로 제조된 절삭 인서트의 절삭 성능 특성을 전혀 상실하지않고 개선된 내식성을 지니는, 부식성 환경에서 사용하기 위한 절삭 공구를 개발할 필요가 있다.

본 발명은, 공작물 재료의 칩 형성 기계가공을 위한, 플랭크면, 레이크면, 및 상기 플랭크면과 레이크면의 교선에 있는 절삭 에지를 포함하는, 예를들면, 밀링 인서트 또는 절삭 인서트와 같은 절삭 공구에 관한 것이다.

본 발명의 다양한 특성, 성상 및 잇점들이 후술되는 명세서, 첨부된 청구의 범위 및 첨부도면을 참조하여 보다 명확히 이해될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 절삭 공구의 실시예를 제시한다.

도2는 본 발명에 따른 공구에 칩 제어 표면들이 일체로 성형된 절삭 공구의 실시예를 제시한다.

종래기술보다 우수한 금속 절삭 성능, 기계적 특성 및 물리적 특성을 지니는 코발트-니켈-철 결합제(Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제)를 포함하는 개선된 서멧이 발견되었다. 이 발견은, Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제가 종래기술의 교지에 반하는 조성을 지닌다는 점에서 의외이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 절삭 공구용 서멧은 약 2 중량 퍼센트(wt.%) 내지 약 19 wt.%의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제(보다 전형적인 범위는 약 5 wt.% 내지 약 14 wt.%를 포함하며, 더 좁은 전형적인 범위는 약 5.5 wt.% 내지 약 11 wt.%를 포함한다)와 약 81 wt.% 내지 약 98 wt.%의 경질 성분을 포함한다. 그 경질 성분은 적어도 하나의 보라이드, 카바이드, 니트라이드, 카보니트라이드, 옥사이드, 실리사이드, 그것들의 혼합물, 그것들의 고용체 및 전기한 것들의 조합을 포함한다. 그 경질 성분은, 예를들면 단순 카바이드 및/또는 고용체로 존재하는 다른 카바이드(다시말하면, TaC, NbC, TiC, VC, Mo₂C, Cr₂C₃)와 선택적으로 텅스텐 카바이드 및/또는 티타늄 카보니트라이드와 같은, 적어도 하나의 카바이드 및 카보니트라이드를 포함한다.

금속, 금속합금 및 하나 또는 그 이상의 금속, 중합체 및 세라믹을 포함하는 복합물과 같은 공작물 재료의 칩 형성 기계가공을 위한 절삭 공구는 전술한 조성으로 이루어진다. 본 발명에 따른 절삭 공구는 칩 형성 기계가공중 형성된 칩들이 그 위로 유동하는 레이크 면과 플랭크 면을 지닌다. 레이크 면과 플랭크 면의 접합점에 절삭 에지가 형성되어, 칩을 형성하도록 공작물 재료를 절삭한다.

본원에 예시적으로 개시된 본 발명은 본원에 구체적으로 개시되지 않은 어떠한 요소, 단계, 조성 또는 성분 없이도 적절히 실시될 수 있다.

본 발명에 따라, 도1은 코발트-니켈-철-결합제(Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제)을 지니는 서멧으로 이루어진 분할가능한 절삭 인서트(2)의 실시예를 제시한다. 그 절삭 인서트(2)는 금속, 중합체 및 금속성 모재 또는 중합체 모재를 지니는 복합물을 포함하는 공작물 재료의 칩 형성 기계가공(다시말하면, 터닝, 밀링, 그루빙 및 나사절삭)에 사용된다. 본 발명은 금속성 공작물 재료의 기계가공(케나메탈 선반 공구 카탈로그 6000 및 케나메탈 밀링 카탈로그 5040 참조)에 사용되는 것이 바람직하며, 높은 인성과 높은 내마모성의 조합이 필요한 황삭(荒削)과 단속(斷續) 절삭에 특히 유용하다. 그 절삭 인서트(2)는 레이크 면(4)을 지니며, 그 위에서는 공작물 재료의 고속 기계가공중 형성된 칩이 유동한다. 그 레이크 면(4)에는 플랭크 면(6)이 연결된다. 레이크 면(4)과 플랭크 면(6)의 접합점에는 공작물 재료를 절삭하기 위한 절삭 에지(8)가 형성된다. 그 절삭 에지(8)는 적용 용도에 따라 예리하게 호닝가공되고 챔퍼링가공된 상태 또는 챔퍼링가공되고 호닝가공된 상태로 될 수 있다. 그 호운(hone)은 공업에 사용되는 어더한 형태 또는 크기로 되어도 무방하다. 그 절삭 인서트는 또한 표준형과 표준 크기로 제조될 수 있다(예를들면, SNGN-434T, SNGN-436T, SPGN-633T, SPGN-634T, 인서트는 또한 마찬가지로 내부에 구멍을 갖도록 제조될 수 있다).

예를들면, 도2에 도시된 바와같이, 기재는 상부면(12), 하부면(14) 및 주변 벽을 갖는 다각형 본체를 포함하는 분할가능한 절삭 인서트(10)를 포함하며, 상기 주변 벽은 상부면(12)으로부터 하부면(14)으로 연장하는 측부(16)와 모서리(18)를 갖는다. 주변 벽과 상부면(12)의 교선부분에 절삭 에지(20)가 형성된다. 상부면(12)은 절삭 에지(20)를 연결하고 상기 본체의 중심을 향해 내향으로 연장하는 랜드 영역(22;land area)을 포함한다. 그 랜드 영역(22)은 모서리 부분 랜드 영역(24)과 측부 랜드 영역(22)이로 이루어진다. 상부면(12)은 또한 랜드 영역(22)과 본체의 중심 사이의 바닥(28;floor)을 포함하며, 그것은 랜드 영역(22)보다 더 낮은 높이에 배치된다. 상부면(12)은 랜드 영역(22)으로부터 바닥(28)까지 하향 내측으로 경사진 경사 벽부분(30)을 더 포함할 수 있다. 경사 벽부분(30)으로부터 이격되고 바닥(28)으로부터 융기하는 경사진 측부를 지니는 바닥(28)위에 하나의 플래토(plateau) 또는 플래토(32)들이 배치된다. 더우기, 본체의 하부면(14)은 상부면(12)에 대하여 기술된 것과 유사한 형상을 지닐 수 있다. 그 형상에 관계없이, 분할가능한 절삭 인서트(10)를 포함하는 서멧(34)은 적어도 부분적으로 코팅 기구(36)로 코팅될 수 있으며, 그것은 기계가동될 및/또는 기계가공되어지는 재료에 접촉하는 부분에서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 절삭 공구는 소기의 결과를 달성하기에 적합한 절삭 속도, 이송,및 절삭 깊이(DOC)에서 유리하게 사용될 수 있다. 더우기, 본 발명의 절삭 공구는 절삭 또는 냉각액과 함께 사용될 수도 있으며, 또는 절삭 또는 냉각액 없이도 사용될 수도 있다.

도1의 절삭 인서트(2) 또는 도2의 경질의 인서트(10)가 제조되는 서멧은, 코발트-니켈-철 결합제와 적어도 하나의 경질 성분을 포함하는 서멧이다. Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는, 그것이 소성 변형을 일으킬때 조차, 그 결합제가 면심입방(fcc) 결정 구조를 유지하며, 응력 및/또는 변형 유도 변환을 회피한다는 점에서 독특하다. 본 출원인들은 약 2400 메가파스칼(MPa) 정도까지의 휨강도와 약 1500 MPa 정도까지의 사이클 피로(cyclic fatigue)의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 갖는 서멧의 강도와 피로 성능을 측정했다(대략 실온에서 200,000 사이클의 휨). 본 출원인들은 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제에서 우수한 성능을 초래하는 그 응력 및/또는 변형 수준까지 실질적으로 어떠한 응력 및/또는 변형 유도 상 변환이 일어나지 않을 것으로 믿는다.

본 출원인들은, 가장 넓은 의미로, Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제가 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트, 적어도 약 4 wt.% 의 니켈과 적어도 약 4 wt.% 의 철로 이루어지는 잔류물과 선택적으로 부수적인 불순물을 포함하는 것으로 믿는다. 본 출원인은 약 36 wt.%이하의 Ni과 약 36 wt.%이하의 Fe를 포함하는 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제가 적합하다고 믿는다. 한가지 적합한 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 Co, 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 Ni과 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 Fe로 이루어지는 잔류물과 선택적으로 부수적인 불순물을 포함하며, Ni:Fe 비가 약 1.5:1 내지 1:1.5로 되는 것으로 믿는다. 한가지 보다 적합한 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 Co를 포함하며, Ni:Fe 비가 약 1:1 이다. 다른 보다 적합한 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 1.8:1:1의 코발트:니켈:철의 비를 포함한다.

상기 서멧에서 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제의 범위는 약 2 wt.% 내지 19 wt.% 이다. 보다 적절한 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제의 범위는 약 5 wt.% 내지 14 wt.% 이다. 서멧의 더 적절한 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제의 범위는 약 5.5 wt.% 내지 11 wt.% 이다.

본 발명에 따른 서멧의 경질 성분은 보라이드, 카바이드, 니트라이드, 옥사이드, 실리사이드, 그 혼합물, 그 고용체(다시말하면, 카보니트라이드, 보로카바이드, 옥시니트라이드, 보로카보니트라이드, 등), 또는 전술한 것들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 금속은 국제 순수 응용화학 연합(IUPAC)의 그룹 2, 3(란타니드와 악티니드를 포함한다), 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 및 14 로부터 한가지 또는 그 이상의 금속을 포함할 수 있다. 그 경질의 성분은 카바이드, 니트라이드, 카보니트라이드, 그 혼합물, 그 고용체, 또는 전술한 것들의 조합중 한가지 또는 그 이상을 포함한다. 카바이드, 니트라이드 및 카보니트라이드의 금속은 IUPAC의 그룹 3(란타니드와 악티니드를 포함한다), 4, 5, 및 6 ; 바람직하게는 한가지 또는 그 이상의 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W ; 보다 바람직하게는 한가지 또는 그 이상의 Ti, Ta, Nb, 및 W 로부터 한가지 또는 그 이상의 금속을 포함할 수 있다.

이러한 상황에서, 본 발명의 서멧은 상기 경질 성분의 대부분을 구성하는 조성에 의해 지칭될 수 있다. 예를들면, 상기 경질 성분의 대부분이 카바이드를 포함할 경우, 그 서멧은 카바이드-서멧으로 명명될 수 있다. 만일 상기 경질 성분의 대부분이 텅스텐 카바이드(WC)를 포함할 경우, 그 서멧은 텅스텐 카바이드 서멧, 즉 WC-서멧으로 명명될 수 있다. 마찬가지로, 상기 경질 성분의 대부분이 카보니트라이드를 포함할 경우, 그 서멧은 또한 카보니트라이드-서멧으로 명명될 수 있다. 예를들면, 상기 경질 성분의 대부분이 티타늄 카보니트라이드를 포함할 경우, 그 서멧은 티타늄 카보니트라이드-서멧, 즉 TiCN-서멧으로 명명될 수 있다.

상기 경질 성분의 입자 크기는 가장 넓은 범위로 약 0.1 마이크로미터(㎛) 내지 40 ㎛ 를 포함할 수 있다. 상기 경질 성분의 입자 크기에 대한 중간 범위는 약 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 를 포함할 수 있다. 상기 경질 성분의 입자 크기에 대한 다른 중간 범위는 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 를 포함할 수 있다. 본 출원인들은, 상기 경질 성분 입자 크기의 상기 범위들이 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 WC-서멧에 특히 적용가능하다고 믿는다.

본 출원인들은, 예를들면, 결합제 함량, 결합제 조성, Ni:Fe 비, 경질 성분 입자 크기, 경질 성분 함량, 등과 같은 본원에 개시된 범위의 종점들 사이의 모든 증분이 구체적으로 개시된 바와같이 될 경우 본원에 포함되는 것으로 생각한다. 예를들면, 약 2 wt.% 내지 19 wt.% 의 결합제 함량 범위는 약 1 wt.% 씩의 증분을 포함함으로써, 구체적으로 약 2 wt.%, 3wt.%, 4wt.%, … 17 wt.%, 18 wt.% 및 19 wt.% 의 결합제를 포함한다. 예를들면, 결합제 조성에 대하여, 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트 함량 범위는 약 1 wt.% 의 증분을 포함함으로써, 구체적으로 40 wt.%, 41 wt.%, 42 wt.%, … 88 wt.%, 89 wt.% 및 90 wt.% 를 포함하며, 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 니켈과 철의 함량 범위는 각각 약 1 wt.% 의 증분을 포함함으로써, 구체적으로 4 wt.%, 5 wt.%, 6 wt.%, … 34 wt.%, 35 wt.% 및 36 wt.% 를 포함한다. 또한, 예를들면, 약 1.5:1 내지 1:1.5의 Ni:Fe 비의 범위는 약 0.1 의 증분을 포함함으로써, 구체적으로 1.5:1, 1.4:1, … 1:1, … 1:1.4, 및 1:1.5 를 포함한다. 더우기, 예를들면, 약 0.1 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 의 경질 성분 입자 크기 범위는 약 1 ㎛ 의 증분을 포함함으로써, 구체적으로 0.1 ㎛, 1 ㎛, 2 ㎛, 3 ㎛, … 38 ㎛, 39 ㎛, 및 40 ㎛ 를 포함한다.

본 발명의 서멧 절삭 공구는 코팅된 상태로 사용되거나 또는 코팅되지 않은 상태로 사용될 수 있다. 절삭 공구가 코팅된 상태로 사용될 경우, 절삭 공구는 예를들면 윤활성, 내마모성, 서멧에 대한 충분한 부착성, 재료의 제거 온도에서 공작물 재료와의 화학적 비활성, 및 서멧의 열팽창 계수와 조화가능한 열팽창 계수(다시 말하면, 조화가능한 열물리 특성)와 같은 적절한 특성을 나타내는 코팅으로 피복된다. 그 코팅은 CVD 및/또는 PVD 기술을 통하여 가해질 수 있다.

한가지 또는 그 이상의 다른 성분의 하나 또는 그 이상의 층들을 포함할 수 있는 코팅 재료의 실시예는 모든 것을 포함하도록 의도되지는 않는 후술되는 재료로부터 선택될 수 있다: 알루미나, 지르코니아, 알루미늄 옥시니트라이드, 실리콘 옥시니트라이드, 시알론(SiAlON), IUPAC 그룹 4, 5, 및 6의 원소의 보라이드, 티타늄 카보니트라이드를 포함하는 IUPAC 그룹 4, 5, 및 6의 원소의 카보니트라이드, 타타늄 니트라이드를 포함하는 IUPAC 그룹 4, 5, 및 6의 원소의 니트라이드, 티타늄 카바이드를 포함하는 IUPAC 그룹 4, 5, 및 6의 원소의 카바이드, 큐빅 보론 니트라이드, 실리콘 니트라이드, 카본 니트라이드, 알루미늄 니트라이드, 다이아몬드, 카본과 같은 다이아몬드 및 티타늄 알루미늄 니트라이드.

본 발명의 현저한 잇점이 본 발명의 순전히 실례로 되도록 의도되는 후술 실시예들에 의해 제시된다.

표1에 요약된 바와같이, 본 발명의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 WC-서멧과 종래의 비교 WC-서멧은, 예를들면, “World Directory and Handbook of HARDMETALS AND HARD MATERIALS”Sixth Edition, by Kenneth J. A. Brookes, International Carbide DATA (1996) ; “PRINCIPLES OF TUNGSTEN CARBIDE ENGINEERING”Second Edition, by George Schneider, Society of Carbide and Tool Engineers (1989) ; “Cermet-Handbook”, Hertel AG, Werkzeuge + Hartstoffe, Fuerth, Bavaria, Germany (1993) ; 및 “CEMENTED CARBIDES”, by P. Schwarzkopf ＆ R. Kieffer, The Macmillan Company (1960) - 그 내용들은 전체로서 참고로 본원에 포함된다 - 에 기술된 바와같은 종래의 분말 기술을 사용하여 생산된다. 특히, 표1에는 본 발명의 조성과 비교되는 종래기술의 조성에 대한 중량 퍼센트(wt.%)로 표시된 공칭 결합제 함량, 공칭 결합제 조성 및 경질 성분 조성과 양이 요약되어 있다. 표1에 기재된 바와같은 본 발명과 종래기술의 조성 각각에 대하여 얻어진 상업적으로 이용가능한 성분은 균질 배합용 헥산과 함께 독립적인 아트리터 밀(attritor mill)에서 12시간 이상 배합되었다. 그 성분들의 각각의 균질 배합된 혼합물이 적절히 건조된 후, 절삭 인서트의 형태를 지니는 그린 바디(green body)와 특성 평가를 위한 플레이트가 가압되었다. 그 그린 바디들은 고온 가압성형(또한 신터-HIP로 공지됨)에 의해 약 1450℃에서 약 1.5시간동안 치밀화되었다(마지막 10분 동안 약 1450℃에서 로의 압력이 약 4 MPa 까지 상승되었다). 치밀화 후에, 소결된 바디들은 예를들면 절삭, 연삭 및 호닝 가공되어, 특성 및 절삭 공구 평가를 위한 견본으로 준비된다.

표2에는 표1의 본 발명과 종래의 조성에 대한 밀도(g/㎤), 자기 포화(0.1 μTm³/kg), 보자력(Oe, 국제 표준 ISO 3326 : 초경합금에 따라 측정됨 - (자성) 강제의 측정), 경도(Hv₃₀, 국제 표준 ISO 3878 : 초경합금에 따라 측정됨 - 비커즈 경도 시험), 횡방향 파단 강도(MPa, 국제 표준 ISO 3327/타입 B : 초경합금에 따라 측정됨 - 횡방향 파단 강도의 측정) 및 다공도(국제 표준 ISO 4505 : 초경합금에 따라 측정됨 - 다공도와 비결합된 카본의 금속조직학적 측정)를 포함하는 특성 평가의 결과가 요약되어 있다.

표1 : 본 발명의 WC-서멧과 종래기술의 비교 WC-서멧에 대한 공칭 조성
샘플	공칭 결합제 함량(wt.%)	공칭 결합제 조성 (wt.%)	경질 성분의 조성과 량(wt.%)
샘플	공칭 결합제 함량(wt.%)	Co	Ni	Fe	TiC	Ta(Nb)C	WC 8㎛
본 발명	6.0	3.4	1.3	1.3	2.5	5.0	86.5
종래기술	6.0	6.0	0.0	0.0	2.5	5.0	86.5

표2 : 표1의 본 발명과 종래기술의 비교 WC-서멧에 대한 기계적 물리적 특성
샘플	밀도(g/㎤)	자기포화0.1μTm³/kg	보자력(Oe)	경도(HV30)	횡방향 파단 강도(MPa)	다공도
본 발명	13.95	116	62	1420	2754	＜A02
종래기술	14.01	111	150	1460	2785	＜A02

위에서 언급된 바와같이, 표1의 본 발명과 종래기술의 WC-서멧은 절삭 인서트의 형태로 생산되었다. 특히, 절삭 인서트 스타일은 CNMG120412(국제 표준 ISO 1832 : 절삭 공구용 분할가능한 인서트 - 칭호)를 포함한다. 본 발명과 종래기술의 WC-서멧 각각으로 제조된 절삭 인서트들은, 사용시 비교 인성의 평가가 제공되는 단속적인 절삭 절차를 사용하여 시험되었다. 이러한 단속적인 절삭 절차들(독일, 뒤쎌도르프에 소재하는 Deutscher Ingenieure의 간행물 127 페이지에서 시작하는 “Beurteilung des Zahigkeitsverhaltens von Schneidstoffen im unterbrochenen Schnitt”VDI BERICHTE NR. 762 (1989) 에서, W. Konig, K. Gerschwiler, R. v. Haas, H. Kunz, J. Schneider, G. Kledt, R. Storf, 및 A. Thelin 에 의해 실질적으로 개시된 바와같이 실행된 최대회전 시험)은 클램핑된 바를 갖는 공작물 재료를 사용하는 것을 포함함으로써, 표3에 요약된 조건하에서 절삭 인서트가 단속적으로 절삭된다. 이 시험은, 절삭 인서트가 지정된 이송 속도에서 약 100회의 충격을 받은 후, 이송 속도가 약 0.1 mm/rev.의 증분으로 약 0.40 mm/rev.에서 0.90 mm/rev.까지 증가하도록 실행되었다. 5개의 WC-서멧 절삭 인서트가 각각 시험되었다. 본 발명과 WC-서멧 양자의 시험된 절삭 인서트들 모두는 큰 파괴없이 약 0.90 mm/rev.의 이송 속도에 도달했다.

표3 : 표1의 본 발명과 비교 종래기술 서멧에 대한 비교 인성 시험 조건
공작물 재료	CK60
절삭 속도	200 m/min
이송 속도	0.40, 0.50 … 0.90 mm/rev.0.1 mm/rev. 씩 증가이송 속도당 100회의 충격
절삭의 깊이	2.5 mm
냉각제	없음

또한, 본 발명과 종래기술의 WC-서멧을 포함하는 절삭 인서트들은 약 4 ㎛ 의 티타늄 카보니트라이드(TiCN)의 제1층과 이어서 약 8 ㎛ 의 알루미늄 옥사이드(Al₂O₃)의 제2층으로 코팅되었으며, 상기 2개의 층들은 상업적으로 공지된 화학적 증착(CVD)에 의해 가해졌다. 각각의 WC-서멧의 5개의 CVD TiCN/CVD Al₂O₃코팅된 절삭 인서트들이 표3에서 요약된 비교 인성 시험에 가해졌다. 코팅되지 않은 절삭 인서트와 마찬가지로, 절삭 인서트들이 파괴될 때까지 이송 속도가 증가 되었다. Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 WC-서멧을 포함하는 CVD TiCN/CVD Al₂O₃코팅된 절삭 인서트의 파괴시의 평균 이송 속도는 약 0.76 mm/rev.이었다. Ｃｏ-결합제를 지니는 WC-서멧을 포함하는 CVD TiCN/CVD Al₂O₃코팅된 절삭 인서트의 파괴시의 평균 이송 속도는 약 0.74 mm/rev.이었다.

각각의 WC-서멧의 5개의 CVD TiCN/CVD Al₂O₃코팅된 절삭 인서트들이 표4에 요약된 바와같은 비교 인성 내구 시험에 가해졌으며, 거기서 하나의 절삭 인서트 에지가 약 18,000 회의 충격에 가해졌다. WC-서멧 양자의 모든 CVD TiCN/CVD Al₂O₃코팅된 절삭 인서트들은 큰 파괴없이 약 18,000 회의 충격에 견디었다.

표4 : 표1의 본 발명과 비교 종래기술 WC-서멧에 대한 비교 인성 내구 시험 조건
공작물 재료	CK60
절삭 속도	100 m/min
이송 속도	0.4 mm/rev. 일정
절삭의 깊이	1.5 mm
냉각제	없음

표5에 요약된 바와같이, 본 발명의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 지니는 TiCN-서멧과 Ｃｏ-Ｎｉ-결합제를 지니는 TiCN-서멧은, 예를들면 상기에서 언급된 K. J. A. Brookes; G. Schneider; 및 P. Schwarzkopf 등에 의해 기술된 바와같은 종래의 분말 기술을 사용하여 생산되었다. 특히, 표5에는 본 발명과 비교 종래기술의 TiCN-서멧의 조성에 대한 중량 퍼센트(wt.%)의 공칭 결합제 함량, 공칭 결합제 조성, 및 경질 성분의 조성과 량(wt.%)이 요약되어 있다. 다시 말하면, 표1에 기재된 바와같은 본 발명과 종래기술의 조성 각각에 대하여 얻어진 상업적으로 이용가능한 성분은 균질 배합용 헥산과 함께 독립적인 아트리터 밀에서 13시간 이상 배합되었다. 그 성분들의 각각의 균질 배합된 혼합물이 적절히 건조된 후, 절삭 인서트의 형태를 지니는 그린 바디와 특성 평가를 위한 플레이트가 가압되었다. 그 그린 바디들은 고온 가압성형(또한 신터-HIP로 공지됨)에 의해 약 1435℃에서 약 1.5시간동안 치밀화되었다(마지막 10분 동안 약 1435℃에서 로의 압력이 약 4 MPa 까지 상승되었다). 치밀화 후에, 소결된 바디들은 예를들면 절삭, 연삭 및 호닝 가공되어, 특성 및 절삭 공구 평가를 위한 견본으로 준비된다.

표5 : 본 발명과 종래기술의 비교 TiCN-서멧에 대한 공칭 조성
샘플	공칭 결합제 함량(wt.%)	공칭 결합제 조성 (wt.%)	경질 성분의 조성과 량(wt.%)
샘플	공칭 결합제 함량(wt.%)	Co	Ni	Fe	TiCN	Ta(Nb)C	WC + Mo₂C
본 발명	18.0	10.0	4.0	4.0	58.0	8.0	16.0
종래기술	18.0	12.0	6.0	0.0	58.0	8.0	16.0

표6에는 표5의 본 발명과 종래기술의 TiCN-서멧에 대한 밀도(g/㎤), 자기 포화(0.1 μTm³/kg), 보자력(Hc, 에르스텟), 비커즈 경도(HV30), 횡방향 파단 강도(TRS, 메가파스칼(MPa)) 및 다공도를 포함하는 특성 평가의 결과가 요약되어 있다.

표6 : 표5의 본 발명과 종래기술의 비교 TiCN-서멧에 대한 기계적 물리적 특성
샘플	밀도(g/㎤)	자기포화0.1μTm³/kg	보자력(Oe)	경도(HV30)	횡방향 파단 강도(MPa)	다공도
본 발명	6.37	250	84	1430	2594	＜A02
종래기술	6.66	113	116	1450	2508	＜A02

위에서 언급된 바와같이, 표5의 본 발명과 종래기술의 TiCN-서멧은 절삭 인서트의 형태로 생산되었다. 특히, 절삭 인서트 스타일은 CNMG120408(국제 표준 ISO 1832 : 절삭 공구용 분할가능한 인서트 - 칭호)를 포함한다. 본 발명과 종래기술의 TiCN-서멧 각각으로 제조된 절삭 인서트들은, 사용시 비교 인성의 평가가 제공되는 단속적인 절삭 절차를 사용하여 시험되었다. 이러한 단속적인 절삭 절차들은 클램핑된 바를 갖는 공작물 재료를 사용하는 것을 포함함으로써, 표7에 요약된 조건하에서 절삭 인서트가 단속적으로 절삭된다. 이 시험은, 절삭 인서트가 지정된 이송 속도에서 약 100회의 충격을 받은 후, 이송 속도가 약 0.05 mm/rev.의 증분으로 약 0.10 mm/rev.으로부터 파괴될 때까지 증가하도록 실행되었다. 각각의 조성의 5개의 절삭 인서트가 시험되었다. 부가의 절삭 인서트들이, 인서트의 파괴시까지 절삭 속도가 지속적으로 증가되는 터닝 시험에서 시험되었다.

(본 특허 출원의 출원인인) 한스-비름 하인리히, 만프레드 울프, 디터 슈미트, 및 우베 슐라인코퍼에 의해 본 특허 출원과 동일자로 출원되어, (본 특허 출원의 양수인과 동일한 양수인인) 케나메탈 아이엔씨.에게 양도된 “개선된 가소성을 갖는 결합제를 지니는 서멧”이란 명칭의 미국 특허 출원을 포함하는 본원에 관계된 특허 및 다른 문서들이 이에 의하여 본원에 참고로 포함된다.

본원에 개시된 본 발명의 명세서 또는 실시의 고찰로부터, 본 발명의 다른 실시예들이 본 기술분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다. 명세서와 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 진정한 범위와 정신은 후술되는 청구의 범위에 의해서 지시되도록 의도된다.

Claims

공작물 재료의 칩 형성 기계가공중 형성된 칩들이 그 위로 유동하는 레이크 면;

플랭크 면;

상기 레이크 면과 플랭크 면의 접합점에 형성되어, 칩을 형성하도록 상기 공작물 재료를 절삭하기 위한 절삭 에지; 및

적어도 한가지의 경질 성분과, 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하는 약 2 wt.% 내지 약 19 wt.% 의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 포함하는 서멧으로서, 상기 결합제의 나머지는 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 니켈, 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 철 및 선택적으로 부수적인 불순물로 이루어지며, Ni:Fe의 비는 약 1.5:1 내지 1:1.5 이며, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는, 실질적으로 그 면심 입방(fcc) 구조를 유지하며, 소성 변형될 때 응력 및 변형 유도 변태를 일으키지 않는 면심 입방 구조를 포함하는 서멧을 포함하여 구성되는 공작물 재료의 칩 형성 기계가공을 위한 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 서멧은 약 5 wt.% 내지 14 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 서멧은 약 5.5 wt.% 내지 11 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 46 wt.% 내지 57 wt.% 의 코발트를 포함하는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하며, Ni:Fe의 비가 약 1:1 로 되는 절삭 공구.
제3항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 1.8:1:1 의 코발트:니켈:철의 비를 포함하는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 성분은 약 0.1 ㎛ 내지 40 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 성분은 약 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 경질 성분은 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
공작물 재료의 칩 형성 기계가공중 형성된 칩들이 그 위로 유동하는 레이크 면;

플랭크 면;

상기 레이크 면과 플랭크 면의 접합점에 형성되어, 칩을 형성하도록 상기 공작물 재료를 절삭하기 위한 절삭 에지; 및

텅스텐 카바이드와, 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하는 약 2 wt.% 내지 약 19 wt.% 의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 포함하는 WC-서멧으로서, 상기 결합제의 나머지는 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 니켈, 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 철 및 선택적으로 부수적인 불순물로 이루어지며, Ni:Fe의 비는 약 1.5:1 내지 1:1.5 이며, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는, 실질적으로 그 면심 입방(fcc) 구조를 유지하며, 소성 변형될 때 응력 및 변형 유도 변태를 일으키지 않는 면심 입방 구조를 포함하는 WC-서멧을 포함하여 구성되는 공작물 재료의 칩 형성 기계가공을 위한 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 WC-서멧은 약 5 wt.% 내지 14 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 WC-서멧은 약 5.5 wt.% 내지 11 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 46 wt.% 내지 57 wt.% 의 코발트를 포함하는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하며, Ni:Fe의 비가 약 1:1 로 되는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 1.8:1:1 의 코발트:니켈:철의 비를 포함하는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 텅스텐 카바이드는 약 0.1 ㎛ 내지 40 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 텅스텐 카바이드는 약 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제10항에 있어서, 상기 텅스텐 카바이드는 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
공작물 재료의 칩 형성 기계가공중 형성된 칩들이 그 위로 유동하는 레이크 면;

플랭크 면;

상기 레이크 면과 플랭크 면의 접합점에 형성되어, 칩을 형성하도록 상기 공작물 재료를 절삭하기 위한 절삭 에지; 및

티타늄 카보니트라이드와, 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하는 약 2 wt.% 내지 약 19 wt.% 의 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제를 포함하는 TiCN-서멧으로서, 상기 결합제의 나머지는 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 니켈, 약 4 wt.% 내지 36 wt.% 의 철 및 선택적으로 부수적인 불순물로 이루어지며, Ni:Fe의 비는 약 1.5:1 내지 1:1.5 이며, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는, 실질적으로 그 면심 입방(fcc) 구조를 유지하며, 소성 변형될 때 응력 및 변형 유도 변태를 일으키지 않는 면심 입방 구조를 포함하는 TiCN-서멧을 포함하여 구성되는 공작물 재료의 칩 형성 기계가공을 위한 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 TiCN-서멧은 약 5 wt.% 내지 14 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 TiCN-서멧은 약 5.5 wt.% 내지 11 wt.% 의 결합제를 포함하는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 46 wt.% 내지 57 wt.% 의 코발트를 포함하는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 40 wt.% 내지 90 wt.% 의 코발트를 포함하며, Ni:Fe의 비가 약 1:1 로 되는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 Ｃｏ-Ｎｉ-Ｆｅ-결합제는 약 1.8:1:1 의 코발트:니켈:철의 비를 포함하는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 티타늄 카보니트라이드는 약 0.1 ㎛ 내지 40 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 티타늄 카보니트라이드는 약 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.
제19항에 있어서, 상기 티타늄 카보니트라이드는 약 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 를 포함하는 입자 크기를 지니는 절삭 공구.