KR20040068476A - 코팅 초경 인서트 - Google Patents

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로드마르마르쿠스
린드홀름미카엘
존손안데르스
안데르손구닐라
노르드그렌안데르스
라예르쿠이스트미카엘
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산드빅 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 특히 초경 본체와 후처리된 코팅을 포함하는 스틸 선삭 용 절삭 공구 인서트에 관한 것으로,
x + y + z ≤1 인 두 개 이상의 TiCxNyOz층을 갖는 제 1, 최내각 층 시스템과,
Al2O3및 TiCxNyOz, 바람직하게는 k - Al2O3및 TiN 으로 된 총 5 내지 31 개의 교대층으로 이루어진 제 2 다층 시스템을 포함하며, Al2O3층은 0.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 0.5 ㎛ 이고, TiCxNyOz층은 0.01 - 0.2 ㎛, 다층의 총 두께는 1.0 - 4.0 ㎛ 이다. 다층은 경사 및 측면으로 절삭 날을 따라 노출되며, 경사면의 날 선으로부터 0.03 ㎜ 이상, 바람직하게는 칩의 접촉 길이는 0.9 ㎜ 이하, 그리고 측면으로부터는 0.02 - 0.20 ㎜ 이다.

Description

코팅 초경 인서트{COATED CEMENTED CARBIDE INSERT}
본 발명은 절삭 날의 내마모성 및 인성이 크게 요구되는 일반적인 스틸용 기계 가공을 위한 코팅 초경 절삭 공구 인서트에 관한것이다. 이 공구는 특히 스테인레스 스틸의 선삭에 적합하다.
초경 절삭 공구가 스틸의 기계 가공에 사용될 경우, 공구는 절삭 날의 연삭 및 화학적 마모, 칩핑 그리고 파단과 같은 여러 메카니즘에 의해 마모된다. 스테인레스 스틸의 절삭은, 상기된 마모 메카니즘 외에, 부착 마모도 발생하기 때문에 특히 어려운 기계 가공 작업이라고 생각된다. 부착 마모는, 스테인레스 스틸과 같은 도말 (smearing) 재가 절삭 작업동안 연속적으로 절삭 날에 부착되어 그로부터 물질을 뜯어 내는 경우에 발생한다. 따라서, 스테인레스 스틸 기계 가공시에는 공구 수명이 짧아지는 것이 매우 빈번하다. 더욱이, 고속으로 스테인레스 스틸을 절삭하는 경우, 절삭 날에 많은 열 에너지가 전달되고, 공구 날은 부분적 또는 전체적으로 소성변형될 수 있다. 이런 절삭 날의 열화 양태를 소성변형 마모라 한다. 내소성변형성이 크게 요구되는 것은 날의 인성이 크게 요구되는 것과는 명백하게 상반된다.
서로 다른 재로로 되어 기재에 교대로 적층된 제 1 및 제 2 코팅층을 포함하는 다층 코팅이 알려져 있는데, 제 1 코팅층 각각은 제 1 두께를 갖고 제 2 코팅층 각각은 제 2 두께를 갖는다. 바람직하게, 두 층은 다른 결정구조 및/또는 적어도 다른 격자 간격을 가져야 한다. 이런 기술의 한 예는, 짧은 TiN 석출 공정으로 Al2O3성장이 주기적으로 방해를 받아 (Al2O3+TiN)X다층 구조로 나타나는 경우인데, 이에 대해서는 예컨데 12회 유럽 CVD 의회의 회보 pr.8-349 를 참조할 수 있다. GB 2048960A 는 다른 조성의 경질 재료로 이루어진 0.02 내지 0.1 ㎛ 의 다수의 교대 층을 갖는 다층 코팅을 개시하고 있다. US 4,599,281 은 알루미늄-보론 혼합 산화물의 교대 층과 예컨데 Ti(C,N,O) 의 다른 산화물 층을 갖는 다층 코팅을 개시하고 있다. 드레어와 콜라스카는 영국 (1982) 런던, 금속 학회 (278 권), 112 -117 쪽에서 Al-O-N 다층을 개시하고 있다. US 4,984,940 에서, 브라이언트 등은, 6.1 - 6.5 wt% 코발트를 갖는 초경 기재와 티타늄질화탄소의 기층을 포함하는 코팅 및 복수의 알루미나 층으로 이루어진 다층 코팅으로 이루어진 절삭 인서트를 개시하고 있다. 또한 6 - 8 알루미나 층을 포함하는 코팅을 갖는 초경 기재로 US 5,700,569 에 개시되어 있다. WO 99/58738 는 경질 내마모성 기재와 약 50 층의 CVD 다층으로 이루어진 공구를 기재하고 있다. EP-A-1103635 는 9.0 - 10.9 wt% 코발트의 초경 기재 및 중온 CVD (MTCVD) 적층 TiCN 층과 α- 알루미나 및 TiN 또는 Ti(C,N) 으로 이루어진 총 7 - 41 층의 다층을 포함하는 코팅으로 이루어진 절삭 공구를 개시하고 있다. 또한, EP-A-1245698, EP-A-1245700 및 EP-A-1209255 도 다층 코팅에 관한 것이다.
기계적 후처리로 코팅을 매끄럽게하여 예컨데, 공구와 가공물 사이의 마찰을 최소화하는 것이 EP-A-127416, EP-A-298729, EP-A-693574 및 EP-A-683244 에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, 상기된 모든 마모 양태를 일제히 견딜 수 있는 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 종래 기술의 공구 제품의 결함을 제거하고 고 성능 절삭 공구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스테인레스 스틸 선삭 작업에 요구되는 우수한 절삭성의 공구를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 코팅 단면의 주사 전자 현미경 사진 (SEM).
도 2.1 은 후처리 없는 날의 단면 개략도.
도 2.2 는 최외각 코팅 (E) 이 제거된 경우, 본 발명에 따라 후처리된 날의 단면 개략도.
도 2.3 은 최외각 코팅 (E) 및 다층 (Al2O3+TiN)XAl2O3이 제거된 본 발명에 따라 후처리된 날의 단면 개략도.
도 3 은 종래 기술에 따라 후처리된 날의 단면 개략도.
도 4 는 본 발명에 따라 후처리된 날의 SEM 사진.
도 5 는 두꺼운 개별적인 알루미나 층 (인서트 D) 과 관련한 후처리된 날의 SEM 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
A. Ti B. 주상 Ti(C,N)
C. TiN D. 다층 (Al2O3+TiN)6Al2O3
E. TiN + TiC + TiN
놀랍게도, 다수의 교대 Al2O3및 TiCxNyOz층으로 이루어지고, 기계적 후처리된 다층을 포함하는 코팅을 갖는 초경 절삭 인서트가 상기 요구조건을 만족하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 인서트는 특히 간헐적 절삭시에, 우수한 인성 거동과 양호한 내부착마모성 및 내소성변형성을 나타낸다.
더욱 특별하게, 본 발명은 WC + Co 계 초경 기재에 관한 것으로, 이 초경 기재는 입방 탄화물, 특정 입도 범위의 WC 입자와, 특정 조성 범위의 WC + Co 를 포함하며, 또한 등축성 TiCxNyOz의 최내각 얇은 층 주상 TiCxNyOz층, 등축성 TiCxNyOz의 얇은 층, TiCxNyOz과 Al2O3층 (x + y + z ≤1) 이 주기적으로 존재하는 다층 및 TiCxNy(x + y ≤1) 의 최외각 층을 포함하는 코팅이 초경기재 위에 형성된다. 적어도, 절삭 날 주위의 작업물의 재료와 직접 접하는 영역의 비산화물 최외각층은 없어진다.
초경 기재의 조성은, 7 - 10.5 wt% Co, 바람직하게는 8.0 - 9.5 % Co, 그리고 Ta, Nb 및 Ti 금속 또한 주기율표의 IVb, Vb 또는 VIb 족에 있는 원소의 다른 탄화물로 된 0.2 - 1.6 wt% 입방 탄화물, 바람직하게는 0.4 - 1.0 wt% 입방 탄화물 원소 및 나머지로서 텅스텐 탄화물 (WC) 로 이루어진다. 바람직한 WC의 평균 입도는 1.5 - 3.5 ㎛, 더 바람직하게는 1.9 - 2.1 ㎛ 이다.
다른 실시예에서, 초경 기재는 표면 근처에서 입방 탄화물을 적고 바인더는 많은 영역을 갖는다. 표면으로부터 입방 탄화물이 고갈된 곳까지의 측정 거리는 5 - 50 ㎛ 이다. 이 실시예에서, 조성은 7.0 - 10.5 wt% Co 및 4.0 - 9.0 wt% 입방 탄화물 그리고 나머지로서 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함한다. 상기 입방 탄화물은 어떤 미세구조적 성분은 예컨데, 질화탄소 또는 옥시질화탄소로 불릴 정도의 양으로 N 및 O 을 함유한다. 입방 탄화물은 바람직하게는 Nb, Ta 및 Ti 이지만, 주기율표의 IVb, Vb 또는 VIb 족에 있는 원소의 탄화물을 포함할 수 있다. N 함량은 0.01 - 0.2 wt% 이다.
본 발명에 따라서, 초경 기재에 형성된 경질 내마모성 내화 코팅 (도 1) 은 다음과 같은 층들을 포함한다.
- TiCxNyOz의 최내각 제 1 층 (A); 여기서 x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 등축성 입자 그리고, 0.1 ㎛ 초과 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 - 0.6 ㎛ 인 총 두께를 갖는다.
- TiCxNyOz의 제 2 층 (B); x + y + z ≤1, 바람직하게는 z = 0, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3, 가장 바람직하게는 x ＞ 0.5, 주상 입자를 가지며 두께는 0.4 - 3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.0 ㎛ 이다.
- TiCxNyOz의 제 3 층 (C); 제 1 실시예에서, x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 등축성 입자 그리고, 0.1 ㎛ 초과 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 0.8 ㎛ 인 총 두께를 갖는다. 이 층 (C) 은 제 2 실시예에서는 생략되었다.
- A + B + C 의 총 두께는 0.7 - 4.5 ㎛, 바람직하게는 1.2 - 4.0 ㎛ 이다. 바람직하게는, 층 A 및 C 는 각각 층 B 보다 얇다.
- 다수의 Al2O3및 TiCxNyOz(x + y + z ≤1) 교대층, 바람직하게는 k - Al2O3및 TiN 층으로 이루진 다층 (D); 다층 배열에서 최내각 및 최외각 층은 Al2O3층이다. TiCxNyOz층 및 Al2O3층을 모두 포함한 층의 총 수는 5 내지 31, 바람직하게는 11 내지 15 층이다. Al2O3층은 0.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 0.5 ㎛ 의 개별적인 층 두께를 갖는다. TiCxNyOz층은 0.01 - 0.2 ㎛, 바람직하게는 0.02 - 0.15 ㎛ 의 개별적인 층 두께를 갖는다. 다층의 총 두께는 1.0 - 4.0 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.5 ㎛ 이다. Al2O3층의 입도는 Al2O3층의 두께 이하이다.
- 최외각 층 시스템 (E); 이 층 시템은 TiCxNy(x + y ≤1) 으로 된 하나 또는 수 개의 차례 대로 배열된 층 또는 그 조합, 바람직하게는 TiN, TiC 및 TiN 으로 된 차례대로 배열되는 세 층으로 이루어진다. 총 두께는 0.1 초과 2.0 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 1.0 ㎛ 이다.
- 층 (A - E) 의 총 두께는 2.0 - 8.0 ㎛, 바람직하게는 4.0 - 7.0 ㎛ 이다.
코팅의 최외각부는 날 주위에서 없어지며, 이 영역은 경사면의 칩 접촉부 및 측면의 가공물 접촉부에 해당한다. 가장 바람직하게는, 일차 랜드가 존재하는 경우 이 비코팅 영역은 경사면 일차 랜드에 해당하며, 인서트 면에 수직인 방향에서 볼 때 도 2.2 에서 규정된 지점에서부터 어느 거리까지 경사면 "a" 와 측면 "b", 즉 경사면의 노출면 "a" 와 측면 "b" 에는 코팅이 없다. 이 거리는 인서트 외형과 인서트 크기 등에 따라 좌우되지만, 경사면에서, 일차 랜드가 존재 하든 안하든 상관 없이 바람직하게는 0.03 ＜ a ＜ 0.9 ㎜ 그리고 0.02 ＜ b ＜ 0.2 ㎜ 이며, a ＞ b, 바람직하게는 a ＞ 1.5 b 이다. 한 실시예에서, 층 (E) 이 없어진다. 다른 실시예에서 층 (D) 및 (E) 모두는 이 부분에서 없어진다.
날 선에서 최외각층 (E) 이 제거되면 날 선을 따라 Al2O3층이 노출된다. 절삭 선은 절삭 공구 인서트의 날부로서 한정된다. 미처리 날 선이 도 2.1 에 도시되어 있고, 후처리 날 선 도 2.2 및 2.3 에 도시되어 있다. 단지 다층의 일부와 비산화물 상층을 제거하는 것이 바람직하다. 그러나, TiCxNyOz층 (A + B + C) 은 날 선의 일주부에서 나타날 수 있다 (도 2.3).
또한, 본 발명은 상기된 코팅 절삭 공구 인서트를 만드는 방법에 관한 것으로, 바람직하게는 1.6 wt% 입방 탄화물 보다 작은 함량을 포함하고, 7 - 10.5 wt% Co, 바람직하게는 8.0 - 9.5 wt% Co, 그리고 0.2 -1.6 wt% 입방 탄화물 함량의 조성을 갖는 WC - Co 계 초경 본체를 포함하고 나머지는 WC 로 이루어져 있다. 평균 WC 입도는 1.5 - 3.5 ㎛ 이다. 초경 본체는, 주로 분말을 혼합, 볼 밀링, 분무 건조, 프레싱하고 다음에 종래의 방법에 따라 소결하고 코팅전에 전처리 함으로써 만들어진다.
다른 실시예에서, 초경 기재는, 소량의 질소 첨가 후 진공에서 소결하여 표면 주위에 입방 탄화물이 결핍되고 바인더상은 풍부한 영역이 생기도록 만들어진다. 표면에서 입방 탄화물 결핍 지점까지 거리는 5 - 50 ㎛ 이다. 이 실시예에서, 조성은 7.0 - 10.5 wt% Co 및 4.0 - 9.0 wt% 입방 탄화물, 그리고 나머지로서 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함한다. 상기 입방 탄화물은, 어떤 미세구조적 성분이 예컨데, 질화탄소 또는 옥시질화탄소로 불릴 정도의 양으로 N 및 O 을 함유할 수 있다. 입방 탄화물은 바람직하게는 Nb, Ta 및 Ti 이지만, 주기율표의 IVb, Vb 또는 VIb 족에 있는 원소의 탄화물 원소를 포함할 수 있다. 기재에서 N 함량은 0.01 - 0.2 wt% 이다.
그러면, 본체는 다음과 같은 층들로 코팅된다.
- TiCxNyOz의 제 1 (최내각) 층 (A); x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 등축성 입자그리고, 0.1 ㎛ 초과 1.5 ㎛ 미만의 총 두께를 가지며, 공지된 화학 증착법 (CVD) 으로 형성된다.
- TiCxNyOz의 층 (B); x + y + z ≤1, 바람직하게는 z = 0, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3, 두께는 0.4 - 3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.0 ㎛ 이며 주상 입자를 가지며, 미온 CVD, MTCVD 기술 (700 - 900 ℃ 의 온도에서 층을 형성하기 위해 탄소 및 질소 원료로서 아세토니트릴을 이용) 을 이용하여 적층한다. 정확한 조건은 사용되는 장비 구성에 따라 좌우되지만, 숙련된 기술자의 권한에 속한다.
- TiCxNyOz층 (C); x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 등축성 입자 그리고 총 두께는 0.1 ㎛ 초과 1.5 ㎛ 미만이며, 공지된 CVD 법을 이용하여 적층된다. 이 층 (C) 은 제 2 실시예에서 생략되었다.
- A + B + C 의 총 두께는 0.7 - 4.5 ㎛, 바람직하게는 1.2 - 4.0 ㎛ 이다. 바람직하게, 층 A 및 C 는 각각 층 B 보다 얇다.
- 다수의 Al2O3및 TiCxNyOz(x + y + z ≤1) 교대층, 바람직하게는 к- Al2O3및 TiN 층으로 이루어진 다층 (D); 공지된 CVD 법을 이용하여 적층된다. 다층 배열에서 최내각 및 최외각 층은 Al2O3층이다. TiCxNyOz층 및 Al2O3층을 모두 포함하여 층의 총 수는 5 내지 31, 바람직하게는 11 내지 15 층이다. Al2O3층은 0.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.02 - 0.5 ㎛ 의 개별 층 두께를 갖는다.TiCxNyOz층은 0.01 - 0.2 ㎛, 바람직하게는 0.2 - 0.15 ㎛ 의 개별 층 두께를 갖는다. 다층의 총 두께는 1.0 - 4.0 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.5 ㎛ 이다. Al2O3층의 입도는 Al2O3층의 두께 이하이다.
최외각 층 시스템 (E); 이 층 시스템은 TiCxNy(x + y ≤1) 으로 된 하나 또는 수 개의 차례대로 배열된 층 또는 그 조합으로 이루어지며, 공지된 CVD 법을 이용하여 적층된다. 총 두께는 1.5 ㎛ 미만이다.
- 층 (A - E) 의 총 두께는 2.0 - 8.0 ㎛ 이다.
코팅은 날선을 따라 다층을 노출하기 위해 브러싱, 블라스팅, 그라인딩 작업 또는 그 조합에 의해 기계적으로 후처리되고, 칩 및 가공물과 접촉하는 경사면 및 측면의 영역이 각각 처리된다.
바람직한 방법에서, SiC 입자를 함유하는 두 나일론 브러쉬는 세팅과 인서트와 함께 위치되어, 인서트의 측면 및 경사면에서 요구되는 특성을 얻을 수 있도록 한 브러쉬는 주로 경사면을 처리하고 다른 브러쉬는 주로 측면을 처리한다.
실시예
다음 인서트 및 실시예는 본 발명의 장점을 예증하기 위해 선택되었다. 이 실시예는 표 1 에 요약되어 있다.
본 인서트는 각 실시예에서 동일한 조건으로 시험되었다.
인서트 A. 8.75 wt% Co, 1.17 wt% Ta, 0.29 wt% Nb 그리고 나머지로서 WC (평균 입도 2.0 ㎛) 으로 이루어진 조성을 갖는 본 발명에 따른 초경 선삭 인서트는, 0.5 ㎛ Ti (최내각 층), 2.2 ㎛ 주상 Ti(C,N) 및 0.5 ㎛ 등축성 TiN, 두께 250 ㎚ 의 κ- Al2O3층 및 두께 80 ㎚ 의 TiN 층의 2.2 ㎛ (κ- Al2O3+ TiN)6κ- Al2O3다층 그리고 0.5 ㎛ 의 TiN + TiC + TiN 최외각 층으로 코팅되었다. 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 브러쉬로 날 선을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅은 경사면 및 측면으로 a = 0.1 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 B. 10.5 wt% Co, 1.16 wt% Ta, 0.28 wt% Nb 그리고 나머지가 평균 입도 1.7 ㎛ 의 WC 로 이루어진 조성을 갖는 상업용 초경 선삭 인서트는, 0.5 ㎛ 등축성 TiN 최내각 층, 4.0 ㎛ 주상 Ti(C,N), 1.0 ㎛ κ- Al2O3그리고 0.5 ㎛ 의 TiN + TiC + TiN 최외각 층으로 코팅되었다. 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 스트로우 브러쉬로 날 선을 따라 처리되었다. 최외각 코팅은 종래 기술에 따라서, 날 선을 따라 a = 0.025 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 C. 9.15 wt% Co, 1.17 wt% Ta, 0.29 wt% Nb 그리고 나머지가 평균 입도 1.7 ㎛ 의 WC 로 이루어진 조성을 갖는 초경 선삭 인서트는, 0.5 ㎛ TiN (최내각층), 2.2 ㎛ 주상 Ti(C,N), 1.8 ㎛ (κ- Al2O3+ TiN)5κ- Al2O3다층 그리고 0.5 ㎛ TiN의 최외각 층으로 코팅되었다. 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 브러쉬로 날 선을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅은 종래 기술에 따라서, 날 선을 따라 a = 0.025 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 D. C 와 동일한 기재가 0.5 ㎛ TiN (최내각층), 2.3 ㎛ 주상 Ti(C,N), 1.9 ㎛ (κ- Al2O3+ TiN)3κ- Al2O3다층 그리고 0.5 ㎛ TiN의 최외각 층으로 코팅되었다. 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 브러쉬로 날 선을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅은 종래 기술에 따라서, 날 선을 따라 a = 0.025 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 E. C 와 동일한 기재가 최내각 0.5 ㎛ 등축성 TiN 층, 2.2 ㎛ 주상 Ti(C,N), 1.5 ㎛ κ- Al2O3그리고 0.5 ㎛ TiN + TiC + TiN 의 최외각 층으로 코팅되었다. 최외각 코팅은 종래 기술에 따라서, 날 선을 따라 a = 0.025 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 F. 7.5 wt% Co, 2.72 wt% Ta, 0.44 wt% Nb, 1.83 wt% Ti, 0.09 wt% N 그리고 나머지가 평균 입도 2.0 ㎛ 의 WC 를 함유하며 또한 표면으로부터 26 ㎛ 인 곳에는 바인더상이 많고 입방 탄화물이 없는 영역이 있는 초경 선삭 인서트는, 0.5 ㎛ TiN (최내각 층), 2.2 ㎛ 주상 Ti(C,N) 및 0.5 ㎛ 등축성 TiN, 2.2 ㎛ (κ- Al2O3+ TiN)6κ- Al2O3다층 그리고 0.5 ㎛ TiN + TiC + TiN 최외각 층으로 코팅되었다. 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 브러쉬로 날 선을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅은 경사면 및 측면으로 a=0.1 ㎜ 및 b=0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
인서트 G. 7.5 wt% Co, 2.72 wt% Ta, 0.44 wt% Nb, 1.83 wt% Ti, 0.09 wt% N 그리고 나머지가 평균 입도 2.0 ㎛ 의 WC 를 함유하며 또한 표면으로부터 26 ㎛ 인 곳에는 바인더상이 많고 입방 탄화물이 없는 영역을 갖는 초경 선삭 인서트는, 0.5 ㎛ 등축성 TiN 층, 7.5 ㎛ 주상 Ti(C,N), 1.2 ㎛ κ- Al2O3그리고 0.5 ㎛ TiN +TiC + TiN 최외각 층으로 코팅되었다.
코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 브러쉬로 날 선을 따라 처리되었다. EP-A-693574 에 기재된 바와 같이, 최외각 코팅은 날 선을 따라 a = 0.025 ㎜ 및 b = 0.05 ㎜ 으로 제거되었다.
실시예 1
인서트 A 와 B 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 바의 축방향 표면 선삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316L
절삭 속도: 225 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 2.0 ㎜
인서트 스타일: CNMG120408-MM
결과: 공구 수명 (min)
인서트 A: (본 발명) 10
인서트 B: (종래 발명) 6
해설: 공구 수명 기준은 절삭 날 선의 최대 측면 마모 0.3 ㎜ 이였다. 마모는 국부적인 소성 변형으로 인해 불규칙적으로 진행되었다. 이 실시예에서 내소성변형성이 개선되었음을 알 수 있다.
실시예 2
인서트 A 와 B 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 조립 부품의 간헐 절삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316L
절삭 속도: 160 m/min
이송 속도: 0.2 - 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 0.5 - 1.5 ㎜
인서트 스타일: SNMG120412-MR
결과: 공구 수명 (min)
인서트 A: (본 발명) 8.2
인서트 B: (종래 발명) 4.2
해설: 이 시험에서 마모는 측면 마모, 열 균열, 칩핑이었다. 공구 수명 결정 기준은 칩핑 즉, 날의 인성이다. 따라서, 이 실시예는 다른 마모 모드의 특성을 유지하면서 날의 개선된 인성을 나타낸다.
실시예 3
인서트 A 와 B 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 캐스트링의 연속 절삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316L
절삭 속도: 110 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 3.5 ㎜
인서트 스타일: CNMG120412-MR
결과: 공구 수명 (min)
인서트 A: (본 발명) 18.6
인서트 B: (종래 발명) 12.4
해설: 이 시험의 기준은, 과도한 측면 마모 또는 날 손상 없이 총 절삭 시간 6.2 분의 항목 전체를 통해 시행된다. 결정적인 마모 기준은 측면 마모와 소성변형의 조합이다.
본 발명에 따른 인서트는 이러한 점에서 개선되었다.
실시예 4
인서트 A 와 B 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 하우징의 연속 절삭
작업물 재료: 이중 스테인레스 스틸 SS2377
절삭 속도: 110 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 1.35 ㎜
인서트 스타일: WNMG080412-MR
결과: 공구 수명 (min)
인서트 A: (본 발명) 46
인서트 B: (종래 발명) 24
해설: 이 시험은 종래 기술과 비교하여 명확한 개선점을 나타낸다. 그러나 이 실시예에서, 하나의 결정적인 마모 기준을 결정하는 것은 어려우며, 측면 마모, 경사면의 플레이킹 및 날 인성의 조합으로 설명될 수 있다.
실시예 5
인서트 A 와 B 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 하우징의 간헐 절삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316
절삭 속도: 150 - 200 m/min
이송 속도: 0.1 - 0.15 ㎜/rev
절삭 깊이: 2.0 ㎜
인서트 스타일: CNMG120412-PR
결과: 공구 수명 (항목)
인서트 A: (본 발명) 7
인서트 B: (종래 발명) 2
해설: 이 시험에서 요구되는 주 마모 기준이 날의 인성이기 때문에, 이 시험은 개선된 인성을 나타낸다.
실시예 6
인서트 C 와 D 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 바의 정면 절삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI304L
절삭 속도: 140 m/min
이송 속도: 0.36 ㎜/rev
절삭 깊이: 최대 4 ㎜
인서트 스타일: CNMG120408-MM
결과: 마모 패턴
인서트 C: (기준) 경사면의 제한된 플레이킹 (도 4)
인서트 D: (기준) 경사면의 확산된 플레이킹 (도 5)
해설: 이 시험은 알루미나 층 두께의 중요성을 내포하는 기준과 비교하여 개선된 내플레이킹성을 나타낸다.
실시예 7
인서트 C 와 E 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 정면 및 길이 방향 절삭의 조합
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316Ti
절삭 속도: 100 - 120 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 2.0 ㎜
인서트 스타일: CNMG120408-MM
결과: 총 손상된 외부 절삭
인서트 C: (기준) 11.5 ㎜
인서트 E: (종래 발명) 14.7 ㎜
해설: 주 마모는 절삭 깊이의 노치 마모와 절삭의 날 부분 외부의 칩핑이다.
실시예는 얇은 다층 코팅은 종래 기술에 따른 코팅과 비교하여 날의 인성이 증가한 것을 나타낸다.
실시예 8 (예시)
인서트 C 와 E 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 정면 및 길이 방향 선삭의 조합
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI304L
절삭 속도: 225 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 2.0 ㎜
인서트 스타일: CNMG120408-MM
결과: 공구 수명 (min)
인서트 C: (기준) 18
인서트 E: (종래 발명) 13
해설: 공구 수명의 기준은 절삭 날 선의 최대 측면 마모 0.3 ㎜ 이였다. 마모는 국부적인 소성 변형으로 불규칙하게 진행된다. 실시예는 이 작업에서 얇은 다층 코팅은 종래 기술에 따른 코팅과 비교하여 내소성 변형성이 증가하는 것을 나타낸다.
실시예 7 을 고려하면 이 실시예는 이들 상반되는 특성에서 개선점을 보인다.
실시예 9
인서트 F 와 G 가 선삭 작업으로 시험되었다.
작업: 단조품의 연속 절삭
작업물 재료: 오스테나이트계 스테인레스 스틸 AISI316L
절삭 속도: 200 m/min
이송 속도: 0.3 ㎜/rev
절삭 깊이: 2.0 ㎜
인서트 스타일: CNMG120416-MM
결과: 공구 수명 (pcs)
인서트 F: (본 발명) 32
인서트 G: (종래 발명) 19
해설: 주 마모 기준은 본 시험에서 측면 마모 및 소성 변형의 조합이다. 본 발명에 따른 인서트는 이런 점에서 개선점을 보인다.
결론으로 주어진 실시예의 결과로부터, 초경 기재를 주어진 조성, 특정한 두께로 코팅된 다층의 선택 그리고 특별한 날 처리와 조합함으로써 공구 인서트는, 서문에서 설명된 상반되는 특성이라 생각되는 것과 우수한 절삭성을 갖게 되었다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따라서, 상기된 모든 마모 모드를 일제히 견딜 수 있는 절삭 공구를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 초경 본체와 후처리된 코팅을 포함하는 스틸 선삭용 절삭 공구 인서트에 있어서,
    x + y + z ≤1 인 두 개 이상의 TiCxNyOz층을 갖는 제 1, 최내각 층 시스템과,
    Al2O3및 TiCxNyOz(x + y + z ≤1), 바람직하게는 k - Al2O3및 TiN 으로 된 총 5 내지 31, 바람직하게는 11 내지 15 개의 교대층으로 이루어진 제 2 다층 시스템을 포함하며, Al2O3층은 0.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 0.5 ㎛ 의 개별 층 두께를 가지며, TiCxNyOz층은 0.01 - 0.2 ㎛, 바람직하게는 0.02 - 0.15 ㎛ 의 개별 층 두께를 가지며, 다층의 총 두께는 1.0 - 4.0 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.5 ㎛ 이고, 다층은 경사면 및 측면으로 절삭날을 따라 노출되며, 경사면의 노출 (a) 은 0.03 ＜ a ＜ 0.9 ㎜, 측면의 노출 (b) 은 0.02 ＜ b ＜ 0.2 ㎜ 이고 a ＞ b 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 최내각 층 시스템은,
    x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 입도를 갖는 등축성 입자를 가지며, 0.1 ㎛ 초과1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 - 0.6 ㎛ 의 총 두께를 갖는 제 1 TiCxNyOz층, 및
    x + y + z ≤1, 바람직하게는 z = 0, x ＞ 0.3 및 y ＞ 0.3, 가장 바람직하게는 x ＞ 0.5, 두께는 0.4 - 3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5 - 3.0 ㎛ 이며, 주상 입자를 갖는 제 2 TiCxNyOz층을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 최내각 층 시스템은,
    x + y + z ≤1, 바람직하게는 y ＞ x 및 z ＜ 0.2, 가장 바람직하게는 y ＞ 0.8 및 z = 0, 0.5 ㎛ 미만의 입도를 갖는 등축성 입자를 가지며, 0.1 ㎛ 초과 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.2 - 0.8 ㎛ 의 총 두께를 갖는 제 3 TiCxNyOz층을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 최내각 층 시스템의 총 두께는 0.7 - 4.5 ㎛, 바람직하게는 1.2 - 4.0 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 위에 형성되며, 하나 이상의 TiCxNy층 (x + y ≤1) 또는 그 조합, 바람직하게는 TiN, TiC 및 TiN 으로 된 차례로 배열된 세 개의 층으로 이루어지는 최외각 층 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅의 총 두께는 2.0 - 8.0 ㎛, 바람직하게는 4.0 - 7.0 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 다층 및 부분적으로 최내각 TiCxNyO2층 시스템은 날선을 따라 노출되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 초경 기재는, 7 - 10.5 wt% Co, 바람직하게는 8.0 - 9.5 % Co, 바람직하게는 0.4 - 1.0 wt% Ta, Nb 및 Ti 금속 및 주기율표의 IVb, Vb 또는 VIb 족에 있는 원소의 다른 탄화물로 이루어진 0.2 - 1.6 wt%, 바람직하게는 0.4 ~ 1.0 wt% 입방 탄화물, 그리고 나머지로서 평균 입도는 1.5 - 3.5 ㎛, 바람직하게는 1.9 - 2.1 ㎛ 의 WC 인 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 초경 기재는, 표면으로부터 거리가 5 - 50 ㎛ 인 표면 근처에서 입방 탄화물은 적고 바인더상은 많은 영역을 가지며, 이 영역의 기재 조성은 7.0 - 10.5 wt% Co 및 주기율표의 IVb, Vb 또는 VIb 족 원소 바람직하게는 Nb, Ta 및/또는 Ti의 4.0 ~ 9.0 wt% 입방 탄화물, 나머지로서 텅스텐 탄화물 WC 및 0.01 - 0.2 wt% N 을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
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