KR20040078812A - Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding - Google Patents
Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040078812A KR20040078812A KR1020030013686A KR20030013686A KR20040078812A KR 20040078812 A KR20040078812 A KR 20040078812A KR 1020030013686 A KR1020030013686 A KR 1020030013686A KR 20030013686 A KR20030013686 A KR 20030013686A KR 20040078812 A KR20040078812 A KR 20040078812A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- injection molding
- cemented carbide
- carbide cutting
- manufacturing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
- B22F3/225—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
- B22F3/1021—Removal of binder or filler
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법에 관한 것으로서 절삭공구로서의 인서트의 개선된 제조방법에 제공에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cemented carbide cutting tool insert by a powder injection molding method and to providing an improved method for manufacturing an insert as a cutting tool.
본 발명은 고온에서 높은 항절력, 경도, 내마모성을 갖고 있어 절삭공구로 널리 사용되고 있는 초경 인서트(WC-Co계)를 분말사출성형법(Powder Injection Molding)에 의해 제조 시, 기존의 분말야금법보다 공정을 간편하게 하여 제조원가를 크게 저감시킬 수 있는 초경 절삭 공구 인서트의 제조 방법에 관한 것이다.According to the present invention, when the cemented carbide insert (WC-Co-based), which is widely used as a cutting tool, has high drag force, hardness, and abrasion resistance at a high temperature, is manufactured by powder injection molding. It is related with the manufacturing method of the carbide cutting tool insert which can simplify the manufacturing cost and greatly reduce the manufacturing cost.
현재 국,내외적으로 기계적 특성이 우수하여 절삭공구로 널리 사용되는 초경절삭 공구(WC-Co계)의 인서트(Insert)는 대표적인 난가공성 소재로서 현재까지 분말야금(Powder Metallurgy :P/M) 기술에 의해서만 제조가 가능한 제품으로 알려져 왔다.The insert of the carbide cutting tool (WC-Co), which is widely used as a cutting tool because of its excellent mechanical properties both at home and abroad, is a representative hard-working material. To date, powder metallurgy (P / M) technology It has been known as a product that can be manufactured only by.
그러나, 전통적인 분말야금에 의한 제조방법은 제품의 형상을 만드는 성형작업을 단순히 일축 가압에 의해 실시하므로 비교적 단순한 형상을 갖는 제품을 제조할 수밖에 없다는 단점을 가지고 있을 뿐 만 아니라,However, the conventional manufacturing method by powder metallurgy not only has the disadvantage of producing a product having a relatively simple shape since the molding operation to form the product is simply performed by uniaxial press.
최종 소결 제품을 만들기 전후에 황삭, 연삭, 선삭 등 3-4 단계의 기계가공을 5-7 회 실시하여야 하기 때문에 재료비와 가공비의 과다로 인해 제조원가가 크게 상승한다.Before and after making the final sintered product, machining of roughing, grinding, turning, etc., 3-4 steps must be performed 5-7 times, resulting in a large increase in manufacturing cost due to excessive material and processing costs.
이에 비하여 최근의 분말사출성형기술은 복잡하고 정밀한 3차원부품의 실형상 제조를 후가공이 거의 필요 없이 대량생산 할 수가 있기 때문에 제조원가를 대폭 절감할 수가 있을 뿐 만 아니라 특히 초경, 타이타늄, 중합금 등의 난가공성 정밀 부품의 신제조기술로 각광을 받고 있다.On the other hand, the recent powder injection molding technology can produce large quantities of complex and precise three-dimensional parts in real shape with little post-processing, which can greatly reduce manufacturing costs, especially cemented carbide, titanium, and polymer alloys. It is attracting much attention as a new manufacturing technology for hard-working precision parts.
일반적으로 분말사출성형법은 미세한 (평균입경20㎛이하)분말과 고분자 결합제(주로 열가소성 결합제)를 혼합하는 혼합체제조공정과 사출성형기에 장착되어 있는 금형 내로 혼합체를 원하는 형상으로 사출성형하는 사출성형체 제조공정과,In general, the powder injection molding process is a process for preparing a mixture of a fine powder (average particle diameter of 20 µm or less) and a polymer binder (mainly a thermoplastic binder) and an injection molding process for injection molding a mixture into a mold mounted on an injection molding machine. and,
사출성형체에서 결합제를 제거하는 결합제 제거공정 및 탈지체를 원하는 물성과 치수를 얻기 위해 고온에서 소결하는 공정으로 구성되어 있다.It consists of a binder removal process for removing the binder from the injection molded product and a process for sintering the degreasing body at a high temperature to obtain desired physical properties and dimensions.
그러나, 기존의 분말사출성형 관련 특허는 철계 및 스테인레스 부품의 제조방법(대한민국 특허 345877, 대한민국 특허공개 0042176)에 관한 것이거나, 또는 단순히 결합제의 성분을 조정하여 사출성형체의 강도 및 사출성을 개량하는 방법(대한민국 특허 149240, 216874, 361741 등)에 관한 것이 대부분이며 분말사출성형법을 이용하여 초경절삭공구 인서트를 직접 제조하는 예는 찾아보기가 어렵다.However, existing powder injection molding related patents are related to the manufacturing method of iron-based and stainless parts (Korean Patent 345877, Republic of Korea Patent Publication 0042176), or simply to adjust the components of the binder to improve the strength and injection properties of the injection molding Most of the methods (Korean Patents 149240, 216874, 361741, etc.) are hardly found, and examples of directly manufacturing carbide cutting tool inserts using powder injection molding are difficult to find.
이는 초경공구 제조시 사용되는 분말의 입자가 상기의 철 및 스테인레스 제품의 제조방법 시 사용되는 분말입자(평균입경20㎛이하)보다 훨씬 미세할 뿐 만(평균입경 0.5-5㎛) 아니라 요구되는 항절력, 경도, 압축강도 등의 물성이 매우 높은데에서 기인하는 제조방법의 기술적인 난점이 그 주된 원인이다.This is because the particles of the powder used in the manufacture of cemented carbide tools are much finer than the powder particles (average particle diameter of 20 μm or less) used in the manufacturing method of the above iron and stainless steel products (average particle diameter of 0.5-5 μm), The main difficulty is the technical difficulty of the manufacturing method due to the very high physical properties such as the force of bending, hardness, compressive strength.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 그 목적은 분말사출 성형 기술, 탈지 및 탈탄기술, 소결기술을 적용하여 대표적인 난가공성 소재인 초경 절삭 공구 인서트의 실형상 제조시 가공비를 현저히 절감함으로서 저비용으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the object thereof is to apply a powder injection molding technique, a degreasing and decarburization technique, and a sintering technique to significantly reduce the processing cost when manufacturing the actual shape of the carbide cutting tool insert which is a representative hard workable material. By providing a method that can be produced at low cost.
도 1 은 분말사출성형체를 헥산을 용매로 하여 용매추출 시 용매추출 조건과 대기건조방법에 따른 용매추출율 및 성형체의 외관변화를 도시하는 도표,1 is a table showing the solvent extraction rate and the appearance change of the molded body according to the solvent extraction conditions and the air drying method when the solvent is extracted with hexane as the powder injection molding,
도 2 는 분말사출성형체의 열분해 탈지 및 예비소결 과정에서 로내의 가스분위기 변화에 따른 탈지체의 탄소함량의 변화 및 소결 후 유해상 존재 여부를도시하는 도표,FIG. 2 is a graph showing changes in the carbon content of the degreasing body and the presence of a harmful phase after sintering according to the gas atmosphere change in the furnace during pyrolysis degreasing and presintering of the powder injection molding;
도 3 은 본 발명의 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법에 따라서 제조된 인서트와 기존의 분말야금법으로 제조한 인서트의 물성을 비교한 도표,Figure 3 is a table comparing the physical properties of the insert prepared according to the method of manufacturing a cemented carbide cutting tool insert by the powder injection molding method of the present invention and the insert prepared by the conventional powder metallurgy method,
도 4 는 본 발명의 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법에서의 충전율에 따른 혼합체의 밀도변화를 보여주는 그라프,Figure 4 is a graph showing the density change of the mixture according to the filling rate in the manufacturing method of the carbide cutting tool insert by the powder injection molding method of the present invention,
도 5a 는 분말사출성형법에 의해 사출성형된 초경절삭공구 인서트의 외관을 촬영한 사진,Figure 5a is a photograph of the appearance of the carbide cutting tool insert injection molded by the powder injection molding method,
도 5b 는 사출성형체의 용매추출 후 대기 건조시 알콜에 침적을 하지 않은 경우의 성형체의 외관을 보여주는 사진,Figure 5b is a photograph showing the appearance of the molded body when not immersed in alcohol during air drying after solvent extraction of the injection molded product,
도 5c 는 용매추출공정과 열분해법으로 결합제가 완전히 제거된 탈지체의 외관을 보여주는 사진,Figure 5c is a photograph showing the appearance of the degreasing body completely removed the binder by the solvent extraction process and pyrolysis method,
도 5 d 는 최종 소결공정후의 초경 절삭 공구 인서트의 외관을 보여주는 사진이다.Figure 5d is a photograph showing the appearance of the carbide cutting tool insert after the final sintering process.
본 발명은 초경(WC)분말, 코발트 분말 및 필요한 경우의 첨가화합물 (TaC, TiC Cr3C2등)로 이루어지는 원료분말을 고분자 결합제와 혼합하여 사출용 피이드스톡(feed stock)을 제조하고,In the present invention, a feed stock for injection is prepared by mixing a raw material powder composed of cemented carbide (WC) powder, cobalt powder and, if necessary, an additive compound (TaC, TiC Cr 3 C 2, etc.) with a polymer binder,
상기 피이드스톡을 금형 내로 고압사출성형하고 얻어진 성형체 부터 용매추출 및 열분해법을 이용하여 상기고분자 결합제를 제거하고 얻어진 탈지체를 고온에서 진공소결하는 것으로 이루어지는 초경절삭공구 인서트의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a cemented carbide cutting insert comprising forming the feedstock by high-pressure injection molding into a mold, removing the polymer binder from the obtained molded body by using solvent extraction and pyrolysis, and vacuum-sintering the obtained degreasing body at a high temperature.
여기에서, 상기 원료분말은 절삭공구로서 물성을 부여하기 위해서 순도가 99.9% 이상이며 평균입경 5㎛ 이하의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.Here, the raw material powder is characterized by using a purity of 99.9% or more and an average particle diameter of 5㎛ or less in order to impart physical properties as a cutting tool.
또한 상기에서 원료분말이 초경분말 및 코발트로만 구성되는 경우는 절삭공구의 용도가 주철(cast iron), 비철합금, 스테인레스 강(200-300 series)을 비연속적으로 절삭하는데 바람직하며 원료분말이 초경분말 및 코발트 분말에 화합물 (TaC, TiC, Cr3C2중 적어도 하나 이상의 화합물)이 0.5-10wt.% 가 첨가되는 경우는 절삭공구의 용도가 대부분의 탄소강, 합금강, 스테인레스강(400-500series) 등을연속적으로 절삭하는 데에 바람직하다.In addition, when the raw material powder is composed only of cemented carbide and cobalt, the use of the cutting tool is preferable to cut cast iron, nonferrous alloy, stainless steel (200-300 series) discontinuously, and the raw powder is cemented carbide. And when 0.5-10 wt.% Of a compound (at least one compound of TaC, TiC, Cr 3 C 2 ) is added to the cobalt powder, the cutting tool is mostly used for carbon steel, alloy steel, stainless steel (400-500 series), and the like. It is desirable for cutting continuously.
상기 첨가화합물은 결정립 미세화, 열변형 억제를 통하여 절삭성 및 공구 수명 증가의 효과를 가진다.The additive compound has an effect of increasing machinability and tool life through grain refinement and suppression of thermal deformation.
또한, 상기 피드스톡 제조시 결합제 대비 원료분말 충전율은 45-57vol% 이며 용매추출은 사출체를 헥산용액에 침적하여 30-35℃에서 6 시간 이상 실시하여 결합제중의 파라핀왁스 및 스테아릭산을 90%이상 제거한다.In addition, the feedstock filling rate compared to the binder in the production of the feedstock is 45-57vol% and solvent extraction is carried out for 6 hours at 30-35 ℃ by immersing the injection body in the hexane solution 90% paraffin wax and stearic acid in the binder Remove it.
여기에 결합제의 열분해 제거시, 사용되는 가스는 엄격한 탄소함량 조절을 위하여 수소가스(부피비로 30-70%함유된)와 질소가스의 복합가스를 사용하는 것을 특징으로 하며 상기 진공소결은 진공도 10-1-10-2torr 범위와 온도는 1380-1480℃의 범위에서 60-120 분 정도 실시하는 것이 바람직하다.This removal of the binder upon thermal decomposition, the gas to be used for the strict control of carbon content is characterized by using a compound gas of nitrogen gas (containing 30-70% by volume) of hydrogen gas, and the vacuum degree of vacuum sintering is 10 - It is preferable to perform about 60-120 minutes in the range of 1 -10 -2 torr and the temperature of 1380-1480 degreeC.
이하의 부수된 도면과 함께 본 발명의 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법의 구체적인 제조공정과 특징을 다음의 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.Specific manufacturing processes and features of the method of manufacturing the carbide cutting tool insert by the powder injection molding method of the present invention together with the accompanying drawings will be described in detail with reference to the following examples.
도 1 은 분말사출성형체를 헥산을 용매로 하여 용매추출 시 용매추출 조건과 대기건조방법에 따른 용매추출율 및 성형체의 외관변화를 도시하는 도표, 도 2 는 분말사출성형체의 열분해 탈지 및 예비소결 과정에서 로내의 가스분위기 변화에 따른 탈지체의 탄소함량의 변화 및 소결 후 유해상 존재 여부를도시하는 도표, 도 3 은 본 발명의 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법에 따라서 제조된 인서트와 기존의 분말야금법으로 제조한 인서트의 물성을 비교한 도표, 도4 는 본 발명의 분말사출성형법에의한 초경 절삭공구 인서트의 제조방법에서의 충전율에 따른 혼합체의 밀도변화를 보여주는 그라프, 도 5a 는 분말사출성형법에 의해 사출성형된 초경절삭공구 인서트의 외관을 촬영한 사진, 도 5b 는 사출성형체의 용매추출 후 대기 건조시 알콜에 침적을 하지 않은 경우의 성형체의 외관을 보여주는 사진, 도 5c 는 용매추출공정과 열분해법으로 결합제가 완전히 제거된 탈지체의 외관을 보여주는 사진, 도 5 d 는 최종 소결공정후의 초경 절삭 공구 인서트의 외관을 보여주는 사진이다.1 is a diagram showing the solvent extraction rate and the appearance change of the molded body according to the solvent extraction conditions and the air drying method when the solvent is extracted with hexane as a solvent, Figure 2 is a thermal decomposition degreasing and pre-sintering process of the powder injection molding Table showing the change in carbon content of the degreasing body and the presence of a harmful phase after sintering according to the change in the gas atmosphere in the furnace, FIG. 3 is an insert manufactured according to the method for producing a cemented carbide cutting tool insert by the powder injection molding method of the present invention. 4 is a graph comparing the physical properties of inserts prepared by conventional powder metallurgy, FIG. 4 is a graph showing the density change of the mixture according to the filling rate in the method of preparing the carbide cutting tool insert by the powder injection molding method of the present invention. 5a is a photograph of the appearance of the carbide cutting tool insert injection molded by the powder injection molding method, Figure 5b is the atmosphere after extraction of the solvent of the injection molding Figure 5c is a picture showing the appearance of the molded body when not immersed in alcohol during drying, Figure 5c is a picture showing the appearance of the degreasing body completely removed the binder by the solvent extraction process and pyrolysis method, Figure 5d is a carbide cutting after the final sintering process Photo shows the appearance of the tool insert.
[실시예 1]Example 1
먼저 분말사출성형을 위하여 순도 99.9% 이상 평균 입경 0.8㎛ 의 초경분말 91wt.% 와 평균입경 3㎛ 및, 상기순도의 코발트 분말과 TaC 분말을 각각 6wt%, 3wt% 를 직경 6mm의 초경 볼(Ball)과 각각 50wt% 로 혼합하여 질소를 혼입한 후 48시간동안 볼밀링(Ball milling)을 하였다.First, for powder injection molding, cemented carbide powder having a purity of 99.9% or more with an average particle diameter of 0.8 μm, 91wt.% And an average particle diameter of 3 μm, and 6wt% and 3wt% of the cobalt powder and TaC powder of the above purity, ) And 50 wt% of each was mixed with nitrogen and ball milled for 48 hours.
상기 혼합분말에 파라핀 왁스(Paraffin wax), 폴리에틸렌(Polyethylene), 스테아릭산(Stearic acid) 등의 고분자 결합제(Binder)를 혼합하여 가압 혼련기에서 140-180℃에서 1시간 이상 혼련하여 사출용 혼합체,즉 피드스톡(Feed stock)을 제조하였다.The injection powder is mixed by mixing a polymer binder such as paraffin wax, polyethylene, stearic acid, and the like in the mixed powder for 1 hour at 140-180 ° C. in a pressure kneader, That is, a feed stock (Feed stock) was prepared.
이 피드스톡에서 원료분말의 결합제 대비 체적비율(분말충전율 : Solid loading)은 45-57 vol.%로 하였다. 이와 같이 분말의 충전비율을 한정하는 이유는 만일 분말충전율이 45% 보다 낮게 되면 결합제의 양이 과다하여 사출성형시 원료분말과 결합제의 분리현상이 일어날 뿐만 아니라 사출체에 응력이 집중되어 탈지및 소결과정에서 결함이 발생할 가능성이 매우 높다.In this feedstock, the volume ratio (powder loading: solid loading) of the raw material powder to the binder was 45-57 vol.%. The reason for limiting the filling rate of the powder is that if the filling rate is lower than 45%, the amount of the binder is excessive and separation of the raw material powder and the binder occurs during injection molding, and stress is concentrated in the injection molding to degrease and sinter. It is very likely that a defect will occur in the process.
반면에 분말충전율이 57%를 넘게 되면 혼합체의 유동도 부족으로 사출성형 자체가 어려울 뿐만 아니라 설사 사출성형이 이루어지더라도 결합제의 양이 부족하기 때문에 내부에 기공이 발생하여 혼합체의 밀도가 급격히 떨어지게 된다.On the other hand, when the powder filling rate exceeds 57%, the injection molding itself is difficult due to the lack of fluidity of the mixture, and even if the injection molding is performed, the amount of the binder is insufficient. .
도 4 는 혼합체의 결합제 대비 분말충전율에 따른 혼합체의 밀도변화의 측정값을 이론적인 밀도 값과 비교한 것이다.Figure 4 compares the measured density change of the mixture according to the powder filling rate compared to the binder of the mixture with the theoretical density value.
혼합체의 밀도는 상기 분말충전율 범위에서 5.0x5x45mm (TxWxL) 크기의 직사각형 시편을 제조하여 얻은 성형체의 부피 및 무게를 측정하여 산출하였다.The density of the mixture was calculated by measuring the volume and weight of the molded body obtained by manufacturing a rectangular specimen of 5.0x5x45mm (TxWxL) size in the powder filling rate range.
도 4 에서와 같이 분말충전율이 값이 증가할수록 혼합체의 밀도 값이 이론밀도와 거의 같은 경향으로 증가하다가 57%를 기준으로 혼합체의 밀도 값이 급격히 감소하는 것을 알 수 가 있다.As shown in FIG. 4, as the powder filling rate increases, the density value of the mixture increases in a tendency almost the same as the theoretical density, and the density value of the mixture rapidly decreases based on 57%.
측정된 혼합체의 밀도 값이 이론밀도 값에 가까울수록 양호한 사출성과 사출체 내부의 기공 및 결함이 발생되지 않는다. 따라서 본 발명에서의 분말충전율은 45- 57vol.% 가 적절하며 더욱 바람직하게는 50-55vol.%이다.The closer the density value of the measured mixture is to the theoretical density value, the better the ejectability and the less porosity and defects in the injection molding. Therefore, the powder filling rate in the present invention is 45-57vol.% Is appropriate, more preferably 50-55vol.%.
[실시예 2]Example 2
상기와 같은 방법으로 제조된 피드스톡을 인서트 금형에 금형온도 30-40 도℃ , 사출압력 60-100bar, 사출시간 2-10sec의 사출조건으로 사출하여 도 5a 에 제시된 바와 같은 건전한 외관의 인서트 사출성형체를 제조하였다.Insert injection molded product of a healthy appearance as shown in Figure 5a by injecting the feedstock prepared by the above method in the injection mold of the mold temperature 30-40 degrees ℃, injection pressure 60-100bar, injection time 2-10sec Was prepared.
이 성형체는 헥산(Hexane )용액에 침적하여 30-35℃에서 6시간이상 용매추출 (Solvent extraction)을 하여 결합제중의 파라핀왁스 및 스테아릭산을 90% 이상 제거하였다.The molded product was immersed in a hexane solution and subjected to solvent extraction at 30-35 ° C. for at least 6 hours to remove more than 90% of paraffin wax and stearic acid in the binder.
도 1 의 표는 상기 성형체를 헥산을 용매로 하여 용매추출 시 용매추출 조건과 대기건조방법에 따른 용매추출율 및 성형체의 외관변화를 보여주는 것이다.Table 1 shows the solvent extraction rate and the appearance change of the molded body according to the solvent extraction conditions and the air drying method when the solvent is extracted using the hexane as the solvent.
여기서 용매추출율(%)은 결합제로 첨가한 파라핀 왁스 및 스테아릭산의 무게를 100 으로 보았을 때, 헥산에 용해되어 나온 상기 결합제 무게의 백분율을 의미한다.Here, the solvent extraction rate (%) means the percentage of the binder weight dissolved in hexane when the weight of paraffin wax and stearic acid added as a binder is 100.
그리고, 상기에서와 같이 용매추출조건을 한정하는 이유는 상기 도 1 의 표에서와 같이 용매로 쓰이는 헥산의 온도가 35℃이상이 되면 사출체 내부에 적절한 추출통로가 형성되기 전에 결합제 제거 반응속도가 너무 빠르게 되어 사출체 내부에 응력이 집중되어 균열이 발생된다.And, the reason for limiting the solvent extraction conditions as described above is that when the temperature of the hexane used as the solvent, as shown in the table of Figure 1 is more than 35 ℃ binder removal reaction rate before the appropriate extraction passage is formed inside the injection molding It is so fast that stress concentrates inside the injection molding causing cracks.
또한 용매 온도가 30℃ 보다 낮으면 균열은 발생하지 않지만 용매 추출에 장시간이 소요되기 때문에 공정비용이 증가하게 된다. 따라서 사출성형체의 용매추출은 헥산 용액 온도 30-35℃에서 6시간 이상 실시하는 것이 가장 바람직하다.In addition, if the solvent temperature is lower than 30 ℃ cracks do not occur, but the process cost increases because it takes a long time to extract the solvent. Therefore, the solvent extraction of the injection molded body is most preferably carried out for 6 hours or more at a hexane solution temperature of 30-35 ℃.
또한 상기 도 1의 표에서와 같이 본 용매추출방법과 같이, 헥산을 용매로 하여 결합제를 보다 빠른( 알코올 또는 신나 대비) 시간에 추출하는 경우에 있어서 용매추출이 끝난 후 성형체의 대기 건조 시에 반드시 에틸알코올에 30분 이상 침적을 하여 성형체 내·외부에 남아있는 헥산을 에틸알코올에 희석을 시킨 후 대기건조를 실시하여야만 성형체 내·외부에 균열이 발생하지 않는다 것을 특징으로 하고 있다.In addition, in the case of extracting the binder at a faster time (relative to alcohol or thinner) using hexane as a solvent, as shown in the table of FIG. After immersion in ethyl alcohol for 30 minutes or more to dilute hexane remaining in and outside the molded body with ethyl alcohol, air drying is performed to prevent cracking inside and outside the molded body.
만일 용매추출이 끝난 균열이 전혀 없는 성형체를 에틸알코올에 침적하지 않고 바로 대기건조를 하게 되면 성형체 내·외부에 잔존하고 있는 헥산이 매우 급격히 기화 및 휘발하게 됨으로서 도 5b 와 같이 성형체 내·외부에 심각한 균열이 발생하게 양호한 용매추출 성형체를 얻을 수가 없다.If the molded product, which has no solvent extraction, is dried in the air without being immersed in ethyl alcohol, the hexane remaining in the inside and the outside of the molded product is rapidly vaporized and volatilized. It is not possible to obtain a good solvent extraction molded body to cause cracks.
[실시예 3]Example 3
용매추출이 끝난 성형체에 남아있는 소량의 파라핀 왁스 및 스테아릭 산 그리고 주결합제인 폴리에틸렌을 수소(30-70vol.%함유)+질소 복합가스를 사용하여 400-500℃에서 4-6시간 열분해법(Thermal decomposition)으로 완전히 제거하고 탈지체(결합제가 완전히 제거된 성형체)의 취급 용이를 위하여 약간의 강성을 주는 예비소결(900℃, 2시간)을 동시에 실시하였다.Pyrolysis of a small amount of paraffin wax, stearic acid, and main binder polyethylene in a solvent-extracted molded body using hydrogen (containing 30-70 vol.%) + Nitrogen complex gas at 400-500 ° C. for 4-6 hours It was completely removed by thermal decomposition, and pre-sintering (900 ° C., 2 hours) was performed simultaneously, which gave some rigidity for easy handling of the degreasing body (molded body in which the binder was completely removed).
도 5c 는 상기와 같이 열분해 탈지 및 예비소결을 실시한 후의 인서트의 건전한 외관을 보여주는 사진이다.5C is a photograph showing the sound appearance of the insert after pyrolysis degreasing and presintering as described above.
그리고, 상기와 같이 복합가스 내의 수소가스의 함유량을 한정하는 이유는 열분해 탈지 및 예비 소결과정에서 초기 원료분말이 가지고 있는 이론 탄소량(실시예의 경우 5.76 wt %)의 ±0.05wt% 이내의 엄격한 탄소함량제어(Carbon control)를 위해서이다.As described above, the reason for limiting the content of hydrogen gas in the composite gas is that strict carbon within ± 0.05 wt% of the theoretical carbon amount (5.76 wt% in the embodiment) of the initial raw material powder during pyrolysis degreasing and presintering. For carbon control.
예를 들면, 열분해 탈지 및 예비 소결과정에서 탈지체 내에 가탄 (Carburization)이 일어나게 되면 후 공정인 소결과정에서 유해상인 유리탄소(free carbon)가 제품 내에 발생하게 되며,For example, when carbonization occurs in the degreasing body during pyrolysis degreasing and presintering, free carbon, which is a harmful phase, is generated in the product during the subsequent sintering process.
또한 반대로 탈탄( Decarburization)이 일어나게 되면 탄소가 부족하게 되어유해상인 η(W3Co3C) 상이 발생하여 제품의 물성 및 수명에 치명적인 저하를 가져오게 됨으로서 바람직하지 못하다.On the contrary, when decarburization occurs, carbon is deficient, which causes undesirable η (W 3 Co 3 C) phase, which causes fatal deterioration of product properties and lifespan.
따라서, 열분해 탈지 및 예비소결 과정에서 로내의 가스분위기 변화에 따른 탈지체의 탄소함량의 변화 및 소결 후 유해상 존재 여부를 조사하였으며 그 결과를 도 2 의 표로서 나타내었다.Therefore, the change of carbon content of the degreasing body and the presence of the harmful phase after sintering according to the gas atmosphere change in the furnace during pyrolysis degreasing and presintering were investigated and the results are shown as a table of FIG. 2.
상기 도 2의 표에서와 같이 열분해 탈지 시 순수한 질소를 사용하게 되면 탈지체내에 이론 탄소량보다 약 0.5wt%이상 가탄이 일어나게 되며 이를 소결 시, 소결체 내에 유리탄소가 다량 발생하게 되어 소결체의 밀도가 이론밀도(14.92g/cm3)에 크게 미달되는 것을 알 수 있다.When pure nitrogen is used during pyrolysis degreasing as shown in the table of FIG. 2, about 0.5 wt% or more of the carbon is generated in the degreasing body, and when sintered, a large amount of free carbon is generated in the sintered body, and thus the density of the sintered body is increased. It can be seen that the theoretical density (14.92 g / cm 3 ) is significantly lower.
순수한 질소의 사용 시, 가탄이 되는 이유는 결합제의 주 구성성분인 탄화수소기(C-H)가 완전히 분해 및 기화되지 못하고 남아있기 때문이다.When pure nitrogen is used, the reason for the carbonization is that the hydrocarbon group (C-H), the main component of the binder, remains incompletely decomposed and vaporized.
이와 반대로 수소가스만을 사용하게 되면 결합제 내의 탄소만이 제거될 뿐 만 아니라 원료분말 자체 내의 탄소도 일부 탈탄이 일어나서 소결유해상인 η(W3Co3C)상이 생성되어 이론밀도에 도달하지 못하게 된다.On the contrary, when only hydrogen gas is used, not only carbon in the binder is removed, but also carbon in the raw material powder itself decarburizes to produce η (W 3 Co 3 C) phase, which is a sintered oil phase, and thus does not reach theoretical density.
기본적으로 초경합금은 액상소결이 진행되기 때문에 소결체의 밀도가 이론밀도 대비 최소 99% 이상이 되어야 요구되는 기계적 특성, 수명 등이 확보되기 때문에 상기 실시 예에서와 같이 열분해 탈지시에 순수한 질소 및 수소를 사용하게 되면 탄소제어가 불가능하게 되어 양호한 물성의 제품을 얻을 수 가 없다.Since cemented carbide is basically liquid phase sintered, the density of sintered body should be at least 99% of theoretical density to ensure the required mechanical properties and lifespan. In this case, carbon control becomes impossible and a product of good physical properties cannot be obtained.
그렇지만 수소 가스가 30-70vol.% 함유된 수소+질소 복합가스를 사용하게 되면 ±0.03wt.% 이하의 엄격한 탄소제어가 가능할 뿐 만 아니라 소결 후에도 소결체내에 유해상이 전혀 없기 때문에 이론밀도의 소결체를 제조할 수 가 있다.However, the use of hydrogen-nitrogen composite gas containing 30-70 vol.% Of hydrogen gas not only enables strict carbon control of ± 0.03 wt.% Or less, but also produces no sintered body after sintering. You can do it.
따라서 본 발명에 있어서 성형체의 열분해 탈지 및 예비소결은 엄격한 탄소제어를 위하여 수소 가스가 30-70vol.% 함유된 (더욱 바람직 하게는 수소가스가 40-60vol.% 함유된) 수소+질소 복합가스를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.Therefore, in the present invention, the pyrolysis degreasing and presintering of the molded body is carried out using a hydrogen + nitrogen composite gas containing 30-70 vol.% Of hydrogen gas (more preferably 40-60 vol.% Of hydrogen gas) for strict carbon control. It is characterized by using.
[실시예 4]Example 4
상기 실시예 1,2,3 에서와 같이 제조된 탈지체에 강도와 강성을 부여하기 최종적으로 소결처리를 하였다.Sintering treatment was finally performed to give strength and rigidity to the degreasing body prepared as in Examples 1, 2 and 3 above.
소결처리는 진공도 10-1-10-2torr의 범위에서 1380-1480℃에서 60-120분 실시하였다. 상기와 같이 소결조건을 한정하는 이유는 소결 시에 진공도가 10-2torr 이하로 되면 탈지체의 심한 산화반응으로 형상이 유지되기 어려우며,Sintering was performed at 1380-1480 ° C. for 60-120 minutes in the range of vacuum degree of 10 −1 −10 −2 torr. The reason for limiting the sintering conditions as described above is that when the degree of vacuum becomes less than 10 -2 torr during sintering, it is difficult to maintain the shape due to severe oxidation reaction of the degreasing body.
또한 진공도가10-2torr 이상으로 되면 초경합금 내의 코발트가 증발하기 하기 때문에 합금 조성의 변화로 인하여 양호한 소결체를 얻을 수가 없는 단점이 있다.In addition, since the cobalt in the cemented carbide is evaporated when the vacuum degree is 10 -2 torr or more, a good sintered body cannot be obtained due to the change in the alloy composition.
그리고 온도가 높고 소결시간이 길게 되면 과소결(oversintering) 및 입자성장(grain growth)이 일어나게 되어 물성이 저하하게 된다. 도 5d 는 상기와 같은 소결공정을 거친 후의 최종 인서트의 건전한 외관을 보여주고 있다.In addition, when the temperature is high and the sintering time is long, oversintering and grain growth occur, thereby deteriorating physical properties. Figure 5d shows the sound appearance of the final insert after the sintering process as described above.
도 3 의 표는 본 발명에 따라서 제조된 인서트와 기존의 분말야금법으로 제조한 인서트의 물성을 비교한 것이다.Table 3 compares the properties of the insert prepared according to the present invention and the insert prepared by the conventional powder metallurgy method.
항절력 시험은 시편을 별도로 제조하여 실시하였으며 시편의 크기는 ASTM B406-76 규격으로서 5.0x6.25x19mm (TxWxL)이다.The tensile test was performed separately from the test specimen. The test specimen was ASTM B406-76 standard, 5.0x6.25x19mm (TxWxL).
상기 표에서와 같이 분말사출성형법으로 제조된 인서트의 물성치를 기존의 분말야금법으로 제조된 제품의 물성치 (ASM metals handbook, 9th ed. vol.7, 782p)와 비교하면 최소한 동등이상의 물성을 가지는 것을 알 수 가 있다.As shown in the table above, the physical properties of the inserts manufactured by the powder injection molding method have at least the same physical properties as those of the products manufactured by the conventional powder metallurgy method (ASM metals handbook, 9th ed. Vol. 7, 782p). Can be seen.
또한 본 발명에 의해서 제조된 인서트 제품의 주요 부위인 두께부 (4.3mm±0.05) 및 중심원부(4.1φ±0.05mm) 등의 치수를 측정한 결과 요구 공차 ±0.05mm 내의 공차범위를 모두 만족하였기 때문에 기본적으로 후 가공을 필요로 하지 않지만,In addition, as a result of measuring the dimensions of the main parts (4.3 mm ± 0.05) and the center circle (4.1 φ ± 0.05 mm), which are the main parts of the insert product manufactured by the present invention, all the tolerances within the required tolerance ± 0.05 mm were satisfied. So basically does not require post-processing,
필요한 경우 공차범위 내에서 인서트의 절단 날 및 두께부 등을 1회 마무리 가공함으로서 표면 조도 향상 및 치수를 더욱 정밀하게 제어 할 수도 있다.If necessary, the cutting edge and thickness of the insert can be finished once within the tolerance range, thereby improving surface roughness and controlling the size more precisely.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 분말사출성형법에 의한 초경절삭공구 인서트의 제조방법은 고기능 및 정밀 형상의 초경절삭공구 인서트를 기존의 분말야금공정보다 저렴한 값으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 기타의 난가공성 정밀 부품의 실형상 제조에 사용될 수 있는 바람직한 효과가 있다.The production method of cemented carbide cutting tool insert according to the powder injection molding method of the present invention having the above configuration can not only manufacture cemented carbide cutting tool insert of high function and precision shape at a lower price than the conventional powder metallurgy process, but also There is a desirable effect that can be used to produce solid shapes of workable precision parts.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20030013686A KR100519647B1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20030013686A KR100519647B1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040078812A true KR20040078812A (en) | 2004-09-13 |
KR100519647B1 KR100519647B1 (en) | 2005-10-06 |
Family
ID=37363947
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR20030013686A KR100519647B1 (en) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100519647B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100678589B1 (en) * | 2004-11-04 | 2007-02-02 | (주)엠티아이지 | Multi-layer material and Munufacturing method therefor |
KR100796150B1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-01-21 | 한국피아이엠(주) | Producing method for vehicle in solenoid valve seat housing |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009527651A (en) * | 2006-02-24 | 2009-07-30 | エイチピーエム テクノロジー カンパニー リミテッド | Injection molded product and manufacturing method thereof |
KR100928387B1 (en) | 2008-07-08 | 2009-11-23 | 베스너 주식회사 | Micro-drill and manufacturing method thereof |
-
2003
- 2003-03-05 KR KR20030013686A patent/KR100519647B1/en active IP Right Grant
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100678589B1 (en) * | 2004-11-04 | 2007-02-02 | (주)엠티아이지 | Multi-layer material and Munufacturing method therefor |
KR100796150B1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-01-21 | 한국피아이엠(주) | Producing method for vehicle in solenoid valve seat housing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100519647B1 (en) | 2005-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5482670A (en) | Cemented carbide | |
EP1548136B1 (en) | Cemented carbide insert and method of making the same | |
CN109161711B (en) | Superfine crystal gradient hard alloy with double-gradient-layer structure on surface and preparation method thereof | |
CN111235453B (en) | Hard alloy with high-entropy alloy layer on surface and preparation method thereof | |
EP2043801A1 (en) | Fabrication method of alloy parts by metal injection molding and the alloy parts | |
KR100519647B1 (en) | Manufacturing method of cemented carbide cutting tool inserts by powder injection molding | |
Zhang et al. | Preparation and properties of ultra-fine TiCN matrix cermets by vacuum microwave sintering | |
KR101202462B1 (en) | Heat Resistant Steel Articles and Method for Preparing the Same | |
EP3309267B1 (en) | Cemented carbide and coated cemented carbide | |
JP5273987B2 (en) | Cermet manufacturing method | |
KR20130072155A (en) | Cemented carbide body and applications thereof | |
JP5268771B2 (en) | Method for producing sputtering target, method for forming hard film using the same, and hard film coated member | |
CN113564399B (en) | Gradient-structure TiCN-based metal ceramic and method for improving coating binding force thereof | |
RU2640055C1 (en) | Metal-ceramic composite and method of its production (versions) | |
MX2011005902A (en) | Pre-product for the production of sintered metallic components, a method for producing the pre-product and the production of components. | |
KR100509938B1 (en) | Method for fabricating TiAl intermetallic articles by metal injection molding | |
US20240253115A1 (en) | Methods of making cemented carbide powders for additive manufacturing | |
KR950007174B1 (en) | Hard alloy process of watch case | |
KR101816712B1 (en) | Cutting tools having hard coated layer | |
US20240253268A1 (en) | Bimodal cemented carbide powders for additive manufacturing and structured bodies made therefrom | |
US20240253267A1 (en) | Bimodal cemented carbide powders for additive manufacturing and structured bodies made therefrom | |
JP2013010997A (en) | Cermet, method for producing the same, and cutting tool | |
JPH11181541A (en) | Production of stainless steel sintered body | |
JP2024130628A (en) | Method for manufacturing low-friction, high-hardness materials | |
WO2023222897A1 (en) | A method of producing a die for extrusion of aluminium profiles, and an extrusion die, and a method of producing an extrusion die blank material and an extrusion die blank material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
AMND | Amendment | ||
B701 | Decision to grant | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120928 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130928 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140929 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150727 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160725 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170724 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180716 Year of fee payment: 14 |