KR20040084760A - 피복 절삭공구 인서트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 주철 뿐만 아니라 저합금강을 고속의 절삭속도로 선삭하는데 특히 유용한 초경합금의 피복 절삭공구 인서트에 관한 것이다. 이 절삭공구 인서트는, WC, 입방정 탄질화물, W가 합금처리된 Co 결합상, 결합상이 부화되어 있고 입방정 탄질화물상이 거의 없는 표면영역을 가지는 초경합금 본체와; 최내측의 TiCxNyOz층 (등축정), TiCxNyOz층 (주상정), 및 적어도 하나의 Al2O3층을 가지는 코팅; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피복 절삭공구 인서트{COATED CUTTING TOOL INSERT}
본 발명은, 주철 뿐만 아니라 저합금강을 중속 내지 고속의 절삭속도로 선삭하는데 특히 유용한 초경합금(cemented carbide) 피복 절삭공구 인서트에 관한 것이다. 인서트는, WC 및 입방정(cubic) 탄질화물을 경질 상으로서 가지며 인성을 지닌 Co 결합상(Co binder phase)으로 초경된 본체와, 고 내마모성의 코팅을 구비한다. 인서트 본체의 표면 영역의 원소 조성은 벌크(bulk) 조성과는 다르게 제조되며, 양호한 내마모성, 내소성변형성 및 절삭날의 강도를 동시에 나타내며,그 결과 상이한 기계가공 조건에 대해 공구수명이 연장된다.
오늘날 강 재료 및 스테인레스강 재료를 기계가공하는 데에는, 표면 영역에 결합상이 부화(enrich)된 초경합금 피복 인서트가 사용된다. 입자가 조대한 WC 절삭공구 재료에, 입방정 탄질화물 형성원소를 비교적 다량 첨가하여, 결합상이 부화된 표면영역은 더 큰 인성이 요구되는 절삭작업 쪽으로 그 적용 범위를 넓힌다. 그러나, 이들 초경합금 등급은, 주철을 선삭하기 위한 인서트에 있어서는, 종종 성공적이지 못하였다. 주철을 기계가공하는데 쓰이는 초경합금 등급은, 전통적으로, Co 함량을 적게 하고 WC 입도를 작게 하여 구성되며, WC 의 입자성장만을 억제하기 위한 이유에서, 입방정 탄화물이 전혀 첨가되지 않거나 또는 소량 첨가된다. 이러한 절삭공구 재료는, 실온에서의 경도가 비교적 크고, 또한, 적당한 내균열전파성과 벌크 인성 특성을 갖는다. 그러나, 다량의 열이 발생하는 고속의 절삭속도 및/또는 고속의 이송속도 작업에서는, 내소성변형성이 제한되며, 때때로 내마모성도 제한된다.
절삭공구 인서트의 내소성변형성을 개선하기 위하여는, WC 입도를 줄이고 Co 결합상의 함량을 낮추고, 및/또는 입방정 탄질화물 형성원소의 첨가량을 늘릴 필요가 있다. 그러나, 이들 각각의 변화는 동시에 인서트의 인성을 감소시키게 된다.
실질적으로 입방정 탄화물이 없고 결합상이 부화된 표면 영역을 도입함으로써 인성 거동을 개선하는 방법이 알려져 있다. US 4,277,283, US 4,610,931 및 US 4,548,786 은, 인서트 표면 근처에서 입방정 탄화물상을 용해함으로써 표면영역에 결합상을 부화하는 방법을 기재하고 있다. 이러한 방법에 따르면, 입방정 탄화물상이 소정의 질소를 포함하여야 하는데, 그 이유는 소결 분위기중에서 질소의 분압을 초과하여 소결되는 본체 내에서는 입방정 탄화물상을 소결온도에서 용해하는 데에 질소의 분압, 질소의 활성을 필요로 하기 때문이다. 질소는, 소결 사이클중에 노 분위기를 통해 그리고/또는 직접적으로 분체를 통해 첨가될 수 있다. 우선적으로 표면영역에서 입방정 탄화물상을 용해하면, 결합상으로 채워지는 작은 공간이 생겨 소망의 결합상 부화를 부여하게 된다. 그 결과, 본질적으로 WC 및 결합상으로 이루어지는 표면 영역이 얻어진다.
EP-A-1 026 271 은, 강을 선삭하기 위한 피복 초경합금 인서트에 관한 것이다. 이 인서트는, 고합금 Co 결합상, 4-12 중량%, 바람직하게는 7-10 중량%의 입방정 탄화물, 및 1-4 ㎛, 바람직하게는 2-3 ㎛ 의 WC 입도를 갖는다. 결합상이 부화된 표면 영역은 20 ㎛ 미만의 두께를 가지며, 절삭날로부터 인서트 중심을 향하는 방향의 직선을 따라서는, 결합상의 함량이 벌크 조성에 이르기까지 본질적으로 단조롭게 증가한다. 인서트의 코팅은, 3-12 ㎛의 주상(columnar) TiCN 및 2-12 ㎛의 Al2O3를 포함한다.
US 5,945,207 은, 주철 재료를 절삭하는데 특히 유용한 절삭공구 인서트를 기재하고 있다. 이 인서트는, Co: 5-10 중량% 및 주기율표의 Ⅳb, Ⅴb, Ⅵb 군으로부터의 입방정 탄화물: 0.5 % 미만을 갖는 WC-Co 초경합금 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 결합상은 W 로 고합금처리되고, 표면 조성은 잘 한정된다. 코팅은, 주상정(columnar grain)의 TiCxNyOz층, 미세 입자로 조직화된 α-Al2O3층, 및 절삭날의 선을 따라 제거된 TiCxNyOz상부층을 포함한다.
본 발명은, 이상의 사정을 감안하여, 주철 및 저합금강을 선삭하는데 있어 우수한 성능을 나타내는 피복 절삭공구 인서트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 절삭공구 인서트의 구조를 1000배 확대하여 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 초경합금 벌크(bulk) 2 : 초경합금 표면영역
3 : 최내측의 TiCxNyOz층 4 : 제 2 의 TiCxNyOz층
5 : Al2O3층
놀랍게도, 주철을 기계가공하는 때의 성능 개선은, 절삭공구 인서트의 여러 가지 특징을 조합함으로써 달성가능한 것으로 밝혀졌다. 더 상세하게는, 표면 영역을 입방정 탄질화물이 거의 없고 결합상이 부화된 것으로 함과 아울러, WC 입도를 미세화하고, 입방정 탄질화물 형성원소를 비교적 적게 첨가하고, Co 바인더 함량을 줄여서 공구를 제조하는 경우, 절삭날의 강도, 내소성변형성 및 내마모성에 대한 개선이 동시에 달성되는 것으로 밝혀졌다.
상기 절삭공구 인서트는, 경질의 내마모성 코팅으로 피복되는 경우, 중속 내지 고속의 절삭속도로 주철을 선삭하고 고속의 절삭속도로 저합금강을 선삭하는 경우 우수한 성능을 나타낸다. 본 발명에 따른 피복 초경합금 인서트가 연속적인 절삭조건과 단속적인 절삭조건에서 모두 매우 잘 작동하여 폭 넓은 적용영역을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 피복 절삭공구가 초경합금 본체를 구비하고, 이 초경합금 본체는, Co: 3.0 - 8.0 중량%, 바람직하게는 4.5 - 7.0 중량%, 주기율표의 Ⅳb 및Ⅴb 군으로부터의 입방정 탄질화물 형성원소: 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%, N, C, 및 WC 의 조성을 갖는다. N 은, 소결된 상기 본체중에, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 원소 중량의 1.0 % 초과, 바람직하게는 1.7 - 5.0 % 에 상당하는 양으로 존재한다. 또한, C 의 함량은 5.6 - 6.5%, 바람직하게는 5.7 - 6.4% 범위내이다.
상기 초경합금 본체는, 5 - 40 ㎛, 바람직하게는 10 - 30 ㎛ 두께의 표면영역을 가지며, 이 표면영역에는 결합상이 부화되어 있고 입방정 탄질화물상은 거의 없다. 표면영역의 결합상의 최대 함량은 벌크 결합상 함량의 1.2 - 3 부피이다.
코발트 결합상에는 텅스텐이 고합금처리된다. 결합상 중의 텅스텐 함량은, S-값 =/16.1 로서 표현되는데, 여기서는 결합상의 측정된 자기 모멘트(μTm3kg-1)이다. S-값은 결합상의 텅스텐 함량에 따라 달라지는데, 텅스텐 함량이 감소하면 S-값은 증가한다. 따라서, 순수 코발트, 또는 탄소를 함유하는 바인더에 대하여는 S=1 이고, η-상 형성까지의 경계선에 상당하는 텅스텐 함량을 가지는 결합상에 대하여는 S=0.78 이다.
본 발명에 따르면, 초경합금 본체의 S-값이 0.78 - 0.94, 바람직하게는 0.81 - 0.92 의 범위 내이면, 절삭성능이 개선되는 것으로 밝혀졌다.
더욱이, 연삭 및 연마된 대표적인 횡단면에서 측정된 텅스텐 탄화물상의 평균 인터셉트(intercept) 길이는, 0.35 - 0.85 ㎛, 바람직하게는 0.45 - 0.75 ㎛ 범위 내이다. 입방정 탄질화물상의 평균 인터셉트 길이는, 텅스텐 탄화물의 평균 인터셉트 길이와 실질적으로 같다. 인터셉트 길이는, 10000배 확대한 사진의 이미지를 분석하여 측정되고, 대략 1000 인터셉트 길이의 평균값으로서 계산된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 입방정 탄질화물의 양은, 입방정 탄질화물 형성원소인 티탄, 탄탈, 및 니오브의 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량% 이다. 탄탈과 니오브 간의 중량 비율은 0.8 - 4.5, 바람직하게는 1.2 - 3.0 범위 내이고, 티탄과 니오브 간의 중량 비율은 0.5 - 7.0, 바람직하게는 1.0 - 4.0 범위 내이다.
본 발명에 따른 피복 절삭공구 인서트는, 이하의 층을 포함하는 코팅을 구비한다.
- 제 1 최내각 TiCxNyOz층, 여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.5, 더 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.2, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 입자는 등축정 (equiaxed grains) 이며, 총 두께는 2 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎛ 초과임.
- TiCxNyOz층, 여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.2, x 〉0.3, 및 y 〉0.2, 가장 바람직하게는 x 〉0.4 이며, 두께는 3 - 14 ㎛, 바람직하게는 4 - 12 ㎛, 가장 바람직하게는 5 - 10 ㎛ 이며, 입자는 주상정 (columnar grains) 임.
- 적어도 하나의 Al2O3층, 바람직하게는 α- Al2O3층, 여기서, 두께는 2 -14 ㎛, 바람직하게는 3 - 10 ㎛ 임.
- Al2O3층 다음에 추가의 외층으로서 TiCxNyOz, HfCxNyOz, 또는 ZrCxNyOz, 또는 이들의 혼합물로 된 층, 여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1.2, 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.4, 더 바람직하게는 y 〉0.4, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 두께는 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.4 - 1.5 ㎛ 임, 그러나 상기 Al2O3층이 가장 바깥쪽의 층일 수 있음.
본 발명은 또한, Co: 3.0 - 8.0 중량%, 바람직하게는 4.5 - 7.0 중량%, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 입방정 탄질화물 형성원소: 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%, N, C, 및 WC 의 조성을 가지는 초경합금 본체를 포함하는 피복 절삭공구의 제조방법에 관한 것이다. N 은, 소결된 상기 본체중에, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 금속 중량의 1.0 % 초과, 바람직하게는 1.7 - 5.0 % 에 상당하는 양으로 존재한다.
본 발명에 따른 초경합금 본체는, 다음의 2가지 방식중의 하나에 의해 또는 이들 2가지 방식을 조합하여 제조된다:
(ⅰ) US 4,610,931 에 개시된 바와 같이 질화물 또는 탄질화물을 함유하는 예비소결된 본체 또는 콤팩트 본체를, 불활성 분위기에서 또는 진공중에서 소결처리하는 방식.
(ⅱ) 콤팩트 본체를 US 4,548,786 에 개시된 바와 같이 질화처리하여 불활성 분위기에서 또는 진공중에서 소결처리하는 방식.
소망하는 평균 인터셉트 길이는, 출발물질인 분체의 입도, 그리고 밀링조건 및 소결조건에 따라 달라지며, 실험에 의해 결정되어야 한다. 소망하는 S-값은, 출발물질인 분체 및 소결조건에 따라 달라지며, 마찬가지로 실험에 의해 결정되어야 한다.
초경합금에는, 700 - 950 ℃ 의 온도범위에서 층을 형성하기 위해, 탄소 및 질소 원 (source) 으로서 아세토니트릴을 이용하여 MTCVD 기술에 의해, TiCxNyOz층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.2, x 〉0.3, 및 y 〉0.2, 가장 바람직하게는 x 〉0.4 이며, 조직은 주상정임) 이 증착된다.
최내측의 TiCxNyOz층, Al2O3층들, 및 이어지는 TiCxNyOz, HfCxNyOz, 또는 ZrCxNyOz층들은, 공지의 기술에 따라 증착된다.
본 발명은 또한, 전술한 피복 절삭공구 인서트를, 중속 및 고속의 절삭속도, 즉, 절삭속도를 100 - 700 m/min, 바람직하게는 100 - 600 m/min 로 하고, 이송속도 (절삭속도와 인서트의 형상에 따라 달라짐) 을 0.04 - 0.80 mm/rev. 로 하여, 주철 및 저합금강을 선삭하는데 이용하는 피복 절삭공구 인서트의 용도에 관한 것이다.
실시예 1
등급A: Co 5.6 중량%, Ta 1.5 중량%, Nb 0.9 중량%, Ti 1.5 중량%, C 5.98 중량%, N 0.08 중량% 및 잔부는 W 의 조성으로 되어 있고, W 로 합금처리된 결합상의 S-값이 0.91 에 상당하는 본 발명에 따른 초경합금 기재를, 종래와 같은 분체의분쇄, 그린 콤팩트 (green compact) 의 프레싱, 및 1430 ℃ 에서의 소결처리를 거쳐 제조하였다. 소결후의 미세조직을 관찰한 결과, 텅스텐 탄화물상의 평균 인터셉트 길이는 0.58 ㎛ 이었고, 인서트의 표면영역은, 입방정 탄질화물상이 거의 없는 15 ㎛ 두께의 결합상이 부화된 부분으로 이루어져 있었다. 기재 상에는, 본 발명에 따라, 동일의 피막처리 사이클중에 증착된 후속층들을 코팅처리하였다. 제 1 층은, 0.2 ㎛ 두께의 TiCxNyOz층 (여기서, z〈 0.1, y 〉0.6 이고, 입자는 등축정임) 으로 하였다. 제 2 층은, 835 - 850 ℃ 에서 증착된 6.8 ㎛ 두께의 주상 TiCxNyOz층 (탄소 및 질소 원으로서의 아세토니트릴을 가지며, 대략적인 탄소/질소의 비율이 x/y=1.5 이며, z〈 0.1 임) 으로 하였다. α-상으로 이루어지는 7.2 ㎛ 두께의 Al2O3층을 대략 1000 ℃ 에서 증착하였다. 질소가 부화된 등축정의 TiCxNyOz층 (여기서, z〈 0.1, y 〉0.8) 을 외층으로 하여, 0.4 ㎛ 의 두께로 증착하였다.
등급B: Co 5.6 중량%, Ta 1.0 중량%, Nb 0.6 중량%, Ti 1.9 중량%, C 6.01 중량%, N 0.13 중량% 및 잔부는 W 의 조성으로 되어 있고, W 로 합금처리된 결합상의 S-값이 0.89 에 상당하는 초경합금 기재를, 등급A와 동일한 방법으로 제조하였다. 소결후의 텅스텐 탄화물상의 평균 인터셉트 길이는 0.56 ㎛ 이었고, 인서트의 표면영역은, 입방정 탄질화물상이 거의 없는 20 ㎛ 두께의 결합상이 부화된 부분으로 이루어져 있었다. 기재 상에는, 등급A 에 따른 (본 발명에 따른) 코팅처리를 하였다.
등급C: Co 6.0 중량%, Ta 0.16 중량%, C 5.80 중량% 및 잔부는 W 의 조성으로 되어 있고, W 로 합금처리된 결합상의 S-값이 0.94 에 상당하며, 소결 본체중의 WC 의 평균 인터셉트 길이가 0.61 ㎛ 으로 되어 있는 종래의 주철 기계가공용의 초경합금 기재에, 등급A 에 따른 (본 발명에 따른) 코팅을 피복처리하였다.
등급D: Co 5.5 중량%, Ta 1.5 중량%, Nb 1.3 중량%, C 5.86 중량% 및 잔부는 W 의 평균 조성으로 되어 있고, 입방정 탄질화물이 없는 표면영역을 갖지 않으며, W 로 합금처리된 결합상의 S-값이 0.89 에 상당하며, 소결 본체중의 WC 의 평균 인터셉트 길이가 0.57 ㎛ 으로 되어 있는 기재에, 등급A 에 따른 (본 발명에 따른) 코팅을 피복처리하였다.
등급A, 등급B, 등급C, 및 등급D 에 대하여, 단속 절삭 (interrupted cutting ) 을 행한 경우에서의 절삭날의 인성을 시험하였다. 기계가공 작업은 원통형 슬롯 바아를 길이방향으로 선삭하는 것으로 하였다.
재료: 강SS1672
인서트 타입: CNMG120412-M5
절삭속도: 140 m/min
이송속도: 0.1, 0.125, 0.16, 0.20, 0.25, 0.315, 0.4, 0.5, 0.63, 0.8
mm/rev., 10 mm 길이의 절삭후에 점차로 증가
절삭깊이: 2.5 mm
공구 수명 평가기준: 절삭날의 치핑 또는 인서트의 파단
결과 파단시의 평균 이송속도 (mm/rev.)
등급A (본 발명에 따른 등급) 0.36
등급B (본 발명에 따른 등급) 0.20
등급C (본 발명에 따른 코팅) 0.20
등급D (본 발명에 따른 코팅) 0.15
이 시험은, 기재와 본 발명에 따른 코팅을 조합하면, 종래의 주철 기계가공 등급에 비하여 동일하거나 또는 우수한 절삭날 인성이 달성됨을 나타낸다. 이 시험은 또한, 경사(gradient) 표면영역을 형성하지 않은 경우에 입방정 탄질화물상의 첨가가 절삭날의 인성에 관하여 끼치는 유해한 영향을 나타낸다.
실시예 2
등급A, 등급C, 등급D 에 따른 인서트를, 회주철을 길이방향으로 선삭하여 시험하였다. 상이한 등급의 내소성변형성을 관찰하고 비교하였다.
재료: 회주철, SS0125
인서트 타입: CNMG120412-M5
절삭속도: 350 m/min
이송속도: 0.4 mm/rev.
절삭깊이: 2.5 mm
냉각제: 없음
절삭시간: 5분
결과: 절삭날 함몰
등급A (본 발명에 따른 등급) 25 ㎛
등급C (본 발명에 따른 코팅) 30 ㎛
등급D (본 발명에 따른 코팅) 25 ㎛
시험에서 나타난 바와 같이, 등급A 의 내소성변형성은, Co 가 부화되고 입방정 탄질화물이 없는 표면영역의 존재에 의해서 손상되지 않는다.
실시예 3
등급E: Co 5.5 중량%, Ta 3.3 중량%, Nb 2.1 중량%, Ti 2.0 중량%, C 6.0 중량%, N 0.2 중량% 및 잔부는 W 의 조성으로 되어 있는 종래의 강의 기계가공용의 초경합금 기재에, 등급A 에 따른 (본 발명에 따른) 코팅을 피복처리하였다. 상기 절삭 공구의 기재는, 본질적으로 입방정 탄질화물상이 없는 25㎛ 깊이의 표면영역을 가지며, W 로 합금처리된 평균 결합상의 S-값이 0.85 에 상당하며, 소결 본체중의 WC 의 평균 인터셉트 길이가 0.73 ㎛ 으로 되어 있는
등급F: 등급C에 따른 기재에, 제 1 층인 TiCxNyOz박막층; 제 2 층인 6.2 ㎛ 두께의 주상정 TiCxNyOz층; 2.1 ㎛ 두께의 k-Al2O3층; 및 가장 바깥층인 1.2 ㎛ 두께의 N-부화 TiCxNyOz층으로 이루어지는 코팅을 피복처리한, 주철 기계가공용의 상업적인 초경합금 등급.
등급A, 등급C, 등급E, 등급F에 따른 인서트에 대하여 회주철 작업물의 인성을 시험하였다. 상기 작업물은 단속절삭 조건을 발생시키는 주조표면과 기하학적 형상을 갖는다. 공구 수명의 평가기준은 작업물 코너에서의 버어(burr)의 발생으로 하였다.
재료: 회주철
작업물: 벨트 풀리
인서트 타입: WNMG080412-MR7
절삭속도: 300 m/min
이송속도: 0.4 mm/rev.
절삭깊이: 3.0 mm
냉각제: 없음
결과: 발생한 조각수
등급A (본 발명에 따른 등급) 23
등급C (본 발명에 따른 코팅) 18
등급E (본 발명에 따른 코팅) 11
등급F (종래 기술) 15
이 작업 결과는, 본 발명에 따른 등급은 내마모성과 절삭날 인성의 매우 양호한 조합을 유지하는 것을 보여주고 있다. 등급C와 등급E의 마모는 절삭날 치핑에 특징이 있다. 입방정 탄질화물상 형성원소의 다량의 첨가와 WC 의 더 큰입도는 이러한 주철의 기계가공 작업에서 등급E에게 더 많은 취성거동을 가져온다. 등급F의 마모는 비교적 얇은 코팅으로 인한 연마마모에 특징이 있다.
실시예 4
등급A, 등급B, 등급C, 등급D, 등급E, 등급F에 따른 인서트를 구상흑연주철의 정면절삭(facing operation)으로 시험하였다. 공구수명의 평가기준은 0.4 mm를 초과하는 플랭크 마모로 하였다. 등급A, 등급B, 및 등급E의 인서트의 경사면(rake face)은 연마되지 않았다.
재료: 구상흑연주철, SS0732
작업물: 실린더
인서트 타입: WNMA080412
절삭속도: 250 m/min
이송속도: 0.3 mm/rev.
절삭깊이: 3.0 mm
절삭조건: 단속 중절삭
냉각제: 있음
결과: 발생된 작업물수
등급A (본 발명에 따른 등급) 30
등급B (본 발명에 따른 등급) 32
등급C (본 발명에 따른 코팅) 25
등급D (본 발명에 따른 코팅) 15
등급E (본 발명에 따른 코팅) 15
등급F (종래기술) 20
실시예 5:
등급A, 등급C, 등급E, 및 등급F에 따른 인서트를 구상흑연주철의 외부작업에서 시험하였다. 공구수명의 평가기준은 플랭크 마모 또는 절삭날 치핑으로 인한 불량한 표면처리로 하였다.
재료: 구상흑연주철, SS0732
작업물: 하우징
인서트 타입: CNMG120412-MR7
절삭속도: 250 m/min
이송속도: 0.4 mm/rev.
절삭깊이: 2.0 mm
절삭조건: 극심한 단속
냉각제: 있음
결과: 발생된 작업물수
등급A (본 발명에 따른 등급) 32
등급C (본 발명에 따른 코팅) 26
등급E (본 발명에 따른 코팅) 28
등급F (종래기술) 28
등급A와 등급F의 공구수명은 주로 플랭크 마모에 의해 제한되는 반면, 등급C와 등급E의 공구수명은 절삭날 치핑에 의해 제한되었다.
실시예 6:
등급A, 등급B, 등급C, 등급E에 따른 절삭날을, 저합금강을 길이방향으로 선삭하여 시험하였다. 상이한 등급의 내소성변형성을 관찰하고 비교하였다.
재료: 저합급강, SS1672
인서트 타입: CNMG120412-M5
절삭속도: 600 m/min
이송속도: 0.4 mm/rev.
절삭깊이: 2.5 mm
냉각제: 없음
절삭시간: 1 min
결과: 절삭날 함몰
등급A (본 발명에 따른 등급) 25 ㎛
등급B (본 발명에 따른 등급) 20 ㎛
등급C (본 발명에 따른 코팅) 35 ㎛
등급E (본 발명에 따른 코팅) 20 ㎛
이 시험에서, 등급A와 등급B는, 공구가 종래 주철의 선삭용 기재를 갖고 있는 등급C보다 더 나은 내변형성을 보여주고 있다. 등급B의 성능은 등급E의 성능과 동일하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 주철 및 저합금강을 선삭하는데 특히 유용한 본발명의 피복 절삭공구 인서트에 따르면, 절삭날의 강도, 내소성변형성 및 내마모성이 동시에 개선된다. 또한, 본 발명에 따른 피복 초경합금 인서트가 연속적인 절삭조건과 단속적인 절삭조건에서 모두 매우 잘 작동하여 폭 넓은 적용영역을 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 초경합금 본체와 코팅을 포함하며, 주철 및 저합금강을 선삭하는데 특히 유용한 피복 절삭공구 인서트에 있어서,
    상기 초경합금 본체는,
    Co: 3.0 - 8.0 중량%, 바람직하게는 4.5 - 7.0 중량%, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 입방정 탄질화물 형성원소: 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%, N, C, 및 WC 의 조성을 가지며, 또한, 5 - 40 ㎛, 바람직하게는 10 - 30 ㎛ 두께의 표면영역을 가지며, 이 표면영역에는 결합상이 부화되어 있고 입방정 탄질화물상은 거의 없으며, 표면영역의 결합상의 최대 함량은 벌크 결합상 함량의 1.2 - 3 부피이며,
    상기 코팅은,
    제 1 최내각 TiCxNyOz층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.5, 더 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.2, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 입자는 등축정이며, 총 두께는 2 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎛ 초과임),
    TiCxNyOz층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.2, x 〉0.3, 및 y 〉0.2, 가장 바람직하게는 x 〉0.4 이며, 두께는 3 - 14 ㎛, 바람직하게는 4 - 12 ㎛, 가장 바람직하게는 5 - 10 ㎛ 이며, 입자는 주상정임),
    적어도 하나의 Al2O3층 (여기서, 두께는 2 - 14 ㎛, 바람직하게는 3 - 10㎛ 임) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  2. 제 1 항에 있어서, 추가로, TiCxNyOz, HfCxNyOz, 또는 ZrCxNyOz, 또는 이들의 혼합물로 된 외층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1.2, 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.4, 더 바람직하게는 y 〉0.4, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 두께는 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.4 - 1.5 ㎛ 임) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  3. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 초경합금 본체의 S-값은 0.78 - 0.94, 바람직하게는 0.81 - 0.92 의 범위 내이고, WC 상의 평균 인터셉트 길이는 0.35 - 0.85 ㎛, 바람직하게는 0.45 - 0.75 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  4. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, N 은, 소결된 상기 본체중에, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 입방정 탄질화물 형성원소 중량의 1.0 % 초과, 바람직하게는 1.7 - 5.0 % 에 상당하는 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  5. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 입방정 탄질화물의 양은, 상기 입방정 탄질화물 형성원소인 티탄, 탄탈, 니오브의 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량% 에 상당하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  6. 전항들중의 어느 한 항에 있어서, 탄탈과 니오브 간의 중량 비율은 0.8 - 4.5, 바람직하게는 1.2 - 3.0 범위 내이고, 티탄과 니오브 간의 중량 비율은 0.5 - 7.0, 바람직하게는 1.0 - 4.0 범위 내인 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트.
  7. 초경합금 본체와 코팅을 포함하며, 주철 및 저합금강을 선삭하는데 특히 유용한 피복 절삭공구 인서트의 제조방법에 있어서,
    상기 초경합금 본체는,
    Co: 3.0 - 8.0 중량%, 바람직하게는 4.5 - 7.0 중량%, 주기율표의 Ⅳb 및 Ⅴb 군으로부터의 입방정 탄질화물 형성원소: 0.5 - 4.0 중량%, 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%, N, C, 및 WC 의 조성을 가지며, 또한, 5 - 40 ㎛, 바람직하게는 10 - 30 ㎛ 두께의 표면영역을 가지며, 이 표면영역에는 결합상이 부화되어 있고 입방정 탄질화물상은 거의 없으며, 표면영역의 결합상의 최대 함량은 벌크 결합상 함량의 1.2 - 3 부피이며,
    상기 코팅은,
    제 1 최내각 TiCxNyOz층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.5,더 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.2, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 입자는 등축정이며, 총 두께는 2 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎛ 초과임),
    TiCxNyOz층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1, 바람직하게는 z〈 0.2, x 〉0.3, 및 y 〉0.2, 가장 바람직하게는 x 〉0.4 이며, 두께는 3 - 14 ㎛, 바람직하게는 4 - 12 ㎛, 가장 바람직하게는 5 - 10 ㎛ 이며, 입자는 주상정임),
    적어도 하나의 Al2O3층 (여기서, 두께는 2 - 14 ㎛, 바람직하게는 3 - 10 ㎛ 임) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 추가로, TiCxNyOz, HfCxNyOz, 또는 ZrCxNyOz, 또는 이들의 혼합물로 된 외층 (여기서, 0.7 ≤x+y+z ≤1.2, 바람직하게는 y 〉x, 및 z〈 0.4, 더 바람직하게는 y 〉0.4, 가장 바람직하게는 y 〉0.7 이며, 두께는 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.4 - 1.5 ㎛ 임) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 절삭공구 인서트의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 피복 절삭공구 인서트를, 절삭속도를 100 - 700 m/min 로 하고, 이송속도 (절삭속도와 인서트의 형상에 따라 달라짐) 을 0.04 - 0.80 mm/rev. 로 하여, 주철과 저합금강을 선삭하는데 이용하는 피복 절삭공구 인서트의 용도.
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