KR20050110822A - Sintered body of wc-co alloys having high toughness and heat resistance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소결체의 미세 조직을 고인성 및 고내열성을 갖도록 제어하여 절삭 가공 시 내치핑성, 내결손성 및 고온 내마모성을 증가시킨 초경합금 소결체 및 이 소결체를 모재로 한 피복 초경 합금 절삭 공구에 관한 것이다.The present invention relates to a cemented carbide sintered body in which the microstructure of the sintered body is controlled to have high toughness and high heat resistance to increase chipping resistance, fracture resistance, and high temperature wear resistance during cutting, and a coated cemented carbide cutting tool based on the sintered body. .

본 발명에 따르면, 68~88%의 WC와 5~12%의 Co 결합상을 함유하고, 주기율표 4a, 5a 및 6a족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가물을 7~20% 포함하는 초경 합금 소결체가 제공되고, 상기 초경 합금의 미세 조직은 소정의 범위 내에 결합상 조직의 크기가 1.5㎛ 이상인 결합상 빈도가 10회 이하이고 최대 결합상 조직의 크기가 2.5㎛ 미만이며, 결합상 내 순수 Co 함량이 65 중량% 이상인 특징을 갖도록 제어하여 공구의 내열성 및 고온 내마모성을 증가시킨다. 또한 상기 미세 조직에서 직경 3㎛ 이상의 WC 상 면적 비율이 총 WC 면적 비율의 80% 이상이 되도록 제어하여 내결손성 및 내치핑성을 향상시킬 수 있다. 이렇게 제조된 초경 합금 소결체를 모재로 하여 모재 보다 높은 경도를 갖는 물질로 구성된 박막으로 이루어진 피복 초경 합금 절삭 공구는 강의 단속 및 연속 절삭 과정에서 우수한 절삭 성능을 나타낸다.     According to the present invention, 7 to 20 containing at least one additive containing 68 to 88% of WC and 5 to 12% of Co-bonded phase and selected from carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table. Carbide alloy sintered body is provided, wherein the microstructure of the cemented carbide has a combined phase frequency of less than or equal to 10 times the size of the connective tissue is 1.5㎛ or more within a predetermined range and the size of the maximum connective tissue is less than 2.5㎛, It is controlled to have the characteristic that the pure Co content in the binding phase is 65% by weight or more to increase the heat resistance and high temperature wear resistance of the tool. In addition, by controlling the area ratio of the WC phase having a diameter of 3 μm or more in the microstructure to be 80% or more of the total WC area ratio, the fracture resistance and the chipping resistance may be improved. The coated cemented carbide cutting tool made of a thin film made of a material having a higher hardness than the base metal based on the cemented carbide sintered body thus produced shows excellent cutting performance in the interrupted and continuous cutting of steel.

Description

고인성 및 고내열성의 WC-Co 합금 소결체{Sintered body of WC-Co alloys having high toughness and heat resistance}Sintered body of WC-Co alloys having high toughness and heat resistance}

본 발명은 초경 합금 소결체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공구용으로 사용되는 초경 합금 소결체로서 고인성 및 고내열성을 가지는 초경합금 소결체에 관한 것이다.The present invention relates to a cemented carbide sintered body, and more particularly, to a cemented carbide sintered body having high toughness and high heat resistance as a cemented carbide sintered body used for tools.

1929년 독일의 Schrter에 의해 탄화텅스텐(WC), 코발트(Co)를 주성분으로 하는 초경 합금이 개발된 이래 여러 가지 적용 분야에 적합한 물성을 갖게 하기 위한 다양한 방법이 연구되어 왔고, 현재 탄화텅스텐(WC), 코발트(Co)를 주성분으로 하는 초경 합금은 절삭 공구 및 내마모 공구로 널리 사용되어 지고 있다. 절삭 공구는 철, 강(합금강) 등의 소재를 절삭 가공하는 용도로서 사용되는데, 부분적 고인성 및 고경도를 갖는 여러 가지 모재 제조 방법이 개발되었고, 공구의 내마모성 및 인성을 보다 좋게 하기 위하여 공구 모재 표면에 각종 세라믹 산화물, 탄화물 등을 화학 증착법 (Chemical Vapor Deposition: CVD) 또는 물리 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD)에 의하여 형성된 피복층을 지닌 피복 절삭 공구가 널리 사용되고 있다.Since the development of tungsten carbide (WC) and cobalt (Co) based carbide alloys in 1929 by Schrter, Germany, various methods have been studied to obtain suitable properties for various applications. Currently, tungsten carbide (WC) has been studied. Carbide alloys based on Cobalt (Co) are widely used as cutting and wear resistant tools. Cutting tools are used to cut materials such as iron and steel (alloy steel), and various base material manufacturing methods with partial high toughness and hardness have been developed, and the tool base material has been developed to improve the wear resistance and toughness of the tool. Coating cutting tools having a coating layer formed on the surface of various ceramic oxides, carbides and the like by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) are widely used.

근래 사용되고 있는 대부분의 피복 초경 합금 공구는 절삭 가공이 고속화되고 동시에 고절미, 고이송 등의 중절삭화의 경향에 따라 피복 초경 합금 공구를 제조함에 있어서, 공구 모재에 코팅되는 박막 특성을 개량하려는 여러 가지 기술이 개발되고 있다. 그러나 실제 절삭 작업 중 발생하는 충격 및 고온을 극복하는 역할은 주로 공구 모재가 담당하고 있으며, 지금까지 알려진 공구 모재 물성 향상법 예를 들어, 경질상 입도 제어, 첨가제 종류 및 함량 제어, 결합상 함량 제어 등은 인성을 증가시키면 내마모성이 저하되고 내마모성이 향상되면 인성이 열악해지는 인성과 내마모성 간의 트레이드 오프(trade-off) 문제점이 있어왔다.      Most of the coated cemented carbide tools used in recent years are designed to improve the thin film properties coated on the tool base material in manufacturing coated cemented carbide tools according to the trend of high cutting speed and heavy cutting, such as high cutting and high feed. Technology is being developed. However, the tool substrate is mainly responsible for overcoming the impact and high temperature that occur during the actual cutting operation, and the method of improving the material properties of the tool substrate known until now, such as hard phase particle size control, additive type and content control, and binder phase content control, etc. Increasing the toughness has a trade-off problem between toughness and abrasion resistance that the wear resistance is lowered and the wear resistance is improved when the wear resistance is improved.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 피복 절삭 공구 모재인 초경 합금 소결체의 미세 조직 형태를 적절히 제어하고, 결합상의 미세 조직적 크기 및 조성을 최적화하여 단속 절삭 시 필요한 인성 및 연속 작업에서 필수적인 내열성 및 고온 내마모성을 증가시켜 공구 수명을 연장하게 할 수 있는 고인성 및 고내열성을 갖는 초경 합금 소결체를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to properly control the microstructure of the cemented carbide sintered body, which is a coated cutting tool base material, and to optimize the microstructure size and composition of the bonding phase, toughness required for intermittent cutting And a cemented carbide sintered body having high toughness and high heat resistance which can increase tool life by increasing heat resistance and high temperature wear resistance which are essential in continuous operation.

상기의 목적은 출발 원료의 종류, 입도 및 배합량을 적절히 선택하고 그에 따른 적절한 소결법을 적용하여 최종 소결체 미세 조직의 조대 경질상 입도 분포 제어로 인성을 향상시킴과 동시에 결합상 크기와 조성을 제어하여 내열성 및 고온 내마모성을 증가시킴으로써 달성할 수 있다.The purpose of the above is to properly select the type, particle size and blending amount of starting materials and to apply the appropriate sintering method to improve the toughness by controlling the coarse hard phase particle size distribution of the final microstructure of the final sintered body, and to control the size and composition of the bonding phase to control the heat resistance and It can be achieved by increasing the high temperature wear resistance.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 68~88wt%의 WC와 5~12wt%의 Co 결합상을 함유하고, 주기율표 4a, 5a 및 6a 족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가물을 7~20wt% 포함하는 합금으로 이루어지는, 절삭 공구용 초경 합금 소결체를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention contains 68 to 88wt% WC and 5 to 12wt% Co-bonded phase, and selected from carbides, nitrides and carbonitrides of the elements of Groups 4a, 5a and 6a of the periodic table. The cemented carbide sintered body for cutting tools which consists of an alloy containing 7-20 wt% of 1 or more types of additives to be provided is provided.

상기에서 첨가물은 4a, 5a, 및 6a 족 원소들 중 Ti와 Ta 금속의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중 1종 이상이 7~15wt%가 포함되고, Ti와 Ta를 제외한 4a, 5a 및 6a족 금속의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중 1종 이상이 0~5wt%가 혼합된 조성으로 함이 바람직하다.In the above additives, 7-15 wt% of one or more of carbides, nitrides, and carbonitrides of Ti and Ta metals of Group 4a, 5a, and 6a elements are included, and Groups 4a, 5a, and 6a metals except Ti and Ta are included. At least one of the carbides, nitrides and carbonitrides of 0 to 5wt% is preferably a mixed composition.

본 발명자들은 상기한 종래의 문제점을 효과적으로 개선하기 위하여 피복 절삭 공구의 절삭 특성과 소결체 모재의 미세 조직 특성의 연관성을 관찰한 결과 WC의 입도가 절삭 인성 특성을 결정하고, 결합상의 조성이 고온 내열성을 좌우하며, 결합상 조직의 크기 및 분포가 내마모성을 결정함을 알 수 있었고, 절삭 공구 모재로 가장 이상적인 미세 조직적 특성을 찾아내게 되었다.The present inventors observed the correlation between the cutting characteristics of the coated cutting tool and the microstructure characteristics of the sintered base material in order to effectively improve the above-mentioned conventional problems, and the grain size of the WC determines the cutting toughness characteristics, and the composition of the bonding phase is high temperature heat resistance. On the other hand, it was found that the size and distribution of the connective phase tissue determined the abrasion resistance, and found the most ideal microstructure characteristics as the cutting tool substrate.

본 발명에서는 미세 조직적 특성을 규정하기 위하여 결정상의 크기 및 측정 면적에 대한 규정이 필요한데, 측정 면적은 소결체 내부(표면으로부터 500㎛ 이상) 임의 부분의 미세 조직을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 ×3000 배율로 관찰 시 30㎛ ×25㎛ 크기로 규정하며, 도 2에 실제 분석 견본 사진을 나타냈다. 또한 결합상 또는 WC 결정상의 크기는 상 형태 내부에 최대 내접원의 직경으로 규정하며, 그 예시를 도 3에 나타냈다. 이후의 설명에서 소정의 구역이라 함은 상술한 SEM 관찰 시 배율과 관찰 영역을 의미하며, 결합상이나 결정상의 크기 또한 도 3과 같은 방법으로 측정함을 의미한다.      In the present invention, in order to define the microstructural properties, it is necessary to define the size of the crystal phase and the measurement area. The measurement area is obtained by scanning electron microscopy (SEM) using the microstructure of any part of the inside of the sintered body (500 µm or more from the surface). When observed at 3000 magnification, the size of 30 μm × 25 μm is defined, and an actual analysis sample photograph is shown in FIG. 2. In addition, the size of the binding phase or WC crystal phase is defined as the diameter of the largest inscribed circle inside the phase form, an example of which is shown in FIG. 3. In the following description, the predetermined area means magnification and observation area in the above-described SEM observation, and means that the binding phase or the crystal phase size is also measured in the same manner as in FIG. 3.

상기와 같은 본 발명의 초경 합금 소결체는 아래의 미세 조직적 특성을 갖도록 진공 소결 또는 등방압 소결(HIP) 방법으로 제조함으로써 절삭공구의 인성 및 내열성, 내마모성을 향상시킬 수 있다.The cemented carbide sintered body of the present invention as described above may be manufactured by vacuum sintering or isotropic pressure sintering (HIP) to have the following microstructural characteristics, thereby improving the toughness, heat resistance, and wear resistance of the cutting tool.

상기 초경 합금 소결체의 미세 조직에서 3㎛ 이상 크기의 WC 면적비율이 총 WC 면적 비율의 80% 이상으로 제어함이 바람직하며, 도 1의 결합상 조직의 직경(내접원 지름)이 1.5㎛ 이상인 결합상(③) 빈도가 소정의 구역 내에 10회 이하로 많지 않으며 최대 결합상 조직의 크기가 2.5㎛ 미만이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.       In the microstructure of the cemented carbide sintered body, the WC area ratio of 3 μm or more is preferably controlled to 80% or more of the total WC area ratio, and the diameter (inscribed circle diameter) of the bonded phase structure of FIG. 1 is 1.5 μm or more. (3) It is preferable to control the frequency so that the frequency of the maximum connective phase tissue is less than 10 times within a predetermined area and is less than 2.5 μm.

상기 초경 합금 소결체의 내열성 및 내마모성을 결정하는 결합상 조성은 직경이 1.5~2.5㎛ 인 결합상의 중심부 EDS 조성 분석결과 Co 함량이 65 중량% 이상을 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.The binding phase composition for determining the heat resistance and wear resistance of the cemented carbide sintered body is preferably controlled to maintain the Co content of 65% by weight or more as a result of analysis of the central EDS composition of the bonded phase having a diameter of 1.5 ~ 2.5㎛.

또한, 상기 초경 합금 소결체의 소결면 표면부에는 결합상이 농후하고 입방정 카바이드 상이 없는 표면 구역을 40㎛ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to control the surface area of the sintered surface of the cemented carbide sintered body having a rich binding phase and no cubic carbide phase to 40 탆 or less.

또한 상기 초경 합금 소결체에 적용되는 박막으로는 모재 보다 경도가 높으며 주기율표 상에서 4a, 5a 및 6a 족의 원소들을 포함하는 적어도 하나의 탄화물, 질화물, 탄산화물, 탄질화물, 그리고 산화물이 사용되며 그 고용상이 사용될 수도 있다.In addition, as a thin film applied to the cemented carbide sintered body, at least one carbide, nitride, carbonate, carbonitride, and oxide containing a group 4a, 5a, and 6a element on the periodic table, which is harder than the base metal, is used. May be used.

상기와 같은 초경 합금 소결체의 조성 및 미세 조직 특성 규정 이유는 아래와 같다. The reasons for the composition and microstructure characteristics of the cemented carbide sintered body as described above are as follows.

또한 상기에서와 같이 본 발명에서의 조성%는 특별히 규정하지 않는 한 중량%를 의미한다.In addition, the composition% in the present invention as described above means by weight unless otherwise specified.

출발 원료 조합에서 WC의 함량이 68% 이하이면, 초경합금의 장점인 경도가 현저히 저하되고, 90% 이상이면 소결체의 진성 인성 및 내열성이 매우 열악하여 절삭 인성 및 내마모성의 동시 향상을 꾀하기 어렵다. 또한, 철족 결합상이 5% 미만이면 액상 소결 시 액상 부피비의 부족으로 치밀한 소결체를 얻기 어려우며, 12%를 초과하면 절삭시 내마모성의 급격한 저하를 초래한다. 또한 첨가제로 사용하는 4a, 5a 및 6a 족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물이 7% 미만이면 내열성 및 내마모성의 향상을 꾀하기 어렵고, 20%를 넘으면 WC에 비해 열악한 자체 특성 때문에 전체 소결체의 물성을 저하시키게 된다. When the content of WC in the starting raw material combination is 68% or less, the hardness, which is an advantage of the cemented carbide, is remarkably lowered, and when it is 90% or more, the intrinsic toughness and heat resistance of the sintered body are very poor, so that it is difficult to simultaneously improve cutting toughness and wear resistance. In addition, when the iron group bonding phase is less than 5%, it is difficult to obtain a dense sintered body due to lack of a liquid volume ratio during liquid phase sintering, and when it exceeds 12%, a sharp decrease in wear resistance during cutting is caused. In addition, if the carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4a, 5a and 6a elements used as additives are less than 7%, it is difficult to improve the heat resistance and abrasion resistance, and if it exceeds 20%, the physical properties of the entire sintered body are deteriorated due to the poor self-characteristics compared to WC. Let's go.

여기서, 상기 4a, 5a 및 6a 족 원소들 중 Ti 와 Ta 가 포함된 탄화물, 질화물 및 탄질화물은 초경 합금의 내열성 향상에 특히 우수한데, Ti 와 Ta 가 포함된 탄화물, 질화물 및 탄질화물 합이 7~15 중량%로 첨가될 때 소결체의 고온 특성이 가장 우수하며, Ti, Ta를 제외한 0~5%의 4a, 5a 및 6a 족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물은 경도 등의 특성 향상을 위하여 포함될 수 있다.Herein, carbides, nitrides, and carbonitrides containing Ti and Ta among the 4a, 5a, and 6a elements are particularly excellent in improving heat resistance of cemented carbide, and a combination of carbides, nitrides, and carbonitrides containing Ti and Ta is 7 When added in an amount of ~ 15% by weight, the high temperature properties of the sintered body are the best, and carbides, nitrides and carbonitrides of 4-5, 5a and 6a group elements of 0-5% except Ti and Ta are included to improve the properties such as hardness. Can be.

본 발명의 소결체는 상기와 같은 배합 조성을 이용하여 아래와 같은 미세 조직적 특성을 갖도록 진공 소결 또는 등방압 소결(HIP) 방법으로 제조함이 바람직하다.The sintered body of the present invention is preferably manufactured by the vacuum sintering or isotropic pressure sintering (HIP) method to have the following microstructural characteristics using the blending composition as described above.

상기한 초경합금 소결체의 미세 조직에서 WC의 크기는 3㎛ 이상인 결정상 비율이 총 WC 면적 비율의 80% 이상이 바람직한데, 이는 3㎛ 미만의 소형 WC가 너무 많이 분포되면 소결체의 인성을 저하시키고, 미세 조직 내 결합상 조직을 작고 얇게 제어하기 어렵기 때문이다. In the microstructure of the cemented carbide sintered compact, the WC size is preferably 80% or more of the total WC area ratio of the crystal phase ratio of 3 µm or more, which results in a decrease in toughness of the sintered compact and fineness. This is because connective tissue in the tissue is difficult to control small and thin.

소결체의 미세 조직에서 절삭 성능에 영향을 끼치는 또 하나의 큰 인자는 결합상 조직의 조성 및 크기로 결합상 조직의 크기가 1.5㎛ 이상인 결합상 빈도가 상기한 소정의 구역 내에 10회를 초과하게 빈번하면 내열적 특성의 저하로 고온 내마모성의 저하를 초래한다. 유사한 맥락으로 최대 결합상 조직의 크기가 2.5㎛를 넘지 않도록 제어하는 것이 중요하다.  Another large factor influencing cutting performance in the microstructure of the sintered body is the composition and size of the connective phase tissue, with the frequency of the combined phase in which the size of the bonded phase tissue is 1.5 µm or more frequently more than 10 times in the predetermined zone. If the lowering of the heat resistance characteristics, the high temperature wear resistance is lowered. In a similar context, it is important to control the size of the maximum connective phase tissue to not exceed 2.5 μm.

결합상 조성은 소결체의 고온 특성에 직접적인 영향을 미치는데, 직경이 1.5㎛ 이상인 결합상의 분석에서 중심부 EDS 조성 분석결과 Co 함량이 65 중량% 미만일 경우 결합상의 융점 및 연화점이 낮아 절삭 온도에서 소성변형을 야기해 절삭 공구 수명의 향상을 이루기 어렵다. 따라서 상기한 바와 같이 결합상의 융점을 저하시키지 않으면서 강도를 효과적으로 증가시키는 원소로는 4a, 5a 및 6a 족 원소 중에서 특히 Ti와 Ta 적합하며 이들이 포함된 탄화물, 질화물 및 탄질화물 합이 7~15 중량%를 포함하는 경우가 고온 특성 및 결합상 강도 유지에 가장 적합하다. The binding phase composition directly affects the high temperature properties of the sintered body.In the analysis of the binding phase with a diameter of 1.5 µm or more, when the Co content is less than 65% by weight, the melting point and softening point of the bonding phase are low, resulting in plastic deformation at the cutting temperature. It is difficult to achieve an improvement in cutting tool life. Therefore, as described above, elements that effectively increase the strength without lowering the melting point of the bonding phase are particularly suitable for Ti and Ta among Group 4a, 5a, and 6a elements, and the sum of carbides, nitrides, and carbonitrides containing them is 7 to 15% by weight. A case containing% is most suitable for maintaining high temperature characteristics and bonding phase strength.

질화물이 포함된 초경 합금 조성에서 진공 및 등방 가압소결을 실시할 경우 소결체의 소결면 표면부에 결합상이 농후하고 입방정 카바이드 상이 없는 표면구역(CFL: Cubic phase Free Layer) 형성되는데, 이 부분은 절삭성능의 인성을 향상시키는 역할을 하지만 그 두께가 40㎛ 이상으로 두꺼우면 절삭 작업시 내부 조직 특성의 영향을 받기 전에 두꺼운 표면 구역이 먼저 변형되어 절삭 공구 내마모성의 심각한 저하를 초래한다. In vacuum and isostatic pressing sintering of cemented carbide containing nitride, a surface area (CFL: Cubic Phase Free Layer) is formed on the sintered surface of the sintered body with a rich binding phase and no cubic carbide phase. Its role is to improve the toughness, but if its thickness is more than 40 μm, the thick surface area is first deformed before being affected by internal tissue properties during cutting operations, leading to severe degradation of cutting tool wear resistance.

본 발명 소결체를 모재로 하여 그 위에 코팅되는 박막은 통상의 CVD 법에 의한 피복이 적용되는데 그 예로 첫번째 층으로써 0.1 ~ 2.0㎛ 두께의 Ti(CxNy)(x+y=1), 두번째 층은 중온 화학 증착법(700~950℃)에 의해 코팅되는 두께 0.5 ~ 15㎛의 MT-Ti(CN) 또는 MT-Ti(BxCyNz), 그 위층은 두께 0.5~5㎛의 알루미나(Al2O3) 박막이고 최외각 박막은 두께가 0.1 ~ 2.0㎛으로 주기율표상 4a, 5a 및 6a 족의 탄화물, 질화물, 탄산화물, 탄질화물, 그리고 산화물로 구성되거나 그것들의 고용상도 포함될 수도 있게 박막 코팅할 수 있다.The thin film coated on the sintered body of the present invention as a base material is coated by a conventional CVD method. For example, as a first layer, Ti (C x N y ) (x + y = 1) having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, and a second layer The layer is MT-Ti (CN) or MT-Ti (B x C y N z ) with a thickness of 0.5 to 15 μm coated by medium temperature chemical vapor deposition (700 to 950 ° C.), and the upper layer is alumina with a thickness of 0.5 to 5 μm. (Al 2 O 3 ) thin film and outermost thin film, 0.1 to 2.0 μm thick, consisting of carbides, nitrides, carbonates, carbonitrides, and oxides of groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table, or may include their solid solution It can be coated with a thin film.

[실시예]EXAMPLE

상기와 같은 조성 및 특성을 갖는 소결체를 소결 방법으로 미세 조직적 특성이 다른 소결체를 제조하여 이를 모재로 통상의 CVD 공법으로 제조한 박막을 적용한 후 절삭 시험을 실시하였다. 적용 박막으로 첫번째 0.5㎛ 두께의 Ti(CN), 두번째 층은 중온 화학 증착법(700~950℃)에 의해 코팅되는 두께 8㎛의 MT-Ti(BCN), 세번째 층은 두께 4㎛의 알루미나(Al2O3), 최외각은 두께가 0.2㎛인 TiN을 사용하였다.The sintered body having the composition and the characteristics as described above was manufactured by sintering the sintered body having different microstructure characteristics and applied to the thin film prepared by the conventional CVD method as a base material was subjected to a cutting test. The first thin film is Ti (CN), 0.5μm thick, the second layer is MT-Ti (BCN), 8μm thick, coated by medium temperature chemical vapor deposition (700 ~ 950 ℃), and the third layer is 4μm thick alumina (Al 2 O 3 ) and the outermost shell used TiN having a thickness of 0.2 μm.

소결체를 표면으로부터 500㎛ 이상 경면 연마한 후 표면부와 연마면의 미세 조직을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다. 이미지 분석기를 이용하여 미세 조직 내 WC, 결합상 및 첨가 탄질화물의 입도와 면적비율을 측정하였고, EDS를 이용하여 결합상 내 순수 Co의 함량을 분석하였다.      After 500 micrometers or more of mirror polishing of the sintered compact was carried out, the microstructure of the surface part and the polishing surface was observed using the scanning electron microscope (SEM). The particle size and area ratio of WC, binding phase and added carbonitride in the microstructure were measured using an image analyzer, and the content of pure Co in the binding phase was analyzed using EDS.

절삭 시험은 아래와 같은 방법으로 실시하였으며, 소결체의 조성 및 소결법을 표 1에, 미세 조직적 특성 및 절삭 성능 결과를 표 2에 정리하였다.      The cutting test was carried out in the following manner, the composition and the sintering method of the sintered body are summarized in Table 1, and the results of microstructure and cutting performance in Table 2.

(1) 절삭 조건(내마모성)(1) Cutting conditions (wear resistance)

피삭재 : SCM440 Workpiece: SCM440

절삭 속도 : 180 m/min. Cutting speed: 180 m / min.

이송(공급) : 0.31 mm/rev Feed (feed): 0.31 mm / rev

절삭 깊이 : 2.0 mm Depth of cut: 2.0 mm

절삭팁 형상 : CNMG120408 Cutting tip shape: CNMG120408

건식 절삭 Dry cutting

평가 : 20분 절삭 후 측면 마모량(Flank Wear, VB) 측정Evaluation: Flank wear (V B ) measurement after 20 min cutting

(2) 절삭 조건(내충격성)(2) cutting conditions (impact resistance)

피삭재 : SCM440-4 grooves Workpiece: SCM440-4 grooves

절삭속도 : 150 m/min. Cutting speed: 150 m / min.

이송(공급) : 0.50 mm/rev. Feed (feed): 0.50 mm / rev.

절삭 깊이 : 2.0 mm Depth of cut: 2.0 mm

절삭팁 형상 : CNMG120408 Cutting tip shape: CNMG120408

건식 절삭 Dry cutting

평가 : 파손 및 변형에 의한 수명 종료까지 시간(초)(5회 실시한 평균값을 표 2에 결과 표시) Evaluation: Time (seconds) until end of life due to damage or deformation (average values performed five times are shown in Table 2)

표 1. 발명과 비교 시료의 조성 및 소결 조건Table 1. Composition and Sintering Conditions of Invention and Comparative Sample

구분/번호Category / Number 조성(중량%)Composition (% by weight) 소결Sintered WCWC CoCo TaCTaC TaNTaN NbCNbC Mo2CMo 2 C WTiCNWTiCN WTiCWTiC TiCNTiCN 온도(℃)Temperature (℃) 소결 방법Sintering Method 발명invent 1One 8080 1010 33 1One 22 44 14501450 진공vacuum 발명invent 22 7676 1010 55 55 44 15001500 진공vacuum 발명invent 33 7575 1010 55 33 33 1One 33 15001500 진공vacuum 발명invent 44 7575 1010 55 55 44 1One 14501450 HIPHIP 발명invent 55 7575 1010 55 55 44 1One 14501450 진공vacuum 발명invent 66 8282 99 44 1One 33 1One 14501450 HIPHIP 비교compare 77 9090 55 1One 44 14501450 HIPHIP 비교compare 88 8585 1010 1One 44 14501450 진공vacuum 비교compare 99 8080 1010 55 1One 44 14501450 진공vacuum 비교compare 1010 6666 1414 55 33 33 1One 55 33 15001500 진공vacuum 비교compare 1111 8080 1010 55 1One 44 14501450 진공vacuum 비교compare 1212 8080 1010 55 44 1One 14501450 HIPHIP

표 2. 발명과 비교 시료의 미세 조직적 특성 및 절삭 성능 평가 결과Table 2. Evaluation results of microstructure and cutting performance of the invention and comparative samples

구분/번호Category / Number 미세 조직적 특성Microstructural Characteristics 절삭 성능Cutting performance 3㎛ 이상 WC 3㎛ or more WC 결합상 크기별 출현 빈도Frequency of appearance by size of binding phase 결합상성분 분석Binding Phase Component Analysis CFLCFL 내마모Wear resistance 내충격Impact resistance 면적비율(%)Area ratio (%) 1.5~2.5㎛1.5 ~ 2.5㎛ 2.5㎛초과Over 2.5㎛ Co함량(%)Co content (%) 두께(㎛)Thickness (㎛) 마모량(mm)Abrasion amount (mm) 견딘시간(초)Endurance time (seconds) 발명invent 1One 8585 33 00 7272 3030 0.120.12 126126 발명invent 22 8484 33 00 7171 2828 0.110.11 140140 발명invent 33 8383 55 00 6868 3030 0.140.14 132132 발명invent 44 8282 00 00 7272 1818 0.110.11 128128 발명invent 55 9090 55 00 7272 2020 0.150.15 186186 발명invent 66 8888 44 00 6868 1414 0.130.13 143143 비교compare 77 2525 2020 55 5555 66 0.330.33 55 비교compare 88 8585 22 00 5252 2121 0.140.14 66 비교compare 99 4040 1818 44 7575 2121 0.360.36 22 비교compare 1010 9090 22 00 7272 2828 0.290.29 1One 비교compare 1111 7878 88 00 6666 4646 0.320.32 1010 비교compare 1212 9090 00 00 5050 55 0.150.15 88

표 1과 2의 1~6번 발명 시료와 같이 첨가 조성 및 미세 조직이 본 발명의 내용에 부합하는 경우 우수한 내마모성 및 내충격 성능을 나타내는 것을 볼 수 있다. 반면 비교 7번과 9번 시료는 WC 입도가 작아 결합상 크기를 작게 제어하기 어려워 내마모성 및 내충격성이 열세하게 나타났고, 8번과 12번 시료는 우수한 내마모성을 보였지만 내열성 증가에 중요한 Ta 및 Ti 탄(질)화물 함량이 부족하여 열세한 내충격 성능을 나타냈다. 그 이외에 출발 조성에서 WC 함량이 너무 낮은 10번 시료와 상대적으로 대형 결합상이 많고 CFL 두께가 너무 두꺼운 11번 시료도 열세한 절삭 성능을 보임을 알 수 있다.As shown in the invention samples 1 to 6 of Tables 1 and 2, it can be seen that the composition and the microstructure of the present invention exhibit excellent wear resistance and impact resistance. On the other hand, samples 7 and 9 had a poor WC particle size, making it difficult to control the size of the bonding phase, resulting in inferior abrasion resistance and impact resistance. Lack of (nitride) content resulted in inferior impact resistance. In addition, it can be seen that sample No. 10 with too low WC content and sample No. 11 with too large CFL thickness in the starting composition showed poor cutting performance.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 초경 합금 소결체의 미세 조직적 제어를 통해 인성과 내열성을 동시에 증가시켜 절삭 작업 중의 내치핑성, 내결손성 및 고온 내마모성을 크게 증가시킬 수 있는 절삭 공구용 삽입체를 제공할 수 있다.      As described above, according to the present invention, an insert for a cutting tool capable of significantly increasing chipping resistance, fracture resistance, and high temperature wear resistance during cutting by simultaneously increasing toughness and heat resistance through microstructured control of the cemented carbide sintered body Can provide.

상기한 본 발명이 이후의 특허 청구 범위에서 정하고 있는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변화가 가능함을 당업자들은 이해할 수 있을 것이다.      Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention as defined in the following claims.

도 1은 본 발명 소결체의 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 촬영한 미세 조직 도면BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a microstructure diagram of a sintered compact of the present invention taken using a scanning electron microscope (SEM).

도 2는 미세 조직적 특성을 분석하기 위해 본 발명에서 규정한 실제 미세 조직 분석 영역 도면2 is an actual microstructure analysis area diagram defined in the present invention for analyzing microstructure characteristics.

도 3은 WC 상과 결합상 크기 측정법 예시로 측정하고자 하는 상 형태의 내부에 최대 크기의 가상 내접원을 그려 내접원 직경을 측정하고자 하는 상의 크기로 한다는 것을 나타낸 도면FIG. 3 is a diagram showing that the size of an inscribed circle is to be measured by drawing a virtual inscribed circle of the maximum size inside a phase shape to be measured by using the WC phase and the combined phase size measurement example.

Claims (7)

초경 합금 소결체에 있어서, 68~88%의 WC와 5~12%의 Co 결합상을 함유하고, 주기율표 4a, 5a 및 6a 족 원소들의 탄화물, 질화물 그리고 탄질화물 중에서 선택되는 1종 이상의 첨가물을 7~20% 포함하는 합금으로 소결체의 미세 조직 내 결합상 크기의 90% 이상이 1.5㎛ ~ 2.5㎛ 범위를 갖고, 결합상 내 순수 Co 함량이 65 중량% 이상임을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.In the cemented carbide sintered body, at least one additive containing 68 to 88% of WC and 5 to 12% of Co-bonded phase and selected from carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table Carbide alloy sintered body characterized in that the alloy containing 20% more than 90% of the size of the binding phase in the microstructure of the sintered body has a range of 1.5㎛ ~ 2.5㎛, the pure Co content in the binder phase is 65% by weight or more. 제1항에 있어서, 상기 첨가물은 주기율표 4a, 5a 및 6a 족 원소들 중 Ti와 Ta 금속의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중 1종 이상이 7~15%이고, Ti와 Ta를 제외한 4a, 5a 및 6a 족 금속의 탄화물, 질화물 그리고 탄질화물 중 1종 이상이 0~5%임을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.The method of claim 1, wherein the additive is 7-15% of at least one of carbides, nitrides, and carbonitrides of Ti and Ta metals of Group 4a, 5a, and 6a elements of the periodic table, and 4a, 5a, and excluding Ti and Ta. A cemented carbide sintered body characterized by at least 0% to 5% of carbides, nitrides and carbonitrides of Group 6a metals. 제1항 있어서, 상기 소결체는 진공 또는 고온 등방압 소결된 것이며, 표면으로부터 500㎛이상의 내부 임의의 부분 미세 조직은 주사 전자 현미경으로 ×3000 배율로 관찰 시 30㎛ ×25㎛ 크기 범위에 결합상 조직의 직경이 1.5㎛ 이상인 결합상 빈도가 10회 이하이며 최대 결합상 크기가 2.5㎛ 미만인 미세 조직으로 이루어짐을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.The method of claim 1, wherein the sintered body is vacuum or high temperature isostatic pressure sintered, and any partial microstructure of 500 micrometers or more from the surface is bonded phase structure in the size range of 30 micrometers x 25 micrometers when observed by the scanning electron microscope by x3000 magnification. Cemented carbide sintered body characterized in that the diameter of the bonded phase having a diameter of 1.5㎛ or more 10 times or less and composed of a microstructure having a maximum bonded phase size of less than 2.5㎛. 제3항에 있어서, 상기 직경이 1.5㎛ 이상인 결합상의 중심부 EDS 조성 분석 결과 순수 Co 함량이 65 중량% 이상임을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.The cemented carbide sintered body according to claim 3, wherein the pure Co content is 65% by weight or more as a result of the EDS composition analysis of the central portion of the bonded phase having a diameter of 1.5 µm or more. 제3항에 있어서, 상기 주사 전자 현미경 관찰 시 3㎛ 이상 크기의 WC 면적 비율이 총 WC 면적 비율의 80% 이상임을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.The cemented carbide sintered body according to claim 3, wherein the WC area ratio having a size of 3 μm or more is 80% or more of the total WC area ratio when the scanning electron microscope is observed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소결체의 표면부에는 결합상이 농후하고 입방정 카바이드 상이 없는 40㎛ 이하의 표면 구역을 갖고 있음을 특징으로 하는 초경 합금 소결체.The cemented carbide sintered body according to claim 1 or 2, wherein the surface portion of the sintered body has a surface area of 40 µm or less with a rich binding phase and no cubic carbide phase. 제1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 초경 합금 소결체를 모재(삽입체)로 하여 주기율표상 4a, 5a 및 6a 족의 탄화물, 질화물, 탄산화물, 탄질화물 그리고 산화물로 구성되어 있으며 그것들의 고용상도 포함되는 박막이 화학 증착법(CVD)에 의해 코팅된 피복 절삭 공구.      The cemented carbide sintered body according to any one of claims 1 to 6, composed of carbides, nitrides, carbonates, carbonitrides, and oxides of Groups 4a, 5a, and 6a on the periodic table, using a cemented carbide sintered body as an insert (insert). A coated cutting tool coated with a chemical vapor deposition (CVD) thin film to be included.
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