KR20060050142A

KR20060050142A - 코팅된 인서트

Info

Publication number: KR20060050142A
Application number: KR1020050063481A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 린드홀름; 마르쿠스 로드마르; 안데르스 존슨
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2006-05-19
Also published as: KR101236006B1; JP5000864B2; CN1721108B; EP1616976A3; SE0401868L; JP2006026891A; EP1616976A2; IL169164A; SE0401868D0; US20060029831A1; SE528108C2; CN1721108A; US7470296B2; IL169164A0; EP1616976B1

Abstract

절삭 공구 인서트 특히, 본체와 코팅으로 이루어지는 강의 선삭용 절삭 공구 인서트로서, 상기 코팅은 0.7-4.5 ㎛의 전체 두께를 갖는 TiC_xN_yO_z(x+y+z≤1) 의 2 개 이상의 층으로된 제 1 (최내각) 층 시스템, 대부분 Al₂O₃로 이루어진 제 2 층 시스템, 개별 층 두께가 0.15 초과 0.8 ㎛ 이하인 TiC_xN_y(x+y≤1) 으로 된 연속한 하나 또는 다수의 층 및 이층에 후속하는 두께가 0.1 초과 0.4㎛ 이하인 Al₂O₃층을 포함하며, 층 시스템의 전체 두께는 2.5 ㎛ 보다 작은 최외곽층 시스템을 구비하며, 코팅의 전체 두께는 2.0 내지 12.0 ㎛이다.

Description

코팅된 인서트{COATED INSERT}

도 1 은 본 발명에 따른 코팅의 단면을 주사전자현미경으로 본 도면이다

: A. TiN,

B. 주상 Ti(C, N),

C. TiN,

D1. 다층 (AL₂O₃ + TiN)₆Al₂O₃,

E. TiN + TiC + TiN, 및

F. Al₂O₃

도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 코팅의 단면을 주사전자현미경으로 본 도면이다

: A. TiN,

B. 주상 Ti(C, N),

C. TiN,

D2. 단층 Al₂O₃,

E. TiN + TiC + TiN, 및

F. Al₂O₃

도 3a 는 후처리를 하지 않은 에지 단면의 개략도이다.

도 3b 는 최외각 코팅층 (E+F) 이 제거된, 본 발명에 따른 후처리를 실시한 에지 단면의 개략도이다.

도 3c 는 최외각 코팅층 (E+F) 과 다층 (AL₂O₃ + TiN)_xAl₂O₃ 이 제거된, 본 발명에 따른 후처리를 실시한 에지 단면의 개략도이다.

도 4 는 종래 기술에 따른 후처리를 실시한 에지 단면의 개략도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

A : TiN B : 주상 Ti(C, N)

C : TiN D1 : 다층 (AL₂O₃ + TiN)₆Al₂O₃

D2 : 단일층 Al₂O₃ E : TiN + TiC + TiN

F : Al₂O₃

본 발명은 절삭날의 내마모성과 인성 거동을 크게 요하는 강 적용분야에서 기계가공하기 위한 코팅된 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 코팅된 절삭 공구는 특히, 스테인레스강의 선삭용으로 적합하다.

초경 절삭 공구는 수십년 동안 강의 기계가공에 사용되고 있다. 이 공구는 공구 수명을 제한하는 절삭날의 연마 마모 및 화학적 마모, 칩핑 및 프랙쳐링과 같은 상이한 기구에 의해 마모된다. 선택된 절삭 데이터, 절삭 속도, 이송속도, 및 절삭 깊이 외에, 또한 오프 센터된 작업물의 위치와 작업물 재료의 주조 스킨과 같은 외부 절삭 조건이 공구의 마모에 영향을 미친다. 또한, 스테인레스강의 절삭은 전술한 마모기구에 응착 마모가 도입되기 때문에 특히 어려운 기계가공 작업으로 간주된다. 응착 마모는 절삭 작업중 재료의 스미어링 (smearing) 이 절삭날에 연속적으로 접착하여 절삭날로부터 재료를 깎아낼 때 이루어진다. 따라서, 공구의 수명 단축은 스테인레스강을 기계가공할 때에 현저하다. 또한, 스테인레스강을 고속의 절삭 속도로 절삭할 때, 절삭날에 전달되는 열에너지가 많아, 공구의 에지가 부분적으로 또는 전체적으로 소성변형될 수도 있다. 절삭날의 이러한 악화 형태는 소성 변형 마모로서 공지되어 있다. 소성 변형 저항의 큰 요구는 에지 인성의 큰 요구에 명확하게 대조를 이룬다.

기재에 적층되는 상이한 재료의 코팅층을 다수 구비하는 다층 코팅이 공지되어 있으며, 이 코팅은 각각의 제 1 코팅층이 제 1 두께를 가지며, 각각의 제 2 코팅층이 제 2 두께를 갖는다. 이 층은 바람직하게는 상이한 결정 구조 및/또는 적어도 상이한 격자 간격을 갖는다. 이러한 기술의 일례는 Al₂O₃ 성장이 짧은 TiN 증착 공정에 의해 주기적으로 간섭될 때, 그로 인한 (Al₂O₃ + TiN)_x 다층 구조는 예컨대, 12차 유럽 CVD 학회지 8-349페이지를 참조한다. GB 2048960A는 상이한 조성의 경질 재료로 이루어진 0.02 내지 0.1 ㎛의 다수의 교차 층을 갖는 다층 코팅을 개시하고 있다. US 4,599,281은 알루미늄과 붕소가 혼합된 산화물의 교차층과 예컨대 Ti(C, N, O) 와 같은 다른 산화물의 교차층을 갖는 다층 코팅을 개시하고 있다. Dryer 와 Kolaska에 의해 영국 런던에서 개최된 금속 학회(학회지 278호) 112-117에는 Al-O-N 다층에 대해 개시하고 있다. Bryant 등에 의한 US 4,984,940 에는 6.1-6.5 중량 % Co 를 갖는 초경 합금 기재로 이루어진 절삭 인서트, 복수개의 알루미나층으로 이루어진 다층 코팅에 후속하는 티타늄 탄질화물 베이스 층을 포함하는 코팅을 개시하고 있다. 또한 6-8개의 알루미나층을 구비하는 코팅을 갖는 초경 합금 기재가 US 5,700,569에 개시되어 있다. W0 99/58738은 약 50층의 CVD 다층 및 경질의 내마모성 기재로 이루어진 공구를 개시하고 있다. EP-A-1103635는 9.0-10.9 중량% Co를 갖는 초경 합금 기재와, TiCN 층이 증착되는 중온 CVD(MTCVD) 및 κ-알루미나 및 TiN 또는 Ti(C,N) 의 전체 7-41 층으로 이루어진 다층을 구비하는 코팅으로 이루어진 절삭 공구를 개시하고 있다. 또한, EP-A-1245698, EP-A-1245700, EP-1209255, SE 0300175-7, SE 0401636-6 및 SE 0401637-4도 다층 코팅에 관한 것이다.

예컨대, 공구와 작업물 사이의 마찰을 최소화하기 위해 기계적인 후처리에 의해 코팅을 평활화하는 것이 EP-A-127416, EP-A-298729, EP-A-693574, 및 EP-A-683244에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 전술한 마모 모드 전체를 동시에 견딜수 있는 절삭 공구 인서트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 종래 기술의 공구 제품의 결함을 제거하고 고성능 의 절삭 공구를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 강의 스미어링 작업을 요할때 양호한 절삭 성능을 갖는 공구를 제공하는 데에 있다.

복수 개의 TiC_xN_yO_z 과 Al₂O₃ 층을 갖는 코팅, 및 기계적 후처리를 포함할 수 있는 경우의 각각의 TiC_xN_yO_z 과 Al₂O₃ 층 두께의 특정한 조합이 놀랍게도 이들 조건을 만족함을 발견하였다. 인서트는 우수한 인성 거동 특히 에지 인성 및 접착 마모 및 소성 변형에 대해 양호한 저항을 나타내었다.

더욱 자세하게는, 본 발명은 기재 (substrate), 바람직하게는 입방정계 (cubic) 탄화물, WC + Co 의 특정 조성 범위 및 주상 TiC_xN_yO_z 층에 후속하는 등축 TiC_xN_yO_z 의 최내각 박층, 등축 TiC_xN_yO_z 의 박층, TiC_xN_yO_z 층 (x+y+z≤1) 과 Al₂O₃ 층의 주기적 변동 (periodic variation) 을 갖는 다층 또는 단일 Al₂O₃층 및 이후 Al₂O₃최외각 층에 후속하는 TiC_xN_y층 (x+y≤1) 을 갖는 2 개의 선택예를 포함하는 기재의 코팅이 첨가된 WC + Co계 초경 합금 기재에 관한 것이다. 이 코팅에서 마지막 2 개의 최외각 층과 앞의 제 1 및 제 2 층 시스템 사이에는 특정한 두께 관계가 존재한다.

또한, 공구의 일반적으로 에지 호닝된 부분으로 규정된 에지 라인을 따른 영역의 2 개의 최외각 층에서, 절삭날 주위에는 재료가 없다.

초경 합금 기재의 조성은 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 갖지며, 7-11.5 중량 % Co 및 0.2-2.1 중량% 입방정계 탄화물, 바람직하게는 금속 Ta, Nb, 및 Ti의 입방정계 탄화물 및 주기율표의 Ⅳb 족, Ⅴb 족 또는 Ⅵb 족 원소로부터 가능한 다른 탄화물이 0.4-1.6 중량% 이고, 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 이어야 한다.

선택적인 실시예에서, 초경 합금 기재는 표면 근처에서 입방정계 탄화물은 고갈됐지만 바인더는 많은 영역을 갖는다. 표면으로부터 입방정계 탄화물의 고갈이 끝난 지점까지 측정된 거리는 5-50 ㎛이어야 한다. 이 실시예에서, 조성은 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, 5.0-10.5 중량 % Co 및 3.0-9.0 중량% 입방정계 탄화물 및 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함한다. 상기 입방정계 탄화물은 상당량의 N 과 O 를 포함할 수도 있다. 입방정계 탄화물은 바람직하게는 Nb, Ta 및 Ti 계이지만, 주기율표의 Ⅳb 족, Ⅴb 족 또는 Ⅵb 족 원소의 탄화물을 포함할 수도 있다. N 의 양은 0.01-0.2 중량% 의 범위 내에 있어야 한다.

본 발명에 따른 전술한 초경 합금 기재에 적층되는 경질의 내마모성 내화물 코팅(도 1 및 도 2) 은,

- 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축 입자를 가지며, 전체 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1-0.6㎛인 TiC_xN_yO_z 의 제 1 최내각 층 (A) (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2),

- 두께가 0.4-3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5-3.0 ㎛이고, 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 의 제 2 층 (B) (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 z=0, x＞0.3, y＞0.3, 가장 바람직하게는 x＞0.5), 그리고

- 제 1 실시예와 같이 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축 입자를 가지며, 전체 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1-0.6㎛인 TiC_xN_yO_z 의 제 3 층(C)을 포함한다(여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2). 이 제 3 층 (C) 은 제 2 실시예에서는 생략된다.

- 제 1 층 시스템 (A+B+C) 의 전체 두께는 0.7-4.5 ㎛이며, 바람직하게는 1.6-4.0 ㎛이다. 바람직하게, 층 (A, C) 은 층 (B) 보다 더 얇다.

- 교대로 배치되는 복수 개의 Al₂O₃ 층과 TiC_xN_yO_z 층 (x+y+z≤1), 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 및 TiN 층으로 이루어진 다층 (D) 을 갖는 제 2 층 시스템을 또한 포함한다. 이 다층 시스템의 최내각층 및 최외각층은 Al₂O₃층이다. TiC_xN_yO_z 층과 Al₂O₃층 양자를 포함하여 전체 층의 수는 5 내지 31 개이며, 바람직하게는 11 내지 15 개이다. Al₂O₃층은 개별 층 두께가 0.1 초과 0.5 ㎛ 미만이며, 바람직하게는 0.2 이상 0.5 ㎛ 미만이다. TiC_xN_yO_z 층은 개별 층 두께가 0 초과 0.2 ㎛ 미만이며, 바람직하게는 0.02-0.15 ㎛이다. 다층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이며, 바람직하게는 1.5-3.5 ㎛이다. 층 (D) 은 명칭의 일관성 때문에 여전히 층 시스템으로서 언급되지만, 제 2 실시예에서 단일 Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 층일 수도 있다. 단일층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이며, 바람직하게는 1.5-3.5 ㎛이다.

- TiC_xN_y(x+y≤1), 바람직하게는 (TiN + TiC)_n TiN 이며, 가장 바람직하게는 TiN+TiC+TiN 의 조합으로 된 연속한 하나 또는 다수의 층 (E) 을 또한 포함한다. 개별 층 두께는 0.15 초과 0.8 ㎛ 이하이며, D 층의 각각의 TiC_xN_yO_z 층의 두께보다 크며, 바람직하게는 적어도 2 배이다. 층 (E) 의 전체 두께는 0.6 초과 2.0 ㎛ 이하이어야 한다.

- Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 을 가지며, 두께가 0.1 초과 0.4㎛ 이하이며, 바람직하게는, D 층의 각각의 Al₂O₃층의 두께보다 더 얇은 최외각 층(F) 을 또한 포함한다. E 층의 두께는 F 층의 두께의 적어도 2배, 바람직하게는 3-5배이어야 한다. E 층과 F 층의 전체 두께는 2.5 ㎛ 이하이며, 바람직하게는 0.4-1.5 ㎛이다.

A-F 층의 전체 두께는 2.0-12.0 ㎛이며, 바람직하게는 4.0-7.0 ㎛이다.

코팅의 최외각 부분은 영역이 에지 라인에 해당하도록 에지 주변에는 바람직하게 없어야 한다. 에지 호닝 작업이 적용된다면, 에지 라인은 절삭 공구 인서트의 에지 호닝가공된 부분으로 일반적으로 규정된다. 일 실시예에서, 층 (E-F) 만이 에지 라인에 없다. 다른 실시예에서는, 층 (D-F) 이 에지 라인의 제한된 길이 (바람직하게는 5% 이하) 에서 없다. 단지 최외각 층 (E+F) 만이 없는 것이 바람직하고, 제 2 층 시스템 (D) 의 일 부분은 제거될 수 있다.

후처리에 의해 에지 라인을 따라 최외각 층 아래의 층이 경사면 및 플랭크면 에 노출되므로, 플랭크면 및 경사면에서의 노출은 적어도 0.02 ㎜이며, 바람직하게는 칩의 접촉 영역에 따라서 경사면에서 0.02-0.40 ㎜이며 플랭크면에서는 이보다 작으며, 가장 바람직하게는 플랭크면에서의 노출은 경사면 내에서의 노출의 약 절반이다. 후처리되지 않은 에지 라인의 단면이 도 3a에 도시되어 있으며, 후처리된 에지 라인은 도 3b 및 도 3c 에 도시되어 있다. 그러나, 제 1 TiC_xN_yO_z 층 시스템(A+B+C) 은 에지 라인의 작은 부분에서 볼 수 있다 (도 3c).

또한, 본 발명은 바람직하게는 7-11.5 중량% Co 및 0.2-2.1 중량%의 입방정계 탄화물과 잔부로서 WC를 포함하고 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 잔부로서 WC-Co계 초경 합금체를 구비하는 전술한 코팅된 절삭 공구 인서트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

다른 실시예에서, 초경 합금 기재는 표면 근처에서 그 양이 고갈된 입방정계 탄화물 및 농후한 양의 바인더를 갖는다. 입방정계 탄화물 고갈의 종료시까지 표면으로부터 측정된 거리는 5-50 ㎛이어야 한다. 이 실시예에서, 조성은 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 5.0-10.5 중량 % Co 및 3.0-9.0 중량% 입방정계 탄화물 및 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 을 구비한다. 상기 입방정계 탄화물은 상당량의 N 과 O 를 포함할 수도 있다. 입방정계 탄화물은 바람직하게는 Nb, Ta 및 Ti 계이지만, 주기율표의 Ⅳb 족, Ⅴb 족 또는 Ⅵb 족 원소의 탄화물을 포함할 수도 있다. N 의 양은 0.01-0.2 중량% 의 범위 내에 있어야 한다.

초경 합금체는 주로 분말 혼합, 볼 밀링, 분무 건조(spray-drying), 가압법, 종래의 방법에 따른 소결 및 코팅 전의 전처리에 의해 주로 제조된다.

초경 합금체는 하기 층으로 코팅된다.

- 공지된 화학 기상 증착 (CVD) 법을 사용하여 형성되며, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축 입자를 가지며, 전체 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만인 TiC_xN_yO_z 의 제 1 (최내각) 층 (A) (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2),

- 적절한 온도 화학 기상 증착 (MTCVD) 법 (700-900℃의 온도범위에서 층을 형성하기 위해 탄소와 질소 원으로서 아세토니트릴을 사용함) 을 바람직하게 사용하여 형성되며, 두께가 0.4-3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5-3.0 ㎛이고, 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 의 제 2 층 (B) (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 z=0, x＞0.3, y＞0.3). 정확한 조건은 사용되는 장치의 설계에 어느 정도 따른다.

- 공지된 CVD 법을 사용하여 형성되며, 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축 입자를 가지며, 전체 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만인 TiC_xN_yO_z 의 층 (C) (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2). 이 층 (C) 은 제 2 실시예에서는 생략된다.

- 제 1 층 시스템 (A+B+C) 의 전체 두께는 0.7-4.5 ㎛이다. 바람직하게, 층 (A, C) 은 층 (B) 보다 더 얇다.

- 교대로 배치되는 복수 개의 Al₂O₃ 층과 TiC_xN_yO_z 층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 및 TiN 층으로 이루어진 다층 (D) 을 갖는 제 2 층 시스템을 또한 포함한다. 이 다층 시스템의 최내각층 및 최외각층은 Al₂O₃층이다. TiC_xN_yO_z 층과 Al₂O₃층 양자를 포함하여 전체 층의 수는 5 내지 31 개이며, 바람직하게는 11 내지 15 개이다. Al₂O₃층은 개별 층 두께가 0.1 초과 0.5 ㎛ 미만이다. TiC_xN_yO_z 층은 개별 층 두께가 0 초과 0.2 ㎛ 미만이다. 단일층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이다. 층 (D) 은 제 2 실시예에서 단일 Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 층일 수도 있다. 단일층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이다.

- TiC_xN_y(x+y≤1), 바람직하게는 (TiN + TiC)_n TiN 이며, 가장 바람직하게는 TiN+TiC+TiN 의 조합으로 된 연속한 하나 또는 다수의 층 (E) 을 또한 포함한다. 개별 층 두께는 0.15-0.8 ㎛이다. 층 (E) 의 전체 두께는 0.6 초과 2.0 ㎛ 이하이다.

- 0.1 초과 0.4㎛ 이하의 두께를 가지며 Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 층으로된 최외각 층(F). 이층 다음에는 C 및 D 또는 E에 따른 다른 층이 있을 수도 있다. E와 F의 전체 두께는 2.5 ㎛ 미만이다.

A-F 층의 전체 두께는 2.0-12.0 ㎛ 이다.

칩과 가공물이 접촉을 하는 경사면 및 플랭크면의 영역이 각각 처리되도록 브러싱, 블래스팅, 그라인딩 작업 또는 이들의 조합에 의해 에지 라인을 따라 층 (D) 을 노출시키기 위해 코팅은 기계적으로 후처리되는 것이 바람직하다.

가장 바람직한 방법으로, 하나의 브러시가 경사면을 주로 브러시하고, 다른 하나는 플랭크면을 주로 브러시하여 인서트의 플랭크면과 경사면에 소망하는 특성을 얻도록, 셋팅과 인서트 위치를 가지며, SiC 입자를 함유하는 2 개의 나일론 브러시가 사용된다.

실시예

하기 인서트와 실시예는 본 발명의 이점을 예시화하도록 선택되었다.

인서트는 각각의 실시예에서 동일한 조건으로 테스트되었다.

인서트 A. 1.7 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, 10.5 중량 % Co, 1.24 중량 % TaC, 0.32 중량 % NbC 및 WC로 이루어진 잔부를 갖는 시판중인 초경 선삭 인서트는 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 4.0 ㎛ 주상 TiCN, 1.0 ㎛ κ-Al₂O₃, 및 0.5 ㎛ TiN+TiC+TiN의 최외각층으로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자를 함유하는 나일론 스트로우 브러시에 의해 에지 라인을 따라 브러시되었다. 최외각층 (E-F) 은 약 0.05 ㎜의 에지 라인을 따라 종래 기술에 따른 경사면 및 플랭크면에서 주로 제거되었다.

인서트 B. 인서트 A와 동일한 기재가 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 2.5 ㎛ 주상 TiCN, 2.1 ㎛의 5 개의 분리층을 갖는 다층(κ-Al₂O₃/TiN)₅ κ-Al₂O₃, 0.7 ㎛ TiN+TiC+TiN 층 및 0.2 ㎛ Al₂O₃의 최외각층으로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 후처리되었다. 최외각층 (E-F) 은 인서트 A에서 종래 기술에 따른 에지 라인을 따라 주로 브러시되었다.

인서트 C. 인서트 B와 동일한 기재 및 코팅을 갖는 인서트가 후처리되지 않 았다.

인서트 D. 인서트 B와 동일한 기재 및 코팅을 갖는 인서트가 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 후처리되었다. 최외각층 (E-F) 은 에지 라인으로부터 경사면으로 0.11 ㎜ 또한 플랭크면상에서 약 0.05 ㎜ 로 브러시되었다.

인서트 E. 1.7 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 9.15 중량 % Co, 1.23 중량 % TaC, 0.30 중량 % NbC 및 WC로 이루어진 잔부를 갖는 초경 선삭 인서트는 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 2.7 ㎛ 주상 TiCN, 1.8 ㎛ κ-Al₂O₃, 및 0.5 ㎛ TiN+TiC+TiN의 최외각층으로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 브러시되었다. 최외각 코팅층 (E) 은 약 0.05 ㎜로 에지 라인을 따라 종래 기술에 따른 경사면 및 플랭크면으로 주로 제거되었다. 코팅층 (D) 은 에지 라인의 5% 이하에 해당하는 지점상에서 제거되었다.

인서트 F. 인서트 E 와 동일한 기재가 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 2.5 ㎛ 주상 TiCN, 2.1 ㎛의 5 개의 분리층을 갖는 다층(κ-Al₂O₃/TiN)₅ κ-Al₂O₃, 0.5 ㎛ TiN+TiC+TiN 의 최외각층으로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅층 (E) 은 인서트 D에서와 같이 에지 라인을 따라 주로 브러시되었다.

인서트 G. 인서트 E 와 동일한 기재를 갖는 인서트가 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 2.8 ㎛ 주상 TiCN, 1.9 ㎛ κ-Al₂O₃로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자 를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅층 (D) 은 인서트 (E) 와 같이 에지 라인을 따라 주로 제거되었다.

인서트 H. 인서트 E 와 동일한 기재를 갖는 인서트가 최내각 0.5 ㎛ 등축 TiN 층, 2.8 ㎛ 주상 TiCN, 1.8 ㎛ κ-Al₂O₃, 0.9 ㎛ TiN+TiC+TiN 층 및 0.3 ㎛ 두께의 κ-Al₂O₃의 최외각층으로 코팅되었다. 이 코팅은 SiC 입자를 포함하는 나일론 브러시에 의해 에지 라인을 따라 후처리되었다. 최외각 코팅층 (E, F) 은 인서트 E 와 같이 에지 라인을 따라 주로 브러시되었다.

실시예 1.

인서트 A-D 가 선삭 작업으로 테스트되었다.

작업 : 바아의 축 및 면 선삭

작업물 재료 : 오스테나이트계 스테인레스강 AISI 304L

절삭 속도 : 225 m/분

이송속도 : 0.3 ㎜/회전

절삭 깊이 : 2.0 ㎜

인서트 형 : CNMG120408-MM

결 과: 공구 수명(분)

인서트 A:(종래기술) 약 6

인서트 B:(본 발명) 약 7

인서트 C:(본 발명) 약 7

인서트 D:(본 발명) 약 7

설 명 : 공구 수명의 기준은 절삭날선의 최대 플랭크 마모인 0.3㎜이었다. 이 마모는 국부적인 소성 변형에 기인하여 불규칙적으로 발생한다. 이 시험은 종래 기술과 기준과 비교하여 적어도 동일한 결과를 나타내고 있다.

실시예 2.

인서트 A-D 가 선삭 작업으로 테스트되었다.

작업 : 조합된 면 및 길이방향 선삭

작업물 재료 : 오스테나이트계 스테인레스강 AISI 316Ti

절삭 속도 : 110 m/분

이송속도 : 0.3 ㎜/회전

절삭 깊이 : 2.0 ㎜

인서트 형 : CNMG120408-MM

결 과: 사이클에서의 공구의 평균 수명

(전체 손상된 에지 외부 절삭)

인서트 A:(종래기술) 8.7(23.5㎜)

인서트 B:(본 발명) 11.7(15.0㎜)

인서트 C:(본 발명) 14.3(25.5㎜)

인서트 D:(본 발명) 13.6(7.9㎜)

설 명 : 공구 수명을 판정하는 마모는 절삭 깊이 (공구 수명 기준은 0.4㎜ 이상) 에서의 노치 마모이며, 부가적인 기준으로서, 절삭에서 에지의 일부분의 외측 칩핑 길이가 평가된다. 이는 인성을 요하는 작업이다. 이 실시예서는, 본 발명은 종래 기술에 비해 에지 인성이 증가됨을 알 수 있다. 실시예 1 과 함께, 이는 손상 길이가 종래 기술에 여전히 필적할 때, 후처리 없이도 성능이 현저하게 개선됨을 나타낸다.

실시예 3.

인서트 E-H 가 선삭 작업으로 테스트되었다.

작업 : 바의 면삭

작업물 재료 : 오스테나이트계 스테인레스강 AISI 304L

절삭 속도 : 140 m/분

이송속도 : 0.36 ㎜/회전

절삭 깊이 : 사이클마다 첫번째 패스에서 4.0 ㎜로부터 0 ㎜로 두번째 패스에서는 0 ㎜로부터 4.0 ㎜로의 변함

인서트 형 : CNMG120408-MM

결 과: 표준화된 플경사면 영역

인서트 E:(본 발명 이외) 1

인서트 F:(본 발명 이외) 약 1

인서트 G:(본 발명 이외) 약 1.5

인서트 H:(본 발명) 약 0.4

설 명 : 경사면상에서 측정된 전체 플경사면 영역은 본 발명의 보다 나은 성능을 나타낸다.

실시예 4.

인서트 E-H 가 선삭 작업으로 테스트되었다.

작업 : 바의 축 및 면 선삭

작업물 재료 : 오스테나이트계 스테인레스강 AISI 304L

*절삭 속도 : 225 m/분

이송속도 : 0.3 ㎜/회전

절삭 깊이 : 2.0 ㎜

인서트 형 : CNMG120408-MM

결 과: 표준화된 공구 수명

인서트 E:(본 발명 이외) 1

인서트 F:(본 발명 이외) 약 1.2

인서트 G:(본 발명 이외) 약 1.2

인서트 H:(본 발명) 약 1.9

설 명 : 공구 수명의 기준은 절삭날선의 최대 플랭크 마모인 0.3㎜이었다. 이 마모는 국부적인 소성 변형에 기인하여 불규칙적으로 발생한다. 이 시험은 이점에서 보다 나은 성능을 나타낸다.

결론적으로, 전술한 실시예의 결과로부터 기재와 특정 두께의 코팅의 선택 및 에지 처리를 조합함으로써, 공구 인서트는 도입부에서 설명한 바와 같은 양립하지 않는 것으로 생각되는 특성을 함께 가짐으로써 뛰어난 절삭 성능을 갖게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 전술한 마모 모드 전체를 동시에 견딜수 있는 절삭 공구 인서트를 제공하고, 종래 기술의 공구 제품의 결함을 제거하고 고성능의 절삭 공구를 제공하는 효과가 있으며, 또한 강의 스미어링 작업을 요할때 양호한 절삭 성능을 갖는 공구를 제공하는 효과가 있다.

Claims

절삭 공구 인서트 특히, 본체와 코팅으로 이루어지는 강의 선삭용 절삭 공구 인서트에 있어서, 상기 코팅은

- 0.7-4.5 ㎛의 전체 두께, 바람직하게는 1.6-4.0 ㎛의 전체 두께를 갖는 TiC_xN_yO_z (x+y+z≤1)의 2 개 이상으로 된 제 1 (최내각) 층 시스템,

- 대부분 Al₂O₃로 이루어진 제 2 층 시스템,

- 개별 층 두께가 0.15 초과 0.8 ㎛ 이하이며, 0.6 초과 2.0 ㎛ 이하의 전체 두께까지 형성되며, TiC_xN_y(x+y≤1), 바람직하게는 (TiN+TiC)_n TiN 이며, 가장 바람직하게는 TiN+TiC+TiN 의 조합으로 된 연속한 하나 또는 다수의 층, 및 두께가 0.1 초과 0.4 ㎛ 이하이며, Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 으로 된 층을 포함하며, 층 시스템의 전체 두께는 2.5 ㎛ 보다 작고, 바람직하게는 0.4-1.5 ㎛인 최외곽 층 시스템을 포함하며,

코팅의 전체 두께는 2.0 내지 12.0 ㎛, 바람직하게는 4.0-7.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항에 있어서, 최외각 층 시스템은 TiC_xN_y(x+y≤1) 으로된 수개의 층 및 이 다음의 Al₂O₃ 층을 포함하며, TiC_xN_y/Al₂O₃의 층 두께비는 2 보다 크고, 바람직 하게는 3-5 인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

제 2 층 시스템 (다층) 은 교대로 배치되는 Al₂O₃ 층과 TiC_xN_yO_z 층으로 이루어지며, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 및 TiN 층으로 이루어지며, TiC_xN_yO_z 와 Al₂O₃층 양자를 포함하여 전체 층의 수는 5 내지 31 개이며, 바람직하게는 11 내지 15 개이고, Al₂O₃층은 개별 층 두께가 0.1 초과 0.5 ㎛ 미만이며, 바람직하게는 0.2 이상 0.5 ㎛ 미만이며, TiC_xN_yO_z 층은 개별 층 두께가 0 초과 0.2 ㎛ 미만이며, 바람직하게는 0.02 이상 0.15 ㎛ 이하이고, 다층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이며, 바람직하게는 1.5-3.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 2 층 시스템은 단일 Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 층으로 이루어지며, 단일층의 전체 두께는 1.0-4.0 ㎛이며, 바람직하게는 1.5-3.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 1 층 시스템은

- 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축입자를 가지며, 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1-0.6 ㎛인 TiC_xN_yO_z 으로 이루어진 제 1 최내각 층 (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2),

- 두께가 0.4-3.9 ㎛, 바람직하게는 1.5-3.0 ㎛이고, 주상 입자를 갖는 TiC_xN_yO_z 으로 이루어진 제 2 층 (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 z=0, x＞0.3, y＞0.3, 가장 바람직하게는 x＞0.5) 을 포함하며,

바람직하게는 상기 등축 입자를 갖는 층은 주상 입자를 갖는 층보다 더 얇은 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 5 항에 있어서,

제 1 최내각 층 시스템은,

- 크기가 0.5 ㎛ 미만인 등축 입자를 가지며, 두께가 0.1 ㎛ 보다 크고 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1-0.6 ㎛인 TiC_xN_yO_z 으로 이루어진 제 3 층 (여기서, x+y+z≤1, 바람직하게는 y＞x, z＜0.2, 가장 바람직하게는 y＞0.8, z=0.2) 을 포함하며,

바람직하게는, 등축 입자를 갖는 2 개의 층은 주상 입자를 갖는 층보다 더 얇은 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

후처리에 의해 에지 라인을 따라 최외각 층 아래의 층이 경사면 및 플랭크면 에 노출되므로, 플랭크면 및 경사면에서의 노출은 적어도 0.02 ㎜이며, 바람직하게는 칩의 접촉영역에 따라서 경사면에서 0.02-0.40 ㎜이며, 플랭크면에서는 이보다 작으며, 가장 바람직하게는 플랭크면에서의 노출은 경사면에서의 노출의 약 절반인 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

기재 본체는 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, 7-11.5 중량 % Co 및 0.2-2.1 중량 % 의 입방정계 탄화물, 바람직하게는 금속 Ta, Nb, 및 Ti의 입방정계 탄화물 및 주기율표의 Ⅳb족, Ⅴb족 또는 Ⅵb 족 원소로부터 가능한 다른 탄화물이 0.4-1.6 중량%이고 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함하는 초경 합금 기재의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

기재 본체는 표면 근처에서 입방정계 탄화물은 고갈됐으며 바인더는 많은 영역을 포함하는 초경 합금 기재의 조성을 가지며, 표면으로부터 입방정계 탄화물의 고갈이 끝난 지점까지 측정된 거리는 5-50 ㎛이어야 하며, 조성은 1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, 5.0-10.5 중량 % Co 및 3.0-9.0 중량% 입방정계 탄화물 및 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함하며, 상기 입방정계 탄화물은 바람직하게는 Nb, Ta 및 Ti 계이지만, 주기율표의 Ⅳb족, Ⅴb족 또는 Ⅵb 족 원소의 탄화물을 포함할 수도 있으며, N 의 양은 0.01-0.2 중량% 의 범위 내에 있어야 하는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트.
절삭 공구 인서트의 제조 방법, 특히 본체 및 코팅으로 이루어진 강의 선삭용 절삭 공구 인서트의 제조 방법으로서,

1.0-3.0 ㎛의 평균 입자 크기를 가지며, 7-11.5 중량 % Co 및 0.2-2.1 중량% 입방정계 탄화물 및 잔부 텅스텐 탄화물 (WC) 을 포함하는 WC-Co계 초경합금을 포함하며, 분말 혼합, 볼 밀링, 분무 건조, 가압법, 종래의 방법에 따른 소결 및 전처리에 의해 제조되는 상기 본체는,

- 제 1 층을 위해, 공지된 화학 기상 증착 (CVD) 법을 사용하고, 제 2 층을 위해 바람직하게 700-900℃의 온도범위에서 적절한 온도 화학 기상 증착 (MTCVD) 법 (탄소와 질소 원으로서 아세토니트릴을 사용함) 을 사용하여 0.7-4.5 ㎛의 전체 두께를 갖는 TiC_xN_yO_z 의 2 개 이상의 층으로된 제 1 (최내각) 층 시스템 (여기서, x+y+z≤1),

- 대부분 Al₂O₃로 이루어진 제 2 층 시스템,

- 개별 층 두께가 0.15 초과 0.8 ㎛ 이하이며, 전체 두께는 0.6 초과 2.0 ㎛이하이며 TiC_xN_y(x+y≤1) 으로 된 연속한 하나 또는 다수의 층 및 이층에 후속하는 두께가 0.1 초과 0.4 ㎛ 이하인 Al₂O₃층, 바람직하게는 κ-Al₂O₃ 층을 포함하며 두께가 2.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.4-1.5 ㎛인 최외각 층 시스템

으로 코팅되며,

코팅의 전체 두께는 2.0 내지 12.0 ㎛, 바람직하게는 코팅은 브러싱, 블래스팅, 그라인딩 작업 또는 이들 작업의 조합을 사용하여, 가장 바람직하게는 브러싱 작업을 사용하여 후처리되는 것을 특징으로 하는 절삭 공구 인서트의 제조 방법.