KR20090112509A - 써메트 및 이를 이용한 절삭공구 인써트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭공구 인써트를 개시한다.

본 발명은 전체 중량 중 40~75%의 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 적어도 1종 또는 2종 이상과 5~20%의 철족 금속(Fe, Ni, Co) 결합상이 주성분이며, 주요 첨가제로서 10-25% 탄화 텅스텐(WC)이 포함되고 물성향상을 위한 부첨가제로 Mo, Nb, Zr, Ta의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 1종 또는 2종 이상이 각 12% 이하, 부첨가제의 총 합이 10~15%인 조성을 가지며 1380~1500℃의 온도로 가압 소결 후 상대 포화자화가 10-70%인 소결체로 구성된다.

본 발명에 따른 써메트는 동일 조건으로 연삭 가공을 실시할 때 기존 제품 대비 연삭 면조도가 우수한 특성을 갖는 이점이 있다. 또한, 상기 써메트를 이용하여 절삭공구 인써트를 제조하는 경우, 실제 절삭 가공이 행해지는 인선부를 Ra 60㎚ 이하로 제작함으로써 절삭공구 인써트의 수명 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 연삭성 향상에 따른 생산성 및 품질 향상을 확보할 수 있는 산업상 유용한 효과가 기대된다.

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Description

써메트 및 이를 이용한 절삭공구 인써트{An insert for cutting tool}

본 발명은 절삭공구 인써트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일조건으로 연삭 가공시 가공면조도가 향상된 써메트와 이를 이용한 절삭공구 인써트에 관한 것이다.

일반적으로 절삭공구로 사용되는 인써트에서 절삭날 역할을 하는 인선부위는 절삭시 강도를 부여하기 위해 통상 브러쉬 또는 브라스팅을 이용한 호닝처리나 네가랜드 형태의 연삭 가공 처리를 한다. 이때 인선부의 표면상태는 절삭공구 인써트 수명을 좌우하는 중요한 요소로서, 인선부에 큰 연삭흔적이 남아있거나 표면조도가 불량할 경우에는 절삭작업시 응력 집중을 야기하여 절삭공구 인써트의 수명을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 가공품질을 떨어뜨리는 원인이 된다. 이런 특징은 고속 절삭조건 일수록 쉽게 나타난다.

즉, 절삭공구 인써트의 인선부 가공시 브라스팅을 이용한 호닝에서는 메디아 종류, 크기 및 브라스팅 처리조건이 인선부 조도 등의 표면상태를 결정하는 요소가 되고, 브러쉬나 연삭휠을 이용하는 가공에서는 가공조건을 포함해서 브러쉬나 연삭휠의 메시가 인선부 연삭흔 크기를 좌우하여 결과적으로 인선부 조도를 결정하는 주요 요소가 된다.

현재까지 적용되고 있는 가공 기술로는 인써트의 인선부 조도와 인써트 가공시간(생산성) 사이에 반비례 관계가 있어 대량생산-판매를 목적으로 하는 절삭공구 제조사의 입장에서는 인써트 품질을 저하하지 않는 범위에서 생산성을 향상시킬 수 있는 인써트 인선부 가공기술 및 가공조건을 확보하는 것이 중요한 요소로 인식되고 있으며 이에 대한 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동일 가공조건 적용시 인선조도를 향상시킬 수 있는 써메트 합금을 제공하여 이를 통해 인써트의 인선부 표면조도를 높일 수 있는 써메트 및 이를 이용한 절삭공구 인써트를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 써메트는, 전체 중량 중 40~75%의 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 적어도 1종 또는 2종 이상과 5~20%의 철족 금속(Fe, Ni, Co) 결합상이 주성분이며, 주요 첨가제로서 10-25% 탄화 텅스텐(WC)이 포함되고 물성향상을 위한 부첨가제로 Mo, Nb, Zr, Ta의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 1종 또는 2종 이상이 각 12% 이하, 부첨가제의 총 합이 10~15%인 조성을 가지며 1380~1500℃의 온도로 가압 소결 후 상대 포화자화가 10-70%인 소결체로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 소결체는 소결 표면부로부터 내부방향 300㎛ 범위의 기공이 A02B02(제곱센티미터로 주어지는 단위범위 내에 직경 10㎛ 이하와 10-25㎛ 크기 기공이 각각 0.02%(각각 140개 이내) 미만으로 존재하는 기공 분포상태) 이하로 형성되는 것에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭공구 인써트는, 전 체 중량 중 40~75%의 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 적어도 1종 또는 2종 이상과 5~20%의 철족 금속(Fe, Ni, Co) 결합상이 주성분이며, 주요 첨가제로서 10-25% 탄화 텅스텐(WC)이 포함되고 물성향상을 위한 부첨가제로 Mo, Nb, Zr, Ta의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 1종 또는 2종 이상이 각 12% 이하, 부첨가제의 총 합이 10~15%인 조성을 가지며 1380~1500℃의 온도로 가압 소결 후 상대 포화자화가 10-70%인 써메트로 만들어지는 것으로, 일부분이 조도(Ra) 60㎚ 이하로 형성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 인써트 모재의 표면에 세라믹 코팅이 형성되는 것을 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 써메트는 동일 조건으로 연삭 가공을 실시할 때 기존 제품 대비 연삭 면조도가 우수한 특성을 갖는 이점이 있다.

또한, 상기 써메트를 이용하여 절삭공구 인써트를 제조하는 경우, 실제 절삭 가공 이 행해지는 인선부를 Ra 60㎚ 이하로 제작함으로써 절삭공구 인써트의 수명 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 연삭성 향상에 따른 생산성 및 품질 향상을 확보할 수 있는 산업상 유용한 효과가 기대된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 써메트 및 이를 이용한 절삭공구 인써트에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

써메트는 그 특성상 조성에서 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물이 40% 미만이면 써메트의 장점인 경도가 현저히 저하되고, 75%를 초과하는 경우에는 소결체의 진성 인성이 매우 열악하여 인성 향상을 꾀하기 어렵다. 또한, 철족 금속 결합상이 5% 미만이면 액상소결시 액상 부피비의 부족으로 치밀한 소결체를 얻기 어려우며, 20%를 초과하는 경우 절삭시 내마모성의 급격한 저하를 초래한다.

주요 첨가제로 사용하는 탄화텅스텐은 써메트의 소결성 개선에 따른 인성 품질에 영향을 미치는 요소인데 그 함량이 10% 미만이면 소결성 개선 효과가 떨어지고, 25%를 초과하면 미세조직상 녹지 않은 WC 결정립이 잔존하여 써메트 합금공구의 절삭성능에 악영향을 미친다.

부첨가제로 규정한 Mo, Nb, Zr, Ta의 탄화물, 질화물, 탄질화물은 각기 배합의 조 합정도에 따라 소결체의 물성특성에 서로 다른 영향을 끼치는데 그 각각의 중량비가 12% 이상이면 Ti 원소보다 열악한 자체 특성이 전체 소결체의 물성을 저하시키는 특성을 보이며, 부첨가제의 총 합이 15%를 초과하는 경우에도 상기와 같은 이유로 소결체의 물성을 저하시키게 된다. 부첨가제의 총 합이 10% 미만이면 상온경도 및 강도등의 물성개선 효과가 떨어져 절삭공구 소재로써 부적합하게 된다.

본 발명에 의해서 제조된 써메트 소결체의 제조 공정에 있어서, 1380-1500℃ 온도에서 불활성 가스를 매개체로 한 50-150bar 압력을 적용하는 가압소결을 실시하게 되는데, 1380℃ 미만의 온도에서는 액상소결을 통한 치밀한 소결체를 얻기 어렵고, 1500℃ 초과 온도에서는 비정상 입성장이 발생하여 소결합금의 인성품질 저하를 초래한다.

또한 50bar 미만의 압력으로는 기공 개선효과를 얻기 어려우며, 통상 활용되는 가압소결의 내부 압력이 150bar 이하이므로 가압력은 50-150bar 사이로 한다.

가압소결을 실시한 써메트 합금은 일반 소결을 실시한 써메트 합금에 비해 합금내 기공이 상대적으로 작기 때문에 연삭 가공 후 연삭면에 잔존하는 기공 크기가 작아 연삭 가공 후 표면조도를 향상시키는 결과를 나타낸다.

써메트 합금의 연삭시 마멸과 입자탈락이 동시에 발생하는데, 연삭조도는 합금의 마멸(abrasion) 특성과 입자탈락 정도에 의해 결정된다.

본 발명은 반복실험을 통해 상기 언급한 공정으로 써메트 합금을 제조할 경우, 소 결 후 소결체의 상대 포화자화가 10-70%, 바람직하게는 20-60% 사이에 위치할 경우 입자탈락 없이 우수한 연삭면조도를 갖는 것을 확인하였다.

여기서, 상대 포화자화가 낮을수록 결합상내 비자성 불순물 존재로 고용강화 효과와 함께 결합상과 경질상의 밀착력이 좋아져 연삭 가공시 입자탈락을 억제하게 된다. 반면, 상대 포화자화가 10% 미만일 경우는 원하지 않는 취성 금속간 화합물이 형성되어 써메트 합금 전체 인성을 급격히 저하시키는 문제가 발생하고, 상대 포화자화가 70%를 초과하면 상술한 결합상내 비자성 불순물 함량이 감소되어 입자탈락 억제 효과가 떨어진다.

[실시예]

이하, 본 발명의 써메트 합금과 이를 이용한 절삭공구 인써트에 대한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 아래의 [표 1]과 같은 조성으로 원료를 배합하여 조립화 공정을 거친 후 SPCN1203(ISO로 분류된 절삭공구 인써트의 형태를 나타내는 형번 ) 형태로 프레스하고, 진공소결(1450℃, 1시간)과 가압소결(1450℃, Ar 80bar, 1시간)을 실시하였다.

소결된 샘플의 포화자화를 측정하여 이론 포화자화와의 비교를 통해 상대 포화자화를 구하였고, 60메시 연삭휠을 이용하여 인써트 인선부 연삭을 실시한 후, 연삭면의 표면조도를 비접촉식 면조도 측정기를 이용하여 측정하였다. 출발조성표와 소결, 자성특성과 인선부 조도를 표 1에 정리하였다.

[표 1]

# SMS 는 소결 후 합금의 포화자화를 이론 포화자화로 나눈 후 100을 곱한 수치임.

# 면조도는 절삭공구 인써트의 인선부 Ra값(단위 ㎚)을 나타냄.

상기 [표 1]에서 보는 바와 같이, 동일한 조성에 추가 탄소량을 변화시켜 자성특성을 달리한 상기 시료 중에서 진공소결을 적용한 비교 1은 소결 표면부근에 큰 기공의 존재로 가공 후 인선부 조도가 높게 나타났으며, 가압소결을 적용한 시료 중 SMS가 낮은 샘플들(비교 2, 발명 1, 2)의 면조도가 상대적으로 우수한 것을 알 수 있다. 단, 비교 2의 경우 너무 낮은 합금탄소 및 자성특성에 의해 합금내 취성의 불건전상이 존재하여 인성특성이 매우 낮아 절삭공구 소재로 사용하기 어려운 결과를 나타냈다.

또한, 가압소결을 통한 합금내 내부기공의 제거, 적절한 자성특성에 의한 연삭 가 공시 입자탈락의 방지를 통해 연삭 가공시 면조도를 개선할 수 있음을 본 실험을 통해 확인할 수 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (4)

1. 전체 중량 중 40~75%의 Ti의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 적어도 1종 또는 2종 이상과 5~20%의 철족 금속(Fe, Ni, Co) 결합상이 주성분이며, 주요 첨가제로서 10-25% 탄화 텅스텐(WC)이 포함되고 물성향상을 위한 부첨가제로 Mo, Nb, Zr, Ta의 탄화물, 질화물, 탄질화물 중 1종 또는 2종 이상이 각 12% 이하, 부첨가제의 총 합이 10~15%인 조성을 가지며 1380~1500℃의 온도로 가압 소결 후 상대 포화자화가 10-70%인 것을 특징으로 하는 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 써메트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 소결체는 내부가 표면으로부터 300㎛ 범위 내에 제곱센티미터로 주어지는 단위범위 내에 직경 10㎛ 이하와 10-25㎛ 크기 기공이 각각 0.02%(각각 140개 이내) 미만으로 존재하는 기공 분포상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 써메트.
3. 제 1항 또는 제 2항에 청구된 써메트로 만들어지며 일부분이 조도(Ra) 60㎚ 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 절삭공구 인써트
4. 제 3항에 있어서, 표면에 세라믹 코팅이 형성되는 것을 더 포함하는 절삭공구 인써트.