KR20120016643A

KR20120016643A - 복합 초경합금 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크

Info

Publication number: KR20120016643A
Application number: KR1020117029334A
Authority: KR
Inventors: 프라카시 케이. 미르찬다니
Original assignee: 티디와이 인더스트리스, 인코포레이티드
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2012-02-24
Also published as: JP2012526664A; TW201102442A; US20120321498A1; US9435010B2; BRPI1010542A2; US8876443B2; JP5753532B2; BRPI1010542A8; RU2011150215A; EP3072983A1; EP2430203B1; AU2010248039A1; US20120282051A1; US8272816B2; MX2011011601A; WO2010132185A1; CA2759259A1; EP2430203A1; RU2536015C2; CN102459667B

Abstract

복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크를 포함하는 복합 물품과 이 물품을 제조하는 방법이 개시된다. 복합 물품은 신장된 부분을 포함한다. 신장된 부분은 제1 초경합금으로 구성된 제1 영역과 제2 초경합금으로 구성되고 제1 영역에 자생적으로 접합된 제2 영역을 포함한다. 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 적어도 하나는 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상을 포함하는 하이브리드 초경합금이다. 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상 중 적어도 하나는 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다.

Description

복합 초경합금 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크{COMPOSITE CEMENTED CARBIDE ROTARY CUTTING TOOLS AND ROTARY CUTTING TOOL BLANKS}

본 발명은 일반적으로 상이한 조성 및/또는 미세 구조의 영역을 포함하는 복합 구조물을 가진 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크와 연관된 방법에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 더 구체적으로 하나 이상의 영역이 입방체 카바이드(cubic carbide)를 포함한 하이브리드 초경합금(hybrid cemented carbide)을 포함하는 복합 구조물을 갖는 회전 절삭 공구용 다-급 초경합금 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크와 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어, 드릴링, 리밍, 카운터싱킹, 카운터보링 및 엔드 밀링과 같은 회전 절삭 공구에 대한 통상적인 응용에 관한 것이다.

초경합금 회전 절삭 공구(즉, 회전하도록 구동되는 공구)는 보통, 예를 들어 드릴링, 리밍, 카운터싱킹, 카운터보링, 엔드밀링, 및 태핑(tapping)과 같은 기계가공 작업에서 이용된다. 이러한 공구는 통상적으로 견고한 일체형(monolithic) 구조를 갖도록 제조된다. 이러한 공구 제조 공정은 (미립자 세라믹과 결합제(binder) 금속으로 구성된) 야금 분말(metallurgical powder)을 압밀하여 압분체(compact)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이후 압분체가 소결되어 고체 일체형 구조를 갖는 원통형 공구 블랭크를 형성한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "일체형 구조"는 공구가, 예를 들어, 공구 내의 어떤 작업량에서나 실질적으로 동일한 특징을 가지는 초경합금과 같은 고형 재료로 구성됨을 의미한다. 소결 이후에, 공구 블랭크는 절삭날 및 회전 절삭 공구의 특정 형상의 다른 외형을 형성하도록 적절히 기계가공된다. 회전 공구에는, 예를 들어, 드릴(drill), 엔드밀(end mill), 리머(reamer), 및 탭(tap)이 포함된다.

초경합금으로 구성된 회전 절삭 공구는 금속, 목재, 및 플라스틱과 같은 구조 재료의 절삭(cutting) 및 성형(shaping)을 포함하는 많은 산업 분야에 적합화된다. 초경합금으로 제조된 공구는 이들 재료의 특징인 인장 강도, 내마모성, 및 인성의 조합으로 인하여 산업적으로 중요하다. 종래 기술에 공지된 바와 같이, 초경합금은 적어도 두 상: 즉 적어도 하나의 경질 세라믹 성분 및 금속 결합제의 연질 매트릭스를 포함한다. 경질 세라믹 성분은, 예를 들어 주기율표의 IVB 족부터 VIB 족 내 원소의 카바이드일 수 있다. 일반적인 예는 텅스텐 카바이드이다. 결합제는 금속 또는 금속 합금, 전형적으로 코발트, 니켈, 철 또는 이러한 금속들의 합금일 수 있다. 결합제는 삼차원으로 상호연결된 매트릭스 내의 세라믹 성분의 영역들을 "접합시킨다(cement)". 초경합금은 적어도 하나의 분말 세라믹 성분 및 적어도 하나의 분말 결합제의 야금 분말 블렌드를 압밀하여 제작될 수 있다.

초경합금의 물리적, 화학적 특성은 재료를 제조하기 위하여 사용된 야금 분말의 개별적인 성분들에 부분적으로 의존한다. 초경합금의 특성은 예를 들어, 세라믹 성분의 화학적 조성, 세라믹 성분의 입자 크기, 결합제의 화학적 조성, 그리고 결합제 대 세라믹 성분의 비율에 의하여 결정된다. 야금 분말 블렌드 내의 성분 및 비율을 변화시켜, 드릴 및 엔드밀과 같은 초경합금 회전 절삭 공구가 특정 적용분야에 부합하는 고유의 특성을 갖도록 제조될 수 있다.

회전 절삭 공구의 일체형 구조는 본질적으로 공구의 성능과 적용 범위를 제한한다. 예로서, 도 1(a) 및 도 1(b)은 목재, 금속, 및 플라스틱과 같은 건축 재료에 홀을 형성하고 다듬기 위하여 사용되는 일반적인 설계를 가지는 트위스트 드릴(20)의 측면도 및 단면도를 각각 나타낸다. 트위스트 드릴(20)은 가공품을 처음으로 절삭하는 치즐 에지(chisel edge, 21)를 포함한다. 드릴(20)의 절삭 팁(cutting tip, 24)은 치즐 에지(21)에 뒤따르며, 홀이 드릴링됨에 따라 재료의 대부분을 제거한다. 절삭 팁(24)의 외부 둘레(26)는 홀을 마무리한다. 절삭 공정 동안, 절삭 속도는 드릴의 중심으로부터 드릴의 외부 둘레까지 현격하게 변한다. 이 현상이 도 2(a) 및 2(b)에 나타나는데, 도 2(a) 및 2(b)는 전형적인 트위스트 드릴의 절삭 팁의 내부(D1), 외부(D3), 및 중간(D2) 직경에서의 절삭 속도를 도표로 비교한다. 도 2(a)에서, 외부 직경(D3)은 1.00 인치이고, 직경(D1) 및 직경(D2)은 각각 0.25 및 0.50 인치이다. 도 2(b)는 트위스트 드릴이 분당 200 회전으로 작동할 때 세 가지 상이한 직경에서의 절삭 속도를 나타낸다. 도 2(a) 및 (b)에 도시되는 바와 같이, 회전 절삭 공구의 절삭날의 여러 지점에서 측정된 절삭 속도는 공구의 회전축으로부터의 거리에 따라 증가할 것이다.

이러한 절삭 속도 변화로 인하여, 일체형 구조를 가지는 드릴 및 다른 회전 절삭 공구는 중심으로부터 공구 절삭면의 외부 변에 걸친 여러 상이한 지점에서 공구의 절삭날이 균일하게 마모(wear) 및/또는 치핑(chipping) 및 균열(cracking)되지 않을 것이다. 또한, 담금질된(casehardened) 재료의 드릴링에서, 치즐 에지가 통상적으로 케이스를 관통하기 위하여 사용되는 한편, 드릴 몸체의 나머지 부분은 담금질된 재료의 연질 코어로부터 재료를 제거한다. 따라서, 담금질된 재료를 드릴링하는데 사용되는 일체형 구조의 종래의 비-하이브리드 드릴의 치즐 에지는 절삭날의 나머지 부분보다 훨씬 더 빠른 속도로 마모될 것이며, 이러한 드릴의 사용 수명이 상대적으로 짧아진다. 양측의 경우에, 종래의 비-하이브리드 초경합금 드릴의 일체형 구조로 인하여, 절삭날의 빈번한 재연마가 필요하므로, 드릴의 사용 수명에 상당한 제한이 가해진다. 빈번한 재연마 및 공구 교체는 또한 사용되는 기계 공구의 과도한 휴지 시간을 야기한다.

다른 단일 구조의 그 외의 다른 유형의 회전 절삭 공구는 비슷한 어려움을 갖고 있다. 예를 들어 특별히 설계된 드릴 비트(drill bit)는 여러 가지 작업을 동시에 수행하도록 자주 사용된다. 이러한 드릴의 예에는 스텝드릴(step drill) 및 서브랜드 드릴(subland drill)이 포함된다. 스텝 드릴은 드릴의 직경에 더 많은 스텝을 갈아서 만들어진다. 이러한 드릴은 여러 가지 직경을 갖는 구멍을 드릴링 하는데 사용된다. 서브랜드 드릴은 드릴링, 카운터싱킹 및/또는 카운터보링과 같은 여러 가지 작업을 수행하는데 사용될 수 있다. 보통의 나선형 드릴로는 종래의 비-하이브리드 초경합금 구조로된 스텝 및 서브랜드 드릴의 사용 수명은 현격히 제한되는데 드릴의 다른 절삭 날 직경에서 발생되는 절삭 속도에 매우 다르기 때문이다.

단일구조의 회전 절삭 공구의 제한은 또한 엔드밀에서 그 예를 발견할 수 있다. 일반적으로 엔드 밀링은 커터의 단부가 지지되지 않고 엔드밀의 길이와 직경의 비가 비교적 크기 때문에(2:1 이상), 금속을 충분히 제거하지 못하는 것으로 인식된다. 이 때문에 엔드밀이 지나치게 구부러지며 절단 깊이와 공급 속도(feed rate)에 심각한 제한을 가한다.

단일구조의 회전 절삭 공구와 관련된 문제점을 해결하기 위해서, 다른 위치에서 상이한 특성을 갖는 회전 절삭 공구를 제작하려는 노력이 시도되었다. 예를 들어, 탈탄된 표면을 갖는 초경합금 드릴은 미국 특허 5,609,447 및 5,628,837에 공지되었다. 이러한 특허에 공지된 방법에서, 일체형 초경합금 구조로 된 카바이드 드릴은 보호환경에서 600-1100 ℃ 사이로 가열된다. 강화드릴을 만드는 방법은 주요한 제한이 있다. 첫째로, 드릴의 강화 표면 층은 매우 얇고 아래 부분의 연질 초경합금이 노출되도록 매우 빠르게 마모될 수 있다. 둘째로, 일단 드릴이 교정되면 강화표면층은 완전히 잃어버리게 된다. 세 번째, 탈탄 단계, 추가적인 처리 단계는 완성된 드릴의 비용을 현격히 증가시킨다.

일체형 회전 절삭 공구와 연관된 제한은 본원에 일체가 참고로 인용된 미국 특허 제6,511,265호("'265 특허")에 기재된 바와 같이 "복합"구조를 이용함으로써 제거된다. '265 특허에는 적어도 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 복합 회전 절삭 공구가 개시된다. '265 특허의 공구는 초경합금으로 제조될 수 있으며, 여기서 복합 회전 절삭 공구의 제1 영역은 제2 초경합금을 포함하는 공구의 제2 영역에 자생적으로 결합되는 제1 초경합금을 포함한다. 제1 초경합금과 제2 초경합금은 적어도 하나의 특성이 상이하다. 이 특성은 예를 들어, 탄성 계수, 경도, 마모 저항, 파괴 인성, 인장 강도, 부식 저항, 열 팽창 계수, 또는 열 전도율일 수 있다. 공구 내의 초경합금의 영역은 동축을 이루어 배열될 수 있거나 또는 이와는 달리 이의 특정 특성의 장점을 갖도록 영역을 바람직하게 배치시킴으로써 배열될 수 있다.

'265에 기재된 방법은 일체형 초경합금 회전 절삭 공구의 특정 제한을 해결할지라도, '265의 예에는 주요하게 텅스텐 카바이드를 포함한다. 상대적으로 큰 전단 응력이 통상적으로 드릴링을 위해 이용되는 회전 절삭 공구에 가해지기 때문에, 텅스텐 카바이드를 이용하는 것들과 같이 매우 높은 수준의 강도를 갖는 초경합금 급을 사용하는 것이 선호된다. 그러나, 이들 급은 회전 절삭 공구 내의 텅스텐 카바이드 및 스틸 가공품 내의 철 사이에서 야기될 수 있는 반응으로 인해 스틸 합금을 기계가공하기가 적합하지 못할 수 있다. 스틸을 기계가공하기 위해 사용된 공구는 일체형 종래의 급의 초경합금 내에 0.5% 이상의 입방체 카바이드를 함유할 수 있다. 그러나, 이러한 공구 내에 입방체 카바이드의 첨가는 일반적으로 공구 강도를 감소시킨다.

따라서, 가공품과 화학적으로 반응하지 않고, 높은 강도 및 경도와 같이 공구의 상이한 영역에서 상이한 특성을 갖는 드릴 및 그 외의 다른 회전 절삭 공구에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명에 따르는 특정의 비-제한적인 실시예는 복합 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크로부터 선택될 수 있는 복합 물품에 관한 것이다. 복합 물품은 신장된 부분을 포함할 수 있다. 신장된 부분은 제1 초경합금으로 구성된 제1 영역과 제2 초경합금으로 구성되고 제1 영역에 자생적으로 접합된 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 적어도 하나는 하이브리드 초경합금이다. 하이브리드 초경합금은 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상을 포함한다. 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상 중 적어도 하나는 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다.

본 명세서에 개시된 그 외의 다른 특정 비-제한적인 실시예는 신장된 부분을 포함하는 드릴, 드릴 블랭크, 엔드 밀, 탭, 및 탭 블랭크 중 하나인 복합 물품에 관한 것이다. 신장된 부분은 제1 초경합금으로 구성된 제1 영역과 제2 초경합금으로 구성되고 제1 영역에 자생적으로 접합된 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 적어도 하나는 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상을 포함하는 하이브리드 초경합금이며, 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상 중 적어도 하나는 입방체 카바이드를 포함하는 상의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다. 특정 실시예에서, 제1 초경합금의 화학적 마모 저항은 제2 초경합금의 화학적 마모 저항과 상이하다.

본 발명에 따르는 특정의 추가 비-제한적인 실시예는 복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크로부터 선택된 물품을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 단계를 포함한다. 하이브리드 초경합금 블렌드는 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 과립을 포함한다. 실시예에서, 제1 초경합금 급과 제2 초경합금 급 중 하나 이상은 특정 초경합금 급의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함할 수 있다. 하이브리드 초경합금 블렌드는 몰드의 공극의 제1 영역 내로 배치될 수 있으며, 상이한 야금 분말은 공극의 제2 영역 내로 배치될 수 있다. 실시예에서, 하이브리드 초경합금 블렌드의 적어도 일부는 야금 분말과 접촉할 수 있다. 방법의 실시예는 압분체를 형성하기 위하여 하이브리드 초경합금 블렌드와 야금 분말을 압밀하는 단계와 압분체를 과-압 소결시키는 단계를 포함할 수 있다.

도 1(a)는 나무, 금속 및 플라스틱과 같은 구조 재료 내에 홀을 생성하고 다듬질하기 위하여 사용된 전형적인 형상을 갖는 트위스트 드릴의 측면도.
도 1(b)는 도 1(a)에 도시된 트위스트 드릴의 단면도.
도 2(a)는 종래의 비-하이브리드 트위스트 드릴의 절삭 날을 따라 3가지의 직경 D1, D2 및 D3을 예시적으로 도시하는 도면.
도 2(b)는 직경 D1, D2 및 D3에서 종래의 비-하이브리드 트위스트 드릴의 절삭 속도를 도시하는 그래프.
도 3(a) 내지 도 3(d)는 본 발명에 따라 구성된 복합 회전 절삭 공구를 제조하기 위해 유용한 블랭크의 단면도.
도 4는 입방체 카바이드가 결핍되고, 텅스텐 카바이드 및 코발트를 기준으로 한 종래의 비-하이브리드 초경합금 급의 현미경 사진.
도 5는 입방체 카바이드를 포함하고, 텅스텐 카바이드 및 코발트를 기준으로 한 종래의 비-하이브리드 초경합금 급의 현미경 사진.
도 6은 하이브리드 초경합금의 분산 상의 근접비를 측정하기 위해 사용된 절차를 예시적으로 도시한 도면.
도 7은 연속 상은 입방체 카바이드가 상대적으로 제거되며, 분산 상은 입방체 카바이드를 포함하는, 하이브리드 초경합금의 현미경 사진.
도 8은 연속 상은 입방체 카바이드를 함유하고, 분산 상은 입방체 카바이드가 상대적으로 없는, 하이브리드 초경합금의 현미경 사진.
도 9는 분산 상으로서 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 제2 영역과, 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함한 복합 초경합금 회전 절삭 공구의 실시예의 단면의 현미경 사진.
도 10은 종래의 비-하이브리드 초경합금 급을 포함하는 제2 영역과, 연속 상으로서 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금를 포함한 제1 영역을 포함한, 복합 초경합금 회전 절삭 공구의 실시예의 단면의 현미경 사진.
도 11은 분산 상으로서 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 제2 영역과, 연속 상으로서 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 제1 영역을 포함한 복합 초경합금 회전 절삭 공구의 실시예의 단면의 현미경 사진.
도 12는 연속 상 내에 실질적으로 입방체 카바이드 함량이 없으며, 분산 상 내에 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 제2 영역과, 텅스텐 카바이드, 입방체 카바이드, 및 코발트를 기반으로 종래의 비-하이브리드 초경합금 급을 포함한 제1 영역을 포함하는 초경합금 회전 절삭 공구의 실시예의 단면의 현미경 사진.

작동 예시 및 다른 방법으로 설명된 곳 이외에 비-제한적 실시예가 있는 상세한 설명에서 및 청구항에서, 공정 예에서와 달리 또는 이와는 다르게 지시되는 경우, 양 또는 특성을 표현한 모든 수는 용어 "약"에 의해 모든 예시에서 수정될 수 있다고 이해될 수 있다. 따라서, 반대로 표시되지 않는다면, 하기 기술 내용을 기초로 한 임의의 수 파라미터는 본 개시의 공구, 공구 블랭크 및 방법을 획득하기 위한 선호되는 특성에 따라 변할 수 있는 근사값이다. 최소한, 청구항의 범위와 균등론의 적용을 제한하는 시도는 아니며, 적어도 각각의 숫자 변수는 통상적인 반올림 기법(rounding technique)에 의해서 및 중요한 숫자로 보고된 수를 고려하여 해석되어야한다.

전체 또는 부분적으로 본 명세서에 참고로 인용된 임의의 특허, 공보, 또는 그 외의 다른 공개 재료는 단지 일체 재료가 본 명세서에 기초로 한 존재하는 정의, 언급, 또는 그 외의 다른 개시 재료와 모순되지 않을 정도로 본 명세서에 인용된다. 이와 같이, 필요한 정도까지, 본 명세서에 기재된 개시 내용은 본 명세서에 참고로 인용된 임의의 모순되는 재료에 우세한다. 본 명세서에 기초로 한 존재하는 정의, 언급 또는 그 외의 다른 개시 재료와 모순되지만 본 명세서에 참고로 인용된 임의의 재료 또는 이의 일부는 현존하는 개재 재료와 인용된 재료 간에 모순을 야기하지 않을 정도로만 인용된다.

본 발명은 종래의 비-하이브리드 회전 절삭 공구의 일체형 구조 이외에 복합 구조를 가지는 회전 절삭 공구 및 절삭 공구 블랭크를 제공한다. 물품은 필요한 경우 냉각제 채널과 같은 내부 채널을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 회전 절삭 공구는 회전하도록 구동되고 가공품으로부터 재료를 제거하기 위해 가공물과 접촉하는 적어도 하나의 절삭날을 갖는 절삭 공구이다.

본 명세서에서 사용된 "복합" 구조를 갖는 회전 절삭 공구는 화학적 조성 및/또는 미세구조가 상이하고, 적어도 하나의 특성 또는 재료 특성이 상이한 적어도 두 영역을 가지는 회전 절삭 공구를 지칭한다. 특징은 예를 들어 화학적 마모 저항, 부식 저항, 경도, 인장 강도, 기계적 마모 저항, 파괴 인성, 탄성계수, 열팽창계수, 및 열전도계수로부터 선택될 수 있다. 본 발명에 따라 구성될 수 있는 복합 회전 절삭 공구의 예에는 드릴과 엔드밀 뿐만 아니라, 예를 들어 재료의 드릴링, 리밍, 카운터싱킹, 카운터보링, 엔드밀링, 및 태핑에 사용될 수 있는 다른 회전 절삭 공구가 포함된다.

특정 실시예에 따라서, 본 발명은 나선형으로 배향된 절삭날과 같은 하나 이상의 절삭날을 가지며, 하나 이상의 특정 또는 재료 특성이 상이하며 자생적으로 서로 접합된 초경합금의 둘 이상의 영역을 포함하는, 복합 회전 절삭 공구를 제공한다. 본 명세서에서 사용된 "자생적 접합"은 필러 금속 또는 그 외의 다른 융합제의 첨가 없이 초경합금 또는 또 다른 재료의 영역들 사이에서 전개되는 접합을 말한다.

본 명세서에 개시된 복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크의 실시예에서, 공구 또는 블랭크의 하나 이상의 영역은 하이브리드 초경합금을 포함한다. 하이브리드 초경합금은 초경합금 연속상과 초경합금 분산 상을 포함한다. 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 적어도 하나의 초경합금 연속상과 초경합금 분산상은 입방체 카바이드를 포함하는 상의 전체 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다.

주기율표의 IVB족 내지 VIB족에 속하는 전이 금속은 상대적으로 강한 카바이드 포머(carbide former)이다. 특정의 전이 금속은 입방 결정 구조를 특징으로 하는 카바이드를 형성하고, 그 외의 다른 전이 금속은 6각형 결정 구조를 특징으로 하는 카바이드를 형성한다. 입방체 카바이드는 6각형 카바이드보다 더 강하다. 입방체 카바이드를 형성하는 IVB족 내지 VIB족 전이 금속은 Ti, V, Cr, Zr, Nb, HF, 및 Ta이다. 텅스텐과 몰리브덴의 카바이드는 6각형 결정 구조를 가지며, 텅스텐은 카바이드 포머의 가장 약한 부분이다. 입방체 카바이드는 서로에 대해 상호 용해가능하고, 폭 넓은 조성 범위에 걸쳐서 서로에 대해 고용체를 형성한다. 추가로, 입방체 카바이드는 WC와 Mo₂C에 대해 상당한 용해성을 갖는다. 한편, WC는 임의의 입방체 카바이드에 대한 용해성을 갖지 않는다.

경질 및 분산 상으로서 WC 및 금속 결합제상으로서 Co에 기초한 초경합금은 강도, 마모 저항 및 파괴 인성의 최적의 조합을 제공한다. WC/Co 초경합금 공구로 스틸 합금을 기계가공하는 동안에, 스틸을 기계가공함으로써 발생된 스틸 칩이 WC/Co 초경합금과 접촉한 상태로 잔류한다. WC는 상승된 온도에서 접촉할 때 상대적으로 불안정하며, WC/Co 회전 공구의 크래이터링(cratering)과 취약해짐이 스틸을 기계가공하는 동안에 발생될 수 있다.

WC/Co 일체형 회전 공구의 초경합금에 입방체 카바이드를 첨가함에 따라 스틸 내의 철과 회전 공구 내의 WC의 상호작용의 감소가 관찰되었고, 이에 따라 스틸 합금을 기계가공하기 위하여 사용 시에 공구의 수명이 연장되었다. 그러나, 이들 공구에 입방체 카바이드의 첨가는 또한 공구 강도를 하강시키고, 특정 기계 가공 응용에 대해 공구가 바람직하지 못한 것으로 만들었다.

본 발명에 따르는 복합 회전 공구 또는 회전 공구 블랭크의 실시예에서, 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 제공함에 따라 공구 강도의 감소가 상당하지 않을지라도 화학적 마모 저항이 향상된다. 본 명세서에서 사용된 "화학적 마모"는 부식 마모로서 상호 호환적으로 언급되며, 상당한 화학적 또는 전자기계적 반응이 재료와 가공물 및/또는 환경 사이에 발생되며 이에 따라 재료의 마모를 야기하는 마모를 말한다. 예를 들어, 화학적 마모는 공구가 스틸 합금을 기계가공하기 위해 사용될 때 칩을 기계가공하는 철과 텅스텐 카바이드의 화학적 반응 및 확산으로 인해 회전 절삭 공구상에서 관찰될 수 있다.

실시예에서, 회전 절삭 공구의 2개의 자생적으로 접합된 초경합금 영역 중 하나는 종래의 비-하이브리드 급 초경합금(non-hybrid grade cemented carbide)을 포함할 수 있다. 종래의 비-하이브리드 급 초경합금은 결합제 금속 또는 금속 합금과 하나 이상의 유형의 전이 금속 카바이드 입자를 포함할 수 있다. 비-제한적인 예에서, 종래의 비-하이브리드 급 초경합금은 코발트 결합제 내에 매립된 텅스텐 카바이드의 경질 입자를 포함할 수 있다. 종래의 비-하이브리드 급 카바이드-코발트(즉, WC-Co)의 예는 도 4에 예시된다. 도 4에 예시된 초경합금은 앨라배마, 매디슨 소재의 ATI Firth Sterling(ATI 퍼스 스터링)으로부터 입수가능한 제1 급(Firth Grade) 248 초경합금 분말 블렌드를 압밀하고 소결하여 제조된다. 제1 급 248 초경합금 분말 블렌드는 약 11 중량%의 코발트 분말과 89 중량%의 텅스텐 카바이드 입자(또는 분말)를 포함한다. 제1 급 248 분말 블렌드를 압밀하고 소결하여 제조된 초경합금은 연속 코발트 결합제 상 내에 매립된 텅스텐 카바이드 입자의 불연속 상을 포함한다. 또 다른 종래의 비-하이브리드 급 초경합금이 도 5에 예시된다. 도 5에서의 초경합금은 제1 급 T-04 초경합금 분말 블렌드(또한, 앨라배마, 매디슨 소재의 ATI Firth Sterling(ATI 퍼스 스터링)으로부터 입수가능함)로부터 제조된다. 제1 급 T-04 초경합금 분말 블렌드는 12 중량%의 코발트 분말, 총 6 중량%의 티타늄 카바이드, 탄탈룸 카바이드, 및 니오븀 카바이드 입자, 및 82 중량%의 텅스텐 카바이드 입자를 포함한다. 제1 급 T-04 분말 블렌드를 압밀하고 소결하여 제조된 초경합금은 텅스텐 카바이드 입자를 포함하는 불연속 상 및 연속 코발트 결합제 상 내에 매립된 티타늄 카바이드, 탄탈룸 카바이드, 및 니오븀 카바이드의 고용체를 포함한다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함하는 제2 영역에 자생적으로 접합된 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 제1 영역을 포함하는 복합물에 관한 것이다. 또 다른 실시예에서, 2개의 자생적으로 접합된 초경합금 영역 각각은 하이브리드 초경합금을 포함하고, 2개의 하이브리드 초경합금 각각은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다. 상의 총 중량에 대해 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 상을 포함한 각각의 하이브리드 초경합금은 예를 들어, 텅스텐 카바이드 및 코발트만을 기초로 한 초경합금에 비해 향상된 화학적 마모 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스틸 가공품과 접촉할 때 야기될 수 있는 화학적 마모로 인해 초경합금 공구의 크래이터링의 발생은 공구가 입방체 카바이드-함유 상의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 %의 입방체 카바이드를 포함하는 연속 및/또는 불연속 상을 포함한 하이브리드 초경합금을 포함하는 가공품과 접촉하는 영역을 포함할 때 상당히 감소된다. 따라서, 하이브리드 초경합금 내에 입방체 카바이드가 포함되면 하이브리드 초경합금을 포함하는 영역을 포함한 공구의 화학적 마모 저항이 향상될 수 있다. 또한, 공구의 하이브리드 초경합금 영역의 강도는 예를 들어, 종래의 비-하이브리드 급 WC-Co 초경합금으로부터 제조된 공구에 비해 입방체 카바이드의 존재에 의해 상당히 감소되지 않는다.

본 발명의 특정 실시예의 양태는 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 회전 절삭 공구 블랭크(30)를 고려하여 잘 이해될 수 있다. 도 3(a)는 회전 절삭 공구 블랭크(30)가 블랭크의 중심 축을 포함하는 평면을 따라 절단된, 단면도이다. 도 3(b)는 회전 절삭 공구 블랭크(30)가 공구의 중심 축에 대해 가로방향으로 절단된 단면도이다. 회전 절삭 공구 블랭크(30)는 2개의 동축으로 배열되고 자생적으로 접합된 초경합금 영역을 갖는, 일반적으로 원통형으로 소결된 압분체이다. 그러나, 본 발명의 실시예의 하기 기술 내용은 또한 보다 더 복잡한 형상을 가지며 둘 초과의 영역을 갖는 복합 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크의 제조에 적합할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 하기 기술 내용은 본 발명을 제한하기 위함은 아니고 단지 본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예를 예시하기 위함이다.

회전 절삭 공구 블랭크(30)는 제1 초경합금을 포함하는 코어 영역일 수 있는, 제1 영역(31)을 포함할 수 있다. 비-제한적인 실시예에서, 코어 영역은 가능한 가장 큰 강도를 제공하는 종래의 비-하이브리드 급 WC-Co 초경합금을 포함할 수 있다. 제1 영역(31)의 제1 초경합금은 외측 영역을 포함할 수 있으며, 제2 카바이드를 포함하는 제2 영역(32)에 접합된다. 외측 영역은 입방체 카바이드가 결핍된 동일한 초경합금에 대해 상당한 강도 및 기계적 마모 저항의 손실 없이 향상된 화학적 마모 저항을 제공하기 위하여 하나 이상의 연속 및 분산 상이 적어도 0.5%의 입방체 카바이드(입방체 카바이드를 포함하는 특정 상의 중량을 기준으로)를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있다. 도 3(a) 및 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 영역(31)과 제2 영역(32)은 동축을 이루어 배열될 수 있다. 제1 및 제2 영역(31, 32)은 자생적으로 접합될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예는 하이브리드 초경합금을 포함하는 하나 이상의 영역을 포함한다. 반면에, 종래의 비-하이브리드 초경합금이 전형적으로 연속 결합제 상 내에 매립되고 이에 대해 고루 분산된 전이 금속 카바이드 입자를 포함하는 복합물 재료인 반면, 하이브리드 초경합금은 제2 종래의 비-하이브리드 초경합금 급의 연속 상 내에 매립되고 이를 통해 분산된 하나 이상의 종래의 비-하이브리드 초경합금의 영역(또는 "상"으로서 상호호환적으로 사용됨)을 포함할 수 있어서, 제1 초경합금 불연속 상과 제2 초경합금 연속 상을 포함하는 복합물이 형성된다. 하이브리드 초경합금은 예를 들어, 그 전체가 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제7,384,443호("'433 특허")에 개시된다. 각각의 하이브리드 초경합금의 불연속 초경합금 상과 연속 초경합금 상은 전형적으로, 및 독립적으로 예를 들어, 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨 및 텅스텐과 같은 전이 금속의 하나 이상의 카바이드 입자를 포함한다. 하이브리드 초경합금의 2가지의 상은 또한 하이브리드 초경합금의 특정 상 내에서 카바이드 입자 모두를 시멘트화하거나 또는 서로 결합시키는 연속 금속성 결합제 상(또는, 더 단순하게 연속 금속 결합제)를 각각 포함한다. 하이브리드 초경합금의 각각의 초경합금의 연속 금속성 결합제 상은 코발트, 니켈, 니켈 합금, 철 또는 철 합금을 포함할 수 있다. 선택적으로, 다른 성질을 강화시키기 위하여 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 실리콘, 구리 망간, 루테늄, 알루미늄 및 은과 같은 합금 원소가 하이브리드 초경합금의 모든 초경합금 또는 이의 결합제 상 내에 존재할 수 있다. 본 명세서에서 하이브리드 초경합금을 참조할 때, 용어 "분산 상" 및 "불연속 상"은 상호 호환적으로 사용된다.

전술된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 복합 물품의 영역 내에 포함될 수 있는 하이브리드 초경합금의 양태에 있어서, 하이브리드 초경합금의 초경합금 불연속 상과 초경합금 연속 상 중 적어도 하나가 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하고, 중량%는 입방체 카바이드의 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 한다.

본 발명에 따르는 복합 공구 및 블랭크의 특정 실시예에서, 복합물 내에서 사용된 특정 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산(불연속) 상은 낮은 근접비를 갖는다. 복합물 구조에서 분산 상 근접성의 정도는 근접비, C_t로서 경험적으로 나타내어질 수 있다. Ct는 본원에 참고로 인용된 Underwood, Quantitative Microscopy, 279-290 (1968)에 기재된 정량적 금속조직학 기술을 사용하여 측정될 수 있다. C_t를 측정하기 위해 사용된 기술은 그 전체가 본원에 참고로 인용된 '443 특허에 전체적으로 개시된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 이 기술은 재료의 미세 구조의 현미경 사진에 놓여진, 공지 길이의 임의적으로 배향된 선들이 특정 구조적 특징을 가지고 만드는 교차점의 수를 결정하는 것으로 구성된다. 분산 상/분산 상 교차점과 선에 의하여 만들어진 총 교차점의 수(N_L _αα)와 분산 상/연속 상 경계면과 교차점의 수(N_L _αβ)를 센다. 도 6은 N_L _αα와 N_L _αβ값이 수득되는 절차를 도식적으로 설명한다. 도 6에서, 52는 일반적으로 연속 β 상(56)에서 α상의 분산 상(54)을 포함하는 복합물을 가리킨다. 근접비, C_t는 C_t = 2 N_L _αα/(N_L _αβ+ 2 N_L _αα) 등식에 의하여 계산된다.

근접비는 그 외의 다른 불연속(분산) 상 영역과 접촉하고 있는 불연속(분산) 상 영역의 표면적의 평균 분율의 측정이다. 비율은 분산된 영역들의 분포가 완전히 분산된 구조(C_t=0)에서 완전히 응집된 구조(C_t=1)까지 변화함에 따라 0 내지 1까지 변화할 수 있다. 근접비는 분산 상 영역의 부피 분율 또는 크기에 상관없이 분산 상의 근접성 정도를 설명한다. 그러나, 전형적으로, 더 높은 분산 상의 부피 분율에 대하여, 분산 상의 근접비 또한 보다 더 높아질 것이다.

경질 초경합금 분산 상을 가지는 하이브리드 초경합금의 경우, 분산 상의 근접비가 낮을수록, 균열이 연속 경질 상 영역을 통하여 전파될 기회가 더 낮아진다. 이 균열형성 공정은 복합 초경합금 회전 공구의 전체 인성의 감소를 야기하는 누적적인 효과를 갖는 반복적인 공정일 수 있다. 본 발명에 따르는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 실시예에서, 공구 또는 블랭크의 영역 내에 포함된 하이브리드 초경합금은 전술된 기술로 측정 시에 0.48 이하의 근접비를 갖는 초경합금 분산 상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 특정 실시예에서, 복합물의 영역에 포함된 하이브리드 초경합금은 분산 상의 초경합금 급의 약 2 부피% 내지 40 부피%를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 초경합금 분산 상은 하이브리드 초경합금의 2 부피% 내지 50 부피%을 포함할 수 있다. 그 외의 다른 실시예에서, 초경합금 분산 상은 하이브리드 초경합금의 2 내지 30 부피%을 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 초경합금 분산 상은 하이브리드 초경합금의 6 내지 25 부피%을 포함하는 것이 선호될 수 있다.

실시예에서, 하이브리드 초경합금의 분산 초경합금 상 및 연속 초경합금 상을 포함하는, 제1 영역(21)에서의 초경합금과 제2 영역(32)에서의 초경합금은 주기율표의 IVB족 내지 VIB족에 속하는 하나 이상의 요소의 초경합금으로 구성된 세라믹 성분을 포함할 수 있다.

바람직하게 세라믹 성분은 각각의 영역에서 초경합금의 전체 중량 대해 약 60 내지 98%로 구성된다. 세라믹 성분의 입자는 바람직하게 각각의 영역에서 재료의 전체 중량에 대해서 약 2 내지 약 40 중량%를 포함하는 금속성 결합제 재료의 매트릭스 내에 매립된다. 바람직하게 결합제는 Co, Co 합금, Ni, Ni 합금, Fe 및 Fe 합금들 중 하나 이상으로 구성된다. 또한 결합제는 결합제 내에서 이러한 요소들의 용해도 한계까지의 농도의 W, Cr, Ti, Ta, V, Mo, Nb, Zr, Hf 및 C와 같은 요소들을 포함할 수 있다. 추가적으로 결합제는 5 중량% 이하의 Cu, Mn, Ag, Al 및 Ru와 같은 요소를 포함할 수 있다. 복합 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 일 실시예에서, 제1 초경합금의 결합제와 제2 초경합금의 결합제는 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 규소, 구리, 망간, 루테늄, 알루미늄, 및 은으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금제를 추가로 포함할 수 있다. 종래 기술의 당업자는 초경합금의 임의의 또는 모든 성분이 화합물 및/또는 마스터 합금과 같은 요소적인 형태로 이입될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에서 사용된 초경합금의 특성은 세라믹 성분의 화학적 조성, 세라믹 성분의 입자 크기, 결합제의 화학적 조성 및 세라믹 성분 함량에 대한 결합제 함량의 중량 비 중 하나 또는 임의의 조합을 변화시킴으로써 특정 응용에 대해 맞춤구성될 수 있다.

특정 실시예에서, 본 명세서에 개시된 복합 물품의 영역에 포함된 하이브리드 초경합금의 하나 이상의 분산 상과 연속 상은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 또는, 이와는 달리 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다. 그 외의 다른 특정 실시예에서, 본 명세서에 개시된 복합 물품의 영역에 포함된 하이브리드 초경합금의 하나 이상의 분산 상과 연속 상은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기준으로 적어도 1.0 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다. 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 하나 이상의 분산 상과 연속 상은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 적어도 5 중량% 이상의 입방체 카바이드를 포함한다. 더 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 하나 이상의 분산 상과 연속 상은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 30 중량%, 1 내지 25 중량%, 5 내지 25 중량%, 또는 약 6 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 "입방체 카바이드"는 입방 밀집 결정 구조를 갖는 전이 금속 카바이드를 말한다. 이러한 결정 구조는 또한 cF8 피어슨 심볼(Pearson Symbol) 및 B1 스트록터베리츠 명칭(Strukturbericht designation)을 갖는 록 솔트 결정 구조(rock salt crystal structure)로서, 및 면심 입방 격자로서 다양하게 언급된다. 실시예에서, 본 발명에 따르는 복합 물품의 영역에서 하이브리드 초경합금의 입방체 카바이드 함량은 요소의 주기율표의 IV족 및 V족으로부터 선택된 하나 이상의 전이 금속의 카바이드를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입방체 카바이드 함량에는 TiC, TaC, NbC, VC, HfC, 및 ZrC 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 그 외의 다른 실시예에서, 입방체 카바이드 함량에는 TiC, TaC, 및 NbC 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입방체 카바이드 함량에는 TiC가 포함될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입방체 카바이드 함량에는 다양한 입방체 카바이드의 고상 용액이 포함될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크는 적어도 제1 영역과 제2 영역을 포함할 수 있다. 복합 회전 절삭 공구 또는 블랭크의 제1 영역은 제2 초경합금을 포함하는 제2 영역에 자생적으로 접합되는 제1 초경합금을 포함한다. 실시예에서, 적어도 하나의 제1 초경합금과 제2 초경합금은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 영역은 입방체 카바이드를 함유하는 상의 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 복합 회전 절삭 공구 또는 블랭크의 하나 초과의 영역은 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있으며, 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기준으로 각각의 입방체 카바이드 함량에는 입방체 카바이드가 포함된다.

전술된 바와 같이, 하이브리드 초경합금은 초경합금의 제2 급의 연속 상과 초경합금의 제1 급(first grade)의 분산 상을 포함한다. 실시예에서, 본 명세서에서의 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크는 입방체 카바이드를 포함하는 상의 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 영역을 포함하고, 하이브리드 초경합금의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 연속 상 내에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 연속(분산) 상 내에 위치될 수 있다. 그 외의 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 분산 상과 연속 상은 각각의 개별 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방향 카바이드를 포함한다. 입방체 카바이드를 포함하는 상의 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함하는 본 발명의 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 영역에 대해, 하이브리드 초경합금의 조성 및/또는 특성은 원하는 기계적 특성을 갖는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 블랭크를 제공하기 위해 필요에 따라 맞춤구성될 수 있다.

종래 기술에서는 초경합금 내에 입방체 카바이드가 존재함에 따라 초경합금의 강도가 적절히 감소되는 것으로 알려졌다. 또한, 전술된 바와 같이, WC 및 Co 기반의 가장 고강도의 초경합금 급은 스틸을 기계가공하기에 적합하지 않다. 이는 스틸이 전형적으로 기계 가공 동안에 긴 연속적인 칩을 형상하고 칩이 공구의 초경합금과 접촉하기 때문이다. 스틸 내의 철은 강력한 카바이드 형성 요소이고, 기계가공 칩들 사이에서 접촉하며, 카바이드는 철과 화학적으로 상호작용하며 스틸 칩의 표면 내로 확산되도록 공구로부터 WC를 생성한다. 초경합금 절삭 공구로부터 WC가 이동함에 따라 공구는 취약해지며 공구의 절삭 표면에 크레이터(crater)가 생성된다. 초경합금 공구에 입방체 카바이드를 첨가함에 따라 카바이드 이동 및 크래이터링 효과가 줄어들지만 공구의 강도는 적절히 감소된다. 그러나, 본 명세서에서 교시된 바와 같이, 공구 내의 입방체 카바이드의 존재로 인한 강도 감소는 하이브리드 초경합금 미세 구조 내에 입방체 카바이드의 모두 또는 일부를 배치시키고 공구 내에 하이브리드 초경합금을 포함시킴으로써 최소화될 수 있다. 하이브리드 초경합금 미세구조의 상태에서 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함시킴으로써, 회전 절삭 공구의 화학적 마모 저항은 분산 상으로서 단지 텅스텐 카바이드 경질 입자만을 포함하는 초경합금을 기반으로 한 회전 절삭 공구에 비해 공구 강도가 현저히 감소되지 않고 향상될 수 있다.

공구의 하이브리드 초경합금 내에 입방체 카바이드를 배치시킴으로써, 공구의 강도 감소는 최소화될 것이며, 스틸을 기계가공하기 위해 사용될 대 공구의 크래이터링이 감소될 것이다. 본 명세서에 존재하는 복합 회전 절삭 공구의 실시예가 초경합금을 포함하는 제한된 개수의 영역을 가질지라도, 본 발명의 회전 절삭 공구는 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한 영역을 포함하는 임의의 개수의 초경합금 영역을 포함할 수 있는 것으로 이해되며, 각각의 영역은 원하는 특성에 따라 구성될 수 있다.

도 3(a) 및 3(b)를 재차 참조하면, 회전 절삭 공구 블랭크(30)는 경계면(interface, 33)에서 제2 또는 외측 영역(32)에 자생적으로 접합될 수 있다. 경계면(33)은 원통형인 것으로 도 3(a) 및 3(b)에 도시될지라도 본 발명의 복합 회전 절삭 공구 및 블랭크 내에서 초경합금 영역의 경계면의 형태는 원통형 형상으로 한정되지 않는다. 경계면(33)에서 영역(31, 32)들 사이의 자생적 접합은 예를 들어, 코어 영역(31)으로부터 외측 영역(32)으로, 또는 역으로 3차원적으로 연장되는 결합제의 매트릭스에 의해 형성될 수 있다. 두 영역에서 세라믹 성분에 대한 결합제의 비율은 동일하거나 상이할 수 있거나, 영역의 상대적인 특성에 영향을 미치도록 영역들 사이에서 변화될 수 있거나 또는 하이브리드 초경합금의 연속 및 분산 상들 사이에서 변화될 수 있다. 단지 예시로서, 복합 공구 블랭크(30)의 인접한 영역에서 세라믹 성분(분산 상)에 대한 결합제의 비율은 1 중량% 내지 10 중량% 정도 상이할 수 있다. 본 발명의 복합 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크의 상이한 영역에서 초경합금의 특성은 특정 응용에 맞춤구성될 수 있다.

본 발명의 기술 내용을 고려한 뒤, 본 발명의 개선된 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크는 공구의 중심 영역으로부터 이의 둘레로 하나 이상의 특성의 정도가 단계적으로 향상되도록 상이한 초경합금의 몇몇의 영역 또는 층을 포함하도록 구성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 예를 들어, 트위스트 드릴(twist drill)은 초경합금의 다수의 동축방향으로 배열된 영역이 제공될 수 있으며, 각각의 이러한 영역은 인접하고 더 중심에 배열된 영역보다 연속적으로 더 큰 경도 및/또는 화학적 마모 저항을 갖는다. 일 실시예에서, 복합 회전 절삭 공구 또는 공구 블랭크의 적어도 제1 또는 외측 영역은 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기반으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있으며, 반면 내측 영역은 예를 들어, 제한 없이 연속 코발트 결합제 내에 분산된 텅스텐 카바이드 입자를 기반으로 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 개시된 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크의 비-제한적인 실시예는 그 외의 다른 복합 형상을 포함하도록 설계될 수 있으며, 공구 또는 블랭크의 상이한 영역은 특정 특성이 상이하다. 대안의 형상의 비-제한적인 예가 도 3(c) 및 3(d)에 도시된다. 예를 들어, 스텝 드릴 및 서브랜드 드릴(이로 한정되지 않음)과 같은 특수 드릴 유형은 본 명세서에 개시된 비-제한적인 트위스트 드릴 구조에 의해 예시화된 본 발명에 따르는 복합 구조로에 대해 선호될 것이다.

도 3(c)은 담금질된 재료를 드릴링 하기 위해 사용된 드릴이 제조될 수 있는 원통형 블랭크(cylindrical blank)로서 특히 유용한 발명의 실시예를 도시한다. 담금질된 재료를 드릴링하기 위해 드릴 팁은 통상적으로 케이스를 뚫기 위해 사용되며, 드릴의 몸체는 더 연성의 코어로부터 재료를 제거한다. 이러한 비-제한적인 실시예에서, 제1 영역(34) 및 제2 영역(35)은 블랭크의 제1 및 제2 단부에 배열된다. 제1 단부는 드릴의 팁 단부가 되고, 제2 단부는 기계 공구의 척(chuck)에 고정되는 단부가 된다. 기계가공 스틸의 경우, 실시예에서 제1 영역(34)은 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기초로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있다. 입방체 카바이드가 존재함에 따라 스틸 가공품을 드릴링하기 위해 사용 시에 드릴의 화학적 마모 저항이 향상된다. 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드가 제1 영역(34) 내에 포함된 하이브리드 초경합금의 분산 및/또는 연속 상 내에 존재할 수 있다.

도 3(c)를 재차 참조하면, 본 발명에 따르는 복합 회전 절삭 공구 또는 블랭크의 일 실시예에서, 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드가 제1 영역(34)에 포함된 하이브리드 초경합금의 분산 상 내에 포함된다. 제1 영역(34) 내에 포함된 하이브리드 초경합금의 연속 상은 예를 들어 코발트 합금 결합제 내에 분산된 0.3 내지 1.5 μm의 평균 입자 크기를 갖는 텅스텐 카바이드 입자와 같은 경질이고 기계적으로 마모 저항성의 초경합금을 포함한다. 이 실시예에서, 코발트 합금 결합제는 제1 영역(34) 내에 대략 6 내지 15 중량%의 하이브리드 초경합금의 연속 상을 포함한다. 블랭크의 제2 영역(35)은 예를 들어, 코발트 합금 결합제 내에 텅스텐 카바이드 입자(1.0 내지 10 μm의 평균 입자 크기)로 구성된 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함할 수 있으며, 결합제는 제2 영역(35) 내에 약 2 내지 6 중량%의 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함한다. 제1 영역(34)은 제2 영역에 자생적으로 접합된다. 제2 영역(35)은 도 3(c)에 도시된 블랭크로부터 제조된 드릴에 압력이 가해질 때 구부러지는 것을 방지하도록 제1 영역(34)에 대한 향상된 탄성계수를 갖는다.

도 3(d)에 도시된 실시예는 도 3(a) 및 3(c)의 실시예에 대한 특징이 통합되는 것을 도시한다. 절삭 팁(36)은 두 가지 영역, 코어 영역(37)과 외측 영역(38)을 포함하고, 각 영역은 상이한 급의 초경합금을 포함한다. 코어 및 외측 영역(37, 38)은 제3 영역(39)에 자생적으로 접합되고, 동축을 이루어 배열된다. 영역(38)은 도 3(c)에 도시된 블랭크의 영역(34)과 조성적으로 유사할 수 있으며, 블랭크로 제조된 공구가 스틸을 기계가공하기 위해 사용될 때 크래이터링을 감소시키기 위하여 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기반으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함한다. 입방체 카바이드 함량이 하이브리드 초경합금 내에 배치되기 때문에, 입방체 카바이드의 존재는 공구 블랭크로 제조된 회전 절삭 공구의 강도 또는 기계적 마모 저항을 상당히 감소시키지 못한다. 영역(37)은 코발트 합금 결합제 내에 예를 들어, 텅스텐 카바이드 입자(예를 들어, 0.3 내지 1.5 μm의 평균 입자 크기)를 포함하고, 고강도를 제공하는 종래의 비-하이브리드 급 초경합금을 포함할 수 있으며, 결합제는 코어 영역(37)에 적어도 6 내지 15 중량%의 초경합금을 포함한다. 영역(39)은 공구 블랭크로부터 제조된 드릴에 압력이 가해질 때 구부러지는 것을 방지하기 위하여 도 3(c)의 영역과 유사한 조성을 가질 수 있다.

실시예에서, 본 발명에 따르는 복합 물품은 하나 이상의 종래의 비-하이브리드 초경합금을 포함하는 영역과 초경합금 분산 상 및 초경합금 연속 상을 포함하는 하나 이상의 하이브리드 초경합금을 포함한 영역을 포함할 수 있다. 복합 물품의 하이브리드 초경합금의 하나의 상이 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 한, 각각의 비-하이브리드 초경합금뿐만 아니라 복합 물품의 하이브리드 초경합금의 각각의 초경합금 분산 및 연속 상은 티타늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 니오븀 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 전이 금속 카바이드; 및 코발트, 코발트 합금, 니켈, 니켈 합금, 철 및 철 합금으로부터 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 결합제를 독립적으로 포함할 수 있다. 복합 물품의 실시예에서, 하나 이상의 전이 금속 카바이드는 텅스텐 카바이드를 포함한다. 그 외의 다른 실시예에서, 텅스텐 카바이드는 0.3 내지 10 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는다. 그 외의 다른 실시예에서, 복합 물품의 하나 이상의 다양한 결합제 상은 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 규소, 구리, 망간, 루테늄, 알루미늄, 및 은으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금제를 포함한다. 본 발명에 따르는 복합 물품의 그 외의 다른 실시예에서, 종래의 비-하이브리드 초경합금 급, 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 상, 및 하이브리드 초경합금의 초경합금 연속 상은 각각 2 내지 40 중량%의 결합제와 60 내지 98 중량%의 금속 카바이드를 개별적으로 포함한다.

본 명세서에 개시된 복합 물품의 실시예에서, 하나 이상의 제1 영역과 제2 영역은 실질적으로 입방체 카바이드가 없으며, 반면 그 외의 다른 제1 영역과 제2 영역은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함한다. 그 외의 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금 내의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 상 내에 포함된다. 그 외의 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금 내의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 연속 상 내에 포함된다. 그 외의 다른 실시예에서, 입방체 카바이드는 하이브리드 초경합금의 각각의 개개의 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5%의 농도로 하이브리드 초경합금의 연속 및 분산 상 모두에 포함될 수 있다.

본 발명의 초경합금 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크의 장점은 상이한 응용예에 적합해지도록 공구 및 블랭크의 특성에 맞춤구성될 수 있는 유연성에 있다. 그 외의 다른 장점은 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 복합 물품 내에 존재로부터 야기되는 감소된 화학적 마모 및/또는 크래이터링에 있다. 감소된 화학적 마모 및/또는 크래이터링은 본 발명에 따르는 공구가 스틸을 기계가공하기 위해 사용될 때 구현된다. 또한, 하이브리드 초경합금 내에 입방체 카바이드의 모두 또는 실질적으로 모두를 배치시킴으로써 공구의 강도 또는 기계적 마모 저항이 상당히 감소되지 않는다. 본 발명의 특정 복합 블랭크의 개개의 초경합금 영역의 두께, 기하학적 형상, 및/또는 물리적 특성은 블랭크로부터 제조되는 회전 절삭 공구의 특정 응용예에 적합해지도록 선택될 수 있다. 따라서, 사용 중에 상당한 굽힘이 가해지는 회전 절삭 공구의 하나 이상의 초경합금 영역의 탄성 계수는 증가될 수 있으며, 그 외의 다른 절삭 날 영역보다 높은 절삭 속도가 가해지고 절삭 표면을 갖는 하나 이상의 초경합금 영역의 경도 및/또는 기계적 마모 저항이 증가될 수 있으며, 및/또는 사용 중에 화학적 마모에 노출되는 초경합금의 영역의 화학적 마모 저항이 향상될 수 있다.

이제 도 1에 도시된 트위스트 드릴의 비-제한적인 예를 참조하면, 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크(20)는 신장된 부분(22)을 포함할 수 있다. 비-제한적인 실시예에서, 신장된 부분(22)은 절삭 날(25)을 형성할 수 있다. 추가 비-제한적인 실시예에서, 신장된 부분(22) 상의 절삭 날(25)은 신장된 부분의 표면(28) 주위에서 나선형으로 배향될 수 있다.

본 발명에 따르는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 일 비-제한적인 실시예는 제1 영역과 제2 영역 중 하나가 코어 영역이며 제1 영역과 제2 영역 중 그 외의 다른 것이 외측 영역인 신장된 부분을 포함하고, 제1 및 제2 영역은 동축방향으로 배열된다. 실시예에서, 외측 영역은 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 영역은 적어도 제2 영역의 일부를 덮을 수 있고, 제1 영역은 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량에 대해 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함할 수 있다.

복합 초경합금 회전 절삭 공구가 스틸을 기계가공하기 위해 사용되는 특정 실시예에서, 회전 절삭 공구의 외측 영역은 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금 미세구조를 포함할 수 있다. 외측 영역이 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금 미세구조를 포함하는 비-제한적인 실시예에서, 내측 영역은 실질적으로 입방체 카바이드가 없는 초경합금의 종래의 비-하이브리드 급일 수 있다. 실시예에서, 입방체 카바이드를 포함하거나 또는 대안적으로 실질적으로 입방체 카바이드가 없는 초경합금의 종래의 비-하이브리드 급은 코발트 결합제 내에 분산된 텅스텐 카바이드 경질 입자를 포함하는 급일 수 있다. 그러나, 초경합금의 임의의 그 외의 다른 종래의 비-하이브리드 급의 사용은 본 발명의 청구항의 범위에 있으며, 본 발명에 따르는 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 각각의 영역에서 특정 특성을 구현하기 위하여 당업자에 의해 선택될 수 있다. 임의의 이러한 실시예에서, 그러나 공구 또는 블랭크의 하나 이상의 영역은 입방체 카바이드를 포함한 특정 상의 중량을 기준으로 하이브리드 초경합금의 연속 및/또는 분산 상 내에 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 복합 초경합금 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크는 신장된 부분을 포함한다. 이러한 공구 및 블랭크는 드릴, 드릴 블랭크, 엔드 밀, 엔드 밀 블랭크, 탭 및 탭 블랭크를 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 특정 실시예에서, 드릴, 드릴 블랭크, 엔드 밀, 엔드 밀 블랭크, 탭 및 탭 블랭크 중 하나는 제2 영역에 제2 초경합금과 제1 영역에 제1 초경합금을 포함할 수 있다. 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 적어도 하나는 하이브리드 초경합금이다. 하이브리드 초경합금은 초경합금 불연속 상 및 초경합금 연속 상을 포함하고, 하이브리드 초경합금의 초경합금 불연속 상 및 초경합금 연속 상 중 적어도 하나는 입방체 카바이드를 함유하는 상의 총 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하며, 제1 초경합금의 화학적 마모 저항은 제2 초경합금과 상이하다.

화학적 마모 저항의 특성에 관해, 화학적 마모는 "환경과의 화학적 또는 전자화학적 반응이 상당한 마모"로서 정의된 부식 마모로서 종종 언급된다. 문헌[ASM Materials Engineering Dictionary, J. R. Davis, Ed., ASM International, Fifth printing (January 2006) p. 98] 참조. 텅스텐 카바이드 및 코발트를 기반으로 종래의 비-하이브리드 초경합금 회전 절삭 공구를 사용하여 스틸을 기계가공하는 동안에, 공구의 화학적 마모가 야기되며, 이는 WC가 공구와 접촉하는 스틸 기계가공 칩 내로 분산되는 경향이 있으며 카바이드가 스틸 내의 철(카바이드 생성 원소인 철)과 반응하기 때문이다. 본 명세서에 개시된 복합 초경합금 공구 및 블랭크의 적어도 하나의 제1 및 제2 영역 내에 포함되는 하이브리드 초경합금의 하이브리드 미세구조 내에 입방체 카바이드가 혼합됨에 따라 공구의 화학적 마모가 감소되고 스틸을 기계가공하기 위해 사용 시에 공구의 크래이터링이 감소되거나 또는 배제된다. 입방체 카바이드 함량이 하이브리드 초경합금 미세구조 내에 존재하기 때문에 공구의 강도는 상당히 감소되지 않는다.

임의의 특정의 과학적 이론에 구애받기를 원치 않을지라도, 입방체 카바이드를 포함하는 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5%의 입방체 카바이드의 첨가는 철에 대한 텅스텐 카바이드의 안정성을 변화시킴으로써 크래이터링을 감소 또는 배제시키는 것으로 여겨진다. 티타늄 및 탄탈륨은 텅스텐보다 더 강력한 카바이드 형성 요소이다. 스틸 합금 내의 철은 또한 카바이드 형성 요소이다. 단지 텅스텐 카바이드만을 포함하는 초경합금 급을 갖는 회전 공구가 스틸을 드릴링하거나 또는 기계가공하기 위해 사용될 때, 철은 철 카바이드를 형성하기 위해 텅스텐 카바이드와 상호작용하고, 이에 따라 공구의 크래이터링이 야기된다. 입방체 카바이드는 텅스텐 카바이드로 합금함으로써 철에 대한 텅스텐 카바이드의 안정성을 변화시킨다. 철은 심지어 본 발명의 실시예의 더 낮은 수준에서 입방체 카바이드와 합금된 텅스텐 카바이드와 반응하는 경향이 작고, 본 명세서에 개시된 복합 회전 공구의 크래이터링은 실질적으로 감소 또는 배제된다.

추가로, 입방체 카바이드가 본 명세서에 개시된 회전 공구의 초경합금의 하이브리드 미세구조 내에 존재할 때, 복합 회전 공구의 강도의 감소가 최소화된다. 비-제한적인 실시예에서, 입방체 카바이드가 하이브리드 초경합금의 분산 상 내에 존재할 때, 공구의 강도 감소는 비-하이브리드 초경합금 급 내에 입방체 카바이드를 포함하는 종래의 회전 공구에 비해 최소화된다. 그러나, 입방체 카바이드가 하이브리드 초경합금의 분산 상, 연속 상, 또는 이들 모두의 상 내에 존재할 때 본 명세에 개시된 하이브리드 초경합금 미세구조 내에 입방체 카바이드를 포함하는 복합 회전 공구의 강도 감소는 최소화되고, 하이브리드 미세구조 내에서 입방체 카바이드의 위치는 복합 회전 공구의 위치에서 원하는 특성에 종속된다. 본 명세서에 개시된 복합 회전 공구의 실시예에서 부분적인 특성을 구현하기 위한 설계 매개변수는 당업자에 의해 공지되었거나 또는 본 발명의 명세서를 고려한 뒤 과도한 실험 없이 당업자에 의해 결정될 수 있다.

본 발명에 따르는 복합 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크의 실시예는 종래 기술에 공지된 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있지만 하기에서 추가 기술되는 바와 같이 건식 등방성 방법(dry bag isostatic method)을 사용하여 제조된다. 건식 공정은 특히 적합한데, 이는 다양한 형상을 갖는 복합 회전 절삭 공구 및 공구 블랭크를 제조할 수 있기 때문이며, 이의 비-제한적인 예는 도 3(a)-(d)에 제공된다. 도 3(c) 및 (d)에 도시된 형상은 불가능하지 않다면 다이 압분, 압출 및 습식 등방성 압축과 같은 그 외의 다른 분말 압밀 기술을 사용하여 제조하기가 극히 곤란할 수 있다.

회전 절삭 공구를 제조하기 위해 본 발명에 따르는 방법의 실시예에서, 하이브리드 초경합금 블렌드가 제조된다. 하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 방법은 소결된 압분체의 하이브리드 초경합금 부분 내에서 분산 급으로 제공되는 제1 초경합금 급의 적어도 하나의 부분적으로 또는 완전히 소결된 과립을 소결된 압분치의 하이브리드 초경합금 부분의 연속 상으로서 제공되는 제2 초경합금 급의 적어도 하나의 그린(green) 및 비-소결된 과립을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 하이브리드 초경합금을 형성하기 위하여 사용된 제1 초경합금 급과 제2 초경합금 급 중 적어도 하나는 입방체 카바이드를 포함한 초경합금 급의 성분들의 총 중량을 기준으로 전술된 바와 같이 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 하이브리드 초경합금의 제2 초경합금 급과 제1 초경합금 급 중 적어도 하나는 방형 카바이드를 포함한 초경합금 급의 성분들의 총 중량을 기준으로 전술된 바와 같이 적어도 1.0 중량%의 입방체 카바이드를 포함한다. 하이브리드 초경합금 블렌드는 몰드의 공극의 제1 영역에 배치된다. 야금 분말은 공극의 제2 영역 내로 배치될 수 있으며, 하이브리드 초경합금 블렌드의 적어도 일부는 야금 분말과 접촉한다. 야금 분말은 금속 결합제 입자와 블렌드된 텅스텐 카바이드 입자(이로 한정되지 않음)와 같은 경질 입자 또는 코발트 또는 코발트 합금 분말과 같은(이로 한정되지 않음) 분말을 포함하는 초경합금 분말 블렌드일 수 있다. 하이브리드 초경합금 블렌드 및 야금 분말은 압분체를 형성하기 위하여 압밀될 수 있으며, 압분체는 종래의 수단을 사용하여 소결될 수 있다. 비-제한적인 실시예에서, 압분체는 과-압 소결을 사용하여 소결된다.

하이브리드 초경합금의 분산 상으로서 사용된 과립의 부분 또는 완전한 소결은 과립("그린" 과립에 비해)을 강화시킨다. 분산 상의 강화된 과립은 블렌드를 압밀하는 동안 압분체 내로 붕괴되도록 증가된 저항을 가질 것이다. 분산 상의 과립은 분산 상의 원하는 강도에 의존하여 약 400 °C 내지 약 1300 °C의 온도에서 부분적으로 또는 완전히 소결될 수 있다. 과립은 수소 소결 및 진공 소결과 같은 다양한 수단에 의해 소결될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 과립의 소결에 따라 윤활제의 제거, 산화물 환원, 치밀화 및 미세구조 성장이 야기될 수 있다. 블렌딩에 앞서 분산 상 과립의 부분적인 또는 완전한 소결은 블렌드 압밀 동안 분산 상의 붕괴의 감소를 야기한다. 하이브리드 초경합금을 제조하는 이 방법의 실시예에 따라 더 낮은 분산 상 근접비를 갖는 하이브리드 초경합금이 형성된다. 하나 이상의 초경합금의 과립이 블렌딩에 앞서 부분적으로 또는 완전히 소결될 때, 소결된 과립은 블렌딩 이후 압밀 동안에 붕괴되지 않으며, 결과적인 하이브리드 초경합금의 근접도는 상대적으로 낮다. 일반적으로 말하면, 분산 상 초경합금 과립 크기가 커지며 연속 초경합금 상 과립 크기가 작아질수록 경질의 급의 임의의 체적 비율에서 근접비가 더 낮아진다.

일 비-제한적인 실시예에서, 복합 초경합금 회전 절삭 공구 또는 공구 블랭크를 형성하는 방법은 적어도 0.5%의 입방체 카바이드(입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 상의 총 중량을 기준으로)를 함유한 하이브리드 초경합금 블렌드를 몰드의 제1 영역 내로 배치시키는 단계를 포함한다. 몰드는, 예를 들어 건식 고무 몰드(dry-bag rubber mold)일 수 있다. 종래의 초경합금을 형성하기 위해 사용된 야금 분말은 몰드의 공극의 제2 영역 내로 배치될 수 있다. 회전 절삭 공구 내에서 요구되는 상이한 초경합금 영역의 개수에 의존하여, 몰드는 입방체 카바이드를 함유하는 상의 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금 블렌드 및/또는 특정 야금 분말이 배치되는 추가 영역 내로 분할될 수 있다. 그 외의 다른 특성들을 수득하기 위하여, 입방체 카바이드를 함유하지 않는 하이브리드 초경합금은 회전 절삭 공구 또는 회전 절삭 공구 블랭크의 하나의 영역이 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금의 상의 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함하는 한 몰드 내에 포함될 수 있고 공구 또는 공구 블랭크 내에 혼입될 수 있다. 몰드는 둘 이상의 영역을 형성하기 위하여 몰드의 공극 내에 물리적인 파티션을 배치시킴으로써 영역으로 분리될 수 있다. 하이브리드 초경합금 블렌드 또는 블렌드들은 전술된 바와 같이 회전 절삭 공구의 대응하는 영역의 원하는 특성을 구현하도록 선택된 몰드의 다양한 영역 내에 포함된 하나 이상의 야금 분말과, 적어도 0.5%의 입방체 카바이드를 포함하는 상을 포함한다. 제1 영역과 제2 영역 내의 재료의 일부는 서로 접촉하며, 몰드는 압밀된 분말의 압분체를 형성하기 위해 야금 분말을 치밀화시키기 위해 등방적으로(isostatically) 압축된다. 압분체는 그 뒤 압분체를 추가로 치밀화시키고, 분말을 압밀하며, 제1, 제2 및 존재 시에 그 외의 다른 영역을 사이에 자생적 접합을 형성하기 위해 소결된다. 소결된 압분체는 특정 회전 절삭 공구의 기하학적 형상의 그 외의 다른 물리적 특징부 및/또는 절삭 날을 포함하도록 기계가공될 수 있는 블랭크를 제공한다. 이러한 특징부는 본 명세서에 구체적으로 기재되지 않으며 당업자에게 공지되었다.

일 비-제한적인 실시예에서, 압분체의 과-압 소결 단계 이후에, 압분체는 초경합금 분산 상 및 초경합금 연속 상을 포함하는 하이브리드 초경합금을 포함한다. 실시예에서, 하이브리드 초경합금 내에서 초경합금 분산 상의 근접비는 0.48 이하이다.

일 비-제한적인 실시예에서, 압분체의 과-압 소결 단계 이후에, 하이브리드 초경합금 내의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 상 내에 존재한다. 또 다른 실시예에서, 압분체의 과-압 소결 단계 이후에, 하이브리드 초경합금 내의 입방체 카바이드의 실질적으로 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 연속 상 내에 존재한다. 또 다른 실시예에서, 압분체의 과-압 소결 단계 이후에, 초경합금 분산 상은 2 내지 50 부피%의 하이브리드 초경합금을 포함한다.

하나의 비-제한적인 실시예에서, 제1 초경합금의 소결된 과립은 부분적으로 소결된 과립과 완전히 소결된 과립 중 적어도 하나일 수 있으며, 하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 단계는 2 내지 40 미만의 부피%의 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 60 초과 내지 98 부피%의 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 초경합금 과립을 포함하는 재료를 블렌딩하는 단계를 포함하며, 중량%는 초경합금 블렌드의 총 중량을 기준으로 한다. 또 다른 실시예에서, 블렌드를 소결하는 단계는 금속 카바이드와 결합제를 소결하여 제1 초경합금 급의 소결된 과립을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 블렌드를 소결하는 단계는 400 °C 내지 1300 °C에서 금속 카바이드와 결합제를 소결하는 단계를 포함할 수 있다.

하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 비-제한적인 실시예는 2 내지 30 부피%의 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 70 내지 98 부피%의 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 과립을 포함하는 재료들을 블렌딩하는 단계를 포함하며, 중량%는 초경합금 블렌드의 총 중량을 기준으로 한다.

본 명세서에 개시된 방법의 일 비-제한적인 실시예에서, 제1 초경합금 습, 제2 초경합금 급 및 야금 분말 각각은 티타늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 니오븀 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 구성된 군으로부터 선택된 금속 카바이드; 및 코발트, 코발트 합금, 니켈, 니켈 합금, 철 및 철 합금으로부터 구성된 군으로부터 선택된 결합제를 독립적으로 포함할 수 있다. 특정 실시예는 결합제 내에 하나 이상의 합금제를 포함하며, 합금제는 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 규소, 구리, 망간, 루테늄, 알루미늄 및 은으로 구성된 군으로부터 선택된다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따르는 복합 회전 절삭 공구를 제조하기 위한 비-제한적인 방법은 소결된 압분체(즉, 블랭크)로부터 재료를 제거하여 하나 이상의 절삭 날을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 압분체로부터 재료를 제거하는 방법의 비-제한적인 실시예는 하나 이상의 나선형으로 배향된 절삭 날을 형성하는 하나 이상의 나선형으로 배향된 플루트(flute)를 형성하기 위하여 압분체를 기계가공하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 나선형 플루트는 당업자에게 공지된 다이아몬드-기반 그라인딩 휠을 사용하여 그라인딩함으로써 형성될 수 있다. 당업자에게 공지된 회전 공구 상에 플루트를 생성하는 그 외의 다른 수단은 본 명세서에 개시된 복합 회전 공구의 실시예의 범위 내에 있다.

본 명세서에 개시된 복합 물품을 형성하는 방법의 일 비-제한적인 실시예에서, 몰드는 건식 고무 몰드를 포함할 수 있고, 압분체를 형성하기 위하여 야금 분말과 초경합금 블렌드를 추가 압밀하는 단계는 압분체를 형성하기 위하여 건식 고무 몰드를 등방 압축시키는 단계를 포함한다. 비-제한적인 방법 실시예는 건식 고무 몰드의 공극을 적어도 제1 영역과 제2 영역 내로 물리적으로 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 공극을 물리적으로 분리하는 단계는 제1 영역과 제2 영역 사이에서 공극을 분할하기 위하여 슬리브를 공극 내로 삽입하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 슬리브는 플라스틱, 금속 또는 종이로 구성된다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예에서, 초경합금 블렌드의 적어도 일부는 야금 분말과 초경합금 블렌드를 몰드의 공극 내로 배치시킨 후 공극으로부터 슬리브를 제거함으로써 야금 분말과 접촉한다. 또 다른 실시예에서, 야금 분말과 초경합금 블렌드의 적어도 일부를 접촉시키는 단계는 야금 분말과 초경합금 블렌드와의 경계면을 따라 접촉하도록 공극 내로 초경합금 블렌드와 야금 분말 중 하나를 배치시키는 단계를 포함한다.

복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크로부터 선택된 물품을 제조하는 방법의 특정 실시예에서, 제1 초경합금 급, 제2 초경합금 급, 및 야금 분말 각각은 2 내지 40 중량%의 결합제 및 60 내지 98 중량%의 전이 금속 카바이드를 독립적으로 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 초경합금 급, 제2 초경합금 급 및 야금 분말 중 적어도 하나는 0.3 내지 10 μm의 평균 입자 크기를 갖는 텅스텐 카바이드 입자를 포함한다. 이들 실시예에서, 제1 초경합금 급과 제2 초경합금 급 중 적어도 하나는 급의 총 중량에 대해 적어도 0.5%의 입방체 카바이드를 포함한다.

비-제한적인 실시예는 5,000 내지 50,000 psi의 압력에서 몰드를 등방 압축시킴으로써 압분체를 형성하기 위하여 초경합금 블렌드와 야금 분말을 압밀하는 단계를 포함할 수 있다. 비-제한적인 실시예에서, 압분체를 과-압 소결하는 단계는 300-2000 psi의 압력에서 1350 °C 내지 1500 °C로 압분체를 가열시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르는 복합 회전 절삭 공구 및 회전 절삭 공구 블랭크를 제공하는 비-제한적인 예는 하기를 따른다.

실시예 1

도 7은 본 발명에 따르는 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함하는 회전 공구 블랭크의 영역(60)의 현미경 사진이다. 도 7에 예시된 영역은 분산 상(62)으로서 20 부피%의 제1 급 T-04 초경합금을 포함하는 하이브리드 초경합금 급을 포함한다. 제1 급 T-04 초경합금은 입방체 카바이드 TiC, TaC, 및 NbC의 6 중량%의 고용체, 82 중량%의 WC, 및 12 중량%의 Co를 포함한다. 도 7에 도시된 회전 절삭 공구 블랭크의 하이브리드 초경합금 영역의 연속 상(64)은 80 부피%의 제1 급 248 초경합금을 포함한다. 제1 급 248 초경합금은 89 중량%의 WC와 11 중량%의 Co를 포함한다. 분산 상(62)의 측정된 근접비는 0.26이고, 따라서 0.48 미만이다. 모든 초경합금은 미국 앨라배마주 매디슨 소재의 ATI 퍼스 스터링(Firth Sterling)으로부터 수득되었다.

실시예 2

실시예 1의 도 7에 도시된 회전 공구 블랭크의 하이브리드 초경합금 영역(60)을 진공에서 800 °C의 온도에서 제1 급 T-04 초경합금 과립(또는 분말)을 예비소결함으로써 제조하였다. 예비소결된 제1 급 초경합금 과립은 도 7에 도시된 하이브리드 초경합금의 분산 상(62)을 포함한다. 하이브리드 초경합금 블렌드를 형성하기 위하여 예비소결된 과립을 제1 급 248의 그린 과립과 블렌드하였다. 하이브리드 초경합금 블렌드를 몰드 내의 공극에 배치하였고, 기계적 압축에 의해 137.9 MPa (20,000 psi)의 압력에서 압분하였다. 등방 압축은 동일한 결과를 위해 사용될 수 있다. 하이브리드 초경합금 압분체를 1400 °C의 소결 고온 등방 압축(소결-HIP) 노에서 과압 소결하였다.

실시예 3

본 발명에 따르는 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금을 포함한 공구 블랭크의 영역(70)이 도 8의 현미경 사진에 예시되었다. 도 8에 예시된 하이브리드 초경합금은 분산 상(82)으로서 20 부피%의 ATI 퍼스 스터링 급 248 초경합금과 연속 상(74)으로서 80 부피%의 ATI 퍼스 스터링 급 T-04 초경합금(6 중량%의 입방체 카바이드)을 포함한다. 분산 상의 근접비는 0.40이다. 공구 블랭크의 하이브리드 초경합금 영역은 실시예 2와 유사한 공정 및 조건을 사용하여 제조되었다.

실시예 4

회전 절삭 공구 블랭크를 제조하기 위하여 하이브리드 초경합금 블렌드와 종래의 비-하이브리드 급 초경합금 야금 분말을 몰드의 공극의 개별 영역에 배치시켰고, 경계면을 따라 접촉시켰다. 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 제1 영역을 포함하는 복합 회전 절삭 공구 블랭크를 제공하기 위하여 실시예 2에 개시된 것과 유사한 종래의 비-하이브리드 압분 및 소결 공정을 수행하였고, 제1 영역을 입방체 카바이드의 임의의 실질적인 농도를 함유하지 않는 종래의 비-하이브리드 초경합금으로 구성된 제2 영역에 야금 접합하였다. 복합 초경합금의 미세구조(80)는 도 9에 예시되었다. 제1 급 248 초경합금은 도면부호 82로 지정된 현미경 사진의 우측편에 도시되었다. 하이브리드 초경합금은 도면부호 84로 지정된 현미경 사진의 우측편에 도시되었다. 하이브리드 초경합금에는 연속 상(86)으로서 80 부피%의 제1 급 248 초경합금과 분산 상(88)으로서 20 부피%의 제1 급 T-04 초경합금이 포함되었다. 하이브리드 급 미세구조(84)와 종래의 비-하이브리드 급 미세구조(82) 사이의 경계 영역(89)이 도 9에 예시되었다.

실시예 5

회전 절삭 공구 블랭크를 제조하기 위하여 하이브리드 초경합금 블렌드와 종래의 비-하이브리드 야금 분말을 몰드의 공극의 개별 영역에 배치시켰고, 경계면을 따라 접촉시켰다. 입방체 카바이드를 포함한 하이브리드 초경합금의 제1 영역을 포함하는 복합 초경합금을 제공하기 위하여 실시예 2에 개시된 것과 유사한 종래의 비-하이브리드 압분 및 소결 공정을 수행하였고, 종래의 비-하이브리드 초경합금의 제2 영역에 야금 접합하였다. 복합 초경합금의 미세구조(90)는 도 10에 예시된다. 제1 급 248 종래의 비-하이브리드 급 초경합금 미세구조(92)는 현미경 사진의 우측에 예시된다. 하이브리드 급 미세구조(94)는 현미경 사진의 좌측에 예시되고, 연속 상(98)으로서 80 부피%의 제1 급 T-04 초경합금과 분산 상(96)으로서 20 부피%의 제1 급 248 초경합금을 포함한다. 샘플을 제조하는데 사용된 제1 급 T-04 초경합금 분말은 총 6 중량%의 입방체 카바이드(TiC, TaC, 및 NbC)를 포함한다. 하이브리드 급 미세구조(94)와 종래의 비-하이브리드 급 미세구조(92) 사이의 경계 영역(99)이 예시된다.

실시예 6

복합 회전 절삭 공구 블랭크를 제조하기 위하여 제1 하이브리드 초경합금 블렌드와 제2 하이브리드 초경합금 블렌드를 몰드의 공극의 개별 영역에 배치시켰고, 경계면을 따라 접촉시켰다. 하이브리드 초경합금의 제1 영역을 포함하는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 블랭크을 제공하기 위하여 실시예 2에 개시된 것과 유사한 종래의 비-하이브리드 압분 및 소결 공정을 수행하였고, 하이브리드 초경합금의 제2 영역에 자생적으로 접합하였다. 복합 회전 절삭 공구 블랭크의 제1 및 제2 하이브리드 초경합금 영역의 미세구조(100)는 도 11에 예시된다. 미세구조(100)의 우측은 제1 하이브리드 초경합금 미세구조(101)이고, 미세구조(100)의 좌측은 제2 하이브리드 초경합금 미세구조(104)이다. 제1 하이브리드 초경합금은 연속 상(98)으로서 80 부피%의 제1 급 248 초경합금과 분산 상(103)으로서 입방체 카바이드를 포함하는 20 부피%의 제1 급 T-04 초경합금을 포함한다. 제2 하이브리드 초경합금은 분산 상(105)으로서 20 부피%의 제1 급 248 초경합금과 연속 상(106)으로서 입방체 카바이드를 포함하는 80 부피%의 제1 급 T-04 초경합금을 포함한다. 제1 하이브리드 급 초경합금 미세구조(101)와 제2 하이브리드 초경합금 급 미세구조(104) 사이의 경계 영역(107)은 도 11에 예시된다.

실시예 7

복합 회전 절삭 공구 블랭크를 제조하기 위하여 야금 분말과 하이브리드 초경합금을 몰드의 공극의 개별 영역에 배치시켰고, 경계면을 따라 접촉시켰다. 하이브리드 초경합금을 포함한 제2 영역에 자생적으로 접합된 종래의 비-하이브리드 초경합금 급을 포함하는 제1 영역을 포함하는 복합 초경합금 회전 절삭 공구 블랭크을 제공하기 위하여 실시예 2에 개시된 것과 유사한 종래의 비-하이브리드 압분 및 소결 공정을 수행하였다. 복합 초경합금 회전 절삭 공구 블랭크의 하이브리드 초경합금과 종래의 비-하이브리드 초경합금 급의 경계면의 미세구조(110)가 도 12에 예시된다. 미세구조(110)의 좌측은 종래의 비-하이브리드 초경합금 미세구조(112)이고, 미세구조(110)의 우측은 하이브리드 초경합금 미세구조(114)이다. 종래의 비-하이브리드 초경합금은 6 중량%의 입방체 카바이드를 함유하는 급 T-04 초경합금이다. 하이브리드 초경합금은 분산 상(116)으로서 20 부피%의 급 T-04 초경합금을 포함하고, 연속 상(118)으로서 80 부피%의 급 248 초경합금을 포함한다. 종래의 비-하이브리드 급 미세구조(112)와 하이브리드 급 미세구조(114) 사이의 경계 영역(119)이 예시된다.

본원의 설명은 본원을 명확히 이해하는데 관계되는 양태들을 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로 당해 분야의 당업자에게 자명한 특정 양태들 그리고 보다 나은 이해를 용이하게 하지 않는 특정 양태들은 본원을 단순화하기 위하여 제공되지 않았다. 비록 본원이 특정 구체예와 관계하여 설명되었다 하더라도, 당해 분야의 당업자는 전술한 내용을 고려할 때 많은 수정 및 변형이 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 모든 변형 및 수정은 전술한 설명 및 다음의 청구항에 의하여 뒷받침되는 것으로 간주된다.

Claims

복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크로부터 선택된 물품으로서,
-신장된 부분을 포함하고, 신장된 부분은 제1 초경합금을 포함하는 제1 영역과 제2 초경합금을 포함하고 제1 영역에 자생적으로 접합된 제2 영역을 포함하며, 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 하나 이상은 하이브리드 초경합금을 포함하고, 하이브리드 초경합금은 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상을 포함하며, 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상 중 하나 이상은 입방체 카바이드를 포함한 상의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상 중 하나 이상은 입방체 카바이드를 포함한 상의 중량을 기준으로 적어도 1.0 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 입방체 카바이드는 티타늄 카바이드, 바나듐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 및 탄탈륨 카바이드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 영역과 제2 영역 중 하나 이상은 실질적으로 입방체 카바이드가 없는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 하이브리드 초경합금 내에서 초경합금 분산 상의 근접비는 0.48 이하인 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 하이브리드 초경합금 내의 실질적으로 입방체 카바이드 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 상 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 하이브리드 초경합금 내의 실질적으로 입방체 카바이드 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 연속 상 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 초경합금 분산 상은 2 내지 50 부피%의 하이브리드 초경합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 초경합금과 제2 초경합금 중 하나는 비-하이브리드 초경합금인 것을 특징으로 하는 물품.
제9항에 있어서, 비-하이브리드 초경합금, 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 및 초경합금 연속 상 각각은:
-티타늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 니오븀 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 전이 금속 카바이드; 및
-코발트, 코발트 합금, 니켈, 니켈 합금, 철 및 철 합금으로부터 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 결합제를 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제10항에 있어서, 하나 이상의 전이 금속 카바이드는 텅스텐 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제11항에 있어서, 텅스텐 카바이드는 0.3 내지 10 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
제10항에 있어서, 결합제는 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 규소, 구리, 망간, 루테늄, 알루미늄 및 은으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금제를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제10항에 있어서, 비-하이브리드 초경합금, 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 및 초경합금 연속 상 각각은 2 중량% 내지 40 중량%의 결합제와 60 중량% 내지 98 중량%의 금속 카바이드를 개별적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 물품은 회전 절삭 공구이며, 신장된 부분의 표면은 절삭 날을 형성하는 것을 특징으로 하는 물품.
제15항에 있어서, 절삭 날은 신장된 부분의 표면 주위에서 나선형으로 배향되는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 영역과 제2 영역은 동축방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 물품.
제17항에 있어서, 제1 영역과 제2 영역 중 하나는 코어 영역이며, 제1 영역과 제2 영역 중 그 외의 다른 하나는 외측 영역인 것을 특징으로 하는 물품.
제18항에 있어서, 외측 영역은 외측 영역은 하이브리드 초경합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
제17항에 있어서, 제1 영역은 제2 영역의 적어도 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 복합 물품은 드릴, 드릴 블랭크, 엔드 밀, 엔드 밀 블랭크, 탭, 및 탭 블랭크 중 하나인 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 초경합금의 화학적 마모 저항은 제2 초경합금의 화학적 마모 저항과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 초경합금의 경고와 마모 저항 중 적어도 하나는 제2 초경합금과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 제1 초경합금의 탄성 게수는 제2 초경합금의 탄성 계수와 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
제1항에 있어서, 복합 물품은 드릴, 드릴 블랭크, 엔드 밀, 엔드 밀 블랭크, 탭, 및 탭 블랭크 중 하나이며, 제1 초경합금의 화학적 마모 저항은 제2 초경합금의 화학적 마모 저항과 상이한 것을 특징으로 하는 물품.
복합 회전 절삭 공구 및 복합 회전 절삭 공구 블랭크로부터 선택된 물품을 제조하기 위한 방법으로서,
-하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 단계를 포함하고, 하이브리드 초경합금 블렌드는 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 과립을 포함하며, 제1 초경합금 급과 제2 초경합금 급 중 하나 이상은 적어도 0.5 중량%의 입방체 카바이드를 포함하고,
-하이브리드 초경합금 블렌드를 몰드의 공극의 제1 영역 내로 배치시키는 단계를 포함하고,
-야금 분말을 공극의 제2 영역 내로 배치시키는 단계를 포함하며,
-하이브리드 초경합금 블렌드의 적어도 일부를 야금 분말과 접촉시키는 단계를 포함하며,
-압분체를 형성하기 위하여 하이브리드 초경합금 블렌드와 야금 분말을 압밀하는 단계를 포함하고,
-압분체를 과-압 소결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 제1 초경합금 금과 제2 초경합금 급 중 하나 이상은 적어도 1.0 중량%의 입방체 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 압분체의 과-압 소결 단계 이후에, 압분체는 하이브리드 초경합금을 포함하고, 하이브리드 초경합금은 초경합금 분산 상과 초경합금 연속 상을 포함하며, 하이브리드 초경합금 내에서 초경합금 분산 상의 근접비는 0.48 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 하이브리드 초경합금 내의 실질적으로 입방체 카바이드 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 분산 상 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 하이브리드 초경합금 내의 실질적으로 입방체 카바이드 모두는 하이브리드 초경합금의 초경합금 연속 상 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 초경합금 분산 상은 2 내지 50 부피%의 하이브리드 초경합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 제1 초경합금 급의 소결된 과립은 부분적으로 소결된 과립과 완전히 소결된 과립 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 하이브리드 초경합금 블렌드를 제조하는 단계는 2 부피% 내지 40 미만 부피%의 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 60 부피% 초과 내지 98 부피%의 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 초경합금 과립을 포함하는 재료를 블렌딩하는 단계를 포함하고, 중량%는 하이브리드 초경합금 블렌드의 총 중량을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 제1 초경합금 급의 소결된 과립을 형성하기 위하여 금속 카바이드와 결합제를 포함한 블렌드를 소결하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 금속 카바이드와 결합제를 포함하는 블렌드를 소결하는 단계는 400 °C 내지 1300 °C에서 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 초경합금 블렌드를 제조하는 단계는 2 부피% 내지 30 부피%의 제1 초경합금 급의 소결된 과립과 70 부피% 내지 98 부피%의 제2 초경합금 급의 소결되지 않은 과립을 포함한 재료들을 블렌딩하는 단계를 포함하고, 중량%는 하이브리드 초경합금 블렌드의 총 중량을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 제1 초경합금 급, 제2 초경합금 급 및 야금 분말 각각은:
-티타늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 하프늄 카바이드, 탄탈륨 카바이드, 몰리브덴 카바이드, 니오븀 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 전이 금속 카바이드; 및
-코발트, 코발트 합금, 니켈, 니켈 합금, 철 및 철 합금으로부터 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 결합제를 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제37항에 있어서, 결합제는 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소, 규소, 구리, 망간, 루테늄, 알루미늄 및 은으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 합금제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 물품은 회전 절삭 공구이며, 방법은 하나 이상의 절삭 날을 제공하기 위하여 압분체로부터 재료를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제39항에 있어서, 압분체로부터 재료를 제거하는 단계는 하나 이상의 나선형으로 배향된 절삭 날을 형성하는 하나 이상의 나선형으로 배향된 플루트를 형성하기 위하여 압분체를 기계가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 몰드는 건식 고무 몰드이며, 압분체를 형성하기 위하여 초경합금 블렌드와 야금 분말을 압밀하는 단계는 압분체를 형성하기 위하여 건식 고무 몰드를 등방 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제41항에 있어서, 건식 고무 몰드의 공극을 적어도 제1 영역과 제2 영역으로 물리적으로 분할하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항에 있어서, 공극을 물리적으로 분할하는 단계는 제1 영역과 제2 영역 사이의 공극을 분할하기 위하여 슬리브를 공극 내로 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제43항에 있어서, 슬리브는 플라스틱, 금속, 및 종이로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제43항에 있어서, 야금 분말과 초경합금 블렌드의 적어도 일부를 접촉시키는 단계는 초경합금 블렌드와 야금 분말을 몰드의 공극 내로 배치시킨 후에 슬리브를 공극으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제36항에 있어서, 제1 초경합금 급, 제2 초경합금 급 및 야금 분말 각각은 2중량% 내지 40 중량%의 결합제와 60 중량% 내지 98 중량%의 초경합금을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 제1 초경합금 급, 제2 초경합금 급 및 야금 분말 중 하나 이상은 0.3 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 텅스텐 카바이드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 압분체의 과-압 소결 단계는 300 psi 내지 2000 psi의 압력 하에서 1350°C 내지 1500 °C에서 압분체를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 야금 분말과 초경합금 블렌드의 적어도 일부를 접촉시키는 단계는 야금 분말과 초경합금 블렌드 중 하나와의 경계면을 따라 접촉하도록 공극 내로 초경합금 블렌드와 야금 분말 중 그 외의 다른 하나를 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서, 압분체를 형성하기 위하여 야금 분말과 초경합금 블렌드를 압밀하는 단계는 5,000 psi 내지 50,000 psi의 압력에서 몰드를 등방ㄷ 압축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.