KR20130106757A

KR20130106757A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20130106757A
Application number: KR1020127013131A
Authority: KR
Inventors: 마코토 세토야마; 사토로 구키노
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-09-30
Also published as: JPWO2012032966A1; EP2614906A1; US9186728B2; CN102639268B; IN2012DN03420A; JP5927685B2; WO2012032966A1; KR101729804B1; EP2614906A4; MX346059B; CN102639268A; JP5765658B2; EP2614906B1; US20120213601A1; MX2012005970A; JP2015127095A

Abstract

본 발명은 칩 처리성 및 내용착성이 우수한 절삭 공구(1)를 제공한다. 본 발명의 절삭 공구(1)는, 적어도 날 끝에 경질 소결체(4)를 함유하는 것으로서, 경사면(2)과 여유면(3)을 갖고, 상기 경사면(2)은, 볼록형 혹은 요철 형상의 칩 브레이커(5)를 가지며, 경질 소결체(4)는, 20 체적％ 이상의 입방정 질화붕소를 함유하고, 경사면측의 경질 소결체(4)의 표면으로부터 20 ㎛ 이하의 영역은, 입방정 질화붕소로 이루어지는 A 구조와, 육방정 질화붕소, 비정질 질화붕소 및 산화붕소로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 B 구조를 포함하며, 또한 A 구조와 B 구조의 합계에 대한 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이, 5 체적％ 이상 90 체적％ 이하의 비율인 것을 특징으로 한다.

Description

절삭 공구{CUTTING TOOL}

본 발명은 입방정 질화붕소(이하, cBN이라고 기재함)를 함유하는 경질 소결체를 구비한 절삭 공구에 관한 것이다.

미세한 cBN 분말을 여러가지 결합재를 이용하여 소결한 cBN 소결체 공구는, 내마모성 및 강도가 우수하기 때문에, 고경도의 철계 금속이나 주철에 대하여, 우수한 절삭 성능을 나타낸다.

여기서, cBN 소결체는, TiN, TiC, W, Co, 및 Al을 주성분으로 하는 결합상에 의해 cBN 입자를 결합시킨 것이다. cBN 입자는, 다이아몬드에 버금가는 경도 및 열전도율을 갖고, 또한 세라믹스 재료보다 파괴 인성이 우수한 재료이다. 이 때문에, cBN 입자의 함유율이 높은 cBN 소결체는, 내소성 변형성, 인성, 강도, 내결손성 등의 특성이 우수하다.

최근, 공작 기계의 자동화 및 생산 공정의 무인화에 따라, 공작 기계의 연속 운전에 필수 불가결한 항목으로서, 칩 처리성이 중요시되고 있다. 칩 처리성을 향상시키기 위한 방법으로서는, 공구의 경사면에 칩 브레이커를 형성하는 것이 일반적이며, 여러가지 방법이 검토되고 있다.

예컨대 일본 특허 공개 평성03-178736호 공보(특허문헌 1)에는, 절삭 공구의 경사면에 레이저 가공 또는 방전 가공을 실시함으로써, 칩 브레이커를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 방법에서는, 칩 브레이커를 형성한 후에, 칩 브레이커의 가공 시에 생긴 손상을 경감하기 위한 처리를 행함으로써, 절삭 성능을 높일 수 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2004-223648호 공보(특허문헌 2) 및 일본 특허 공개 제2006-281386호 공보(특허문헌 3)에는, 칩 브레이커를 형성한 후에, 그 표면을 유리(遊離) 지립으로 처리하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 개시되는 방법에 따르면, 칩 브레이커의 표면에 존재하는 표면 거칠음이나 변질 조직에 의한 용착의 발생을 저감하며, 내재하는 균열 등과 같은 가공 손상을 제거한다. 이에 의해 절삭 공구에 결손이 발생하기 어려워진다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성03-178736호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2004-223648호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2006-281386호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2003-127007호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2007-216327호 공보

그러나, 최근, 절삭 가공의 추가적인 고속화 및 고능률화가 요구되고 있어, 피삭재의 난삭화도 진행되고 있다. 이 때문에, 칩의 찰과에 의해 피삭재가 경사면에 용착하기 쉬워지고 있다. 그리고, 현재 일반적으로 이용하는 절삭 공구는, 경사면에 피삭재가 용착함으로써 치수 정밀도가 저하하고, 절삭 저항이 증대하여 결손이 생기거나, 표면 성상이 열화하거나 한다고 하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해서는, 경사면에 피삭재를 용착시키기 어렵게 하는 것이 직접적이지만, 유효한 수단이 등장하고 있지 않은 것이 현재 상태이다.

본 발명은 이러한 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 내결손성 및 내마모성의 특성을 유지하면서, 우수한 칩 처리성 및 내용착성을 나타내는 절삭 공구를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 절삭 공구는, 적어도 날 끝에 경질 소결체를 함유하는 것으로서, 경사면과 여유면을 갖고, 상기 경사면은, 볼록형 혹은 요철 형상의 칩 브레이커를 가지며, 경질 소결체는, 20 체적％ 이상의 입방정 질화붕소를 함유하고, 경사면측의 경질 소결체의 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이내의 영역에는, 입방정 질화붕소로 이루어지는 A 구조와, 육방정 질화붕소, 비정질 질화붕소, 및 산화붕소로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 B 구조를 포함하며, 또한 A 구조와 B 구조의 합계에 대한 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이, 5 체적％ 이상 90 체적％ 이하의 비율인 것을 특징으로 한다.

경사면과 여유면을 연결하는 면으로서, 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 면을 갖고, 상기 면의 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이내의 영역은, 상기 체적 비율 B/(A+B)이, 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하의 비율인 것이 바람직하다.

경사면과 여유면을 연결하는 면으로서, 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 면을 갖고, 경사면, 여유면, 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부 중 어느 2면이 접하는 능선으로부터 10 ㎛ 이내의 영역은, 상기 체적 비율 B/(A+B)이, 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하의 비율인 것이 바람직하다.

경질 소결체에 있어서, B 구조를 90 체적％ 이상 포함하는 영역이, A 구조에 점재(點在)하는 것이 바람직하다.

경사면측의 경질 소결체에 대하여, X선 회절을 행하였을 때의 입방정 질화붕소의 (111)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ic(111)라고 하고, 육방정 질화붕소의 (0001)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ih(0001)라고 하면, Ih(0001)/Ic(111)가 0.1 이상 10 이하인 것이 바람직하다.

경사면측의 경질 소결체의 표면에 대하여, X선 회절을 행하였을 때의 2θ=10°∼30°에 있어서 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도는, 경사면측의 경질 소결체의 표면을 0.4 ㎜ 이상 깎아낸 표면에 대하여, X선 회절을 행한 경우의 2θ=10°∼30°에 있어서 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도의 1.1배 이상 10배 이하인 것이 바람직하다.

경사면측의 경질 소결체에 대하여, XPS 분석을 행하였을 때의 B-N 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBN이라고 하고, B-O 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBO라고 하면, IBO/(IBO+IBN)이 0.05 이상 0.9 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 절삭 공구는, 상기한 구성을 가짐으로써, 내결손성 및 내마모성을 유지하면서, 우수한 칩 처리성 및 내용착성을 나타내는 것이다.

도 1은 본 발명의 절삭 공구의 모식적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 절삭 공구의 각 구성에 대해서 더 설명한다.

<절삭 공구>

도 1은 본 발명의 절삭 공구의 모식적인 단면도이다. 본 발명의 절삭 공구(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 절삭 가공 시에 있어서 피삭재의 칩과 접하는 경사면(2)과, 피삭재 자체에 접촉하는 여유면(3)을 갖고, 또한 적어도 날 끝에 경질 소결체(4)를 함유하는 것이다.

본 발명의 절삭 가공은, 예컨대 드릴, 엔드 밀, 프레이즈 가공용 또는 선삭 가공용 날 끝 교환형 절삭 팁, 메탈 쏘오, 기어 절삭 공구, 리머, 탭, 또는 크랭크 샤프트의 핀 밀링 가공용 팁 등으로서 매우 유용하게 이용할 수 있다.

이러한 절삭 공구는, 네거티브 타입의 형상 또는 포지티브 타입의 형상 중 어느 형상이어도 좋다. 네거티브 타입은, 양면 사용할 수 있기 때문에 팁 1개당의 사용 가능한 날 끝이 많다고 하는 이점이 있어, 보다 바람직하다.

도 1에 있어서는, 경사면(2)과 여유면(3)이 접하는 능선(6)에 가공을 실시하지 않고, 샤프 엣지로 하고 있지만, 능선(6)을 가공하여 경사면(2)과 여유면(3)을 연결하는 면에, 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 부위를 형성하여도 좋다. 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부에 대해서는 후술한다.

또한, 도 1에 있어서는, 공구 모재의 날 끝에만 경질 소결체(4)를 접합한 절삭 공구(1)를 나타내고 있지만, 이러한 위치에 경질 소결체(4)를 구비하는 형태에만 한정되는 것이 아니며, 절삭 공구(1)의 날 끝 이외의 부위에 경질 소결체(4)를 마련하여도 좋다. 또한, 도 1에 있어서는, 절삭 공구의 1곳의 날 끝에만 경질 소결체를 마련하고 있지만, 절삭 공구의 2곳 이상의 날 끝에 경질 소결체를 마련하여도 좋은 것은 물론이다. 또한, 본 발명에 있어서, 「날 끝」이란, 절삭 공구(1)의 꼭지각으로서 절삭에 관여하는 부분을 의미한다.

<경사면>

본 발명의 절삭 공구(1)를 구성하는 경사면(2)이란, 절삭 가공 시에 있어서 피삭재의 칩과 접하는 면을 의미하며, 예컨대 도 1에 나타내는 절삭 공구의 상면 및 저면이 경사면(2)이다. 이러한 경사면(2)은, 볼록형 혹은 요철 형상의 칩 브레이커(5)를 갖는 것을 특징으로 한다. 칩 브레이커(5)를 가짐으로써, 칩이 말려서 적절한 크기로 잘게 분단되기 때문에, 칩이 감겨붙기 어려워져, 원활하게 절삭 가공할 수 있다.

<여유면>

본 발명의 절삭 공구(1)를 구성하는 여유면(3)이란, 절삭 가공 시에 있어서 피삭재 자체에 접촉하는 면을 의미하며, 예컨대 도 1에 나타내는 절삭 공구(1)의 측면이 여유면(3)이다.

<경질 소결체>

본 발명의 절삭 공구(1)는, 그 날 끝 중 어느 1 이상에 경질 소결체(4)가 마련되는 것이며, 이러한 경질 소결체(4)의 경사면측의 적어도 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이내의 영역에는, 입방정 질화붕소로 이루어지는 A 구조와, 육방정 질화붕소, 비정질 질화붕소, 및 산화붕소로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 B 구조를 포함하고, 또한 A 구조와 B 구조의 합계에 대한 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이, 5 체적％ 이상 90 체적％ 이하의 비율인 것을 특징으로 한다.

상기 비율로 A 구조 및 B 구조를 포함함으로써, 내마모성 및 강도가 우수하다고 하는 A 구조의 특성과, 미끄럼 이동성 및 내용착성이 우수하다고 하는 B 구조의 특성을 겸비하며, 내마모성, 강도, 미끄럼 이동성, 및 내용착성을 겸비한 절삭 공구를 얻을 수 있다.

이러한 구성의 경질 소결체(4)를 적어도 날 끝에 포함함으로써, 칩이 경사면(2)에 용착하기 어려워져, 여러가지 피삭재의 절삭 가공에 대응할 수 있다. 이와 같이 절삭 공구(1)의 칩 처리성이 향상됨으로써, 광범위한 절삭 조건에 대응할 수 있다.

예컨대, 소결 합금이나 난삭 주철과 같이, 절삭 가공 시에 미세한 칩이 배출되는 피삭재를 절삭 가공하는 경우, 경사면의 칩 찰과부의 마모 저항이 작아진다. 이에 의해 칩 찰과부에서의 마모 저항에 의한 발열이 억제되어, 고속 가공에 있어서의 크레이터 마모를 억제할 수 있다.

또한, 경화강이나 강철과 같이, 절삭 가공 시에 길게 신장되는 칩이 배출되는 피삭재를 절삭 가공하는 경우, 경사면의 미끄럼 이동성 및 내용착성을 높일 수 있다. 이에 의해 칩을 원활하게 배출할 수 있기 때문에, 절삭 저항이 저감하여, 경사면이 마모되기 어려워진다.

종래의 절삭 공구는, 경사면에 부착된 칩이 축적되고, 축적된 칩이 탈락할 때에, 칩의 탈락과 동시에 경질 소결체를 구성하는 성분도 박리되어, 크레이터 마모가 발생하기 쉬웠다. 그러나, 상기한 바와 같이 내용착성이 우수한 B 구조를 포함함으로써, 용착한 칩이 박리되기 쉬워져, 크레이터 마모를 저감할 수 있다.

경사면측의 경질 소결체의 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이하의 영역에 있어서 B 구조의 체적 비율이 5 체적％ 미만, 즉 A 구조와 B 구조의 합계에 대한 A 구조의 체적 비율 A/(A+B)이 95％를 넘으면, 찰과되는 칩의 일부가 경사면이나 칩 브레이커 표면에 용착하고, 칩의 흐름이 나빠져 절삭 저항이 증대된다고 하는 단점이 있다. 더구나, 용착된 칩이, 새로운 칩과 접촉하여 경사면으로부터 박리될 때에, 경질 소결체의 일부도 더불어 박리되어 버려, 경사면(2)의 크레이터 마모가 진행되기 쉬워진다.

한편, B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이 90 체적％를 넘으면, 경질 소결체(4)의 내마모성이 뒤떨어진다고 하는 단점이 있다. 이 때문에, 절삭 가공 초기의 단계에서는 우수한 특성을 나타내지만, 조기에 B 구조가 마멸되어, 내용착성의 효과가 장기간 지속되지 않는다. 내마모성, 강도, 미끄럼 이동성, 및 내용착성의 밸런스의 관점에서, 상기 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)은, 10 체적％ 이상 70 체적％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 25 체적％ 이상 50 체적％ 이하이다. 여기서, 본 발명에 있어서는, A 구조 및 B 구조의 체적 비율은, X선 회절에 의해 측정된 값을 채용하는 것으로 한다.

본 발명에서는, A 구조에 대하여, 방전 가공, 전자 빔 가공, 레이저 가공, 또는 플라즈마 가공을 행하여 일정 에너지를 부여함으로써, A 구조를 B 구조로 변환하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 B 구조를 형성함으로써, 경질 소결체가 치밀한 조직을 유지한 채로, A 구조와 B 구조가 혼재된 결정 구조로 할 수 있다.

여기서, 경사면측의 경질 소결체(4)의 표면으로부터 20 ㎛ 이하의 영역에 있어서 A 구조와 B 구조의 혼재 형태는, 원자 레벨로 혼재하여도 좋고, A 구조와 B 구조가 각각 점재하여도 좋지만, A 구조를 모상으로 하여 대략 네트워크 구조를 만들고, 이러한 네트워크 구조 중에 B 구조가 점재하고 있는 것이 보다 바람직하다. A 구조의 네트워크 구조 중에 B 구조가 점재함으로써, 단순히 A 구조와 B 구조가 단독 혹은 층형으로, 혹은 원자 레벨로 혼재하는 경우보다, 내마모성 및 내용착성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 A 구조의 네트워크 구조 중에 B 구조가 점재하도록 포함되는 경우, 절삭 가공에 있어서 B 구조가 마멸되면, 그것을 둘러싸는 A 구조가 B 구조의 마멸이 더 이상 진행되는 것을 방해한다. 또한, 절삭 가공 시에 A 구조가 피삭재에 용착하였다고 해도, 점재하는 B 구조가 피삭재에 용착하지 않기 때문에, 경사면에 있어서의 피삭재의 용착 면적으로서는 좁아지고, 용착물이 박리되기 쉬워져, 용착물과 함께 A 구조가 탈락하기 어려워진다.

여기서, 「B 구조가 점재한다」란, 경사면측의 경질 소결체의 결정 구조를 투과 전자 현미경이나 그 외의 방법으로 분석하거나, 또는 경질 소결체를 구성하는 붕소와 질소와 산소의 분포 상태를 관찰하였을 때에, B 구조를 90 체적％ 이상 포함하는 영역(이하에서 「B 구조의 영역」이라고도 기재함)이, 다른 영역으로부터 분리하여 존재하는 것을 의미한다.

이와 같이 B 구조가 A 구조의 네트워크 중에 점재하는 경우, B 구조의 영역은, 그 영역의 직경의 평균이 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. 0.5 ㎛ 미만이면, B 구조의 미끄럼 이동성 및 내용착성을 향상시키는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 50 ㎛를 넘으면, 국소적으로 B 구조가 마멸되기 때문에, 공구 수명의 향상을 도모할 수 없다.

또한, B 구조의 영역은, 반드시 원형으로 이루어지는 것은 아니지만, 경사면측의 경질 소결체에 있어서 B 구조가 점유하는 면적을 규정하기 위해, 편의적으로 영역의 직경의 평균을 나타내고 있다.

B 구조의 영역의 직경의 평균을 산출하는 방법으로서는, 우선, 전자 후방 산란 패턴(EBSP: Electron Back Scattering ㎩ttern) 분석에 의해 경질 소결체의 표면을 측정한다. 그리고, 동일 구조를 갖는 결정립이 모인 영역의 면적을 산출하고, 그 면적과 동일한 면적이 되는 원의 직경을 산출한다. 이 조작을 10회 이상 행하여, 이들 원의 직경의 평균을 A 구조 및 B 구조의 영역의 영역 직경의 평균으로 한다.

B 구조는, 경사면의 표면으로부터 깊이 방향으로 0.5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 영역에 존재하는 것이 바람직하고, 다양한 용도에 적용할 수 있다고 하는 관점에서는 10 ㎛ 이하의 깊이에 존재하는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하의 깊이에 B 구조가 존재하는 것이다. 0.5 ㎛ 미만의 깊이의 범위에 B 구조가 포함되어 있어도, B 구조의 마멸 억제 효과를 충분히 얻을 수 없고, 더구나 B 구조가 절삭 개시의 초기의 단계에서 조기에 마모되어, B 구조의 내용착성의 효과가 조기에 상실되어 버린다. 한편, 20 ㎛를 넘는 깊이 영역에 B 구조를 포함하면, 경질 소결체의 강도가 현저하게 저하한다.

여기서, 상기 「경사면의 표면으로부터의 깊이」는, 경질 소결체의 경사면에 수직 방향의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 또는 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의해 관찰하고, 그것에 대하여 전자선 회절(TED: Transmission Electron Diffraction)을 행하였을 때에 B 구조가 검출되는 최대 깊이에 의해 산출된다. 또한, 상기 「경사면의 표면으로부터의 깊이」는, 경사면의 표면을 스퍼터링하면서, 깊이 방향의 산소 조성과 B-O 결합의 양을 XPS 분석에 의해 측정하고, 이것이 검출되지 않게 되거나, 또는 표면의 B-O 결합의 5％ 미만이 되기까지의 깊이의 값을 이용한다.

B 구조로서 육방정 질화붕소를 포함하는 경우에, 경사면측의 경질 소결체에 대하여, X선 회절을 행하였을 때에, cBN의 (111)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ic(111)라고 하고, 육방정 질화붕소의 (0001)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ih(0001)라고 하면, 그 비율(Ih(0001)/Ic(111))은, 0.1 이상 10 이하인 것이 바람직하고, 0.2 이상 1.5 이하인 것이 보다 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.3 이상 1 이하이다. 이러한 경질 소결체의 결정 구조의 비율을 나타낼 때에, 육방정 질화붕소의 혼재 비율이 최적이 되며, 공구 수명을 연장시킬 수 있다.

B 구조로서 비정질 질화붕소를 포함하는 경우에, 경사면측의 경질 소결체의 표면에 대하여, X선 회절을 행하였을 때의 2θ=10°∼30°에 있어서 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도는, 경사면측의 경질 소결체의 표면을 0.4 ㎜ 이상 깍아낸 표면에 대하여, X선 회절을 행한 경우의 2θ=10°∼30°이내의 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도의 1.1배 이상 10배 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.1배 이상 2배 이하이다. 이러한 백그라운드 성분의 면적 강도의 비율을 나타낼 때에, 비정질 성분의 혼재 비율이 최적이 되며, 공구 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, B 구조로서 산화붕소를 포함하는 경우, 경사면측의 경질 소결체에 대하여, XPS 분석을 행하였을 때의 B-N 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBN이라고 하고, B-O 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBO라고 하면, IBO/(IBO+IBN)은, 0.05 이상 0.9 이하인 것이 바람직하며, 0.1 이상 0.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.25 이상 0.4 이하이다.

<입방정 질화붕소>

상기 경질 소결체(4)는, 20 체적％ 이상의 입방정 질화붕소를 함유하는 것을 특징으로 한다. 20 체적％ 미만이면, 경질 소결체를 점유하는 B 구조의 체적 비율이 필연적으로 낮아지지 않을 수 없어, 미끄럼 이동성 및 내용착성을 개선하는 효과를 충분히 얻을 수 없다.

본 발명에 있어서, 경질 소결체(4)가 20 체적％ 이상 85 체적％ 미만의 cBN을 포함하는 경우, 그 이외의 성분으로서 결합상을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 결합상은, 주기율표의 IVa족 원소, Va족 원소, VIa족 원소, Al, 및 Si로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 질소, 탄소, 붕소, 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 고용체, 및 Co 또는 Ni 중 어느 한쪽 혹은 양방의 금속, 혹은 상기 금속과, 질소, 탄소, 붕소, 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 화합물의 고용체를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 이루어지는 경질 소결체는, 여러가지 종류의 피삭재의 가공에 우수한 절삭 성능을 갖는다.

본 발명에 있어서, 경질 소결체(4)가 cBN을 85 체적％ 이상 98 체적％ 이하 포함하는 경우, 결합상은, Co 및/또는 상기 Co와 질소, 탄소, 붕소, 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 화합물 또는 상기 화합물의 고용체를 포함하는 것이 바람직하다. cBN을 85 체적％ 이상 98 체적％ 이하 포함하며, 또한 전술한 조성을 포함함으로써, 미끄럼 이동성 및 내용착성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이 경우, 경사면측의 경질 소결체의 표면으로부터 20 ㎛ 이하의 영역에 있어서의 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이 5 체적％ 이상 50 체적％ 이하이면, 내마모성 및 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 경질 소결체는, 99 체적％ 이상의 cBN을 포함하고 있어도 좋다.

<공구 모재>

본 발명에 있어서, 경질 소결체(4)가 접합되는 공구 모재는, 이 종류의 공구 모재로서 알려진 종래 공지의 것이면 어느 것이라도 채용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 초경합금, 강철, 세라믹스 등의 가공 저항에 견딜 수 있는 재료를 공구 모재로서 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 공구 모재로서는, 예컨대 초경합금 등을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 공구 모재의 재료 강도 등을 고려하면, 초경합금이 보다 적합하게 이용된다.

<호닝부>

본 발명의 절삭 공구(1)에 있어서, 경사면(2)과 여유면(3)이 접하는 능선 부분에 호닝부를 마련하는 것이 바람직하다. 호닝부란, 경사면(2)과 여유면(3)이 접하는 능선 부분을 깎아내고, 둥그스름하게 한 부분을 말한다. 호닝부의 폭은, 가공 조건에 따라 최적화되는 것으로, 작을수록 공구의 예리함이 증가하고, 클수록 날 끝의 강도가 증가한다. 이러한 호닝부의 폭은, 1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

<랜드면 및 네거티브 랜드면>

본 발명의 절삭 공구(1)에 있어서, 경사면(2)과 여유면(3)이 접하는 능선부분에 랜드면 또는 네거티브 랜드면을 마련하여도 좋다. 랜드면이란, 경사면에 있어서 날 끝 능선과 칩 브레이커 사이의 부위로서, 절삭 공구의 저면(경사면)에 대하여 평행한 면을 말한다. 네거티브 랜드면이란, 경사면과 여유면, 혹은 랜드면과 여유면, 또는 다른 네거티브 랜드면과 여유면의 모따기 가공을 실시하여 형성된 부위를 말한다. 이러한 랜드면 및 네거티브 랜드면은, 반드시 마련할 필요는 없고, 랜드면 및 네거티브 랜드면을 갖지 않는 샤프 엣지의 절삭 공구여도 좋다.

랜드면 및 네거티브 랜드면은, 날 끝 능선으로부터 멀어지는 방향으로 0.01 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 이하를 점유하도록 형성되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하이다.

랜드면 및 네거티브 랜드면의 폭은, 0.05 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이 폭이 클수록, 날 끝 강도가 증가하여 내결손성을 향상시킬 수 있다. 한편, 폭이 작을수록 절삭 저항을 작게 할 수 있어, 내용착성을 향상시킬 수 있다.

또한, 네거티브 랜드면의 각도는, 5°이상 65°이하인 것이 바람직하다. 네거티브 랜드면의 각도가 클수록, 날 끝 강도가 증가하여 내결손성을 향상시킬 수 있다. 한편, 각도가 작을수록 절삭 저항을 작게 할 수 있어, 내용착성을 향상시킬 수 있다.

<날 끝 능선 근방의 결정 구조>

경질 소결체에 있어서 B 구조의 분포로서는, 능선에 가까울수록 B 구조의 혼재량을 적게 함으로써, 즉 A 구조의 혼재량을 많게 함으로써, 날 끝의 내마모성 및 고강도를 향상시킬 수 있다. 한편, 능선으로부터 멀어질수록 B 구조의 혼재량을 많게 함으로써, 칩이 찰과하는 영역에 있어서 미끄럼 이동성 및 내용착성이 우수하여, 칩을 원활하게 배출할 수 있다.

따라서, 능선 및 그 근방은, 칩이나 피삭재의 찰과에 대한 미끄럼 이동성도 중요하지만, 이 부위에는 강한 충격이 가해지기 때문에, 내마모성 및 강도도 필요하게 된다.

이 때문에, 능선 및 그곳으로부터 10 ㎛ 이내의 영역에 있어서 B 구조의 체적 비율은, 매우 적거나, 혹은 실질적으로 존재하지 않는 것이 바람직하고, 예컨대 XPS에 있어서, 실질적으로 B 구조에 상당하는 신호를 확인할 수 없는 정도인 것이 보다 바람직하며, 더욱 바람직하게는 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하이다. 이러한 경우에, 날 끝의 강도가 높고, 결손이 생기기 어려운 절삭 공구를 제작할 수 있다. B 구조의 체적 비율이 0.1 체적％ 미만이면, 날 끝에 있어서 미끄럼 이동성 및 내용착성이 부족하고, 5 체적％를 넘으면, 강도 및 내마모성이 부족하여, 능선의 마멸이나 결손이 생기고, 나아가서는 날 끝 저항의 증대나 칩 배출성의 저하를 초래하게 된다.

이것은, 능선의 근방에, 랜드면, 네거티브 랜드면, 및 호닝부를 형성하는 경우, 이들 각 부위 혹은 이들 각 부위와 경사면 또는 여유면이 형성하는 능선 및 경사면의 능선에 강한 충격이 가해지기 때문에, 내마모성 및 강도도 필요하게 된다. 따라서, 상기 면에 있어서 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)도, 상기와 마찬가지로, 매우 적거나, 혹은 실질적으로 존재하지 않는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하이다.

<절삭 공구의 제조 방법>

본 발명의 절삭 공구의 제조 방법으로서는, 우선 cBN 입자와 결합상을 구성하는 원료 분말을 소결시킴으로써 A 구조를 포함하는 경질 소결체를 제작한다. 이러한 경질 소결체를 접합 재료를 통해 공구 모재에 접합함으로써 절삭 공구를 형성한다. 그리고, 이 절삭 공구의 경사면에 대하여, 표면 처리 가공을 행함으로써 칩 브레이커를 형성하며, A 구조를 B 구조로 변환한다. 이와 같이 하여 본 발명의 절삭 공구를 제작한다. 이하에, 본 발명의 절삭 공구의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 이용되는 경질 소결체(4)의 제작 방법으로서는, 우선 cBN 입자와 결합상을 구성하는 원료 분말을 초고압 장치에 도입한 뒤에, 이들 분말을 초고압 소결함으로써, 벌크 소결체를 제작한다. 이러한 벌크 소결체를 방전 가공기에 셋팅한 후에, 황동 와이어를 이용하여 원하는 형상으로 컷팅하고, 컷팅한 면의 표면을 연마함으로써 경질 소결체(4)를 얻는다.

상기에서 제작한 경질 소결체(4)와 공구 모재의 사이에 접합 재료를 두고서, 진공로 내에 설치한다. 그리고, 진공로 내의 압력을 2×10^-2 ㎩ 이하로 감압하며, 노 내의 온도를 750℃ 이상으로 함으로써, 접합 재료를 용해시켜, 경질 소결체(4)와 공구 모재를 접합 가공한다.

다음에, 접합 가공한 경질 소결체(4)와 공구 모재를 냉각함으로써 용해한 접합 재료를 고화시킨다. 그리고, 경질 소결체(4)와 공구 모재의 접합면을 연마 처리함으로써, 경질 소결체(4)와 공구 모재(4)의 접합면을 매끄럽게 하여, 칩 브레이커가 형성되어 있지 않은 절삭 공구를 제작한다.

그리고, 절삭 공구의 경사면에 대하여, 고속도로 소결체를 제거하는 표면 처리 가공을 행함으로써, 칩 브레이커를 형성한다. 이때 칩 브레이커와 함께 그 근방에 형성되는 손상층을 브러시 처리 혹은 블라스트 처리에 의해 제거한다. 여기서, 표면 처리에 이용하는 가공 방법으로서는, 방전 가공, 전자 빔 가공, 레이저 가공 및 플라즈마 가공을 들 수 있다. 이들 가공 조건을 이하에 상세히 설명한다.

그리고, 경사면측의 경질 소결체에 대하여, 상기 중 어느 하나의 표면 처리를, 가공 조건을 약하게 하여 행함으로써, A 구조를 B 구조로 변환한다. 이와 같이 칩 브레이커와 B 구조를 별개의 표면 처리의 조건으로 형성함으로써, B 구조의 영역의 크기, 깊이 및 혼재량을 보다 치밀하게 제어할 수 있다. 또한, 칩 브레이커를 형성할 때와 동시에 B 구조를 형성하여도 좋다. 이 경우는, 칩 브레이커를 형성하는 표면 처리의 조건을 적절하게 변경하면서 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이 A 구조에 대하여 표면 처리를 행하여 B 구조를 형성함으로써, 미끄럼 이동성 및 내용착성을 향상시키는 B 구조가, 내마모성 및 강도가 우수한 A 구조의 네트워크형에 잘게 점재하고, 따라서 내마모성, 강도, 미끄럼 이동성 및 내용착성이 우수한 표면 구조의 경질 소결체를 형성할 수 있다.

여기서, B 구조를 형성할 때의 표면 처리는, 공간적으로 연속하여 행하여도 좋고, 부분적으로 표면 처리를 행한다고 하는 것과 같이 단속적으로 행하여도 좋다. 부분적으로 표면 처리를 행하는 방법으로서 마스크 등을 이용하여도 좋다. 이들 중 어느 하나의 방법을 이용함으로써, B 구조의 영역의 크기 및 혼재량을 조정할 수 있어, 보다 치밀한 구조로 할 수 있다.

<표면 처리 방법>

상기 표면 처리 방법의 조건을 이하에 있어서 구체적으로 설명한다. 이하 중 어느 하나의 표면 처리 방법에 따라 경질 소결체의 표면에 있는 A 구조를 B 구조로 바꾸는 것이 바람직하다.

(1) 방전 가공

경질 소결체를 포함하는 절삭 공구를 방전 가공기에 셋팅하고, 가공 표면의 단위 면적, 단위 시간당의 방전 전류를, 브레이커 제작의 1/2∼1/100로 조정하여 처리한다. 와이어의 형상은, 가공면에 맞추어, 구부린 형상, 혹은 바늘형인 것이 바람직하다.

(2) 전자 빔 가공

전자 빔 가공은, 우선 경질 소결체를 포함하는 절삭 공구를 진공 용기 내에 설치한 후에, 진공 용기 내의 압력을 0.03 ㎩까지 감압한다. 그리고, 진공 용기 내에 아르곤 가스 및 산소 가스를 도입하고, 그 내압을 0.05 ㎩로 한 뒤에, 경사면측의 경질 소결체의 표면에 대하여, 전자 빔을 10000회 정도 조사함으로써, 경질 소결체의 표면의 A 구조의 일부를 B 구조로 바꾼다. 여기서, 전자 빔의 에너지량은, 0.1 J/㎠ 이상 5 J/㎠ 이하인 것이 바람직하고, 1회당 전자 빔의 조사 시간은, 1초 이상 100초 이하인 것이 바람직하다.

(3) 레이저 가공

레이저 가공은, 우선 경사면측의 경질 소결체의 표면을 상면으로 한 뒤에, 레이저 처리 장치에 절삭 공구를 설치한다. 그리고, 레이저 처리 장치의 출력을 1 W 이상 100 W 이하로 하고(10 W 이상이 바람직함), 경사면측의 경질 소결체의 표면에 대하여, 스폿 직경이 60 ㎛인 레이저 광을 조사함으로써, 경질 소결체의 표면의 A 구조를 B 구조로 바꾼다. 여기서, 레이저 광의 반복 주파수는, 5 ㎐ 이상 100 ㎑ 이하인 것이 바람직하다.

(4) 플라즈마 가공

플라즈마 가공은, 우선 경질 소결체를 진공 용기의 전극 상에 설치하여, 진공 용기의 압력을 0.1 ㎩ 이하까지 진공화한 후에, 진공 용기 내에 아르곤 및 산소를 도입하고, 그 내압(內壓)을 0.1 ㎩ 이상 10 ㎩ 이하까지 가압함으로써 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 경질 소결체에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 발생시킴으로써, 경사면측의 경질 소결체의 표면의 A 구조를 B 구조로 변환한다. 여기서, 고주파 전력의 발진 주파수는, 1 ㎒ 이상 100 ㎒ 이하인 것이 바람직하고, 그 출력은 500 W 이상 5000 W 이하인 것이 바람직하다. 또한, 진공 용기 내의 아르곤 및 산소의 도입량의 비를 조정함으로써, A 구조에서 B 구조로의 변환 효율을 높일 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

<실시예 1>

이하와 같이 하여, 절삭 공구를 제작하였다. 우선, 평균 입자 직경 20 ㎛의 TiN 분말과 평균 입자 직경 20 ㎛의 Al 분말을 질량비로, TiN:Al=4:1이 되도록 혼합하였다. 그리고, 그 혼합물을 진공 중에서 1250℃, 30분간 열 처리하였다. 열 처리하여 얻어진 혼합물을 φ4 ㎜의 초경합금제 볼과, 초경합금제 포트를 이용하여 분쇄함으로써, 결합상을 구성하는 원료 분말을 얻었다.

그리고, 상기에서 얻어진 결합상을 구성하는 원료 분말과 평균 입자 직경 4 ㎛의 cBN 입자를 cBN 함유율이 25 체적％가 되도록 배합하였다. 배합하여 얻어진 것을, 진공로에 넣어 950℃로 승온시킨 후에 30분간 유지함으로써, 이들 분말의 탈가스를 행하였다.

다음에, 탈가스가 행해진 이들 분말을 초경합금제 지지판에 적층하여 Nb제 캡슐에 충전하였다. 그리고, 그 캡슐째 초고압 장치에 설치하고, 초고압 장치 내의 압력을 5 ㎬로 하여, 온도 1300℃에서 20분간 소결하였다. 이어서, 캡슐로부터 소결체를 취출하고, 그 소결체를 연삭하며, 더 연마를 실시함으로써 형상을 다듬어, 판형의 벌크 소결체를 제작하였다.

상기에서 얻어진 벌크 소결체에 대하여, 황동 와이어를 이용하여 방전 가공기에 의해 절단하였다. 이에 의해 2변이 2 ㎜이며 그 사이의 꼭지각이 80°인 이등변 삼각형이 저면이고, 그 두께가 1.2 ㎜인 삼각기둥 형상의 경질 소결체를 얻었다. 이 경질 소결체를 순수에 침지시키고, 100 W의 초음파에 10분간 노출시켜, cBN 소결체의 표면을 순수로 초음파 세정하였다.

다음에, 초경합금으로 이루어지는 공구 모재를 준비하고, cBN 소결체와 공구 모재의 계면에, Ti와 Zr과 Cu와 Ni로 이루어지는 접합 재료를 배치한 뒤에 진공로에 설치하였다. 그리고, 진공로 내의 압력을 1×10^-2 ㎩로 하고, 그 내부의 온도를 850℃까지 승온시킴으로써, 공구 모재에 경질 소결체를 접합하였다.

그리고, 공구 모재에 경질 소결체가 접합된 것을 반응로로부터 취출하여 방랭하였다. 다음에, 경질 소결체와 공구 모재의 접합면을 연마함으로써 마무리 가공을 행하였다. 이와 같이 하여 ISO 형번이 CNMA120408인 형상으로서, 그 날 끝 부분에 경질 소결체를 구비한 절삭 공구를 제작하였다.

이와 같이 하여 제작한 절삭 공구의 경사면에 대하여, 강도가 10 J/㎠인 전자 빔을 조사함으로써 칩 브레이커를 형성하였다. 이때, 칩 브레이커 부근의 cBN의 일부가 육방정 질화붕소 등의 B 구조로 변하였지만, 이러한 B 구조를 유리 지립을 이용하여 제거하였다. 다음에, 경사면에 대하여, 25 J/㎠의 강도의 전자 빔을 적절한 주사 속도로 조사함으로써, 경사면측의 경질 소결체의 표면을 구성하는 A 구조를, 육방정 질화붕소로 이루어지는 B 구조로 바꾸었다.

다음에, 경사면과 여유면이 접하는 능선에 대하여, 다이아몬드 지석에 의해, 각도가 25°이며 폭이 0.1 ㎜인 네거티브 랜드면을 형성하였다. 그리고, SiC 지립을 유지하는 브러시를 이용하여 처리함으로써, 능선 근방의 B 구조를 제거하였다.

<실시예 2∼8, 비교예 1>

실시예 1의 절삭 공구에 대하여, 경질 소결체에 포함되는 cBN의 체적 비율이 표 1의 「cBN 함유율」의 칸에 나타낸 바와 같이 다른 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라, 실시예 2∼8 및 비교예 1의 절삭 공구를 제작하였다.

<실시예 9∼16, 비교예 2>

실시예 1의 절삭 공구에 대하여, 경질 소결체에 포함되는 cBN의 체적 비율이 표 1의 「cBN 함유율」과 같이 다른 것과, 전자 빔을 조사하는 강도 및 주사 속도를 바꾼 것, 그리고 브러시 처리에 의한 제거량을 바꾼 것이 다른 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라, 실시예 9∼16 및 비교예 2의 절삭 공구를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 절삭 공구는, 표 1의 「B 구조의 체적 비율」에 나타내는 바와 같이 B 구조의 체적 비율이 다르고, 표 1의 「X선 강도비(Ih(0001)/Ic(100))」에 나타내는 바와 같이 경사면의 X선 강도비가 다르다. 또한, 실시예 14의 절삭 공구에 있어서는, 능선 근방의 B 구조를 제거하지 않았다.

<비교예 3>

B 구조를 형성하기 위한 전자 빔 가공을 행하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법에 따라 비교예 3의 절삭 공구를 제작하였다.

<비교예 4>

경사면측의 경질 소결체의 전체면에 대하여, 전자 빔 가공을 행함으로써, 경사면측의 경질 소결체의 전체면을 B 구조로 한 것을 제외하고는, 실시예 9와 동일한 방법에 따라 비교예 4의 절삭 공구를 제작하였다.

<실시예 17∼23>

실시예 3의 절삭 공구에 대하여, 전자 빔을 조사하는 것 대신에 대기 중에서 레이저 광을 조사한 것이 다른 것 이외에는 실시예 3과 동일한 방법에 따라, 실시예 17∼23의 절삭 공구를 제작하였다. 또한, 레이저 광은, 100 ㎛의 피치로 위치를 20 ㎛씩 옮겨 10회 조사하였다.

실시예 17∼23에 있어서는, 레이저 광의 직경을 변경함으로써, B 구조의 크기를 조정하고, 레이저 광의 조사 시간을 변경함으로써, B 구조의 영역의 직경의 평균을 조정하였다. 이와 같이 하여 제작한 절삭 공구는, 표 2의 「B 구조의 영역의 직경의 평균」에 나타내는 바와 같이 B 구조의 영역의 직경의 평균이 다르다.

<실시예 24∼30>

실시예 1과 동일한 방법에 따라, 공구 모재에 경질 소결체를 접합하여, 절삭 공구를 얻었다. 이러한 절삭 공구의 경사면에 대하여, 대기 중에서 레이저 광을 조사함으로써 칩 브레이커를 형성하였다. 그리고, 칩 브레이커 근방의 B 구조를 유리 지립을 이용하여 제거한 후에, 감압 하에 아르곤 및 산소를 포함하는 분위기에서 플라즈마 가공을 행함으로써, 경사면측의 경질 소결체의 표면에 B 구조를 형성하였다. 그 후는 실시예 1과 동일한 방법에 따라, 실시예 24∼30의 절삭 공구를 제작하였다. 한편, A 구조와 B 구조의 체적 비율은, 플라즈마 가공을 행할 때의 아르곤 및 산소의 조성비에 따라 조정하였다.

이와 같이 하여 제작한 실시예 24∼30의 절삭 공구는, 경질 소결체 내의 B 구조의 체적 비율이 표 1의 「B 구조의 체적 비율」의 「표면」과 같이 다르고, 또한 X선 강도의 IBO/(IBO+IBN)와 같이 다른 것 이외에는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라, 실시예 24∼30의 절삭 공구를 제작하였다.

<비교예 5>

B 구조를 형성하기 위한 전자 빔 가공을 행하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 24와 동일한 방법에 따라 비교예 5의 절삭 공구를 제작하였다.

<비교예 6>

경사면측의 경질 소결체의 전체면에 대하여, 전자 빔 가공을 행함으로써, 경사면측의 경질 소결체의 전체면을 B 구조로 한 것을 제외하고는, 실시예 24와 동일한 방법에 따라 비교예 6의 절삭 공구를 제작하였다.

(경질 소결체의 분석)

표 1∼표 2의 「cBN 함유율」은, 이하와 같이 하여 산출하였다. 우선, 각 실시예 및 각 비교예에서 제작된 경질 소결체를 경면 연마하고(단 연마하는 두께는 50 ㎛ 미만으로 억제함), 임의의 영역의 경질 소결체의 결정 조직을 전자 현미경으로 2000배로 사진 촬영한 바, 흑색 영역과 회색 영역과 백색 영역이 관찰되었다. 부속(附屬)의 에너지 분산형 X선 분광 장치(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)에 의해, 흑색 영역은 cBN 입자, 회색 영역과 백색 영역은 결합상인 것이 확인되었다.

다음에, 상기에서 촬영된 2000배의 사진에 대하여 화상 처리 소프트웨어를 이용하여 2진화 처리를 실시하고, 이 사진에서 cBN 입자가 점유하는 영역(흑색 영역)의 합계 면적을 산출하며, 이 사진 중에서 cBN 소결체가 점유하는 흑색 영역의 비율의 백분율을, 체적％로 하여 표 1∼표 2의 「cBN 함유율」이라고 하였다.

표 1∼표 2의 「B 구조」, 「혼재 형태」, 및 「B 구조의 체적 비율」 중의 각 칸은 모두, TEM 관찰 및 EBSP 분석으로 측정함으로써 산출하였다. 또한, 표 1∼표 2의 「X선 강도비」에 있어서의 「Ih(0001)/Ic(111)」, 「백그라운드비」, 및 「IBO/(IBO+IBN)」의 각 수치는, X선 회절 및 XPS 분석에 의해 산출하였다. 또한, 표 1∼표 2의 「B 구조 존재 깊이」는, 경질 소결체의 경사면에 수직 방향의 단면을 SEM 및 TEM에 의해 관찰하고, 그것에 대하여 전자선 회절(EDS)을 행하였을 때에 B 구조가 검출되는 최대 깊이에 의해 산출하였다.

표 1∼표 2의 「B 구조의 영역의 직경의 평균」은, 경사면측의 경질 소결체를 EBSP에 의해 측정하고, B 구조를 갖는 결정립이 모인 영역의 면적을 산출하여, 이 면적과 동일한 면적이 되는 원의 직경을 산출한다고 하는 조작을 10회 행하고, 각 측정된 원의 직경의 평균값을 나타내었다.

이상의 결과로부터, 실시예 1∼30의 절삭 공구는, 적어도 날 끝에 경질 소결체를 함유하는 절삭 공구로서, 상기 절삭 공구는, 경사면과 여유면을 갖고, 상기 경사면은, 볼록형 혹은 요철 형상의 칩 브레이커를 가지며, 경질 소결체는, 20 체적％ 이상의 입방정 질화붕소를 함유하고, 경사면측의 경질 소결체의 표면으로부터 20 ㎛ 이하의 영역은, 입방정 질화붕소로 이루어지는 A 구조와, 육방정 질화붕소, 비정질 질화붕소, 및 산화붕소로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어지는 B 구조를 포함하며, 또한 A 구조와 B 구조의 합계에 대한 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이, 5 체적％ 이상 90 체적％ 이하의 비율인 것이 분명해졌다.

이와 같이 하여 얻어진 각 실시예 및 각 비교예의 경질 소결체를 이용하여, 이하의 공구 형상을 갖는 절삭 공구를 제작하고, 절삭 시험 1∼3을 실시하였다. 그 결과를 표 3∼표 5에 나타낸다.

<절삭 시험 1>

실시예 1∼23 및 비교예 1∼4의 절삭 공구에 대하여, 이하의 조건의 연속 선삭 시험을 행하였다.

피삭재: SCM435 침탄재, 직경 50 ㎜의 환봉

피삭재 경도: HRC60

절삭 조건: 절삭 속도 V=120 m/min.

이송량 f=0.15 ㎜/rev.

절입량 d=0.2 ㎜

DRY/WET: DRY

표 3의 「공구 수명에 도달하기까지의 절삭 거리」에는, 환봉의 치수 정밀도(φ)가 49.6 ㎜±10 ㎛를 벗어나기까지의 절삭 거리(㎞)를 나타내었다. 또한, 절삭 거리의 길이가 길수록, 공구 수명이 긴 것을 나타내고 있다. 연속 절삭 시험에서는, 칩의 흐름이 안정될수록, 절삭 저항이 저감, 안정되어 장수명이 된다.

표 3으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1∼8의 절삭 공구는, 비교예 1의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다. 마찬가지로, 표 3으로부터 실시예 9∼16의 절삭 공구는, 비교예 2의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이며, 실시예 17∼23의 절삭 공구는, 비교예 3 및 4의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다.

<절삭 시험 2>

실시예 1∼23 및 비교예 1∼4의 절삭 공구에 대하여, 이하의 조건으로 단속 선삭 시험을 행하였다.

피삭재: SCM435 침탄재, 직경 50 ㎜의 환봉

피삭재 경도: HRC60

절삭 조건: 절삭 속도 V=150 m/min.

이송량 f=0.1 ㎜/rev.

절입량 d=0.25 ㎜

DRY/WET: DRY

표 4의 「공구 수명에 도달하기까지의 절삭 거리」에는, 환봉의 치수 정밀도(φ)가 49.5 ㎜±10 ㎛를 벗어나기까지의 절삭 거리(㎞)를 나타내었다. 또한, 절삭 거리의 길이가 길수록, 공구 수명이 긴 것을 나타내고 있다. 또한, 단속 선삭 시험에서는, 피삭재가 용착할수록 절삭 저항이 증대하여 치수 정밀도가 나빠지며, 공구 수명이 줄어든다.

표 4로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1∼8의 절삭 공구는, 비교예 1의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다. 마찬가지로, 표 4로부터 실시예 9∼16의 절삭 공구는, 비교예 2의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이며, 실시예 17∼23의 절삭 공구는, 비교예 3 및 4의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다.

<절삭 시험 3>

실시예 1∼8 및 실시예 24∼32, 및 비교예 1, 5 및 6의 절삭 공구에 대하여, 이하의 조건으로 연속 선삭 시험을 행하였다.

피삭재: SCM420 조질재, 직경 50 ㎜의 환봉

피삭재 경도: HRC50

절삭 조건: 절삭 속도 V=80 m/min.

이송량 f=0.2 ㎜/rev.

절입량 d=0.5 ㎜

DRY/WET: DRY

표 5의 「공구 수명에 도달하기까지의 절삭 거리」에는, 환봉의 치수 정밀도(φ)가 49 ㎜±10 ㎛를 벗어나기까지의 절삭 거리(㎞)를 나타내었다. 또한, 절삭 거리의 길이가 길수록, 공구 수명이 긴 것을 나타내고 있다. 연속 절삭 시험에서는, 칩의 흐름이 안정될수록, 절삭 저항이 저감하여 장수명이 된다.

표 5로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1∼8의 절삭 공구는, 비교예 1의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다. 또한, 표 5로부터 분명한 바와 같이, 실시예 24∼30의 절삭 공구는, 비교예 5 및 6의 절삭 공구에 비하여, 공구 수명을 장수명화한 것이 분명하다.

표 3∼표 5의 결과로부터, 실시예의 절삭 공구는, 비교예의 절삭 공구와 비교하여 칩의 용착을 억제하며, 절삭 저항이 저감함으로써, 공구 수명이 현저히 향상되고 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 절삭 공구는, A 구조의 특성과 B 구조의 특성을 겸비함으로써, 내마모성, 강도, 미끄럼 이동성, 및 내용착성을 겸비한 것이 확인되었다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명하였지만, 전술한 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

금번 개시된 실시형태 및 실시예는, 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타내어지며, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되도록 되어 있다.

1 : 절삭 공구 2 : 경사면
3 : 여유면 4 : 경질 소결체
5 : 칩 브레이커 6 : 날 끝 능선

Claims

적어도 날 끝에 경질 소결체(4)를 함유하는 절삭 공구(1)로서,
상기 절삭 공구(1)는, 경사면(2)과 여유면(3)을 갖고,
상기 경사면(2)은, 볼록형 혹은 요철 형상의 칩 브레이커(5)를 가지며,
상기 경질 소결체(4)는, 20 체적％ 이상의 입방정 질화붕소를 함유하고,
상기 경사면측의 상기 경질 소결체(4)의 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이하의 영역은, 입방정 질화붕소를 포함하는 A 구조와, 육방정 질화붕소, 비정질 질화붕소 및 산화붕소로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 B 구조를 포함하며, 상기 A 구조와 상기 B 구조의 합계에 대한 상기 B 구조의 체적 비율 B/(A+B)이 5 체적％ 이상 90 체적％ 이하의 비율인 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경사면(2)과 상기 여유면(3)을 연결하는 면으로서, 랜드면, 네거티브 랜드면 및 호닝부로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 면을 갖고,
상기 면의 표면으로부터 깊이 방향으로 20 ㎛ 이하의 영역은, 상기 체적 비율 B/(A+B)이 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하의 비율인 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경사면(2)과 상기 여유면(3)을 연결하는 면으로서, 랜드면, 네거티브 랜드면 및 호닝부로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 면을 갖고,
상기 경사면(2), 상기 여유면(3), 상기 랜드면, 상기 네거티브 랜드면 및 상기 호닝부 중 임의의 2면이 접하는 날 끝 능선(6)으로부터 10 ㎛ 이내의 영역은, 상기 체적 비율 B/(A+B)이 0.1 체적％ 이상 5 체적％ 이하의 비율인 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경질 소결체(4)에 있어서, 상기 B 구조를 90 체적％ 이상 포함하는 영역이, 상기 A 구조에 점재(點在)하는 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경사면측의 상기 경질 소결체(4)에 대하여, X선 회절을 행하였을 때의 상기 입방정 질화붕소의 (111)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ic(111)라고 하고, 상기 육방정 질화붕소의 (0001)면의 X선 회절의 면적 강도를 Ih(0001)라고 하면, Ih(0001)/Ic(111)가 0.1 이상 10 이하인 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경사면측의 상기 경질 소결체(4)의 표면에 대하여, X선 회절을 행하였을 때의 2θ=10°∼30°에 있어서의 회절 피크 중 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도는, 상기 경사면측의 상기 경질 소결체(4)의 표면을 0.4 ㎜ 이상 깎아낸 표면에 대하여, X선 회절을 행한 경우의 2θ=10°∼30°에 있어서의 회절 피크 중 명료한 회절 피크분을 제외한 백그라운드 성분의 면적 강도의 1.1배 이상 10배 이하인 것인 절삭 공구(1).
제1항에 있어서, 상기 경사면측의 상기 경질 소결체(4)에 대하여, XPS 분석을 행하였을 때의 B-N 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBN이라고 하고, B-O 결합을 나타내는 B의 신호의 면적 강도를 IBO라고 하면, IBO/(IBO+IBN)이 0.05 이상 0.9 이하인 것인 절삭 공구(1).