KR20150075552A - Titanium sintered alloy with improved thermal impact resistance and cutting tools using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절삭공구에 사용되는 내열충격성이 향상된 Ti계 소결합금(소위, 써멧트(cermet))에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경질상을 포함하는 코어(core)와 이 코어(core)를 둘러싼 림(rim) 구조를 갖는 Ti계 소결합금으로, 미세조직의 균일성이 확보되어 종래의 Ti계 소결합금에 비해 취성이 낮아, 특히 내마모성과 인성이 동시에 향상된 Ti계 소결합금과 이 Ti계 소결합금을 적용한 절삭공구에 관한 것이다.The present invention relates to a Ti-based sintered alloy (so-called cermet) having improved thermal shock resistance used for a cutting tool, and more particularly to a Ti-based sintered alloy having a core including a hard phase, A Ti-based sintered alloy having a rim structure, a uniformity of a microstructure is secured, and a brittleness is low as compared with a conventional Ti-based sintered alloy. In particular, a Ti-based sintered alloy having improved abrasion resistance and toughness, To a cutting tool to which the present invention is applied.
금속의 절삭 가공에 사용되는 내마모성 공구나 절삭 공구의 모재로는, 주로 WC-Co 초경합금, TiC나 Ti(C,N) 계열의 Ti계 소결합금(즉, 써메트(cermet)), 기타 세라믹 또는 고속도강 등이 사용된다.WC-Co cemented carbide, Ti-based sintered alloy (i.e., cermet) of TiC or Ti (C, N) type, other ceramics or the like is used as the base material of the wear- High-speed steel is used.
이중, WC-Co 초경합금은 전략 물질적 성격이 강한 코발트와 텅스텐으로 이루어져 있고 가격이 높은 단점이 있다.Among them, WC-Co cemented carbide is composed of cobalt and tungsten, which have strong strategic nature, and it has high disadvantage.
써메트(cermet)는 세라믹 경질상과 금속 결합상으로 이루어진 복합체를 의미하는데, 특히 절삭공구 분야에서는, TiC 또는 Ti(C,N)을 바탕으로, WC, NbC, TaC, Mo2C와 같은 경질 세라믹을 일부 혼합한 경질상 분말과 니켈(Ni), 코발트(Co) 및/또는 철(Fe)과 같은 금속을 주성분으로 하는 결합상 분말을 혼합하여 진공 또는 수소 분위기, 아르곤 분위기 하에서 소결한 세라믹-금속 복합 소결체를 말한다.Cermet refers to a composite consisting of a ceramic hard phase and a metal bond phase. In particular, in the field of cutting tools, hardness such as WC, NbC, TaC and Mo 2 C, based on TiC or Ti (C, A ceramic-ceramic powder obtained by mixing a hard phase powder partially mixed with ceramics and a binder phase powder mainly composed of a metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) and / or iron (Fe) and sintering under a vacuum, hydrogen atmosphere, Metal composite sintered body.
써메트는 높은 경도와 고온에서의 화학적 안정성, 낮은 비중과 저렴한 원료 가격 등의 장점이 있어, WC-Co계 초경합금을 대체하기 위한 물질로 주목을 받아 왔고 일부 분야에서 대체 물질로서의 사용이 시도되고 있으나, WC-Co계 초경합금에 비해 상대적으로 인성이 낮은 점이 적용 확대에 제한 요소로 작용하고 있다.Cermet has been attracting attention as a substitute for WC-Co cemented carbide because of its high hardness, chemical stability at high temperature, low specific gravity and low cost of raw material. , And WC-Co-based cemented carbide are relatively limited in toughness.
예를 들어, TiC를 이용하여 써메트를 제조하는 경우, 소결 시 니켈(Ni), 코발트(Co) 및/또는 철(Fe) 등의 결합상 금속을 사용하게 되는데, 이 경우, WC-Co 조합에 비해서 젖음각(wetting angle)이 크기 때문에, TiC의 급속한 입성장이 일어나게 되어 그 결과로 인성이 떨어지는 문제점이 있었다.For example, when a cermet is manufactured using TiC, a binding metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) and / or iron (Fe) is used in sintering. In this case, The wetting angle is large, so that a rapid grain growth of TiC occurs, resulting in a problem of poor toughness.
이러한 TiC를 이용한 써메트의 문제점은, TiC에 TiN을 첨가하여 열역학적으로 보다 안정하며 미세한 조직을 갖는 Ti(C,N)을 형성함으로써, 어느 정도 인성의 증가를 얻을 수 있었다.The problem of the cermet using TiC is that TiC is thermodynamically more stable and TiC (C, N) having a fine structure is formed by adding TiN to TiC to obtain an increase in toughness to some extent.
또한, 종래의 TiC계 또는 Ti(C,N)계 써메트 소결체의 미세조직에는, 통상 TiC 또는 Ti(C,N)으로 존재하는 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸고 첨가된 다른 탄화물 간의 고용체(solid-solution:(Ti,M1,M2…)(C,N)으로 나타난다)로 이루어진 림(rim)이 형성된 유심구조(core/rim structure)가 생성된다. 이와 같이, 코어(core)를 둘러싼 림(rim) 조직은 코어를 이루는 TiC 또는 Ti(C,N)에 비해 높은 인성을 갖는 조직이므로, 써메트의 인성 향상에 도움을 줄 수 있다.In the microstructure of a conventional TiC-based or Ti (C, N) -type cermet sintered body, a solid solution containing a core existing as TiC or Ti (C, N) and another carbide added around the core a core / rim structure is formed in which a rim consisting of a solid-solution: (Ti, M1, M2 ...) (C, N) As described above, the rim structure surrounding the core is a structure having higher toughness than TiC or Ti (C, N) constituting the core, and thus can improve the toughness of the cermet.
그러나 유심구조의 써메트도 취성을 유발하는 코어가 존재하기 때문에, WC-Co계 초경합금에 비하면 인성이 떨어져 WC-Co계 초경합금을 완전하게 대체하지 못하는 문제점이 있다.However, since the cermet of the centrifugal structure has a brittle core, there is a problem that the toughness is lower than that of the WC-Co cemented carbide and the WC-Co cemented carbide can not be completely replaced.
이에 따라, Ti가 주성분으로 이루어진 써메트 합금에서 내결손성을 높이기 위해서 Co,Ni,Fe와 같은 금속 결합상의 함량을 증가시키거나 Ti의 함유량을 줄임으로써 부족한 인성을 보완하고자 하는 시도가 있었다.Accordingly, attempts have been made to compensate for insufficient toughness by increasing the content of metal bond phases such as Co, Ni, and Fe or decreasing the content of Ti in order to increase resistance to cementing in a cermet alloy containing Ti as a main component.
또한, 합금의 탄소와 질소 함유량을 조절하여 유심구조의 두께를 조절하여 합금의 강도나 인성을 개선시키려는 연구도 진행되었으나 이를 위해서 Co, Ni, Fe와 같은 금속 결합상의 함량의 총 함량이 감소할 때는 그 효과가 크게 나타나지 않는 문제점이 있었다.In addition, studies have been made to improve the strength and toughness of alloys by controlling the carbon and nitrogen content of the alloys by controlling the thickness of the core structure. However, when the total content of the metal bond phases such as Co, Ni and Fe decreases There is a problem that the effect is not remarkably exhibited.
또한, 특허문헌 1~5에는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 유심구조가 없는 완전 고용상으로 이루어진 경질상 분말과, 이를 이용하여 유심구조가 없는 소결체와 이의 제조방법이 개시되어 있다.Further,
상기 특허문헌 들에 개시된 소결체의 경우, 출발 원료물질로 유심구조가 없는 고용상 분말의 입도를 200nm 이하로 한정하여 조직의 미세화와 소결온도를 낮추는 방법을 사용하고 있다.In the case of the sintered body disclosed in the above patent documents, a finer grain size and a sintering temperature of the sintered body are limited by limiting the grain size of the solid phase powder having no core structure to 200 nm or less as a starting raw material.
그런데, 최소 100Kg 이상의 대량 생산시에는 상기 특허문헌들에 제시된 바와 같이, 소결체의 출발물질로 200nm 이하의 나노 사이즈 분말을 사용할 경우, 분말이 응집되고 산화되기 쉽기 때문에, 상기 공개특허들에 제시된 소결체의 제조방법은 대량생산이 어려운 문제점이 있다.However, at the time of mass production of at least 100 kg or more, as shown in the above patent documents, when a nano-sized powder of 200 nm or less is used as a starting material of a sintered body, the powder tends to aggregate and oxidize, There is a problem that mass production is difficult.
더욱이, 상기 특허문헌들에 개시된 소결체의 경우, 고용상 분말의 입도를 200nm 이하로 한정하면서도, 높은 파괴인성을 얻기 위해 금속 결합상을 20중량% 정도 함유시키고 있는데, 금속 결합상의 함량을 20중량%로 높게 유지할 경우 절삭 공구로서 요구되는 경도와 내마모성을 얻기 어렵게 된다.Furthermore, in the case of the sintered body disclosed in the above patent documents, the metal phase is contained in an amount of about 20% by weight in order to obtain a high fracture toughness, while the particle size of the solid phase powder is limited to 200 nm or less. It is difficult to obtain hardness and abrasion resistance required as a cutting tool.
한편, 최근에는 Cr, VC와 같은 결정립 성장 억제성분을 첨가하여 미립조직을 얻는 방법과 소결체 표면에 Co 농도 또는 Ni 농도를 증가시키 내마모성과 인성을 개선하기 위한 연구가 진행중에 있으나, 소결체 제조를 위한 과정에서 균일한 농도 구배를 얻기가 어렵기 때문에 대량생산에는 한계가 있다.On the other hand, in recent years, studies have been made to improve the abrasion resistance and toughness by increasing the Co concentration or Ni concentration on the surface of the sintered body by adding a grain growth inhibiting component such as Cr and VC to the microstructure, It is difficult to obtain a uniform concentration gradient in the process, so there is a limitation in mass production.
본 발명의 과제는 미세조직의 제어를 통해 유심구조를 유지하면서도 취성을 낮추고 동시에 내마모성도 유지할 수 있어 특히 내열충격성이 향상된 Ti계 소결합금을 제공하는 것이다.The present invention provides a Ti-based sintered alloy having improved thermal shock resistance because it can maintain the core structure and control the microstructure while lowering the brittleness and maintaining the wear resistance.
또한, 본 발명의 다른 과제는 상기한 Ti계 소결합금을 사용하여 제조된 절삭공구를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cutting tool manufactured using the Ti-based sintered alloy.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 40~94중량%와, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속 5~20중량%와, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 2~10중량%를 포함하는 원료분말을 소결한 Ti계 소결합금으로, 상기 소결합금은 코어-림(core-rim) 구조를 가지고, EBSD 분석 시, Ti 성분을 포함하는 상(phase) 중에서 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 88% 이상인 Ti계 소결합금을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises 40 to 94% by weight of Ti ( Cx , Ny ) (0 <x + y <1) and 5 to 20% by weight of at least one metal selected from Fe, And 2 to 10% by weight of a carbide, a carbonitride or a mixture thereof of at least one metal selected from Group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table; and a sintered Ti- Alloy has a core-rim structure. In the EBSD analysis, a Ti-based sintered alloy having an area fraction of a phase of 2.0 mu m to 3.5 mu m in a phase containing Ti component of 88% .
상기 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1)에서, x/y는 1 미만일 수 있다.In the above Ti (C x , N y ) (0 <x + y <1), x / y may be less than 1.
상기 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 분말은, TiCN 분말과 Ti(Cx,Ny)(x/y＜1) 분말의 혼합물로 이루어지고, 상기 Ti(Cx,Ny)(x/y＜1) 분말은 전체 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 중량에 대해 20~50중량%일 수 있다.The Ti (C x, N y) (0 <x + y <1) powder, TiCN powder and the Ti (C x, N y) (x / y <1) formed of a mixture of the powder, the Ti (C x , y ) powder (x / y < 1) may be 20 to 50 wt% based on the total weight of Ti ( Cx , Ny ) (0 <x + y <1).
상기 Ti 성분을 포함하는 상(phase) 중에서, 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 90%~95%일 수 있다.Among the phases containing the Ti component, the area fraction of the phase having a size of 2.0 mu m to 3.5 mu m may be 90% to 95%.
또한, 본 발명은 상기한 Ti계 소결합금으로 제조된 절삭공구를 제공한다.The present invention also provides a cutting tool made of the Ti-based sintered alloy.
또한, 본 발명은 상기한 Ti계 소결합금 표면부에 물리적 또는 화학적 증착법으로 피막이 형성된 소결합금을 제공한다.The present invention also provides a sintered alloy having a coating formed on the surface of the Ti-based sintered alloy by physical or chemical vapor deposition.
본 발명에 따른 써메트는 코어-림 구조로 이루어진 미세조직 중에서 특히 Ti를 포함하는 상(Phase) 중 특정한 크기 입자의 분율을 크게 향상시킴으로써, 써메트의 취성이 낮아지며, 이는 써메트의 열충격성을 향상시키는 효과를 나타낸다.The cermet according to the present invention significantly improves the fragility of the cermet by improving the fraction of specific size particles among the phase containing Ti among the microstructures made of the core-rim structure, .
도 1은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 써메트의 미세조직 사진이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 써메트의 미세조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 써메트의 미세조직을 EBSD로 분석한 그래프 및 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 써메트의 미세조직을 EBSD로 분석한 그래프 및 데이터를 나타낸 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a microstructure photograph of a cermet prepared according to Example 3 of the present invention. Fig.
2 is a microstructure photograph of a cermet prepared according to Comparative Example 1. Fig.
3 shows a graph and data obtained by analyzing the microstructure of cermet prepared according to Example 3 of the present invention by EBSD.
4 shows a graph and data obtained by analyzing the microstructure of the cermet prepared according to Comparative Example 1 with EBSD.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한 첨부된 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 발명의 이해를 위하여 과장된 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. It is also to be understood that the size or thickness of the films or regions in the accompanying drawings is exaggerated for the understanding of the invention.
이하의 설명에서 하기의 용어들은 다음과 같이 정의된다.In the following description, the following terms are defined as follows.
'Ti 성분을 포함하는 상(phase)'이란, Ti(C,N)으로 존재하는 코어(core)는 물론, 상기 코어를 둘러싸고 첨가된 다른 탄화물 간의 고용체(solid-solution:(Ti,M1,M2…)(C,N)를 포함한다.The term "phase containing a Ti component" refers to a solid-solution (Ti, M1, M2 (Ti, C, N)) surrounded by a core existing as Ti ...) (C, N).
'2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율'이란, 가로 및 세로가 20㎛×20㎛인 면적의 미세조직에 대해 EBSD(Electron Back Scatter Diffraction)분석방법으로 Ti성분에 대하여 맵핑 한 이후 Ti가 함유된 경질상 중에서, 입자크기가 '2.0㎛~3.5㎛'인 입자가 차지하는 면적분율을 의미한다.The area fraction of a phase of 2.0 mu m to 3.5 mu m means that the microstructure having an area of 20 mu m x 20 mu m in width and width is mapped to a Ti component by EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) Means an area fraction occupied by particles having a particle size of from 2.0 mu m to 3.5 mu m in a hard phase containing Ti.
본 발명자들은 대량생산성을 저하시키지 않고, 내마모성을 유지하면서도 유심구조를 갖는 Ti계 소결합금의 취성을 낮출 수 있는 방법에 대해 연구한 결과, 'Ti 성분을 포함하는 상(phase)'의 입자 중 그 크기가 '2.0㎛~3.5㎛' 범위에 있는 입자의 비율을 소정 비율 이상으로 유지하도록 균질하게 형성할 경우, Ti계 소결합금의 취성을 크게 낮출 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.The inventors of the present invention have studied a method of lowering the brittleness of a Ti-based sintered alloy having a centrifugal structure while maintaining abrasion resistance without deteriorating mass productivity. As a result, it has been found that the particles of the Ti- The sinterability of the Ti-based sintered alloy can be significantly lowered when the size of the particles in the range of 2.0 μm to 3.5 μm is uniformly maintained so as to be maintained at a predetermined ratio or more.
본 발명에 따른 Ti계 소결합금은, Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 40~94중량%와, Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속 5~20중량%와, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 2~10중량%를 포함하고, 코어-림(core-rim) 구조를 가지며, EBSD 분석 시 Ti 성분을 포함하는 상(phase) 중에서 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 88% 이상인 것을 특징으로 한다.The Ti-based sintered alloy according to the present invention comprises 40 to 94% by weight of Ti (C x , N y ) (0 <x + y <1) and 5 to 20% by weight of at least one metal selected from Fe, And 2 to 10% by weight of a carbide, a carbonitride or a mixture thereof of at least one metal selected from Group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table, and having a core-rim structure, The area fraction of the phase having a size of 2.0 mu m to 3.5 mu m in the phase containing the Ti component in the EBSD analysis is 88% or more.
상기 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1)의 함량이 40중량% 미만일 경우 소결체의 경도가 저하하여 내마모성이 저하될 수 있고, 94중량%를 초과할 경우 Ti(Cx,Ny)을 제외한 WC, Ta, Nb, Mo 및 그외의 탄화물과 금속 결합상의 총 함량이 6중량%로 낮아 취성이 매우 강한 소결체가 되어 절삭공구로 사용되기에 적합한 인성을 얻기 어려우므로, 40~94중량%로 한다. 이때, 바람직한 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1)의 함량은 45~80중량%이다. The Ti (C x, N y) (0 <x + y <1) If the 40% less than the content of may be the wear resistance reduced by the hardness of the sintered body decreases, if it exceeds 94 wt% Ti (C x , N y ), the total content of WC, Ta, Nb, Mo, and other carbides and metal bonding phases is as low as 6% by weight, so that it is difficult to obtain a toughness suitable for use as a cutting tool, To 94% by weight. At this time, the content of Ti (C x , N y ) (0 <x + y <1) is preferably 45 to 80% by weight .
상기 Fe, Co 및 Ni 중에서 선택된 1종 이상의 금속(즉, 결합상)은 5중량% 미만일 경우 경질상인 Ti와의 젖음성이 낮아져 취성이 증가하여 절삭공구의 수명을 저하시키고, 20중량%를 초과할 경우 절삭가공에 요구되는 경도와 내마모성을 얻기 때문에, 5~20중량%로 한다. 이때, Ti계 소결합금의 경도와 파괴인성 등을 고려한 바람직한 결합상의 함량은 12~15중량%이다.If the amount of the at least one metal selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni is less than 5% by weight, wettability with Ti, which is a hard phase, is lowered and brittleness is increased to lower the life of the cutting tool. It is 5 to 20% by weight in order to obtain hardness and abrasion resistance required for cutting. At this time, the content of the preferable bonding phase in consideration of hardness and fracture toughness of the Ti-based sintered alloy is 12 to 15% by weight.
주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물(즉, 입성장 억제재)는 2.0중량% 미만일 경우 가공 시 발생하는 고온 열저항성에 대해 취약해질 수 있고, 10중량%를 초과할 경우 경질상 및 금속 결합상과의 결합력을 저하시켜 가공 시 발생하는 외부충격에 대한 저항성이 낮아지기 때문에, Ti계 소결합금의 경도, 파괴인성 등을 고려한 바람직한 입성장 억제재의 함량은 2~10중량%이다.Carbonates, carbonitrides, or mixtures thereof (i.e., grain growth inhibitors) of at least one metal selected from Group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table are susceptible to high temperature heat resistance If it exceeds 10% by weight, the bond strength with the hard phase and the metal bond phase is lowered and the resistance against external impact generated during processing is lowered. Therefore, it is preferable to use a Ti-based sintered alloy in consideration of hardness, fracture toughness, The content of the growth inhibitor is 2 to 10% by weight.
상기 'Ti 성분을 포함하는 상(phase)' 중에서 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 88% 이상이 되도록 균질하여야만 Ti계 소결합금의 취성을 낮출 수 있으며, 90%~95%가 바람직하고, 92%~95%가 보다 바람직하다.The brittleness of the Ti-based sintered alloy can be lowered by homogenizing the phase fraction of the phase having a size of 2.0 mu m to 3.5 mu m in the phase containing the Ti component to not less than 88% %, More preferably 92% to 95%.
상기 Ti(Cx,Ny)에서 x/y는 1 이상이고 x가 0.49를 초과할 경우 본 발명에 따른 조직을 얻을 수 없으므로 x/y는 1 미만이고 x는 0.49 이하로 유지해야 한다. 이를 위해 합금을 제조하기 위한 전체 TiCN 원료분말에서 Ti(Cx,Ny) x/y가 1.0 미만인 분말의 비율이 20~50중량%가 되도록 조절하는 것이 바람직한데, 이는 20중량% 미만일 경우 N2의 함량이 너무 많아지게 되어 소결성 저하를 야기시킬수 있으며, 50중량%를 초과하면 본 발명에 따른 조직을 얻기 어렵기 때문이다.If x / y is greater than or equal to 1 and x is greater than 0.49 in the Ti (C x , N y ), x / y should be less than 1 and x should be less than 0.49 since the tissue according to the present invention can not be obtained. For this purpose, it is preferable to control the ratio of powder having Ti (C x , N y ) x / y of less than 1.0 in the entire TiCN raw material powder for preparing the alloy to 20 to 50 wt% 2 is too large to cause the sinterability to deteriorate. If it exceeds 50 wt%, it is difficult to obtain the structure according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on preferred embodiments of the present invention.
Ti계 소결합금의 제조과정은 다음과 같다.Ti-based sintered alloy is manufactured as follows.
먼저, 원료분말을 직경 5mm의 초경 구석과 함께 알코올을 용매로 하여 어트라이터를(Attritor) 이용하여 약 20시간 밀링하여 혼합 슬러리를 제조한다.First, the raw material powder is milled for 20 hours using an attritor with a 5 mm diameter carbide corner and alcohol as a solvent to prepare a mixed slurry.
이때, 원료분말의 조성은 하기 표 1과 같이 하였다.The composition of the raw material powder was as shown in Table 1 below.
이후, 혼합된 슬러리를 스프레이 드라이어에서 건조한 후 성형체를 제조하고 제조된 성형체를 Ar, N2, CH4, H2 중 한가지 이상의 불활성 가스를 사용하는 가압 소결 방식으로 최고 소결온도 1400~1500℃ 범위에서 소결을 실시하여 최종 소결체를 얻었다. 구체적인 제조방법은 다음과 같다.
Thereafter, the mixed slurry is dried in a spray drier, and a compact is produced. The compact is pressurized and sintered using at least one inert gas such as Ar, N 2 , CH 4 , and H 2 to a maximum sintering temperature of 1400 to 1500 ° C. Followed by sintering to obtain a final sintered body. The specific manufacturing method is as follows.
소결체의 미세조직Microstructure of sintered body
이상과 같이 제조된 소결체에 대해 먼저 주사전자현미경으로 미세조직을 관찰하였다. 도 1은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 써메트의 미세조직 사진이고, 도 2는 비교예 1에 따라 제조된 써메트의 미세조직 사진이다.The microstructure of the sintered body thus prepared was observed by a scanning electron microscope. Fig. 1 is a microstructure photograph of a cermet prepared according to Example 2 of the present invention, and Fig. 2 is a microstructure photograph of a cermet prepared according to Comparative Example 1. Fig.
도 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 써메트의 미세조직은 비교적 균일한 미세조직을 이루고 있고, 비교예 1에 따른 써메트의 미세조직은 입자의 크기가 고르지 못한 미세조직을 이루고 있음을 알 수 있다.As can be seen from Fig. 1, the microstructure of the cermet prepared according to Example 2 of the present invention has a relatively uniform microstructure, and the microstructure of the cermet according to Comparative Example 1 has an uneven particle size And it can be seen that the microstructure is formed.
이와 같은 미세조직의 차이를 보다 정밀하게 분석하기 위하여, EBSD(Electron Back Scatter Diffraction) 분석방법으로 Ti성분에 대하여 맵핑 한 이후 'Ti가 함유된 경질상 입자' 중에서 입자 크기가 2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율을 측정하였다. 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 써메트의 미세조직을 EBSD로 분석한 그래프 및 데이터를 나타낸 것이고, 도 4는 비교예 1에 따라 제조된 써메트의 미세조직을 EBSD로 분석한 그래프 및 데이터를 나타낸 것이다.In order to more precisely analyze the difference in microstructure, after mapping with respect to the Ti component by an Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) analysis method, particles having a particle size of 2.0 to 3.5 μm among the 'hard phase particles containing Ti' Was measured. FIG. 3 is a graph and data obtained by analyzing the microstructure of the cermet prepared according to Example 2 of the present invention by EBSD, and FIG. 4 is a graph showing the result of analysis of the microstructure of the cermet prepared according to Comparative Example 1 by EBSD Graphs and data.
도 3과 도 4에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 2와 비교예 1에 따라 제조된 써메트의 미세조직상 'Ti가 함유된 경질상 입자' 중에서 입자 크기가 2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율(도 3 및 4의 우측에 표시된 수치)은 상당한 차이를 나타낸다.As can be seen from FIG. 3 and FIG. 4, among the microstructured "hard phase particles containing Ti" of the cermet prepared according to Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention, particles having a particle size of 2.0 to 3.5 μm (The values shown on the right side of Figs. 3 and 4) show a significant difference.
하기 표 2는 본 발명의 실시예 1~3과 비교예 1~4에 따라 제조된 써메트의 미세조직상 'Ti가 함유된 경질상 입자' 중에서 입자 크기가 2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율을 측정한 결과를 나타낸 것이다.Table 2 shows the area fraction of the particles having a particle size of 2.0 to 3.5 占 퐉 among the microstructured "Ti-containing hard phase particles" of the cermet prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention As shown in FIG.
2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율(%)Among the 'hard phase particles containing Ti'
Area fraction (%) of particles having 2.0 to 3.5 탆
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~3에 따른 써메트의 경우 'Ti가 함유된 경질상 입자' 중에서 입자 크기가 2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율은 88%를 초과하나, 비교예 1~4에 따른 써메트의 경우, 'Ti가 함유된 경질상 입자' 중에서 입자 크기가 2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율이 82% 이하로 낮음을 알 수 있다.
As can be seen from the above Table 2, in the case of the cermet according to Examples 1 to 3 of the present invention, among the 'hard phase particles containing Ti', the area fraction of the particles having a particle size of 2.0 to 3.5 μm exceeded 88% In the case of the cermet according to Comparative Examples 1 to 4, the area fraction of the particles having a particle size of 2.0 to 3.5 μm among the 'hard phase particles containing Ti' is as low as 82% or less.
절삭성능 평가Cutting performance evaluation
이상과 같이 제조된 소결체로 만들어진 인써트의 절삭성능을 다음과 같이 평가하였다. 절삭성능 평가는 내마모성 평가와 인성 평가를 수행하였으며, 구체적인 절삭성능의 평가조건은 다음과 같다.The cutting performance of the insert made of the sintered body manufactured as described above was evaluated as follows. The abrasion resistance and toughness evaluation of the cutting performance were carried out. The evaluation conditions of the specific cutting performance are as follows.
① 선삭 내마모성 실시 조건 ① Turn abrasion resistance condition
- 피삭재: SCM440(합금강)- Worked material: SCM440 (alloy steel)
- 절삭속도: vc=230 m/min- Cutting speed: vc = 230 m / min
- 이송(공급): fn=0.25mm/rev- Feed (feed): fn = 0.25mm / rev
- 절삭깊이: ap=2.0mm- Cutting depth: ap = 2.0 mm
- 절삭 인써트 형상: SNGN120408- Cutting insert geometry: SNGN120408
- 절삭유: 건식 조건 (잘삭유 사용 없음)- Coolant: dry condition
- 평가방법: 상기 조건에서 최대 50분 실시하고, 공구 현미경에서 사진 촬영을 실시 한 후, 상면부 및 측면부 마모 상태를 비교- Evaluation method: After performing the above-mentioned conditions for a maximum of 50 minutes and taking a photograph under a tool microscope, the upper and lower side abrasion conditions are compared
② 선삭 인성(내결손성) 실시 조건② Turning toughness (defect resistance) Conduct condition
- 피삭재: SCM440 -4구홈- Workpiece: SCM440 -4 groove
- 절삭속도: 200m/min- Cutting speed: 200 m / min
- 이송(공급): 0.1 mm/rev~0.25 mm/rev (가변 이송 적용)- Feed (feed): 0.1 mm / rev to 0.25 mm / rev (variable feed)
- 절삭깊이: 2.0 mm- Cutting depth: 2.0 mm
- 절삭 인서트 형상: SNGN120408- Cutting insert geometry: SNGN120408
- 평가방법: 상기 조건에서 60초간 절삭을 실시 한 후 인선부가 깨지지 않고 유지되는 시점의 이송을 내결손성 이송으로 결정- Evaluation method: After cutting for 60 seconds under the above conditions, the feed at the time when the cutting edge remains unbreakable is determined by the defect-free feed
상기 2가지 절삭성능 시험의 결과는 하기 표 3과 같았다.The results of the above two cutting performance tests are shown in Table 3 below.
2.0~3.5㎛인 입자의 면적분율(%)Among the 'hard phase particles containing Ti'
Area fraction (%) of particles having 2.0 to 3.5 탆
도달시간0.2 mm
Reach time
걸린 이송Until destroyed
Transfer
상기 표 3에서 '0.2 mm도달 시간'은 내마모성을 나타내는 항목으로, 측면 여유면 마모가 0.2 mm까지 도달되는 시간을 의미하며, 이 수치가 높을수록 내마모성이 우수한 것으로 평가한다.In Table 3, "0.2 mm reaching time" indicates wear resistance, which means the time for the side margin surface wear to reach 0.2 mm, and the higher the value, the better the abrasion resistance.
또한, '파괴시까지 걸린 이송( mm/rev)'은 인성 또는 내결손성을 나타내는 항목으로, 회전당 이동 거리를 의미하며, 이 수치가 높을 수록 인성 또는 내결손성이 우수한 것으로 평가한다.Also, the 'transfer (mm / rev) taken until the fracture' indicates the toughness or the resistance to breakage, which means the movement distance per rotation, and the higher the value, the better the toughness or resistance to breakage.
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~3은 내마모성의 측면에서 비교예 1~4에 비해 우수하고, 특히 실시예 2 및 3은 비교예 1~4에 비해 상당히 향상된 내마모성을 나타낸다.As shown in Table 3, Examples 1 to 3 of the present invention are superior to those of Comparative Examples 1 to 4 in terms of abrasion resistance, and in particular, Examples 2 and 3 exhibit significantly improved wear resistance as compared to Comparative Examples 1 to 4 .
또한, 인성 및 내결손성의 측면에서도, 본 발명의 실시예 1 및 2는 비교예 1~4에 비해 향상된 인성 및 내결손성을 나타낸다.In addition, Examples 1 and 2 of the present invention exhibit improved toughness and resistance to breakage, as compared with Comparative Examples 1 to 4, in terms of toughness and resistance to breakage.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 써메트는 비교예에 따른 써메트에 비해 내마모성과 인성이 향상되었음을 알 수 있으며, 이와 같은 특성으로 인해 본 발명의 실시예에 따른 써메트로 절삭공구를 제조할 경우, 절삭공구의 내열충격성이 향상되게 된다.
That is, it can be seen that the cermet according to the embodiment of the present invention has improved abrasion resistance and toughness as compared with the cermet according to the comparative example. In the case of manufacturing the thermometer cutting tool according to the embodiment of the present invention, , The thermal shock resistance of the cutting tool is improved.
Claims (6)
상기 소결합금은 코어-림(core-rim) 구조를 가지고,
EBSD 분석 시, Ti 성분을 포함하는 상(phase) 중에서 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 88% 이상인 Ti계 소결합금.40 to 94% by weight of Ti ( Cx , Ny ) (0 <x + y <1), 5 to 20% by weight of at least one metal selected from Fe, Co and Ni, Based sintered alloy obtained by sintering a raw material powder containing 2 to 10% by weight of a carbide, a carbonitride or a mixture thereof of at least one metal selected from the group consisting of Ti,
The sintered alloy has a core-rim structure,
A Ti-based sintered alloy having an area fraction of a phase having a size of 2.0 mu m to 3.5 mu m in the phase containing the Ti component in the EBSD analysis of not less than 88%.
Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1)에서, x/y는 1 미만인 Ti계 소결합금.The method according to claim 1,
Ti-based sintered alloy wherein x / y is less than 1 at Ti ( Cx , Ny ) (0 < x + y <
Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 분말은, TiCN 분말과 Ti(Cx,Ny)(x/y＜1) 분말의 혼합물로 이루어지고, 상기 Ti(Cx,Ny)(x/y＜1) 분말은 총 Ti(Cx,Ny)(0<x+y<1) 분말량에 대해 20~50중량%인 Ti계 소결합금.The method according to claim 1,
Ti (C x, N y) (0 <x + y <1) powder, TiCN powder and the Ti (C x, N y) (x / y <1) formed of a mixture of the powder, the Ti (C x , N y ) (x / y < 1) powder is 20 to 50 wt% with respect to total Ti (C x , N y ) (0 <x + y <1) powder.
상기 Ti 성분을 포함하는 상(phase) 중에서, 2.0㎛~3.5㎛ 크기인 상(phase)의 면적분율이 90%~95%인 Ti계 소결합금.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A Ti-based sintered alloy having an area fraction of a phase of 2.0 mu m to 3.5 mu m in a phase containing the Ti component of 90% to 95%.
A sintered alloy having a coating formed on the surface of a Ti-based sintered alloy according to any one of claims 1 to 3 by physical or chemical vapor deposition.
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