KR20160077705A - 절삭공구 - Google Patents

절삭공구 Download PDF

Info

Publication number
KR20160077705A
KR20160077705A KR1020140187929A KR20140187929A KR20160077705A KR 20160077705 A KR20160077705 A KR 20160077705A KR 1020140187929 A KR1020140187929 A KR 1020140187929A KR 20140187929 A KR20140187929 A KR 20140187929A KR 20160077705 A KR20160077705 A KR 20160077705A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base material
layer
content
cfl
present
Prior art date
Application number
KR1020140187929A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101675649B1 (ko
Inventor
김용현
김정욱
이성구
안선용
Original Assignee
한국야금 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국야금 주식회사 filed Critical 한국야금 주식회사
Priority to KR1020140187929A priority Critical patent/KR101675649B1/ko
Priority to US15/517,166 priority patent/US10526712B2/en
Priority to CN201580065198.4A priority patent/CN107002270B/zh
Priority to PCT/KR2015/012054 priority patent/WO2016104943A1/ko
Priority to DE112015005009.4T priority patent/DE112015005009B4/de
Publication of KR20160077705A publication Critical patent/KR20160077705A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101675649B1 publication Critical patent/KR101675649B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • C25D5/42—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of light metals
    • C25D5/44—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/04—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner applied by chemical vapour deposition [CVD]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/36—Multi-layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23C2228/10—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2204/00—End product comprising different layers, coatings or parts of cermet

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 모재의 표면과 표면으로부터 소정 깊이까지의 Co 함량의 차이 및 경도 차이가 작은 CFL층을 구비하여, 고경도 피막을 형성하면서도 상대적으로 두꺼운 CFL층의 형성할 수 있어, 고속 이송, 고속 가공에 적합한 절삭공구에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 탄화텅스텐(WC)를 주성분으로 하는 입자와, Co를 주성분으로 하는 결합상과, 4a족, 5a족 및 6a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 고용체를 포함하는 입자를 포함하는 모재와, 이 모재 상에 형성되는 경질피막을 포함하며, 상기 경질피막은 적어도 알루미나층을 포함하고, 상기 모재의 표면으로부터 내부로 탄화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 CFL(Cubic pahse Free Layer)층이 10~50㎛까지 형성되어 있으며, 상기 CFL층의 표면의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 80% 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

절삭공구 {CUTTING TOOL}
본 발명은 모재의 표면에 경질피막이 형성된 절삭공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면의 Co 함량 및 모재 내부의 Co 함량과 CFL층의 최대 Co 함량과의 차이를 최소화한 CFL층을 구비한 모재 상에 경질피막을 형성함으로써, 고속 이송, 고속 가공에 적합한 절삭공구에 관한 것이다.
절삭공구용 초경합금은 WC 경질상과 Co 결합금속상의 복합재료로 대표적인 분산형 합금이며, 그 기계적 특성은 기본적으로 WC 경질상의 입도와 Co 결합금속상의 양에 의존하며, 특히 경도와 인성은 상호 반비례하는 관계에 있고, 절삭가공 방법에 따라 절삭공구용 초경합금에 요구되는 특성도 달라지며, 이에 따라 초경합금의 기계적 특성을 제어하기 위한 다양한 시도가 행해져 왔다.
최근 절삭가공시장은 원가 절감을 통한 경쟁력 향상을 목적으로 가공시간(Cycle Time) 단축에 대한 요구가 커지고 있다. 가공시간 단축을 위하여 절삭조건도 점차적으로 고속, 고이송 조건으로 변모하고 있어, 이에 대응한 절삭공구의 물성도 고속, 고이송 조건에서도 양호한 절삭가공이 이루어 질 수 있도록 내마모성과 인성이 동시에 양호한 특성을 구비할 필요성이 높아지고 있는 실정이다.
이에 따라, 절삭공구에 피복되는 경질피복도 고온에서 안정성이 우수한 알파상의 알루미나층을 포함하는 피복이 선호되고 있으며, 알루미나층의 하지층으로 형성되는 MT-TiCN층도 고경도화 추세로 미세하고 균일한 주상정 조직이 선호되고 있다.
한편, 절삭공구의 모재에 불균일한 소성변형 발생할 경우, 모재 상에 형성된 고경도 피막에는 치핑이 쉽게 발생하므로, 고경도화된 피막의 물성이 제대로 발휘되기 위해서는 피막의 수직 방향에 대한 모재 특성의 안정성이 요구된다.
경질피막이 형성되는 모재의 표층부에는 특허문헌에 개시된 바와 같이, 절삭가공 시에 발생하는 충격을 흡수할 수 있도록, 표면부터 약 10~40㎛ 깊이까지 모재를 구성하는 입방정의 탄화물이 존재하지 않는 층(Cubic Free Layer, 이하 'CFL층'이라 함)을 형성하는데, 전술의 피막의 고경도화에는 CFL층의 균일성(위치별 미세조직의 균일성, 위치별 조성의 균일성)이 요구된다.
그런데, 현재 상용화된 초경합금의 CFL층은 모재의 표면으로부터 내부로 갈수록 Co의 함량이 약 2배 정도까지 차이가 날 정도로 조성의 차이가 크고, 이러한 큰 Co 함량의 차이에 따라, CFL층의 경도도 표면과, CFL층 및 모재 내부에서의 경도 차이가 매우 크다.
이러한 CFL층의 두께에 따른 조성 및 경도의 현저한 차이는 모재의 안정성을 떨어뜨려, 모재 상에 형성된 고경도 피막의 특성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있으므로, 최근에는 CFL층의 두께를 줄이는 방향으로 연구개발이 이루어지고 있다.
그런데, CFL층은 기본적으로 절삭가공 시의 충격을 흡수하기 위한 것이므로, CFL층의 두께를 많이 줄일 경우, 충격흡수가 줄어들어 절삭공구의 내충격성이 떨어져 결과적으로 절삭공구의 수명이 단축되는 문제가 발생한다.
한국공개특허공보 제2005-0110822호
본 발명은 고경도 피막 형성 시 CFL층에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄화텅스텐(WC)를 주성분으로 하는 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합상으로 이루어진 모재의 표면의 Co 함량과 CFL층의 최대 Co 함량의 차이를 최소화한 CFL층을 구비한 모재 상에 경질피막을 형성함으로써, 고속 이송, 고속 가공에 적합한 절삭공구를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 탄화텅스텐(WC)를 주성분으로 하는 입자와, Co를 주성분으로 하는 결합상과, 4a족, 5a족 및 6a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 고용체를 포함하는 입자를 포함하는 모재와, 이 모재 상에 형성되는 경질피막을 포함하며, 상기 경질피막은 적어도 알루미나층을 포함하고, 상기 모재의 표면으로부터 내부로 탄화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 CFL(Cubic pahse Free Layer)층이 10~50㎛까지 형성되어 있으며, 상기 CFL층의 표면의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구를 제공한다.
이 구성에 의하면, 모재 표면의 Co 함량과 CFL층 중에서 가장 Co 함량이 높은 부분의 차이가 CFL층 최대 Co 함량 대비 20% 이하로 CFL층의 Co 함량의 불균일성이 줄어들며 이로 인해 CFL층의 두께에 따른 경도 불균일성도 크게 줄어들게 된다. 이에 따라 상기 CFL층 상에 형성된 하지층과 알루미나층을 고경도 피막으로 형성하더라도 모재 표면부의 불균일성이 줄어들기 때문에, CFL층의 두께를 얇게 하지 않아도 고경도 피막의 내치핑성에는 나쁜 영향을 미치지 않게 되고, 동시에 충격흡수를 하는 CFL층의 두께는 비교적 크게 유지할 수 있어, 절삭가공시의 내충격성도 유지할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 절삭공구를 구성하는 모재는 표면과 내부의 Co 함량의 차이 및 경도 차이가 작은 CFL층을 구비하여, 고경도 피막을 형성하면서도 상대적으로 두꺼운 CFL층의 형성하여도 절삭성능이 유지될 수 있어, 고속 이송, 고속 가공에 적합한 우수한 내마모성과 내충격성을 구비할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 Co 함량을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 경도를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 3에 따른 절삭공구용 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 Co 함량을 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 3에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 경도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금 모재와, 비교예 3에 따른 초경합금 모재에 경질피막을 형성한 후, 절삭성능 시험을 평가한 후의 절삭공구 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명에 있어서, 'CFL(Cubic phase Free Layer)층'이란, 초경합금 소결체로 이루어진 모재의 표면에서 소정 깊이까지 결합상이 리치(rich)하고 입방정 탄화물 상(phase)이 없는 표면 구역을 의미한다.
또한, '모재 내부'란 CFL층을 벗어난 영역에서 Co의 조성이 일정해지는 부분을 의미한다.
본 발명에 따른 절삭공구는, 탄화텅스텐(WC)를 주성분으로 하는 입자와, Co를 주성분으로 하는 결합상과, 4a족, 5a족 및 6a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 고용체를 포함하는 입자를 포함하는 모재와, 이 모재 상에 형성되는 경질피막을 포함하며, 상기 경질피막은 적어도 알루미나층을 포함하고, 상기 모재의 표면으로부터 내부로 탄화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 CFL(Cubic pahse Free Layer)층이 10~50㎛까지 형성되어 있으며, 상기 CFL층의 표면의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 80% 이상인 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 절삭공구를 구성하는 모재의 표층부에 형성된 CFL층의 표면의 Co 함량과 CFL층 중 최대 Co 함량의 차이가 최대 CFL층 최대 Co 함량 대비 20% 이하인데, 이와 같이 표면과 CFL층의 최대 Co 함량의 낮은 차이는 CFL층 전체의 불균일과 경도 차이를 크게 줄여주기 때문에, 절삭가공 시 모재의 상부에 형성되는 고경도 피막의 하부가 균일해지고 종래의 CFL층에 비해 견고하게 고경도 피막을 지지할 수 있게 되므로, 고경도 피막의 치핑을 크게 줄일 수 있게 된다. 이에 따라, CFL층의 두께를 두껍게 하여도 고경도 피막의 치핑이 크게 증가하지 않을 뿐 아니라, 절삭가공 시 충분한 충격흡수가 가능하게 되어, 내마모성은 물론 내충격 특성도 양호하게 유지할 수 있게 된다.
상기 CFL층을 제외한 모재의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 75% 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, CFL층과 CFL층 이외의 모재 간의 Co 함량 불균일의 차이를 줄여서 모재 상에 형성되는 고경도 피막의 치핑을 보다 줄일 수 있게 된다.
상기 모재는, 상기 탄화물 또는 탄질화물의 함량이 1.5중량% 미만일 경우 모재의 경도 저하에 의해 절삭 시 내마모성과 고온특성이 저하되고, 20중량%를 초과할 경우 절삭 시 소성변형성 및 내치핑성이 저하하므로, 1.5~20중량%가 바람직하다. 또한, 상기 Co의 함량이 1중량% 미만일 경우 인성저하에 따라 파손이 쉬워지고, 12중량% 초과일 경우 내마모성이 지나치게 낮아지므로, 1~12중량%가 바람직하다.
또한, 상기 모재와 알루미나층 사이에는, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 TiCxNyOz(x+y+z=1)층을 포함할 수 있고, 상기 Ti(C,N,O)층에는 이 층의 물성향상 또는 상부에 형성되는 알루미나층간의 결합특성을 향상시키기 위하여 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 붕소(B)와 같은 첨가원소가 포함될 수 있다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예에 따른 절삭공구의 모재로, Co 분말 6중량%, WTi 탄질화물 분말 3중량%, Nb 탄화물 분말 2중량%, 나머지 WC 분말을 혼합한 후 소결공정을 통해 초경합금을 제조하였다.
소결 공정은, 250℃의 저온영역에서 2 시간 동안 열처리하는 탈지(dewaxing)공정을 수행한 후, 1200℃에서 1 시간 동안 예비소결을 하고, 1400℃에서 0.5 시간 동안 본 소결을 수행하고 상온까지 10℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 공지의 화학기상증착(CVD)법으로, 두께 1㎛의 TiN층, 두께 10 ㎛의 MT-TiCN층, 두께 5㎛의 α-Al2O3층, 두께 1㎛의 TiN층을 순차적으로 적층하여 경질 피막층을 형성하였다.
[실시예 2]
본 발명의 실시예 1과 동일하게 초경합금 모재를 제조하였으며, 다만 본 소결을 수행한 후 1300℃까지 로냉을 하고, 상온까지 10℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이때, 형성된 CFL층의 두께는 약 30㎛였으며, 모재 표면의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 83%를 나타내었고, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 77%를 나타내었다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 본 발명의 실시예 1과 동일한 경질피막층을 형성하였다.
[비교예 1]
본 발명의 실시예에 따른 절삭공구의 모재로, Co 분말 6중량%, WTi 탄질화물 분말 3중량%, Nb 탄화물 분말 2중량%, 나머지 WC 분말을 혼합한 후 소결공정을 통해 초경합금을 제조하였다.
소결 공정은, 200℃의 저온영역에서 2 시간 동안 열처리하는 탈지(dewaxing)공정을 수행한 후, 1200℃에서 1 시간 동안 예비소결을 하고, 1400℃에서 0.5 시간 동안 본 소결을 수행하고 상온까지 5℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 본 발명의 실시예 1과 동일한 경질피막층을 형성하였다.
[비교예 2]
본 발명의 비교예 1과 동일하게 초경합금 모재를 제조하였으며, 다만 본 소결을 수행한 후 상온까지 20℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이때, 형성된 CFL층의 두께는 약 20㎛였으며, 모재 표면의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 60%를 나타내었고, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 55%를 나타내었다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 본 발명의 실시예 1과 동일한 경질피막층을 형성하였다.
[비교예 3]
본 발명의 비교예 1과 동일하게 초경합금 모재를 제조하였으며, 다만 본 소결을 수행하고 1300℃까지 로냉을 수행한 후 상온까지 5℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이때, 형성된 CFL층의 두께는 약 30㎛였으며, 모재 표면의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 75%를 나타내었고, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 65%를 나타내었다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 본 발명의 실시예 1과 동일한 경질피막층을 형성하였다.
[비교예 4]
본 발명의 비교예 1과 동일하게 초경합금 모재를 제조하였으며, 다만 본 소결을 수행하고 1300℃까지 로냉을 수행한 후 상온까지 20℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 방법을 사용하였다.
이때, 형성된 CFL층의 두께는 약 30㎛였으며, 모재 표면의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 68%를 나타내었고, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 최대 Co 함량의 약 63%를 나타내었다.
이와 같이 제조된 초경합금의 모재 상에, 본 발명의 실시예 1과 동일한 경질피막층을 형성하였다.
CFL층과 모재내부의 Co 조성 및 경도
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 Co 함량을 나타낸 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 초경합금의 표층부에는 약 30㎛ 두께의 CFL층이 형성되어 있다. 그리고, CFL층 및 모재 내부의 Co 함량은 표면이 6% 정도로 낮고 표면에서 2~3㎛ 깊이까지는 급격하게 Co 함량이 증가하여 최대 Co 함량이 약 7.3중량%를 나타낸 후, 완만하게 감소하다가 CFL층의 경계부에서 완만하게 감소한 후, 모재 내부에서의 Co 함량은 약 5.6중량%로 일정한 값을 나타내었다.
즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금의 표면의 Co 함량은 CFL층 중 최대 Co 함량의 약 83%를 나타내었다. 또한, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 중 최대 Co 함량의 약 77%를 나타내었다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금의 경우, 표면, CFL층 및 모재 내부의 Co 함량의 편차가 크지 않게 제어되었다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 경도를 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, Co 함량의 편차가 크지 않은 점은 초경합금 모재의 경도에 그대로 반영되어, 표면에서의 경도가 CFL층의 Co 함량이 최대인 지점에서 가장 낮은 경도를 나타내고, 모재 내부에서는 CFL층에 비해 높은 경도가 일정하게 유지되는 경향을 보이며, 모재 내부와 CFL층 및 모재 표면 간의 경도 차이는 크지 않게 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 3은 비교예 3에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 Co 함량을 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 비교예 3에 따른 초경합금의 표층부에는 약 30㎛ 두께의 CFL층이 형성되어 있다. 그리고, CFL층 및 모재 내부의 Co 함량은 표면이 4% 정도로 낮고 표면에서 30㎛ 깊이까지는 Co 함량이 증가하여 최대 Co 함량이 약 8.2중량%를 나타낸 후 완만하게 감소하는 경향을 나타내며, 모재 내부에서의 Co 함량은 약 5.7중량%로 비교적 일정한 값을 나타내었다.
즉, 본 발명의 실시예 2와 달리, 비교예 3에 따른 초경합금의 표면의 Co 함량은 CFL층 중 최대 Co 함량의 약 49%를 나타내었다. 또한, 모재 내부의 Co 함량은 CFL층 중 최대 Co 함량의 약 70%를 나타내었다. 이와 같이, 비교예에 따른 초경합금의 경우, 표면, CFL층 및 모재 내부의 Co 함량의 편차가 매우 큼을 알 수 있다.
도 4는 비교예 3에 따른 초경합금 모재의 표면부에서 내부의 소정 깊이까지 측정한 경도를 나타낸 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 3에 따른 초경합금의 표면, CFL층 및 모재 내부 간의 Co 함량의 편차가 매우 큰 점은 초경합금 모재의 경도에 그대로 반영되어, 모재 표면과 CFL층의 내부 및 모재 내부 간의 경도차는 매우 크게 나타남을 알 수 있다.
아래 표 1에는 본 발명의 실시예 1,2 및 비교예 1~4에 따라 형성된 초경합금의 모재 표면의 Co 함량과 CFL층 내의 최대 Co 함량과의 차이와, CFL층 이외의 모재의 Co 함량과 CFL층 내의 최대 Co 함량과의 차이를 나타내었다.
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초경합금은 비교예에 비해 CFL층 내의 Co 함량의 차이가 현저하게 줄어들었음을 알 수 있다.
절삭시험결과
본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 모재 및 경질피막이 형성된 절삭공구와 비교예 1~4에 따른 절삭공구의 절삭성능을 비교평가하기 위하여, 인써트를 제조하여, 다음과 같은 3가지 조건으로 절삭성능 평가시험을 수행하였다.
(1) 탄소강 내마모 절삭조건
- 가공방식: 선삭
- 피삭재 : SM45C (외경연속가공)
- Vc(절삭속도) : 300mm/min
- fn(이송속도) : 0.35mm/min
- ap(절입깊이) : 2mm, 습식(wet)
(2) 합금강 내마모 절삭조건
- 가공방식: 선삭
- 피삭재 : SCM440 (외경연속가공)
- Vc(절삭속도) : 260mm/min
- fn(이송속도) : 0.25mm/min
- ap(절입깊이) : 2mm, 습식(wet)
(3) 탄소강 내충격성 절삭조건
- 가공방식: 선삭
- 피삭재 : SM45C-V홈 (외경단속가공)
- Vc(절삭속도) : 230mm/min
- fn(이송속도) : 0.2mm/min
- ap(절입깊이) : 2mm, 습식(wet)
도 5는 비교예 3(좌측 사진)과 본 발명의 실시예 2(우측 사진)에 따라 제조된 절삭인써트의 절삭시험 후의 상태를 나타낸 것이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 비교예 3의 경우 측면마모와 소성변형이 동시에 진행되는 경향을 나타내었으나, 본 발명의 실시예 2의 경우 측면마모에 의해서만 수명이 종료되었다.
아래 표 1은 상기한 절삭성능 평가 결과를 나타낸 것이다.
시편 CFL층 탄소강 내마모 합금강 내마모 내충격
두께
(㎛)		 표면 모재 시간
(분)		 수명
경향		 시간
(분)		 수명
경향		 시간
(분)		 수명
경향
실시예1 20 85 79 28 측면
마모		 25 측면
마모		 25 파손
실시예2 30 83 77 26 측면
마모		 23 측면
마모		 30 파손
비교예1 20 52 69 24 측면
마모		 19 측면
마모		 20 파손
비교예2 20 55 68 18 측면마모
소성변형		 10 측면마모
소성변형		 17 마모
비교예3 30 49 70 20 측면
마모		 17 측면
마모		 22 파손
비교예4 30 52 71 18 측면마모
소성변형		 10 측면마모
소성변형		 20 마모
*표면: CFL층 최대 Co 함량 대비 표면 Co 함량의 비율(%)
*모재: CFL층 최대 Co 함량 대비 모재 내부(Co 함량이 일정해지는 부분) Co 함량의 비율(%)
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 강(steel)의 내마모 절삭가공 조건하에서 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 절삭공구의 경우, 탄소강 및 합금강의 내마모 및 소성변형 특성의 측면에서 비교예 1~4에 비해 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 1 및 2는 비교예 1~4에 비해 우수한 내마모 특성을 나타내면서도 양호한 내충격성(인성)을 구비하고 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 탄화텅스텐(WC)를 주성분으로 하는 입자와, Co를 주성분으로 하는 결합상과, 4a족, 5a족 및 6a족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 고용체를 포함하는 입자를 포함하는 모재와, 이 모재 상에 형성되는 경질피막을 포함하며,
    상기 경질피막은 적어도 알루미나층을 포함하고,
    상기 모재의 표면으로부터 내부로 탄화물 또는 탄질화물이 형성되지 않은 CFL(Cubic Free Layer)층이 10~50㎛까지 형성되어 있으며, 상기 CFL층의 표면의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모재 내부의 Co 함량은 상기 CFL층 중 최대 Co 함량의 75% 이상인 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  3. 상기 모재는, Ta, Nb, 및 Ti 중에서 1종 이상을 포함하는 탄화물 또는 탄질화물 1.5~20중량%와, Co 1~12중량%와, 잔부 WC 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모재와 알루미나층 사이에, 1층 이상의 구조로 이루어진 TiCxNyOz(x+y+z=1)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭공구.
KR1020140187929A 2014-12-24 2014-12-24 절삭공구 KR101675649B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140187929A KR101675649B1 (ko) 2014-12-24 2014-12-24 절삭공구
US15/517,166 US10526712B2 (en) 2014-12-24 2015-11-10 Cutting tool
CN201580065198.4A CN107002270B (zh) 2014-12-24 2015-11-10 切削工具
PCT/KR2015/012054 WO2016104943A1 (ko) 2014-12-24 2015-11-10 절삭공구
DE112015005009.4T DE112015005009B4 (de) 2014-12-24 2015-11-10 Schneidwerkzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140187929A KR101675649B1 (ko) 2014-12-24 2014-12-24 절삭공구

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160077705A true KR20160077705A (ko) 2016-07-04
KR101675649B1 KR101675649B1 (ko) 2016-11-11

Family

ID=56150923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140187929A KR101675649B1 (ko) 2014-12-24 2014-12-24 절삭공구

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10526712B2 (ko)
KR (1) KR101675649B1 (ko)
CN (1) CN107002270B (ko)
DE (1) DE112015005009B4 (ko)
WO (1) WO2016104943A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190076448A (ko) * 2017-12-22 2019-07-02 한국야금 주식회사 절삭공구용 초경합금

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110629096A (zh) * 2019-10-30 2019-12-31 株洲硬质合金集团有限公司 一种硬质合金扒皮模具及其制备方法
CN110983393A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种银-碳化铌复合镀层及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010078854A (ko) * 2001-04-27 2001-08-22 용현중 케이스 퍼즐
JP2005103657A (ja) * 2003-09-26 2005-04-21 Kyocera Corp 表面被覆切削工具
KR20050110822A (ko) 2004-05-19 2005-11-24 한국야금 주식회사 고인성 및 고내열성의 ＷＣ－Ｃｏ 합금 소결체

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4610931A (en) * 1981-03-27 1986-09-09 Kennametal Inc. Preferentially binder enriched cemented carbide bodies and method of manufacture
US4548786A (en) * 1983-04-28 1985-10-22 General Electric Company Coated carbide cutting tool insert
US4497874A (en) * 1983-04-28 1985-02-05 General Electric Company Coated carbide cutting tool insert
JPH0732961B2 (ja) * 1986-10-03 1995-04-12 三菱マテリアル株式会社 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
SE9200530D0 (sv) 1992-02-21 1992-02-21 Sandvik Ab Haardmetall med bindefasanrikad ytzon
US5576093A (en) * 1992-10-22 1996-11-19 Mitsubishi Materials Corporation Multilayer coated hard alloy cutting tool
SE505425C2 (sv) * 1992-12-18 1997-08-25 Sandvik Ab Hårdmetall med bindefasanrikad ytzon
SE9300376L (sv) 1993-02-05 1994-08-06 Sandvik Ab Hårdmetall med bindefasanriktad ytzon och förbättrat eggseghetsuppförande
JPH09309007A (ja) 1996-05-22 1997-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 被覆硬質工具
SE509560C2 (sv) 1996-09-06 1999-02-08 Sandvik Ab Belagt hårdmetallskär för bearbetning av gjutjärn
SE517474C2 (sv) 1996-10-11 2002-06-11 Sandvik Ab Sätt att tillverka hårdmetall med bindefasanrikad ytzon
US5955186A (en) * 1996-10-15 1999-09-21 Kennametal Inc. Coated cutting insert with A C porosity substrate having non-stratified surface binder enrichment
SE9901244D0 (sv) * 1999-04-08 1999-04-08 Sandvik Ab Cemented carbide insert
RU2266346C2 (ru) 2000-03-24 2005-12-20 Кеннаметал Инк Металлокерамический резец и способ его изготовления
US6638474B2 (en) * 2000-03-24 2003-10-28 Kennametal Inc. method of making cemented carbide tool
SE526604C2 (sv) * 2002-03-22 2005-10-18 Seco Tools Ab Belagt skärverktyg för svarvning i stål
DE102004007653A1 (de) 2003-02-17 2004-08-26 Kyocera Corp. Oberflächenbeschichtetes Teil
JP4284201B2 (ja) * 2004-01-29 2009-06-24 京セラ株式会社 表面被覆部材および切削工具
SE526674C2 (sv) * 2003-03-24 2005-10-25 Seco Tools Ab Belagt hårdmetallskär
EP1825943B1 (en) 2004-12-14 2017-01-25 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Coated cutting tool
KR101297298B1 (ko) * 2011-06-03 2013-08-16 한국야금 주식회사 절삭공구용 코팅층
JP5831707B2 (ja) * 2012-03-14 2015-12-09 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層が高速断続切削ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010078854A (ko) * 2001-04-27 2001-08-22 용현중 케이스 퍼즐
JP2005103657A (ja) * 2003-09-26 2005-04-21 Kyocera Corp 表面被覆切削工具
KR20050110822A (ko) 2004-05-19 2005-11-24 한국야금 주식회사 고인성 및 고내열성의 ＷＣ－Ｃｏ 합금 소결체

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190076448A (ko) * 2017-12-22 2019-07-02 한국야금 주식회사 절삭공구용 초경합금

Also Published As

Publication number Publication date
CN107002270B (zh) 2019-02-01
DE112015005009B4 (de) 2022-09-01
CN107002270A (zh) 2017-08-01
US20170306500A1 (en) 2017-10-26
WO2016104943A1 (ko) 2016-06-30
KR101675649B1 (ko) 2016-11-11
DE112015005009T5 (de) 2017-08-03
US10526712B2 (en) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3342512B1 (en) Surface-coated cutting tool providing excellent chipping resistance and wear resistance in strong intermittent cutting work
JP4739236B2 (ja) 表面被覆切削工具
KR101640690B1 (ko) 인성이 향상된 초경합금
KR20170057434A (ko) 내치핑성이 우수한 표면 피복 절삭 공구
EP3456858B1 (en) Coated cutting tool
KR20130079664A (ko) 절삭공구
KR101675649B1 (ko) 절삭공구
KR101951316B1 (ko) 경질피막이 형성된 난삭재용 절삭공구
KR101351844B1 (ko) 절삭공구용 경질피막
KR102600870B1 (ko) 내마모성과 인성이 우수한 경질피막을 포함하는 절삭공구
KR101528790B1 (ko) 경질피막이 코팅된 절삭공구
KR102050644B1 (ko) 절삭공구용 초경합금
KR101640644B1 (ko) 내열충격성이 향상된 Ti계 소결합금 및 이를 이용한 절삭공구
KR101824654B1 (ko) 단조강용 절삭공구 인써트
JP6327102B2 (ja) 超硬工具
KR102584679B1 (ko) 절삭공구용 초경합금 및 이의 제조방법
KR102450430B1 (ko) 절삭공구용 초경합금
KR20190079959A (ko) 경질피막이 형성된 절삭공구
JP7141022B2 (ja) 表面被覆切削工具
JP7373110B2 (ja) 硬質被覆層が優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP2564898B2 (ja) 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具の製造法
KR101904856B1 (ko) 절삭공구 인써트
JP2508523B2 (ja) 表面被覆超硬合金製切削工具
JP2008038174A (ja) 超硬合金および被覆超硬合金
KR101546163B1 (ko) 절삭공구용 경질피막

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191219

Year of fee payment: 5