KR20170046740A

KR20170046740A - 사이알론 소결체 및 절삭 인서트

Info

Publication number: KR20170046740A
Application number: KR1020177008272A
Authority: KR
Inventors: 료지 도요다; 후미히로 기카와; 아츠시 고무라
Original assignee: 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-05-02
Also published as: EP3202751A1; CA2963044A1; US20170216931A1; EP3202751B1; JPWO2016052468A1; CA2963044C; CN107074664A; EP3202751A4; KR101912548B1; ES2762564T3; WO2016052468A1; JP6161830B2; MX2017004119A; CN107074664B; US10058925B2

Abstract

본 발명은 내열충격성과 내 VB 마모성을 갖는 사이알론 소결체 및 절삭 인서트를 제공하는 것을 과제로 한다. β-사이알론과 21R-사이알론을 함유하는 사이알론 소결체로서, X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 21R-사이알론의 피크 강도 I_21R 의 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 30 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체 및 절삭 인서트.

Description

사이알론 소결체 및 절삭 인서트 {SIALON SINTERED BODY AND CUTTING INSERT}

이 발명은 사이알론 소결체 및 절삭 인서트에 관한 것이다.

사이알론 소결체는, 질화규소와 비교하여 우수한 경도와, 실온으로부터 고온에 이르기까지의 온도 범위에 있어서의 높은 강도를 갖고, 화학적 안정성이 높은 소재라고 인식되고 있다. 따라서, 사이알론 소결체는, 기계용 부품, 내열 부품, 및 내마모 부품 등의 폭 넓은 용도가 기대되고 있다. 사이알론 소결체의 용도의 하나로서, 절삭 공구에 장착되는 절삭 인서트가 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 5). 절삭 인서트는, 절삭 공구의 본체부의 선단에 착탈 가능하게 장착되는 날끝으로, 스로어웨이 칩 및 날끝 교환 칩 등이라고도 칭해지는 공구 부품이다.

일본 공개특허공보 2008-162882호 일본 공개특허공보 2013-224240호 WO2010/103839A1 일본 공개특허공보 소60-239365호 일본 공표특허공보 2008-529948호

그런데, 절삭 인서트로 내열 합금 등의 피삭재를 절삭할 때, 통상적으로, 조 (粗) 가공과 중 (中) 마무리 가공에서 특성이 상이한 절삭 인서트를 구분하여 사용하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, 절삭 인서트를 구분하여 사용하는 것은 작업자의 부담이 된다. 동일한 절삭 인서트로 조 가공부터 중 마무리 가공까지 실시할 수 있으면, 절삭 공구를 절삭 도중에 교환할 필요가 없어, 시간 삭감 및 작업의 간략화로 이어지고, 또한, 잘못된 공구가 사용될 리스크가 줄어든다.

그래서, 본 발명의 발명자들은, 조 가공부터 중 마무리 가공까지 사용할 수 있는 절삭 인서트에 대하여 검토하였다. 조 가공에 있어서, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같은, 원주 상에 복수의 절삭 인서트가 배치된 절삭 공구를 사용하여 피삭재의 면 가공을 실시하는 경우에 (밀링 가공 또는 프라이스 가공이라 칭한다), 절삭 인서트에 열균열이 발생하여, 결손에 이르는 경우도 있었다. 이것은 밀링 가공을 실시할 때 절삭 인서트와 피삭재 사이에 마찰열이 단속적으로 발생하기 때문에, 절삭 인서트의 피삭재에 접촉되어 있는 부분의 온도 (이하, 절삭 온도라고 칭한다) 가 변동되어, 절삭 인서트의 체적의 팽창 및 수축이 반복됨으로써 열균열이 발생하기 쉬워진 것으로 생각된다. 따라서, 조 가공에 사용되는 절삭 인서트로는, 내열충격성을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 마무리 가공에 사용되는 절삭 인서트에는, 가공면 성상이 우수할 것이 요망된다. 절삭 인서트에 있어서 VB 마모가 진행되면, 절삭 저항이 높아지고, 그 결과 가공면 성상이 악화될 뿐만 아니라, 가공 경화를 초래할 가능성이 있다. 따라서, 마무리 가공에 사용하는 절삭 인서트로는, 내 VB 마모성을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 내열충격성과 내 VB 마모성을 갖는 사이알론 소결체 및 절삭 인서트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은,

[1] β-사이알론과 21R-사이알론을 함유하는 사이알론 소결체로서,

X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 21R-사이알론의 피크 강도 I_21R 의 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 30 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체이다.

상기 [1] 의 바람직한 양태는 이하와 같다.

[2] 실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 사이알론 소결체이다.

[3] Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z 로 나타내는 β-사이알론의 Z 값이 0.3 이상 1.0 이하이고,

La 및 Ce 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 B 와, Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Yb, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 C 를 함유하고,

상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 의 몰비 M_B : M_C 는, 산화물 환산으로 1.0 : 0.06 ∼ 1.0 : 5.0 이고,

상기 사이알론 소결체 중에 있어서의 상기 희토류 원소 B 및 상기 희토류 원소 C 의 합계 함유량은, 산화물 환산으로 0.8 몰％ 이상 4.0 몰％ 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 사이알론 소결체이다.

[4] X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 각 사이알론의 상기 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 사이알론 소결체이다.

[5] M_x(Si,Al)₁₂(O,N)₁₆ (0 ＜ x ≤2) 로 나타내는 α-사이알론에 있어서, M 은 상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 를 함유하는 금속 원소이고,

사이알론 소결체에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_S 에 대한 α-사이알론에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_α 의 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 [4] 에 기재된 사이알론 소결체이다.

[6] 21R-사이알론, 12H-사이알론, 및 15R-사이알론을 함유하는 폴리사이알론 중, 21R-사이알론과 12H-사이알론 및/또는 15R 사이알론을 함유하고,

X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 폴리사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p 의 비율 [(I_p/I_A) × 100] 이 50 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 사이알론 소결체.

[7] [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 사이알론 소결체로 이루어지는 절삭 인서트이다.

본 발명에 관련된 사이알론 소결체는, 내열충격성 및 내 VB 마모성을 갖는다. 또, 본 발명에 관련된 절삭 인서트는, 내열충격성 및 내 VB 마모성을 갖는 사이알론 소결체로 이루어지기 때문에, 내열 합금 등의 피삭재를 절삭 가공할 때, 조 가공과 중 마무리 가공의 양방에서 충분한 절삭 성능을 장기간에 걸쳐 발휘할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 내열 합금 등의 피삭재를 절삭 가공할 때 조 가공 및 중 마무리 가공의 양방에 사용할 수 있는 장수명의 절삭 인서트를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 절삭 인서트의 일 실시예를 나타내는 개략 설명도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 절삭 인서트를 구비한 절삭 공구의 일 실시예를 나타내는 개략 설명도이다.

본 발명의 사이알론 소결체는, β-사이알론과 21R-사이알론을 함유한다.

β-사이알론은, 통상적으로 침상의 형태를 가지고 있다. 그 때문에, 사이알론 소결체 중에 β-사이알론이 많이 존재하고 있는 경우에는, 침상의 결정립끼리가 복잡하게 낙합된 조직을 형성하여, 외부 응력에 의한 사이알론 소결체의 균열의 진행이 억제된다. 즉, 사이알론 소결체에 있어서의 β-사이알론의 비율이 많을수록, 사이알론 소결체의 내열충격성이 향상된다.

21R-사이알론은, 통상적으로 주상 (柱狀) 의 형태를 가지고 있다. 따라서, β-사이알론과 같은 침상 결정립이 복잡하게 낙합된 조직이 형성되지 않기 때문에, β-사이알론에 비하면 내열충격성에 대한 효과가 낮다. 한편, 21R-사이알론은, 모두 내열 합금 등의 피삭재와의 내화학 반응성이 우수하기 때문에, 피삭재가 용착 및 확산되기 어렵다. 따라서, 사이알론 소결체에 21R-사이알론이 함유되어 있으면 내 VB 마모성이 향상된다. 21R-사이알론은 폴리 타입 사이알론이다. 본 발명의 사이알론 소결체는, β-사이알론과 21R-사이알론과 함께, 추가로 폴리 타입 사이알론인, 12H-사이알론 및/또는 15R-사이알론을 함유하고 있어도 된다. 12H-사이알론 및 15R-사이알론은, 21R-사이알론과 마찬가지로 주상의 형태를 가지고 있으며, 내화학 반응성이 우수하다. 이들 폴리 타입 사이알론 중에서도 21R-사이알론은, 어스펙트비가 높고, 균열 진전에 대한 저항성이 높기 때문에, 내 VB 마모성의 향상뿐만 아니라, 내열충격성의 향상에도 공헌하는 것으로 생각된다.

본 발명의 사이알론 소결체는, X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 21R-사이알론의 피크 강도 I_21R 의 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 30 ％ 미만이고, 8 ％ 이상 27 ％ 이하인 것이 바람직하고, 10 ％ 이상 25 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 사이알론 소결체가, β-사이알론과 21R-사이알론을 함유하고, 상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 30 ％ 미만, 바람직하게는 8 ％ 이상 27 ％ 이하, 보다 바람직하게는 10 ％ 이상 25 ％ 이하이기 때문에, 내열충격성 및 내 VB 마모성의 양방을 갖는다. 상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 은 사이알론 소결체 중에 있어서의 21R-사이알론의 함유 비율의 지표가 된다. 상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 미만이면, 사이알론 소결체 중의 21R-사이알론의 함유 비율이 적기 때문에, 21R-사이알론의 내 VB 마모성 및 내열충격성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 결과, 사이알론 소결체의 내 VB 마모성 및 내열충격성이 떨어진다. 상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 30 ％ 이상이면, 사이알론 소결체의 내열충격성이 떨어진다. 이것은 사이알론 소결체에 있어서의 21R-사이알론의 비율이 많아지면 21R-사이알론의 조대 입자가 생성되기 쉬워져, 강도가 저하되기 때문으로 생각된다.

상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 먼저, 사이알론 소결체의 샘플에 대해 X 선 회절 분석 (XRD) 을 실시한다. X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 각 사이알론의 피크 강도는, 이하의 2θ 값에 있어서의 피크 높이를 사용한다. 또한, 21R-사이알론을 제외한 이하에 나타내는 각 사이알론에서는 JCPDS 카드에 있어서의 최대 피크를 피크 강도로서 사용하고 있는 데에 반해, 21R-사이알론에서는, JCPDS 카드에 있어서의 최대 피크 이외의 피크를 피크 강도로서 사용하고 있기 때문에, 다른 사이알론의 피크 높이와 대비될 수 있도록, X 선 회절 분석에 의해 얻어진 피크 강도에 2.5 를 곱한 값을, 계산에 사용하는 피크 강도 I_21R 로 한다. 또, 이하에 나타내는 각 사이알론과는 상이한 종류의 사이알론의 피크가 동정된 경우에는, X 선 회절 차트와 JCPDS 카드를 대비하여, 다른 사이알론에서 유래하는 피크의 영향을 받기 어려운 피크를 선택하고, 선택된 피크가 최대 피크가 아닌 경우에는, 적절히 수치를 곱하여 피크 강도 I_x 로 한다.

β-사이알론의 피크 강도 I_β : 2θ ＝ 33.4˚ 부근에 있어서의 피크 높이 (β-사이알론의 (1,0,1) 면의 피크 높이)

21R-사이알론 (일반식 : SiAl₆O₂N₆) 의 피크 강도 I_21R : 2θ ＝ 37.6˚ 부근 에 있어서의 피크 높이 × 2.5 (21R-사이알론의 (1,0,10) 면의 피크 높이 × 2.5)

12H-사이알론 (일반식 : SiAl₅O₂N₅) 의 피크 강도 I_12H : 2θ ＝ 32.8˚ 부근 에 있어서의 피크 높이 (12H-사이알론의 (0,0,12) 면의 피크 높이)

15R-사이알론 (일반식 : SiAl₄O₂N₄) 의 피크 강도 I_15R : 2θ ＝ 32.0˚ 부근 에 있어서의 피크 높이 (15R-사이알론의 (0,0,15) 면의 피크 높이)

α-사이알론의 피크 강도 I_α : 2θ ＝ 30.8˚ 부근에 있어서의 피크 높이 (α-사이알론의 (2,0,1) 면의 피크 높이)

상기 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 은, 전술한 바와 같이 하여 X 선 회절 분석에 의해 얻어진 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A (＝ I_β ＋ I_α ＋ I_12H ＋ I_15R ＋ I_21R ＋ I_x) 를 산출하고, 21R 사이알론의 피크 강도 I_21R 을 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 로 나눔으로써 구할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하인 것이 바람직하다. 실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하이면, 내열충격성이 우수하다. 본 발명의 사이알론 소결체로 이루어지는 절삭 인서트 즉 본 발명의 사이알론 소결체제의 절삭 인서트가 밀링 가공에 사용되는 절삭 공구에 사용되는 경우, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 절삭 인서트가 원주 상에 배치되는 절삭 공구에 사용되는 경우, 절삭 공구가 회전하여 피삭재의 면 가공 등이 실시될 때, 절삭 인서트와 피삭재 사이에 마찰열이 단속적으로 발생하기 때문에, 절삭 인서트의 피삭재에 접촉되어 있는 부분의 절삭 온도가 약 600 ℃ 이하의 온도 범위에서 변동된다. 절삭 온도가 변동되면, 절삭 인서트의 체적의 팽창 및 수축이 반복됨으로써 열균열이 발생하기 쉬워진다. 한편, 절삭 인서트의 실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하이면, 절삭 온도가 변동되는 것에 의한 체적의 팽창 및 수축을 저감시킬 수 있어, 열균열이 발생하기 어려워진다. 즉, 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하인 절삭 인서트는, 내열충격성이 우수하고, 장수명이다. 따라서, 특히 밀링 가공에서 사용되는 절삭 인서트에서는, 실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하인 것이 바람직하다.

사이알론 소결체의 실온 (25 ℃) 으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수는, 질소 분위기 중에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 JIS R 1618 에 준하여 측정할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 실온에서의 열전도율이 7 W/k·m 이상인 것이 바람직하고, 통상적으로 15 W/k·m 이하이다. 열전도율이 7 W/k·m 이상이면, 본 발명의 사이알론 소결체를 절삭 인서트로서 사용한 경우에, 피삭재를 절삭할 때 발생하는 열을 없애기 쉽고, 특히 밀링 가공을 할 때 발생하는 절삭 온도의 변동이 완화되기 때문에, 열균열이 발생하기 어려워진다. 즉, 열전도율이 7 W/k·m 이상인 절삭 인서트는, 내열충격성이 우수하고, 장수명이다. 따라서, 특히 밀링 가공에서 사용되는 절삭 인서트에서는, 열전도율이 7 W/k·m 이상인 것이 바람직하다.

사이알론 소결체의 실온 (25 ℃) 에 있어서의 열전도율은, JIS R 1611 에 준하여 측정할 수 있다.

β-사이알론은, Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z 의 일반식으로 나타내고, 이 Z 값이 0.3 이상 1.0 이하인 것이 바람직하고, 0.6 이상 0.9 이하인 것이 보다 바람직하다. Z 값이 0.3 이상 1.0 이하, 바람직하게는 0.6 이상 0.9 이하임으로써, 내열충격성 및 내 VB 마모성에 의해 더욱 더 우수한 사이알론 소결체를 제공할 수 있다. Z 값이 커질수록, 즉 β-사이알론에 대한 Al 의 고용량이 많아질수록, 내열 합금 등의 피삭재와의 화학 반응이 일어나기 어려워진다. 그 결과, 사이알론 소결체의 화학적 마모가 억제되어 내 VB 마모성이 향상된다. 한편, β-사이알론에 Al 이 고용됨으로써 이온 결합성이 높아지고, 원자간의 결합 거리가 넓어진다. 그 때문에, β-사이알론에 대한 Al 의 고용량이 많아질수록 β-사이알론의 입자가 취약해지기 때문에 강도가 저하되고, 내열충격성이 저하된다. 또, β-사이알론에 대한 Al 의 고용량이 많아질수록, β-사이알론의 형태가 침상으로부터 주상으로 변화되어 어스펙트비가 저하된다. 그 결과, 침상 결정립의 복잡하게 낙합된 조직이 형성되기 어려워져, 균열 진전에 대한 저항성이 저하되기 때문에, 내열충격성이 저하된다. 따라서, Z 값이 1.0 을 초과하면, 사이알론 소결체를 절삭 인서트로서 사용한 경우에, 내열 합금을 밀링 가공으로 조 가공할 때 필요한 내열충격성이 얻어지지 않을 우려가 있다. Z 값이 0.3 미만이면, 사이알론 소결체를 절삭 인서트로서 사용한 경우에, 내열 합금 등의 피삭재와의 반응성이 높아지고, 내 VB 마모성이 떨어질 우려가 있다. 따라서, Z 값이 0.3 미만이면, 중 마무리 가공에 필요한 내 VB 마모성이 얻어지지 않을 우려가 있다.

상기 Z 값 (Z) 은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. X 선 회절 분석에 의해 사이알론 소결체의 소기로부터 1 ㎜ 이상 내부의 β-사이알론의 a 축 격자 정수를 측정하고, 이 측정값 a 와 β-질화규소의 a 축 격자 정수 (7.60442 Å) 를 사용하여, 이하의 식 (1) 에 의해 구할 수 있다.

Z ＝ (a － 7.60442)/0.0297 … (1)

본 발명의 사이알론 소결체는, La 및 Ce 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 B 와, Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Yb, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 C 를 함유하는 것이 바람직하다. 사이알론 소결체에 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 가 함유되어 있을 때, 통상적으로, 사이알론 소결체의 원료 분말에 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 가 함유되어 있다. 사이알론 소결체의 원료 분말에 희토류 원소 C 만이 함유되어 있으면, α-사이알론이 생성되기 쉬워진다. 또, 사이알론 소결체의 원료 분말에 희토류 원소 B 만이 함유되어 있으면, 소결성이 저하되어, 치밀한 사이알론 소결체가 얻어지기 어렵다. 또, 만일 소결되었다고 해도, 폴리 타입 사이알론이 생성되기 쉬워지고, 상대적으로 β-사이알론이 생성되기 어려워지는 결과, 내열충격성이 떨어질 우려가 있다. 한편, 원료 분말로서 희토류 원소 B 와 희토류 원소 C 의 양방이 함유되어 있으면, 사이알론 소결체의 소결시에, α-사이알론의 생성을 억제하여 β-사이알론과 21R-사이알론이 생성되기 쉬워진다. 사이알론 소결체는, 희토류 원소 B 중 La 를 함유하는 것이 바람직하다. La 는 Ce 보다 β-사이알론을 침상으로 하기 쉬워, 침상 결정립이 복잡하게 낙합된 조직을 형성하기 쉽다. 사이알론 소결체는, 희토류 원소 C 중 Y, Dy, 및 Er 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 것이 바람직하다. 이들 희토류 원소 C 는 소량의 첨가로 소결성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체 중에 있어서의 상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 의 몰비 M_B : M_C 는, 산화물 환산으로 1.0 : 0.06 ∼ 1.0 : 5.0 인 것이 바람직하고, 1.0 : 0.1 ∼ 1.0 : 3.0 인 것이 보다 바람직하다. 바꾸어 말하면, 희토류 원소 B 와 희토류 원소 C 의 몰비 M_C/M_B 는, 0.06 이상 5.0 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 3.0 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 몰비 M_B : M_C 가, 산화물 환산으로 1.0 : 0.06 ∼ 1.0 : 5.0, 특히 1.0 : 0.1 ∼ 1.0 : 3.0 이면, 소결시에 β-사이알론과 21R-사이알론이 원하는 함유 비율로 생성되기 쉬워, 내열충격성 및 내 VB 마모성이 우수한 사이알론 소결체를 제공할 수 있다. 상기 몰비 M_C/M_B 가 0.06 미만인 경우, 소결성이 저하되어, 치밀한 사이알론 소결체가 얻어지기 어렵다. 또, 만일 소결되었다고 해도, 형성된 사이알론 소결체는 내열충격성이 떨어질 우려가 있다. 상기 몰비 M_C/M_B 가 5.0 보다 큰 경우, 소결시에 α-사이알론이 생성되기 쉽고, 21R-사이알론이 생성되기 어려워진다. 그 결과, 내열충격성이 떨어질 우려가 있다. 만일 21R-사이알론이 생성되었다고 해도, 상기 몰비 M_C/M_B 가 5.0 을 초과하면, 입계상에 가넷형 결정 구조를 갖는 결정이 석출되기 쉬워진다. 그 때문에, 형성된 사이알론 소결체가 물러지기 쉬워, 절삭 인서트로서 사용한 경우에 내열충격성이 떨어질 우려가 있다.

사이알론 소결체 중에 있어서의 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 의 합계 함유량은, 산화물 환산으로 0.8 몰％ 이상 4.0 몰％ 이하인 것이 바람직하고, 1.0 몰％ 이상 3.0 몰％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 함유량이, 산화물 환산으로 0.8 몰％ 이상 4.0 몰％ 이하, 특히 1.0 몰％ 이상 3.0 몰％ 이하이면, 소결시에 β-사이알론과 21R-사이알론이 원하는 함유 비율로 생성되기 쉽다. 그 결과, 내열충격성 및 내 VB 마모성이 우수하고, 치밀한 사이알론 소결체를 제공할 수 있다. 상기 함유량이 산화물 환산으로 0.8 몰％ 미만인 경우, 소결성이 저하되어, 치밀한 사이알론 소결체가 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, 만일 소결되었다고 해도, β-사이알론의 형태가 침상이 되기 어려워, 침상 결정립이 복잡하게 낙합된 조직이 얻어지지 않을 우려가 있다. 그 때문에, 형성된 사이알론 소결체는 내열충격성이 떨어질 우려가 있다. 상기 함유량이, 산화물 환산으로 4.0 몰％ 보다 큰 경우, 입계상이 편석되기 쉬워지고, 그 결과 사이알론 소결체의 강도가 저하되어, 내열충격성이 떨어질 우려가 있다. 또, 상기 함유량이, 산화물 환산으로 4.0 몰％ 보다 큰 경우, 사이알론에 고용되지 않았던 희토류 원소 B 및 C 가 입계상에 많이 잔존함으로써 부드러운 입계상이 많이 형성되기 쉬워진다. 그 때문에, 형성된 사이알론 소결체는 내열충격성이 떨어질 우려가 있다.

사이알론 소결체에 있어서의 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 각각의 함유량 및 합계 함유량은, 형광 X 선 분석 또는 화학 분석을 사용하여 측정할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, α-사이알론을 함유하지 않거나, 혹은 특정한 비율로 함유하는 것이 바람직하다. α-사이알론은, 통상적으로 구상의 형태를 갖는다. 그 때문에, 사이알론 소결체에 있어서의 α-사이알론의 함유 비율이 많아질수록 물러져, 내열충격성이 저하되기 쉬워진다. 한편, 사이알론 소결체에 있어서의 α-사이알론의 함유 비율이 많아질수록 경도가 높아지기 때문에, 내 VB 마모성이 향상되기 쉬워진다. 따라서, 본 발명의 사이알론 소결체는, X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 각 사이알론의 상기 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하인 것이 바람직하고, 3 ％ 이상 15 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하, 특히 3 ％ 이상 15 ％ 이하이면, 내열충격성 및 내 VB 마모성에 의해 더욱 우수한 사이알론 소결체를 제공할 수 있다. 상기 비율 [(I_α/I_A) × 100] 은, 사이알론 소결체 중에 있어서의 α-사이알론의 함유 비율의 지표가 된다. 상기 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 25 ％ 를 초과하면, 내 VB 마모성이 향상되는 한편으로, 내열충격성이 저하되기 쉬워진다.

상기 비율 [(I_α/I_A) × 100] 은, 전술한 바와 같이 하여 X 선 회절 분석에 의해 얻어진 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A (＝ I_β ＋ I_α ＋ I_12H ＋ I_15R ＋ I_21R ＋ I_x) 를 산출하고, α-사이알론의 피크 강도 I_α 를 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 로 나눔으로써 구할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하일 때, M_x(Si,Al)₁₂(O,N)₁₆ (0 ＜ x ≤ 2) 로 나타내는 α-사이알론에 있어서, M 은 상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 를 함유하는 금속 원소이고, 사이알론 소결체에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_S 에 대한 α-사이알론에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_α 의 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 이하인 것이 바람직하다.

α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하일 때, 상기 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 이하인 사이알론 소결체는, 내열충격성 및 내 VB 마모성이 향상된다. 희토류 원소 B 는 이온 반경이 커, 단체로는 α-사이알론에 침입 고용되지 않는 것이 알려져 있다. 그러나, 사이알론 소결체의 원료 분말에, 희토류 원소 B 와 희토류 원소 C 의 양방을 첨가함으로써, 희토류 원소 C 가 α-사이알론에 침입 고용될 때 희토류 원소가 침입 가능한 사이트가 약간 넒어지기 때문에, 희토류 원소 B 를 α-사이알론에 침입 고용시킬 수 있다. 희토류 원소 B 와 희토류 원소 C 의 양방이 침입 고용되어 있는 α-사이알론은, 희토류 원소 C 가 단독으로 침입 고용되어 있는 α-사이알론에 비해 탈립이 일어나기 어렵다. 따라서, 희토류 원소 B 와 희토류 원소 C 의 양방이 침입 고용되어 있는 α-사이알론은, 내열충격성이 우수하다 그리고, 상기 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 이하, 즉 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비가 사이알론 소결체 전체보다 α-사이알론 쪽이 적어, 70 ％ 이하이고, α-사이알론에 대한 희토류 원소 B 의 침입 고용률이 작아져 있을 때, 입계상과 α-사이알론의 계면 결합력이 더욱 높아진다. 그 결과, 보다 탈립이 일어나기 어려워지기 때문에 내열충격성이 우수하다.

α-사이알론에 함유되는 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 의 함유량은, 투과형 전자 현미경에 부속되어 있는 원소 분석기 (EDS) 를 사용하여 측정할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 21R-사이알론, 12H-사이알론, 및 15R-사이알론을 함유하는 폴리사이알론 중, 적어도 21R-사이알론을 함유하고 있으면 되고, 21R-사이알론 이외에 12H-사이알론 및/또는 15R 사이알론을 함유하고 있어도 된다. 본 발명의 사이알론 소결체가, 21R-사이알론과 12H-사이알론 및/또는 15R 사이알론을 함유하고 있는 경우에는, X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 폴리사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p 의 비율 [(I_p/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 50 ％ 이하인 것이 바람직하고, 7 ％ 이상 40 ％ 이하인 것이 바람직하고, 10 ％ 이상 30 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 비율 [(I_p/I_A) × 100] 은, 사이알론 소결체 중에 있어서의 폴리 타입 사이알론의 함유 비율의 지표가 된다. 본 발명의 사이알론 소결체가, 21R-사이알론 이외에 12H-사이알론 및/또는 15R-사이알론을 상기 비율로 함유하고 있으면, 내열충격성 및 내 VB 마모성을 갖는다. 상기 비율 [(I_p/I_A) × 100] 이 5 ％ 미만인 경우에는, 사이알론 소결체 중의 21R-사이알론의 함유 비율이 5 ％ 미만이 되기 때문에, 21R-사이알론의 내 VB 마모성 및 내열충격성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 결과, 내 VB 마모성 및 내열충격성이 떨어진다. 상기 비율 [(I_p/I_A) × 100] 이 50 ％ 를 초과하면, 특히 60 ％ 를 초과하면, 사이알론 소결체 중의 폴리 타입 사이알론의 함유 비율이 많고, 상대적으로 β-사이알론의 함유 비율이 적어진다. 그 때문에, 내열충격성이 떨어질 우려가 있다.

상기 비율 [(I_p/I_A) × 100] 은, 전술한 바와 같이 하여 X 선 회절 분석에 의해 얻어진 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A (＝ I_β ＋ I_α ＋ I_12H ＋ I_15R ＋ I_21R ＋ I_x) 및 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p (＝ I_12H ＋ I_15R ＋ I_21R) 를 산출하고, 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p 를 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 로 나눔으로써 구할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 사이알론 소결체에 대해 β-사이알론과 21R-사이알론을 함유하는 폴리 타입 사이알론과 α-사이알론으로 이루어지는 사이알론을 합계로 70 면적％ 이상 99 면적％ 이하 함유하는 것이 바람직하고, 85 면적％ 이상 97 면적％ 이하 함유하는 것이 보다 바람직하다. 사이알론 소결체에 상기 비율로 사이알론이 함유되어 있으면, 이들 사이알론의 특성이 사이알론 소결체의 특성으로서 반영되기 쉽다. 본 발명의 사이알론 소결체는, 상기 사이알론 이외에 예를 들어 SiC, TiN, TiCN, TiC, WC 등의 경질 탄질화물을 함유하고 있어도 된다. 상기 비율로 사이알론 소결체 중에 함유되는 사이알론은, 사이알론 소결체 중에서 서브 미크론 내지 수 미크론 정도의 단축경으로, 1 ∼ 20 정도의 어스펙트비를 갖는 결정립으로서 존재하는 경우가 많다. 이 결정립끼리의 사이에는 비정질 또는 부분적으로 결정질인 입계상이 존재한다. 입계상은 사이알론 소결체의 소결시에 액상으로서 존재하여 사이알론 소결체의 소결성의 향상에 기여한다.

사이알론 소결체에 대한 사이알론의 합계 비율은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 사이알론 소결체를 임의의 평면에서 절단하고, 경면 가공한 절단면을 주사형 전자 현미경에 의해 2000 ∼ 5000 배의 배율로 촬영한다. 얻어진 미세 구조 사진을 화상 분석하여, 사이알론과 이들 이외의 상을 분류하고, 각각의 면적을 측정한다. 상기 합계 비율은, 사진 전체의 면적에 대한 사이알론의 면적의 비율을 산출함으로써 구할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 내열충격성 및 내 VB 마모성을 갖는다. 즉, 본 발명의 사이알론 소결체는 사이알론 소결체를 절삭 인서트로서 사용하여 내열 합금 등의 피삭재를 절삭 가공하는 경우에, 조 가공 및 중 마무리 가공의 양방에서 충분한 절삭 성능을 장기간에 걸쳐 발휘할 수 있다. 특히, 밀링 가공에 있어서 조 가공부터 중 마무리 가공 양방에서 충분한 절삭 성능을 장기간에 걸쳐 발휘할 수 있다.

본 발명의 사이알론 소결체의 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다. α-Si₃N₄ 분말, Al₂O₃ 분말, AlN 분말 등의 사이알론을 구성하는 원소를 함유하는 분말과, 희토류 원소 B 의 산화물 분말인 La₂O₃ 분말 및 CeO₂ 분말 중 적어도 1 종과, 희토류 원소 C 의 산화물 분말인 Y₂O₃ 분말, Nd₂O₃ 분말, Sm₂O₃ 분말, Eu₂O₃ 분말, Gd₂O₃ 분말, Dy₂O₃ 분말, Er₂O₃ 분말, Yb₂O₃ 분말, 및 Lu₂O₃ 분말 중 적어도 1 종을 혼합하여 원료 분말로 한다. 또한, α-Si₃N₄ 분말은, 불소산 등으로 산 처리 등을 실시함으로써 산화규소 (SiOx) 등의 산화물층을 제거하고, 산소의 함유량을 1.0 질량％ 미만으로 함으로써, 사이알론 소결체에 21R-사이알론을 생성시키기 쉽게 할 수 있다. 또, AlN 대신에 21R-사이알론 분말을 사용해도 된다. 산화물 대신에 수산화물을 사용해도 된다. 원료 분말은, 평균 입경 5 μ 이하, 바람직하게는 3 μ 이하, 더욱 바람직하게는 1 μ 이하의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 원료 분말은 소결 후의 사이알론 소결체의 조성을 고려하여 각각의 배합 비율을 결정하면 된다.

다음으로, 조제한 원료 분말과, 에탄올에 용해시킨 마이크로 왁스계의 유기 바인더와 에탄올을, Si₃N₄ 제의 포트에 투입하고, Si₃N₄ 제의 볼을 사용하여, 원료 분말을 습식 혼합한다. 얻어진 슬러리를 충분히 건조시켜 원하는 형상으로 프레스 성형한다. 얻어진 성형체를 가열 장치 내에서, 1 기압의 질소 분위기하, 400 ∼ 800 ℃ 에서 60 ∼ 120 분간의 탈지 처리를 실시한다. 또한, 탈지한 성형체를 Si₃N₄ 제의 용기 내에 배치하고, 질소 분위기하, 1700 ∼ 1900 ℃ 에서 120 ∼ 360 분간에 걸쳐 가열함으로써, 사이알론 소결체를 얻을 수 있다. 얻어진 사이알론 소결체의 이론 밀도가 99 ％ 미만인 경우에는, 다시 1000 기압의 질소 분위기하, 1500 ∼ 1700 ℃ 에서 120 ∼ 240 분의 HIP 처리를 실시하여, 이론 밀도로 99 ％ 이상의 치밀체를 얻는다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 절삭 인서트로서 사용할 수 있다. 도 1 은, 본 발명의 절삭 인서트의 일 실시예를 나타내는 개략 설명도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 절삭 인서트를 구비한 절삭 공구의 일 실시예를 나타내는 개략 설명도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이 실시형태의 절삭 인서트 (1) 는, 대략 원통 형상이며, 프라이스 커터용 홀더 (11) 등에 장착되어 절삭 공구 (10) 로서 사용된다. 프라이스 커터용 홀더 (11) 는, 그 원주 상의 복수 지점에 장착부 (12) 를 구비하고 있다. 절삭 인서트 (1) 는 이 장착부 (12) 에 착탈 가능하게 장착된다. 이 절삭 공구 (10) 는, 내열 합금 등의 피삭재의 밀링 가공 (프라이즈 가공) 등에 사용된다. 본 발명의 사이알론 소결체로 이루어지는 절삭 인서트 (1) 즉 본 발명의 사이알론 소결체를 소재로 하는 절삭 인서트 (1) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 밀링 가공을 실시하기 위한 프라이스 커터용 홀더에 장착되어 사용되는 것 이외에, 선삭 가공을 실시하는 선삭 가공용 홀더에 장착되어 사용될 수도 있다. 본 발명의 사이알론 소결체는, 내열충격성과 내 VB 마모성을 갖기 때문에, 특히 밀링 가공을 실시할 수 있는 절삭 공구에 바람직하게 사용되며, 조 가공부터 중 마무리 가공까지 범용적으로 사용할 수 있다.

이 실시형태의 절삭 인서트 (1) 는, 본 발명의 사이알론 소결체에 의해 형성되어 있다. 이 절삭 인서트 (1) 는 전술한 사이알론 소결체에 의해 형성되어 있기 때문에, 내열충격성 및 내 VB 마모성을 갖는다. 즉, 이 절삭 인서트 (1) 는, 내열 합금 등의 피삭재의 조 가공, 특히 밀링 가공에 견딜 수 있는 내열충격성과, 중 마무리 가공에 있어서 미려한 가공면을 얻는 데에 요구되는 내 VB 마모성을 가지며, 특히 밀링 가공에 있어서 조 가공부터 중 마무리 가공까지 범용적으로 사용할 수 있다. 이 절삭 인서트 (1) 는, 인코넬 718 등의 Ni 를 주성분으로서 함유하는 내열 합금 및 와스파로이 등의 Ni 를 주성분으로 하고, Co 를 10 질량％ 이상 함유하는 내열 합금 등을 피삭재로 하는 절삭 가공에 바람직하게 사용된다.

본 발명의 절삭 인서트는, 다른 실시형태로서, 상기 사이알론 소결체와, 상기 사이알론 소결체의 외주면의 적어도 일부에 형성된, TiN, Ti(C,N), TiC, Al₂O₃, (Ti,Al)N, 및 (Ti,Si)N 으로 대표되는 각종 경질 탄산 질화물로 이루어지는 피막에 의해 형성되어 있어도 된다. 절삭 인서트가 사이알론 소결체의 절삭날의 적어도 일부에 상기 피막이 형성되어 있으면, 상기 피막은 피삭재와의 반응성이 낮고, 고경도이기 때문에, 더욱 더 내마모성이 향상된다.

본 발명의 사이알론 소결체는, 절삭 인서트에 한정되지 않고, 다른 절삭 공구, 기계용 부품, 내열 부품, 내마모 부품 등으로서 사용할 수 있다.

실시예

(절삭 인서트의 제작)

평균 입경 1.0 ㎛ 이하의 α-Si₃N₄ 분말, Al₂O₃ 분말, AlN 분말과, 희토류 원소의 산화물 분말을 표 1 ∼ 표 3 에 나타내는 조성이 되도록 배합하여, 원료 분말로 하였다. 또한, α-Si₃N₄ 분말은, 필요에 따라 불소산으로 산 처리를 실시하거나, 산소량이 적은 시약을 사용하였다. 다음으로, 배합한 원료 분말과, 에탄올에 용해시킨 마이크로 왁스계의 유기 바인더와 에탄올을, Si₃N₄ 제의 포트에 투입하고, Si₃N₄ 제의 볼을 사용하여, 원료 분말을 습식 혼합하였다. 얻어진 슬러리를 충분히 건조시켜, ISO 규격으로 RNGN120700T01020 의 절삭 인서트의 형상으로 프레스 성형하였다. 얻어진 성형체를 가열 장치 내에서, 1 기압의 질소 분위기하, 약 600 ℃ 에서 60 분간의 탈지 처리를 실시하였다. 또한, 탈지한 성형체를 Si₃N₄ 제의 용기 내에 배치하고, 질소 분위기하, 1850 ℃ 에서 240 분간에 걸쳐 가열하여, 사이알론 소결체를 얻었다. 얻어진 사이알론 소결체의 이론 밀도가 99 ％ 미만인 경우에는, 다시 1000 기압의 질소 분위기하, 1600 ℃ 에서 180 분간의 HIP 처리를 실시하여, 이론 밀도로 99 ％ 이상의 치밀체를 얻었다. 이 사이알론 소결체를 다이아몬드 지석으로 연마 가공함으로써, ISO 규격으로 RNGN120700T01020 의 형상으로 조정하여, 절삭 공구용 절삭 인서트를 얻었다.

(절삭 인서트의 분석)

얻어진 사이알론 소결체를 분석한 결과를 표 4 ∼ 표 6 에 나타낸다.

사이알론 소결체에 함유되는 사이알론의 종류는, 얻어진 사이알론 소결체를 X 선 회절 분석함으로써 동정하였다.

사이알론 소결체를 절단하여, 경면 가공된 절단면을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰한 결과, 어느 사이알론 소결체에 있어서도 결정립끼리의 사이에 부분적으로 결정을 함유하는 비정질의 입계상이 관찰되었다. 또, 주사형 전자 현미경에 의해 촬영한 사진을 분석하여, 사이알론과 사이알론 이외의 상으로 분류하고, 각각의 면적을 측정한 결과, 사진 전체의 면적에 대한 사이알론의 면적의 비율은, 시험 번호 4, 24, 25, 28 은 70 ∼ 85 면적％ 이고, 시험 번호 1, 3, 5 ∼ 23, 27, 29, 30 은 85 ∼ 95 면적％ 이고, 시험 번호 2, 26 은 95 ∼ 99 면적％ 였다.

β-사이알론의 Z 값은, 얻어진 사이알론 소결체를 X 선 회절 분석하고, 전술한 바와 같이 식 (1) 을 사용하여 구하였다.

21R-사이알론의 함유량, 폴리 타입 사이알론의 총함유량, 및 α-사이알론의 함유량은, 얻어진 사이알론 소결체를 X 선 회절 분석하여, 전술한 바와 같이 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 21R-사이알론의 피크 강도 I_21R 의 비율 [(I_21R/I_A) × 100], 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 각 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p 의 비율 [(I_p/I_A) × 100], 및 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 을 각각 산출하여 구하였다.

얻어진 사이알론 소결체의 실온 (25 ℃) 으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수는, 질소 분위기 중에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 JIS R 1618 에 준하여 측정하였다.

얻어진 사이알론 소결체에 함유되는, 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 의 함유량은, 형광 X 선 분석에 의해 구하였다.

α-사이알론에 함유되는, 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 의 함유량은, 투과형 전자 현미경에 부속되어 있는 EDS 를 사용하여 측정하였다. 구체적으로는, 5 개 이상의 α-사이알론 입자를 EDS 분석하고, 얻어진 값의 평균값을 산출하여 구하였다.

얻어진 사이알론 소결체의 실온 (25 ℃) 에 있어서의 열전도율을, JIS R 1611 에 준하여 측정한 결과, 시험 번호 1 ∼ 23, 25, 29, 30 은 7 W/k·m 이상이고, 시험 번호 24, 26 ∼ 28 은 7 W/k·m 미만이었다.

(절삭 인서트의 절삭 성능의 평가)

얻어진 절삭 인서트를 도 2 에 나타내는 프라이스 커터용 홀더에 장착하여, 이하의 절삭 가공 조건으로 절삭 시험을 실시하였다. 절삭 가공에 있어서, 다음의 어느 것에 도달하였을 때의 가공 거리를 표 4 ∼ 표 6 에 나타내었다.

(1) VB 마모가 0.3 ㎜ 를 초과했을 때 (VB)

(2) 내열충격성 부족에 의한 열균열로부터 결손을 일으켰을 때 (TC)

[절삭 가공 조건 1]

피삭재 : 인코넬 718

절삭 속도 : 1000 m/min

이송 속도 : 0.2 ㎜/tooth

절삭 깊이 : 1 ㎜

절삭유 : 없음

[절삭 가공 조건 2]

피삭재 : 인코넬 718

절삭 속도 : 1200 m/min

이송 속도 : 0.17 ㎜/tooth

절삭 깊이 : 1 ㎜

절삭유 : 없음

표 4 ∼ 표 6 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내의 절삭 인서트는, 절삭 가공에 있어서, VB 마모가 0.3 ㎜ 를 초과하기까지 및 내열충격성 부족에 의한 열균열로부터 결손이 발생하기까지의 가공 시간이 길어, 내 VB 마모성 및 내열충격성을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위 내의 절삭 인서트는, 인코넬 718 등의 내열 합금을 피삭재로 하여, 조 가공 및 중 마무리 가공의 양방에 사용할 수 있다. 한편, 본 발명의 범위 밖의 절삭 인서트는, 본 발명의 절삭 인서트에 비해, VB 마모가 0.3 ㎜ 를 초과하기까지 또는 내열충격성 부족에 의한 열균열로부터 결손이 발생하기까지의 가공 시간이 짧아, 내 VB 마모성 및 내열충격성 중 적어도 하나가 떨어지는 것을 알 수 있다.

이하에, 표 4 ∼ 표 6 의 시험 결과에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 21R-사이알론의 함유량이 5 ％ 미만인 시험 번호 17, 21 ∼ 23, 25, 29 의 절삭 인서트는, 본 발명의 범위 내에 있는 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 상기 절삭 인서트는, 수명 요인이 VB 마모 또는 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 21R-사이알론의 함유량이 5 ％ 미만이면, 내 VB 마모 및 내열충격성 중 어느 하나가 떨어지는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 21R-사이알론의 함유량이 30 ％ 이상인 시험 번호 19 및 20 의 절삭 인서트는, 본 발명의 범위 내에 있는 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 상기 절삭 인서트는 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 21R-사이알론의 함유량이 30 ％ 이상이면, 내열충격성이 떨어지는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 보다 큰 시험 번호 20, 21, 24 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1 ∼ 16, 18, 26 ∼ 28, 30 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 상기 절삭 인서트는 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 21R-사이알론에 더하여 21R-사이알론 이외의 폴리 타입 사이알론을 함유하고, 그 총함유량이 50 ％ 보다 큰 시험 번호 19 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1 ∼ 16, 18, 26 ∼ 28, 30 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 상기 절삭 인서트는 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 폴리 타입 사이알론의 총함유량이 50 ％ 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, α-사이알론의 함유량이 25 ％ 보다 큰 시험 번호 21 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1 ∼ 16, 18, 26 ∼ 28, 30 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 상기 절삭 인서트는 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, α-사이알론의 함유량이 25 ％ 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, α-사이알론을 함유하는 절삭 인서트 중 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 를 초과하는 시험 번호 30 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1, 3 ∼ 16, 18 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 시험 번호 30 의 절삭 인서트의 수명 요인이 내결손성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 를 초과하면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, β-사이알론의 Z 값이 0.3 미만인 시험 번호 E 의 절삭 인서트는, 시험 번호 A ∼ C 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 또, 시험 번호 E 의 절삭 인서트는, 수명 요인이 VB 마모인 것으로부터, β-사이알론의 Z 값이 0.3 미만이면, 내 VB 마모성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, β-사이알론의 Z 값이 1.0 보다 큰 시험 번호 D 의 절삭 인서트는, 시험 번호 A ∼ C 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 또, 시험 번호 D 의 절삭 인서트는, 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, β-사이알론의 Z 값이 1.0 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 희토류 원소 B 및 희토류 원소 C 를 함유하고 있고, 몰비 M_C/M_B 가 0.06 미만인 시험 번호 ⅳ 의 절삭 인서트는, 시험 번호 ⅰ ∼ ⅲ 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 또, 시험 번호 ⅳ 의 절삭 인서트는, 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 몰비 M_C/M_B 가 0.06 미만이면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 몰비 M_C/M_B 가 5.0 보다 큰 시험 번호 ⅴ 의 절삭 인서트는, 시험 번호 ⅰ ∼ ⅲ 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 시험 번호 ⅴ 의 절삭 인서트는, 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 몰비 M_C/M_B 가 5.0 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 희토류 원소 B 의 함유량 및 희토류 원소 C 의 함유량의 합계가 0.8 몰％ 미만인 시험 번호 26 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1 ∼ 16, 18, 27, 28, 30 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 시험 번호 26 의 절삭 인서트는, 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 희토류 원소 B 의 함유량 및 희토류 원소 C 의 함유량의 합계가 0.8 몰％ 미만이면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 희토류 원소 B 의 함유량 및 희토류 원소 C 의 함유량의 합계가 4.0 몰％ 보다 큰 시험 번호 24 의 절삭 인서트는, 시험 번호 1 ∼ 16, 18, 26 ∼ 28, 30 의 절삭 인서트에 비해 가공 시간이 짧다. 또, 시험 번호 24 의 절삭 인서트는 수명 요인이 내열충격성 부족에 의한 결손인 것으로부터, 희토류 원소 B 및 C 의 함유량이 4.0 몰％ 보다 크면, 내열충격성이 떨어지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

1 : 절삭 인서트
10 : 절삭 공구
11 : 프라이스 커터용 홀더
12 : 장착부

Claims

β-사이알론과 21R-사이알론을 함유하는 사이알론 소결체로서,
X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 21R-사이알론의 피크 강도 I_21R 의 비율 [(I_21R/I_A) × 100] 이 5 ％ 이상 30 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 1 항에 있어서,
실온으로부터 600 ℃ 까지의 열팽창 계수가 4.2 ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z 로 나타내는 β-사이알론의 Z 값이 0.3 이상 1.0 이하이고,
La 및 Ce 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 B 와, Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Yb, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 희토류 원소 C 를 함유하고,
상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 의 몰비 M_B : M_C 는, 산화물 환산으로 1.0 : 0.06 ∼ 1.0 : 5.0 이고,
상기 사이알론 소결체 중에 있어서의 상기 희토류 원소 B 및 상기 희토류 원소 C 의 합계 함유량은, 산화물 환산으로 0.8 몰％ 이상 4.0 몰％ 이하인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 각 사이알론의 상기 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 α-사이알론의 피크 강도 I_α 의 비율 [(I_α/I_A) × 100] 이 0 ％ 이상 25 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 4 항에 있어서,
M_x(Si,Al)₁₂(O,N)₁₆ (0 ＜ x ≤ 2) 로 나타내는 α-사이알론에 있어서, M 은 상기 희토류 원소 B 와 상기 희토류 원소 C 를 함유하는 금속 원소이고,
사이알론 소결체에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_S 에 대한 α-사이알론에 있어서의 희토류 원소 C 에 대한 희토류 원소 B 의 원자비 A_α 의 비율 A_α/A_S 가 70 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
21R-사이알론, 12H-사이알론, 및 15R-사이알론을 함유하는 폴리사이알론 중, 21R-사이알론과 12H-사이알론 및/또는 15R 사이알론을 함유하고,
X 선 회절 분석에 의해 얻어지는 사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 사이알론의 피크 강도의 합계 I_A 에 대한 상기 폴리사이알론의 피크 강도로부터 산출되는 각 폴리 타입 사이알론의 피크 강도의 합계 I_p 의 비율 [(I_p/I_A) × 100] 이 50 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 사이알론 소결체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 사이알론 소결체로 이루어지는 절삭 인서트.