KR20170141210A

KR20170141210A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20170141210A
Application number: KR1020177031206A
Authority: KR
Inventors: 세실리아 오르함마르; 호세 루이스 가르시아
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-12-22
Also published as: WO2016174028A1; EP3289112A1; US10995399B2; US20180127862A1; JP2018521214A; KR102609665B1; JP6879935B2; CN107530774A; EP3289112B1; CN107530774B

Abstract

본 발명은 WC 및 바인더 상을 포함하는 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구에 관한 것이다. 절삭 공구는 50-400 ㎛ 의 두께를 갖는 구배 표면 존을 갖고 상기 구배 표면 존은 구배 표면 존의 최외각 부분에서 가장 낮은 바인더 상 함량을 갖는 바인더 상 구배를 갖고 절삭 공구는 유리 그래파이트를 포함한다.
본 발명은 또한 상기에 따른 절삭 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다. 초경합금 바디는 Ti-합금들 및 Ni-계 합금들과 같은 비철 합금들을 기계 가공하는 데 사용될 때에 화학적 마모에 대한 개선된 저항성을 나타낸다.

Description

절삭 공구{CUTTING TOOL}

본 발명은 비철 합금들을 기계 가공하기 위해 적절한, Ti-합금들 및 Ni-계 합금들을 위해 가장 적절한 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구에 관한 것이다. 절삭 공구는 구배 표면 존을 포함하고 구배 표면 존은 구배 표면 존의 최외각 부분에서 가장 낮은 바인더 상 함량을 갖는 바인더 상 구배를 갖는다. 초경합금 바디는 또한 유리 그래파이트를 포함한다.

Ti-합금들 및 Ni-합금들을 기계 가공하기 위해 초경합금으로 제조된 절삭 공구들은 본 기술 분야에서 널리 공지되어 있다. 이들 타입들의 공작물 재료들을 기계 가공할 때에 발생될 수 있는 하나의 문제점은 화학적 마모이다.

화학적 마모는 Ti-합금들을 기계 가공하는 데 일반적이다. 따라서, 공작물 재료에서의 용해성 및 반응성이 Ti-합금들을 기계 가공하기 위해 인서트를 선택할 때에 매우 중요하다는 것이 발견되었다. Ti 의 극도로 낮은 열 전도성은 인서트로 열 전달 및 강화된 화학적 반응성을 발생시킨다.

초경합금 구조에서 탄소 함량의 임팩트는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 탄소의 부족은 에타 상, 예를 들면 W₆Co₆C, W₃Co₃C 의 형성을 발생시키는 한편, 탄소의 과다는 유리 그래파이트의 석출을 발생시킨다. 탄소 함량은 에타 상 또는 그래파이트가 형성되도록 보통 균형잡혀진다. 양쪽 에타 상 및 그래파이트는 회피되어야 할 것으로 간주된다.

본 발명의 하나의 목적은 화학적 마모를 감소시킴으로써 비철 재료들을 기계 가공할 때에 절삭 공구들에 대한 공구 수명을 개선시키는 것이다.

화학적 마모는 -무엇보다도- Co-Ti 용융물의 형성, 코발트에서 탄소의 빠른 확산 및 Ti 과 C 사이의 화학적 반응을 발생시킨다. Ti 는 WC 및 에타-상 (W₆Co₆C, W₃Co₃C) 의 열화 또는 W₂C 형성을 발생시키는 WC 그레인들로부터 C 와 반응한다. 이는 초경합금의 취화, 그레인들의 찢어짐 (rip out) 및 공구 수명을 상당히 감소시키는 공구의 빠른 마모를 발생시킨다.

본 발명은 WC 및 바인더 상을 포함하는 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구에 관한 것이고, 상기 절삭 공구는 50-400 ㎛ 의 두께를 갖는 구배 표면 존을 갖고, 상기 구배 표면 존은 구배 표면 존의 최외각 부분에서 가장 낮은 바인더 상 함량을 갖는 바인더 상 구배를 갖고, 절삭 공구는 유리 그래파이트를 포함한다.

본 발명은 또한 다음의 단계들을 포함하는 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다:

- 그러한 특정한 초경합금 조성을 위해 상 다이어그램에서 1000 ℃ 에서 두개의 상 영역의 폭에 의해 결정된 범위 내로 탄소 함량을 제 1 초경합금 바디에 제공하는 단계 및 50-400 ㎛ 의 두께를 갖는 구배 표면 존이 형성되도록 상기 제 1 초경합금 바디가 침탄 환경에서 소결 단계를 거치게 하는 단계.

본 발명은 또한 Ti 또는 Ti-합금들에서 기계 가공하기 위해 본원에서 설명된 바와 같은 절삭 공구의 사용에 관한 것이다.

본 발명에 따른 절삭 공구가 Ti-합금을 기계 가공하는 데 사용될 때에, 초경합금 및 특히 구배 표면 존에서 유리 그래파이트가 기계 가공 중에 공작물 재료에서 Ti 와 화학적으로 상호작용하는 것을 발견하였다. 이러한 상호작용은 본 발명에 따른 초경합금이 증가된 공구 수명을 발생시키는 하나의 이유이다.

도 1 은 WC 및 6 wt% Co 를 포함하는 초경합금에 대한 상 다이어그램을 도시한다.
도 2 는 WC 및 10 wt% Co 를 포함하는 초경합금에 대한 상 다이어그램을 도시한다.
도 3 은 예 1 에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 초경합금의 LOM 이미지를 도시한다.
도 4 는 예 2 에 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 초경합금의 LOM 이미지를 도시한다.
도 5 는 ThermoCalc 에 의해 연산된 바와 같이 1000 ℃ 에서 wt% 로 상이한 코발트 함량들에 대한 제 1 초경합금에 적절한 탄소 함량에 대한 그래프를 도시한다.

본 발명에 따른 초경합금에서 WC 는 적절하게 0.4 내지 10 ㎛, 바람직하게 1.2 내지 4.0 ㎛ 의 평균 그레인 사이즈를 갖는다.

WC 및 바인더 상 뿐만 아니라, 초경합금은 또한 초경합금들을 제조하는 본 기술 분야에서 일반적인 다른 성분들, 예를 들면 Nb, Ta, Ti 및 Cr 를 포함할 수 있다. 이들 원소들의 양은 총 초경합금의 20 wtppm 내지 5 wt% 에서 변할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 즉 WC 뿐만 아니라 부가적인 성분들의 양은 총 초경합금의 20 wtppm 내지 1 wt%, 바람직하게 20 및 250 wtppm 이다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, WC 는 존재하는 유일한 경질 성분이다.

초경합금은 또한 희토류들, 산화물들, 알루미나이드들 및 붕소화물들과 같은 본 기술 분야에서 일반적인 작은 양들의 다른 원소들을 포함할 수 있다.

초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구에서 바인더 상 함량은 적절하게 2 내지 25 wt%, 바람직하게 4 내지 10 wt% 및 보다 바람직하게 5 내지 7 wt% 이다.

바인더 상은 하나 이상의 Co, Ni 및 Fe 를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 바인더 상은 주로 Co 를 포함한다. 그것은 본원에서 바인더 상을 위한 원재료로서, 단지 Co 만이 첨가된다는 것을 의미한다. 그러나, 제조 중에 다른 원소들이 Co 에 부분적으로 용해될 수 있다.

본 발명에 따르면, 구배 표면 존에서 바인더 상이 고갈되고, 즉 구배 표면 존에서 바인더 상 함량이 초경합금의 벌크에서 바인더 상 함량 보다 낮다. 바인더 상 함량을 측정하는 하나의 방법은 EDS/WDS 검출기를 갖는 Microprobe Jeol JXA8530F 에 의한 것이다.

구배 표면 존의 두께는 적절하게 50 내지 400 ㎛, 바람직하게 120 내지 250 ㎛ 이다. 구배 표면 존은 공구의 표면과 바인더 상 함량이 더이상 변하지 않는 지점, 즉 벌크가 시작되는 지점 사이의 구역으로서 규정된다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 구배 표면 존에서 바인더 상 함량은 벌크에서 바인더 상 함량의 0.2 내지 0.9 이다. 표면으로부터 시작하여 벌크를 향해 구배 표면 존에서 바인더 상 함량의 증가는 구배 표면 존의 마지막까지 점진적이다.

초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구에서의 그래파이트 함량은 Light Optic Microscope (LOM) 을 사용할 때 그래파이트 석출물들이 명백하게 보여질 수 있도록 한다. 그래파이트는 구배 표면 존에서 보여질 수 있고 몇몇 경우들에서 또한 전체 초경합금 바디, 즉 양쪽 구배 표면 존 및 벌크 전체를 통해 보여질 수 있다.

유리 그래파이트의 양을 설명하는 하나의 방법은 DIN ISO 4505 에 따라 측정된 C-공극률에 의해서이다. 이는 본원에서, 100 배 (배의) 배율의 이미지에서, 상기 이미지가 적어도 600 X 600 ㎛ 의 공구의 구역 및 공구의 노우즈, 바람직하게 절삭날을 포함한다면, 유리 그래파이트의 최대량을 갖는 구역에서 C-공극률이 C02 내지 C08, 바람직하게 C04 내지 C08, 보다 바람직하게 C06 내지 C08 인 것을 의미한다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 그래파이트는 구배 표면 존에 존재한다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 그래파이트는 단지 구배 표면 존에서만 존재한다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 초경합금은 WC 및 Co 및 불가피 불순물들로 이루어진다. 제품에서 총 탄소 함량은 WC-함량과 함께 변할 것인데 왜냐하면 그것은 총 탄소 함량에 기여하기 때문이다.

예를 들면, 94 wt% WC 및 6 wt% Co 를 포함하는 초경합금에 대해, 재료에서 총 탄소 함량은 적절하게 5.80 내지 5.95 wt%, 바람직하게 5.89 내지 5.93 wt% 이다. 탄소 함량은 예를 들면 예들에서 설명된 바와 같이 LECO 장치에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 초경합금은 WC 및 5-7 wt% Co 및 불가피 불순물들로 이루어진다.

공구 수명을 증가시키도록 코팅을 초경합금 공구들에 제공하는 것은 본 기술 분야에서 일반적이다. 본 발명에 따른 초경합금에는 코팅되지 않거나 또는 코팅, 적절하게 본 기술 분야에서 공지된 CVD 또는 PVD 코팅이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 본 발명에 따른 절삭 공구는 적절하게 코팅되지 않는다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 초경합금 바디에는 마모 검출에 대해 유용한 코팅, 예를 들면 0.2-3 ㎛ 의 두께를 갖는 TiN 이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 초경합금 바디에는 여분의 탄소원을 제공하도록 예를 들면 CVD 에 의해 디포짓팅된 탄소를 포함하는 코팅, 예를 들면 0.2-3 ㎛ 의 두께를 갖는 DLC 코팅이 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 초경합금 바디에는 CVD 디포지션에 의해 0.2-3 ㎛ 의 두께를 갖는 ZrC 단분자층을 포함하는 코팅이 제공된다.

절삭 공구는 본원에서 인서트, 드릴 또는 엔드 밀을 의미한다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 절삭 공구는 터닝 인서트이다.

본 발명에 따른 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구는 비철 합금들을 기계 가공하기 위해 적절하고, Ti 또는 Ti-합금들 및/또는 Ni-계 합금들을 위해 가장 적절하고 Ti 또는 Ti-합금들을 위해 가장 적절하다. Ti 및 Ti 합금들의 예들은 적절하게 α, β 및 γ 합금들, 예를 들면 Ti₅Al_2.5Sn 과 같은 α-Ti 및 α-합금들, Ti₆Al₂Sn₄Zr₂Mo 와 같은 준 α-합금들, Ti₆Al₂Sn₄Zr₆Mo 및 Ti₆Al₄V 와 같은α+β 합금들이다. Ni-계 합금들의 예들은 Inconel 718, Waspaloy 및 Haynes 282 합금이다.

본 발명은 또한 Ti 또는 Ti-합금들에서 기계 가공을 위해 본원에서 설명된 바와 같은 절삭 공구의 사용에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기에 따른 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초경합금의 기재를 포함하는 절삭 공구를 제조하는 방법에서는 제 1 초경합금 바디가 소정의 탄소 함량을 갖게하고 그후 상기 제 1 초경합금 바디가 침탄 환경에서 소결 단계를 거치게 한다.

제 1 초경합금 바디는 그러한 특정한 초경합금 조성을 위해 상 다이어그램에서 1000 ℃ 에서 두개의 상 영역의 폭에 의해 결정된 범위 내로, 즉 WC +고체 바인더 상을 위한 존에서 탄소 함량을 갖는 임의의 초경합금 바디일 수 있다

조성에 따라, 예를 들면 Cr 또는 Fe 또는 Ni 과 같은 다른 바인더 상 금속들의 존재에 따라, 이러한 영역에 대한 탄소 제한값들은 변한다는 것이 본 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 두개의 상 영역에 대한 탄소 제한값들은 또한 WC 함량과 함께 변한다. 이는 도 1 (94 wt% WC+6 wt% Co 에 대해), 및 도 2 (90wt% WC+10 wt% Co 에 대해) 에 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 94 wt% WC+6 wt% Co 를 포함하는 제 1 초경합금 바디에서 탄소 함량은 점선들 사이에서, 거리 X, 즉 상 다이어그램에서 규정된 바와 같이 1000℃ 의 온도에서 5.70 내지 5.77 wt% C 로 되어야 하는 한편, 90 wt% WC+10 wt% Co 에 대해, 상응하는 범위는 상 다이어그램에서 규정된 바와 같이 1000℃ 의 온도에서 5.40 내지 5.53 wt% C 사이일 것이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 상기 설명된 바와 같이 두개의 상 영역의 폭에 의해 결정된 범위의 하부 반부에 존재한다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 6 wt% Co 를 포함하는 WC-Co 계에 대해 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 적절하게 5.70 내지 5.77 wt %, 바람직하게 5.70 내지 5.72 wt% C 이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 10 wt% Co 를 포함하는 WC-Co 계에 대해, 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 적절하게 5.40 내지 5.53 wt %, 바람직하게 5.40 내지 5.46 wt% C 이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, WC+7wt% Co 조성을 갖는 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 5.62 내지 5.71 wt% C 이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, WC+8wt% Co 의 조성을 갖는 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 5.55 내지 5.65 wt% C 이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, WC+9wt% Co 의 조성을 갖는 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량은 5.47 내지 5.59 wt% C 이다.

제 1 초경합금 바디는 또한 경질 성분을 형성하는 파우더들 및 바인더 상을 형성하는 파우더들로부터 종래의 기술들에 따라 제조될 수 있다.

경질 성분들을 형성하는 파우더들은 하나 이상의 Ta, Ti, Nb, Cr, Hf, V, Mo 및 Zr 의 탄화물들 또는 탄소질소 화합물들 및 WC 와 같은 초경합금들을 제조하는 본 기술 분야에 일반적인 재료들로부터 선택된다.

WC 는 고온 침탄된 WC 또는 다음의 원소들의 하나 또는 조합들과 도핑된-WC 일 수 있다: WO2014/191505 또는 WO 2014/191511 에 설명된 바와 같은 Mo, Cr, Zr, Ta, Nb, Ti, Hf, V.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 제 1 초경합금 바디에는 바인더 상 구배들이 없다. 그것은 본원에서 초경합금 바디가 바인더 상의 본질적으로 고른 분배를 갖고, 즉 어떠한 구배도 제 1 소결 바디를 제조할 때에 발생되지 않는다는 것을 의미한다.

경질 성분들의 적어도 일부는 또한 리사이클링된 초경합금 재료로서 첨가될 수 있다. 그러한 재료들은 보통 야금학적 또는 화학적 수단, 예를 들면 아연 복구 프로세스 (PRZ), 전해질 복구, 추출 또는 산화에 의해 리사이클링된다. 그러한 원재료는 W, C, Co 및 적어도 하나 이상의 Ta, Ti, Nb, Cr, Zr, Hf, V 및 Mo 와 같은 많은 원소들을 포함할 수 있다.

바인더 상을 형성하는 파우더들은 하나의 단일한 바인더 금속의 파우더, 또는 두개 이상의 금속들 파우더 블렌드, 또는 두개 이상의 금속들의 합금의 파우더일 수 있다. 바인더 금속들은 Cr, Mo, Fe, Co 또는 Ni, 바람직하게 Co, Fe 또는 Ni, 가장 바람직하게 Co 로부터 선택된다.

바인더 상을 형성하는 첨가된 파우더들의 그레인 사이즈는 적절하게 0.5 내지 3 ㎛, 바람직하게 0.5 내지 1.5 ㎛ 이다. 바인더 상을 형성하는 파우더들의 양은 적절하게 2 내지 25 wt%, 바람직하게 4 내지 10 wt% 및 보다 바람직하게 5 내지 7 wt% 이다.

제 1 초경합금 바디를 제조하는 방법은 보통 경질 성분들을 형성하는 파우더들, 즉 상기에 따른 WC 및 가능하게 임의의 다른 첨가제들, 바인더 상을 형성하는 파우더들, 유기성 바인더, 예를 들면 PEG, 또는 파라핀 및 밀링 액체, 예를 들면 물/에탄올을 포함하는 슬러리를 형성함으로써 개시된다. 슬러리는 적절하게 볼 밀 또는 아트리토 밀에서 밀링된다.

밀링 전에 파우더 혼합물에 탄소 블랙의 첨가에 의해 탄소 함량의 조정은 상기 설명된 바와 같이 제 1 초경합금 바디에서 원하는 탄소 함량을 달성하도록 행해진다.

슬러리는 그후 적절하게 공지된 기술들, 특히 스프레이-건조에 따라 그래뉼들로 건조된다.

그린 바디들은 차후에 단일축선 프레싱, 다축선 프레싱 등과 같은 프레싱 작업에 의해 건조된 그래뉼들로부터 형성된다. 그린 바디들은 차후에 제 1 초경합금 바디를 형성하도록 임의의 종래의 소결 방법들, 예를 들면 진공 소결, 소결 HIP, 스파크플라즈마 소결 등에 따라 소결된다.

제 1 초경합금 바디는 그후 침탄 환경에서 소결된다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 침탄 환경에서 소결은 중간에 초경합금 바디들을 이동시키지 않고 제 1 경화 바디를 형성하는 소결과 같은 동일한 노에서 행해진다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 침탄 환경에서 소결은 예를 들면 상이한 노들을 사용함으로써 제 1 경화 바디를 형성하는 소결과 분리되어 행해진다.

침탄 환경에서 소결을 위한 소결 온도는 제 1 초경합금 바디의 조성에 따라 변한다. 침탄 환경에서 소결은 WC+Co_liq+Co_sol 상 영역의 하한값과 같은 적어도 제 1 액체의 형성을 위한 온도 초과인 온도에서 소결 노에서 행해진다. WC+Co_liq+Co_sol 상 영역은 양쪽 도 1 및 도 2 에서 알 수 있다.

침탄 환경에서 소결하는 소결 온도는 적절하게 1500℃ 미만이다.

예를 들면, 6 wt% Co 를 갖는 WC-Co 에 대해, 온도는 적절하게 1300 내지 1370 ℃, 바람직하게 1340 내지 1350℃ 이다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 침탄 환경은 하나 이상의 탄소 함유 가스들, 예를 들면 CH₄, CO 에 의해 제공된다. H₂ 가스는 또한 소결 중에 존재할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 침탄 환경은 탄소 코팅 또는 탄소 파우더 또는 탄소 용액과 같은 탄소원에 의해 제공될 수 있다.

침탄 환경에서 소결의 지속 시간은 적절하게 15 분 내지 4 시간, 바람직하게 40 분 내지 2 시간이다. 지속 시간은 본원에서 최대 온도에서 시간을 의미한다.

예 1 (본 발명)

부가적인 탄소와 함께 WC, 6 wt% Co 로 제조된 혼합물은 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결되었다. 소결후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 로 이루어진다. 소결 후에 총 탄소는 5.70 wt% C 이었다. 탄소 함량은 샘플의 연소에 의해 측정되고 그후 고체 상태 IR 검출에 의해 제품들을 분석한다. 분석은 LECO WC-600 장치에 의해 행해진다. 값들의 정확성은 ±0.01 wt% 이다.

제 1 소결 단계 후에 초경합금 바디는 초경합금에서 Co-고갈된 구배 표면 존을 제조하도록 CH₄/H₂ 의 혼합물을 포함하는 소결 분위기에서 1350℃ 의 온도에서 1h 동안 초경합금 바디를 열처리 함으로써 제 2 소결 단계를 거쳤다. 열 처리 후에 초경합금은 WC, Co 및 ISO DIN 4505 에 따른 C06 의 C-공극률을 갖는 유리 그래파이트 석출물들을 포함하였다. 부가적으로 초경합금과 비교되는 보다 높은 탄소 활동성을 갖는 분위기에서 소결 처리로 인해, 130 ㎛ 의 Co-고갈된 구배 표면 존이 초경합금에서 형성된다. 초경합금 바디의 LOM 이미지는 도 3 에서 알 수 있다.

구배는 15kW 50nA 의 빔 에너지, 1 ㎛ 의 프로브 직경 및 1000 ms 의 드웰타임을 갖는 EDS/WDS 검출기를 갖는 Microprobe Jeol JXA8530F 를 사용하여 세개의 상이한 위치들, 즉 노우즈, 레이크 및 페이스 측의 인서트의 횡단면에서 측정된다.

열 처리 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소 함량은 5.89 wt% C 이었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 1 로 불리운다.

예 2 (본 발명)

부가적인 탄소와 함께 WC, 6 wt% Co 로 제조된 혼합물은 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결되었다. 소결 후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 를 포함하였다. 소결후에 총 탄소 함량은 5.76 wt% C 이었다.

제 1 소결 단계 후에 초경합금 바디는 초경합금에서 Co-고갈된 구배 표면 존을 제조하도록 CH₄/H₂ 의 혼합물을 포함하는 소결 분위기에서 1350℃ 의 온도에서 1h 동안 초경합금 바디를 열처리함으로써 제 2 소결 단계를 거쳤다. 열 처리후에 초경합금은 WC, Co 및 ISO DIN 4505 에 따른 C06 의 C-공극률을 갖는 유리 그래파이트 석출물들을 포함하였다. 부가적으로 초경합금과 비교하여 보다 높은 탄소 활동성을 갖는 분위기에서 소결 처리로 인해, 100 ㎛ 의 Co-고갈된 구배 표면 존이 초경합금에서 형성된다. 열 처리 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소 함량은 5.91 wt% C 였다. 초경합금 바디의 LOM 이미지는 도 4 에서 알 수 있다. C-공극률, 구배 및 탄소 함량은 예 1 에 설명된 바와 같이 측정되었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 2 로 불리운다.

예 3 (본 발명 + 코팅)

본 발명 (예 1) 에 따라 제조된 초경합금은 종래의 화학적 디포지션에 의해 제조된 1.6 ㎛ 의 ZrC 층 및 0.3 ㎛ 의 TiN 의 본딩 층으로 이루어진 다층으로 코팅되었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 3 로 불리운다.

예 4 (비교예)

부가적인 여분의 탄소와 함께 WC, 6 wt% Co 로 제조된 혼합물이 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결되었다. 소결 후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 를 포함하였다. 소결 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소는 5.76 wt% C 였다. 탄소 함량은 예 1 에서 설명된 바와 같이 측정되었다. 유리 그래파이트의 구배가 존재하지 않았다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 4 로 불리운다.

예 5 (비교예)

첨가된 W 금속과 함께 WC, 6wt% Co 로 제조된 혼합물은 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결된다. 소결 후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 및 서브탄화물 (W,Co)xC (M₆C,M₁₂C) 석출물들, 즉 에타 상을 포함했다. 소결후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소는 5.36 wt% C 였다.

제 1 소결 단계 후에 초경합금 바디는 CH₄/H₂ 의 혼합물을 포함하는 소결 분위기에서 1350℃ 의 온도에서 1h 동안 초경합금 바디를 열처리함으로써 제 2 소결 단계를 거쳤다. 열 처리 후에 초경합금은 WC, Co 및 서브탄화물 (W,Co)xC (M₆C,M₁₂C) 석출물들, 즉 에타 상을 포함하였다. 부가적으로 300 ㎛ 의 두께를 갖는 서브탄화물 (W,Co)xC (M₆C,M₁₂C) 석출물들이 없는 Co-고갈된 구배 표면 존이 초경합금에 형성되었다. LECO 에 의해 측정된 총 탄소 함량은 5.55 wt% C 이었다. 유리 그래파이트가 관찰되지 않았다. 구배 및 탄소 함량은 예 1 에 설명된 바와 같이 측정되었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 5 로 불리운다.

예 6 (비교예)

부가적인 여분의 탄소와 함께 WC, 6 wt% Co 로 제조된 혼합물은 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결되었다. 소결 후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 및 ISO DIN 4505 에 따라 C06 의 C-공극률을 갖는 유리 그래파이트 석출물들을 포함하였다. 소결 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소는 5.80 wt% C 이었다. 어떠한 구배도 존재하지 않았다. C-공극률 및 탄소 함량은 예 1 에 설명된 바와 같이 측정되었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 6 으로 불리운다.

예 7 (비교예)

부가적인 탄소와 함께 WC, 6 wt% Co 로 제조된 혼합물은 18h 동안 혼합되고 블렌딩되고, 진공 조건들 하에서 1h 동안 1410℃ 에서 프레싱되고 소결되었다. 소결 후에 초경합금은 Co 금속 바인더 상으로 임베딩된 WC 및 유리 그래파이트 석출물들을 포함하였다. 소결 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소는 5.80 wt% C 이었다.

제 1 소결 단계 후에 초경합금 바디는 초경합금의 표면에 Co-고갈된 구배 표면 존을 제조하도록 CH₄/H₂ 의 혼합물을 포함하는 소결 분위기에서 1350℃ 의 온도로 1h 동안 초경합금 바디를 열처리함으로써 제 2 소결 단계를 거쳤다. 열 처리 후에 초경합금은 WC, Co 및 ISO DIN 4505 에 따른 C06 의 C-공극률을 갖는 유리 그래파이트 석출물들로 이루어진다. 부가적으로 초경합금과 비교하여 보다 높은 탄소 활동성을 갖는 분위기에서 소결 처리로 인해, 30 ㎛ 의 코발트 바인더 구배를 갖는 구배 표면 존이 초경합금에서 형성된다. 열 처리 후에 LECO 에 의해 측정된 총 탄소 함량은 5.90 wt% C 였다. C-공극률, 구배 및 탄소 함량은 예 1 에 설명된 바와 같이 측정되었다. 이러한 초경합금 바디는 샘플 7 로 불리운다.

예 8 (작업 예)

모든 인서트들은 다음의 조건들을 사용하여 Ti₆Al₄V 합금에서 터닝 작업으로 테스트되었다:

ap=0.2

Fn=0.2

Vc=75 m/min.

공구 수명 기준은 0.4 mm 초과의 플랭크 마모로 연장되었다.

결과들은 표 1 에서 알 수 있다.

표 1

이러한 결과들은 본 발명에 따라 제조된 초경합금들이 모든 다른 초경합금들과 비교하여 상당히 개선된 수명을 나타낸다는 것을 보여준다. 결과들은 또한 침탄 분위기에서 소결 전에 제 1 초경합금 바디에서의 탄소 함량이 초경합금 바디의 성능에 대해 중요하다는 것을 보여준다.

Claims

절삭 공구로서,
상기 절삭 공구는 WC 및 바인더 상을 포함하는 초경합금의 기재를 포함하고,
상기 절삭 공구는 50-400 ㎛ 의 두께를 갖는 구배 표면 존을 갖고, 상기 구배 표면 존은 상기 구배 표면 존의 최외각 부분에서 가장 낮은 바인더 상 함량을 갖는 바인더 상 구배를 갖고,
상기 절삭 공구는 유리 그래파이트를 포함하는, 절삭 공구.
제 1 항에 있어서,
상기 구배 표면 존의 두께는 120 내지 250 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유리 그래파이트의 양은 C-공극률이 C02-C08 로 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 그래파이트의 양이 C-공극률이 C04-C08 로 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 그래파이트는 상기 구배 표면 존에 존재하는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더 상은 코발트인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
코발트 함량은 4 내지 10 wt% 인 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절삭 공구는 코팅되지 않는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절삭 공구에는 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는, 절삭 공구.
초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법으로서:
- 특정한 초경합금 조성을 위해 상 다이어그램에서 1000 ℃ 에서, 두개의 상 영역의 폭에 의해 결정된 범위 내로, 즉 WC + 고체 바인더 상에 대한 존에서 탄소 함량을 제 1 초경합금 바디에 제공하는 단계,
- 50-400 ㎛ 의 두께를 갖는 구배 표면 존이 형성되도록 상기 제 1 초경합금 바디가 침탄 환경에서 소결 단계를 거치게 하는 단계를 포함하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 초경합금 바디에서의 상기 탄소 함량은 상기 두개의 상 영역의 폭에 의해 결정된 범위의 하부 반부에 존재하는 것을 특징으로 하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 초경합금 바디는,
WC 를 포함하는 경질 성분들을 형성하는 파우더들 및 상기 바인더 상을 형성하는 파우더들을 제공하고,
차후에 밀링되고, 건조되고, 그린 바디로 프레싱되고,
상기 그린 바디를 제 1 초경합금 바디로 소결함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더 상은 코발트인 것을 특징으로 하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 소결 단계의 지속 시간은 15 분 내지 4 시간인 것을 특징으로 하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
침탄 환경에서 상기 소결 단계의 소결 온도는 WC+Co_liq+Co_sol 상 영역의 하한값과 같은 적어도 제 1 액체의 형성을 위한 온도 초과이고, 1500℃ 미만인 것을 특징으로 하는, 초경합금의 절삭 공구를 제조하는 방법.
비철 합금들에서 기계 가공을 위한 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 절삭 공구의 사용.
Ti 또는 Ti-합금들에서 기계 가공을 위한 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 절삭 공구의 사용.