KR20210023861A - 절삭 공구의 처리 방법 및 절삭 공구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구의 처리 방법에 관한 것으로, 절삭 공구는 100 ℃ 이상의 온도에서 숏 피닝을 받는다. 절삭 공구는 전형적으로 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이에 있는 절삭 날을 포함하고, 숏 피닝은 적어도 절삭 공구의 레이크 면에서 수행된다. 본 발명은 또한 전술한 방법으로 처리된 절삭 공구에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구를 처리하는 방법에 관한 것으로, 절삭 공구는 상승된 온도에서 숏 피닝을 받는다. 본 발명은 또한 상승된 온도에서 숏 피닝을 받은 절삭 공구에 관한 것이다.
금속 절삭 응용분야를 위한 절삭 공구는 일반적으로 서멧 또는 초경합금 기재로 구성되며, 기재는 절삭 공구의 수명과 성능을 높이기 위해 종종 내마모성 코팅으로 코팅된다. 절삭 공구를 더욱 개선하기 위해, 습식 블라스팅, 건식 블라스팅, 에지 브러싱 및/또는 연마와 같은 단계를 포함하여, 때로는 후처리라고 불리는 절삭 공구를 처리하는 것이 알려져 있다. 이러한 공정은 일반적으로 절삭 공구의 표면 거칠기 및/또는 기재 및/또는 코팅의 잔류 응력을 변경한다.
초경합금의 숏 피닝 효과는 Wang 등의 "텅스텐 초경합금의 잔류 응력 및 미세구조에 미치는 숏 피닝의 효과", Materials and Design 95, 2016년, 페이지 159-164 에 의해 설명된다. 압축 잔류 응력이 Co 및 WC 모두에서 표면층에서 유도되는 것으로 나타났다.
생산 시간을 절약하고 절삭 공구 파손으로 인한 고장 위험을 줄이기 위해 절삭 공구의 수명과 성능을 지속적으로 개선해야 한다.
본 발명의 목적은 금속 절삭 응용분야에서 내마모성이 개선된 절삭 공구를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 절삭 날에서 코팅의 치핑에 대한 저항성이 높은 밀링 공구를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적 중 적어도 하나는 청구항 1 에 따른 방법 및 청구항 20 및 청구항 22 에 따른 절삭 공구로 달성된다. 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들에 열거되어 있다.
본 발명은 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구를 처리하는 방법에 관한 것으로, 절삭 공구는 100 ℃ 이상의 온도, 바람직하게는 200 ℃ 이상의 온도, 더 바람직하게는 200 ℃ 내지 450 ℃ 의 온도에서 숏 피닝을 받게 된다. 숏 피닝을 받는 기재의 부분은 전술한 온도에 있다. 절삭 공구를 가열할 때에 절삭 공구를 숏 피닝으로 처리하면 절삭 수명이 늘어난다는 사실이 예기치 않게 발견되었다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구는 150-250 ℃ 의 온도, 바람직하게는 175-225 ℃ 의 온도에서 숏 피닝을 받는다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구는 300-600 ℃ 의 온도, 바람직하게는 350-550 ℃ 의 온도, 더 바람직하게는 450-550 ℃ 의 온도에서 숏 피닝을 받는다.
본 발명의 숏 피닝은 상승된 온도에서 수행되며, 이 온도는 숏 피닝되는 재료 (절삭 공구의 부분) 가 숏 피닝 동안에 있는 온도로 정의된다. 유도 가열, 저항 가열, 뜨거운 표면/오븐에서의 예열, 레이저 가열 등과 같은 여러 가지 방법을 사용하여 절삭 공구 부분의 상승된 온도를 생성할 수 있다. 절삭 공구는 대안적으로 숏 피닝 단계 이전의 별도의 단계에서 가열될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구는 레이크 면, 플랭크 면 및 그 사이의 절삭 날을 포함하고, 숏 피닝은 적어도 레이크 면에서 수행된다. 레이크 면 피닝은, 작업 재료가 절삭 작업 동안에 절삭 공구에 부딪히는 것이 레이크 면에 있고 기재에 영향을 미치는 피닝 동안에 메커니즘이 따라서 기재의 관련 영역 또는 부피에 적용된다는 점에서 유리하다. 이는 많은 절삭 공구 형상에 대해 동시에 여러 절삭 날을 처리하는 것을 의미하기 때문에 레이크 면에 숏 피닝을 적용하는 것이 더 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 날의 적어도 일부의 ER 은 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 이다. 본 방법에 따라 제작된 절삭 공구는 이 ER 로 절삭 공구에서 잘 작동하고 있음이 놀랍게도 입증되었다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금 또는 서멧중의 금속 바인더상 함량은 1-30 부피%, 바람직하게는 3-25 부피% 이다. 바인더상 함량은 절삭 공구의 인성 거동을 제공할 수 있을 만큼 충분히 높아야 한다. 금속 바인더상 함량은 바람직하게는 30 부피% 이하, 바람직하게는 25 부피% 이하이다. 바인더상 함량이 너무 높으면 절삭 공구의 경도와 내마모성이 감소한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 금속 바인더상은 Co, Ni 및 Fe 로부터 선택된 하나 이상의 금속 원소들을 80 중량% 이상 포함하는 합금이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 금속 바인더상은 Co, Ni, Fe, Al, Cr, Mn, Ru, W, Mo, Re, Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, Cu 및 Si 에서 선택된, 바람직하게는 Co, Ni, Fe, Al, Cr, Ti 및 Ta로부터 선택된, 가장 바람직하게는 Co, Ni, Fe, Al 및 Cr로부터 선택된 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 합금이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구에는 코팅이 제공된다. 코팅은 컬러 층 또는 내마모성 코팅일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅의 두께는 2-20 ㎛, 바람직하게는 5-10 ㎛이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 ZrO2 비드, 강 또는 초경합금, 바람직하게는 ZrO2 비드를 포함하는 피닝 매체로 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 평균 직경 70-150 ㎛ 의 피닝 매체로 수행된다. 비드가 너무 크면, 절삭 날의 손상 위험이 높아진다. 비드가 너무 작으면, 매체로부터 기재에 전달되는 에너지와 충격이 덜 두드러진다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅은 CVD 코팅 또는 PVD 코팅이고, 바람직하게는 상기 코팅은 TiN, TiCN, TiC, TiAlN, Al2O3 및 ZrCN 에서 선택된 하나 이상의 층을 포함한다. 코팅은 바람직하게는 TiCN 층 및 Al2O3 층을 포함하는 CVD 코팅이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 가열된 절삭 공구에서 수행되며, 방법은 숏 피닝 이전에 절삭 공구가 가열되는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 방법은 절삭 공구의 적어도 일부를 숏 블라스팅하는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는 일부는 절삭 날의 적어도 섹션 또는 절삭 날에 가까운 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 블라스팅하는 단계는 숏 피닝에 후속하여 수행된다. 숏 피닝 동안의 열은 코팅에서의 잔류 응력 유도와 같은 숏 블라스팅으로부터의 일부 긍정적인 효과를 줄일 수 있으며, 따라서 숏 블라스팅 전에 숏 피닝을 행하도록 선택함으로써 두 가지 긍정적인 효과를 모두 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 블라스팅 및 숏 피닝은 절삭 공구의 동일한 부분에서 수행된다. 이는 예를 들어 절삭 공구의 더 효과적인 부하로 인해 대규모 생산 중에 유리하다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법으로 처리된 금속 절삭 적용을 위한 절삭 공구에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝 공정은 초경합금 기재가 Cr 을 포함하는 Co 바인더상을 갖는 초경합금 기재를 포함하는 임의의 절삭 공구에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 적어도 50 중량% WC, 가능하게는 초경합금 제조 분야에서 통상적인 다른 경질 성분, 및 3 내지 20 중량% 의 Co 바인더상을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, Co 는 소결 동안 Co 바인더에서 용해되는 원소들, 예를 들어 WC 로부터 기원하는 C 및 W 및 Cr 을 제외하고 바인더의 주성분이다. 존재하는 다른 유형의 경질 성분에 따라, 다른 원소들도 바인더에서 용해될 수 있다. 초경합금중의 Co 의 양은 적합하게는 3 내지 20 중량%, 바람직하게는 3 내지 12 중량% 이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 다른 경질 성분은 예를 들어 입자 성장 억제제, 감마상 형성제 등이다. 일반적인 첨가제는 Ti, Ta, Nb, Zr 및 V 의 탄화물, 질화물 또는 탄질화물이다.
본 발명의 일 실시형태에서, Co 바인더상은 Cr/Co 중량비가 0.03 내지 0.35, 바람직하게는 0.07 내지 0.20 이 되는 양으로 Cr 을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 M7C3 탄화물 및 가능하게는 M3C2 탄화물을 포함하며, 여기서 M 은 Cr 이고 가능하게는 W, Co 및 초경합금에 첨가되는 임의의 다른 원소들 중의 하나 이상이다. 여기서 이는 M7C3 탄화물이 100 nm 크기의 입자를 검출하기에 충분한 배율로 후방 산란을 사용하여 SEM (주사 전자 현미경) 이미지에서 명확하게 보여야 함을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 비율 부피% M7C3 탄화물/부피% Co 에 의해 주어진 양으로 M7C3 탄화물을 포함한다. 적합하게는 비율 부피% M7C3 탄화물/부피% Co 는 0.01 내지 0.5, 바람직하게는 0.03 내지 0.25 이다. M7C3 탄화물 및 Co 바인더의 부피% 는 EBSD 또는 적합한 소프트웨어를 이용한 이미지 분석, 예를 들어 이미지 J 에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구를 처리하는 방법은 금속 바인더상을 포함하는 초경합금 기재를 포함하며, 초경합금은 -0.13 중량% ≤ SCC < 0 중량%, 또는 -0.30 중량% ≤ SCC ≤ -0.16 중량% 의 아화학량론적 탄소 함량, SCC 를 갖고, 절삭 공구는 100 ℃ 이상의 온도에서, 바람직하게는 200 ℃ 이상의 온도에서, 더 바람직하게는 200 ℃ 내지 450 ℃ 의 온도에서 숏 피닝 공정을 받는다. 숏 피닝을 받는 기재의 부분은 상기 온도에 있다. 절삭 공구를 가열할 때 절삭 공구를 숏 피닝으로 처리하면 절삭 수명이 늘어난다는 사실이 예기치 않게 발견되었다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝 공정은 금속 바인더상을 포함하는 초경합금 기재를 포함하는 임의의 절삭 공구에 적용될 수 있으며, 여기서 초경합금은 -0.13 중량% ≤ SCC <0 중량%, 또는 -0.30 중량% ≤ SCC ≤ -0.16 중량% 의 아화학량론적 탄소 함량, SCC 를 갖는다.
본 명세서에서 초경합금이란 적어도 50 중량% WC, 가능하게는 초경합금을 제조하는 기술에서 통상적인 다른 경질 성분 및 3 내지 20 중량% 의 금속 바인더상을 포함하는 재료를 의미한다.
일 실시형태에서, 금속 바인더상은 주요 원소(들)가 초경합금의 3 내지 20 중량%, 또는 초경합금의 5 내지 12 중량% 의 양으로 Fe, Co 및 Ni 의 하나 이상, 바람직하게는 Co 로부터 선택된 바인더상이다.
일 실시형태에서, 바인더는 소결 동안 바인더에서 용해되는 다른 원소들, 예를 들어 WC 로부터 기원하는 C 및 W 를 제외하고는 하나 이상의 Ni, Co 및 Fe 로 주로 구성된다. 존재하는 다른 유형의 경질 성분에 따라, 다른 원소들도 바인더에서 용해될 수 있다.
일 실시형태에서, 당업계에서 일반적인 다른 경질 성분은 예를 들어 입자 성장 억제제, 감마상 형성제 등이다. 일반적인 첨가제는 Ti, Ta, Nb, Zr, V 및 Cr 의 탄화물, 질화물 또는 탄질화물이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 초경합금 기재는 특정 범위 내의 아화학양론적 탄소 함량 (SCC) 을 갖는다. 아화학량론적 탄소는 탄소의 화학양론적 값과 관련하여 탄소 함량을 측정한 것이다. 아화학량론적 값은 바인더상 함량, 기타 탄화물 등과 같은 다른 파라미터에 의존하지 않기 때문에 사용하기에 적합한 값이다.
본원에 사용된 용어 아화학량론적 탄소는 화학 분석에 의해 결정된 총 탄소 함량에서 WC 및 소결된 초경합금에 존재하는 가능한 다른 탄화물에 기반한 계산된 화학양론적 탄소 함량을 뺀 것이다.
화학양론적 탄소 함량이 예를 들어 Co 및 WC 로 구성되는 소결된 초경합금에서 평가되는 경우, 이는 원자비 W:C 가 1:1 이라고 가정하여 추가된 WC 원료의 양에 기반하여 행해질 수 있거나, 또는, 소결된 재료에 대한 측정으로부터 그리고 측정된 텅스텐 함량으로부터 원자비 W:C 가 1:1 이라고 가정하여 화학양론적 탄소 함량을 계산할 수 있다. 다른 성분, 예를 들어 이전에 설명한 바와 같이 입자 성장 억제제, 감마상 형성제 등이 첨가되는 경우, 이들도 화학양론적이라고 가정한다.
WC-Co 기재의 아화학량론적 탄소 함량 (SCC) 을 결정하는 한 가지 방법은, 먼저 LECO WC-600 기기를 사용하여 총 탄소 함량을 측정하는 것인데, 이 분석을 위해 분석 전에 샘플이 분쇄되었다. 값의 정확도는 ± 0.01 중량% 이다. 이어서 Co 함량은 Malvern Panalytical Axios Max Advanced 기기를 사용하여 XRF (X-선 형광) 로 측정된다. 샘플의 총 중량으로부터 코발트와 탄소 양을 뺌으로써, WC 가 1:1 비율을 갖는다고 가정하여 화학양론적 탄소 함량을 계산하는데 사용되는 W 함량이 얻어진다.
일 예로서, 특정 초경합금에 대한 화학양론적 탄소 함량이 5.60 중량% 이고 동일한 초경합금이 만들어지지만 탄소 함량이 5.30 중량% 이면, 아화학량론적 탄소는 -0.30 중량% 가 된다.
바인더상에서의 W 의 용해도는 탄소 함량과 직접 관련이 있다. 바인더에서의 W 의 양은 에타상 형성 한계에 도달할 때까지 탄소 함량이 감소함에 따라 증가한다. 탄소 함량이 더 낮아지면, 바인더에서의 W 의 용해도가 더 이상 증가하지 않는다. 바인더에 용해된 다량의 W 를 얻는 것이 유익한 일부 초경합금 등급에서, 탄소 함량은 낮게 유지되었지만 에타상 형성한계 이상이다.
일 실시형태에서, 초경합금은 아화학양론적 탄소 함량이 -0.13 중량% ≤ SCC < 0 중량%, 바람직하게는 -0.13 중량% ≤ SCC ≤ -0.05 중량%, 더 바람직하게는 -0.12 중량% ≤ SCC ≤-0.10 중량% 이다. 이 실시형태에서 초경합금은 적어도 에타상의 큰 응집체가 없고, 대안적으로 어떤 형태의 에타상이 없다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금 기재는 에타상을 포함하고, 0.30 중량% ≤ SCC < -0.16 중량%, 바람직하게는 -0.28 중량% ≤ SCC ≤ -0.17 중량% 의 아화학량론적 탄소를 갖는다. 탄소 함량이 이 실시형태에서 상한보다 높으면, 즉 -0.16 이상이지만 여전히 에타상 형성 영역에 있다면, 형성된 에타상은 큰 응집체처럼 불균일하게 분포되며, 이는 초경합금의 인성 저하를 가져올 것이다. 본 발명의 이 실시형태에 따른 초경합금은 균일하게 분포된 에타상을 가져야 하며, 이는 초경합금이 큰 응집체가 없음을 의미한다. 바람직하게는, 에타상의 양은 2 내지 10 부피%, 바람직하게는 4 내지 8 부피%, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 부피% 이다.
일 실시형태에서, 초경합금은 Me12C 및/또는 Me6C 탄화물을 포함하는 에타상을 포함하며, 여기서 Me 는 W, Mo 및 바인더상 금속으로부터 선택된 하나 이상의 금속이다. 본 실시형태에 따른 초경합금은 그러한 낮은 탄소 함량을 가져서 에타상이 형성된다. 이는 바인더 및 에타상에서 높은 W 함량을 모두 갖는 초경합금을 초래할 것이다. 그러나, 형성된 에타상은 큰 응집체로서 존재하지 않는다.
일반적으로, 에타상은, 깨지기 쉽고 초경합금 특성에 해로운 에타상 입자의 큰 응집체에 전통적으로 존재했기 때문에 초경합금에서 원하지 않는 것으로 간주되었다. 그러나, 본 실시형태의 초경합금에서와 같이 특정 범위의 아화학양론적 탄소 함량을 선택하여 응집되지 않은 에타상을 제공함으로써, 초경합금은 우수한 특성을 나타낸다. 에타상은 미세 분산된 상으로서 미세구조에 존재한다.
에타상의 일반적인 탄화물은 W6Co6C, W3Co3C, W6Ni6C, W3Ni3C, W6Fe6C, W3Fe3C 이다.
일 실시형태에서, 에타상은 Me12C 및 Me6C 둘 다를 포함한다.
일 실시형태에서, 초경합금은 아화학양론적 탄소 함량이 -0.13 중량% ≤ SCC < 0 중량%, 바람직하게는 -0.13 중량% ≤ SCC ≤ -0.05 중량%, 더 바람직하게는 -0.12 중량% ≤ SCC ≤ -0.10 중량% 이다. 이 실시형태에서 초경합금은 적어도 에타상의 큰 응집체가 없고, 대안적으로 어떤 형태의 에타상이 없다.
본 발명은 또한 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구에 관한 것으로, 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이의 절삭 날을 포함하며, 레이크 면에서 측정된 비커스 경도는 벌크에서 측정된 비커스 경도보다 적어도 25 HV100 더 높고, 바람직하게는 30 HV100 더 높고, 더 바람직하게는 40 HV100 더 높으며, 경도는 4 병렬 측정의 평균이다. 벌크에서 측정된 경도는 절삭 공구의 단면에서 수행되는 경도 측정이다. 본 발명의 절삭 공구에서 경도는 표면 영역에 비해 벌크 영역에서 더 낮다. 절삭 공구의 표면 영역, 특히 금속 절삭 적용시에 공작물 재료와 접촉하는 절삭 공구 영역의 경도가 증가하면, 초경합금 또는 서멧의 내마모성이 증가한다는 점에서 유리하다. 또한, 기재에 적용된 코팅은 더 오래 견딜 수 있어, 절삭 공구의 수명을 늘릴 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 절삭 공구는 코팅을 포함하고, 경도 측정 영역에서의 코팅의 두께는 3-12 ㎛, 바람직하게는 6 ㎛ 미만이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 기재 내의 경질 성분의 입자 크기는 균일하게 분포되어서, 입자 크기 분포의 구배가 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에서, 기재의 표면 영역에서의 바인더상 함량은 절삭 공구의 벌크 영역에서의 바인더상 함량보다 크거나 동일하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 표면 영역의 초경합금 또는 서멧의 조성은 벌크 영역의 조성에 상응한다.
본 발명은 또한 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이의 절삭 날을 포함하는 절삭 공구에 관한 것이고, 레이크 면에서 측정된 잔류 응력은 RS(오리지날)이고, 400 ℃ 대기압에서 10 분간 열처리한 후에 측정한 잔류 응력은 RS(열처리)이고, 관계 RS(열처리)/RS(오리지날) 은 92% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더 바람직하게는 97% 이상이다. 표면 영역의 잔류 응력은 숏 피닝 공정 후에 압축된다. 일 실시형태에서 관계 RS(열처리)/RS(오리지날) 은 1 이상이다. 400 ℃에서의 열처리는 심지어 열처리 후에도 핫 숏 피닝의 효과가 기재에 남아 있음을 분명히 보여준다. 이는 기재의 표면 영역에서 증가된 잔류 응력 수준이 균열의 형성에 대응하고 그럼으로써 절삭 공구의 수명을 증가시킬 수 있기 때문에 유리하다. 금속 절삭은 열을 발생시키기 때문에 사용중인 절삭 공구는 열에 노출된다. 냉각이 자주 적용되지만, 많은 응용분야에서 열이 활용되어, 절삭력이 비교적 낮게 유지될 수 있기 때문에 형성 중에 칩이 부드러워진다.
숏 피닝은 기재의 잔류 응력에 영향을 미치므로, 압축 응력은 예를 들어 XRD, sin2y-방법에 의해 그리고 WC 의 211 피크로부터의 반사를 연구하여 측정될 수 있다. 핫 숏 피닝은 놀랍게도 기재의 잔류 응력에 더 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 핫 숏 피닝은 후속 열처리에도 견딜 수 있는 잔류 응력을 유발한다는 것을 깨달았다. 이는 절삭 공구에 유리한 유망한 특성이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구는 초경합금 기재를 포함하며, 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이의 절삭 날을 포함하고, 레이크 면에서 측정된 비커스 경도는 벌크에서 측정된 비커스 경도보다 적어도 25 HV100 더 높고, 바람직하게는 30 HV100 더 높고, 더 바람직하게는 40 HV100 더 높으며, 경도는 4 개의 병렬 측정의 평균이고, 절삭 공구는 3-12 ㎛ 의 두께를 갖는 표면 코팅을 포함하고, 초경합금은 Co 를 포함하는 3-20 중량% 의 바인더상을 갖고, 초경합금은 Cr/Co 중량비가 0.03-0.35 가 되도록 Cr 을 포함한다. 일 실시형태에서, 이 코팅은 CVD 코팅, 바람직하게는 TiCN 층 및 Al2O3 층을 포함하는 CVD 코팅이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구는 시멘티드 기재를 포함하고, 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이의 절삭 날을 포함하고, 레이크 면에서 측정된 잔류 응력은 RS(오리지날)이고, 400 ℃ 대기압에서 10 분간 열처리한 후에 측정된 잔류 응력은 RS(열처리)이고, 관계 RS(열처리)/RS(오리지날) 가 92% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더 바람직하게는 97% 이상이고, 절삭 공구에는 두께가 3-12 ㎛ 인 CVD 코팅이 제공되고, 기재는 적어도 50 중량% 의 WC, 및 Co를 포함하는, 바람직하게는 7-10 중량% 의 Co 를 포함하는, 임의로 TaC 및 NbC 를 포함하는 3-20 중량% 의 바인더상을 포함하고, 바람직하게는 절삭 공구에는 TiCN 층 및 Al2O3 층을 포함하는 CVD 코팅이 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 절삭 공구 인서트의 일반적인 도면이다.
도 2 는 절삭 날의 단면의 일반적인 도면이다.
도 2 는 절삭 날의 단면의 일반적인 도면이다.
정의
초경합금 및 서멧은 연속적인 금속 바인더상에 분포된 경질 성분을 포함하는 재료이다. 이러한 종류의 재료는 경질 성분의 높은 경도와 금속 바인더상의 높은 인성을 결합한 특성을 가지고 있으며 금속 절삭 공구의 기재 재료로서 적합하다.
본원에서 "초경합금" 은 적어도 50중량% WC, 가능하게는 초경합금 제조 분야에서 통상적인 다른 경질 성분 및 바람직하게는 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상으로부터 선택되는 금속 바인더상을 포함하는 재료를 의미한다.
본원에서 "서멧" 은 경질 성분 및 금속 바인더상을 포함하는 재료를 의미하며, 여기서 경질 성분은 티타늄 탄질화물, 티타늄 탄화물 및 티타늄 질화물 중 하나 이상이다. 바람직하게는 서멧에서의 금속 바인더상은 Fe, Co 및 Ni 중 하나 이상, 바람직하게는 Co 로부터 선택된다. 서멧 분야에서 일반적인 다른 경질 성분은 Ti, Ta, Nb, Zr, V 및 Cr 의 탄화물, 질화물 또는 탄질화물로부터 선택된다. 서멧 재료는 자유 육방정 WC 를 포함하지 않는다. 티타늄 탄질화물을 기반으로 하는 서멧 재료는 오늘날 가장 일반적인 서멧 재료이다.
초경합금 또는 서멧의 금속 바인더는 WC 로부터 유래한 W 및 C 와 같이 소결 동안에 금속 바인더에서 용해되는 다른 원소를 포함할 수 있다. 존재하는 다른 유형의 경질 성분에 따라, 다른 원소도 바인더에서 용해될 수 있다.
본원에서 "절삭 공구" 는 인서트, 엔드 밀 또는 드릴과 같은 금속 절삭 적용을 위한 절삭 공구를 의미한다. 적용 영역은 선삭, 밀링 또는 드릴링일 수 있다.
"ER" 은 에지의 날카로움을 나타내기 위한 에지 라운딩의 값이다. ER 값이 클수록 절삭 날의 거친 형상을 나타내고, ER 값이 작을수록 날카로운 절삭 날을 나타낸다.
여기서 ER 은 다음에 따라 계산된 값으로서 정의된다:
- 절삭 공구를 베어링 표면의 평평한 표면 또는 절삭 공구의 해당 표면에 놓는다.
- 상기 평평한 표면에 수직인 절삭 공구의 측면을 따르는 제 1 평면을, 예를 들어 절삭 공구 (1) 의 플랭크 면 (3) 을 따라 측정하기 위해 에지와 접촉하여 정렬한다.
- 교차점에서 상기 제 1 평면과 교차하고 상기 평평한 표면과 평행하는 제 2 평면을 정렬하고, 상기 제 2 평면은 접촉점에서 측정하기 위해 에지와 접촉하고, 예를 들어 상기 제 2 평면은 절삭 공구 (1) 의 레이크 면 (2) 을 따라 정렬된다.
"ER" 값은 제 1 평면과 제 2 평면 사이의 교차점과 에지에 가까운 절삭 공구와 제 1 평면 사이의 접촉점 간의 거리와 같다 (도 2 참조).
여기서 "숏 블라스팅" 은 연마 입자를 사용하는 공정을 나타내며, 여기서 재료는 일반적으로 연마 마모에 의해 처리된 표면으로부터 제거된다. 숏 블라스팅은 절삭 공구의 분야에서 잘 알려져 있으며, 예를 들어 절삭 공구의 코팅에 잔류 응력을 도입하는 것으로 알려져 있다.
여기서 "숏 피닝" 은, 절삭 공구의 표면이 비연마성이고 전형적으로 둥근 모양을 갖는 소위 비드라고 하는 입자를 포함하는 매체로 충격을 받는 것을 의미한다. 매체는 산화물, 강 또는 초경합금과 같은 경질 재료의 비드일 수 있다.
여기서 용어 "벌크" 는 절삭 공구의 가장 안쪽 부분 (중심) 을 의미하고, 본 개시에서 가장 낮은 경도를 갖는 영역을 의미한다.
여기에서 용어 "표면 영역" 은 본원에 개시된 숏 피닝 공정에 의해 영향을 받는 기재의 외부 부분을 의미한다.
발명의 상세한 설명
도 1 은 레이크 면 (2) 과 플랭크 면 (3) 이 제공된 절삭 공구 인서트 (1) 의 개략도이다. 그 사이에 절삭 날이 제공된다. 도 2 는 ER 이 표시되고 또한 절삭 날의 폭 "w" 가 개략적으로 도시된 절삭 날의 단면의 일반적인 도면이다.
본 발명은 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구 (1) 를 처리하는 방법에 관한 것으로, 절삭 공구는 100 ℃ 이상의 온도, 바람직하게는 200 ℃ 이상의 온도, 보다 바람직하게는 200 ℃ 내지 450 ℃ 의 온도에서 숏 피닝을 받는다. 숏 피닝을 받는 기재의 부분은 전술한 온도에 있다. 절삭 공구를 가열할 때 숏 피닝으로 처리하면 절삭 수명이 늘어난다는 사실이 예기치않게 발견되었다.
숏 피닝이 수행되는 온도의 상한은 바람직하게는 주어진 초경합금 또는 서멧의 소결 온도 미만, 보다 바람직하게는 1200 ℃ 미만이다.
본 발명의 숏 피닝은 상승된 온도에서 수행되며, 여기서 이 온도는 숏 피닝되는 재료 (절삭 공구의 부분) 가 숏 피닝 동안에 있는 온도로서 정의된다. 유도 가열, 저항 가열, 뜨거운 표면/오븐에서의 예열, 레이저 가열 등과 같은 여러 가지 방법을 사용하여 절삭 공구 부분의 상승된 온도를 생성할 수 있다. 절삭 공구는 숏 피닝 단계 이전에 별도의 단계에서 가열될 수도 있다.
온도는 온도 측정에 적합한 임의의 방법에 의해 기재상에서 적절하게 측정된다. 바람직하게는, 적외선 온도 측정 장치가 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이의 절삭 에지를 포함하고, 숏 피닝은 적어도 레이크 면 (2) 에서 수행된다. 레이크 면 피닝은, 절삭 작업 중에 작업 재료가 절삭 공구에 부딪히고 기재에 영향을 미치는 피닝중에 메커니즘이 기재의 관련 영역 또는 체적에 적용되는 것이 레이크 면 (2) 인 점에서 유리하다. 이는 많은 절삭 공구 형상에 대해 동시에 여러 절삭 날을 처리하는 것을 의미하기 때문에 레이크 면 (2) 에 숏 피닝을 적용하는 것이 더 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 날의 적어도 일부의 ER 은 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 이다. 놀랍게도 본 방법이 이 ER 로 절삭 공구 (1) 에서 잘 수행되고 있음이 입증되었다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금 또는 서멧중의 금속 바인더상 함량은 1-30 부피%, 바람직하게는 3-25 부피% 이다. 바인더상 함량은 절삭 날의 거친 거동을 제공할 수 있을 만큼 충분히 높아야 한다. 금속 바인더상 함량은 바람직하게는 30 부피% 이하, 바람직하게는 25 부피% 이하이다. 바인더상 함량이 너무 높으면, 절삭 공구의 경도와 내마모성이 감소한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 금속 바인더상은 Co, Ni 및 Fe 로부터 선택된 하나 이상의 금속 원소를 적어도 80 중량% 포함하는 합금이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 금속 바인더상은 Co, Ni, Fe, Al, Cr, Ru, W, Mo, Mn, Re, Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, Cu, Si 에서 선택된 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 합금이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구에는 코팅이 제공된다. 코팅은 컬러 층 또는 내마모성 코팅일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅의 두께는 1.5-25 ㎛, 바람직하게는 2-20 ㎛, 더 바람직하게는 2-10 ㎛ 이다.
숏 피닝은 바람직하게는 비드와 함께 공기를 사용하는 건식 공정으로 수행된다. 비드는 세라믹 비드, 초경합금 비드 또는 금속 비드와 같은 숏 피닝 기술에 알려진 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 ZrO2 비드, 강 또는 초경합금을 포함하는 피닝 매체로 수행된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 평균 직경 70-150 ㎛ 의 피닝 매체로 수행된다. 숏 피닝 중의 비드로부터의 충격이나 에너지는, 절삭 공구의 표면과 절삭 날의 손상 위험을 증가시킬 수 있으므로 너무 높으면 안된다. 비드로부터의 충격이나 에너지는 기술적인 효과를 얻을 수 없기 때문에 너무 낮아서는 안된다. 비드가 너무 크면, 절삭 날의 손상 위험이 높아진다. 비드가 너무 작으면, 매체로부터 기재에 전달되는 에너지와 충격이 덜 두드러진다. 적절한 크기의 비드는 비드의 재료와 관련이 있으며 당업자가 선택해야 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅은 CVD 코팅 또는 PVD 코팅이고, 바람직하게는 상기 코팅은 TiN, TiCN, TiC, TiAlN, Al2O3 및 ZrCN 에서 선택된 하나 이상의 층을 포함한다.
본 발명에 따른 숏 피닝 공정을 거친 코팅된 절삭 공구에는 절삭 공구 분야에서 일반적인 임의의 코팅, 적합하게는 PVD 또는 CVD 코팅, 바람직하게는 CVD 코팅이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 코팅은 내부 TiCN 층 및 외부 α-Al2O3 층을 포함하는 CVD 코팅이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금 기재에는 내마모성 PVD 코팅이 제공되며, 이는 적합하게는 주기율표에서 Al, Si 및 그룹 4, 5 및 6 에서 선택된 하나 이상의 원소의 질화물, 산화물, 탄화물 또는 이들의 혼합물이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 피닝은 가열된 절삭 공구에서 수행되며, 방법은 숏 피닝 이전에 절삭 공구가 가열되는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 방법은 절삭 공구의 적어도 일부를 숏 블라스팅하는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는 일부는 절삭 날의 적어도 섹션 또는 절삭 날에 가까운 영역을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 블라스팅하는 단계는 숏 피닝에 후속하여 수행된다. 숏 피닝 중의 열은 코팅에서의 잔류 응력 유도와 같은 숏 블라스팅으로부터의 일부 긍정적인 효과를 줄일 수 있으며, 따라서 숏 블라스팅 전에 숏 피닝을 행하도록 선택함으로써 두 가지 긍정적인 효과를 모두 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 숏 블라스팅 및 숏 피닝은 절삭 공구의 동일한 부분에서 수행된다. 이는 예를 들어 절삭 공구의 더 효과적인 부하로 인해 대규모 생산 중에 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 피닝은 절삭 공구의 표면에 수직인 숏 방향으로 수행된다. 수직 숏 피닝은 가열된 숏 피닝이 이 방향에 있을 때에 충격을 받는 기재의 깊이가 가장 크다는 점에서 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 절삭 공구 (1) 는 인서트, 바람직하게는 밀링 인서트이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 초경합금에서 Co, 바람직하게는 3-20 중량% Co 의 바인더상을 가지며, 초경합금은 바람직하게는 Cr/Co 중량비가 0.03-0.35, 보다 바람직하게는 Cr/Co 중량비가 0.07-0.20 인 Cr 을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 M7C3 탄화물을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 -0.13 중량% ≤ SCC ≤ 0 중량% 또는 -0.30 중량% ≤ SCC ≤ -0.16 중량% 의 아화학양론적 탄소 함량, SCC 를 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에서, 초경합금은 -0.28 중량% ≤ SCC ≤ -0.17 중량% 의 아화학양론적 탄소 함량, SCC를 가지며, 에타상을 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 숏 피닝 공정은 또한 절삭 공구 제조 분야에 공지된 다른 공정 단계, 예를 들어 브러싱, 폴리싱, 습식 블라스팅, 건식 블라스팅 등과 조합될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법으로 처리된 절삭 공구 (1) 에 관한 것이다.
예
본 발명의 예시적인 실시형태가 이제 보다 상세히 개시되고 비교 실시형태와 비교될 것이다. 코팅된 절삭 공구 (인서트) 는 절삭 테스트에서 준비, 분석 및 평가되었다.
예 1 (샘플 준비)
초경합금 절삭 공구는 표 1 에 따라 원료로부터 기재를 형성하여 준비했다. 기재는 밀링, 분무 건조, 프레싱 및 소결을 포함한 기존 방법에 따라 제조되었다. 인서트 유형 R390-11T308M-PM 및 R390-11T308M-MM 의 절삭 공구가 형성되어 밀링 테스트에 사용되었다. 또한 인서트 타입 SNUN 19 04 16 의 절삭 공구가 형성되어 경도 및 잔류 응력 측정에 사용되었다. 탄소 함량을 조정하기 위해 텅스텐 금속이 기재 3A 및 3B 에 첨가되었다.
[표 1]
기재 1A, 3A 및 3B 의 에타상의 양은 셋업 "오토매틱" 을 사용하여 소프트웨어 이미지 J 를 사용하는 이미지 분석에 의해 결정되었다. 분석에 사용된 이미지는 1000X 및 2000X 배율의 LOM 이미지였으며, 각 배율에서 두 번 측정을 수행했으며, 아래 제시된 값은 이들의 평균값이다. 값은 2 개의 이미지에 대해 각 이미지에 대해 2번 측정이 수행된 총 4 개의 이미지 분석의 평균이다. 기재 3A 는 4 부피% 에타상을 함유했고, 기재 1A 및 3B 는 에타상을 함유하지 않았다. 아화학양론적 탄소 함량 (SCC) 은 기재 1A, 3A 및 3B 에 대해 계산되었고 표 1 에 제시되어 있다. 기재는 자유 흑연을 포함하지 않았다. 기재 3A 를 제외하고, 다른 기재는 기재의 벌크 영역에 에타상을 포함하지 않았다.
기재 1A, 1B, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A 및 3B 를 동일한 코팅 공정으로 코팅하여 CVD 로 TiN/TiCN/α-Al2O3/TiN 층을 증착했다. 총 코팅 두께는 약 6.6 ㎛ 였다.
기재 1C 는 코팅 공정에서 코팅되어 CVD 로 TiN/TiCN/к-Al2O3/TiN 층을 증착했다. 총 코팅 두께는 약 4.2 ㎛ 였다.
모든 유형의 기재의 코팅된 절삭 공구를 상승된 온도에서 숏 피닝하여 샘플 발명예 1A-1C, 발명예 2A-2D 및 발명예 3A-3B 를 형성했다.
모든 유형의 기재의 해당 절삭 공구를 실온 (25℃) 에서 숏 피닝하여 비교예 1A-1C, 비교예 2A-2D 및 비교예 3A-3B 를 형성했다.
나중에 예 2 에서 테스트된 샘플들의 숏 피닝은 IEPCO Micropeen Peenmatic 750 GSD 장비에서 수행되었다. 구형이고 평균 직경이 약 100 ㎛ 인 ZrO2 세라믹 비드의 블라스팅 매체인 IEPCO MS/Z 350 B 매체가 사용되었다. ZrO2 세라믹 비드의 입자 크기는 70-125 ㎛ 이다. 숏 건 압력은 5 bar 로 설정했고, 작업 시간은 20 초로 설정했고, 노즐 직경은 8 mm 였고, 스탠드-오프 거리는 100 mm 였다. 피닝은 절삭 공구의 레이크 면에 수직으로 적용되었다. 가열된 숏 피닝의 경우, 숏 피닝 전에 절삭 공구를 저항 히터에서 가열하였고, 온도 센서로 절삭 공구의 온도를 측정했다.
나중에 예 3 및 4 에서 테스트된 샘플의 숏 피닝은 AUER 수동 블라스팅 캐비닛 ST 700 PS 장비에서 수행되었다. 구형이고 평균 직경이 약 100 ㎛ 인 ZrO2 세라믹 비드의 블라스팅 매체인 Microblast®B120 매체가 사용되었다. ZrO2 세라믹 비드의 입자 크기는 63-125 ㎛ 이다. 숏 건 압력은 2bar 로 설정했고, 작업 시간은 12 초로 설정했고, 노즐 직경은 8 mm 였고, 스탠드-오프 거리는 100 mm 였다. 피닝은 절삭 공구의 레이크 면에 수직으로 적용되었다. 가열된 숏 피닝의 경우, 숏 피닝 전에 인덕션 코일 히터로 절삭 공구를 가열했고, 온도 센서로 절삭 공구의 온도를 측정했다. 유도 가열기는 1.5 kW 의 Rimac 유도 가열기였다.
숏 피닝에 이어서 1C 를 제외한 모든 절삭 공구는 절삭 공구의 레이크 면에서 습식 숏 블라스팅 처리를 거쳤다. 숏 블라스팅은 입자 크기가 F220 인 Al2O3 연마 입자로 수행되었다. 수중의 블라스팅 매체의 농도는 20 vol% 이었고, 블라스팅 중의 펌프 압력은 1.8 bar 였다. 블라스팅 압력은 2.0 bar 였고, 면적당 블라스팅 시간은 약 5 초였으며, 블라스팅 방향은 절삭 공구의 레이크 면에 수직이었다. 숏 건과 샘플 (절삭 공구) 사이의 거리는 약 130 mm 였다.
절삭 공구 1C 는 숏 피닝전에 대신에 에지 라인 브러싱되었다.
또한, 오직 숏 블라스팅된 또는 오직 에지 브러싱된, 즉 숏 피닝되지 않은 상기에 따른 코팅된 절삭 공구들을 준비했고, 이하 참조예 1, 참조예 2 및 참조예 3 이라고한다.
이러한 후처리 후의 절삭 공구의 절삭 날은 약 ER 40 ㎛ 이다.
예 2 (실시예)
이어서 밀링 작업에서 다음의 파라미터로 인서트를 테스트했다:
가공물 재료: Dievar unhardened, PL 129 280x200x100, MC P3. 0.Z.AN, CMC 03.11, 챠지: M10205
vc = 140 m/min
fz = 0.15 mm
ae = 12 mm
ap = 3.0
z = 1
컷 길이 = 12 mm
절삭 유체는 사용되지 않았다.
인서트 유형 R390-11T308M-PM
공구 수명 기준은 적어도 0.5 mm 에지 라인의 치핑으로 설정되었다. 공구 수명은 이러한 기준을 달성하기 위해 평균 컷 인트란스 수로 표시된다. 평균 공구 수명은 표 2 에 나와 있으며, 공구 수명은 평균 컷 수이며, 8회 병렬 절삭 테스트의 평균이다.
[표 2]
표 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명의 방법으로 처리된, 즉 200 ℃ 에서 숏 피닝된 절삭 공구의 평균 공구 수명은, 숏 피닝이 없는 경우와 비교하여 그리고 실온에서의 숏 피닝과 비교하여 분명히 더 높았다.
예 3 (실시예)
벌크 인성을 연구하기 위해 인서트들이 준비되었으며, 이 경우 숏 피닝은 2 bar 에서 12초 동안 수행되었다. 그런 다음 인서트들을 밀링 작업에서 다음 파라미터로 테스트했다:
가공물 재료: Toolox33 PK158 600x200x100mm MC P2.5.Z. CMC 02.2 챠지 111125
vc = 100 m/min
fz = 0.25 mm
ae = 40 mm
ap = 2.0
z = 1
1 패스 길이 = 100 mm
절삭 유체는 사용되지 않았다.
인서트 유형 R390-11T308M-PM
공구 수명 기준은 적어도 0.5 mm 에지 라인의 치핑으로 설정되었다. 공구 수명은 이러한 기준을 달성하기 위해 평균 컷 수로 표시된다. 평균 공구 수명은 표 3 에 나와 있으며, 공구 수명은 8회 병렬 절삭 테스트의 평균 컷 수이다.
[표 3]
예 4 (실시예)
에지 라인 인성을 연구하기 위해 인서트들이 준비되었고, 이 경우 2 bar 에서 12초 동안 숏 피닝을 수행했다. 그런 다음 인서트들을 밀링 작업에서 다음 파라미터로 테스트했다:
가공물 재료: Dievar unhardened, P3. 0.Z.AN, 챠지 : F12168
vc = 200 m/min
fz = 0.20 mm
ae = 12 mm
ap = 3.0
z = 1
컷 길이 = 12 mm
절삭 유체는 사용되지 않았다.
인서트 유형 R390-11T308M-MM
공구 수명 기준은 적어도 0.5 mm 에지 라인의 치핑으로 설정되었다. 공구 수명은 이러한 기준을 달성하기 위해 평균 컷 인트란스 수로 표시된다. 표시된 평균 컷 수는 16회 병렬 절삭 테스트의 평균이며, 평균 공구 수명은 표 4 에 나와 있다.
[표 4]
예 5 (비커스 측정)
표면 영역의 경도와 벌크 영역의 경도 사이의 관계는 비커스 측정으로 분석되어, 절삭 공구의 레이크 면에 비커스 압흔을 만들고 절삭 공구의 단면에 비커스 압흔을 만들었다. 비커스 압흔의 측정을 개선하기 위해 외부 알루미나 층을 제거했다. 결과는 표 5 에 제시되어 있다.
표준 방법을 사용하여 샘플을 연마하여 TiCN 층이 절삭 공구의 레이크 면에 노출되도록 했다. 다이아몬드 휠을 사용하여 레이크 면에 수직으로 인서트를 절단한 다음, 종이에 오일에 분산된 9 ㎛ 다이아몬드 그리고 이어서 오일에 분산된 1 ㎛ 다이아몬드를 사용하여 연마하여 벌크 샘플을 준비했다. 연마된 샘플의 경도는 KB Pruftechnik GmbH 의 프로그래밍가능한 경도 시험기 KB30S 를 사용하여 측정되었다. 측정 값은 영국 Euro Products Calibration Laboratory 에서 발행한 테스트 블록을 사용하여 HV100 에 대해 교정되었다. 경도는 ISO EN6507 에 따라 측정되었다.
HV 측정은 특정 위치에서 압흔을 수행하도록 경도 시험기를 프로그래밍하여 수행되었다. 이어서 지정된 로드를 사용하여 압흔이 수행된 후에 각 압흔이 자동으로 다시 확인된다. 컴퓨터는 빛을 자동으로 조정하고 자동 초점을 맞춘 다음에 각 압흔의 크기를 측정하고, 사진이 저장되고, 사용자는 초점 및 결과를 방해 할 수 있는 기타 문제에 대해 압흔의 모든 사진을 검사한다. 4 개의 평행한 HV100 압흔은 서로 (중심-중심) 약 1.5 mm 의 거리로 만들어졌으며, 제시된 결과는 평균값이다.
[표 5]
예 6 (잔류 응력 측정)
X 선 회절은 이른바 sin2Ψ-방법을 통해 앞서 언급한 샘플의 잔류 응력을 결정하는데 사용되었다. 이 방법에서 격자 간격 d 의 시프트 (및 따라서 스트레인) 는 샘플 기울기 각도 Ψ 의 함수로서 측정된다. 잔류 응력은 변형 대 sin2Ψ 곡선의 선형 기울기로부터 얻어진다. 잔류 응력은 X-선 탄성 상수를 사용하여 스트레인 값으로부터 변환된다.
XRD 측정은 IμS 마이크로포커스 소스 (CuKα 방사선, λ = 1.5418 Å), Vantec-500 영역 감지기 및 1/4 Eulerian 크래들이 장착된 Davinci 디자인의 Bruker Discover D8 회절계에서 수행되었다. 117.32°2θ 에 위치한 WC 의 (2 1 1) 반사는 스트레인 측정에 사용되었다. 잔류 응력 측정은 1 내지 4 각도 방향, Φ 0°, 90°, 180°, 270°로 수행되었으며, 각각의 Φ-방향에 대해 10 개의 등거리 Ψ-각도 (0°- 50°) 가 측정되었으며, 측정 시간은 400 s 이다. 1.0 mm 직경의 콜리메이터가 모든 측정에 사용되었다.
결과 잔류 응력은 WC, Bragg 피크 (2 1 1) 에 대한 X-선 탄성 상수를 사용하여 스트레인 데이터로부터 얻었다. X-선 탄성 상수는 Poisson 비율 ν = 0.191 및 Young 계수 = 717.360 GPa 로부터 계산되었다.
샘플은 접착 테이프로 샘플 홀더에 장착되었다.
XRD 데이터는 소프트웨어 DIFFRAC EVA (Bruker) 및 High Score Plus (Malvern Panalytical) 로 분석되었다. 잔류 응력 분석에는 소프트웨어 LEPTOS 7 (Bruker) 이 사용되었다.
샘플은 오븐에서 그리고 Ar 가스의 흐름에서 대기압에서 10 분 동안 400 ℃ 에서 열처리되었다.
결과는 표 6 에 제시되어 있다.
[표 6]
본 발명은 다양한 예시적인 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태에 제한되지 않고, 반대로, 첨부된 청구범위 내의 다양한 수정 및 등가 배열을 포함하도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 더욱이, 본 발명의 임의의 개시된 형태 또는 실시형태는 설계 선택의 일반적인 문제로서 임의의 다른 개시되거나 설명되거나 제안된 형태 또는 실시형태에 포함될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 여기에 첨부된 청구범위의 범위에 의해 표시된 대로만 제한되도록 의도된다.
Claims (23)
- 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구의 처리 방법으로서,
상기 절삭 공구 (1) 는 100 ℃ 이상의 온도, 바람직하게는 200 ℃ 이상의 온도, 더 바람직하게는 200 ℃ 내지 450 ℃ 의 온도에서 숏 피닝 (shot peening) 을 받는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 레이크 면과 플랭크 면 사이의 절삭 날을 포함하고, 상기 숏 피닝은 적어도 상기 레이크 면 (2) 에서 수행되는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 절삭 날의 적어도 일부의 ER 이 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경합금 및 서멧이 금속 바인더상의 경질 성분으로 이루어지고, 상기 초경합금 또는 서멧 중의 금속 바인더상 함량이 1-30 부피%, 바람직하게는 3-25 부피% 인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 바인더상이 Co, Ni 및 Fe 로부터 선택된 적어도 80 중량% 의 하나 이상의 금속 원소들을 포함하는 합금인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 바인더상이 Co, Ni, Fe, Al, Cr, Ru, W, Mo, Mn, Re, Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, Cu, Si 로부터 선택된 하나 이상의 금속 원소을 포함하는 합금인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절삭 공구에 코팅이 제공되고, 상기 코팅의 두께는 2-20 ㎛ 인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 코팅이 CVD 코팅 또는 PVD 코팅이고, 바람직하게는 상기 코팅이 TiN, TiCN, TiC, TiAlN, Al2O3 및 ZrCN 으로부터 선택된 하나 이상의 층들을 포함하는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 숏 피닝은 ZrO2 비드, 강 또는 초경합금을 포함하는 피닝 매체로 수행되는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 숏 피닝은 평균 직경이 70-150 ㎛ 인 피닝 매체로 수행되는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 숏 피닝은 가열된 절삭 공구에서 수행되고, 상기 방법은 상기 숏 피닝 이전에 상기 절삭 공구가 가열되는 단계를 포함하는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절삭 공구의 적어도 일부를 숏 블라스팅하는 단계를 더 포함하는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 숏 블라스팅하는 단계는 상기 숏 피닝에 후속하여 수행되는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 숏 블라스팅 및 상기 숏 피닝은 상기 절삭 공구의 동일한 부분들에서 수행되는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경합금은 상기 초경합금중에 Co, 바람직하게는 3-20 중량% Co 의 바인더상을 갖고, 상기 초경합금은 Cr 을 포함하며, 바람직하게는 Cr/Co 중량비가 0.03-0.35 인 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경합금이 M7C3 탄화물을 포함하는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경합금이 -0.13 중량% ≤ SCC ≤0 중량%, 또는 -0.30 중량% ≤ SCC ≤ -0.16 중량% 의 아화학양론적 탄소 함량 SCC 를 갖는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 초경합금이 -0.28 중량% ≤ SCC ≤ -0.17 중량% 의 아화학량론적 탄소 함량 SCC 를 갖고, 에타 상을 추가로 포함하는 절삭 공구의 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따라 처리된 금속 절삭 적용을 위한 절삭 공구.
- 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구로서,
상기 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 레이크 면과 플랭크 면 사이의 절삭 날을 포함하고, 상기 레이크 면에서 측정된 비커스 경도는 벌크에서 측정된 비커스 경도보다 적어도 25 HV100 더 높고, 바람직하게는 30 HV100 더 높고, 더 바람직하게는 40 HV100 더 높고, 경도는 4 개의 병렬 측정의 평균인 절삭 공구. - 제 20 항에 있어서,
상기 절삭 공구는 코팅을 포함하고, 경도 측정 영역에서의 상기 코팅의 두께는 5 ㎛ 미만인 절삭 공구. - 초경합금 또는 서멧 기재를 포함하는 절삭 공구로서,
상기 절삭 공구 (1) 는 레이크 면 (2), 플랭크 면 (3) 및 그 사이에 있는 절삭 날을 포함하고, 상기 레이크 면에서 측정된 잔류 응력은 RS(오리지날) 이고, 400 ℃ 대기압에서 10 분간 열처리한 후에 측정된 잔류 응력은 RS(열처리) 이고, 관계 RS(열처리)/RS(오리지날) 은 92% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더 바람직하게는 97% 이상인 절삭 공구. - 제 22 항에 있어서,
상기 기재는 WC 를 포함하는 초경합금인 절삭 공구.
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