KR102244795B1 - Multi-layer coated cutting tool material, method of manufacturing the same, and cutting tool insert for mechanical work having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 우수한 윤활성과 내마모성을 가지는 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및 상기 절삭층 상에 위치하고, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 윤활층;을 포함한다.The present invention provides a multilayer coated cutting material having excellent lubricity and abrasion resistance, a method of manufacturing the same, and a cutting tool insert for machining including the same. According to an embodiment of the present invention, the multilayer coated cutting material includes: a base material including a cemented carbide, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel; A cutting layer located on the base material and composed of multiple layers; And located on the cutting layer, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO Includes; a lubricating layer comprising at least one selected from the group consisting of).
Description
본 발명의 기술적 사상은 절삭공구 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 윤활성과 내마모성을 가지는 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a cutting tool material, and more particularly, to a multilayer coated cutting material having excellent lubricity and abrasion resistance, a method of manufacturing the same, and a cutting tool insert for machining including the same.
산업의 발전과 함께 개발된 신소재들은 기존의 가공 소재로는 기계가공을 수행하기 어려워지고 있으며, 이에 따라 가공 소재의 절삭 성능 및 수명 연장에 대한 요구가 증가되고 있다. 이를 위하여, 질화물계의 세라믹 코팅층이 널리 적용되고 있고, 또한 이러한 코팅층의 성능 향상을 위한 개발이 지속되고 있다. 구체적으로, 새롭게 개발된 신소재들에 의하여 기계가공 시 공구 절삭날에 가해지는 부하가 증가되므로, 공구 재료의 특성을 향상시킬 필요가 있고, 또한 가해지는 부하를 감소시키기 위하여 내마모성과 내용착성 등과 같은 특성의 개선이 요구된다. 이러한 요구는 기존의 AlTiN의 박막만으로는 만족시킬 수 없다.New materials developed with the development of the industry are becoming difficult to perform machining with existing processed materials, and accordingly, demands for cutting performance and life extension of the processed materials are increasing. To this end, nitride-based ceramic coating layers are widely applied, and developments for improving the performance of such coating layers are continuing. Specifically, since the load applied to the cutting edge of the tool during machining is increased by the newly developed new materials, it is necessary to improve the properties of the tool material, and in order to reduce the applied load, characteristics such as abrasion resistance and welding resistance. Improvement is required. This requirement cannot be satisfied only with the existing AlTiN thin film.
알루미늄(Al)과 티타늄(Ti) 함유 질화물인 AlTiN은, 높은 경도에 알루미늄(Al)의 특성이 더해짐으로써, 내산화성과 내마모성을 동시에 확보할 수 있어, 90년대 이후 초경합금 및 다양한 금속 공구류의 피복용 재료로서 널리 사용되어왔다. 그러나, 상술한 바와 같이 가공대상용 재료의 지속적인 개발에 따라서, 항공산업용 재료의 가공이나 고온 가공에 사용하기에 특성이 부족한 한계에 마주하게 되었다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 높은 가공온도에서 경도를 유지하거나, 높은 경도를 가지는 절삭 공구용 재료를 제작하여 공구의 수명을 향상시키고 있다.AlTiN, a nitride containing aluminum (Al) and titanium (Ti), can secure oxidation resistance and abrasion resistance at the same time by adding the characteristics of aluminum (Al) to its high hardness. It has been widely used as a material. However, as described above, according to the continuous development of the material for processing, the material for the aviation industry or for use in high-temperature processing has encountered a limit of insufficient characteristics. In order to overcome this limitation, the life of the tool is improved by maintaining the hardness at a high processing temperature or by manufacturing a material for a cutting tool having a high hardness.
이러한 내마모성 강화요구 이외에도 열적 안정성 및 내산화성을 강화하기 위하여, TiN 계 또는 TiAlN계 코팅에 첨가원소를 도입함으로써 기존의 AlTiN 박막의 특성을 강화하고 있으며, 더 나아가 Cr, Si, Mo, V, Zr, W 등과 같은 원소를 포함하여 삼원계, 사원계와 같은 다원계의 화합물 박막이 개발되고 있다. 또한, 다양한 코팅 구조를 활용하는 방식을 통해서 박막의 특성을 개선하여, 절삭 공구의 수명을 증가시키는 노력을 계속하고 있다.In addition to the demand for enhanced wear resistance, in order to enhance thermal stability and oxidation resistance, the characteristics of the existing AlTiN thin film are strengthened by introducing additional elements to TiN-based or TiAlN-based coatings, and furthermore, Cr, Si, Mo, V, Zr, Compound thin films of multi-element systems such as ternary and quaternary systems, including elements such as W, are being developed. In addition, efforts to increase the life of the cutting tool by improving the properties of the thin film through a method using various coating structures are continuing.
그러나, 난삭재와 같이 합금의 열전도율이 낮고 공구와의 반응성이 높아, 기계가공 중에 고온이 발생되고, 난삭재와 스테인리스강과 같이 피삭물의 특성으로 인해 구성인선(Bulit-up Edge)의 발생이 용이한 경우에는, 기계가공시의 용착에 의한 피삭물의 조도 하락이 발생하고 공구의 손상이 야기될 수 있다. 따라서, 윤활성을 가지는 절삭 소재가 요구된다.However, since the alloy has low thermal conductivity and high reactivity with tools like difficult-to-cut materials, high temperatures are generated during machining, and due to the characteristics of the workpiece, such as difficult-to-cut materials and stainless steel, it is easy to generate a build-up edge. In this case, a decrease in the roughness of the workpiece due to welding during machining may occur and damage to the tool may occur. Therefore, a cutting material having lubricity is required.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 윤활성과 내마모성을 가지는 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a multi-layer coated cutting material having excellent lubricity and abrasion resistance, a manufacturing method thereof, and a cutting tool insert for machining including the same.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 의하면, 우수한 윤활성과 내마모성을 가지는 다층 피복 절삭 소재 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a multilayer coated cutting material having excellent lubricity and wear resistance, and a cutting tool insert for machining including the same.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및 상기 절삭층 상에 위치하고, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 윤활층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the multilayer coated cutting material includes: a base material including a cemented carbide, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel; A cutting layer located on the base material and composed of multiple layers; And located on the cutting layer, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a lubricating layer including at least one selected from the group consisting of).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer is (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), zirconium (Zr), and contains at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), wherein X is N, C, CN, NO, CO, and A first cutting layer comprising at least one selected from the group consisting of CNO); (Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a third cutting layer including).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층의 순서로 적층되어 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer may be formed by stacking the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer on the base material in this order.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에, 상기 제3 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제1 절삭층의 순서로 적층되어 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer may be formed by stacking on the base material in the order of the third cutting layer, the second cutting layer, and the first cutting layer.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층이 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer may have a structure formed of a plurality of layers in which the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer are repeatedly stacked.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 윤활층은 0.8 μm 초과 내지 4 μm 미만 범위의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lubricating layer may have a thickness in a range of more than 0.8 μm to less than 4 μm.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 0.5 μm 내지 3.5 μm 미만 범위의 총 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer may have a total thickness in the range of 0.5 μm to less than 3.5 μm.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층을 각각 하나씩 포함하여 구성된 연속층은 10 nm 내지 500 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a continuous layer including one of the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer may have a thickness in the range of 10 nm to 500 nm.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 [200] 방향으로 우선 성장하고, X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크가 나타날 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer is first grown in the [200] direction, and (200) peaks and (111) peaks may appear in X-ray diffraction analysis.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 25 GPa 초과 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer may have a hardness in the range of more than 25 GPa to 50 GPa.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가지고, 입방정 상 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer has a columnar crystal and a polycrystalline alternating stacked structure, and may include a phase mixture of cubic and hexagonal phases.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 윤활층은 0.01 내지 0.2 범위의 표면 조도(Ra)를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lubricating layer may have a surface roughness Ra in the range of 0.01 to 0.2.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법은, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재를 제공하는 단계; 상기 모재 상에 절삭층을 형성하는 단계; 및 상기 절삭층 상에 윤활층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 윤활층은, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing the multilayer coated cutting material includes: providing a base material including a carbide alloy, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high speed steel; Forming a cutting layer on the base material; And forming a lubricating layer on the cutting layer; wherein the lubricating layer includes, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a<0.7 and 0<b<0.2, X May include at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층을 형성하는 단계 및 상기 윤활층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하여 수행되고, 상기 절삭층을 형성하는 단계 및 상기 윤활층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A ~ 200A의 증발 전류를 사용하여 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, at least one of the step of forming the cutting layer and the step of forming the lubricating layer is performed using a physical vapor deposition method or a cathode arc deposition method, and the cutting layer is At least one of the steps of forming and forming the lubricating layer may be performed in an argon and nitrogen atmosphere, a gas pressure of 0.5 Pa to 6.0 Pa, a bias of -10V to -300V, a temperature of 350°C to 700°C, and a temperature of 50A to It can be done using an evaporation current of 200A.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cutting layer is (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), zirconium (Zr), and contains at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), wherein X is N, C, CN, NO, CO, and A first cutting layer comprising at least one selected from the group consisting of CNO); (Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a third cutting layer including).
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고, 상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하고, 상기 모재 상에 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층의 순서로 배치되고, 상기 제3 절삭층은 윤활 기능을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the multilayer coated cutting material includes: a base material including a cemented carbide, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel; And a cutting layer positioned on the base material and composed of a multi-layer, wherein the cutting layer includes, (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, the M includes at least one selected from the group consisting of silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), zirconium (Zr), and yttrium (Y), and X is N, C , CN, NO, CO, and a first cutting layer comprising at least one selected from the group consisting of CNO); (Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including) a third cutting layer; Including, the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer are disposed in the order of the base material, and the third cutting layer is It can provide a lubrication function.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 다층 피복 절삭 소재를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트로서, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및 상기 절삭층 상에 위치하고, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 윤활층;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a cutting tool insert for machining comprising a multi-layer coated cutting material, the multi-layer coated cutting material includes a cemented carbide, cermet, ceramic, cubic boron nitride-based material, or a hard alloy of high-speed steel. The base material; A cutting layer located on the base material and composed of multiple layers; And located on the cutting layer, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a lubricating layer including at least one selected from the group consisting of).
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 다층 피복 절삭 소재는 우수한 윤활성과 내마모성을 제공할 수 있다. 이러한 윤활성에 의하여, 난삭재와 같이 합금의 열전도율이 낮고 공구와의 반응성이 높아 가공시 고온이 발생되고, 난삭재와 스테인리스강과 같이 피삭물의 특성으로 인해 구성인선(Bulit-up Edge)의 발생이 용이한 제품을 가공하는 경우 용착에 의한 피삭물의 조도 하락 및 공구손상을 방지할 수 있다. 또한, 우수한 윤활성을 가짐에 따라 내용착성을 증가시켜, 절삭시 구성인선의 발생을 억제할 수 있고, 미려한 조도를 가진 피삭물을 형성할 수 있다. 이와 더불어, 경사면의 윤활성으로 인해 칩의 흐름이 원활하게 되어 상면 마모가 감소되는 효과를 제공할 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the multilayer coated cutting material can provide excellent lubricity and wear resistance. Due to this lubricity, the heat conductivity of the alloy is low, such as difficult-to-cut materials, and high reactivity with the tool, so that high temperatures are generated during processing, and the occurrence of the built-up edge is easy due to the characteristics of the workpiece, such as difficult-to-cut materials and stainless steel. In the case of processing one product, it is possible to prevent the reduction of the roughness of the workpiece and damage to the tool due to welding. In addition, by having excellent lubricity, it is possible to increase welding resistance, thereby suppressing the occurrence of built-up edges during cutting, and to form a work piece having a fine roughness. In addition, due to the lubricity of the inclined surface, the flow of the chip becomes smooth, thereby providing an effect of reducing wear on the upper surface.
그러나, 종래의 경우, 윤활성을 가지는 박막은 빠른 마모로 인해 공구 수명이 감소되는 한계가 있었다. 반면, 본 발명의 다층 피복 절삭 소재는 상기 윤활층 하측에 내마모성 경질층을 반복 적층식 코팅 구조로서 (Ti, Al, Mo)N, (Ti, Al, Si)N, (Ti, Al)N의 교호층을 포함함으로써, 균열의 전파를 억제시키고, 이러한 얇은 두께의 교호층 간의 격자상수의 차이와 탄성계수의 차이, 적층 주기 등을 제어하여 일정 수준 이상의 개선된 상면 크레이터 내마모성, 측면 노치 크레이터 내마모성 및 플랭크 내마모성을 제공할 수 있다. 따라서, 공구 수명을 연장시키는 효과를 제공할 수 있다.However, in the conventional case, the lubricating thin film has a limitation in that the tool life is reduced due to rapid wear. On the other hand, in the multilayer coating cutting material of the present invention, a wear-resistant hard layer under the lubricating layer is repeatedly laminated as a coating structure of (Ti, Al, Mo)N, (Ti, Al, Si)N, (Ti, Al)N. By including an alternating layer, the propagation of cracks is suppressed, and the difference in lattice constants and elastic modulus between these thin-walled alternating layers, the difference in the lamination period, etc. are controlled to improve the upper crater abrasion resistance above a certain level, the side notch crater abrasion resistance, and Flank wear resistance can be provided. Therefore, it is possible to provide an effect of extending the tool life.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기계가공용 절삭 공구 인서트를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 X-선 회절패턴을 도시하는 그래프이다.1 to 4 are cross-sectional views showing a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a cutting tool insert for machining according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals refer to the same elements. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
본 발명의 기술적 사상은 우수한 윤활성과 내마모성을 가지는 다층 피복 절삭 소재 및 기계가공용 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.The technical idea of the present invention is to provide a multi-layer coated cutting material and a cutting tool insert for machining having excellent lubricity and wear resistance.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재를 도시하는 단면도이다.1 to 4 are cross-sectional views showing a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 다층 피복 절삭 소재(100)는, 모재(110), 절삭층(120), 및 윤활층(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the multilayer coated
모재(110)는 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함할 수 있다.The
절삭층(120)은 모재(110) 상에 위치할 수 있고, 다층으로 구성될 수 있다. 절삭층(120)은 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 및 제3 절삭층(123)을 포함할 수 있다.The
제1 절삭층(121)은 (Ti1-d-eAldMe)X 를 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2 일 수 있다. 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 M을 구성하는 물질은 예시적이며, 주기율표에서 III 족, IV 족, V 족 또는 VI 족의 금속 원소를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
제2 절삭층(122)은 (TifAl1-f)X 를 포함할 수 있다. 여기에서, 0.4< f <0.7 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
제3 절삭층(123)은 (Ti1-g-hAlgMoh)X 를 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
예를 들어, 제1 절삭층(121)은 (Ti1-d-eAldMe)N 을 포함하고, 제2 절삭층(122)은 (TifAl1-f)N을 포함하고, 제3 절삭층(123)은 (Ti1-g-hAlgMoh)N 을 포함할 수 있다.For example, the
절삭층(120)은, 모재(110) 상에 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 및 제3 절삭층(123)의 순서로 적층되어 구성될 수 있다. 구체적으로, 모재(110) 상에 제1 절삭층(121)이 위치하고, 제1 절삭층(121) 상에 제2 절삭층(122)이 위치하고, 제2 절삭층(122) 상에 제3 절삭층(123)이 위치할 수 있다. 제3 절삭층(123) 상에 윤활층(130)이 위치할 수 있다.The
윤활층(130)은 절삭층(120) 상에 위치할 수 있다. 윤활층(130)은 다층 피복 절삭 소재(100)에 윤활 기능을 제공할 수 있고, 절삭 기능 또한 제공할 수 있다. 윤활층(130)은, 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 및 몰리브덴(Mo)을 포함하여 구성될 수 있고, 예를 들어 (Ti1-a-bAlaMob)N 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2 일 수 있다. The
윤활층(130)이 몰리브덴을 포함하는 경우에는, 기계 가공 시에 가공 부하를 감소시킬 수 있고, 절삭 칩의 흐름을 원활하게 하여 상면 크레이터의 마모와 구성인선의 발생을 억제할 수 있다. 이는 몰리브덴을 포함한 윤활층(130)이 기계 가공시에 산화되어 금속 산화물로 변화되고, 상기 금속 산화물이 고형의 윤활제 상(phase)으로 작용하여 상승된 온도에 대한 마찰 대응을 최적화하게 된다. 이러한 산화 반응에 의하여 형성된 상을 "마그넬리 상"라고 지칭한다.When the
상기 산화 반응은 몰리브덴의 함량이 증가됨에 따라 산화막으로의 변화 속도가 빠르고 원활하게 발생하게 된다. 그러나, 상기 마그넬리 상에서는 몰리브덴이 함유된 산화막이 빠르게 마모될 수 있고, 공구 수명이 단축될 수 있다. 따라서, 공구 수명의 연장을 위하여 적절한 몰리브덴의 함량과 이를 보완하도록 내마모 기능을 수행하는 하부 층이 필요할 수 있다.In the oxidation reaction, as the content of molybdenum increases, the rate of change to the oxide film is fast and smooth. However, the oxide film containing molybdenum may be rapidly worn on the Magnelli phase, and the tool life may be shortened. Therefore, in order to extend the tool life, an appropriate molybdenum content and a lower layer performing a wear resistance function to compensate for the content may be required.
윤활층(130)에서의 몰리브덴의 함량은 20% 이하인 경우에, 가공성과 윤활성에대하여 우수한 균형이 이루어질 수 있고, 20%를 초과하는 경우에는 윤활층(130)의 빠른 마모에 의하여 기계 가공이 빠르게 종료될 수 있다. 또한, 상기 몰리브덴의 함량이 5% 미만에서는 윤활특성이 저하될 수 있다. 가장 우수한 특성을 위하여 상기 몰리브덴의 함량은 10% 내지 15% 범위인 것이 바람직하다.When the content of molybdenum in the
윤활층(130)은, 예를 들어 0.8 μm 초과 내지 4 μm 미만 범위의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 윤활층(130)이 0.8 μm 이하의 두께를 가지는 경우에는 상술한 윤활 기능이 미미할 수 있다. 윤활층(130)이 4 μm 이상의 두께를 가지는 경우에는 마모 현상이 커질 수 있다. 또한, 윤활층(130)은, 예를 들어 1 μm 내지 3 μm 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다.The
도 2를 참조하면, 절삭층 내의 제1 내지 제3 절삭층의 배치 순서가 다른 경우가 나타나있다. 다층 피복 절삭 소재(100a)는, 모재(110), 절삭층(120a), 및 윤활층(130)을 포함한다. 절삭층(120a)은, 모재(110) 상에 제3 절삭층(123), 제2 절삭층(122), 및 제1 절삭층(121)의 순서로 적층되어 구성될 수 있다. 구체적으로, 모재(110) 상에 제3 절삭층(123)이 위치하고, 제3 절삭층(123) 상에 제2 절삭층(122)이 위치하고, 제2 절삭층(122) 상에 제1 절삭층(121)이 위치할 수 있다. 제1 절삭층(121) 상에 윤활층(130)이 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2, a case in which the arrangement order of the first to third cutting layers in the cutting layer is different is shown. The multilayer coated cutting
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다층 피복 절삭 소재는 복수의 절삭층이 교호적으로 반복되어 적층된 절삭층을 가지는 구조를 가질 수 있다.In addition, the multilayer coated cutting material according to the technical idea of the present invention may have a structure in which a plurality of cutting layers are alternately repeated and stacked cutting layers.
도 3을 참조하면, 다층 피복 절삭 소재(100b)는, 모재(110), 절삭층(120), 및 윤활층(130)을 포함한다. 절삭층(120)은, 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 및 제3 절삭층(123)이 반복하여 적층되는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 모재(110) 상에 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 제3 절삭층(123), 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 및 제3 절삭층(123)의 순서로 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the multilayer coated cutting
도 4를 참조하면, 다층 피복 절삭 소재(100c)는, 모재(110), 절삭층(120a), 및 윤활층(130)을 포함한다. 절삭층(120a)은, 제3 절삭층(123), 제2 절삭층(122), 및 제1 절삭층(121)이 반복하여 적층되는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 모재(110) 상에 제3 절삭층(123), 제2 절삭층(122), 제1 절삭층(121), 제3 절삭층(123), 제2 절삭층(122), 및 제1 절삭층(121)의 순서로 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 4, the multilayer coated cutting
도 3 및 도 4와 같이, 절삭층(120)을 구성하는 세 개의 층들이 교번하여 형성되어, 격자상수의 차이, 탄성계수의 차이, 및 적층 주기를 제어할 수 있다. 이에 따라 절삭층(120)이 일정 수준 이상으로 개선된 크레이터 내마모성 및 플랭크 내마모성을 얻을 수 있고, 공구의 수명 향상을 향상시킬 수 있다. 이를 위하여 필요한 절삭층(120)의 두께는, 예를 들어 0.5 μm 내지 3.5 μm 미만 범위의 총 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 절삭층(120)의 두께가 0.5 μm 이상에서는 상당한 수명의 향상을 얻을 수 있다. 그러나, 절삭층(120)의 두께가 0.5 μm 미만인 경우에는 절삭층(120)이 박막으로서의 특성을 발휘하기 어려우며 수명 향상 효과가 미미할 수 있다. 또한, 절삭층(120)이 일정한 수준의 교호층으로 형성되지 않으면, 물리기상증착으로 형성하면서 발생하는 응력을 가지기 어렵다. 절삭층(120)이 예를 들어 3.5 μm 이상인 경우에는, 과도한 응력으로 인하여 박막의 자발적인 박리 현상이 발생할 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, three layers constituting the
또한, 절삭층(120)이 제1 절삭층(121), 제2 절삭층(122), 및 제3 절삭층(123)을 각각 하나씩 포함하여 구성된 연속층은, 예를 들어 10 nm 내지 500 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 상기 연속층은 10회 이상 반복되어 절삭층(120)을 구성할 수 있고, 예를 들어 1회 이상 내지 20회의 범위로 반복될 수 있다.In addition, a continuous layer in which the
또한, 절삭층(120)이 제1 절삭층(121)과 제2 절삭층(122) 중 하나와 제3 절삭층(123)의 두 개의 층으로만 연속하여 적층되어 형성된 경우에는 층들 사이의 부착력이 약화되어, 자발적인 박리(Flaking) 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 층들의 중간 조성을 가지는 중간층을 활용하는 점진적인 변화 효과를 이용하여, 안정적인 적층 구조를 구현할 수 있다.In addition, when the
절삭층(120)은 [200] 방향으로 우선 성장하고, X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크가 나타날 수 있다. X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크의 비율이 3 내지 10 범위일 수 있다.The
절삭층(120)은, 예를 들어 25 GPa 초과 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있고, 예를 들어 30 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있다.The
절삭층(120)은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가질 수 있다. 절삭층(120)은, 입방정 상 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.The
윤활층(130)은 0.01 내지 0.2 범위의 표면 조도(Ra)를 가질 수 있다.The
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고, 상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하고, 상기 모재 상에 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층의 순서로 배치되고, 상기 제3 절삭층은 윤활 기능을 제공할 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 제3 절삭층이 상술한 윤활층의 기능을 수행함과 동시에 절삭 기능을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the multilayer coated cutting material may include a base material including a carbide alloy, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel; And a cutting layer positioned on the base material and composed of a multi-layer, wherein the cutting layer includes, (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, the M includes at least one selected from the group consisting of silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), zirconium (Zr), and yttrium (Y), and X is N, C , CN, NO, CO, and a first cutting layer comprising at least one selected from the group consisting of CNO); (Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including) a third cutting layer; Including, the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer are disposed in the order of the base material, and the third cutting layer is It can provide a lubrication function. In this case, the third cutting layer may perform the function of the lubricating layer and at the same time perform the cutting function.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method (S100) of manufacturing a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법(S100)은, 모재를 제공하는 단계(S110); 상기 모재 상에 절삭층을 형성하는 단계(S120); 및 상기 절삭층 상에 윤활층을 형성하는 단계(S130);를 포함한다.Referring to Figure 5, the manufacturing method (S100) of the multi-layer coated cutting material, the step of providing a base material (S110); Forming a cutting layer on the base material (S120); And forming a lubricating layer on the cutting layer (S130).
상기 윤활층은, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함할 수 있다.The lubricating layer is (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO in the group consisting of Including at least one selected) may be included.
상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.The cutting layer is (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), Tungsten (W), zirconium (Zr), and yttrium (Y) contains at least any one selected from the group consisting of, wherein X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including) a first cutting layer comprising; (Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a third cutting layer including).
상기 절삭층을 형성하는 단계(S120) 및 상기 윤활층을 형성하는 단계(S130)는 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하여 수행될 수 있다.At least one of forming the cutting layer (S120) and forming the lubricating layer (S130) may be performed using a physical vapor deposition method or a cathode arc deposition method.
상기 절삭층을 형성하는 단계(S120) 및 상기 윤활층을 형성하는 단계(S130) 중 적어도 어느 하나는, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A 내지 200A의 증발 전류를 사용하여 수행될 수 있다. 상술한 절삭층과 윤활층을 구성하는 합금은 음극 아크 증발에 의하여 형성될 수 있다.At least one of the step of forming the cutting layer (S120) and the step of forming the lubricating layer (S130), in an argon and nitrogen atmosphere, a gas pressure of 0.5 Pa to 6.0 Pa, a bias of -10V to -300V, It can be carried out using a temperature of 350°C to 700°C, and an evaporation current of 50A to 200A. The alloy constituting the above-described cutting layer and the lubricating layer may be formed by cathodic arc evaporation.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기계가공용 절삭 공구 인서트(200)를 도시하는 개략도이다.6 is a schematic diagram showing a
도 6을 참조하면, 기계가공용 절삭 공구 인서트(200)는, 다층 피복 절삭 소재(100)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a
상기 다층 피복 절삭 소재(100)는, 상술한 바와 같이, 모재; 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및 상기 절삭층 상에 위치한 윤활층을 포함한다. 상기 윤활층은, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함할 수 있다.The multi-layer
상기 절삭층은, (Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; (TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 (Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.The cutting layer is (Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3 <d <0.7, 0 <e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), Tungsten (W), zirconium (Zr), and yttrium (Y) contains at least any one selected from the group consisting of, X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including), the first cutting layer; (Ti f Al 1-f )X (wherein, 0.4<f<0.7, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO) containing at least one selected from the group consisting of, 2 cutting layers; And (Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3<g <0.7 and 0<h <0.2, X is at least any one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO It may include; a third cutting layer including).
실험예Experimental example
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example is presented to aid in the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트 제작Fabrication of inserts coated with multi-layered cutting material
표 1의 조성을 가지는 다층 피복 절삭 소재를 인서트 상에 형성하였다.A multilayer coated cutting material having the composition of Table 1 was formed on the insert.
표 1은 본 발명의 실시예들과 비교예들의 인서트 상에 형성된 다층 피복 절삭 소재의 조성을 나타낸다.Table 1 shows the composition of the multilayer coated cutting material formed on the inserts of Examples and Comparative Examples of the present invention.
총두께
(μm)Cutting layer
Total thickness
(μm)
두께
(μm)Lubrication layer
thickness
(μm)
(30:60:10)TiAlSiN
(30:60:10)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:50:20)TiAlMoN
(30:50:20)
(30:50:20)TiAlMoN
(30:50:20)
(35:55:10)TiAlSiN
(35:55:10)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(25:50: 25 )TiAlMoN
(25:50: 25 )
(25:50: 25 )TiAlMoN
(25:50: 25 )
(35:55:10)TiAlSiN
(35:55:10)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(35:60:5)TiAlMoN
(35:60:5)
(35:60:5)TiAlMoN
(35:60:5)
(35:60:5)TiAlSiN
(35:60:5)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(35:55:10)TiAlSiN
(35:55:10)
(50:50)TiAlN
(50:50)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
(30:60:10)TiAlMoN
(30:60:10)
표 1에서, 조성 함량은 비금속성분인 질소(N)를 제외한 나머지 성분의 총합은 100으로 설정했을 경우의 각 성분의 원자%(at%)를 나타낸다. 예를 들어 실시예1의 TiAlSiN는 Ti 30 at%, Al 60 at%, 및 Si 10 at%를 포함하는 것을 나타낸다. 질소(N)는 표시되지 않음에 유의한다.In Table 1, the composition content represents the atomic% (at%) of each component when the total of the remaining components excluding nitrogen (N), which is a non-metallic component, is set to 100. For example, TiAlSiN of Example 1 is represented to contain 30 at% of Ti, 60 at% of Al, and 10 at% of Si. Note that nitrogen (N) is not indicated.
상기 모재로서 인서트 상에 물리기상증착법(Physical vapor deposition, PVD)의 하나인 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 절삭층 및 윤활층을 포함하는 다층 피복 절삭층을 각각 형성한다.A multilayer coated cutting layer including a cutting layer and a lubricating layer is formed on the insert as the base material by using an arc ion plating method, which is one of physical vapor deposition (PVD).
상기 모재는 초경합금(88 wt% WC + 12 wt% Co)이며, 제품번호 제APKT160408PDTR호를 사용하였다. 상기 다층 피복 절삭층들을 형성하기 전에, 상기 모재의 표면의 이물질 제거 및 박막의 부착력 향상을 위하여, 건식 및 습식 블라스팅을 진행하여 표면을 매끄럽게 만든 후에, 상기 표면의 화학적 세정을 수행하여 모재와 층의 부착력을 최대화하였다.The base material is a cemented carbide (88 wt% WC + 12 wt% Co), and product number APKT160408PDTR was used. Before forming the multilayer coating cutting layers, to remove foreign substances from the surface of the base material and improve the adhesion of the thin film, dry and wet blasting is performed to make the surface smooth, and then chemical cleaning of the surface is performed to remove foreign substances from the surface of the base material and improve the adhesion of the thin film. The adhesion was maximized.
이후, 챔버 내에 상기 모재를 장입하고, 상기 모재의 표면을 더 세정하기 위하여 아르곤 가스 분위기에서 이온 충격(Ion bombardment)처리를 진행하였다.Thereafter, the base material was charged into the chamber, and ion bombardment treatment was performed in an argon gas atmosphere to further clean the surface of the base material.
이후, TiAlMo, AlTi 및 AlTiSi 등으로 이루어진 아크 타겟을 사용하여 아크 이온 플레이팅 방법을 이용하여 다층 피복 절삭층을 형성하였다. 상기 다층 피복 절삭층의 형성에서, 초기 진공 압력은 5.0x10-2 Pa 이하이었고, 반응가스는 N2를 주입하여 가스 분위기를 형성하고, 증착 온도는 450 ~ 600℃ 범위로 설정하였다. 상기 층을 형성할 때, 주 타겟은 100 ~ 200A의 아크 전류를 적용하며, 상기 모재와의 밀착도를 높이기 위하여 -30 ~ -150V의 DC 방식의 바이어스 전압을 인가하였다. 상기 다층 피복 절삭층에 포함되는 각 층의 평균 두께는 캐소드 아크 전류 및 장비의 회전속도 (0.1 ~ 5 rpm)를 변경하여, 제어할 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층의 전체 두께는 다양하게 형성되었고, 각 층의 두께는 일정 기능을 수행할 수 있는 두께로 형성하였다.Thereafter, a multilayer coated cutting layer was formed by using an arc target made of TiAlMo, AlTi, AlTiSi, etc. using an arc ion plating method. In the formation of the multilayer coating cutting layer, the initial vacuum pressure was 5.0×10 −2 Pa or less, the reaction gas was injected with N 2 to form a gas atmosphere, and the deposition temperature was set in the range of 450 to 600°C. When forming the layer, an arc current of 100 ~ 200A is applied to the main target, and a DC bias voltage of -30 ~ -150V is applied to increase the adhesion with the base material. The average thickness of each layer included in the multilayer coating cutting layer can be controlled by changing the cathode arc current and the rotational speed of the equipment (0.1 ~ 5 rpm). The overall thickness of the multilayer coated cutting layer was formed in various ways, and the thickness of each layer was formed to a thickness capable of performing a certain function.
상기 다층 피복 절삭층이 형성된 후에, 표면 처리를 수행하였다. 상기 표면 처리는 습식 및 건식 블라스팅 또는 폴리싱머신을 이용한 방법을 사용할 수 있다. 일부 경우는 여러 방식을 혼합한 방식을 차용하여 표면처리를 진행할 수 있다. 본 실험예에서는 상기 표면 처리로서 습식 블라스팅 처리를 실시하였다. 상기 습식 블라스팅 처리를 실시할 때, 블라스팅 입자의 재질은 10 μm 내지 400 μm 범위의 크기를 가지는 알루미나(Al2O3)와 첨가 가능한 연마제를 사용하였다. 또한, 1.0 ~ 4.0 Bar 범위의 압력을 인가하여, 인선 표면의 액적(Droplet) 및 돌출부분을 제거하여 표면처리를 완성하였다.After the multilayer coating cutting layer was formed, surface treatment was performed. The surface treatment may be performed using a wet or dry blasting or polishing machine. In some cases, the surface treatment can be performed by using a method that is a mixture of several methods. In this experimental example, wet blasting treatment was performed as the surface treatment. When performing the wet blasting treatment, alumina (Al 2 O 3 ) having a size in the range of 10 μm to 400 μm and an addable abrasive were used as the material of the blasting particles. In addition, by applying a pressure in the range of 1.0 to 4.0 Bar, droplets and protrusions on the edge surface were removed to complete the surface treatment.
상기 다층 피복 절삭층의 잔류응력이 높은 경우에는, 인서트의 인선 부분에 엣지 플레이킹(Flaking)의 박리 현상이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 인선부의 상태를 확인할 필요가 있다.When the residual stress of the multi-layered cutting layer is high, edge flaking may be peeled off at the edge portion of the insert, so it is necessary to check the state of the edge portion in order to prevent this.
상기 다층 피복 절삭층에 대해서, Panalytical 제조 X선 회절 장치 Empyrean을 이용하여 X-선 회절 측정을 수행하였다. 상기 X-선 회절 측정은 CuKα-방사를 이용하고, 40Kv 및 40Ma로 포인트 포커스에서 수행되고, 0.065의 스텝 크기를 가지는 20도 내지 90도 범위에 걸쳐 수행되었다.For the multilayer coated cutting layer, X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffraction apparatus Empyrean manufactured by Panalytical. The X-ray diffraction measurement was performed using CuKα-radiation, at point focus with 40Kv and 40Ma, and was performed over a range of 20 degrees to 90 degrees with a step size of 0.065.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 X-선 회절패턴을 도시하는 그래프이다.7 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a multilayer coated cutting material according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 다층 피복 절삭 소재는 모재의 텅스텐 카바이드(WC)에 상응하는 피크가 나타나있다. 또한, (200) 피크와 (111) 피크가 나타나있다. 상기 다층 피복 절삭층의 (200)면의 피크 강도가 가장 높았으며, 따라서 상기 절삭층이 [200] 방향으로 우선 성장함을 알 수 있다. 또한, (200) 피크와 (111) 피크의 비율은 3 이상, 예를 들어 3 내지 10 범위일 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층이 교호 적층형 구조를 가질 수 있고, 상기 다층 피복 절삭층은, 입방정 상 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the multilayer coated cutting material has a peak corresponding to the tungsten carbide (WC) of the base material. In addition, (200) peak and (111) peak are shown. It can be seen that the peak strength of the (200) plane of the multilayer coated cutting layer was the highest, and thus the cutting layer first grew in the [200] direction. In addition, the ratio of the (200) peak and the (111) peak may be 3 or more, for example, in the range of 3 to 10. The multilayer coated cutting layers may have an alternating stacked structure, and the multilayer coated cutting layers may include a phase mixture of cubic and hexagonal phases.
또한, 상기 다층 피복 절삭층을 NHT3 Nano-indentor (Anton Paar 사)를 이용하여 나노 만입 방법에 의해 경도를 측정하였다. 상기 다층 피복 절삭층은 25 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있고, 이에 따라 원하는 수준의 내마모성을 확보할 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층은 30 GPa 초과의 미소경도를 가질 수 있다.In addition, the hardness of the multilayer coated cutting layer was measured by a nano-indentation method using an NHT3 Nano-indentor (Anton Paar). The multilayer coated cutting layer may have a hardness in the range of 25 GPa to 50 GPa, and thus, a desired level of wear resistance may be secured. The multilayer coated cutting layer may have a microhardness of more than 30 GPa.
주사전자현미경 분석을 통하여 층의 성장방향을 확인한 결과, 상기 절삭층은 주상정(columnar) 구조를 가지며, 입방정 상과 육방정 상이 혼합된 상 혼합물을 포함하여 성장한 것을 알 수 있다. 따라서, 절삭층(120)은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가짐을 확인하였다.As a result of confirming the growth direction of the layer through scanning electron microscopy analysis, it can be seen that the cutting layer has a columnar structure and has grown including a phase mixture in which a cubic crystal and a hexagonal phase are mixed. Accordingly, it was confirmed that the
다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 수명 측정Life measurement of inserts coated with multi-layered cutting material
1차시험 : 수명측정1st test: life measurement
상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 1차시험을 수행하여 Inconel718 에서의 수명을 측정하였다.Examples and comparative examples of the insert coated with the above-described multi-layer coated cutting material were tested under the following conditions, and a first test was performed to measure the life in Inconel718.
(1) 형상: APKT160408PDTR(1) Shape: APKT160408PDTR
(2) 적용분야: MCT 머시닝, 일반가공(2) Field of application: MCT machining, general processing
(3) 작업 피삭재: SUS304(3) Work material: SUS304
(4) 절삭 속도: 145 m/min(4) Cutting speed: 145 m/min
(5) 이송 속도: 0.27 mm/rev(5) Feed rate: 0.27 mm/rev
(6) 절삭 깊이(ap): 1.5 mm(6) Depth of cut (a p ): 1.5 mm
(7) 절삭 깊이(ae): 10 mm(7) Depth of cut (a e ): 10 mm
(8) 절삭유: 수용성 외부 급유 (6%)(8) Coolant: Water-soluble external lubrication (6%)
(9) 수명판단기준: 플랭크 마모 (Vb) > 300 μm 또는 노치 마모 (Vn) > 450 μm(9) Life judgment criteria: flank wear (V b )> 300 μm or notch wear (V n )> 450 μm
2차시험 : 수명측정2nd test: life measurement
상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 2차시험을 수행하여 Inconel718 에서의 수명을 측정하였다.Examples and comparative examples of the insert coated with the above-described multi-layer coated cutting material were tested under the following conditions, and a secondary test was performed to measure the life in Inconel718.
(1) 형상: APKT160408PDTR(1) Shape: APKT160408PDTR
(2) 적용분야: MCT 머시닝, 일반가공(2) Field of application: MCT machining, general processing
(3) 작업 피삭재: 마르텐사이트 스테인리스 강(3) Work material: Martensitic stainless steel
(4) 절삭 속도: 90 m/min(4) Cutting speed: 90 m/min
(5) 이송 속도: 0.4 mm/rev(5) Feed rate: 0.4 mm/rev
(6) 절삭 깊이(ap): 1 mm(6) Depth of cut (a p ): 1 mm
(7) 절삭 깊이(ae): 2 mm(7) Depth of cut (a e ): 2 mm
(8) 절삭유: 수용성 외부 급유 (6%)(8) Coolant: Water-soluble external lubrication (6%)
(9) 수명판단기준: 플랭크 마모 (Vb) > 300 μm 또는 노치 마모 (Vn) > 450 μm(9) Life judgment criteria: flank wear (V b )> 300 μm or notch wear (V n )> 450 μm
표 2는 본 발명의 실시예들과 비교예들에 대한 상기 1차시험과 상기 2차시험에서 측정한 수명, 표면 거칠기, 및 구성인선 발생 여부를 나타낸다.Table 2 shows the lifespan, surface roughness, and whether or not built-up edges have occurred in the first and second tests for Examples and Comparative Examples of the present invention.
측정수명
(분)1st test
Measurement life
(minute)
표면거칠기
(Ra)1st test
Surface roughness
(Ra)
측정수명
(분)2nd test
Measurement life
(minute)
표면거칠기
(Ra)2nd test
Surface roughness
(Ra)
총합
(분)Measurement life
total
(minute)
발생여부Construction edge
Occurrence
표 2를 참조하면, 비교예1과 비교예2는 절삭층이 단일 층으로 구성되고, 윤활층이 없는 경우이다. 절삭층은 TiAlN 또는 TiAlSiN으로 구성되어 있다. 비교예1과 비교예2에서는 구성인선이 발생하였다.Referring to Table 2, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the cutting layer is composed of a single layer and there is no lubricating layer. The cutting layer is composed of TiAlN or TiAlSiN. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, built-up edge occurred.
실시예1 내지 실시예5는, 상기 절삭층이 0.5 μm 내지 3.5 μm 미만 범위의 총 두께를 가지고, 상기 윤활층은 0.8 μm 초과 내지 4 μm 미만 범위의 두께를 가지는 경우이며, 제3 절삭층과 윤활층에서의 몰리브덴의 함량이 20% 이하인 경우이다. 실시예1 내지 실시예5는 측정수명이 비교예1 및 비교예2에 비하여 동일한 수준이거나 증가되었으며, 구성인선이 발생하지 않았다.Examples 1 to 5 are the case where the cutting layer has a total thickness in the range of 0.5 μm to less than 3.5 μm, the lubricating layer has a thickness in the range of more than 0.8 μm to less than 4 μm, and the third cutting layer and This is the case where the content of molybdenum in the lubricating layer is 20% or less. In Examples 1 to 5, the measurement life was the same level or increased as compared to Comparative Examples 1 and 2, and no built-up edge occurred.
비교예3은 상기 제3 절삭층과 상기 윤활층에서의 몰리브덴의 함량이 25%인 경우로서, 구성인선은 발생하지 않았으나, 비교예1 및 비교예2에 비하여 1차시험 측정수명 및 측정수명 총합이 감소되었다. 따라서, 상기 제3 절삭층과 상기 윤활층에서의 몰리브덴의 함량은 20% 이하인 것이 바람직하다.Comparative Example 3 was a case where the content of molybdenum in the third cutting layer and the lubricating layer was 25%, and no built-up edge occurred, but compared to Comparative Examples 1 and 2, the total measurement life and measurement life of the first test were Decreased. Therefore, the content of molybdenum in the third cutting layer and the lubricating layer is preferably 20% or less.
비교예4는 상기 절삭층의 총 두께가 3.5 μm 인 경우로서, 비교예1 및 비교예2에 비하여 측정수명은 증가하였으나, 구성인선이 국부적으로 발생하였다. 따라서, 비교예4의 결과로부터, 상기 절삭층의 총 두께는 3.5 μm 미만인 것이 바람직하다.In Comparative Example 4, when the total thickness of the cutting layer was 3.5 μm, the measurement life was increased compared to Comparative Examples 1 and 2, but the built-up edge occurred locally. Therefore, from the results of Comparative Example 4, it is preferable that the total thickness of the cutting layer is less than 3.5 μm.
비교예5는 상기 윤활층의 두께가 0.3 μm 인 경우로서, 비교예1 및 비교예2에 비하여 1차시험 측정수명, 2차시험 측정수명 및 측정수명 총합이 감소되었고, 또한 구성인선이 국부적으로 발생하였다.Comparative Example 5 is a case in which the thickness of the lubricating layer is 0.3 μm, compared with Comparative Examples 1 and 2, the measurement life of the first test, the measurement life of the second test, and the total measurement life were reduced, and the built-up edge was locally generated. .
비교예6은 상기 윤활층의 두께가 0.8 μm 인 경우로서, 비교예1 및 비교예2에 비하여 1차시험 측정수명 및 측정수명 총합이 감소되었고, 또한 구성인선이 국부적으로 발생하였다. 따라서, 비교예5 및 비교예6의 결과로부터, 상기 윤활층의 두께는 0.8 μm 초과인 것이 바람직하다.In Comparative Example 6, the thickness of the lubricating layer was 0.8 μm, and compared with Comparative Examples 1 and 2, the measurement life of the first test and the total measurement life were decreased, and the built-up edge was locally generated. Therefore, from the results of Comparative Examples 5 and 6, it is preferable that the thickness of the lubricating layer is more than 0.8 μm.
비교예7은 상기 윤활층의 두께가 4.0 μm 인 경우로서, 구성인선은 발생하지 않았으나, 비교예1 및 비교예2에 비하여 1차시험 측정수명, 2차시험 측정수명 및 측정수명 총합이 감소되었다. 따라서, 비교예7의 결과로부터, 상기 윤활층의 두께는 4 μm 미만인 것이 바람직하다.Comparative Example 7 was a case in which the thickness of the lubricating layer was 4.0 μm, and no built-up edge occurred, but compared with Comparative Examples 1 and 2, the measurement life of the first test, the measurement life of the second test, and the total measurement life were reduced. Therefore, from the results of Comparative Example 7, it is preferable that the thickness of the lubricating layer is less than 4 μm.
비교예8은 상기 절삭층의 총 두께가 6.4 μm 이고, 상기 윤활층의 두께가 0.4 μm 인 경우로서, 구성인선이 발생하였고, 비교예1 및 비교예2에 비하여 2차시험 측정수명 및 측정수명 총합이 감소되었다.In Comparative Example 8, when the total thickness of the cutting layer was 6.4 μm and the thickness of the lubricating layer was 0.4 μm, a built-up edge was generated, and compared to Comparative Examples 1 and 2, the total measurement life and measurement life of the secondary test Was reduced.
1차시험 표면 거칠기와 2차 시험 표면 거칠기의 결과를 분석하면, 실시예들이 표면 거칠기는 비교예1 및 비교예2에 비하여 상당한 수준으로 감소되었고, 비교예3 내지 비교예8에 비하여는 전반적으로 감소된 경향을 나타내었다.Analyzing the results of the first test surface roughness and the second test surface roughness, the surface roughness of the examples was significantly reduced compared to Comparative Examples 1 and 2, and overall decreased compared to Comparative Examples 3 to 8. Showed a tendency to become.
상술한 1차시험과 2차시험에서 선택된 실시예1과 비교예들에 대하여 형상과 작업 피삭재 등을 변경하여 Inconel718 에서의 수명을 측정하였다.For Example 1 and Comparative Examples selected in the first and second tests described above, the life of the Inconel718 was measured by changing the shape and the work piece.
3차시험 : 수명 측정3rd test: life measurement
(1) 형상: ENMX0604-ST(1) Shape: ENMX0604-ST
(2) 적용분야: MCT 머시닝, 일반가공(2) Field of application: MCT machining, general processing
(3) 작업 피삭재: Inconel 718(3) Work piece: Inconel 718
(4) 절삭 속도: 45 m/min(4) Cutting speed: 45 m/min
(5) 이송 속도: 0.5 mm/rev(5) Feed rate: 0.5 mm/rev
(6) 절삭 깊이(ap): 0.8 mm(6) Depth of cut (a p ): 0.8 mm
(7) 절삭 깊이(ae): 13 mm(7) Depth of cut (a e ): 13 mm
(8) 절삭유: 수용성 외부 급유 (6%)(8) Coolant: Water-soluble external lubrication (6%)
(9) 수명판단기준: 플랭크 마모 (Vb) > 300 μm 또는 노치 마모 (Vn) > 450 μm(9) Life judgment criteria: flank wear (V b )> 300 μm or notch wear (V n )> 450 μm
4차시험 : 수명 측정4th test: life measurement
(1) 형상: ENMX0604-ST(1) Shape: ENMX0604-ST
(2) 적용분야: MCT 머시닝, 일반가공(2) Field of application: MCT machining, general processing
(3) 작업 피삭재: SUS304(3) Work material: SUS304
(4) 절삭 속도: 150 m/min(4) Cutting speed: 150 m/min
(5) 이송 속도: 0.9 mm/rev(5) Feed rate: 0.9 mm/rev
(6) 절삭 깊이(ap): 0.8 mm(6) Depth of cut (a p ): 0.8 mm
(7) 절삭 깊이(ae): 30 mm(7) Depth of cut (a e ): 30 mm
(8) 절삭유: 건식 가공(8) Coolant: dry processing
(9) 수명판단기준: 플랭크 마모 (Vb) > 300 μm 또는 노치 마모 (Vn) > 450 μm(9) Life judgment criteria: flank wear (V b )> 300 μm or notch wear (V n )> 450 μm
표 3은 본 발명의 실시예들과 비교예들에 대한 상기 3차시험 및 4차시험에서 측정한 공구 수명을 나타낸다.Table 3 shows the tool life measured in the third and fourth tests for Examples and Comparative Examples of the present invention.
측정수명
(분)3rd test
Measurement life
(minute)
표면거칠기
(Ra)3rd test
Surface roughness
(Ra)
측정수명
(분)4th test
Measurement life
(minute)
표면거칠기
(Ra)4th test
Surface roughness
(Ra)
표 3을 참조하면, 비교예들에 비하여 실시예1은 수명(절삭가능시간)이 길게 나타났고, 표면 거칠기는 작게 나타났다.Referring to Table 3, compared to the comparative examples, Example 1 showed a longer life (cutting possible time) and a smaller surface roughness.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 피복 절삭 소재가 적용된 인서트를 이용한 경우에는, 스테인레스강 및 내열 합금과 같은 난삭재 가공에서 윤활성 향상 및 내마모성이 향상되고, 이에 따라 공구 수명이 증가되었음을 확인할 수 있고, 윤활작용도 충분히 작용함을 알 수 있다.As described above, in the case of using the insert to which the multi-layer coated cutting material according to the present invention is applied, it can be confirmed that lubricity and wear resistance are improved in processing difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant alloy, and thus tool life is increased. , It can be seen that the lubrication effect is also sufficiently effective.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical idea of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope not departing from the technical idea of the present invention, the technical idea of the present invention It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.
Claims (17)
상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및
상기 절삭층 상에 위치하고, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 윤활층;을 포함하고,
상기 절삭층은,
(Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층;
(TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및
(Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.A base material including a cemented carbide, cermet, ceramic, cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel;
A cutting layer located on the base material and composed of multiple layers; And
Located on the cutting layer, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is composed of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including; a lubricating layer comprising at least any one selected from the group),
The cutting layer,
(Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), Zirconium (Zr), and yttrium (Y) includes at least one selected from the group consisting of, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) A first cutting layer comprising;
(Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And
(Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3< g <0.7 and 0< h <0.2, X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Containing) a third cutting layer containing; containing,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은, 상기 모재 상에 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층의 순서로 적층되어 구성된,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer is configured by stacking the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer on the base material in order,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은, 상기 모재 상에, 상기 제3 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제1 절삭층의 순서로 적층되어 구성된,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer is configured by stacking on the base material in the order of the third cutting layer, the second cutting layer, and the first cutting layer,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층이 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer has a structure formed of a plurality of layers in which the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer are repeatedly stacked,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 윤활층은 0.8 μm 초과 내지 4 μm 미만 범위의 두께를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The lubricating layer has a thickness in the range of greater than 0.8 μm to less than 4 μm,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은 0.5 μm 내지 3.5 μm 미만 범위의 총 두께를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer has a total thickness in the range of 0.5 μm to less than 3.5 μm,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층을 각각 하나씩 포함하여 구성된 연속층은 10 nm 내지 500 nm 범위의 두께를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The first cutting layer, the second cutting layer, and the continuous layer including one of the third cutting layers each has a thickness in the range of 10 nm to 500 nm,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은 [200] 방향으로 우선 성장하고, X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크가 나타나는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer first grows in the [200] direction, and (200) peaks and (111) peaks appear in X-ray diffraction analysis,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은 25 GPa 초과 내지 50 GPa 범위의 경도를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer has a hardness in the range of more than 25 GPa to 50 GPa,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 절삭층은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가지고, 입방정 상 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The cutting layer has a columnar crystal and a polycrystalline alternating stacked structure, and includes a phase mixture of cubic and hexagonal phases,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 윤활층은 0.01 내지 0.2 범위의 표면 조도(Ra)를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.The method of claim 1,
The lubricating layer has a surface roughness (Ra) in the range of 0.01 to 0.2,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 모재 상에 절삭층을 형성하는 단계; 및
상기 절삭층 상에 윤활층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 윤활층은, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하고,
상기 절삭층은,
(Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층;
(TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및
(Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재의 제조 방법.Providing a base material including a cemented carbide, a cermet, a ceramic, a cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel;
Forming a cutting layer on the base material; And
Including; forming a lubricating layer on the cutting layer,
The lubricating layer is (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is N, C, CN, NO, CO, and CNO in the group consisting of Including at least any one selected),
The cutting layer,
(Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), Zirconium (Zr), and yttrium (Y) includes at least one selected from the group consisting of, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) A first cutting layer comprising;
(Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And
(Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3< g <0.7 and 0< h <0.2, X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Containing) a third cutting layer containing; containing,
Manufacturing method of multi-layer coated cutting material.
상기 절삭층을 형성하는 단계 및 상기 윤활층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하여 수행되고,
상기 절삭층을 형성하는 단계 및 상기 윤활층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A ~ 200A의 증발 전류를 사용하여 수행되는,
다층 피복 절삭 소재의 제조 방법.The method of claim 13,
At least one of the step of forming the cutting layer and the step of forming the lubricating layer is performed using a physical vapor deposition method or a cathode arc deposition method,
At least one of the step of forming the cutting layer and the step of forming the lubricating layer may be performed in an argon and nitrogen atmosphere, a gas pressure of 0.5 Pa to 6.0 Pa, a bias of -10V to -300V, a temperature of 350°C to 700°C , And is carried out using an evaporation current of 50A ~ 200A,
Manufacturing method of multi-layer coated cutting material.
상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고,
상기 절삭층은,
(Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층;
(TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및
(Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하고,
상기 모재 상에 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층의 순서로 배치되고,
상기 제3 절삭층은 윤활 기능을 제공하는,
다층 피복 절삭 소재.A base material including a cemented carbide, cermet, ceramic, cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel; And
Includes; a cutting layer located on the base material and consisting of a multi-layer,
The cutting layer,
(Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), Zirconium (Zr), and yttrium (Y) includes at least one selected from the group consisting of, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) A first cutting layer comprising;
(Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And
(Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3< g <0.7 and 0< h <0.2, X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including) a third cutting layer comprising; Including,
It is disposed on the base material in the order of the first cutting layer, the second cutting layer, and the third cutting layer,
The third cutting layer provides a lubricating function,
Multi-layer sheath cutting material.
상기 다층 피복 절삭 소재는,
초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재;
상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층; 및
상기 절삭층 상에 위치하고, (Ti1-a-bAlaMob)X (여기에서, 0.3< a <0.7 및 0< b <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 윤활층;을 포함하고,
상기 절삭층은,
(Ti1-d-eAldMe)X (여기에서, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, 상기 M은 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제1 절삭층;
(TifAl1-f)X (여기에서, 0.4< f <0.7, 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는 제2 절삭층; 및
(Ti1-g-hAlgMoh)X (여기에서, 0.3< g <0.7 및 0< h <0.2, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는 제3 절삭층;을 포함하는,
기계가공용 절삭 공구 인서트.A cutting tool insert for machining comprising a multi-layer coated cutting material,
The multilayer coated cutting material,
A base material including a cemented carbide, cermet, ceramic, cubic boron nitride-based material, or a hard alloy body of high-speed steel;
A cutting layer located on the base material and composed of multiple layers; And
Located on the cutting layer, (Ti 1-ab Al a Mo b )X (here, 0.3<a <0.7 and 0<b <0.2, X is composed of N, C, CN, NO, CO, and CNO Including; a lubricating layer comprising at least any one selected from the group),
The cutting layer,
(Ti 1-de Al d M e )X (here, 0.3< d <0.7, 0< e <0.2, wherein M is silicon (Si), vanadium (V), niobium (Nb), tungsten (W), Zirconium (Zr), and yttrium (Y) includes at least one selected from the group consisting of, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) A first cutting layer comprising;
(Ti f Al 1-f )X (here, 0.4<f<0.7, wherein X includes at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO) 2 cutting layers; And
(Ti 1-gh Al g Mo h )X (here, 0.3< g <0.7 and 0< h <0.2, X is at least one selected from the group consisting of N, C, CN, NO, CO, and CNO Containing) a third cutting layer containing; containing,
Cutting tool inserts for machining.
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