코팅된 절삭 공구 인서트

본 발명은 특히 높은 절삭 속도로 저합금강, 탄소강 및 인성 경화강과 같은 강의 선삭 세공에 유용한 코팅된 고성능 절삭 공구 인서트에 관한 것이다. 상기 인서트는 탄화 텅스텐 (WC), 입방 탄화물 및 코발트가 풍부한 표면 구역을 가지며 상기 절삭 인서트에 소성 변형에 대한 우수한 저항성 및 높은 인성 거동을 제공하는 코바인더 상에 기초한다. 또한, 상기 코팅은 공구 인서트에 놀라울 정도로 개선된 절삭 성능을 제공하는 표면 후처리를 받은 다수의 마모 저항층을 포함한다. 오늘날, 대부분의 절삭 공구는 TiC, TiCxNy, TiN, TiCxNyOz 및 Al2O3 과 같은 여러 단단한 층으로 코팅되는 초경합금 인서트에 기초한다. 개별 층의 배열 및 두께는 상이한 절삭 적용면과 절삭될 공작물 재료가 맞도록 신중히 선택된다. 가장 자주 사용되는 코팅 기법은 화학 증기 증착법 (CVD) 과 물리 증기 증착법 (PVD) 이다. 특히, CVD-코팅 인서트는 코팅되지 않은 인서트에 비하여 플랭크 마모 저항 및 크래이터 마모 저항에 대해 아주 큰 이점을 갖는다. CVD 기법은 보다 높은 온도 범위, 즉 950 ~ 1050℃ 에서 수행된다. 이 높은 증착 온도 및 증착된 코팅 재료와 초경합금 공구 인서트 간의 열 팽창 계수에서의 부정합 때문에, CVD 는 냉각 크랙과 높은 인장 응력 (때로는 최대 1000 MPa) 을 갖는 코팅을 초래할 수 있다. 어떤 절삭 상태 하에서 상기 높은 인장 응력은 냉각 크랙이 초경합금체로 더욱 전달하여 절삭날의 파손을 야기하는 것을 촉진시킬 수 있기 때문에 단점일 수 있다. 금속 절삭 산업에서는, 절삭 상태 영역, 예컨대 저속으로 단절된 절삭을 하는 동안 파손이나 치핑을 저항하는 능력을 소모하지 않으면서 더 높은 절삭 속도를 견디는 능력을 증가시키기 위해 끊임없는 노력을 하고 있다. 적용 영역에서 현저한 개선이 바인더상이 풍부한 표면 구역을 갖는 인서트와 최적의 두께를 갖는 코팅을 결합함으로써 달성되었다. 그러나, 코팅 두께를 두껍게 함에 따라, 마모 저항에 대한 긍정적인 효과는 코팅 갈라질 위험성의 증가와 절삭 공구를 덜 신뢰적으로 만드는 인성의 감소의 형태로 부정적인 효과가 증가하기 때문에 균형을 잃게 된다. 이러함은, 특히 저탄소강 및 스테인레스강과 같은 더 연한 공작물 재료에 적용되고, 코팅 두께가 약 5 ~ 10 ㎛ 일 경우에 적용된다. 또한, 두꺼운 코팅은 일반적으로 더욱 고르지 못한 표면과, 절삭이 저탄소강 및 스테인레스강과 같은 재료를 손상시킬 때 부정적인 특징을 갖는다. 개선책으로는, 여러 특허 문헌, 예컨대 EP 0 298 729, EP 1 306 150 및 EP 0 736 615 에 개시되어 있는 브러싱 또는 습식 블래스팅에 의해 코팅을 매끄럽게 하는 후작업을 적용할 수 있다. US 5,861,210 에서, 그 목적은, 예컨대 매끄러운 절삭날을 형성시키고 마모 감지층으로 사용되기 위해 여유면 상에 TiN 을 남기면서 레이크면 상의 상부층으로서 Al2O3 을 노출시키는데 있었다. 플레이크화에 대한 높은 저항성을 갖는 코팅을 얻을 수 있다. 예컨대 습식 또는 건식 블래스팅과 같은 기계적 효과에 표면, 예컨대 코팅 표면을 노출시키는 모든 후처리 기법은 표면 마무리 및 코팅의 응력 상태 (σ) 에 어느 정도 영향을 미칠 것이다. CVD-코팅에서 강한 블래스팅 효과가 인장 응력을 낮출 수 있지만, 이는 종종 냉각 크랙을 따라 홈의 발생에 의해 코팅 표면 마무리를 손실시킬 수 있거나 심지어는 코팅의 갈라짐을 초래할 수도 있다. EP-A-1 311 712 에 개시되어 있는 바와 같이 건식 블래스팅 기법이 사용된 매우 강한 처리는 심지어 높은 인장 응력에서 높은 압축 응력으로 커다란 응력 상태의 변화를 초래할 수 있다. 만일, 절삭 공구 인서트가 어떤 코팅 구조 및 두께를 갖는 어떤 초경합금 조성물과 결합한 다음, 통제된 단단한 상태 하에서 습식 블래스팅에 의해 코팅된 인서트를 후처리 한다면, 특히 강에서 놀라울 정도로 개선된 절삭 성능을 갖는 절삭 공구 인서트가 얻어질 수 있었다. 코발트 바인더상은 텅스텐과 매우 잘 섞인다. 바인더상 내의 텅스텐 함유량은 CW-비로서 다음과 같이 표현될 수 있다 : CW-비 = Ms/(wt-%Co*0.0161) 여기서, Ms 는 측정된 포화 자기화이고, 그 단위는 hAm2/kg 이며, wt-%Co 는 초경합금 내의 코발트 함유량이다. 낮은 CW-비는 코발트(Co) 바인더상 내의 높은 텅스텐(W)함유량에 상응한다. 사용된 후처리는 상기 코팅에 바람직한 인장 응력 레벨을 제공할 것이고, Al2O3 층에 어떤 중요한 결정학적인 특징 및 우수한 표면 마무리를 갖는 상부 표면을 제공할 것이다. 상기 언급된 블래스팅 기법과의 결합으로, 성능 손실 없이 적용될 수 있는 코팅 두께가 얼마인지에 대한 제한을 효과적으로 확장할 수 있다. 본 발명의 결과로서, 이제 상당한 폭의 면적이 적용될 수 있다. 인성 거동 및 코팅 접합에 대하여 달성된 현저한 개선은 놀라웠다. 블래스팅에 의해 코팅의 응력 상태를 상당히 변화시키기 위해서, 블래스팅 매개체, 예컨대 Al2O3 그릿은 코팅 표면을 높은 임펄스로 충격을 주어야 한다. 그 충격력은, 예컨대 블래스팅 펄프 압력 (습식 블래스팅), 블래스팅 노즐과 코팅 표면 사이의 거리, 블래스팅 매개체의 입자 크기, 블래스팅 매개체의 농도 및 블래스팅 제트의 충돌 각도에 의해 제어될 수 있다.