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KR101637546B1 - 기계가공성 향상 조성물 - Google Patents

기계가공성 향상 조성물 Download PDF

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KR101637546B1
KR101637546B1 KR1020117017118A KR20117017118A KR101637546B1 KR 101637546 B1 KR101637546 B1 KR 101637546B1 KR 1020117017118 A KR1020117017118 A KR 1020117017118A KR 20117017118 A KR20117017118 A KR 20117017118A KR 101637546 B1 KR101637546 B1 KR 101637546B1
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KR1020117017118A
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올로프 앤더슨
보 후
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회가내스 아베 (피유비엘)
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Abstract

본 발명 분말에 관한 것으로, 이러한 철계 분말은 철계 분말에 부가하여 기계가공성 향상 첨가제를 소량 포함하고, 상기 첨가제는 필로실리케이(phyllosilicate)의 그룹으로부터 적어도 하나의 실리케이트를 포함한다. 또한, 본 발명은 기계가공성 향상 첨가제의 이용 및 향상된 기계가공성을 가진 철계 소결된 부품을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

기계가공성 향상 조성물 {MACHINABILITY IMPROVING COMPOSITION}
본 발명은 향상된 기계가공성을 가진, 분말 금속 부품의 생산을 위한 분말 금속 조성물, 및 이러한 분말 금속 조성물을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
부품의 분말-야금학적 제조의 주요한 장점들 중 하나는, 압축 및 소결에 의해 최종 형상의 또는 최종 형상에 매우 가까운 블랭크(blanks)를 만드는 것이 가능하다는 것이다. 그러나 이후의 기계가공이 필요한 경우가 있다. 예를 들면, 높은 공차 요구(high tolerance demands)에 의해서 또는 직접 프레스될 수 없고 소결 이후 기계가공을 필요로 하는 최종 구성요소의 형상에 의해서 기계가공이 필요할 수 있다. 더욱 구체적으로, 압축 방향에 대해 횡방향의 홀, 언더컷 또는 스레드(threads)와 같은 기하학적 구조는 이후의 기계가공을 요구한다.
높은 강도 및 그에 따른 높은 경도의 새로운 소결된 강을 연속적으로 개발함에 의해, 기계가공은 부품의 분말-야금학적 제조에서 큰 문제점 중 하나가 되었다. 분말-야금학적 제조가 부품을 제조하는데 있어서 가장 비용-효율적 방법인지를 평가할 때 이는 종종 제한 인자(limiting factor)가 된다.
오늘날, 소결 이후 부품의 기계가공을 촉진하기 위해 철계 분말 혼합물에 첨가되는 다수의 공지된 물질이 있다. 가장 공통적인 분말 첨가제는 MnS이고, 이는 예를 들어 EP 0 183 666에서 언급되며, 이는 소결된 강의 기계가공성이 이러한 분말의 혼합에 의해 어떻게 향상되는지를 설명한다.
미국 특허 제 4 927 461호는 소결 이후 기계가공성을 향상시키기 위해 철계 분말 혼합물에 0.01 내지 0.5 wt%의 헥사고날 BN(보론 나이트라이드)를 첨가하는 것을 설명한다.
미국 특허 제 5 631 431호는 철계 분말 조성물의 기계가공성을 향상시키기 위한 첨가제에 관한 것이다. 이 특허에 따르면, 첨가제는 분말 조성물의 0.1 내지 0.6 wt%의 양으로 포함된 칼슘 플루오라이드 입자를 함유한다.
일본 특허 출원 제 08-095649호는 기계가공성 촉진제를 설명한다. 이러한 촉진제는 Al2O3-SiO2-CaO를 포함하고, 아노사이트(anorthite) 또는 겔레나이트(gehlenite) 결정 구조를 갖는다. 아노사이트는 6 내지 6.5의 모오스 경도를 가진 펠드스파 그룹에 속하는 텍토실리케이트이고, 겔레나이트는 모오스 경도 5 내지 6을 가진 소로실리케이트이다.
미국 특허 제 7 300 490호는 망간 설파이드 분말(MnS) 및 칼슘 포스페이트 분말 또는 히드록시 아파타이트 분말의 조합으로 이루어진 프레스되고 소결된 부품을 생산하기 위한 분말 혼합물을 설명한다.
WO 공개공보 제 2005/102567호는 기계가공 촉진제로서 이용되는 헥사고날 보론 나이트라이드 및 칼슘 플루오라이드 분말의 조합을 설명한다.
황과 함께 보론 옥사이드, 붕산 또는 암모늄 보레이트와 같은 보론 함유 분말은 US 5 938 814호에서 설명된다.
기계가공 첨가제로서 이용되는 분말의 다른 조합은 EP 1985393 A1에서 설명되고, 이러한 조합은 탈크(talc) 및 스테아타이트 및 지방산으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
기계가공 촉진제로서의 탈크는 JP 1-255604에서 언급된다. 탈크는 필로실리케이트의 그룹에 속하고, 실리콘 테트라헤드랄층을 이루며 마그네슘 히드록사이드 옥타헤드랄층을 에워싼다.
특허출원 EP 1002883은 특히 밸브 시이트 삽입물과 같은 금속 부품을 만들기 위한 분말화된 금속 블렌드 혼합물을 설명한다. 설명된 블렌드는 0.5-5%의 고체 윤활제를 포함하고, 이에 의해 기계가공성에서의 향상뿐만 아니라 낮은 마찰 및 슬라이딩 마멸을 제공한다. 일 실시예에서, 운모(mica)는 고체 윤활제로서 언급된다. 마멸 저항성의 고온에서 안정한 부품의 생산을 위해 이용되는 이러한 유형의 분말 혼합물은, 일반적으로 카바이드와 같은 경질 상과 10wt%를 일반적으로 초과하는 많은 양의 합금 성분을 항상 포함한다.
US 4,274,875호는 압축 이전에 금속 분말로 분말화된 운모를 첨가하고 0.5 내지 2 wt%의 양으로 소결하는 단계를 포함하는 분말 야금학에 의해 EP 1002883에서 설명된 것과 유사하게 물품의 생산을 위한 프로세스를 설명하고 있다. 구체적으로, 어떠한 유형의 운모가 사용될 수 있는지를 개시하고 있다.
추가적으로, 일본 특허 출원 JP 10317002는 감소된 마찰 계수를 가진 분말 또는 소결된 컴팩트(compact)를 설명한다. 분말은 1-10wt%의 황, 3-25wt%의 몰리브덴, 및 나머지 철의 화학 조성물을 갖는다. 추가적으로, 고체 윤활제 및 경질 상의 물질이 첨가된다.
프레스되고 소결된 부품의 기계가공은 매우 복잡하고, 부품의 합금 시스템의 유형, 부품의 소결 밀도 및 부품의 크기와 형상과 같은 파라미터에 의해 영향을 받는다. 또한, 기계가공 작동의 유형 및 기계가공의 속도는 기계가공 작동의 결과에 매우 중요한 파라미터이다. 분말 야금학적 조성물에 첨가되는 제안된 기계가공 촉진제의 다양성은 PM 기계가공 기술의 복잡한 성질을 반영한다.
본 발명은 소결된 강의 기계가공성을 향상시키기 위한 새로운 첨가제를 개시한다. 특히 10wt% 미만의 합금 성분의 함유량을 가지며 경질 상(hard phase) 물질이 없는 낮은 합금화된 소결된 강을 개시한다. 새로운 첨가제는 드릴링, 터닝, 밀링 및 스레딩과 같이 칩 제거 작업을 필요로 하는 소결된 강의 기계가공성을 향상시키도록 설계된다. 또한, 새로운 첨가제는 고속 강, 텅스텐 카바이드, 서멧(cermets), 세라믹 및 큐빅 보론 나이트라이드와 같은 다양한 유형의 툴 물질에 의해 기계가공되는 부품에서 이용될 수 있고, 툴은 또한 코팅될 수 있다.
본 발명의 목적은, 기계가공성을 향상시키기 위해 분말 금속 조성물을 위한 새로운 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상이한 유형의 소결된 강의 다양한 기계가공 작동에서 이용되는 이러한 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 프레스되고 소결된 부품의 기계적 성질에 영향을 미치지 않거나 거의 미치지 않는 새로운 기계가공성 촉진 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 새로운 기계가공성 촉진제를 함유한 분말 야금학적 조성물을 제공하는 것이고, 또한 이러한 조성물로부터 압축된 부품을 제조하는 방법이다.
분말 조성물에서 정의된 특별한 유형의 실리케이트를 포함한 기계가공성 촉진제를 포함함에 의해, 놀랍게도 다양한 미세구조 및 소결 밀도를 가진 소결된 부품의 기계가공성에서의 큰 향상이 얻어진다. 또한, 기계가공성에의 긍정적인 효과는 매우 낮은 첨가된 양에서도 얻어지고, 따라서 추가적인 물질을 첨가함에 의해 압축성에서의 악영향은 최소화될 것이다. 또한, 첨가된 실리케이트로부터의 기계적 성질에 대한 영향은 수용 가능하다.
따라서, 본 발명은 철계 분말에 부가하여 기계가공성 향상 첨가제의 최소량을 포함한 철계 분말 조성물을 제공하는 것이고, 상기 첨가제는 필로실리케이트 그룹으로부터 하나 이상의 실리케이트를 포함한다. 또한, 본 발명은 철계 분말 조성물에 기계가공성 향상제로서 필로실리케이트를 이용하는 것을 제공한다. 또한, 본 발명은 이하의 단계를 포함하는 향상된 기계가공성을 가진 철계 소결된 부품을 생산하기 위한 방법을 제공한다: 상기와 같은 철계 분말 조성물을 준비하는 단계; 400-1200MPa의 압축 압력에서 철계 분말 조성물을 압축하는 단계; 1000 내지 1300℃의 온도에서 압축된 부품을 소결하는 단계; 및 선택적으로 소결된 부품을 열처리하는 단계.
본 발명에 따르면, 상기 목적들 중 적어도 하나 그리고 이하의 논의로부터 분명하게 나타나는 다른 목적들이 본 발명의 상이한 태양에 의해 이루어진다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 철계 분말 조성물이 제공되고, 이는 철계 분말에 부가하여, 분말 형태로 기계가공성 향상 첨가제의 소량을 포함하고, 이러한 첨가제는 필로실리케이트로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나의 실리케이트를 포함한다.
필로실리케이트는 예를 들어 벤토나이트, 카올리나이트, 스멕타이트와 같은 점토 광물 중에, 클로라이트 중에, 또는 플로고파이트(금운모), 무스코바이트(백운모), 비오타이트, 및 마르가라이트와 같은 운모 중에 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 철계 분말 조성물에 기계가공성 향상 첨가제로 포함된 필로실리케이트를 이용하는 것이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 철계 분말 조성물을 제조하는 방법에 제공되고, 이러한 방법은 철계 분말을 제공하는 단계; 및 철계 분말과 분말 형태로 기계가공성 향상 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하고, 기계가공성 향상 첨가제는 적어도 하나의 필로실리케이트를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 향상된 기계가공성을 가진 철계 소결된 부품을 생산하기 위한 방법이 제공되고, 이러한 방법은 상기 태양에 따라 철계 분말 조성물을 준비하는 단계; 400 내지 1200 MPa의 압축 압력으로 철계 분말 조성물을 압축하는 단계; 1000 내지 1300℃의 온도에서 압축된 부품을 소결하는 단계; 및 선택적으로 소결된 부품을 열처리하는 단계를 포함한다.
도 1은 어떻게 삽입 커팅 엣지의 마멸이 측정되는지에 대한 개략도를 도시하고, 즉 예 1, 3, 4, 5, 7 및 8에 대한 기계가공성 지표에 대해 도면에서 두 개의 화살표 사이의 거리를 도시한다.
도 2는 상대적인 기계가공성 향상 지표에서 기계가공성 향상제, 무스코바이트 및 플로고파이트의 평균 입자 크기의 영향을 각각 도시하는 개략도이다.
기계가공성 촉진제는 5 미만, 바람직하게는 4 미만의 모오스 경도(Mohs hardness)를 가진 것으로 특징지어질 수 있는 필로실리케이트와 같은 분류의 정해진 실리케이트를 포함한다. 필로실리케이트는 히드록사이드의 옥타헤드랄 구조의 층과 조합된 실리콘 테트라헤드랄의 플레이크 결정 구조 함유층을 갖는다. 바람직하게, 테트라헤드랄 구조의 실리콘 원자의 일부는 알루미늄 원자와 같은 다른 원자로 대체될 수 있고, 따라서 실리케이트는 알루미네이트-실리케이트로 표시된다. 대안적으로, 알루미늄 원자는 옥타헤드랄 구조에 존재하거나, 또는 알루미늄 원자는 양 구조 모두에서 존재할 것이다.
새로운 기계가공성 촉진제에 포함될 수 있는 실리케이트의 예는 다음과 같다:
플로고파이트 KMg3(OH,F)2[AlSi3O10],
무스코바이트 KAl2(OH)2[AlSi3O10],
비오타이트 K(Mg,Fe)3(OH)2[AlSi3O10], 및
마르가라이트 CaAl2(OH)2[Al2Si2O10]과 같은 운모;
클로라이트 그룹에 속한 실리케이트;
카올리나이트 Al2(OH)4[Si2O5]와 같은 점토 광물;
점토 광물은 아래와 같은 스멕타이트 그룹에 속한다:
알리에타이트 Ca0 .2Mg6(Si,Al)8O20(OH)4*4H2O,
베이델라이트 (Na,Ca0 .5)0.3Al2(Si,Al)4O10(OH)2*nH2O
헥토라이트 Na0 .3(Mg,Li)3Si4O10(OH,F)2
몬트모릴로나이트 (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2*nH2O
논트로나이트 Na0 .3Fe2(Si,Al)4O10(OH)2*nH2O
사포나이트 Ca0 .25(Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2*nH2O
스테벤사이트 (Ca,Na)xMg3Si4O10(OH)2
볼콘스코이트 Ca0 .3(Cr,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2*4H2O, 및
야크혼토바이트 (Ca,Na)0.5(Cu,Mg,Fe)2Si4O10(OH)2*3H2O
일반적으로, 실리케이트 미네랄은 정해진 미네랄의 조합으로서 그 성질이 발생하는데, 상업적으로 몬트모릴로나이트를 함유한 다양한 유형의 벤토나이트와 같은 화학적으로 정해진 실리케이트 또는 이의 중간 생성물의 상이한 조합이 존재한다. 본 발명은 단일의 특정 구조에 의해 정해진 실리케이트에 제한되는 것이 아니라, 상기 설명된 실리케이트의 조합물 및 중간 생성물을 포함한다.
본 발명에 따라 이용되는 실리케이트가 모스 스케일에 따라 5 미만, 바람직하게는 4 미만의 경도를 가질 수 있고 층 구조를 가질 수 있는 이유는, 이러한 실리케이트가 더 단단한 실리케이트와 비교할 때 소결된 바디의 기계가공 동안 비교적 낮은 온도에서도 기계가공 성질에 기여할 것이라는 것이 알려졌기 때문이다. 따라서, 기계가공 동안 발생된 열에 의해 야기되는 툴 상의 악영향은 피해질 수 있다. 높은 경도를 가진 실리케이트는 압축 동안 윤활 및 다이로부터 압축된 바디의 방출에 기여하지 아니할 수 있다. 첨가된 실리케이트의 층상 결정 구조와 함께 낮은 경도는 유리하고 윤활 성질을 향상시키며, 따라서 종래의 윤활제의 더 낮은 첨가량을 허용하고, 이에 의해 높은 그린(green) 밀도에 도달되는 것을 가능하게 한다.
추가적으로 특정 이론에 구속되지 아니한 채로, 실리케이트에서 알루미늄 원자의 존재는 기계가공 성질에 긍정적인 영향을 미칠 수 있고 기계가공되는 부품의 야금학적 구조와 관계없이 좋은 기계가공 성질에 기여한다.
새로운 첨가제는 망간 설파이드, 헥사고날 보론 나이트라이드, 다른 보론 함유 물질 및/또는 칼슘 플로라이드와 같은 다른 공지된 기계가공 촉진제를 포함하거나 또는 이들과 혼합될 수 있다.
철계 분말 조성물에서 첨가제의 양은, 0.05 내지 1.0 wt%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5wt%, 바람직하게는 0.05 내지 0.4wt%, 바람직하게는 0.05 내지 0.3wt%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3wt%일 수 있다. 적은 양은 기계가공성에 의도된 영향을 미치지 않지만, 많은 양은 기계적 성질에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 철계 분말 조성물에 첨가된 기계가공성 향상제의 양은 0.5wt% 미만, 편의상 0.49wt% 또는 그 미만, 바람직하게는 0.45wt% 또는 그 미만, 더욱 바람직하게는 0.4wt% 또는 그 미만, 0.3wt% 또는 그 미만, 0.2wt% 또는 그 미만, 또는 0.15wt% 또는 그 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 새로운 첨가제의 입자 크기(X99)는 50μm 미만, 바람직하게는 30μm 미만, 더욱 바람직하게는 20μm, 예를 들어 15μm 또는 그 미만일 수 있다. 상응하는 평균 입자 크기(X50)는 20μm 미만, 바람직하게는 15μm 미만, 더욱 바람직하게는 10μm 또는 그 미만, 5μm 또는 그 미만일 수 있다. 입자 크기(X99)는 본질적으로 적어도 1μm일 수 있다. 입자 크기가 1μm 미만이라면, 균질한 분말 혼합물을 얻기 어려울 수 있다. 50μm 초과의 입자 크기는 기계가공성 및 기계적 성질에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 기계가공성 향상 첨가제의 기계가공성 향상 효과는 기계가공되는 부품이 마르텐사이트 구조 또는 마르텐사이트 구조를 포함한 이질적 구조를 가질 때 특히 현저할 수 있다.
철계 분말 조성물
분말 유형
이러한 새로운 기계가공성 향상 분말은 본질적으로 철계 분말 조성물에서 이용될 수 있다. 따라서, 철계 분말은 원자화된 철 분말, 환원된 분말, 그리고 이와 유사한 것과 같은 순수한 철 분말일 수 있다. 또한, Ni, Mo, Cr, V, Co, Mn, Cu와 같은 합금 성분을 포함한 미리 합금된 분말이 부분적으로 합금된 강 분말과 함께 이용될 수 있다. 물론, 이러한 분말은 혼합물로서 이용될 수 있다. 철계 분말은 합금 성분을 10wt% 미만으로 포함할 수 있다.
기계가공성 향상 첨가제는 분말 형태로 조성물에 존재한다. 첨가제 분말 입자는 예를 들어 자유 분말 입자로서 철계 분말과 혼합될 수 있거나, 또는 예를 들어 바인딩제에 의해 철계 분말 입자에 바인드될 수 있다.
다른 첨가제
본 발명에 따른 분말 조성물은 또한 그라파이트, 바인더, 및 윤활제 및 다른 종래의 기계가공성 향상제와 같은 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 윤활제는 0.05-2wt%, 바람직하게는 0.1-1wt%로 첨가될 수 있다. 그라파이트는 0.05-2wt%, 바람직하게는 0.1-1wt%로 첨가될 수 있다.
프로세스
본 발명에 따른 부품의 분말-야금학적 제조는 이하의 프로세스에 의해 종래의 방식으로 수행될 수 있다: 예를 들어 철 또는 강 분말과 같은 철계 분말은 분말 형태로 본 발명에 다른 기계가공성 향상 첨가제 및 니켈, 구리, 몰리브덴 및 선택적으로 탄소와 같은 원하는 합금 성분과 혼합될 수 있다. 또한, 합금 성분은 미리 합금되거나 또는 확산 합금되어 철계 분말에 첨가될 수 있거나 또는 혼합된 합금 성분, 확산 합금된 분말 또는 미리 합금된 분말의 조합으로서 첨가될 수 있다. 이러한 분말 혼합물은, 압축 이전에, 예를 들어 징크 스테아레이트 또는 아미드 왁스와 같은 종래의 윤활제와 혼합될 수 있다. 혼합에서 미세한 입자는 바인딩 물질에 의해 철계 분말에 결합될 수 있다. 이후 분말 혼합물은 프레스 툴에서 압축될 수 있고, 최종 기하학적 구조에 가까운 그린 바디로서 알려진 것을 한다. 압축은 일반적으로 400 - 1200 MPa의 압력에서 일어난다. 압축 이후, 콤팩트는 1000 내지 1300℃의 온도에서 소결될 수 있고, 최종 강도, 경도, 신장 등을 나타낸다. 선택적으로, 소결된 부품은 추가적으로 열처리될 수 있다.
예
본 발명은 이하의 제한 없는 예에서 도시될 것이다:
기계가공성 향상제
이하의 물질은 본 발명에 따른 기계가공성 촉진제의 예로서 이용되었다.
이하에 따른 wt% 산화물로서 표현된 화학 조성 및 필수적으로 20μm 미만의 입자 크기(X99)를 가진 무스코바이트 함유 분말:
SiO2 48.0
Al2O3 33.3
K2O 10.1
FeO 2.8
MgO 0.3
점화(ignition) 상의 손실 5.5
이하에 따른 wt% 산화물로서 표현된 화학 조성 및 필수적으로 45μm 미만의 입자 크기(X99)를 갖고 약 18μm의 평균 입자 크기(X50)를 가진 플로고파이트 함유 분말:
SiO2 39.5
Al2O3 10.3
K2O 12.8
FeO 10.3
MgO 22.7
CaO 0.5
점화 상의 손실 3.0
이하에 따른 wt% 산화물로서 표현된 화학 조성 및 필수적으로 20μm 미만의 입자 크기(X99)를 가진 스멕타이트 그룹에 속한 미네랄을 함유한 분말:
SiO2 68.2
Al2O3 10.9
K2O 0.3
FeO 1.3
MgO 17.0
CaO 1.1
Na2O 1.2
점화 상의 손실 (점화상의 손실은 측정되지 아니함, l.o.i 배제될 때 계산된 화학적 분석)
이하에 따른 wt% 산화물로서 표현된 화학 조성 및 필수적으로 15μm 미만의 입자 크기(X99)를 가진 분말을 함유한 칼슘 벤토나이트:
SiO2 55.1
Al2O3 23.3
K2O 2.9
FeO 1.6
MgO 2.9
CaO 4.7
Na2O 1.9
점화 상의 손실 9.5
예 1
(소결된 PM 물질에 기반하여 터닝 작동으로 수행되는 기계가공성 조사)
벤토나이트 분말은 금속 분말, 스웨덴의 회가내스 아베로부터 구입 가능한 물 원자화된 철 분말(water atomized iron powder) AHC100.29와 혼합되었다. 금속 분말은 또한 2wt% 구리 분말, 윤활제로서 0.8wt% 에틸렌 비스스테아르아미드, 및 0.8wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 1에 따른 금속 분말 혼합물은 ISO 3325에 따라 표준화된 TRS 바아로 압축되었고, 55mm의 외부지름, 35mm의 내부 지름, 및 20mm의 높이를 가진 링으로 압축되어 6.9g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다.
TRS 바아 및 링은 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물로 20분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결되었다. 얻어진 샘플의 마이크로 구조는 펄라이트였다. 소결된 TRS 바아는 ISO 3325에 따라 횡단 파괴 강도를 결정하는데 이용되었고, 소결된 링은 터닝 테스트에서 표 2에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하는데 이용되었다.
기계가공성 지표는 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질과 같이 터닝 툴 상에서 플랭크 마멸로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되는지를 개시한다. 터닝은 텅스텐 카바이드 삽입물을 가진 링의 외부 지름 상에서 일정한 스핀들 속도 및 냉각제 없이 일정한 주입으로 수행되었다.
표 1은 압축된 링의 기계적 성질이 첨가된 벤토나이트에 의해 거의 영향을 받지 않음을 도시한다. 그러나, 첨가된 벤토나이트를 가진 링에 대해서, 기계가공성에서 현저한 향상이 일어나는 것이 사실이고, 이는 표 2에서 도시된다. 벤토나이트를 포함한 링에 대한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이러한 첨가제가 없는 링과 비교하여 거의 50% 만큼 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸이 감소되었다).
혼합 벤토나이트 (%) DC (%) HRB TRS (MPa)
1 - 0.21 77-80 945
2 0.2 0.18 77-78 952
DC는 소결 동안 횡방향 파괴 강도 바아에 대한 길이에서의 치수 변화이다.
HRB는 횡방향 파괴 강도 바아에 대한 로크웰(Rockwell) B 강도이다.
TRS는 횡방향 파괴 강도 바아에 대한 횡방향 파괴 강도이다.
혼합 벤토나이트 (%) 스핀들 속도 (rpm) 커팅 거리 (m) M.지표 (μm)
1 - 1800 168 850
2 0.2 1800 168 450
2 0.2 1800 333 850
스핀들 속도는 터닝 선반에서 분당 회전이다.
커팅 거리는 소결된 링에서 체결되는 삽입물에 의해 만들어진 길이이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상에서 μm 단위의 플랭크 마멸이다(도 1 참조).
예 2
(소결된 PM 물질에 기반하여 드릴링 작동으로 수행되는 기계가공성 조사)
무스코바이트 및 플로고파이트 분말은 스웨덴의 회가내스 아베로부터 구입 가능한 금속 분말 Distaloy AE와 혼합되었고, 이 분말은 0.5% Mo, 4% Ni 및 1.5% Cu와 합금된 순수 철 확산이다. 또한, 금속 분말은 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드) 및 0.5wt% 그라파이트와 같은 윤활제와 혼합되었다.
표 3의 물질 혼합물은 ISO 2740에 따라 표준화된 인장 테스트 바아로 압축되었고, 80mm의 지름 및 12mm의 높이를 가진 디스크로 7.10g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 인장 강도 및 디스크는 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 30분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결되었다. 얻어진 샘플의 미세구조는 이상이었고, 페라이트, 니켈이 풍부한 오스테나이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함한다.
디스크들은 표 4에서 나타나는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위한 드릴 테스트에서 이용되었다. 이러한 지표는 드릴이 완전히 마멸되는, 즉 전체 드릴이 부서지기 이전에 기계가공될 수 있는 드릴 당 홀의 숫자로서 정의된다. 드릴링은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 속도로 지름 Ø3.5인 고속 강 드릴로 수행되었다.
표 3은 운모 분말 무스코바이트 및 플로고파이트가 기계적 성질에서 오직 작은 편차로 첨가될 때 발견되는 결과를 나타낸다. 기계가공성은 표 4에서 도시된 것처럼 플로고파이트로 현저하게 향상되고, 무스코바이트(상당히 많은 홀이 드릴될 수 있음)로 더욱더 대단하게 향상된다.
혼합 무스코바이트 (%) 플로고파이트 (%) DC (%) HV10 YS (MPa) TS (MPa) A (%)
1 - - -0.15 211 373 737 2.5
2 0.3 - -0.13 203 362 693 2.2
3 - 0.3 -0.09 205 371 718 2.4
DC는 소결 동안 인장 강도에 대한 길이의 치수적 변화이다.
HV10은 인장 강도 바아에 대한 빅커스(Vickers) 경도이다.
YS는 인장 강도 바아에 대한 항복 강도이다.
TS는 인장 강도 바아에 대한 인장 강도이다.
A는 인장 강도 테스트 동안 플라스틱 신장이다.
혼합 무스코바이트 (%) 플로고파이트 (%) 스핀들 속도 (rpm) M.(드릴된 홀)
1 - 3820 78
2 0.3 - 3820 415
3 - 0.3 3820 136
스핀들 속도는 드릴링 기계에서 분당 회전이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 드릴의 전체 드릴 파괴 이전에 드릴된 홀의 평균 숫자이다.
예 3
(소결되고, 냉각되며, 템퍼링된 PM 물질 상에서 터닝 작동으로 수행되는 기계가공성 조사)
벤토나이트 분말은 금속 분말, 스웨덴의 회가내스 아베사로부터 구입 가능한 물 원자화된 철 분말 AHC100.29와 혼합되었다. 또한, 금속 분말은 2wt% 구리 분말, 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드), 및 0.8wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 5에 따른 물질 혼합물은 55mm의 외부 지름, 35mm의 내부 지름 및 20mm의 높이를 가진 링으로 6.9g/cm3의 그린 밀도로 압축된다. 링은 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물로 20분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결되었다. 소결 이후, 링은 30분 동안 980℃에서 열처리되었고, 이후 오일에서 냉각되었다. 오일 냉각 이후 바로, 링은 공기에서 1시간 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 얻어진 미세구조는 완전한 마르텐사이트였다.
링은 터닝 테스트에서 이용되었고, 표 6에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정한다. 기계가공성 지표는 터닝 툴 상에서 플랭크 마멸, 즉 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되었는지를 개시한다. 터닝은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 스핀들 속도로 실리콘 질화물 세라믹 삽입물을 가진 링의 외부 지름 상에서 수행되었다.
표 5는 열처리된 링의 경도가 첨가된 벤토나이트에 의해 영향을 받지 않는 것을 도시한다. 그러나, 기계가공성은 벤토나이트가 표 6에서 도시된 것처럼 이용될 때 현저하게 향상된다. 벤토나이트를 포함한 링에 대한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이러한 첨가제가 없는 링과 비교하여 50% 이상 만큼 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸이 감소됨).
혼합 벤토나이트 (%) HRC
1 - 32-34
2 0.2 32-34
HRC는 열처리된 링에 대한 로크웰 C 경도이다.
혼합 벤토나이트 (%) 스핀들 속도(rpm) 커팅 거리(m) M.지표(μm)
1 - 1800 168 160
2 0.2 1800 168 90
2 0.2 1800 809 160
스핀들 속도는 터닝 선반에서 분당 회전이다.
커팅 거리는 소결된 링과 체결되는 삽입물에 의해 만들어진 거리이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 커팅 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상에서 플랭크 마멸이다.
예 4
(소결 경화된 PM 물질에 대해 터닝 작동으로 수행된 기계가공성 조사)
벤토나이트 분말은 금속 분말, 1.9% Ni 및 0.55% Mo와 미리 합금되어 있는 스웨덴의 회가내스 아베사로부터 구입 가능한 물 원자화된 강 분말 Astaloy A와 혼합되었다. 또한, 금속 분말은 2wt% 구리 분말, 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드), 및 0.8wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 7에 따른 물질 혼합물은 55mm의 외부 지름, 35mm의 내부 지름, 및 20mm의 높이를 가진 링으로 6.9g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 링은 2.2℃/s의 냉각 속도로 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 20분 동안 1120℃에서 생산 퍼니스에서 소결 경화되었다. 소결 경화 이후, 링은 공기에서 30분 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 얻어진 미세 구조는 완전히 마르텐사이트였다.
링은 표 8에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위해 터닝 테스트에서 이용되었다. 기계가공성 지표는 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질과 같이 터닝 툴 상에서 면 마멸로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되는지를 개시한다. 터닝은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 스핀들 속도로 실리콘 나이트라이드 세라믹 삽입물을 가진 링의 외부 지름 상에서 수행되었다.
표 7은 벤토나이트의 첨가된 양에 의해 열처리된 링의 경도가 약간 더 단단해진 것을 도시한다. 기계가공성은 표 8에서 보는 것처럼 벤토나이트가 이용될 때 현저하게 향상된다. 벤토나이트를 포함한 링에 대한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이렇나 첨가제가 없는 링과 비교하여 약 60% 만큼 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸이 감소되었다).
혼합 벤토나이트 (%) HRC
1 - 33-34
2 0.2 35-38
HRC는 열처리된 링에 대한 로크웰 C 경도이다.
혼합 벤토나이트 (%) 스핀들 속도(rpm) 커팅 거리(m) M.지표 (μm)
1 - 1800 168 296
2 0.2 1800 168 100
2 0.2 1800 809 143
스핀들 속도는 터닝 선반에서 분당 회전이다.
커팅 거리는 소결된 링과 체결된 삽입물에 의해 만들어진 거리이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 커팅 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상에서의 플랭크 마멸이다.
예 5
(소결 경화된 PM 물질 상에서 터닝 작동으로 수행된 기계가공성 조사)
벤토나이트 분말은 금속 분말, 스웨덴의 회가내스 아베사로부터 구입 가능한 물 원자화된 강 분말 Astaloy CrL, 1.5% Cr 및 0.2% Mo를 가진 미리 합금된 분말과 혼합되었다. 또한, 금속 분말은 2wt% 구리 분말, 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드), 및 0.75wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 9에 따른 혼합물은 55mm의 외부 지름, 35mm의 내부 지름 및 20mm의 높이를 가진 링으로 6.9g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 링은 2.2℃/s의 냉각 속도로 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 20분 동안 1120℃에서 생산 퍼니스에서 소결 강화되었다. 소결 경화 이후, 링은 공기에서 30분 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 얻어진 미세구조는 완전히 마르텐사이트였다.
링은 표 10에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하도록 터닝 테스트에서 이용되었다. 기계가공성 지표는 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질과 같은 터닝 툴 상에서의 면 마멸로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되는지를 개시한다. 터닝은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 스핀들 속도로 실리콘 나이트라이드 세라믹 삽입물을 가진 링의 외부 지름 상에서 수행되었다.
표 9는 벤토나이트의 첨가된 양에 의해 열처리된 링의 경도가 약간 더 단단해진 모습을 도시한다. 기계가공성은 표 10에서 도시된 것처럼 벤토나이트가 이용될 때 현저하게 향상된다. 벤토나이트를 포함한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이러한 첨가제가 없는 링과 비교하여 약 75%만큼 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸이 감소되었다).
혼합 벤토나이트 (%) HRC
1 - 33-35
2 0.2 33-36
HRC는 열처리된 링에 대한 로크웰 C 경도
혼합 벤토나이트 (%) 스핀들 속도(rpm) 커팅 거리(m) M.지표(μm)
1 - 1800 168 210
2 0.2 1800 168 56
2 0.2 1800 809 79
스핀들 속도는 터닝 선반에서 분당 회전이다.
커팅 거리는 소결된 링과 체결된 삽입물에 의해 만들어진 거리이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 커팅 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상에서의 플랭크 마멸이다.
예 6
(소결 경화된 PM 물질 상에서 드릴링 작동으로 수행된 기계가공성 조사)
무스코바이트, 플로고파이트, 및 스멕타이트 분말은 금속 분말, 3% Cr 및 0.5% Mo와 미리 합금된 철인 스웨덴의 회가내스 아베사로부터 구입 가능한 물 원자화된 강 분말 Astaloy CrM과 혼합되었다. 또한, 금속 분말은 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드) 및 0.55wt% 그라파이트와 함께 혼합되었다.
표 11의 물질 혼합물은 ISO 2740에 따라 표준화된 인장 테스트 바아로 압축되었고 80mm의 지름 및 12mm의 높이를 가진 디스크로 7.10g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 인장 바아 및 디스크는 2.2℃/s의 냉각 속도로 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 30분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결 경화되었다. 소결 경화 이후, TS 바아 및 디스크는 공기에서 30분 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 얻어진 미세구조는 완전히 마르텐사이트였다.
디스크는 표 12에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위한 드릴 테스트에서 이용되었다. 이러한 지표는 임계 커팅 속도로서 정의된다. 드릴이 전체 드린 파손 없이 일정한 커팅 속도로 하나의 디스크 상에서 홀(216)의 전체 양을 생산할 수 있다면, 증가된 커팅 속도와 함께 새로운 드릴이 이후의 테스트에서 수행되어야 한다. 드릴링은 냉각제 없이 일정한 주입으로 지름 Ø3.5의 고체 카바이드 드릴로 수행되었다.
표 11은 무스코바이트, 플로고파이트, 또는 스멕타이트 분말이 첨가되었을 때 기계적 성질에서 일정한 작은 편차가 발견되었음을 도시한다. 기계가공성은 무스코바이트, 플로고파이트 또는 스멕타이트로 현저하게 향상되고, 이에 의해 표 12에서 보는 것처럼 드릴 고장 없이 증가된 스핀들 속도를 가능하게 한다.
혼합 무스코바이트(%) 플로고파이트(%) 스멕타이트(%) HV10 MHV0.05(마르텐사이트) TS(MPA)
1 - - - 455 698 1055
2 0.3 - - 389 637 908
3 - 0.3 - 378 714 837
4 - - 0.3 432 715 992
HV10은 인장 강도 바아에 대한 빅커스 경도이다.
MHV0.05는 인장 강도 바아에 대한 마이크로 빅커스 마르텐사이트 경도이다.
TS는 인장 강도 바아에 대한 인장 강도이다.
혼합 무스코바이트(%) 플로고파이트(%) 스멕타이트(%) 스핀들 속도(rpm) M.지표 (드릴된 홀)
1 - - - 3638 30
2 0.3 - - 3638 216
2 0.3 - - 4547 216
3 - 0.3 - 3638 216
3 - 0.3 - 4547 216
4 - - 0.3 3638 216
4 - - 0.3 4547 216
스핀들 속도를 드릴링 기계에서 분당 회전이다.
테스팅은 216 드릴된 홀 이후 중단되었고, 드릴의 고장은 발견되지 아니하였다.
예 7
(소결 경화된 PM 물질 상에서 터닝 작동으로 수행된 기계가공성 조사)
무스코바이트, 플로고파이트 및 스멕타이트 분말은 금속 분말, 예 6에서와 같은 물 원자화된 강 분말 Astaloy CrM과 혼합되었다. 또한, 금속 분말은 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드) 및 0.55wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 13의 혼합물은 ISO 2740에 따라서 표준화된 인장 테스트 바아로 압축되고, 64mm의 외부 지름, 35mm의 내부 지름 및 25mm의 높이를 가진 링으로 7.10g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 인장 바아 및 링은 2.2℃/s의 냉각 속도로 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물로 30분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결 경화되었다. 얻어진 미세구조는 완전히 마르텐사이트였다.
소결 경화 이후, TS 바아 및 링은 공기에서 30분 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 링은 표 14에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위해 터닝 테스트에서 이용되었다. 기계가공성 지표는, 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질과 같이 터닝 툴 상에서의 플랭크 마멸로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되는지를 개시한다. 터닝은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 커팅 속도로 큐빅 보론 나이트라이드 삽입물을 가진 링의 단부면 상에서 수행되었다.
표 13은 무스코바이트, 플로고파이트 또는 스멕타이트와 같은 분말이 첨가되었을 때 기계적 성질에서 일정한 소량의 편차가 발견됨을 나타낸다.
기계가공성은 표 14에서 보는 것처럼 무스코바이트, 플로고파이트 또는 스멕타이트와 함께 이용되어 현저하게 향상된다. 상이한 첨가제를 포함한 링을 위한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이러한 첨가제가 없는 링과 비교하여 상당히 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸이 감소되었음).
혼합 무스코바이트(%) 플로고파이트(%) 스멕타이트(%) HV10 MHV0.05
(마르텐사이트)		 TS (MPa)
1 - - - 455 698 1055
2 0.3 - - 389 637 908
3 - 0.3 - 378 714 837
4 - - 0.3 432 715 992
HV10은 인장 강도 바아에 대한 비커스 경도이다.
MHV0.05는 인장 강도 바아에 대한 마이크로 비커스 마르텐사이트 경도이다.
TS는 인장 강도 바아에 대한 인장 강도이다.
혼합 무스코바이트(%) 플로고파이트(%) 스멕타이트(%) 커팅 속도(m/min) 커팅 거리(m) M.지표(μm)
1 - - - 150 1015 200
2 0.3 - - 150 1015 60
2 0.3 - - 150 9132 100
3 - 0.3 - 150 1015 80
3 - 0.3 - 150 9132 110
4 - - 0.3 150 1015 80
4 - - 0.3 150 9132 80
커팅 속도는 터닝 기계에서 분당 미터로 표현된 외부로부터 내부로의 링 지름의 링 속도이다.
커팅 거리는 소결된 링과 체결되는 삽입물에 의해 만들어진 거리이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 커팅 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상의 플랭크 마멸이다.
예 8
(소결 경화된 PM 물질 상에서 터닝 작동으로 수행되는 기계가공성 조사)
벤토나이트 분말은 금속 분말, 예 6에서와 같은 물 원자화된 강 분말 Astaloy CrM과 함께 혼합되었다. 금속 분말은 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드), 0.6wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 15에 따른 혼합물은 55mm의 외부 지름, 35mm의 내부 지름, 20mm의 높이를 가진 링으로 6.9g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 링은 2.2℃/s의 냉각 속도로 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 20분 동안 1120℃에서 생산 퍼니스에서 소결 경화되었다. 소결 경화 이후, 링은 공기에서 30분 동안 200℃에서 템퍼링되었다. 얻어진 미세구조는 완전히 마르텐사이트였다.
링은 표 16에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위한 터닝 테스트에서 이용되었다. 기계가공성 지표는 삽입 커팅 엣지로부터 제거된 물질과 같이 터닝 툴 상에서의 플랭크 마멸로서 정의된다. 도 1은 어떻게 이러한 마멸이 측정되는지를 개시한다. 터닝은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 스핀들 속도로 실리콘 나이트라이드 세라믹 삽입물을 가진 링의 외부 지름 상에서 수행되었다.
표 15는 열처리된 링의 경도가 벤토나이트의 첨가된 양에 의해 약간 더 단단해진 것을 도시한다. 벤토나이트가 표 16에서 도시된 것처럼 이용될 때 기계가공성은 현저하게 향상된다. 벤토나이트를 포함한 링에 대한 기계가공성 지표는 동일한 커팅 거리에 대해 이러한 첨가제가 없는 링과 비교하여 약 70% 만큼 감소되었다(즉, 삽입 커팅 엣지의 마멸은 감소되었다).
혼합 벤토나이트 (%) HRC
1 - 33-35
2 0.2 33-36
HRC는 열처리된 링에 대한 로크웰 C 경도이다.
혼합 벤토나이트(%) 스핀들 속도(rpm) 커팅 거리(m) M.지표(μm)
1 - 1800 168 246
2 0.2 1800 168 77
2 0.2 1800 809 177
스핀들 속도는 터닝 선반에서 분당 회전이다.
커팅 거리는 소결된 링과 체결된 삽입물에 의해 만들어진 거리이다.
M.지표(기계가공성 지표)는 커버된 커팅 거리 이후 삽입 커팅 엣지 상에서의 플랭크 마멸이다.
예 9
(소결된 PM 물질 상에서 드릴링 작동으로 수행된 기계가공성 조사)
표 17에서 도시된 상이한 입자 크기 분포를 가진 무스코바이트 및 플로고파이트 분말은 Fraunhofer App.ISO13320-1:1999 방법을 따라 레이저 회절 장비(Sympatec GmbH)로 측정되었다.
물질 ABBR. X50 X99
무스코바이트 M1 31.7 128.4
무스코바이트 M2 8.4 39.7
무스코바이트 M3 3.4 12.3
플로고파이트 P1 7.4 34.6
플로고파이트 P2 4.6 13.6
X50 값은, 개체군의 50wt%가 일정한 값 미만의 입자 크기를 갖는 경우의 입자 크기(μm)이다.
X99 값은, 개체군의 99wt%가 일정한 값 미만의 입자 크기를 갖는 경우의 입자 크기(μm)이다.
무스코바이트 및 플로고파이트 분말은 0.5% Mo, 4% Ni, 및 1.5% Cu와 순수한 철 확산 합금된 스웨덴의 회가내스 아베사로부터 구입 가능한 금속 분말 Distaloy AE와 혼합되었다. 금속 분말은 윤활제, 0.8wt% EBS(에틸렌비스스테아르아미드) 및 0.5wt% 그라파이트와 혼합되었다.
표 18에서의 물질 혼합물(중량 퍼센트로 표현됨)은 ISO 2740에 따라 표준화된 인장 테스트 바아로 압축되었고 80mm의 지름 및 12mm의 높이를 가진 디스크로 7.10g/cm3의 그린 밀도로 압축되었다. 인장 바아 및 디스크는 10% 수소 및 90% 질소의 혼합물에서 30분 동안 1120℃에서 실험실 메쉬 벨트 퍼니스에서 소결되었다. 샘플의 얻어진 미세구조는 이질적(heterogeneous)이고 페라이트, 니켈이 풍부한 오스테나이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함한다.
혼합 M1(%) M2(%) M3(%) P1(%) P2(%)
1 - - - - -
2 0.3 - - - -
3 - 0.3 - - -
4 - - 0.15 - -
5 - - 0.30 - -
6 - - - 0.30 -
7 - - - - 0.30
M1= 입자 크기 분포 X50=31.7μm 및 X99=128.4μm를 갖는 무스코바이트 분말
M2= 입자 크기 분포 X50=8.4μm 및 X99=39.7μm를 갖는 무스코바이트 분말
M3= 입자 크기 분포 X50=3.4μm 및 X99=12.3μm를 갖는 무스코바이트 분말
P1= 입자 크기 분포 X50=7.4μm 및 X99=34.6μm를 갖는 플로고파이트 분말
P2= 입자 크기 분포 X50=4.6μm 및 X99=13.6μm를 갖는 플로고파이트 분말
디스크는 표 19에서 볼 수 있는 것처럼 기계가공성 지표를 결정하기 위해 드릴 테스트에서 이용되었다. 이러한 지표는, 드릴이 완전히 마멸, 즉 전체 드릴이 파손되기 이전에, 기계가공될 수 있는 드릴 당 홀의 숫자로서 정의된다. 드릴링은 냉각제 없이 일정한 주입 및 일정한 속도로 지름 Ø3.5의 고속 강 드릴로 수행되었다.
기계가공성은 조악한 무스코바이트(M1)를 제외하고, 표 19에서 도시된 것처럼 무스코바이트로 훨씬 더 향상되고 플로고파이트로 향상된다(즉, 상당히 많은 홀이 드릴될 수 있다).
혼합 첨가제(유형) 첨가제(wt%) 스핀들 속도(rpm) 상대적 기계가공성 지표
1 - - 3820 1
2 M1 0.30 3820 1
3 M2 0.30 3820 5.3
4 M3 0.15 3820 5.9
5 M3 0.30 3820 11.1
6 P1 0.30 3820 1.9
7 P2 0.30 3820 2.6
스핀들 속도는 드릴링 기계에서 분당 회전이다.
상대적 기계가공성 지표는 각각의 혼합물(1-7)에 대한 전체 드릴 파손 이전의 드릴된 홀의 평균 숫자 및 혼합물 1에 대한 드릴된 홀의 평균 숫자의 비율이다(즉, 기계가공성 향상 첨가제 없는 혼합물).
드릴의 전체 드릴 파손 이전의 드릴된 홀의 평균 숫자 및 드릴의 전체 드릴 파손 이전의 첨가제 없는 물질에서 드릴된 홀의 평균 숫자의 비율로서 상대적 기계가공성 지표를 정의함에 의해, 무스코바이트의 입자 크기 분포(X50) 및 기계가공성 사이의 상관 관계는 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 명확해 진다.
입자 크기(X50)를 감소시킴으로써, 기계가공성에의 영향은 높은 증가하는 기계가공성 영향으로 무스코바이트에 있어서 중요하게 되고, 플로고파이트에 의해 덜 증가하는 영향이 발견될 수 있다.
도 2에서 분명하게 나타나는 것처럼, 평균 입자 크기(X50)는 편의상 20μm 또는 그 미만, 바람직하게는 15μm 또는 그 미만, 가장 바람직하게는 10μm 또는 그 미만, 특별하게는 5μm 또는 그 미만이다.
예를 들어 무스코바이트에 대해 도시된 것처럼, 첨가된 기계가공성 제의 양은 표 20에서 볼 수 있는 것처럼 치수 변화, 기계적 성질 및 경도에 영향을 미친다.
혼합 무스코바이트(wt%) DC (%) HV10 YS (MPa) Ts (MPa) A(%)
1 - -0.15 211 373 737 2.5
4 0.15 -0.13 209 372 708 2.2
5 0.30 -0.12 188 356 650 2.4
DC는 소결 동안 인장 강도 바아에 대한 길이에서의 치수적 변화이다.
HV10은 인장 강도 바아에 대한 비커스 경도이다.
YS는 인장 강도 바아에 대한 항복 강도이다.
TS는 인장 강도 바아에 대한 인장 강도이다.
A는 인장 강도 테스트 동안 플라스틱 신장이다.

Claims (20)

  1. 철계 분말 조성물(iron-based powder composition)로서,
    철계 분말에 부가하여, 분말 형태의 기계가공성 향상 첨가제(machinability improving additive)를 포함하고,
    상기 첨가제는 분말 형태의 벤토나이트(bentonite)를 포함하고,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 함유량은 철계 분말 조성물의 중량비로(by weight of the iron-based powder composition) 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 1wt%와 같거나 1wt%보다 더 작고,
    상기 철계 분말은 합금 성분(alloying elements)을 중량비로 0과 같거나 0보다 더 크고 10wt%보다 더 작게 포함하는,
    철계 분말 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 입자 크기(X99)는 50μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 20μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 함유량은 철계 분말 조성물의 중량비로 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 0.3wt%와 같거나 0.3wt%보다 더 작은,
    철계 분말 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 함유량은 철계 분말 조성물의 중량비로 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 0.2wt%와 같거나 0.2wt%보다 더 작은,
    철계 분말 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 입자 크기(X99)는 30μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 10μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 5μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  9. 철계 분말 조성물로서,
    철계 분말에 부가하여, 분말 형태의 기계가공성 향상 첨가제를 포함하고,
    상기 첨가제는 무스코바이트(muscovite)이고,
    상기 무스코바이트의 함유량은 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 0.3wt%와 같거나 0.3wt%보다 더 작은,
    철계 분말 조성물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 함유량은 0.2wt%와 같거나 0.2wt%보다 더 작은,
    철계 분말 조성물.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 입자 크기(X99)는 50μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 입자 크기(X99)는 30μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 20μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 10μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 5μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 철계 분말은 합금 성분을 중량비로 0과 같거나 0보다 더 크고 10wt%보다 더 작게 포함하는,
    철계 분말 조성물.
  17. 철계 분말 조성물을 제조(prepare)하는 방법으로서,
    철계 분말을 제공하는 단계; 및
    상기 철계 분말을 분말 형태의 기계가공성 향상 첨가제와 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 기계가공성 향상 첨가제는 무스코바이트를 포함하고,
    상기 무스코바이트의 함유량은 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 0.3wt%와 같거나 0.3wt%보다 더 작은,
    철계 분말 조성물을 제조하는 방법.
  18. 향상된 기계가공성을 갖는 소결된 철계 부품(iron-based sintered part)을 생산하기 위한 방법으로서,
    제 9 항에 따른 철계 분말 조성물을 제조하는 단계;
    400-1200MPa의 압축 압력(compaction pressure)으로 상기 철계 분말 조성물을 압축하는(compacting) 단계;
    압축된 상기 부품을 1000-1300℃의 온도에서 소결하는(sintering) 단계; 및
    소결된 상기 부품을 선택적으로 열처리하는(heat treating) 단계를 포함하는,
    향상된 기계가공성을 갖는 소결된 철계 부품을 생산하기 위한 방법.
  19. 향상된 기계가공성을 갖는 소결된 철계 부품을 생산하기 위한 방법으로서,
    철계 분말 조성물을 제조하는 단계로서, 상기 철계 분말 조성물은, 철계 분말에 부가하여, 분말 형태의 기계가공성 향상 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는 분말 형태의 벤토나이트를 포함하는, 철계 분말 조성물의 제조 단계;
    400-1200MPa의 압축 압력으로 상기 철계 분말 조성물을 압축하는 단계;
    압축된 상기 부품을 1000-1300℃의 온도에서 소결하는 단계; 및
    소결된 상기 부품을 선택적으로 열처리하는 단계를 포함하는,
    향상된 기계가공성을 갖는 소결된 철계 부품을 생산하기 위한 방법.
  20. 철계 분말 조성물로서,
    철계 분말에 부가하여, 분말 형태의 기계가공성 향상 첨가제를 포함하고,
    상기 첨가제는 분말 형태의 벤토나이트를 포함하고,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 함유량은 철계 분말 조성물의 중량비로 0.05wt%와 같거나 0.05wt%보다 더 크고 1wt%와 같거나 1wt%보다 더 작고,
    상기 기계가공성 향상 첨가제의 평균 입자 크기(X50)는 20μm 미만인,
    철계 분말 조성물.
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