칼날소재의 제조방법 및 그에 의한 칼날소재{Method for making a blade and Blade manufactured thereby}
도 1은 본 발명에 따른 칼날소재 제조방법에 의해 제조된 둥근형상 칼날의 사시도. 도 2는 도1의 칼날소재의 단면도. <도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> 1: 회전축 삽입구멍 2: 외주 칼날 연삭부 3: 평면 연삭부
본 발명은 조리(條理)용 식칼이나 둥근 형상, 각 형상을 포함하는 칼날류에 관한 것으로 특히, 경량이면서도 초경합금으로 이루어진 칼날소재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 식칼이나 나이프, 둥근 형상의 회전칼, 각 형상의 면도칼 등에 있어서 종래는 압연강판 등을 펀칭(punching)가공 한 후, 열처리경화하여 제조된 소재에 칼날 형성가공을 행하여 칼날(커터)로 한 것이 대부분이었다. 상기한 종래의 칼날류에 있어서, 제1의 성능으로서 영구절단성이 요망되고 있다. 이를 위해서 칼날용 강(鋼)의 경도(硬度)를 향상시키는 방안이 시도되고 있지만, 종래 탄소강에서는 소입(燒入)시의 경도향상과 더불어 취성(脆性)이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 탄화텅스텐(WC)분말과 코발트(CO)분말을 주 구성요소로 한 분말소결 칼날소재도 존재하지만, 이러한 칼날 소재의 결점은 비중이 그 조성에 따라서 10~16으로 무거워서 사용 및 용도에 제한이 있다는 것이었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 경량 초경합금으로 이루어져서 높은 내마모성 및 경도를 유지하면서도 비중이 작은 칼날 소재의 제조방법 및 이에 따른 칼날 소재를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 본 발명에 따르면, 6이하의 비중을 갖는 탄화바나듐(VC)분말 (제1소재) 50~90중량%, 6이하의 비중을 갖는 티탄(Ti) 또는 티탄(Ti)합금분말 (제2소재)를 10~50중량% 혼합하여 상기 제1, 제2 소재의 혼합분말을 준비하는 단계, 상기 혼합분말을 성형금형에 충진한 후 프레스 가압하여 성형품을 얻는 단계, 상기 성형품을 1500℃ 이하의 온도에서 소결하는 단계를 포함하며, 상기 소결 성형품은 HRA81(HV700)이상의 경도 및 6이하 비중을 갖는 것을 특징으로 하는 칼날 소재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 칼날 소재가 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 대하여 첨부된 도1 내지 도2를 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명에 따른 칼날소재의 제조방법에 의해 제조된 일실시형태인 둥근형상 칼날의 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 둥근형상 칼날의 단면도이다. 상기 실시예에 있어서는 칼날소재의 주 재료로서 탄화바나듐(VC)을 사용한다. 종래 분말소결 칼날소재로서의 탄화텅스텐(WC)의 경도는 마이크로 비커스 HV=약1780인데 비하여, 본 발명에 있어서 주재료인 탄화바나듐(VC)의 경도는 마이크로비커스 HV=2600으로서, 보다 고(高)경도이고, 더욱이, 상기 탄화바나듐과 티탄(Ti) 또는 티탄(Ti) 합금과의 결합소결체 비중은 그 조성에 따라 비중이 5~6로서 WC·CO 초경합금의 비중인 10~16에 비하여 약 1/2 ~ 1/3로 크게 경량화 시킬 수 있으므로 주재료로서 특히 적합하다. 한편, 종래 탄소강 칼날소재의 소입시의 경도는 통상 HV-820·HRA 84가 거의 상한 값으로서 그 경도에 제한이 따르고, 이 때의 비중은 약8.5이다. 한편, WC-CO계 초경합금은 HV1800(HRA92)가 거의 상한 값인 반면, 비중은 약15정도로 된다. 이에 대하여 본 발명의 주 재료인 탄화바나듐(VC)의 경도는 HV2600으로 매우 고경도이면서도 그 비중은 6정도로 가벼워서, 칼날소재의 경량화 및 고(高) 경도화를 실현하는 데에 적합하다. 본 발명의 일실시형태인 도1 및 도2의 둥근형상의 칼날소재의 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, 6이하의 비중을 갖는 탄화바나듐(VC)분말을 제1소재로 하여 50~90중량%를 준비하고, 6이하의 비중을 갖는 티탄(Ti) 또는 티탄(Ti)합금분말을 제2소재로 하여 10~50중량% 준비한 후, 상기 제1, 제2 소재를 혼합하여 혼합분말을 준비한다. 여기서, 탄화바나듐의 중량%를 50~90중량%로 설정한 것은, 혼합분말의 총 중량 대하여 탄화바나듐의 함량이 50중량%이하이면 마모성이 낮아지거나 경도가 작아지는 문제점이 있고, 90중량%이상이면 경도가 지나치게 높아져 취성(脆性)이 증가하는 문제가 생기기 때문이다. 다음으로, 상기한 배합조정을 갖는 상기 탄화바나듐(제1소재)분말과 티탄 또는 티탄합금분말(제2소재)의 혼합분말을 소망형상의 성형금형에 충진한 후, 제곱센티미터(㎠)당 10t의 가압력으로 프레스 성형하여 성형품을 얻는다. 상기 성형품은 금형으로부터 꺼내어 진공로(眞空爐)에서 1500℃ 이하의 온도, 바람직하게는 1300℃정도에서 소결하여 도1에 도시된 것과 같은 둥근 형상의 칼날소재를 얻는다. 도1 및 도2에 도시된 칼날 소재는 기계의 회전축에 장착되어 회전하게 되는 회전 칼날소재로서 회전축 삽입구멍(1)을 구비하며, 평면연삭에 의해 소망 두께를 가진 평면 연삭부(3)를 형성한 후에, 그 외주(外周) 가장자리의 주면(周面)에 칼날 형성 연삭을 실시함으로써 외주칼날 연삭부(2)를 형성하여 완성된다. 상기 소결 성형품은 혼합분말의 총중량에 대하여 탄화바나듐이 50중량%일때, 약 HRA81(HV700)의 경도를 갖게 된다. 본 발명의 제2실시예로서는 칼날소재의 항균성 및 위생성을 향상시키기 위해 제3소재로서 은 분말을 상기한 제1소, 제2소재의 혼합분말에 첨가하는 것을 요지로 한다. 경량 초경합금 칼날소재로서 예를 들면, 둥근형상 칼날소재를 제조하고 이것을 가지고 동,식물 등의 식품류절단용 칼날로 사용할 때에, 작업도구의 영구절단성능 외에도 위생성의 유지가 요망된다. 이를 위해 식품절단용으로 사용되는 경우에 있어서는 본 발명의 칼날재료에 경량 초경합금 칼날소재에 은을 첨가한다. 경량 초경합금 칼날소재에 은을 첨가하게 되면, 은 이온에 의한 항균성능은 칼날소재에 부여할 수 있게 되므로, 절단된 육류의 혈액이나 육편(肉片)에 의해 칼날이 오염된 경우라도, 은 이온에 의한 항균성 및 자기 정화기능으로 인해, 칼날소재의 위생성을 유지하는 데에 바람직하다. 은 분말을 탄화바나듐분말, 티탄 또는 티탄합금분말에 혼합함에 있어서, 탄화바나듐, 티탄 또는 티탄합금 분말 및 은 분말의 혼합분말 총 중량에 대하여 은 분말이 0.3중량%이하일 경우에는 은 이온에 의한 항균성능을 기대하기 어려우며, 3중량%정도까지는 양호한 항균성능을 얻을 수 있으나, 3중량% 이상일 경우에는 항균성능의 더 이상의 증가를 기대하기 어려우므로, 비용면에서도 불리하다. 한편, 본 발명에서 제1소재인 탄화바나듐(VC)은 고 경도와 경량성에 의해 경량초경합금 소재의 주 재료를 이루는 것이나, 제2의 소재인 티탄은 제1의 소재입자를 전체적 결합체로 하여 소결시키기 위한 결합재로서 작용을 한다. 따라서, 필요한 경우 제2의 소재로서, 티탄(Ti)분말 대신에 코발트(CO)분말을 이용하여 티탄(Ti) 분말과 마찬가지로 VC분말과 혼합성형 소결함으로써 경량 초경합금 칼날소재를 얻을 수도 있다. 코발트의 비중은 약8.9로서 비교적 무거우나, 탄화바나듐과의 배합량 조절에 따라 최종적으로 제품비중을 약 7이하 정도로 하는 것이 가능하므로, 제1실시예에서와 마찬가지로 VC·CO 초경합금의 비중을 대폭으로 저하시키는 결과를 얻을 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고 경도이면서도 저 비중을 유지하는 경량 초경합금 칼날소재를 얻는 것이 가능하게 된다. 더욱이 동일한 중량으로 보다 적은 용적의 칼날소재를 또는 동일한 용적으로 보다 적은 중량의 칼날소재를 제조하는 것이 가능하게 되므로, 원재료 및 비용 절감, 제품의 소형화로 인한 제조의 용이, 제품경량화에 따른 기계장치에서의 칼날운전 동력의 운전동력의 경감(輕減)의 효과를 아울러 가질 수 있게 된다. |
