JP2000308907A - サーメット工具及びその製造方法 - Google Patents
サーメット工具及びその製造方法Info
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Abstract
具及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 サーメット工具1は、工具表面を覆う非
常に硬質な硬質層11と、その硬質層11に覆われて、
硬質層11より柔らかい内部13から構成されている。
このサーメット工具1の角部分には、切削加工の際に被
削材に当接させる刃先先端部7が設けられている。この
刃先先端部7の先端には、ホーニング加工により、R半
径が0.04〜0.16mmの範囲のR加工が施されて
いる。つまり、刃先先端部7には、いわゆるR面取りに
よる面取り加工が施されており、それによって、工具内
部13が露出したR加工部(露出部)15が形成されて
いる。従って、このR加工部15の周囲に、硬質層11
が配置される構成となっている。
Description
工を行うことができるサーメット工具及びその製造方法
に関するものである。
3号公報に示される様に、鋼の切削加工においては、サ
ーメット工具が用いられる。このサーメットとは、Ni
等の鉄族金属である結合相金属とTiCN等の硬質相材
料などからなる焼結硬質合金である。
時のままの焼結肌が残されているものがあるが、この焼
結肌には、通常、Ni等の結合相金属のしみ出しが認め
られる。しかし、結合相金属が焼結肌にしみ出した場合
には、このしみ出した結合相金属と被削材が溶着を起こ
して、工具刃先に過度の切削抵抗がかかり、刃先が欠損
に至るケースが多々見られる。
ット工具の表面に、(工具の内部P1とは異なる組成
で)内部P1より硬質な硬質層P2を設ける技術があ
る。この技術とは、工具の内部P1と比べて、結合相金
属量を減少させた(即ち、硬質相材料の割合を増やし
た)硬質層P2を工具の表面に存在させることにより、
工具の耐摩耗性及び耐欠損性を改善するものである。
性を向上させるとともに、硬質層P2中の(溶着の原因
となる)結合相金属量を低減することにより、溶着を防
止して耐欠損性を向上させるものである。
た従来技術では、耐摩耗性及び耐欠損性の改善にある程
度の効果はあるものの、必ずしも十分ではない。つま
り、結合層金属であるNi等の熱膨張係数と硬質層P2
に多く含まれるTiCN等の硬質相材料の熱膨張係数
は、大きく異なるので、温度変化が大きく熱的負荷の大
きい加工条件においては、工具刃先に欠損が生じること
があるという問題があった。
ものであり、耐欠損性及び耐摩耗性に優れたサーメット
工具及びその製造方法を提供することを目的とする。
るための請求項1の発明は、表面に硬質層を備えたサー
メット工具において、該工具の角の刃先先端部に、該工
具内部が露出する露出部を有するとともに、該露出部の
周囲に前記硬質層を有することを特徴とするサーメット
工具を要旨とする。
ット工具の刃先先端部(ノーズ部)には、工具内部が
(例えばR面取り加工により)露出した露出部が設けら
れ、その周囲には硬質層が設けられている。尚、図1
は、略直方体のサーメット工具(ネガチップ)をすくい
面側から見たものであって、すくい面側の硬質層を除い
て示してある。
って被削材の加工を行う場合には、硬質層より柔らかく
且つ靭性のある露出部を被削材に当てて切削加工を行う
ので、刃先先端部に大きな力が加わっても欠損が生じ難
い。また、露出部の周囲は、工具内部より硬質な硬質層
で覆われているので、切削時に切粉が硬質層に当って
も、硬質層に摩耗が生じ難い。
内部が露出した露出部と(その周囲の)極めて硬質な硬
質層を備えているので、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を
共に実現できる。尚、本発明において、サーメットと
は、Ni等の鉄族金属である結合相金属とTiCN等の
硬質相材料などからなる焼結硬質合金であり、サーメッ
ト工具とはそのような合金からなる工具である。
前記サーメット工具内部が露出するように、R面取り加
工されたR加工部又はC面取り加工されたC加工部であ
ることを特徴とする前記請求項1に記載のサーメット工
具を要旨とする。
この露出部としては、工具の角の刃先先端部に、工具内
部が露出するようにR面取り加工により形成されたR加
工部や、C面取り加工により形成されたC加工部を採用
できる。 (3)請求項3の発明は、前記R加工部のR半径が、
0.04〜0.16mmの範囲であることを特徴とする
前記請求項2に記載のサーメット工具を要旨とする。
のである。このR半径であれば、刃先先端部を研磨して
R加工部を適度に露出させることができる。これによ
り、切削時には、刃先先端部が欠損し難く、好適な切削
が可能である。 (4)請求項4の発明は、前記硬質層の厚さが、2〜2
0μmの範囲であることを特徴とする前記請求項1〜3
のいずれかに記載のサーメット工具を要旨とする。
ある。この厚さであれば、刃先先端部を研磨してR加工
部を露出させる際に、R加工部の周囲に適度に硬質層が
配置された構成とすることができる。これにより、切削
時には、刃先先端部に摩耗が生じ難く、好適な切削が可
能である。
と、硬質層が存在することによる耐摩耗性の効果が十分
に得られる。一方、硬質層の厚さが20μm以下である
と、上述したR面取り加工を通常の範囲で行った場合
に、R加工部を容易に露出させることができる。
0.16mmの範囲で、且つ硬質層の厚さが2〜20μ
mの範囲である場合には、刃先先端部にR面取り加工を
施すことにより、その先端に適度な大きさにて工具内部
が露出するR加工部を、容易に形成できるので好適であ
る。
工具は、結合相として、鉄族金属うちの少なくとも2種
以上、硬質相として、周期律表の4A、5A、6A族の
炭化物、窒化物、炭窒化物のうち少なくとも2種以上を
有することを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに
記載のサーメット工具を要旨とする。
示す様に、通常、TiCN等の硬質粒子を含む硬質相、
結合相金属やバインダからなる結合相、結合相及び硬質
相の成分からなる固溶体などから構成されているが、本
発明は、その組成を例示したものである。
o、Feが挙げられる。また、前記4A、5A、6A族
の炭化物、窒化物、炭窒化物としては、例えば4A族の
炭化物のTiC、4A族の窒化物のTiN、4A族の炭
窒化物のTiCNや、5A族の炭化物のVC、NbC、
TaC、6A族の炭化物のMo2C、WCなどが挙げら
れる。
工具の焼結肌への前記結合相金属のしみ出しが、実質上
見られないことを特徴とする前記請求項1〜5のいずれ
かに記載のサーメット工具を要旨とする。
しみ出しが見られない場合には、工具の刃先と被削材の
間に溶着が生じ難いので、溶着に起因する刃先の欠損を
防止することができる。尚、結合相金属のしみ出しが実
質上見られない程度とは、例えばSEM(走査型電子顕
微鏡に付属したエネルギー分散X線分析装置)による測
定においては、1.9重量%以下を示す。これは、SE
Mにおいては、表面だけでなくわずかに内部における量
をも測定するためであり、この範囲内であれば、しみ出
しが実質的に見られないと見なしてよい。
工具の内部の略中央における前記結合相金属量を100
重量%とした場合、前記硬質層における前記結合相金属
量が11重量%以下であることを特徴とする前記請求項
1〜6のいずれかに記載のサーメット工具を要旨とす
る。
したものである。従って、本発明における硬質層は、硬
質層内の結合相金属量により定義することができる。硬
質層における結合相金属量が11重量%以下の範囲であ
れば、焼結肌にしみ出す元となる表面近傍の結合相金属
量自体が少ないので、溶着が起こり難く、耐欠損性に優
れている。
と、切削加工時に刃先の溶着による欠損が生じること
が、後述する実験により確認されている。また、その組
成の硬質層の厚さが2〜20μmあれば、耐摩耗性に優
れている。尚、工具内部の略中央とは、組成比較の基準
となる結合相金属量の測定位置を示すものであり、工具
内部の略中央であれば、組成のばらつきが少ないので、
好適である。
工具の逃げ面及び/又はすくい面に、焼結肌が存在する
ことを特徴とする前記請求項1〜7のいずれかに記載の
サーメット工具を要旨とする。工具表面に焼結肌が残っ
ている場合、例えば硬質層の表面が焼結時のままの焼結
肌の場合には、例えばコーティング等の工具の表面処理
を省略でき、コストの上で有利である。
8のいずれかに記載のサーメット工具の製造方法であっ
て、前記サーメット材料の成形体を焼結した後に、5〜
50Torrの減圧窒素雰囲気下で、15〜25分間降
温を行うことを特徴とするサーメット工具の製造方法を
要旨とする。
を例示したものであり、この製造方法によれば、工具表
面に硬質層を形成する際に、硬質層に含まれる結合相金
属量を(例えば11重量%以下に)低減し、結合相金属
の焼結肌へのしみ出しを抑制することができる。
素に限定したのは、窒素ガスの導入により、工具表面の
例えば4A,5A、6A族成分が窒化し、表面に結合相
金属成分との濡れ性の悪い、4A、5A、6A族成分の
窒化物からなる窒化相が形成され、この窒化相により、
結合相金属の焼結体表面への析出が抑制されるからであ
る。
たのは、15分未満であると、結合相金属の析出抑制効
果が十分ではなく、25分を上回ると、グラファイト相
が形成されるからである。尚、前記成形体の焼結の際に
は、(例えば窒素以外の不活性ガスの)減圧雰囲気下に
て1400〜1600℃の温度まで焼結を行うと、十分
な焼結を行うことができるので好適である。
素雰囲気の窒素分圧を5〜50Torrとしたことを特
徴とする前記請求項9に記載のサーメット工具の製造方
法を要旨とする。ここで、窒素分圧を5〜50Torr
に限定したのは、5Torr以下では結合相金属の析出
抑制効果が十分ではないからである。一方、50Tor
r以上であると、例えば4A、5A、6A族成分の窒化
により余剰となった炭素が、グラファイト相を形成し
て、物理特性(強度等)の低下を招くからである。
びその製造方法の実施の形態の例(実施例)を説明す
る。 (実施例1) a)まず、本実施例のサーメット工具の構造について説
明する。
具1は、ISO規格;DCMT070204形状のサー
メットチップである。つまり、このサーメット工具1
は、図3の上面側であるすくい面3側の各辺(切刃)5
の長さが6.88mm、厚さが2.38mmで、しかも
上限側ほど径が大きな略ひし形であり、角部分の刃先先
端部7の(逃げ面側からみた)角度が、鋭角(例えば8
3゜)のいわゆるポジタイプのサーメットチップであ
る。尚、サーメット工具1の上面(すくい面)3及び全
ての側面(逃げ面)9は焼結肌である。
示す様に、工具表面を覆う非常に硬質な硬質層11と、
その硬質層11に覆われて、硬質層11より柔らかい内
部13から構成されている。尚、図4は、サーメット工
具1をすくい面3側から見たものであって、すくい面3
側の硬質層11を除いて示してある。
20μmであり、TiCN等の硬質相成分とFe,Ni
等の結合相金属などを含んでいる。特に、硬質層11に
含まれる結合層金属は、工具内部の略中央における結合
相金属量を100重量%とした場合、11重量%以下の
少ない量である。また、硬質層11の表面の焼結肌に
は、実質的に結合相金属のしみ出しはない。
相成分とFe等の結合相金属などを含んでいるが、硬質
相成分が硬質層11より少なく、しかも結合相金属が硬
質層11より多いので、硬質層11より柔らかくなって
いる。また、サーメット工具1の角部分には、切削加工
の際に被削材(図示せず)に当接させる刃先先端部7が
設けられている。
加工により、R半径が0.04〜0.16mmの範囲の
R加工が施されている。つまり、刃先先端部7には、い
わゆるR面取りによる面取り加工が施されており、それ
によって、工具内部13が露出したR加工部(露出部)
15が形成されている。従って、このR加工部15の周
囲に、硬質層11が配置される構成となっている。
外の硬質層11もR面取りされるが、ここでは、R面取
りにより工具内部13が露出した部分をR加工部と称す
る。 b)次に、上述した構成のサーメット工具の製造方法に
ついて説明する。 まず、原料粉末として、平均粒径1.5μmのTiC
N粉末(TiC/TiN=50/50)、平均粒径1.
0μmのTiC粉末、平均粒径1.4μmのTiN粉
末、平均粒径1.7μmのVC粉末、平均粒径1.4μ
mのNbCN粉末、平均粒径1.6μmのTaC粉末、
平均粒径3.3μmのMo2C粉末、平均粒径1.6μ
mのWC粉末、平均粒径3.0μmのNi粉末、平均粒
径1.5μmのCo粉末を用意した。
て、アセトン中、ボールミルで湿式混合した後、1.5
ton/cm2の圧力にて、圧粉体にプレス成形するこ
とにより圧粉体(成形体)A〜Eを作成し、脱ワックス
を行った。 次に、これらの圧粉体A〜Eを、焼成炉内にいれ、減
圧下の窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気下で、1400
〜1600℃まで5〜15℃/minで昇温した後、1
時間キープを行った。
気で、5℃/minの降温速度にて、15〜25min
にわたり降温を行った後、650Torrのアルゴンガ
ス雰囲気中で、炉冷を行い、本実施例のサーメット工具
となるサーメット焼結体(試料No.A〜E)を作成し
た。
焼成炉に入れ、上述した製造条件と同条件にて、140
0〜1600℃の1時間キープまでを行った。その後、
前記15〜25minの降温を行うことなく、650T
orrのアルゴンガス雰囲気中で炉冷を行い、比較例の
サーメット焼結体(試料No.6〜10)を作成した。
に記す。
ト焼結体について、その焼結肌における結合相金属の定
量を、走査型電子顕微鏡(SEM)の付属のエネルギー
分散型X線分析装置により行った。また、サーメット焼
結体を中央部より切断し、鏡面研磨を施した後、焼結体
中央部の結合相金属量と焼結肌近傍に形成された硬質層
中の結合相金属量の定量を、前記走査型電子顕微鏡の付
属のエネルギー分散型X線分析装置により行った。
による観察により調査した。それらの結果を、下記表3
に記す。尚、図5及び図6に、サーメット焼結体の断面
のSEM及び焼結体表面のSEM写真をり示す。ここ
で、本発明例として、図5(a)は試料No.1の焼結体
中央の断面の倍率5000倍のSEM写真、図5(b)
は同試料の硬質層を含む断面の倍率2000倍のSEM
写真、図6(a)は同試料の焼結体の焼結肌表面の倍率
2000倍のSEM写真である。また、従来例として、
図6(b)は試料No.6の焼結体の焼結肌表面の倍率2
000倍のSEM写真である。
を、R=0.08mmの曲率半径となる様にホーニング
加工し、ISO規格;DCMT070204形状のサー
メット工具を完成した。尚、このホーニング加工によ
り、本実施例の試料No.1〜5のサーメット工具は全
て、刃先先端部の先端にて硬質層が除去され、工具内部
が露出するR加工部が形成されたが、比較例の試料No.
6〜10のサーメット工具には、工具内部が露出するR
加工部は形成されなかった。
切削条件にて乾式高速連続切削試験を行い、工具刃先の
逃げ面摩耗量VBを調査した。その結果を同じく下記表
3に記す。 <切削条件> 被削材 ;JIS SNCM439(HB300)の丸
棒 切削速度;250m/min 送り速度;0.1mm/rev 切り込み;1.0mm 切削時間;3min
発明の範囲の実施例のサーメット工具(試料No.1〜
5)は、溶着から欠損が生じることがなく、耐欠損性に
優れている。それとともに、VB摩耗量が少なく耐摩耗
性にも優れている。それに対して、比較例のサーメット
工具(試料No.6〜10)は、欠損が生じたり、耐摩耗
性が低く、好ましくない。
かな様に、本発明例(試料No.1〜5)のものは、結合
相及び硬質相からなる組織を有し、焼結体表面には硬質
粒子成分が多い緻密な硬質層を備え、しかも、その焼結
肌の表面には、結合相金属のしみ出しは見られないの
で、好適である。一方、比較例(試料No.6〜10)の
ものは、焼結肌の表面には、結合相金属のしみ出しが見
られるので、好ましくない。
する。図7に示す様に、本実施例のサーメット工具21
は、前記実施例1の様に、R面取りによりR加工部を設
けたものではなく、刃先先端部23の先端に、C面取り
加工(角部チャンファ加工)によりC加工部(角部チャ
ンファ加工部)25を設け、それにより工具内部26を
露出させたものである。
°、逃げ面27側0.04mm、すくい面29側0.1
0mmとなる様に、角部分が平面状にカットされてお
り、例えばダイヤモンド砥石を用いた研削により形成さ
れる。前記C面取り加工の場合には、通常、露出部以外
の硬質層31もC面取り加工されるが、ここでは、C面
取り加工により工具内部26が露出した部分をC加工部
25と称する。
Nチャンファと呼ばれ、サーメット工具では一般的なも
のである。尚、本発明は前記実施例になんら限定される
ものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲において
種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
チップ及びネガタイプのサーメットチップのいずれにも
適用できることは勿論である。
工具では、刃先先端部に工具内部が露出した露出部を備
えるとともに、露出部の周囲に硬質層を備えているの
で、耐摩耗性及び耐欠損性ともに優れたものである。
では、焼結後に、減圧窒素雰囲気下で5〜25分間降温
を行うので、硬質層に含まれる結合相金属量を低減し、
結合相金属の焼結肌へのしみ出しを抑制することがで
き、それにより、上述した耐摩耗性及び耐欠損性に優れ
たサーメット工具を製造することができる。
る説明図である。
である。
る。
を拡大して示す断面図である。
写真である。
写真である。
を拡大して示す断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 表面に硬質層を備えたサーメット工具に
おいて、 該工具の角の刃先先端部に、該工具内部が露出する露出
部を有するとともに、該露出部の周囲に前記硬質層を有
することを特徴とするサーメット工具。 - 【請求項2】 前記露出部は、前記サーメット工具内部
が露出するように、R面取り加工されたR加工部又はC
面取り加工されたC加工部であることを特徴とする前記
請求項1に記載のサーメット工具。 - 【請求項3】 前記R加工部のR半径が、0.04〜
0.16mmの範囲であることを特徴とする前記請求項
2に記載のサーメット工具。 - 【請求項4】 前記硬質層の厚さが、2〜20μmの範
囲であることを特徴とする前記請求項1〜3のいずれか
に記載のサーメット工具。 - 【請求項5】 前記サーメット工具は、結合相として、
鉄族金属のうち少なくとも2種以上、硬質相として、周
期律表の4A、5A、6A族の炭化物、窒化物、炭窒化
物のうち少なくとも2種以上を有することを特徴とする
前記請求項1〜4のいずれかに記載のサーメット工具。 - 【請求項6】 前記サーメット工具の焼結肌への前記結
合相金属のしみ出しが、実質上見られないことを特徴と
する前記請求項1〜5のいずれかに記載のサーメット工
具。 - 【請求項7】 前記サーメット工具の内部の略中央にお
ける前記結合相金属量を100重量%とした場合、前記
硬質層における前記結合相金属量が11重量%以下であ
ることを特徴とする前記請求項1〜6のいずれかに記載
のサーメット工具。 - 【請求項8】 前記サーメット工具の逃げ面及び/又は
すくい面に、焼結肌が存在することを特徴とする前記請
求項1〜7のいずれかに記載のサーメット工具。 - 【請求項9】 前記請求項1〜8のいずれかに記載のサ
ーメット工具の製造方法であって、 前記サーメット材料の成形体を焼結した後に、減圧窒素
雰囲気下で、15〜25分間降温を行うことを特徴とす
るサーメット工具の製造方法。 - 【請求項10】 前記減圧窒素雰囲気の窒素分圧を5〜
50Torrとしたことを特徴とする前記請求項9に記
載のサーメット工具の製造方法。
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