JP2011045954A - Cermet sintered body and cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はサーメット焼結体および切削工具に関する。 The present invention relates to a cermet sintered body and a cutting tool.
現在、切削工具としてTiを主成分とするサーメット焼結体が広く使われている。サーメットの硬質相は芯部と周辺部とからなる有芯構造をとりやすいことが知られているが、例えば、特許文献1では、周辺部の面積割合が多いほど、鋳鉄との耐化学反応性が向上することが開示され、周辺部の平均粒径/芯部の平均粒径の比率を3〜8としたサーメットが記載されている。
At present, cermet sintered bodies mainly composed of Ti are widely used as cutting tools. Although it is known that the hard phase of cermet tends to have a cored structure composed of a core part and a peripheral part, for example, in
しかしながら、特許文献1のように周辺部の面積比率を多くするにはサーメットの焼成温度を高くする必要があるが、焼成温度を高くすると、焼成中に生じる金属原子の移動や窒素原子の拡散の影響で、焼結体が元の成形体の形状から大きく変形してしまうという問題があった。焼結体が変形した場合、焼結体の表面を研磨加工して形状を整える方法もあるが、製造コストがかさむとともに複雑な形状の切削工具の場合には研磨加工自体が困難であった。
However, as in
本発明は上記問題を解決するためのものであり、その目的は切削性能が高い組織を有するとともに、焼結体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に作製可能なサーメット焼結体および切削工具を提供することである。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a cermet sintered body that has a structure with high cutting performance and that can suppress deformation of the sintered body and can be easily produced even in a complicated shape. Is to provide a tool.
本発明のサーメット焼結体は、第1サーメットと、該第1サーメットの外周に配置されて少なくとも切刃を構成する第2サーメットとが積層されてなり、
前記第1サーメットおよび前記第2サーメットは、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた1種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相とから構成され、前記硬質相は、TiCNを主成分とする第1硬質相と、周期表第4、5および6族金属の少なくとも1種とTiとの複合炭窒化物固溶体の第2硬質相とからなり、
前記第2サーメットは前記第1サーメットよりも前記第2硬質相の存在割合が多く、前記第1サーメットは前記第2サーメットよりも前記結合相の存在割合が少ないものである。
The cermet sintered body of the present invention is formed by laminating a first cermet and a second cermet disposed on the outer periphery of the first cermet and constituting at least a cutting edge,
The first cermet and the second cermet may be one or more selected from one or more carbides, nitrides, carbonitrides, and solid solutions of the metals in Groups 4, 5, and 6 of the periodic table. The hard phase is composed of a first hard phase mainly composed of TiCN and at least one of Group 4, 5 and 6 metals of the periodic table. Comprising a second hard phase of a composite carbonitride solid solution with Ti,
The second cermet has a higher proportion of the second hard phase than the first cermet, and the first cermet has a lower proportion of the binder phase than the second cermet.
ここで、前記第2サーメットの厚みは0.5〜2mmであることが望ましい。 Here, the thickness of the second cermet is preferably 0.5 to 2 mm.
また、前記第2サーメットには、表面側に、前記第2硬質相の存在割合が多く、かつ前記結合相の存在割合が少ない表面領域が存在することが望ましい。 Moreover, it is desirable that the second cermet has a surface region on the surface side in which the second hard phase is present in a large proportion and the binder phase is present in a small proportion.
さらに、前記第1サーメットの硬度が前記第2サーメットの硬度より高く、かつ前記第2サーメットの前記表面領域の硬度が前記第2サーメットの前記第1サーメット側の硬度よりも高いことが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the hardness of the first cermet is higher than the hardness of the second cermet, and the hardness of the surface region of the second cermet is higher than the hardness of the second cermet on the first cermet side.
また、前記第1サーメットにおける前記硬質相の平均粒径が前記第2サーメットにおける前記硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記第2サーメットの前記表面領域における前記硬質相の平均粒径が前記第2サーメットの前記第1サーメット側における前記硬質相の平均粒径よりも大きいことが望ましい。 The average particle size of the hard phase in the first cermet is larger than the average particle size of the hard phase in the second cermet, and the average particle size of the hard phase in the surface region of the second cermet is It is desirable that the average particle size of the hard phase on the first cermet side of 2 cermets be larger.
さらに、前記第1サーメットと前記第2サーメットとの境界に界面が存在し、かつ前記第2サーメットの前記表面領域と前記第1サーメット側の領域との境界には界面が存在しない構成となっている。 Further, an interface exists at the boundary between the first cermet and the second cermet, and no interface exists at the boundary between the surface region of the second cermet and the region on the first cermet side. Yes.
また、本発明の切削工具は、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた1種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相との焼結体から構成され、前記硬質相は、TiCNを主成分とする第1硬質相と、周期表第4、5および6族金属の少なくとも1種とTiとの複合炭窒化物固溶体の第2硬質相とからなり、
切刃を含む逃げ面およびその近傍領域をA領域とし、該A領域以外の領域である前記焼結体の内部およびすくい面の中央部位をB領域としたとき、前記A領域では前記B領域よりも前記第2硬質相の存在割合が多く、前記B領域では前記A領域よりも前記結合相の存在割合が少ないものである。
Further, the cutting tool of the present invention is a hard material composed of one or more selected from the group consisting of one or more carbides, nitrides, carbonitrides and solid solutions of the metals in Groups 4, 5 and 6 of the periodic table. The hard phase is composed of a first hard phase mainly composed of TiCN and at least one of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. A second hard phase of a composite carbonitride solid solution of seeds and Ti,
When the flank including the cutting edge and the area near the flank are designated as A area, and the inside of the sintered body and the central part of the rake face other than the A area are designated as B area, the A area is more than the B area. The second hard phase has a large proportion, and the B region has a smaller proportion of the binder phase than the A region.
ここで、断面組織観察にて、前記A領域における前記第1硬質相の面積比率をS1A、該第2硬質相の面積比率をS2Aとし、前記B領域における前記第1硬質相の面積比率をS1B、前記第2硬質相の面積比率をS2Bとしたとき、前記S1Aと前記S2Aとの比率(S2A/S1A)が2〜8であり、前記S1Bと前記S2Bとの比率(S2B/S1B)が0.3〜0.95であることが望ましい。 Here, in cross-sectional structure observation, the area ratio of the first hard phase in the A region is S 1A , the area ratio of the second hard phase is S 2A, and the area ratio of the first hard phase in the B region the S 1B, when the area ratio of the second hard phase was S 2B, the a ratio (S 2A / S 1A) from 2 to 8 and S 1A and the S 2A, the S 1B and the S 2B The ratio (S 2B / S 1B ) is preferably 0.3 to 0.95.
また、前記A領域は前記逃げ面から5〜100μmの厚みで存在することが望ましい。 Moreover, it is desirable that the region A exists with a thickness of 5 to 100 μm from the flank.
さらに、前記A領域と前記B領域との間に、前記B領域よりも前記第2硬質相の存在割合が少なく、かつ前記A領域よりも前記結合相の存在割合が多いC領域が、1000μm以下の厚みで存在することが望ましい。 Furthermore, between the A region and the B region, the C region having a smaller proportion of the second hard phase than the B region and a larger proportion of the binder phase than the A region is 1000 μm or less. It is desirable that it exists in the thickness.
また、前記A領域の硬度が前記C領域の硬度よりも高く、かつ前記B領域の硬度が前記C領域の硬度よりも高いことが望ましい。 Moreover, it is desirable that the hardness of the A region is higher than the hardness of the C region, and the hardness of the B region is higher than the hardness of the C region.
さらに、前記A領域における前記硬質相の平均粒径が前記C領域における前記硬質相の平均粒径よりも大きく、かつ前記B領域における前記硬質相の平均粒径が前記C領域における硬質相の平均粒径よりも大きいことが望ましい。 Further, the average particle size of the hard phase in the A region is larger than the average particle size of the hard phase in the C region, and the average particle size of the hard phase in the B region is the average of the hard phase in the C region. Desirably larger than the particle size.
また、前記A領域と前記C領域との境界に界面が存在せず、かつ前記B領域と前記C領域との境界には界面が存在する構成となっている。 Further, there is no interface at the boundary between the A region and the C region, and there is an interface at the boundary between the B region and the C region.
ここで、本発明のサーメット焼結体の製造方法における第1の実施態様は、異なる2種類の混合原料粉末を調製する工程と、成形金型の空洞部分の中央部に焼成時の収縮が小さい第1の混合原料粉末を充填して圧縮することにより、該第1の混合原料粉末からなる第1の粉末成形体を作製する工程と、前記成形金型の前記第1の粉末成形体の外周部に空隙を設けて、該空隙に前記第1の混合原料粉末よりも焼成時の収縮が大きい第2の混合原料粉末を充填して再度圧縮することにより、前記第1の混合原料粉末の外周部に前記第2の混合原料粉末が配置された複合成形体を作製する工程と、該複合成形体を焼成する工程とを具備する。 Here, in the first embodiment of the method for producing a cermet sintered body of the present invention, the step of preparing two different kinds of mixed raw material powder and the shrinkage at the time of firing are small in the central portion of the cavity portion of the molding die A step of producing a first powder molded body made of the first mixed raw material powder by filling and compressing the first mixed raw material powder, and an outer periphery of the first powder molded body of the molding die An outer periphery of the first mixed raw material powder is formed by providing a void in the portion, filling the void with the second mixed raw material powder having a larger shrinkage during firing than the first mixed raw material powder, and compressing again. A step of producing a composite molded body in which the second mixed raw material powder is disposed in the part, and a step of firing the composite molded body.
また、本発明のサーメット焼結体の製造方法における第2の実施態様は、異なる2種類の混合原料粉末を調製する工程と、成形金型の空洞部分の外周部に焼成時の収縮が大きい第2の混合原料粉末を充填して圧縮することにより、該第2の混合原料粉末からなる第2の粉末成形体を作製する工程と、前記成形金型の前記第2の粉末成形体の内側に空隙を設けて、該空隙に前記第2の混合原料粉末よりも焼成時の収縮が小さい第1の混合原料粉末を充填して再度圧縮することにより、前記第1の混合原料粉末の外周部に前記第2の混合原料粉末が配置された複合成形体を作製する工程と、該複合成形体を焼成する工程とを具備する。 The second embodiment of the method for producing a cermet sintered body according to the present invention includes a step of preparing two different kinds of mixed raw material powders and a large shrinkage during firing at the outer peripheral portion of the cavity portion of the molding die. A step of producing a second powder molded body made of the second mixed raw material powder by filling and compressing the mixed raw material powder of 2, and inside the second powder molded body of the molding die By providing a void, filling the void with the first mixed raw material powder whose shrinkage during firing is smaller than that of the second mixed raw material powder, and compressing again, the outer periphery of the first mixed raw material powder is formed. The method includes a step of producing a composite molded body in which the second mixed raw material powder is disposed, and a step of firing the composite molded body.
なお、前記第2の混合原料粉末の鉄族金属含有量を前記第1の混合原料粉末の鉄族金属含有量よりも多くする、ないしは前記第2の混合原料粉末の平均粒径を前記第1の混合原料粉末の平均粒径よりも小さくすることが望ましい。 The iron group metal content of the second mixed raw material powder is made larger than the iron group metal content of the first mixed raw material powder, or the average particle diameter of the second mixed raw material powder is set to the first mixed powder. It is desirable to make it smaller than the average particle diameter of the mixed raw material powder.
本発明のサーメット焼結体および切削工具によれば、結合相の存在割合が少ない第1サーメットの外周に、第2硬質相の存在割合が多い第2サーメットが配置された構造、すなわち、切刃を含む逃げ面およびその近傍領域をA領域、前記A領域以外の領域である焼結体の内部およびすくい面の中央部位をB領域としたとき、前記A領域では前記B領域よりも前記第2硬質相の存在割合が多く、前記B領域では前記A領域よりも結合相の存在割合が少ない構成からなるので、サーメット焼結体の表面に存在する切刃は切削性能が高い第2サーメットの組織からなるとともに、基体を構成する第1サーメットは焼結による変形が小さいので、焼結体全体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に寸法精度の高い切削工具を作製できる。 According to the cermet sintered body and the cutting tool of the present invention, a structure in which the second cermet having a large content ratio of the second hard phase is arranged on the outer periphery of the first cermet having a small content ratio of the binder phase, that is, the cutting blade. When the flank and its neighboring region are the A region, the inside of the sintered body that is the region other than the A region and the central portion of the rake face are the B region, the A region has the second region than the B region. Since the hard phase has a high proportion and the B region has a smaller binder phase than the A region, the cutting edge present on the surface of the cermet sintered body has a high cutting performance. In addition, since the first cermet constituting the base body is hardly deformed by sintering, the deformation of the entire sintered body can be suppressed, and a cutting tool with high dimensional accuracy can be easily produced even in a complicated shape.
なお、断面組織観察にて、A領域における前記第1硬質相の面積比率をS1A、該第2硬質相の面積比率をS2A、B領域における前記第1硬質相の面積比率をS1B、該第2硬質相の面積比率をS2Bとしたとき、前記S1Aと前記S2Aとの比率(S2A/S1A)が2〜8であり、前記S1Bと前記S2Bとの比率(S2B/S1B)が0.3〜0.95であることが、切削性能を高くかつ変形を小さく抑制できる点で望ましい。 In cross-sectional structure observation, the area ratio of the first hard phase in the A region is S 1A , the area ratio of the second hard phase is S 2A , and the area ratio of the first hard phase in the B region is S 1B , When the area ratio of the second hard phase is S 2B , the ratio of S 1A to S 2A (S 2A / S 1A ) is 2 to 8, and the ratio of S 1B to S 2B ( S 2B / S 1B ) is preferably 0.3 to 0.95 in that cutting performance is high and deformation can be suppressed to a low level.
ここで、前記第2サーメットの厚みは0.5〜2mmであることが望ましい。このとき、前記A領域は前記逃げ面から5〜100μmの厚みで存在することが、切削性能が高くかつ変形が小さい切削工具が製造上容易に作製できる点で望ましい。 Here, the thickness of the second cermet is preferably 0.5 to 2 mm. At this time, it is desirable that the region A exists in a thickness of 5 to 100 μm from the flank because a cutting tool having high cutting performance and small deformation can be easily manufactured.
また、前記第2サーメットには、表面側に、前記第2硬質相の存在割合が多く、かつ結合相の存在割合が少ない表面領域が存在すること、すなわち前記A領域と前記B領域との間に、前記B領域よりも前記第2硬質相の存在割合が少なく、かつ前記A領域よりも結合相の存在割合が多いC領域が存在することによって、切削性能をさらに高めることができる点で望ましい。 The second cermet has a surface region on the surface side in which the second hard phase is present in a large proportion and the binder phase is present in a small proportion, that is, between the A region and the B region. Furthermore, it is desirable in that the cutting performance can be further improved by the presence of the C region in which the second hard phase is present in a smaller proportion than the B region and the binder phase is present in a greater proportion than the A region. .
さらに、前記第1サーメットの硬度が前記第2サーメットの硬度より高く、かつ前記第2サーメットの表面領域の硬度が前記第2サーメットの前記第1サーメット側の硬度よりも高いこと、すなわち、前記A領域の硬度が前記C領域の硬度より高く、かつ前記B領域の硬度が前記C領域の硬度よりも高いことが、変形を防止できるとともに切刃の耐摩耗性を高めることができる点で望ましい。 Further, the hardness of the first cermet is higher than the hardness of the second cermet, and the hardness of the surface region of the second cermet is higher than the hardness of the second cermet on the first cermet side, that is, the A It is desirable that the hardness of the region is higher than the hardness of the C region and that the hardness of the B region is higher than the hardness of the C region in that deformation can be prevented and the wear resistance of the cutting edge can be improved.
また、前記第1サーメットにおける硬質相の平均粒径が前記第2サーメットにおける硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記第2サーメットの表面領域における硬質相の平均粒径が前記第2サーメットの前記第1サーメット側における硬質相の平均粒径よりも大きいこと、すなわち、前記A領域における硬質相の平均粒径が前記C領域における硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記B領域における硬質相の平均粒径が前記C領域における硬質相の平均粒径よりも大きいことが、組織の制御が容易な点で望ましい。 The average particle size of the hard phase in the first cermet is larger than the average particle size of the hard phase in the second cermet, and the average particle size of the hard phase in the surface region of the second cermet is the same as that of the second cermet. Larger than the average particle size of the hard phase on the first cermet side, that is, the average particle size of the hard phase in the A region is larger than the average particle size of the hard phase in the C region, and It is desirable that the average particle size is larger than the average particle size of the hard phase in the C region because the structure can be easily controlled.
なお、本発明の製造方法、すなわち異なる2種類の混合原料粉末を調製し、先に第1の混合原料粉末または第2の混合原料粉末のみを充填して圧縮した後、成形金型の所定部分に空隙を設けて第2の混合原料粉末または第1の混合原料粉末を充填して再度圧縮することにより、前記第1の混合原料粉末の外周部に前記第2の混合原料粉末が配置された複合成形体を作製することによって、前記第1サーメットと前記第2サーメットとの境界に界面が存在し、かつ前記第2サーメットの表面領域と基体側の領域との境界には界面が存在しない構成、すなわち前記A領域と前記C領域との境界に界面が存在せず、かつ前記B領域と前記C領域との境界には界面が存在する構成となっている。この製造方法によれば、切削性能が高くかつ焼成による変形が小さい切削工具を容易に製造できる。 The manufacturing method of the present invention, that is, two different kinds of mixed raw material powders are prepared, and after filling and compressing only the first mixed raw material powder or the second mixed raw material powder, a predetermined part of the molding die The second mixed raw material powder is disposed on the outer periphery of the first mixed raw material powder by filling the second mixed raw material powder or the first mixed raw material powder and compressing again. By producing a composite molded body, an interface exists at the boundary between the first cermet and the second cermet, and no interface exists at the boundary between the surface region of the second cermet and the region on the substrate side. That is, there is no interface at the boundary between the A region and the C region, and there is an interface at the boundary between the B region and the C region. According to this manufacturing method, a cutting tool having high cutting performance and small deformation due to firing can be easily manufactured.
なお、前記第2の混合原料粉末の鉄族金属含有量を前記第1の混合原料粉末の鉄族金属含有量よりも多くするか、または前記第2の混合原料粉末の平均粒径を前記第1の混合原料粉末の平均粒径よりも小さくすることが、各部位の焼成状態を制御できる点で望ましい。
In addition, the iron group metal content of the second mixed raw material powder is made larger than the iron group metal content of the first mixed raw material powder, or the average particle size of the second mixed raw material powder is set to the first It is desirable to make it smaller than the average particle size of the mixed
本発明のサーメット焼結体からなる切削工具の一例について、その(a)概略斜視図、(b)断面模式図である図1を基に説明する。 An example of a cutting tool made of the cermet sintered body of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic perspective view (a) and a schematic cross-sectional view (b).
図1の切削工具1は、第1サーメット2と、第1サーメット2の外周に配置されて少なくとも切刃7を構成する第2サーメット3とから構成されている。そして、第1サーメット2および第2サーメット3は、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた1種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相とから構成され、硬質相は、TiCNを主成分とする第1硬質相と、周期表第4、5および6族金属の少なくとも1種とTiとの複合炭窒化物固溶体の第2硬質相とからなる。
The
そして、第2サーメット3は第1サーメット2よりも第2硬質相の存在割合が多く、第1サーメット2は第2サーメット3よりも結合相の存在割合が少ない構成となっている。
The
また、別の見方をすれば、切削工具1は、切刃7を含む逃げ面9およびその近傍領域をA領域(第2サーメット3に相当)11、A領域11以外の領域である焼結体の内部10およびすくい面8の中央部位をB領域(第1サーメット2に相当)12としたとき、A領域11ではB領域12よりも第2硬質相の存在割合が多く、B領域12ではA領域11よりも結合相の存在割合が少ない構成からなっている。
From another point of view, the
上記構成によって、切刃7は切削性能が高い第2サーメット3の組織からなるとともに、基体を構成する第1サーメット2は焼結による変形が小さいので、焼結体全体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に寸法精度の高い切削工具1を作製できる。なお、図1の切削工具1のすくい面8の中央部にはネジ穴14が形成されている。
With the above configuration, the
ここで、走査型電子顕微鏡観察した際には、第1硬質相は黒色の粒子として観察され、第2硬質相は灰白色の粒子、または白色の芯部の周辺に灰白色の周辺部が存在する有芯構造からなる粒子として観察される。なお、上記灰白色とは、写真撮影の条件によって白色に近い色調に見えることもあり、灰色に近い色調に見えることもある。ここで、第1硬質相はTiCNからなる黒色粒子であるがCoやNiを含有していても良い。また、第1硬質相の外周には、灰白色の第2硬質相からなる周辺部が存在した有芯構造をなしていてもよい。 Here, when observed with a scanning electron microscope, the first hard phase is observed as black particles, and the second hard phase is grayish white particles, or there are grayish white peripheral portions around the white core. Observed as particles consisting of a core structure. The grayish white color may appear to be a color tone close to white or may be a color tone close to gray depending on the conditions of photography. Here, the first hard phase is black particles made of TiCN, but may contain Co or Ni. Further, the outer periphery of the first hard phase may have a cored structure in which a peripheral portion made of the grayish white second hard phase is present.
なお、断面組織観察にて、A領域11における第1硬質相の面積比率をS1A、第2硬質相の面積比率をS2A、B領域における第1硬質相の面積比率をS1B、第2硬質相の面積比率をS2Bとしたとき、S1AとS2Aとの比率(S2A/S1A)が2〜8であり、S1BとS2Bとの比率(S2B/S1B)が0.3〜0.95であることが、切削性能を高くかつ変形を小さく抑制できる点で望ましい。
In the cross-sectional structure observation, the area ratio of the first hard phase in the
なお、切削工具1に含有される硬質相をなすTiを主成分とする周期表第4、5および6族金属の窒化物または炭窒化物の合計含有比率は、サーメット全体で見て80〜90質量%であることが望ましく、一方、結合相の含有比率は、サーメット全体で見て10〜20質量%であることによって、サーメットの硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。そして、第1サーメット2においては、焼成における寸法変化の抑制の点で、硬質相の含有比率が90〜95質量%、結合相の含有比率が5〜10質量%であることが望ましい。また、第2サーメット3においては、耐摩耗性の維持の点で、硬質相の含有比率が75〜85質量%、結合相の含有比率が15〜25質量%であることが望ましい。さらに、結合相としては、鉄族金属の総量に対してCoを65質量%以上含有することが切削工具1の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。なお、サーメットの焼肌面が平滑な面となるようにサーメットの良好な焼結性を維持するためには、鉄族金属としてNiを5〜50質量%、特に10〜35質量%の割合で含有せしめることが望ましい。
In addition, the total content of the nitrides or carbonitrides of Periodic Table Group 4, 5 and 6 metals mainly composed of Ti which forms the hard phase contained in the
ここで、図1に記載する第2サーメット3の厚みtは0.5〜2mmであることが望ましい。このとき、A領域11は逃げ面9から5〜100μmの厚みで存在することが、切削性能が高くかつ変形が小さい切削工具1が製造上容易に作製できる点で望ましい。
Here, the thickness t of the
また、第2サーメット3には、表面側に、第2硬質相の存在割合が多く、かつ結合相の存在割合が少ない表面領域3Xが存在する構成、すなわち、A領域11とB領域12との間に、B領域12よりも第2硬質相の存在割合が少なく、かつA領域11よりも結合相の存在割合が多いC領域13が存在することによって、切削性能をさらに高めることができる点で望ましい。なお、断面組織観察にて、C領域13における第1硬質相の面積比率をS1C、第2硬質相の面積比率をS2Cとしたとき、S1CとS2Cとの比率(S2C/S1C)は2〜8であり、S1BとS2Bとの比率(S2B/S1B)が0.3〜0.95であることが、切削性能を高くかつ変形を小さく抑制できる点で望ましい。
Further, the
さらに、第1サーメット2の硬度が第2サーメット3の硬度より高く、かつ第2サーメット3の表面領域3Xの硬度が第2サーメット3の基体側3Yの硬度よりも高い構成、すなわち、A領域11の硬度がC領域13の硬度より高く、かつB領域12の硬度がC領域13の硬度よりも高いことが、変形を防止できるとともに切刃7の耐摩耗性を高めることができる点で望ましい。
Furthermore, the hardness of the
また、第1サーメット2における硬質相の平均粒径が第2サーメット3における硬質相の平均粒径より大きく、かつ第2サーメット3の表面領域3Xにおける硬質相の平均粒径が第2サーメットの基体側3Yにおける硬質相の平均粒径よりも大きい構成、すなわち、A領域11における硬質相の平均粒径がC領域13における硬質相の平均粒径より大きく、かつB領域12における硬質相の平均粒径がC領域13における硬質相の平均粒径よりも大きいことが、組織の制御が容易な点で望ましい。
Further, the average particle size of the hard phase in the
なお、上記切削工具1は、下記製造方法にて作製することから、第1サーメット2と第2サーメット3との境界に界面が存在し、かつ第2サーメットの表面領域3Xと基体側領域3Yとの境界には界面が存在しない構成、すなわちA領域11とC領域13との境界に界面が存在せず、かつB領域12とC領域13との境界には界面が存在する構成となる。
In addition, since the said
(製造方法)
次に、上述したサーメット焼結体からなる切削工具の製造方法について説明する。
原料として、2種類の混合原料粉末を準備する。
第2の混合原料粉末は低温で焼結する組成からなり、具体的には、平均粒径0.6〜1.0μm、望ましくは0.8〜1.0μmのTiCN粉末と、平均粒径0.1〜2μmの上述した他の周期表第4、5および6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか1種と、平均粒径1.0〜3.0μmのCo粉末と平均粒径0.3〜0.8μmのNi粉末との少なくとも1種と、所望により平均粒径0.5〜10μmのMnCO3粉末を混合した混合原料粉末とする。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the cutting tool which consists of a cermet sintered compact mentioned above is demonstrated.
Two kinds of mixed raw material powders are prepared as raw materials.
The second mixed raw material powder is composed of a composition sintered at a low temperature. Specifically, the TiCN powder having an average particle diameter of 0.6 to 1.0 μm, desirably 0.8 to 1.0 μm, and an average particle diameter of 0 Any one of carbide powder, nitride powder, or carbonitride powder of Group 4, 5, and 6 metals of the above-mentioned other periodic table of 1-2 μm described above, and Co having an average particle diameter of 1.0-3.0 μm A mixed raw material powder in which at least one of powder and Ni powder having an average particle size of 0.3 to 0.8 μm and optionally MnCO 3 powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm are mixed is used.
一方、第1の原料粉末は第2の混合原料粉末よりも焼成温度の高い組成からなり、平均粒径1.0〜2.0μm、望ましくは1.1〜1.5μmのTiCN粉末と、平均粒径0.1〜2μmの上述した他の周期表第4、5および6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか1種と、平均粒径1.0〜3.0μmのCo粉末と平均粒径0.3〜0.8μmのNi粉末との少なくとも1種と、所望により平均粒径0.5〜10μmのMnCO3粉末を混合した混合原料粉末とする。 On the other hand, the first raw material powder has a composition having a higher firing temperature than the second mixed raw material powder, and an average particle size of 1.0 to 2.0 μm, preferably 1.1 to 1.5 μm of TiCN powder, and an average Any one of carbide powders, nitride powders, or carbonitride powders of other Group 4, 5, and 6 metals of the above-described periodic table having a particle size of 0.1 to 2 μm, and an average particle size of 1.0 to 3. A mixed raw material powder is prepared by mixing at least one kind of 0 μm Co powder and Ni powder having an average particle diameter of 0.3 to 0.8 μm, and optionally MnCO 3 powder having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm.
ここで、前記第2の混合原料粉末の鉄族金属含有量が前記第1の混合原料粉末の鉄族金属含有量よりも多いか、または前記第2の混合原料粉末の平均粒径が前記第1の混合原料粉末の平均粒径よりも小さいことが望ましい。 Here, the iron group metal content of the second mixed raw material powder is larger than the iron group metal content of the first mixed raw material powder, or the average particle size of the second mixed raw material powder is the first mixed powder. It is desirable that it is smaller than the average particle diameter of one mixed raw material powder.
なお、上記第1および第2の混合原料粉末中にTiC粉末やTiN粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成後のサーメットにおいてTiCNを構成する。 In addition, although TiC powder and TiN powder may be added to the first and second mixed raw material powders, these raw material powders constitute TiCN in the cermet after firing.
次に、上記異なる2種類の混合原料粉末を用いて切削工具形状に成形する。成形方法の詳細について、図2、3の工程図に基づいて説明する。 Next, the two different kinds of mixed raw material powders are formed into a cutting tool shape. Details of the molding method will be described based on the process diagrams of FIGS.
まず、プレス金型21のダイス22の中心にある貫通孔内に下パンチ23を嵌め込んで第1空隙部25を作る。下パンチ23は、中心に存在して切削工具1のネジ穴14を形成するための第1下パンチ23aと、第1下パンチ23aの外周に存在して第1サーメット2を成形するための第2下パンチ23bと、第2下パンチ23bの外周に存在して第2サーメット3を成形するための第3下パンチ23cとから構成される。上記第1空隙部25は第1サーメット2を充填して成形するための空間であり、第1下パンチ23aと第3下パンチ23cの先端はダイス22の上面と同じ高さとし、第2下パンチ23bのみが下に下がった配置として第1空隙部25が形成される。この第1空隙部25中にフィーダ27を用いて焼成時の収縮が小さい第1の混合原料粉末28を充填する(図2(a)(b)参照)。そして、第1空隙部25中に充填された第1の混合原料粉末28の上方から上パンチ24を下降させて加圧圧縮することにより、第1混合原料粉末成形体29を作製する(図2(c)参照)。このとき、上パンチ24の下降と同期させて第1下パンチ23aと第3下パンチ23cは下降させる。その後、上パンチ24を上方に後退させる(図2(d)参照)。
First, the
次に、第1混合原料粉末成形体29の上面と第1下パンチ23aの先端面とをダイス22の上面位置に合わせるとともに第3下パンチ23cを下降させて、第2空隙部30を形成する(図3(e)参照)。それから、フィーダ27を用いて第2空隙部30に第2の混合原料粉末32を充填する(図3(f)(g)参照)。そして、第2空隙部30に充填した第2の混合原料粉末32を上方から上パンチ24を下降させるとともに下方から第3下パンチ23cを上昇させて加圧圧縮することにより、薄板状の第1混合原料粉末成形体29の外周に枠状の第2の混合原料粉末32からなる第2混合原料粉末成形体33が配置された複合成形体35を形成することができる。
Next, the upper surface of the first mixed raw
なお、本発明は上記方法に限定されるものではなく、図4,5の他の成形方法を示す工程図のように、先に枠状の第2混合原料粉末成形体33を形成した後、その内側に第1混合原料粉末成形体29を形成して複合成形体35を形成することができる。ここで、第1サーメット2の成形体(第1混合原料粉末成形体29)の充填密度を高めて、第1サーメット2および切削工具1全体の変形を防止する点では、第1サーメット2を先に成形する方法が望ましい。
In addition, this invention is not limited to the said method, After forming the frame-shaped 2nd mixed raw material powder compact | molding
その他の成形方法としては、第1の原料粉末のみを用いてプレス成形した成形体の表面に第1の原料粉末を含むスラリーを塗布する方法も挙げられるが、切削工具の切刃における寸法精度を高めるとともに切刃における焼結体の密度を高めるためには、両粉末を積層した状態でプレス成形する方法が好適である。 Other molding methods include a method in which a slurry containing the first raw material powder is applied to the surface of a molded body that is press-molded using only the first raw material powder. In order to increase the density of the sintered body at the cutting edge, a method of press molding in a state where both powders are laminated is preferable.
その後、上記成形体を焼成することにより、上述した所定組織のサーメットを作製することができる。具体的な焼成条件の一例としては、
(a)1050〜1250℃まで昇温し、
(b)窒素(N2)等の不活性ガスを30〜2000Pa充填した雰囲気で0.1〜2℃/分の昇温速度で1300〜1450℃まで昇温し、
(c)真空雰囲気で3〜15℃/分の昇温速度で1520〜1600℃まで昇温するとともに、真空雰囲気のまま、または不活性ガスを充填した雰囲気で0.5〜2時間維持し、
(d)6〜15℃/分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する。なお、焼成温度が1520℃より低いと、サーメット焼結体の全体として変形はしないがサーメットの表面に焼結が進行してできる複合炭窒化物固溶体である第2硬質相の存在比率が高いA領域が形成されずに、サーメット焼結体の表面における耐摩耗性が低下する。
Then, the cermet of the predetermined structure | tissue mentioned above can be produced by baking the said molded object. As an example of specific firing conditions,
(A) The temperature is raised to 1050 to 1250 ° C.
(B) In an atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen (N 2 ) of 30 to 2000 Pa, the temperature is increased to 1300 to 1450 ° C. at a temperature increase rate of 0.1 to 2 ° C./min,
(C) While raising the temperature to 1520 to 1600 ° C. at a rate of 3 to 15 ° C./min in a vacuum atmosphere, maintaining the vacuum atmosphere or an atmosphere filled with an inert gas for 0.5 to 2 hours,
(D) Firing is performed at a cooling rate of 6 to 15 ° C./min. When the firing temperature is lower than 1520 ° C., the cermet sintered body is not deformed as a whole, but the abundance ratio of the second hard phase that is a composite carbonitride solid solution formed by sintering on the surface of the cermet is high. The area is not formed, and the wear resistance on the surface of the cermet sintered body is lowered.
そして、所望により、サーメットの表面に被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着(PVD)法が好適に適応可能である。 Then, if desired, a coating layer is formed on the surface of the cermet. A physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be suitably applied as the coating layer forming method.
マイクロトラック法による測定で平均粒径(d50値)が2.0μmのTiCN粉末、平均粒径1.1μmで表1のC量のWC粉末、平均粒径1.5μmのTiN粉末、平均粒径2μmのTaC粉末、平均粒径1.5μmのNbC粉末、平均粒径1.8μmのZrC粉末、平均粒径1.0μmのVC粉末、平均粒径2.4μmのNi粉末、および平均粒径1.9μmのCo粉末を用いて、表1に示す割合で調製した第1の混合原料粉末をステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール(IPA)を添加して湿式混合し、パラフィンを3質量%添加、混合した後、スプレードライヤにて顆粒とした。 TiCN powder having an average particle diameter (d 50 value) of 2.0 μm as measured by the microtrack method, WC powder having an average particle diameter of 1.1 μm and the amount of C shown in Table 1, TiN powder having an average particle diameter of 1.5 μm, an average particle TaC powder having a diameter of 2 μm, NbC powder having an average particle diameter of 1.5 μm, ZrC powder having an average particle diameter of 1.8 μm, VC powder having an average particle diameter of 1.0 μm, Ni powder having an average particle diameter of 2.4 μm, and an average particle diameter Using a 1.9 μm Co powder, the first mixed raw material powder prepared in the ratio shown in Table 1 was wet-mixed using a stainless steel ball mill and a carbide ball to which isopropyl alcohol (IPA) was added. Was added and mixed, and then granulated with a spray dryer.
同様に、上記原料粉末を用いて表1に示す第2の混合原料粉末を調製し、バインダを混合して、スプレードライヤにて第2の混合原料粉末の顆粒を作製した。 Similarly, the 2nd mixed raw material powder shown in Table 1 was prepared using the said raw material powder, the binder was mixed, and the granule of the 2nd mixed raw material powder was produced with the spray dryer.
そして、この成形用の混合原料粉末を用いて、図2、3の方法で、最後に上パンチを降下させて200MPaの圧力で加圧してSEKR1203AFEN(チップ厚み3.18mm)の工具形状にプレス成形した。 Then, by using the mixed raw material powder for molding, the upper punch is finally lowered and pressurized with a pressure of 200 MPa by the method shown in FIGS. 2 and 3, and is pressed into a tool shape of SEKR1203AFEN (chip thickness 3.18 mm). did.
さらに、この成形体を焼成炉に投入して、(a)10℃/分の昇温速度で1200℃まで昇温し、(b)窒素(N2)を1000Pa充填した雰囲気で0.5℃/分の昇温速度で1400℃まで昇温し、(c)真空雰囲気で7℃/分の昇温速度で表2に示す温度まで昇温するとともに、その状態で1時間維持し、(d)10℃/分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する焼成条件で焼成した。 Furthermore, this molded body was put into a firing furnace, (a) heated to 1200 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, (b) 0.5 ° C. in an atmosphere filled with 1000 Pa of nitrogen (N 2 ). (C) The temperature was raised to 1400 ° C. at a rate of temperature rise / minute, (c) the temperature was raised to a temperature shown in Table 2 at a rate of temperature rise of 7 ° C./min in a vacuum atmosphere, and maintained in that state for 1 hour, (d ) It baked on the baking conditions baked in the process cooled at the cooling rate of 10 degrees C / min.
得られたサーメットについて、走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行い、10000倍の写真にて、表面および内部のそれぞれ任意5箇所について市販の画像解析ソフトを用いて8μm×8μmの領域で画像解析を行い、硬質相の存在状態、表面領域の存在を確認するとともにこれらの面積比率を算出した。結果は表2に示した。 The obtained cermet was observed with a scanning electron microscope (SEM), and image analysis was performed in a region of 8 μm × 8 μm using a commercially available image analysis software for each of the surface and the interior at a 10000 × magnification. And the presence of the hard phase and the presence of the surface region were confirmed, and the area ratios were calculated. The results are shown in Table 2.
次に、得られたサーメット製の切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。また、金属顕微鏡を用いてサーメットの側面(逃げ面)形状をトレースし、側面の中央部における膨らみ量を算出した。結果は表3に併記した。
被削材:S45C
切削速度:180m/分
送り:0.15 mm/刃
切込み:1.5mm
切削状態:湿式(水溶性切削液使用)
評価方法:摩耗量が0.2mmに達するまでの時間
Next, a cutting test was performed under the following cutting conditions using the obtained cermet cutting tool. Moreover, the side surface (flank) shape of the cermet was traced using the metal microscope, and the bulge amount in the center part of the side surface was calculated. The results are also shown in Table 3.
Work material: S45C
Cutting speed: 180 m / min Feed: 0.15 mm / blade cutting: 1.5 mm
Cutting condition: wet (use water-soluble cutting fluid)
Evaluation method: Time until the wear amount reaches 0.2 mm
表1〜3より、第1サーメットの結合相量が第2サーメットの結合相量が多い試料No.5では、焼結体の変形量が大きくて工具本体への装着にがたつきが発生した。また、第2サーメットの結合相量が第1サーメットの結合相量よりも少ない試料No.6では、切削加工中にチッピングが発生した。さらに、焼成温度が1520℃よりも低く表面の固溶体の存在割合が内部と同じ試料No.7では、切削評価において摩耗量が大きいものであった。さらには、第1サーメットが過焼結した試料No.8では変形量が大きくなった。 From Tables 1 to 3, sample No. 1 in which the amount of the binder phase in the first cermet is large in the amount of the binder phase in the second cermet. In No. 5, the amount of deformation of the sintered body was large, and rattling occurred on the tool body. Further, the sample No. 2 in which the amount of the binder phase of the second cermet is smaller than the amount of the binder phase of the first cermet. In No. 6, chipping occurred during the cutting process. Furthermore, the sample No. 1 whose firing temperature is lower than 1520 ° C. and the ratio of the solid solution on the surface is the same as the inside. In No. 7, the amount of wear was large in the cutting evaluation. Furthermore, sample No. 1 in which the first cermet was oversintered. In 8, the amount of deformation increased.
これに対し、本発明の範囲内の組織となったサーメットからなる試料No.1〜4では、優れた耐摩耗性を発揮するとともに耐欠損性も良好であり、工具寿命が長いものであった。 On the other hand, Sample No. consisting of cermet having a structure within the scope of the present invention. Nos. 1 to 4 exhibited excellent wear resistance, good fracture resistance, and long tool life.
1 切削工具
2 第1サーメット
3 第2サーメット
3X 第2サーメットの表面領域
3Y 第2サーメットの基体側領域
7 切刃
8 すくい面
9 逃げ面
10 内部
11 A領域
12 B領域
13 C領域
14 ネジ穴
21 プレス金型
22 ダイス
23下パンチ
23a 第1下パンチ
23b 第2下パンチ
23c 第3下パンチ
24 上パンチ
25 第1空隙部
27 フィーダ
28 第1の混合原料粉末
29 第1混合原料粉末成形体
30 第2空隙部
32 第2の混合原料粉末
33 第2混合原料粉末成形体
35 複合成形体
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記第1サーメットおよび前記第2サーメットは、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた1種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相とから構成され、前記硬質相は、TiCNを主成分とする第1硬質相と、周期表第4、5および6族金属の少なくとも1種とTiとの複合炭窒化物固溶体の第2硬質相とからなり、
前記第2サーメットは前記第1サーメットよりも前記第2硬質相の存在割合が多く、前記第1サーメットは前記第2サーメットよりも前記結合相の存在割合が少ないサーメット焼結体。 It consists of a composite structure of a first cermet and a second cermet arranged on the outer periphery of the first cermet,
The first cermet and the second cermet may be one or more selected from one or more carbides, nitrides, carbonitrides, and solid solutions of the metals in Groups 4, 5, and 6 of the periodic table. The hard phase is composed of a first hard phase mainly composed of TiCN and at least one of Group 4, 5 and 6 metals of the periodic table. Comprising a second hard phase of a composite carbonitride solid solution with Ti,
The second cermet is a cermet sintered body having a higher proportion of the second hard phase than the first cermet and the first cermet having a lower proportion of the binder phase than the second cermet.
切刃を含む逃げ面およびその近傍領域をA領域とし、該A領域以外の領域である前記焼結体の内部およびすくい面の中央部位をB領域としたとき、前記A領域では前記B領域よりも前記第2硬質相の存在割合が多く、前記B領域では前記A領域よりも前記結合相の存在割合が少ない切削工具。 A hard phase composed of one or more carbides, nitrides, carbonitrides, and solid solutions thereof selected from Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table, and mainly composed of an iron group metal. It is composed of a sintered body with a binder phase, and the hard phase is a composite carbonitride of Ti with a first hard phase mainly composed of TiCN, at least one of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table and Ti. Consisting of a second hard phase of solid solution,
When the flank including the cutting edge and the area near the flank are designated as A area, and the inside of the sintered body and the central part of the rake face other than the A area are designated as B area, the A area is more than the B area. A cutting tool in which the second hard phase is present in a large proportion and the binder region is present in the B region less than the A region.
成形金型の空洞部分の中央部に焼成時の収縮が小さい第1の混合原料粉末を充填して圧縮することにより、該第1の混合原料粉末からなる第1の粉末成形体を作製する工程と、前記成形金型の前記第1の粉末成形体の外周部に空隙を設けて、該空隙に前記第1の混合原料粉末よりも焼成時の収縮が大きい第2の混合原料粉末を充填して再度圧縮することにより、前記第1の混合原料粉末の外周部に前記第2の混合原料粉末が配置された複合成形体を作製する工程と、
該複合成形体を焼成する工程とを具備するサーメット焼結体の製造方法。 Preparing two different mixed raw material powders;
A step of producing a first powder molded body made of the first mixed raw material powder by filling and compressing the first mixed raw material powder having a small shrinkage at the time of firing in the central part of the cavity of the molding die And forming a void in the outer periphery of the first powder compact of the molding die, and filling the void with the second mixed raw material powder having a larger shrinkage during firing than the first mixed raw material powder. And recompressing to produce a composite molded body in which the second mixed raw material powder is arranged on the outer periphery of the first mixed raw material powder;
A method for producing a cermet sintered body comprising a step of firing the composite molded body.
成形金型の空洞部分の外周部に焼成時の収縮が大きい第2の混合原料粉末を充填して圧縮することにより、該第2の混合原料粉末からなる第2の粉末成形体を作製する工程と、前記成形金型の前記第2の粉末成形体の内側に空隙を設けて、該空隙に前記第2の混合原料粉末よりも焼成時の収縮が小さい第1の混合原料粉末を充填して再度圧縮することにより、前記第1の混合原料粉末の外周部に前記第2の混合原料粉末が配置された複合成形体を作製する工程と、
該複合成形体を焼成する工程とを具備するサーメット焼結体の製造方法。 Preparing two different mixed raw material powders;
A step of producing a second powder molded body made of the second mixed raw material powder by filling the outer peripheral portion of the cavity portion of the molding die with the second mixed raw material powder having a large shrinkage during firing and compressing it. And providing a void inside the second powder molded body of the molding die, and filling the void with the first mixed raw material powder that has smaller shrinkage during firing than the second mixed raw material powder. By compressing again, producing a composite molded body in which the second mixed raw material powder is arranged on the outer periphery of the first mixed raw material powder;
A method for producing a cermet sintered body comprising a step of firing the composite molded body.
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