JPH0332502A - サーメット工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐摩耗性および耐欠損性に優れたサーメット工
具に関する。

〔従来技術〕

従来から、切削用焼結体としてはＷＣ−Ｃｏを主成分と
する超硬合金が主として用いられていたが、最近ではＴ
ｉの炭化物、窒化物、炭窒化物を主成分とするサ−メツ
ト焼結体が用いられている。

このようなサーメット系焼結体としては、ＴｉＣを主成
分とし、鉄族金属を結合相とし、さらに周期律表第ＩＶ
ａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物を
硬質成分として加えたＴｉＣ７ｆ５す・−メソトが主流
であった。しかし′■らこのようなＴｉＣ４サ一メツト
焼結体では耐熱性、強靭性に劣ることから、上記組成に
さらにＴｉＮ等の窒化物、炭窒化物を含有させることが
提案された。これは、ＴｉＮ自体が靭性に冨むことによ
り、焼結体に靭性を付与するとともに、熱伝導率が高い
ことにより、耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性を向上させよ
うとするものである。

このようなサーメット焼結体を工具用として用いる場合
には、高い耐摩耗性および耐欠損性が要求され、各種の
改良がなされている。

例えば特公昭５９−１４５３４号では液相出現温度以下
で窒素を炉内に導入し、焼結体表面に靭性に富む軟化層
を形成させることが、また特公昭５９−１７１７６号で
はＣＯ還元雰囲気で焼成することにより、特定の硬度を
有する硬ＩＩを形成させることが、さらに特公昭６０−
３４６１８号によれば焼成後の降温時にＣＯ雰囲気と威
すことにより表面内部とも均一な機械特性を有するサー
メットを得ることが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし乍ら、高速切削加工時の耐摩耗性の知見からは特
公昭５９−１４５３４号及び特公昭６０−３４６１８号
の記載の切削工具では表面硬度が低いために、性能上不
十分である。一方、特公昭５９−１７１７６号には表面
に硬質層を形成させる方法が開示されているもののその
表面硬度はせいぜいビソカース硬度（Ｈν）で２０００
Ｋｇ　／ｍｍ２までしか達成されていない。

そこで、本発明者等は、特願昭６３−２４３６２３号に
おいて、表面のビソカース硬度２０００以上の耐摩耗性
に優れたサーメット焼結体を提案したが、このように硬
度を高めて耐摩耗性を向上させると、靭性が低下し、耐
欠損性が劣るため、このようなサーメットはその用途も
一部に限られてしまうという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、通常、逃げ面とすくい面から構成される
切削工具において、摩耗は主に逃げ面に発生し、欠損は
すくい面より発生し易いこと、また−船釣に硬度が高い
ものは耐摩耗性に優れ、硬度が低くなると靭性が向上す
ることに着目し、切削工具の逃げ面の硬度を高く、また
すくい面の硬度を低く設定することにより、工具として
の耐摩耗性および耐欠損性を向上させ、工具の長寿命化
が遺戒できること、また、上記の構成の切削工具を作成
するための材料として、Ｔｉを炭化物、窒化物あるいは
炭窒化物換算で５０乃至８０重量％、周期律表第Ｎａ金
属を炭化物換算で１０乃至４０重Ｍχの割合で含有する
とともに、（窒素／炭素＋窒素）で表される原子比が０
．４乃至０．６の範囲にある硬質相成分７０乃至９５重
量％と、鉄族金属を主成分とする結合相成分５乃至３０
重量２から成るサーメットを用いることにより、優れた
耐摩耗性と耐欠損性を有する切削工具を得ることができ
ることを知見した。

以下、本発明を詳述する。

本発明のサーメットは硬質相成分として、Ｔｉを炭化物
、窒化物あるいは炭窒化物換算で５０乃至８０重量％、
特に５５乃至６５重量％と、Ｗ、Ｍｏ等の周期律表Ｖｉ
ａ族金属を炭化物換算で１０乃至４０重量％、特に１５
乃至３０重量％とを含有する。

このような硬質相成分において、ＴｉＯ量が５０重量％
を下回ると耐摩耗性が低下し、８０重１を超えると焼結
性が低下し、好ましくない。また、第Ｖｒａ族金属は粒
成長抑制、結合相とのぬれ性を向上させる効果を有する
が、１０！１ｆｆｉχを下回ると上記効果が得られず、
硬質相が粗大化し、硬度、強度が低下する。また、４０
重量２を超えるとη相等の不健全相が生しると共に焼結
が困難となる。

また、硬質相成分としては上記の他、耐クレータ摩耗性
向上を目的としてＴａ、Ｎｂを、さらに耐塑性変形性向
上を目的としてＺｒ、Ｖ、Ｈｆ等を窒化物、炭化物、炭
窒化物換算で５乃至４０重量％の割合で含むことも可能
であるが、４０重ｉｔχを超えると耐摩耗性劣化、ボア
、ボイドの発生が著しく増加する傾向にあり好ましくな
い。

一方、結合相はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の鉄族金属を主体と
して戒るもので、一部、硬質相形成成分が含まれる場合
もある。

焼結体全体として硬質相成分は７０乃至９５重量％、結
合相成分は５〜３０重量％の割合から成る。

本発明における組成上の特徴は、硬質相成分中において
（窒素／炭素＋窒素）で表される原子比が０．４乃至０
．６、特に０．４〜０，５の範囲に設定される点にある
。即ち、この原子比が０．４を下回るは靭性、耐摩耗性
の向上が望めず、本発明の目的が達成されず、０．６を
超えると焼結体中にボア、ボイドが発生し、工具として
の信頼性が低下する。

このような組成のサーメットを用いて１、逃げ面、すく
い面の硬度の異なる工具を製造するための１つの例を説
明する。まず、組成がＴｉを炭化物１、窒化物あるいは
炭窒化物換算で５０乃至８０重量％、周期律表第Ｖｉａ
族金属を炭化物換算で１０乃至４０重量％の割合で含有
するとともに（窒素／炭素＋窒素）で表される原子比が
０．４乃至０．６の範囲にある硬質相成分７０乃至９５
重量％と、結合相成分５乃至３０重Ｉｚとから成る工具
形状の成形棒を作成する。

具体的には原料粉末としてＴｉＣ，ＴｉＮ、　Ｔ１ＣＮ
等を、また第■ａ族系としてはＷＣ，Ｍｏ、Ｃ，門ｏＣ
等を、あるいはこれらの複合炭化物、複合炭化物、複合
炭窒化物等を組み合わせて用いることも当然可能である
。なお、Ｔｉ系としてはＴｉＣを用いると焼結性が低下
し、部分的粒成長を起こす場合があるため、Ｔｉ　（Ｃ
Ｎ）あるいはＴｉ（ＣＮ）とＴｉＮとの組合せがより好
ましい。

得られた成形棒は真空炉内に設置され、焼成に移される
。

焼成は、１４００〜１７００℃の焼成温度で行われるが
本発明によれば、焼成は、まず０．５Ｔｏｒｒ以下の真
空炉内で加熱し、所定の時期に７０Ｔｏｒｒ以上、特に
１００〜２００Ｔｏｒｒの圧力の窒素ガスを導入する。

この窒素ガスの導入は、昇温過程において、鉄族金属の
液相出現温度以上で、特に耐理論密度比が初期の成形棒
より５χ程度以上緻密化した段階で導入する。即ち、液
相出現温度以上で成形棒の表面には液相により被膜が形
成される。この被膜形成後に窒素ガスを導入することに
より、窒化物の分解を抑制するとともに結合相と硬質相
粒子の濡れ性低下を防止し、結果的に焼結体中にボア、
ボイドが残留するのを防止することができる。

しかし、窒素ガスの導入の時期が焼結最高温度到達後、
特に対理論密度比９０χを超えた付近では、実質上、窒
化物の分解抑制効果は得られず、ｖＦ、粘体表面に荒れ
が生じる。

窒素ガスは炉内の温度が最高焼結温度に達した後は、所
定時間保持後、ただちに真空に戻して焼成を続ける。

これは、最高焼結温度到達後にさらに圧力を上げると、
焼結体表面部に粗粒で金属をほとんど含有しない、脆い
窒化層が生成され、焼肌面の荒れを生じるとともに、表
面部の靭性を著しく低下させてしまう。

このように、焼成中の特定の時期に窒素ガスを導入する
ことによって焼結体の表面部には第１図に示すように硬
度勾配を有する非常に高硬度な層が形成される。これは
、窒素ガス導入後、成形体内部と炉内雰囲気との間に圧
力が生じている。そこへ、急激に真空に戻すと成形棒表
面付近の結合金属が内部に移動し、裏面部付近は内部に
対し、結合相量が減少することにより、硬度が高くなる
と考えられる。

この表面部の硬度は焼成時に導入する窒素ガスの圧力に
大きく依存し、たとえば、ビッカース硬度２０００以上
の硬度を得るためには、窒素ガス圧力をおよそ７０Ｔｏ
ｒｒ以上に設定すればよい。

本発明における上記のサーメットは窒素を多量に含むこ
とによって、高靭性、高硬度および耐熱性が優れるもの
で、特にその表面部は高い硬度を有することから耐摩耗
性に非常に優れるという性質を有する反面、靭性は若干
内部より劣る。一方、内部の硬度は表面部より劣るが、
靭性が高いという性質を有する。

そこで本発明によれば、第２図のサーメット焼結体の断
面図において表面部に高硬度な層１を有するサーメット
工具のすくい面＾を例えば破％３　Ｘまで研磨して、表
面部の高硬度な層を除去することにより、すくい面の硬
度を低くし、靭性の高い内部２を表面に露出させる。こ
れにより、ずく：い面へと逃げ面Ｂには硬度差及び靭性
差が生じる。

この研磨工程では、第１図に示したようにサーメットの
表面部から内部に硬度勾配が形成されていることから、
研磨型を調整量を調整することによって、すくい面の硬
度を適宜設定することができる。

また、逃げ面の硬度は、逃げ面自体が、工具の摩耗特性
に大きく寄与することから、ピノカース硬度２０００以
上であることが望ましく、一方すくい面は工具の欠損性
に大きく寄与することから、高靭性であることが望まれ
るが、すくい面も適度の耐摩耗性が要求されることから
、ピンカース硬度１５００以上であることが望ましく、
特に逃げ面とすくい面の硬度差が２００以上であること
が好ましい。

以下、本発明を次の例で説明する。

〔実施例１〕 原料粉末として平均粒径１〜１．５μｍの粉末を用いて
、下記第１表の組成に調合した 組成１（重量％）　ａ威２（重量２） Ｔｉ（ＣＮ）　５０　　　　　Ｔｉ（ＣＮ）　５８Ｔｉ
Ｎ　　　８　　　　　ＷＣ１２ ＷＣ８ＭｏｚＣ８ ＭｏｚＣ１０ＮｂＣ６ ＴａＣ１２ＶＣ２ Ｎｉ　　　　６　　　　　Ｎｉ　　　　７Ｃｏ　　　　
６　　　　　Ｃｏ　　　　７これら２種の調合品をそれ
ぞれ振動ξルで粉砕を行い、バインダーを添加したもの
をＴＮＭＡ３３２チップ形状にブレス底形し、３００℃
で脱バインダー後、焼成した。

焼成は真空炉内で昇温し、液相出現後、１３５０℃で窒
素ガスを組成ｌには１００Ｔｏｒｒ　、組成２では１５
０Ｔｏｒｒの圧力で導入し、いずれも１５００℃の焼結
最高温度に到達後、５分間保持しただちに真空に戻した
。なお、温度は１５００℃で１時間保持後、冷却した。

得られた焼結体に対し、硬質層の炭素、窒素を定量分析
し、Ｎ　／（Ｃ＋Ｎ）原子比を求めたところ、組成１が
０．５、組成２が０．４５であった。

また、この焼結体に対し、表面にわずかに析出した金属
成分を研磨除去した後、ビッカース硬度を測定したとこ
ろ組成１が２３５０、組成２が２４００であった。

なお、上記とまったく同様にして作製した特性測定用試
料に対し、約５　°の角度で研磨し、該研磨面に対し、
垂直方向でピンカース硬度を表面からの距離（深さ）を
変えて測定したところ、いずれの焼結体も表面から内部
に亘り硬度が低くなる硬度勾配が生じていた。

このようにして得た組成１，２のサーメットに対し、そ
のすくい面を研磨量をかえて研磨して、第２表に示すよ
うにすくい面の硬度の異なる数種の切削工具を得た。

得られた切削工具に対して、耐摩耗性試験、耐欠損性試
験を次の条件で行った。

被削材 切削速度 切り込み 送り 切削時間 耐摩耗性試験 ＳＣＭ４３５■ Ｖ　＝３００ｍ／　ｍ１ｎ ｄ　＝２ｍｍ ｆ　＝０．３ｍｍ　／ｒｅｖ Ｔ　＝６分後の フランク摩耗量 を比較 結果は第１表に示した。

〔以下余白〕

耐欠損性試験 ５４５Ｃ■５＋ｎｍ　ｘ４ Ｖ　＝　１００ｍ／　ｍ１ｎ ｄ　＝１．５ｍｍ ｆ　＝０．２ｍｍ　／ｒｅｖ Ｔ　＝１分間５コ ーナーを切削し 無欠損コーナー 数を算出 本溝人 第 表 第１表の結果によれば、何ら研磨を行わなかったＮｏ、
１．５の試料に対し、すくい面を研磨したＮｏ、　２〜
４，６．７の試料はいずれも耐摩耗性はかわらないが、
耐欠損性が大きく向上していることがわかる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明のサーメット工具は、窒
素を多量に含む組成系から戒り、その逃げ面とすくい面
に特定の硬度差および靭性差を設けることによって、工
具における耐摩耗性、耐火１員性を大幅に向上すること
ができ、工具としての長寿命化を達成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いられるサーメッＩ・焼結体
の硬度分布を示す図であり、第２図は本発明において用
いられるサーメット焼結体の断面図である。 Ａ：すくい面 Ｂ：逃げ面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｔｉを炭化物、窒化物あるいは炭窒化物換算で５０乃
   至８０重量％、周期律表第IVａ族金属を炭化物換算で１
   ０乃至４０重量％の割合で含有するとともに、窒素／（
   炭素＋窒素）で表される原子比が０．４乃至０．６の範
   囲にある硬質相成分７０乃至９５重量％と、鉄族金属を
   主成分とする結合相成分５乃至３０重量％とから成るサ
   ーメット工具において、該工具の逃げ面のビッカース硬
   度がすくい面の硬度よりも高いことを特徴とするサーメ
   ット工具。