JPH1053831A - 耐チッピング性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents

耐チッピング性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金製切削工具

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JPH1053831A JP8209921A JP20992196A JPH1053831A JP H1053831 A JPH1053831 A JP H1053831A JP 8209921 A JP8209921 A JP 8209921A JP 20992196 A JP20992196 A JP 20992196A JP H1053831 A JPH1053831 A JP H1053831A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐チッピング性にすぐれた超硬切削工具を提
供する。 【解決手段】 いずれも結合相形成成分として、Ｃｏ：
８〜１３重量％、Ｃｒ：０．１〜３重量％、を含有し、
残りが分散相形成成分としてのＷＣと不可避不純物から
なる組成を有し、かつ分散相の割合が、電子顕微鏡組織
で測定して結合相との合量に占める割合で７２〜９０面
積％であり、前記分散相の平均粒径が１μｍ以下である
組織を有する超硬合金からなる超硬切削工具において、
前記分散相を、素地中に粒径：１００ｎｍ以下の超微粒
粒子が分散分布し、前記超微粒粒子がＣｏ系合金からな
る分散相で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐チッ
ピング性を有し、したがって特に切刃形状がシャープ
で、断続切削形態をとるエンドミルなどとして適用し、
かつ高送りや高切込みなどの重切削条件で切削を行って
も、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する炭化タン
グステン基超硬合金製切削工具（以下、超硬切削工具と
云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開平３−４３１１３号公
報などに記載されるように、いずれも結合相形成成分と
して、Ｃｏ：８〜１３重量％、 Ｃｒ：０．１〜３
重量％、を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化
タングステン（以下、ＷＣで示す）と不可避不純物から
なる組成を有し、かつ分散相の割合が、電子顕微鏡組織
で測定して結合相との合量に占める割合で７２〜９０面
積％であり、前記分散相の平均粒径が１μｍ以下である
組織を有するＷＣ基超硬合金（以下、超硬合金と云う）
で構成された超硬切削工具が知られ、この超硬切削工具
は、高靭性と高強度をもつことから、これらの特性が要
求されるエンドミルなどとして実用に供されていること
も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削工具
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴
い、切削工具には高送りや高切込みなどの重切削条件で
切削が求められる傾向にあるが、上記の従来超硬切削工
具の場合、これを例えば断続切削形態をとるエンドミル
として適用し、かつ重切削条件で切削を行うと切刃にチ
ッピング（微小欠け）が発生し、比較的短時間で使用寿
命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来超硬切削工具に着目
し、これの耐チッピング性向上を図るべく研究を行った
結果、従来超硬切削工具の製造に際して、原料粉末とし
て使用されているＷＣ粉末及びＣｏ粉末にかわって、基
本的に、いずれも所定割合の酸化タングステン粉末と炭
素粉末に、例えはＣｏ源としての硝酸コバルトを溶解さ
せた蒸留水を混合溶媒として加えて混合し、乾燥した
後、これに、例えば窒素雰囲気中、１０５０℃に３０分
間保持の条件での還元処理と、同じく例えば水素雰囲気
中、１０００℃に６０分間保持の条件での炭化処理を施
すことにより製造したＷＣとＣｏからなる複合粉末を原
料粉末として用いると、製造された超硬切削工具を構成
する超硬合金の分散相は、素地中に粒径：１００ｎｍ以
下のＣｏを主体とした合金（以下、Ｃｏ系合金と云う）
からなる超微粒粒子が分散分布した組織をもつようにな
り、この結果の超硬切削工具においては、超硬合金の結
合相形成成分の含有量が同じ従来超硬切削工具に比し
て、超硬合金の結合相は分散相間に存在する大部分の結
合相も含めて一段と微細均等化するようになり、ここで
超硬合金の結合相の分布が微細均等化すればするほど熱
伝導率が低下するようになるという認識のもとに、熱伝
導率を測定したところ、従来超硬切削工具を構成する超
硬合金の０．７〜１．０Ｊ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃に対して
０．２〜０．６Ｊ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃を示し、かつ断続
切削形態をとるエンドミルなどとして適用した場合にも
一段とすぐれた耐チッピング性を示すようになるという
研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、いずれも結合相形成成分として、
Ｃｏ：８〜１３重量％、 Ｃｒ：０．１〜３重量
％、を含有し、残りが分散相形成成分としてのＷＣと不
可避不純物からなる組成を有し、かつ分散相の割合が、
電子顕微鏡組織で測定して結合相との合量に占める割合
で７２〜９０面積％であり、前記分散相の平均粒径が１
μｍ以下である組織を有する超硬合金で構成された超硬
切削工具において、上記超硬合金の分散相を、素地中に
粒径：１００ｎｍ以下の超微粒粒子が分散分布し、前記
超微粒粒子がＣｏ系合金からなる分散相で構成してなる
耐チッピング性にすぐれた超硬切削工具に特徴を有する
ものである。
【０００６】なお、この発明の超硬切削工具を構成する
超硬合金において、Ｃｏ含有量を８〜１３重量％とした
のは、その含有量が８重量％未満では十分な靭性を確保
することができず、一方その含有量が１３重量％を越え
ると耐摩耗性が急激に低下するようになるという理由か
らであり、またＣｒ含有量を０．１〜３重量％としたの
は、その含有量が０．１重量％未満では分散相の粒成長
抑制効果が不十分になって分散相の平均粒径を１μｍ以
下にすることができず、一方その含有量が３重量％を越
えると靭性低下が著しくなるという理由にもとづくもの
であり、さらに分散相の平均粒径が１μｍを越えると高
靭性を確保することができなくなるものであり、したが
って分散相の平均粒径を１μｍ以下に制御するために
は、複合粉末の平均粒径を１μｍ以下とした上でＣｒを
０．１重量％以上含有させる必要がある。また、同じく
硬合金の分散相中に分散分布する超微粒粒子の粒径及び
分布密度は、上記の複合粉末の製造に際して、これに用
いられる酸化タングステン粉末及び炭素粉末の平均粒
径、並びに還元処理及び炭化処理条件を調整することに
より制御されるが、いずれの場合でも粒径が１００ｎｍ
を越えた超微粒粒子が存在するようになると、硬さが低
下し、耐摩耗性低下が避けられなくなることから、超微
粒粒子の粒径を１００ｎｍ以下とした。さらに、超硬合
金の分散相の割合を結合相との合量に占める割合で７２
〜９０面積％としたのは、その割合が７２％未満では所
望の耐摩耗性を確保することができず、一方その割合が
９０％を越えると、超硬合金の強度が低下するようにな
るという理由からである。
【０００７】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の超硬切削工具
を実施例により具体的に説明する。まず、平均粒径：
０．６μｍのＷＯ3 粉末と同０．４μｍの炭素粉末、さ
らに混合溶媒として所定量の硝酸コバルト［Ｃｏ（ＮＯ
3 ）2 ・６Ｈ2 Ｏ］を溶解した蒸留水、及び同じく所定
量の硝酸コバルトと硝酸クロム［Ｃｒ（ＮＯ3 ）3 ］を
溶解した蒸留水を用意し、これらＷＯ3 粉末と炭素粉
末、さらに混合溶媒を所定の配合割合でボールミル中に
装入し、７２時間湿式混合し、乾燥した後、窒素雰囲気
中、１０５０℃に３０分間保持の条件での還元処理と、
引続いての水素雰囲気中、１０００℃に６０分間保持の
条件での炭化処理を施すことにより表１に示される組成
及び平均粒径を有するＷＣとＣｏ、あるいはＷＣとＣｏ
とＣｒからなる複合粉末Ａ〜Ｊをそれぞれ製造した。
【０００８】ついで、上記の複合粉末Ａ〜Ｅのそれぞれ
には、平均粒径：２．３μｍのＣｒ 3 Ｃ2 粉末を表２に
示される割合で配合し、また上記の複合粉末Ｆ〜Ｊはそ
れぞれ単独で、ボールミルで７２時間湿式混合粉砕し、
乾燥した後、１ｔｏｎ／ｃｍ 2 の圧力で直径：１３ｍｍ
×長さ：７５ｍｍの圧粉体にプレス成形し、この圧粉体
を真空中、１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度
に１時間保持の条件で焼結し、この結果の焼結体（超硬
合金）を最終的に研削加工にて外周刃直径：１０ｍｍ×
長さ：７０ｍｍの寸法をもったエンドミル形状に仕上げ
ることにより本発明超硬切削工具１〜１０をそれぞれ製
造した。また、比較の目的で、原料粉末として、平均粒
径：０．８μｍのＷＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ3 Ｃ2
粉末、及び同１．２μｍのＣｏ粉末を用い、これら原料
粉末を表２に示される配合組成に配合する以外は、同一
の条件で従来超硬切削工具１〜１０をそれぞれ製造し
た。
【０００９】この結果得られた各種の超硬切削工具につ
いて、ロックウエル硬さ（Ａスケール）とレーザーフラ
ッシュ法による室温・真空中での熱伝導率を測定すると
共に、Ｃｏ及びＣｒ含有量を測定し、また、その任意断
面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して、分散相
の結合相との合量に占める割合および分散相の平均粒径
を測定し、さらに透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて
３５万倍の倍率にて分散相中の超微粒粒子の有無を観察
し、超微粒粒子が存在する場合は最大粒径を測定すると
共に、これを構成する主体成分をエネルギー分散型Ｘ線
分光装置（ＥＤＳ）を用いて判定した。また、上記の各
種超硬切削工具（エンドミル）について、 被削材：Ｓ４５Ｃ（硬さ：ＨB ２４０）、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．０４ｍｍ／刃、 軸方向の切込み：１５ｍｍ、 径方向の切込み：２ｍｍ、 切削長：１５ｍ、 の条件で鋼の湿式高切込み切削試験を行い、外周刃の摩
耗幅を測定した。これらの測定結果を表３、４に示し
た。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】
【表４】
【００１４】
【発明の効果】表３、４に示される結果から、本発明超
硬切削工具１〜１０は、いずれも従来超硬切削工具１〜
１０と硬さ、Ｃｏ及びＣｒ含有量、分散相の割合及び平
均粒径がほぼ同一であるにもかかわらず、分散相中に分
散分布する粒径：１００ｎｍ以下のＣｏ系合金からなる
超微粒粒子、並びに相対的に低い熱伝導率を示すことに
よって評価できる結合相の微細均等化分布によって、こ
れが断続切削形態をとるエンドミルであるにもかかわら
ず、高切込み切削条件ですぐれた耐チッピング性を示す
のに対して、前記従来超硬切削工具１〜１０は耐チッピ
ング性不足が原因で比較的短時間で使用寿命に至ること
が明らかである。上述のように、この発明の超硬切削工
具は、すぐれた耐チッピング性を有し、連続切削は勿論
のこと、断続切削を高送りや高切込みなどの重切削で行
っても、切刃にチッピングの発生なく、すぐれた切削性
能を長期に亘って発揮するものであり、切削加工の省力
化及び省エネ化に十分満足に対応することができるもの
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 いずれも結合相形成成分として、 Ｃｏ：８〜１３重量％、 Ｃｒ：０．１〜３重量
    ％、を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タン
    グステンと不可避不純物からなる組成を有し、 かつ分散相の割合が、電子顕微鏡組織で測定して結合相
    との合量に占める割合で７２〜９０面積％であり、前記
    分散相の平均粒径が１μｍ以下である組織を有する炭化
    タングステン基超硬合金で構成された炭化タングステン
    基超硬合金製切削工具において、 上記炭化タングステン基超硬合金の分散相を、素地中に
    粒径：１００ｎｍ以下の超微粒粒子が分散分布し、前記
    超微粒粒子がＣｏを主体とする合金からなる分散相で構
    成したことを特徴とする耐チッピング性にすぐれた炭化
    タングステン基超硬合金製切削工具。
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