CN114829641A - 基材以及切削工具 - Google Patents

基材以及切削工具 Download PDF

Info

Publication number
CN114829641A
CN114829641A CN202180006995.0A CN202180006995A CN114829641A CN 114829641 A CN114829641 A CN 114829641A CN 202180006995 A CN202180006995 A CN 202180006995A CN 114829641 A CN114829641 A CN 114829641A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
base material
hard phase
cemented carbide
cutting tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180006995.0A
Other languages
English (en)
Inventor
山西贵翔
津田圭一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN114829641A publication Critical patent/CN114829641A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148Composition of the cutting inserts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/241Chemical after-treatment on the surface
    • B22F2003/242Coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本公开的一个方式涉及的基材由硬质合金构成。硬质合金包含第1硬质相和结合相。第1硬质相由WC粒子构成。结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。基材具备主体部和设置于主体部的表面的表面部。表面部的厚度为第1硬质相的平均粒径以下。表面部的表面中的结合相的面积比例(B)相对于主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)的比率(B/A)为1.2以上2.0以下。

Description

基材以及切削工具
技术领域
本公开涉及基材以及切削工具。本申请要求基于2020年5月26日提交的日本专利申请特愿2020-091481号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照援引在本说明书中。
背景技术
近年来,钛合金已被广泛用于以飞机零件为首的各种用途,其加工需求也在提高。钛合金具有作为结构材料的高的特性,但因此而难以加工,特别是由高温引起的磨损和熔接而导致的崩裂(chipping)容易成为问题。关于通过控制硬质合金制的工具表面来提高工具寿命的技术,虽然进行了很多尝试,但还没有达到充分满足钛合金加工需求的程度。
例如,专利文献1(日本特开2003-1505号公报)公开了涉及以下工具材料的技术:通过向并非钛合金对象而是存在于硬质合金的表面部的WC施加高压缩应力从而实现了性能提高的工具材料、以及通过将氧化物埋入表面从而抑制了因与钛合金的熔接而导致的崩裂的工具材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-1505号公报
发明内容
本公开的一个方式涉及的基材由硬质合金构成。
硬质合金包含第1硬质相和结合相。
所述第1硬质相由WC粒子构成。
所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。
所述基材具备主体部和设置于所述主体部的表面的表面部。
所述表面部的厚度为所述第1硬质相的平均粒径以下。
所述表面部的表面中的所述结合相的面积比例(B)相对于所述主体部的剖面中的所述结合相的面积比例(A)的比率(B/A)为1.2以上2.0以下。
本公开的一个方式涉及的切削工具具备上述基材。
附图说明
[图1]图1是实施方式涉及的基材的剖面示意图。
[图2]图2是用于说明实施方式涉及的基材的表面部的概念图。
[图3]图3是以往的基材的剖面放大图。
[图4]图4是以往的其他基材的剖面放大图。
[图5]图5是基材的表面的SEM照片的一个例子。
具体实施方式
[本公开所要解决的课题]
钛合金因其高反应性而容易熔接到切削工具的切削刃上,并且重复进行熔接的形成和剥离,容易产生工具切削刃的崩裂或反应磨损。
由于熔接受工具切削刃的形状和表面状态的影响较大,因此为了减少熔接本身或提高对崩裂的耐性,尝试了控制切削工具的表面的组成和结构。但是,在钛合金的加工中,通常使用的切削工具的被覆技术有时很难发挥效果,因此需要进一步改善满足市场要求的工具寿命。
需要说明的是,切削工具1中具有预定厚度的表面层13的形成(参照图3和图4)会导致与要提高的特性(耐磨损性)有权衡关系的特性的降低,例如在硬度提高的情况下韧性不足。因此,不希望通过形成具有预定厚度的表面层13的方法来提高对钛合金的耐磨损性。
因此,本公开的目的在于提供对钛合金具有高耐磨损性的基材以及具备该基材的切削工具。
[本公开的效果]
根据上述,可以提供对钛合金具有高耐磨损性的基材以及具备该基材的切削工具。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式并进行说明。
需要说明的是,在本说明书中,“A~B”形式的表述是指范围的上限下限(即A以上B以下),在对A没有记载单位而仅对B记载单位的情况下,A的单位与B的单位相同。
[1]本公开的一个方式涉及的基材由硬质合金构成。
所述硬质合金包含第1硬质相和结合相。
所述第1硬质相由WC粒子构成。
所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。
所述基材具备主体部和设置于所述主体部的表面的表面部。
所述表面部的厚度为所述第1硬质相的平均粒径以下。
所述表面部的表面中的所述结合相的面积比例(B)相对于所述主体部的剖面中的所述结合相的面积比例(A)的比率(B/A)为1.2以上2.0以下。
在本公开的基材中,由于仅在基材的表面附近(表面部)的结合相的比率较少,因此能够抑制因结合相与钛合金的反应而引起的磨损促进,并且在除表面部以外的主体部中,能够通过足够量的结合层来抑制WC粒子(第1硬质相)在磨损时的脱落。因此,上述基材对钛合金具有高的耐磨损性。
[2]硬质合金优选进一步包含第2硬质相。第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。
在构成基材的硬质合金包含第2硬质相的情况下,有望提高基材的耐热性等各种特性。
[3]本公开的一个方式涉及的切削工具具备上述基材。
通过使用对钛合金具有高耐磨损性的上述基材,可以在用于钛合金等的切削的情况下延长切削工具的寿命。
[4]基材优选在表面的至少一部分具备覆膜。
通过具备覆膜,可以进一步提高切削工具的耐磨损性等,可以进一步延长切削工具的寿命。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下对本公开的实施方式(以下记为“本实施方式”)进行说明。但是,以下的说明并不限定本公开。另外,在本说明书中用化学式表示化合物等的情况下,其原始比在没有特别限定的情况下可以是以往已知的所有原子比,不一定限定于化学计量范围内的原子比。
<基材>
参照图1,本实施方式的基材1由硬质合金构成。硬质合金包含第1硬质相和结合相。第1硬质相由WC粒子构成。结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。
基材1具备主体部11和设置于主体部11的表面的表面部12。表面部12的厚度为第1硬质相的平均粒径以下。
表面部的表面中的结合相的面积比例(B)相对于主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)的比率(B/A)为1.2以上2.0以下。
(主体部和表面部)
参照图1,基材1具备主体部11和设置于主体部11的表面的表面部12。
参照图2,主体部11由结合相110和第1硬质相(WC粒子)111等构成。表面部12也由结合相120和第1硬质相(WC粒子)121等构成,但是结合相的比例与主体部11不同。
表面部12的厚度为第1硬质相的平均粒径以下。
表面部12的厚度可以通过以下方法测定。
使用SEM,例如将倍率设为3000倍至5000倍,并将视野设为18μm×25μm,沿着从基材的表面侧向内部侧在上述基材的厚度方向上延伸的预定的线,连续测定基材的预定的剖面,测定从基材的表面直至结合相的面积比例首次超过0.05的视野跟前的厚度方向的距离。然后,在基材的任意3个位置处进行同样的测定,将测定所得的距离的平均值设为表面部12的厚度。
表面部的表面中的结合相的面积比例(B)相对于主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)的比率(B/A)为1.2以上2.0以下。
在B/A小于1.2,即表面的结合相量相对较少的情况下,保持WC粒子的力较小,并且由于钛合金切削时的钛合金的熔接和剥离,WC粒子容易脱粒,崩裂和磨损的进行加快。另外,在B/A大于2.0,即表面的结合相量过多的情况下,因容易与钛合金反应的Co和Ni的影响而导致熔接自身的增加、扩散磨损的促进等,对钛合金的耐磨损性降低。
B/A优选为1.4以上1.7以下,在这种情况下,熔接减少的效果与WC粒子的保持力增大的效果的平衡性良好,对钛合金的耐磨损性进一步提高。
需要说明的是,即使在B/A为1.2以上2.0以下的情况下,若在表面部与主体部之间等存在与表面部和主体部的组成等不同的其他层,则由于扩散磨损和熔接增大,切削工具的耐磨损性也有可能降低。因此,优选的是,在表面部与主体部之间等不存在与表面部或主体部的组成等不同的其他层。
表面部的表面中的结合相的面积比例(B)是相对于基材的表面部的任意表面,从与该表面垂直的方向(该表面的法线方向)观察时的平面图像(二维图像)中的结合相的面积的比例。
主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)是相对于基材的任意剖面,从与该剖面垂直的方向(该剖面的法线方向)观察时的平面图像(二维图像)中的结合相的面积的比例。这里,主体部的剖面(与表面垂直的剖面)是基材的剖面当中除去表面部的剖面(从基材的表面至与第1硬质相的平均粒径相同的深度的范围)的部分。
需要说明的是,虽然上述表面部的表面及剖面的实际面积因表面及剖面的凹凸而不同于上述平面图像的面积(例如SEM照片中的投影图像的面积),但是不考虑这一点。
上述平面图像中的结合相的面积比例(A和B)可以通过使用后述的“<基材的物性评价方法>”中说明的图像分析软件的方法来测定。
需要说明的是,在本实施方式中,优选主体部的结构是均匀的。在主体部的结构均匀的情况下,在通过SEM观察基材的任意剖面时,在作为与基材的外部具有界面的区域(表面部)以外的部分的主体部中,不存在除表面部以外的能够明确分离的区域。
(第1硬质相)
第1硬质相由WC粒子构成。
第1硬质相的平均粒径优选为0.1~5.0μm,更优选为0.5~3.0μm。在该范围内,容易得到具有足够的硬度、且致密的硬质合金。
需要说明的是,在本说明书中,平均粒径是通过使用后述的“<基材的物性评价方法>”中说明的图像分析软件的方法计算的Heywood直径。
(结合相)
结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。需要说明的是,结合相还可以在得到本公开的效果的范围内包含其他元素。
(第2硬质相)
硬质合金优选进一步包含第2硬质相。第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。通过包含第2硬质相,可以提高耐氧化性和耐反应性,并且可以对基材赋予抑制因对基材的冲击而产生裂缝的效果。
作为选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素,例如可以列举出钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)。作为化合物,例如可以列举出TiC、NbC、TaC、ZrC、ZrCN、VC、TaNbC、TiN、TiCN。
第2硬质相的平均粒径优选为0.1~3.0μm,更优选为0.2~0.5μm。在这种情况下,容易得到致密的硬质合金。
优选的是,上述第1硬质相和第2硬质相以分散在结合相中的状态被包含。由此,提高了硬质合金(基材)在高温下的耐磨损性。更优选的是,第1硬质相、第2硬质相以及结合相以均匀分散在硬质合金中的状态被包含。这里,均匀分散的状态是指在第1硬质相(以及第2硬质相)与结合相接触、且同种相之间的接触较少的状态下存在于硬质合金中。
需要说明的是,硬质合金还可以包含除上述以外的成分。例如,硬质合金可以在不损害本公开的效果的范围内包含不可避免的杂质(B、N、O等)。另外,硬质合金也可以在其织构中包含游离碳或被称为η相的异常层。
本实施方式涉及的基材可以被广泛用作切削工具,其能够在被切削材料的表面上长时间形成平滑的切削表面。特别是能够适当地用作用于切削含钛合金的被切削材料的切削工具。
<基材的物性评价方法>
例如可以通过以下方法获得基材的表面和剖面中的结合相的面积比例。
对于基材(硬质合金)的任意表面或使用聚焦离子束装置、横截面抛光装置等获得的任意剖面,从与表面或剖面垂直的方向利用SEM(扫描电子显微镜,Scanning ElectronMicroscope)以5000倍的倍率进行摄像,获得10个视野以上的任意数量的视野(例如,10个视野)的电子图像(参照图5)。接着,使用附带的EPMA(电子探针微分析,Electron ProbeMicro-Analysis)或EDX(能量色散X射线光谱,Energy Dispersive X-ray spectrometry),对于各个电子图像中的预定区域(12μm×9μm)进行元素映射。
基于所获得的元素映射,将包含WC的粒子设为第1硬质相,将不包含WC而包含Co和Ni中的至少一者的相设为结合相。另外,将不包含WC而包含预定的周期表第4族元素和第5族元素中的至少1种和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种粒子设为第2硬质相。
对于基材的各部位中的结合相的面积比例,使用该SEM图像(元素映射),通过(例如)图像分析软件(“Mac-View I”、“株式会社マウンテック”制造)计算结合相的总面积。计算结合相的总面积相对于整个视野的总面积的比例(结合相的面积比例)。对所有摄像所得的视野进行同样的操作,计算结合相的面积比例的平均值。
需要说明的是,通过这样的分析,也可以确认在基材中硬质相(第1硬质相和第2硬质相)以及结合相包含在哪个部分,以及各相的组成。
此外,使用上述SEM图像(元素映射),并通过图像分析软件(“Mac-View I”、“株式会社マウンテック”制造)可以计算基材中存在的第1硬质相和第2硬质相的平均粒径(Heywood直径:具有与粒子面积相同的面积的虚拟圆的直径的平均值)。
<基材的制造>
本实施方式的基材(切削工具)例如可以通过包括以下详述的混合工序、成形工序、烧结工序以及冷却工序的制造方法来制造。需要说明的是,为了实现本实施方式的基材的特征性构成,烧结工序中液相出现后的压力以及冷却工序中的冷却速度的控制是重要的。
(原料粉末)
作为构成结合相的原料粉末,使用选自Co和Ni中的至少1种元素的粉末。另外,作为构成硬质相的原料粉末,使用构成第1硬质相的WC和构成第2硬质相的化合物等其本身的粉末。这些粉末的Fsss(Fisher Sub-Sieve Sizer)粒径优选为0.5~10μm。需要说明的是,可以通过激光衍射法等测定Fsss粒径。
在构成硬质合金的原料粉末当中,构成第1硬质相的WC粒子的比例优选为70~95质量%,更优选为85~95质量%。
在构成硬质合金的原料粉末当中,构成结合相的Co和Ni的合计比例优选为5~15质量%,更优选为5~10质量%。
另外,在硬质合金包含第2结合相的情况下,在构成硬质合金的原料粉末当中,构成第2硬质相的化合物的合计比例优选为0~15质量%,更优选为0~5质量%。
在硬质合金包含第1硬质相、结合相以及第2硬质相的情况下,在用于钛合金用的切削工具的基础上,为了确保足够的硬度和致密性,优选的是,在混合时的硬质合金的原料组成中,构成第1硬质相的WC的比例为70~95质量%,构成结合相的Co和Ni的合计比例为5~15质量%,构成第2硬质相的化合物的合计比例为0~15质量%。
进一步,为了良好地保持硬质合金的硬度与韧性的平衡,更优选的是,在混合时的硬质合金的原料组成中,构成第1硬质相的WC的比例为85~95质量%,构成结合相的Co和Ni的合计比例为5~10质量%,构成第2硬质相的化合物的合计比例为0~5质量%。
需要说明的是,这样的原料粉末的组成比会反映在最终获得的切削工具的组成比中。
(混合工序)
在混合工序中,通过混合上述原料粉末从而获得混合粉末。
混合可以使用磨碎机、球磨机、珠磨机、研钵、喷磨机等。
混合时间优选为0.1~48小时,从无偏差地均匀混合原料粉末的观点来看,更优选为2~15小时。
(成形工序)
在成形工序中,通过将在混合工序中所得的混合粉末放入模具中并加压,从而得到加压成形体(烧结前的基材或切削工具)。
作为模具,例如可以使用硬质合金制的模具(Ta胶囊等)。成形方法只要是一般条件就没有特别限定。加压压力优选为10MPa~16GPa。
(烧结工序)
在烧结工序中,烧结在成形工序中所得的加压成形体。
烧结的最高温度优选为1400~1600℃。在最高温度下的保持时间例如为0.5~2小时。这些条件只要是能够制作硬质合金的通常范围内的条件,就没有特别限定。
烧结工序优选在氩气等惰性气体气氛中进行。这里,无论最高温度如何,优选的是,从升温中超过1350℃的时间点(液相出现后)开始,将烧结的气氛设为100~400kPaG的加压气氛。
(冷却工序)
在冷却工序中,冷却烧结完成后的烧结体(基材或切削工具)。
在冷却工序中,将基材(切削工具)的温度从最高温度下降到1300℃所花费的时间优选为0.2~1小时。对小于1300℃的区域的冷却速度没有特别的限制。
冷却工序优选在惰性气体气氛下进行。另外,冷却工序的气氛气体的分压优选为100~400kPaG。
(原理)
以下,对通过上述制造方法实现本实施方式的基材的特征性构成的原理进行说明。
通常,在硬质合金烧结时,结合相元素(Co、Ni)在1320℃左右(根据含碳量而不同)成为液相,合金的致密化进行,但是此时,根据合金的内部与表面的温度差或气氛,液相发生移动。作为其结果,在表面和内部,结合相的量和硬质相的粒度发生变化。
在现有技术中,利用该变化,通过将气氛气体设为氮气或氢气,或者控制冷却速度,对基材(硬质合金)的表面进行控制(形成具有某种功能的层)。另外,在第2硬质相包含氮的组成中,在基材的表面容易形成与内部(主体部)不同的层。在许多现有技术中,除了促进合金的致密化的理由以外,不对气氛气体进行加压而是对气氛气体进行减压,以便形成具有某种功能的层。但是,在减压下,结合相元素和碳容易从基材的表面挥发,从而基材的表面的结合相量减少。另一方面,如果在加压下施加过大的压力,则会阻碍液相和碳向表面的元素扩散以及由液相流动引起的移动,从而减少基材的表面的结合相量。
另外,基材的表面的结合相量也受到冷却速度的很大影响。在现有技术中,进行用于从最高温度急冷或使表面具有某种功能的冷却速度的控制,但是在急冷的情况下,没有足够的时间用于液相的移动,从而基材的表面成为结合相量相对较少的状态。另一方面,在冷却速度较慢的情况下,容易发生液相移动,由于内部与外部的碳量的差异,在基材的表面部容易形成富含结合相的区域。
鉴于上述情况,在本实施方式中,在烧结工序中,将液相出现前后的气氛设为适当的加压气氛下,并且成为在合金内部和表面尽量没有碳量的差异的状态,在此基础上,在冷却工序中,通过设定使液相移动成为最小限度的冷却速度,从而可以使仅从基材的表面到稍深的范围内的表面部成为富含结合相的合金。
<切削工具>
本实施方式涉及的切削工具具备上述基材。通过使用提高了对钛合金的耐磨损性的由上述硬质合金构成的基材,特别是在对包含钛合金的被切削材料进行切削的情况下,可以延长切削工具的寿命。
需要说明的是,作为切削工具,可以例示钻头、端铣刀、钻头用切削刃替换型切削刀片、端铣刀用切削刃替换型切削刀片、铣削用切削刃替换型切削刀片、车削用切削刃替换型切削刀片、金属锯、齿轮工具、铰刀、丝锥等。
(覆膜)
另外,切削工具也可以在基材的表面的至少一部分具备覆膜。通过具备覆膜,可以进一步提高切削工具的耐磨损性等,可以进一步延长切削工具的寿命。另外,也可以在切削工具中赋予覆膜的特性。
作为覆膜,优选使用具有7×10-6/K以上9×10-6/K以下的热膨胀系数的覆膜。作为覆膜的组成,优选选自由Ti、Al、Cr、Si、Hf、Zr、Mo、Nb、Ta、V以及W组成的组中的一种以上的元素的氮化物或碳氮化物。
此外,覆膜优选具有1000℃以上的耐氧化性。这里,“具有1000℃以上的耐氧化性”是指通过热分析-差示热/热重量同时测定(TG/DTA:Thermogravimetry/DifferentialThermal Analysis)装置在大气中对覆膜进行评价,产生重量增加的温度为1000℃以上。作为构成具有这种耐氧化性的覆膜的组成的优选例子,可以列举出AlTiSiN、AlCrN、TiZrSiN、CrTaN、HfWSiN、CrAlN等。
上述这样的覆膜可以通过物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法的任一方法来形成。若通过CVD法形成覆膜,则容易得到与基材的密合性优异的覆膜。作为CVD法,例如可以列举出热CVD法。若通过PVD法形成覆膜,则会赋予压缩残余应力,容易提高其韧性。从覆膜与硬质合金(基材)的密合性显著提高的方面来说,也可以使用阴极电弧离子镀法。
本实施方式涉及的切削工具中的覆膜优选被覆在基材中的作为切削刃的部分及其附近,也可以被覆在基材的整个表面。另外,覆膜可以是单层,也可以是多层。覆膜的厚度优选为1μm以上20μm以下,更优选为1.5μm以上15μm以下。
实施例
以下列举实施例并对本公开进行更详细地说明,但是本公开不限于这些实施例。
<实施例1~16和比较例101~111>
首先,使用由表1所述的混合组成(WC、NbC、TaC、Co及Ni)表示的多种化合物粉和金属粉作为原料粉末,与上述实施方式所述的基材的制造方法同样地制作了由实施例1~16及比较例101~111涉及的硬质合金构成的CNMG 432形状(“住友電工ハードメタル社”制造)的不重磨刀片(throwaway chip)(切削工具)。
需要说明的是,在混合工序中,使用磨碎机混合12小时。另外,将成形工序的加压的压力设为100MPa。将烧结工序中的最高温度设为1450℃,最高温度的保持时间设为1小时。冷却工序的气氛气体是氩气,将气氛气体的分压设为400kPaG。
烧结工序中的气氛压力、以及冷却工序的冷却时间(从最高温度下降至1300℃的时间)设为如表1所示。
对于所获得的各实施例和比较例的基材,通过上述实施方式中说明的方法测定主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)和表面部的表面中的结合相的面积比例(B)。另外,计算了表面部的表面中的结合相的面积比例(B)相对于主体部的剖面中的结合相的面积比例(A)的比率(B/A)。这些测定结果如表1所示。
需要说明的是,对于各实施例和比较例的基材,通过上述实施方式中说明的方法测定表面部的厚度。根据测定结果,在实施例1~16及比较例101~111中,表面部的厚度为第1硬质相(WC粒子)的平均粒径以下。表1示出通过上述实施方式中说明的方法测定第1硬质相和第2硬质相的平均粒径的结果。
<耐磨损性评价>
对于上述各实施例及比较例中所得的不重磨刀片(切削工具)进行了以下耐磨损性评价。
对于各切削工具,在以下切削条件下的高负荷切削试验(耐磨损性试验)中,测定了切削工具的切削刃的后刀面的磨损量直至达到0.2mm的切削时间。切削时间的测定结果如表1所示。需要说明的是,表1所示的切削时间是各切削工具的4个角的平均值。切削时间越长,表示耐磨损性越优异。
(切削条件)
被切削材料: Ti合金(Ti-6Al-4V)
切削速度(Vc): 70m/分钟
切入量(ap): 2.5mm
进给量(f): 0.2mm/转
切削环境: 湿式
[表1]
Figure BDA0003681399260000131
从表1所示的结果可知,与不满足本公开的基材(切削工具)的要素的比较例相比,在全部满足本公开的基材(切削工具)的要素的实施例1~16中,切削时间长且耐磨损性优异。
应当认为,本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的,而非限定性的。本公开的范围不由上述实施方式表示,而是由权利要求书表示,并且旨在包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。
标号的说明
1基材(切削工具)、11主体部、110主体部的结合相、111主体部的第1硬质相、12,14表面部、120表面部的结合相、121表面部的第1硬质相、13表面层。

Claims (4)

1.一种基材,其由硬质合金构成,
所述硬质合金包含第1硬质相和结合相,
所述第1硬质相由WC粒子构成,
所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素,
所述基材具备主体部和设置于所述主体部的表面的表面部,
所述表面部的厚度为所述第1硬质相的平均粒径以下,
所述表面部的表面中的所述结合相的面积比例相对于所述主体部的剖面中的所述结合相的面积比例的比率为1.2以上2.0以下。
2.根据权利要求1所述的基材,其中
所述硬质合金进一步包含第2硬质相,
所述第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。
3.一种切削工具,具备权利要求1或权利要求2所述的基材。
4.根据权利要求3所述的切削工具,所述基材的表面的至少一部分具备覆膜。
CN202180006995.0A 2020-05-26 2021-04-01 基材以及切削工具 Pending CN114829641A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020091481 2020-05-26
JP2020-091481 2020-05-26
PCT/JP2021/014191 WO2021240995A1 (ja) 2020-05-26 2021-04-01 基材および切削工具

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114829641A true CN114829641A (zh) 2022-07-29

Family

ID=78723339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180006995.0A Pending CN114829641A (zh) 2020-05-26 2021-04-01 基材以及切削工具

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220389544A1 (zh)
EP (1) EP4049777B1 (zh)
JP (1) JP7014340B1 (zh)
CN (1) CN114829641A (zh)
WO (1) WO2021240995A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114378321A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 株洲钻石切削刀具股份有限公司 一种内外具有不同基体的切削刀片
CN114378322A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 株洲钻石切削刀具股份有限公司 一种上下具有不同基体的切削刀片

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5831059A (ja) * 1981-08-18 1983-02-23 Tatsuro Kuratomi 硬質炭化物系工具材およびその製造法
US20120263944A1 (en) * 2009-11-26 2012-10-18 Hideyoshi Kinoshita Rotation tool
JP2015101747A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 住友電気工業株式会社 超硬合金およびこれを用いた表面被覆切削工具
JP2016020538A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016020540A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016030846A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 住友電気工業株式会社 超硬合金、および切削工具
JP2017088917A (ja) * 2015-11-04 2017-05-25 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
US20190112679A1 (en) * 2016-04-01 2019-04-18 Pramet Tools, S.R.O. Surface hardening of cemented carbide body
JP2019151875A (ja) * 2018-03-01 2019-09-12 住友電気工業株式会社 基材および切削工具

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0101241D0 (sv) 2001-04-05 2001-04-05 Sandvik Ab Tool for turning of titanium alloys
KR102575186B1 (ko) 2018-12-07 2023-09-05 현대자동차 주식회사 음향메타 구조의 진동 저감 장치

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5831059A (ja) * 1981-08-18 1983-02-23 Tatsuro Kuratomi 硬質炭化物系工具材およびその製造法
US20120263944A1 (en) * 2009-11-26 2012-10-18 Hideyoshi Kinoshita Rotation tool
JP2015101747A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 住友電気工業株式会社 超硬合金およびこれを用いた表面被覆切削工具
JP2016020538A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016020540A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016030846A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 住友電気工業株式会社 超硬合金、および切削工具
JP2017088917A (ja) * 2015-11-04 2017-05-25 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
US20190112679A1 (en) * 2016-04-01 2019-04-18 Pramet Tools, S.R.O. Surface hardening of cemented carbide body
JP2019151875A (ja) * 2018-03-01 2019-09-12 住友電気工業株式会社 基材および切削工具

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021240995A1 (ja) 2021-12-02
JP7014340B1 (ja) 2022-02-01
EP4049777B1 (en) 2023-11-15
US20220389544A1 (en) 2022-12-08
EP4049777A4 (en) 2022-12-28
JPWO2021240995A1 (zh) 2021-12-02
EP4049777A1 (en) 2022-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7111262B2 (ja) 切削工具
JP5905903B2 (ja) 耐熱合金およびその製造方法
US10987739B2 (en) Cemented carbide and cutting tool
CN111386355B (zh) 硬质合金、切削工具以及硬质合金的制造方法
CN114829641A (zh) 基材以及切削工具
JP7013948B2 (ja) 基材および切削工具
CN113179647A (zh) 硬质合金以及包括其作为基材的切削工具
JP5872590B2 (ja) 耐熱合金およびその製造方法
US12005507B2 (en) Cemented carbide and cutting tool including same as substrate
JP7517483B2 (ja) 超硬合金及びそれを基材として含む切削工具
EP4331758A1 (en) Cutting tool and method for manufacturing same
JP4069749B2 (ja) 荒加工用切削工具
JP7035820B2 (ja) 基材および切削工具
WO2013179773A1 (ja) モリブデン耐熱合金、摩擦攪拌接合用工具、および製造方法
JPH04231467A (ja) 被覆TiCN基サーメット
JP7170965B2 (ja) 超硬合金及び被覆超硬合金
US11421307B2 (en) Cemented carbide and coated cemented carbide, and tool including same
CN113165084A (zh) 硬质包覆层发挥优异的耐熔敷性、耐塑性变形性及耐异常损伤性的表面包覆切削工具
JP2019181592A (ja) 切削工具
JP2022133540A (ja) 切削工具
JP2020020047A (ja) サーメットおよび切削工具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220729