JP2003191108A - Cermet tool - Google Patents
Cermet toolInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明に属する技術分野】本発明は、例えば、鋼などの
切削に用いた場合に優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮す
るサーメット工具に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cermet tool that exhibits excellent wear resistance and chipping resistance when used for cutting steel, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】TiCN基サーメットは切削工具として
広く使用されている。しかし、TiCN基サーメットと
いえどもWC−Co系超硬合金に比べると靭性が劣るた
め、その用途は主として仕上げ切削に限定されている。
一方、TiCN基サーメットには相当量の窒素が含まれ
ており、これが焼結中に一部ガスとして揮散するため
(脱窒)、脱窒を制御しながら焼結を行う必要があり、
このことがサーメットの焼結を複雑にし、制御を困難に
している。また脱窒により表面から内部に渡り、成分の
濃度変化を引き起こすため、これに起因して組織及び硬
さ等の特性も変化し、所望の特性を得ることが困難にな
っている。またこれを利用して表面付近の特性を改良し
ようとする試みもなされている。例としては、液相出現
温度以下で窒素ガスを導入することにより焼結体表面に
靭性に富む軟化層を形成させる方法(特公昭59−14
534号公報)、焼結をCOを含む還元雰囲気内で行う
ことにより焼結体表面に硬化層を形成させる方法(特公
昭59−17176号公報)、焼結後の冷却工程おい
て、COガスを導入することにより、表面から内部に渡
り均一な機械的特性を得る方法(特公昭60―3461
8号公報)などが提案されている。2. Description of the Related Art TiCN-based cermets are widely used as cutting tools. However, even TiCN-based cermets are inferior in toughness as compared with WC-Co based cemented carbides, so their applications are mainly limited to finish cutting.
On the other hand, the TiCN-based cermet contains a considerable amount of nitrogen, and this volatilizes as a part of gas during sintering (denitrification), so it is necessary to perform sintering while controlling denitrification.
This complicates the sintering of the cermet and makes it difficult to control. In addition, denitrification causes a change in the concentration of the component from the surface to the inside, which causes changes in properties such as texture and hardness, making it difficult to obtain desired properties. Attempts have also been made to improve the properties near the surface by utilizing this. As an example, a method of forming a softened layer having high toughness on the surface of a sintered body by introducing nitrogen gas at a temperature not higher than the liquid phase appearance temperature (Japanese Patent Publication No. 59-14).
No. 534), a method of forming a hardened layer on the surface of a sintered body by performing sintering in a reducing atmosphere containing CO (Japanese Patent Publication No. 59-17176), and CO gas in a cooling step after sintering. A method of obtaining uniform mechanical properties from the surface to the inside (Japanese Patent Publication No. 60-3461).
No. 8) has been proposed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、特公昭59−
14534号公報、特公昭60−34618号公報記載
のサーメット工具では高速切削時に耐摩耗性が不足する
という欠点があり、また特公昭59−17176号公報
記載のサーメット工具では高速切削における耐摩耗性が
すぐれ、長寿命を得ることが可能となったが、フライス
加工等の断続切削に用いた場合、欠損しやすいと課題が
あった。However, the Japanese Patent Publication No. 59-
The cermet tools described in Japanese Patent Publication No. 14534 and Japanese Patent Publication No. 60-34618 have a drawback that the wear resistance is insufficient at high speed cutting, and the cermet tools described in Japanese Patent Publication No. 59-17176 have wear resistance at high speed cutting. Although it is possible to obtain excellent long life, there is a problem that when it is used for intermittent cutting such as milling, it is likely to be chipped.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
サーメット工具の高速切削における耐摩耗性を確保しつ
つ、耐欠損性を更に向上させるため金属成分の濃度分布
に注目して鋭意検討を行った。その結果、内部から表面
に向かいTi及びWの濃度を増加させることにより、表
面近傍を高硬度、高靭性とすることが可能となり、従来
技術に比べ非常に耐欠損性にすぐれたサーメット工具を
得ることができるという研究成果を得た。Therefore, the present inventors have
In order to further improve the fracture resistance while ensuring the wear resistance of the cermet tool in high-speed cutting, an intensive study was conducted focusing on the concentration distribution of metal components. As a result, by increasing the concentrations of Ti and W from the inside toward the surface, the vicinity of the surface can be made to have high hardness and high toughness, and a cermet tool having excellent fracture resistance as compared with the prior art can be obtained. I got a research result that I can.
【0005】本発明は、上記の研究成果に基づきなされ
たものであり、金属成分としてTiを主成分とし、Wを
必須成分とし、周期律表の4a、5a、6a族遷移金属
元素の1種または2種以上を含み、これら金属元素の炭
窒化物を主体とする硬質相が面積率で80%以上で、残
部がCo、Ni及び不可避不純物を主成分とする結合相
からなるサーメット工具において、Ti濃度及びW濃度
が内部から表層部に向かって増加することを特徴とする
サーメット工具である。The present invention has been made on the basis of the above research results, and contains Ti as a main component as a metal component, W as an essential component, and one of transition metal elements of the 4a, 5a, and 6a groups of the periodic table. Alternatively, in a cermet tool containing two or more kinds, the hard phase mainly composed of carbonitrides of these metal elements has an area ratio of 80% or more, and the balance consisting of a binder phase mainly composed of Co, Ni and unavoidable impurities, The cermet tool is characterized in that the Ti concentration and the W concentration increase from the inside toward the surface layer portion.
【0006】以下、本発明のサーメット工具の詳細な限
定理由について以下に説明する。先ず、金属成分として
Wを必須とするのは、Wは通常WCの形で添加し、主成
分であるTiの構成する炭窒化物であるTiCNと結合
相との焼結時における濡れ性を改善し焼結性を向上する
ことができるからである。また同時にWを含む炭窒化物
はTiを主体とする炭窒化物に比べ、硬さが低く靭性が
高いため、サーメット全体の靭性を増加させる働きを持
つからである。The detailed reasons for limiting the cermet tool of the present invention will be described below. First, W is indispensable as a metal component because W is usually added in the form of WC to improve the wettability during sintering of TiCN, which is a carbonitride composed of Ti as a main component, and a binder phase. This is because the sinterability can be improved. At the same time, the carbonitride containing W has a lower hardness and a higher toughness than the carbonitride containing Ti as a main component, and therefore has a function of increasing the toughness of the entire cermet.
【0007】次に、金属元素として、周期律表の4a、
5a、6a族遷移金属元素を1種又は2種以上含むこと
を必須とするのは、これらの元素を添加することによ
り、それぞれ、例えば、Ta、Nbの場合には耐クレー
タ摩耗性を向上させることができ、サーメット工具の特
性向上を可能とするからである。また、Zr、Hf、V
を加えることにより、サーメット工具の耐塑性変形性を
向上するが可能となり、より高い切削速度での使用が可
能となるからである。また、MoはWと同様、焼結時に
TiCNと結合相との濡れ性を向上し、気孔のない焼結
体の製造を可能とするからである。Ti、Wを加えたこ
れらの金属元素は、一部は単独の炭窒化物相を形成し、
また残部は互いに固溶しあって複短窒化物を形成して硬
質相を形成する他、これら金属元素の一部は結合相中に
固溶し、結合相を固溶強化し、結合相の、強度、耐熱
性、耐塑性変形性を向上させる役割を果たす。また、硬
質相面積率を80%以上とするのは、80%以下では硬
質相の量が少ないためサーメット工具として最も重要な
特性のひとつである所定の硬さを得ることが出来なくな
り、耐摩耗性が低下するからである。Next, as a metal element, 4a in the periodic table,
It is essential to include one or more kinds of 5a and 6a group transition metal elements. By adding these elements, for example, in the case of Ta and Nb, respectively, crater wear resistance is improved. This is because it is possible to improve the characteristics of the cermet tool. Also, Zr, Hf, V
This is because the addition of the above makes it possible to improve the plastic deformation resistance of the cermet tool, and it becomes possible to use it at a higher cutting speed. Further, Mo, like W, improves the wettability between TiCN and the binder phase during sintering and enables the production of a sintered body having no pores. Some of these metal elements added with Ti and W form a single carbonitride phase,
In addition, the rest form solid solution with each other to form a double short nitride to form a hard phase, and some of these metal elements dissolve in the binder phase to strengthen the binder phase by solid solution, Plays a role in improving strength, heat resistance, and plastic deformation resistance. In addition, the hard phase area ratio is set to 80% or more because when it is 80% or less, the amount of hard phase is small and it becomes impossible to obtain a predetermined hardness which is one of the most important characteristics as a cermet tool, and wear resistance is reduced. This is because the sex is reduced.
【0008】本発明のサーメット工具においては、Ti
濃度、W濃度が内部から表層部に向かって増加すること
を特徴とするが、それには次のような意味がある。すな
わち、TiCNとWCを比較した場合、硬さではTiC
Nが高く、靭性ではWCが高い。実際のサーメット工具
においてはTiCN、WCの粒子が単独で存在するので
はなく、TiCNの一部を除いては炭窒化物固溶体とし
て硬質相を形成する。しかし、炭窒化物固溶体となった
場合にも、Tiの多い炭窒化物固溶体はWの多い固溶体
に比べ、硬さが高い傾向があり、逆にWの多い炭窒化物
固溶体はTiの多い固溶体に比べ靭性が高い傾向にあ
る。そこでTi濃度及びW濃度を内部から表層部に向か
って増加することにより、硬さ及び靭性の両者を表面近
傍で高くすることが可能となる。ここで、表層部とはサ
ーメット工具表面から0.5mm程度までの領域を指
し、その間にTi及びWの濃度を内部から表層部に向か
って徐々に増加することを特徴とする。より具体的に
は、表面から0.1mmの部分のTi濃度及びW濃度
が、表面から1mmの部分のTi濃度、W濃度のそれぞ
れ1.015、1.05倍以上である。ここで表層部と
して0.1mmの元素濃度を採用するのは、サーメット
工具においては、前述したように焼結時に脱窒が起こ
り、その影響により表面から20乃至30μm程度の極
めて表面に近い部分はそれら元素の濃度が、わずかな焼
結雰囲気の差、焼結炉内の設置位置等の影響を受けやす
いからである。以下、本発明のサーメット工具を実施例
により具体的に説明する。In the cermet tool of the present invention, Ti
It is characterized in that the concentration and the W concentration increase from the inside toward the surface layer portion, which has the following meanings. That is, when comparing TiCN and WC, the hardness is TiC.
N is high and WC is high in toughness. In an actual cermet tool, particles of TiCN and WC do not exist alone, but a hard phase is formed as a carbonitride solid solution except for a part of TiCN. However, even when it becomes a carbonitride solid solution, the carbonitride solid solution containing a large amount of Ti tends to have a higher hardness than the solid solution containing a large amount of W, and conversely, the carbonitride solid solution containing a large amount of W contains a solid solution containing a large amount of Ti. Toughness tends to be higher than Therefore, it is possible to increase both hardness and toughness in the vicinity of the surface by increasing the Ti concentration and the W concentration from the inside toward the surface layer portion. Here, the surface layer portion refers to a region up to about 0.5 mm from the surface of the cermet tool, and is characterized in that the concentrations of Ti and W are gradually increased from the inside toward the surface layer portion. More specifically, the Ti concentration and the W concentration in the portion 0.1 mm from the surface are 1.015 and 1.05 times or more the Ti concentration and the W concentration in the portion 1 mm from the surface, respectively. Here, the element concentration of 0.1 mm is adopted as the surface layer portion in the cermet tool because denitrification occurs at the time of sintering as described above, and as a result, a portion of the surface of about 20 to 30 μm extremely close to the surface is affected. This is because the concentrations of these elements are easily affected by a slight difference in the sintering atmosphere, the installation position in the sintering furnace, and the like. Hereinafter, the cermet tool of the present invention will be specifically described with reference to examples.
【0009】[0009]
【実施例】原料粉末として硬質相形成成分として0.4
μmから3μmの平均粒径をもつTiCN、WC、Ta
C、NbC、ZrC、VC及び結合相形成成分として1
から1.5μmの平均粒径をもつCo粉末及びNi粉末
を準備した。これらの粉末を表1に示す組成に配合し、
アトライタ−にて6時間湿式混合、乾燥の後、1.0t
onf/cm2でにプレス成形し、1300℃までを
0.1Torr以下の真空中、1300℃以上を1To
rr以下の窒素雰囲気とし、1400〜1600℃にて
焼結した。保持時間は1〜2時間とし、焼結後、窒素ガ
スにて急冷を行った。以上の工程により、本発明例1〜
8のSNMN432及びSEK422の形状を持つイン
サートを製造した。Example: 0.4 as a hard phase forming component as a raw material powder
TiCN, WC, Ta with average particle size of μm to 3 μm
C, NbC, ZrC, VC and 1 as a bonded phase forming component
To Co powder and Ni powder having an average particle diameter of 1.5 μm were prepared. These powders were added to the composition shown in Table 1,
After 6 hours of wet mixing and drying with an attritor, 1.0t
Press molding at onf / cm2, and vacuum up to 1300 ° C in 0.1 Torr or less, 1300 ° C or more in 1To.
Sintering was performed at 1400 to 1600 ° C. in a nitrogen atmosphere of rr or less. The holding time was set to 1 to 2 hours, and after sintering, quenching was performed with nitrogen gas. Through the above steps, the invention examples 1 to 1
Eight SNMN432 and SEK422 shaped inserts were manufactured.
【0010】[0010]
【表1】 [Table 1]
【0011】次に、比較例9〜13として、本発明外の
切削工具も併せて製造した。これらの比較例の一部の場
合は焼結条件のうち焼結保持完了後、窒素ガスによる急
冷を行わず、800℃まで炉冷した。尚、原料粉末は、
単体の炭化物、窒化物、炭窒化物を取り上げたが、これ
らを2種類以上含む固溶体炭化物、窒化物、炭窒化物を
用いることが可能であることは言うまでもない。また、
本実施例で示した以外の硬質炭化物、窒化物、炭窒化物
などを適当量加えることも可能である。Next, as Comparative Examples 9 to 13, cutting tools other than the present invention were also manufactured. In some cases of these comparative examples, after completion of the sintering and holding among the sintering conditions, the furnace was cooled to 800 ° C. without quenching with nitrogen gas. The raw material powder is
Although carbides, nitrides, and carbonitrides of simple substances have been taken up, it goes without saying that solid solution carbides, nitrides, and carbonitrides containing two or more kinds of these can be used. Also,
It is also possible to add an appropriate amount of hard carbides, nitrides, carbonitrides, etc. other than those shown in this embodiment.
【0012】これら本発明例1〜8、比較例9〜13に
つき、表面から0.05mm及び1.0mm研削の後、
研磨し、SEMによる組織観察を実施した。また、表面
から蛍光X線分析による元素濃度の分析を行った。更
に、これらを用いて、切削諸元1として、被削材:SC
M440(硬さHB220)の丸棒、切削速度:350
m/min、切り込み:1.5mm、送り:0.3mm
/revの条件での連続切削試験(寿命評価は逃げ面摩
耗0.3mmをもって行った。)、切削諸元2として、
被削材:SKD11、切削速度:150m/min、切
り込み:2mm、1刃当りの送り0.15mmの条件に
てフライス切削試験(寿命評価は欠損までの寿命をもっ
て行った。)を実施した。これらの結果を表2に示す。With respect to the present invention examples 1 to 8 and comparative examples 9 to 13, after grinding 0.05 mm and 1.0 mm from the surface,
After polishing, the structure was observed by SEM. Further, the element concentration was analyzed from the surface by fluorescent X-ray analysis. Further, by using these, as a cutting specification 1, a work material: SC
Round bar of M440 (hardness HB220), cutting speed: 350
m / min, depth of cut: 1.5 mm, feed: 0.3 mm
Continuous cutting test under the condition of / rev (life evaluation was performed with flank wear of 0.3 mm), and as cutting specifications 2,
A milling cutting test (life evaluation was carried out with a life up to fracture) was carried out under the conditions of a work material: SKD11, a cutting speed: 150 m / min, a depth of cut: 2 mm, and a feed per blade of 0.15 mm. The results are shown in Table 2.
【0013】[0013]
【表2】 [Table 2]
【0014】また、図1には実施例5の表面から内部に
かけての元素濃度分布を示す。表2より、本発明工具1
〜8は、鋼の高速切削でも、フライス切削においても比
較例9〜13に比べ一段と優れた切削寿命を示すことは
明らかである。Further, FIG. 1 shows the element concentration distribution from the surface to the inside of Example 5. From Table 2, the tool 1 of the present invention
It is clear that the samples Nos. 8 to 8 show much better cutting life than the comparative examples 9 to 13 in both high speed cutting and milling of steel.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上より、本発明を適用したサーメット
工具は、切削加工の省力化及び低コスト化に寄与するな
ど工業上有意義であることは明白である。From the above, it is clear that the cermet tool to which the present invention is applied is industrially significant in that it contributes to labor saving of cutting and cost reduction.
【図1】図1は、本発明例5の表面から内部にかけての
元素濃度分布を、表面から1mmの値を基準(0)と
し、その増減を示す。FIG. 1 shows the element concentration distribution from the surface to the inside of Example 5 of the present invention, with the value of 1 mm from the surface as a reference (0), and shows the increase and decrease thereof.
Claims (2)
須成分とし、周期律表の4a、5a、6a族遷移金属元
素の1種または2種以上を含み、これら金属元素の炭窒
化物を主体とする硬質相が面積率で80%以上で、残部
がCo、Ni及び不可避不純物を主成分とする結合相か
らなるサーメット工具において、Ti濃度及びW濃度が
内部から表層部に向かって増加することを特徴とするサ
ーメット工具。1. A metal nitride containing Ti as a main component, W as an essential component, and one or more of transition metal elements of groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table, and carbonitrides of these metal elements. In a cermet tool having a hard phase mainly composed of 80% or more in area ratio and the remainder being a binder phase mainly composed of Co, Ni and unavoidable impurities, Ti concentration and W concentration increase from the inside toward the surface layer part. A cermet tool that is characterized by
該サーメットの表面から0.1mmの部分のTi濃度及
びW濃度が、表面から1mmの部分のTi濃度、W濃度
のそれぞれ1.015、1.05倍以上であることを特
徴とするサーメット工具。2. The cermet tool according to claim 1, wherein
A cermet tool characterized in that the Ti concentration and the W concentration in a portion 0.1 mm from the surface of the cermet are 1.015 and 1.05 times or more the Ti concentration and the W concentration in a portion 1 mm from the surface, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001388936A JP2003191108A (en) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | Cermet tool |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=27597291
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Country | Link |
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JP (1) | JP2003191108A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014184521A (en) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-coated cemented carbide cutting tool |
-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001388936A patent/JP2003191108A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014184521A (en) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-coated cemented carbide cutting tool |
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