JP2009006413A - Ti based cermet - Google Patents

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Hideyoshi Kinoshita
秀吉 木下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Ti based cermet suitable for a cutting tool having high chipping resistance and wear resistance. <P>SOLUTION: This Ti based cermet 1 contains at least one kind of Co and Ni, one or more kinds of carbide, nitride and carbon nitride of one or more kinds of group 4, 5 and 6 metals in the periodic table made mainly of Ti, and Re. In the Ti based cermet 1, a hard phase 2 composed mainly of one or more kinds of the carbide, nitride and carbon nitride, and composed of a black first hard phase 2a and a light gray second hard phase 2b in a photograph of arbitrary cross section by a scanning electron microscope (SEM), and a binder phase 3 composed mainly of at least one kind of Co and Ni are observed. In the Ti based cermet 1, a surface region 5 having 0.5 to 5 μm in thickness and ≥80 area% of an area ratio S<SB>1s</SB>of the first hard phase 2a exists on the surface. A thermal expansion coefficient of the Ti based cermet 1 can be reduced and heat resistance can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はTi基サーメットに関し、特に切刃における耐熱衝撃性を高めた切削工具に好適なTi基サーメットに関する。   The present invention relates to a Ti-based cermet, and more particularly to a Ti-based cermet suitable for a cutting tool having improved thermal shock resistance at a cutting edge.

現在、切削工具や耐摩部材、摺動部材といった耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材としてWCを主成分とする超硬合金やTiを主成分とするTi基サーメット等の焼結合金が広く使われている。これら焼結合金については、その性能改善のために新規組成開発が続けられている。   Currently, as a member that requires wear resistance, slidability, and fracture resistance, such as cutting tools, wear-resistant members, sliding members, cemented carbides mainly composed of WC, Ti-based cermets mainly composed of Ti, etc. Sintered alloys are widely used. For these sintered alloys, new compositions are being developed to improve their performance.

中でも、Ti基サーメットは、超硬合金に比べて熱伝導度が低くかつ熱膨張係数が1.3倍大きいという性質上、熱衝撃に対する抵抗が低いという問題があり、熱衝撃の厳しくなる条件下での切削では突発的な欠損が発生する等の不具合があった。   Above all, Ti-based cermet has the problem of low resistance to thermal shock due to its low thermal conductivity and 1.3 times larger thermal expansion coefficient than cemented carbide. There was a problem such as sudden breakage in cutting at.

そこで、例えば、特許文献1では、Ti基サーメットの表面におけるTi、Wおよび結合相の濃度分布を変化させることにより、熱衝撃の厳しい切削条件でも信頼性の高い切削が可能となることが開示されている。   Thus, for example, Patent Document 1 discloses that by changing the concentration distribution of Ti, W and the binder phase on the surface of the Ti-based cermet, it is possible to perform highly reliable cutting even under severe thermal shock cutting conditions. ing.

一方、Ti基サーメットの組成についても種々検討されており、例えば、特許文献2では、原料粉末として表面にレニウム(Re)金属を被覆した炭窒化チタン粉末を用いて超硬質合金(サーメット)を作製したことが開示され、サーメットをより高温で焼成しても焼結体組織の粒成長が抑制され、その機械的特性(硬度、強度、靭性など)が向上することが開示されている。
特開平6−228702号公報 特開平10−45414号公報
On the other hand, various studies have been made on the composition of Ti-based cermets. For example, in Patent Document 2, a superhard alloy (cermet) is produced using titanium carbonitride powder whose surface is coated with rhenium (Re) metal as a raw material powder. It is disclosed that even if the cermet is fired at a higher temperature, grain growth of the sintered body structure is suppressed and its mechanical properties (hardness, strength, toughness, etc.) are improved.
JP-A-6-228702 Japanese Patent Laid-Open No. 10-45414

しかしながら、上記特許文献1のようにTi基サーメットの表面におけるTi、Wおよび結合相の濃度分布を変化させて熱衝撃性能を改善する方法では、改善に限界があって更なる特性向上が求められていた。   However, the method of improving the thermal shock performance by changing the concentration distribution of Ti, W and the binder phase on the surface of the Ti-based cermet as in the above-mentioned Patent Document 1 has a limit in improvement, and further improvement in characteristics is required. It was.

また、特許文献2のようにサーメット中に単純にRe金属を添加して、サーメット組織の微粒化を図る方法では、硬度や強度等の材料自体の機械的特性は向上するものの、サーメットの熱的特性は改善されず、熱衝撃に弱いという弱点は残ったままであった。   In addition, in the method of simply adding Re metal into the cermet to make the cermet structure finer as in Patent Document 2, although the mechanical properties of the material itself such as hardness and strength are improved, the thermal properties of the cermet The properties were not improved and the weakness of being vulnerable to thermal shock remained.

そこで、本発明の切削工具は上記問題を解決するためのものであり、その目的は、耐熱衝撃性の悪いTi基サーメットの耐熱衝撃性を高めることにある。   Therefore, the cutting tool of the present invention is for solving the above-mentioned problems, and its purpose is to increase the thermal shock resistance of a Ti-based cermet having poor thermal shock resistance.

本発明のTi基サーメットは、CoおよびNiの少なくとも1種と、Tiを主とした周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の1種以上と、Reとを含有し、主として前記炭化物、窒化物および炭窒化物の1種以上とにて構成され、任意断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真において黒色の第1硬質相および灰白色の第2硬質相からなる硬質相と、主としてCoおよびNiの少なくとも1種の結合相とが観察され、表面に、厚みが0.5〜5μmで前記硬質相中に占める前記第1硬質相の面積比率S1sが80面積%以上の表面領域が存在するものである。 The Ti-based cermet of the present invention is at least one of Co and Ni, and one or more of carbides, nitrides and carbonitrides of Periodic Tables 4, 5, and 6 metals mainly composed of Ti In addition, it contains Re and is mainly composed of one or more of the carbides, nitrides, and carbonitrides. In a scanning electron microscope (SEM) photograph of an arbitrary cross section, the black first hard phase and grayish white A hard phase composed of the second hard phase and at least one binder phase of mainly Co and Ni are observed, and the surface area of the first hard phase occupies in the hard phase with a thickness of 0.5 to 5 μm. A surface region having a ratio S 1s of 80 area% or more exists.

ここで、上記構成において、前記Reの含有量が1〜10質量%であることが望ましく、前記結合相中に前記Reが5〜50質量%の割合で固溶していることが望ましい。   Here, in the above configuration, the Re content is desirably 1 to 10% by mass, and it is desirable that the Re is dissolved in the binder phase at a ratio of 5 to 50% by mass.

また、40〜500℃における平均線熱膨張係数が9.0×10−6/℃以下であることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the average linear thermal expansion coefficient in 40-500 degreeC is 9.0x10 < -6 > / degrees C or less.

本発明のTi基サーメットによれば、Reを含有するとともに、サーメット表面の厚みが1〜5μmの領域に硬質相中に占める黒色の第1硬質相の面積比率が80面積%以上の表面領域が存在することによって、Ti基サーメットの熱膨張係数を小さくできるとともにサーメットの表面に圧縮応力を発生させることができる結果、Ti基サーメットの熱衝撃特性を飛躍的に改善することができる。   According to the Ti-based cermet of the present invention, a surface region containing Re and having an area ratio of the black first hard phase in the hard phase in the region of the cermet surface having a thickness of 1 to 5 μm is 80 area% or more. By being present, the thermal expansion coefficient of the Ti-based cermet can be reduced and a compressive stress can be generated on the surface of the cermet. As a result, the thermal shock characteristics of the Ti-based cermet can be dramatically improved.

ここで、前記Reの含有量が1〜10質量%であることが、熱膨張係数を小さくしつつ耐摩耗性を向上できる点で望ましく、特に、前記Reは前記結合相中に5〜50質量%の割合で固溶していることが熱膨張係数を小さくできる点で望ましい。   Here, the content of Re is preferably 1 to 10% by mass from the viewpoint of improving wear resistance while reducing the thermal expansion coefficient, and in particular, Re is 5 to 50% by mass in the binder phase. % Is desirable in that the coefficient of thermal expansion can be reduced.

なお、Ti基サーメットの40〜500℃における平均線熱膨張係数を9.0×10−6/℃以下に制御することが、Ti基サーメットの耐熱衝撃性を高めるために望ましい。 In order to increase the thermal shock resistance of the Ti-based cermet, it is desirable to control the average linear thermal expansion coefficient at 40 to 500 ° C. of the Ti-based cermet to 9.0 × 10 −6 / ° C. or less.

本発明のTi基サーメットの一例について、図1のサーメット1の表面領域を含む断面要部についての走査型電子顕微鏡(SEM)写真を基に説明する。   An example of the Ti-based cermet of the present invention will be described on the basis of a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross-sectional main part including the surface region of the cermet 1 of FIG.

図1のTi基サーメット(以下、単にサーメットと略す。)1は、CoおよびNiの少なくとも1種と、Tiを主とした周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の1種以上と、Reとを含有している。   A Ti-based cermet (hereinafter simply abbreviated as cermet) 1 in FIG. 1 is at least one of Co and Ni, and one or more carbides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table mainly containing Ti. , One or more of nitride and carbonitride, and Re.

そして、図1に示すように、サーメット1は黒色の第1硬質相2aおよび灰白色の第2硬質相2bからなる硬質相2と、主としてCoおよびNiの少なくとも1種の結合相3とからなり、サーメット1の表面に、厚みが0.5〜5μmで第1硬質相2aの面積比率S1sが80面積%以上の表面領域5が存在することが大きな特徴であり、これによって、サーメット1の熱膨張係数が小さくなるとともにサーメット1の表面において衝撃に対する抵抗力が増す結果、サーメット1の耐熱衝撃性が高くなる。 And as shown in FIG. 1, the cermet 1 consists of the hard phase 2 which consists of the black 1st hard phase 2a and the gray-white 2nd hard phase 2b, and the at least 1 sort (s) of binding phase 3 of Co and Ni mainly, A major feature of the surface of the cermet 1 is that the surface region 5 having a thickness of 0.5 to 5 μm and an area ratio S 1s of the first hard phase 2a of 80% by area or more is present. As the expansion coefficient decreases and the resistance to impact on the surface of the cermet 1 increases, the thermal shock resistance of the cermet 1 increases.

すなわち、サーメット1中にReを含有しないと、サーメット1中の熱膨張係数を小さくすることができず、例えば、サーメット1を切削工具等に用いた場合にはサーメット1の切刃部が切削熱によって高温になるとサーメット1の熱伝導率が悪いので切刃部とそれ以外の部分との温度差が大きくなる。その結果、切刃部のみが著しく熱膨張するために切刃近傍で応力集中が大きくなって、サーメット1の熱衝撃性能が悪化する。また、サーメット1の表面に上記表面領域が存在しない場合には、サーメット1の表面における耐衝撃性を高めることができずサーメット1の熱衝撃性が不十分となる。逆に、表面領域5の厚みが5μmを超える場合には、サーメット1の表面における応力集中の影響によって耐熱衝撃性が低下する。表面領域5の望ましい厚みは0.8〜3μmである。また、表面領域5における第1硬質相2aの面積比率Aは85〜97面積%であることがサーメット1の表面における最適な応力付与の点で望ましい。 That is, if Re is not contained in the cermet 1, the thermal expansion coefficient in the cermet 1 cannot be reduced. For example, when the cermet 1 is used as a cutting tool or the like, the cutting edge portion of the cermet 1 has a cutting heat. When the temperature becomes high, the thermal conductivity of the cermet 1 is poor, and the temperature difference between the cutting edge portion and the other portions becomes large. As a result, since only the cutting edge portion is significantly expanded, stress concentration is increased in the vicinity of the cutting edge, and the thermal shock performance of the cermet 1 is deteriorated. Moreover, when the said surface area | region does not exist in the surface of the cermet 1, the impact resistance in the surface of the cermet 1 cannot be improved, but the thermal shock property of the cermet 1 becomes inadequate. On the other hand, when the thickness of the surface region 5 exceeds 5 μm, the thermal shock resistance decreases due to the stress concentration on the surface of the cermet 1. A desirable thickness of the surface region 5 is 0.8 to 3 μm. The area ratio A s of the first hard phase 2a in the surface region 5 is desirable in that an optimal stress applying it is 85 to 97 area percent of the surface of the cermet 1.

また、図1に示すサーメット1の断面組織を走査型電子顕微鏡(SEM)写真において、第1硬質相2aは黒色の粒子として観察され、第2硬質相2b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2a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2aの外周に灰白色の第2硬質相2bが周辺部として存在した有芯構造をなしていてもよい。他方、結合相3は白い領域として観察される。   Further, in the scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross-sectional structure of the cermet 1 shown in FIG. 1, the first hard phase 2a is observed as black particles, and the second hard phase 2b is grayish white particles or a white core. Are observed as particles having a cored structure in which a grayish white peripheral portion exists in the periphery. 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 2a is black particles made of TiCN, but may contain Co or Ni. Moreover, you may have the cored structure in which the gray-white 2nd hard phase 2b existed in the outer periphery of the 1st hard phase 2a. On the other hand, the binder phase 3 is observed as a white region.

ここで、前記Reの含有量が1〜10質量%であることが熱膨張係数を小さくしつつ耐摩耗性を高める点で望ましい。Reの含有量の特に望ましい範囲は3〜7質量%である。また、前記Reは結合相3中に5〜50質量%の割合で固溶していることが熱膨張係数を小さくできる点で望ましい。結合相3中に固溶するReの固溶量望ましい範囲は20〜40質量%である。   Here, the content of Re is preferably 1 to 10% by mass in terms of increasing the wear resistance while reducing the thermal expansion coefficient. A particularly desirable range of the Re content is 3 to 7% by mass. The Re is preferably dissolved in the binder phase 3 at a rate of 5 to 50% by mass in terms of reducing the thermal expansion coefficient. A desirable range of the amount of Re dissolved in the binder phase 3 is 20 to 40% by mass.

また、図1に示すサーメット1の表面付近の断面における走査型電子顕微鏡(SEM)写真のように、第1硬質相2aの平均粒径d1sが0.05〜1.0μmであること、特に0.2〜0.8μmであることが望ましい。また、表面領域5における結合相3の含有比率が、内部における結合相3の含有比率に対する比率(c/c)で1.5〜3.0であることが、サーメット1の表面における耐熱衝撃性を高めるとともにサーメット1の表面に適度な応力を存在させて耐熱衝撃性を高めることができる点で望ましい。これによって、サーメット1の表面における内部応力を高めて衝撃に対する抵抗力をさらに高めることができる。 Further, as shown in a scanning electron microscope (SEM) photograph in the cross section near the surface of the cermet 1 shown in FIG. 1, the average particle diameter d 1s of the first hard phase 2a is 0.05 to 1.0 μm, particularly It is desirable that it is 0.2-0.8 micrometer. A ratio of the binder phase 3 in the surface region 5, it is 1.5 to 3.0 in a ratio (c s / c i) for the content ratio of the binder phase 3 in the interior, the heat at the surface of the cermet 1 It is desirable in that the impact resistance can be enhanced and the thermal shock resistance can be enhanced by causing an appropriate stress on the surface of the cermet 1. Thereby, the internal stress on the surface of the cermet 1 can be increased to further increase the resistance to impact.

さらに、サーメット1の内部における断面組織を観察した場合に、第2硬質相2bの平均粒径が第1硬質相2aの平均粒径よりも大きいこと、望ましくは内部における第1硬質相2aの平均粒径をaとし、第2硬質相2bの平均粒径をbとしたとき、aとbとの比率(b/a)が2〜8であることが、第2硬質相2bが熱伝播に有効に寄与してサーメット1の熱伝導率が向上し、サーメット1の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。aとbとの比率(b/a)の望ましい範囲はサーメット1の耐欠損性を維持できる点で3.5〜7である。 Further, when the cross-sectional structure inside the cermet 1 is observed, the average particle size of the second hard phase 2b is larger than the average particle size of the first hard phase 2a, and preferably the average of the first hard phase 2a inside. the particle size as a i, when the average particle diameter of the second hard phase 2b was b i, a ratio between a i and b i (b i / a i ) that is 2 to 8, the second hard The phase 2b is desirable in that the thermal conductivity of the cermet 1 is improved by effectively contributing to heat propagation, and the thermal shock resistance of the cermet 1 is improved. A desirable range of the ratio (b i / a i ) between a i and b i is 3.5 to 7 in that the fracture resistance of the cermet 1 can be maintained.

なお、本発明における硬質相2の粒径の測定は、CIS−019D−2005に規定された超硬合金の平均粒径の測定方法に準じて測定する。この時、硬質相2が有芯構造からなる場合については、芯部と周辺部を含めた周辺部の外縁までを1つの硬質相としてその粒径を測定する。また、本発明におけるサーメット1の内部における断面組織を観察する場合には、サーメット1の表面からの深さが1000μm以上の領域において観察する。   In addition, the measurement of the particle size of the hard phase 2 in this invention is measured according to the measuring method of the average particle size of the cemented carbide prescribed | regulated to CIS-019D-2005. At this time, in the case where the hard phase 2 has a cored structure, the particle diameter is measured by taking the core and the outer edge of the peripheral part including the peripheral part as one hard phase. Moreover, when observing the cross-sectional structure inside the cermet 1 in this invention, it observes in the area | region whose depth from the surface of the cermet 1 is 1000 micrometers or more.

また、サーメット1の内部についての断面組織において、第2硬質相2bの平均面積が第1硬質相2aの平均面積よりも大きいこと、望ましくは内部における硬質相2全体に対する第1硬質相2aが占める平均面積をAとし、第2硬質相2bが占める平均面積をBとしたとき、AとBとの比率(B/A)が1.5〜5であることが、第2硬質相2bが熱伝播により有効に寄与してサーメット1の熱伝導率が向上し、サーメット1の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。 Moreover, in the cross-sectional structure about the inside of the cermet 1, the average area of the second hard phase 2b is larger than the average area of the first hard phase 2a, and preferably the first hard phase 2a occupies the entire hard phase 2 inside. the average area and a i, when the average area of the second hard phase 2b account was B i, the ratio of a i and B i (B i / a i ) is to be 1.5 to 5, the The two hard phases 2b are desirable in that the thermal conductivity of the cermet 1 is improved by effectively contributing to heat propagation, and the thermal shock resistance of the cermet 1 is improved.

さらに、図1のようにサーメット1の表面領域5の直下には、硬質相2全体に対する第1硬質相2aが占める平均面積をAとし、第2硬質相2bが占める平均面積をBとしたとき、AとBとの比率(B/A)が前記AとBとの比率(B/A)よりも大きい中間領域6が存在することが、サーメット1の表面近傍における熱伝導性を高めてサーメット1の耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。比率(B/A)の特に望ましい範囲は3〜10であり、比率(B/A)/比率(B/A)の望ましい範囲は1.2〜2.3である。 Further, immediately below the surface region 5 of the cermet 1 as shown in FIG. 1, the average area of the first hard phase 2a to the whole hard phase 2 is occupied and A m, an average area of the second hard phase 2b occupied and B m When the cermet 1 has an intermediate region 6 in which the ratio of A m to B m (B m / A m ) is larger than the ratio of A i to B i (B i / A i ), It is desirable for improving the thermal shock resistance of the cermet 1 by increasing the thermal conductivity in the vicinity of the surface. A particularly desirable range of the ratio (B m / A m ) is 3 to 10, and a desirable range of the ratio (B m / A m ) / ratio (B i / A i ) is 1.2 to 2.3.

なお、中間領域6においては、中間領域6における第2硬質相2bの平均粒径をbとしたとき、内部における第2硬質相2bの平均粒径bとの比率(b/b)が1.1〜2、特に1.1〜1.5であることが、表面領域5における第2硬質相2bが熱伝播に有効に寄与してサーメット1の熱伝導率が向上し、サーメット1の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。また、中間領域6は30〜300μmの厚さ、さらに望ましくは50〜150μmで存在することが、サーメット1の表面近傍における熱伝導性を高めてサーメット1の耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。さらに、中間領域6における第1硬質相2aの平均粒径をaとしたとき、内部における第1硬質相2aの平均粒径aとの比率(a/a)が1.0〜1.2であることが、表面領域8における耐欠損性が向上する点で望ましい。 In the intermediate region 6, when the average particle size of the second hard phase 2b in the intermediate region 6 is b m , the ratio (b m / b i) with the average particle size b i of the second hard phase 2b inside. ) Is 1.1 to 2, particularly 1.1 to 1.5, the second hard phase 2b in the surface region 5 effectively contributes to heat propagation, and the thermal conductivity of the cermet 1 is improved. No. 1 is desirable in that the thermal shock resistance is improved. The intermediate region 6 is preferably 30 to 300 μm thick, more preferably 50 to 150 μm in order to increase the thermal conductivity near the surface of the cermet 1 and improve the thermal shock resistance of the cermet 1. Further, when the average particle diameter of the first hard phase 2a in the intermediate region 6 was a m, the ratio between the average particle size a i of the first hard phase 2a in the interior (a m / a i) is 1.0 to 1.2 is desirable in terms of improving the fracture resistance in the surface region 8.

また、サーメット1に含有される硬質相2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70〜96質量%であることが望ましく、特に耐摩耗性の向上の点で85〜96質量%であることが望ましい。一方、結合相3の含有比率は4〜30質量%、特に4〜15質量%であることが望ましく、これによって、サーメット1の硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。また、結合相3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の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。なお、サーメット1の焼肌面が平滑な面となるようにサーメット1の良好な焼結性を維持するためには、鉄族金属の総量に対して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 ratio of the nitrides or carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table mainly containing Ti that forms the hard phase 2 contained in the cermet 1 is 70 to 96% by mass. It is desirable that it is 85-96 mass% especially from the point of improvement of abrasion resistance. On the other hand, the content ratio of the binder phase 3 is preferably 4 to 30% by mass, particularly 4 to 15% by mass, and this makes the cermet 1 have an excellent balance of hardness and toughness. Moreover, as the binder phase 3, it is desirable to contain 65% by mass or more of Co with respect to the total amount of the iron group metal in order to improve the thermal shock resistance of the cutting tool. In order to maintain good sinterability of the cermet 1 so that the burned surface of the cermet 1 becomes a smooth surface, Ni is 5 to 50% by mass, particularly 10 to 10% with respect to the total amount of the iron group metal. It is desirable to make it contain in the ratio of 35 mass%.

また、サーメット1の40〜500℃における平均線熱膨張係数が9.0×10−6/℃以下であることが、サーメット1の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。そして、このような組織構成は、サーメット1を製造する際に、原料中にRe成分を添加するとともに下記に示す所定の焼成条件で焼成することにより作製できる。 Moreover, in order to improve the thermal shock resistance of the cermet 1, it is desirable that the average linear thermal expansion coefficient of the cermet 1 at 40 to 500 ° C. is 9.0 × 10 −6 / ° C. or less. And such a structure | tissue structure can be produced by baking on the predetermined baking conditions shown below while adding Re component in a raw material, when manufacturing the cermet 1. FIG.

(製造方法)
次に、上述したサーメットの製造方法の一例について説明する。
(Production method)
Next, an example of the manufacturing method of the cermet mentioned above is demonstrated.

まず、平均粒径0.1〜2μm、望ましくは0.2〜1.2μmのTiCN粉末と、平均粒径5〜50μmの金属Re粉末と、上述した他の金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか1種と、Co粉末やNi粉末とを混合した混合粉末を調整する。   First, TiCN powder having an average particle size of 0.1 to 2 μm, desirably 0.2 to 1.2 μm, metal Re powder having an average particle size of 5 to 50 μm, and other metal carbide powders, nitride powders or A mixed powder obtained by mixing any one of carbonitride powders with Co powder or Ni powder is prepared.

そして、この混合粉末にバインダを添加して、プレス成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形する。   And a binder is added to this mixed powder, and it shape | molds in a predetermined shape by well-known shaping | molding methods, such as press molding, extrusion molding, and injection molding.

次に、本発明によれば、下記の条件にて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。焼成条件としては、例えば、(a)1275℃まで、特に1050〜1275℃の温度範囲を5〜15℃/minの昇温速度で昇温し、次いで(b)1275〜1375℃の温度範囲を0.1〜3℃/minの昇温速度で昇温し、さらに(c)1375℃から1450〜1600℃の焼成温度までの温度範囲を4〜15℃/minの昇温速度で昇温する。このとき、昇温工程(b)(c)においては窒素(N)、アルゴン(Ar)およびヘリウム(He)の1種以上の不活性ガスを30〜2000Pa充填した焼成雰囲気とする。そして、(d)前記昇温工程(c)の最高温度である焼成温度にて所定時間維持した後、(e)上記不活性ガス雰囲気下で冷却する焼成パターンにて焼成する。 Next, according to this invention, the cermet of the predetermined structure | tissue mentioned above can be produced by baking on the following conditions. As firing conditions, for example, (a) up to 1275 ° C., in particular, the temperature range of 1050 to 1275 ° C. is raised at a rate of temperature increase of 5 to 15 ° C./min, and then (b) the temperature range of 1275 to 1375 ° C. The temperature is increased at a temperature increase rate of 0.1 to 3 ° C./min, and (c) the temperature range from 1375 ° C. to the firing temperature of 1450 to 1600 ° C. is increased at a temperature increase rate of 4 to 15 ° C./min. . At this time, in the temperature raising steps (b) and (c), the firing atmosphere is filled with 30 to 2000 Pa of one or more inert gases of nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He). Then, (d) after maintaining for a predetermined time at the firing temperature which is the highest temperature in the temperature raising step (c), (e) firing in a firing pattern that is cooled in the inert gas atmosphere.

そして、所望により、サーメット1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 1. 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0.6μmのTiCN粉末、平均粒径1.1μm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1.5μmのMoC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、平均粒径10μmの金属Re粉末を表1に示す割合で調整した混合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、200MPaでCNMG120408のスローアウェイチップ工具形状にプレス成形し、(a)室温から1275℃まで10℃/分で昇温し、(b)1275℃から1375℃まで0.5℃/分で昇温し、(c)表1に示す焼成温度まで5℃/分で昇温した後、(d)800Paの窒素中、表1に示す焼成温度、焼成保持時間で焼成し、(e)冷却して、試料No.1〜9のサーメット製スローアウェイチップを得た。なお、上記(b)(c)(e)工程における焼成雰囲気を表1に示した。
TiCN powder having an average particle diameter (d 50 value) of 0.6 μm, WC powder having an average particle diameter of 1.1 μm, TiN powder having an average particle diameter of 1.5 μm, TaC powder having an average particle diameter of 2 μm as measured by the microtrack method, NbC powder with an average particle size of 1.5 μm, MoC powder with an average particle size of 1.5 μm, ZrC powder with an average particle size of 1.8 μm, VC powder with an average particle size of 1.0 μm, Ni powder with an average particle size of 2.4 μm, Then, isopropyl alcohol (IPA) was added to the mixed powder prepared by adjusting the ratio of the Co powder having an average particle diameter of 1.9 μm and the metal Re powder having an average particle diameter of 10 μm as shown in Table 1 using a stainless steel ball mill and a carbide ball. After wet mixing, adding 3% by weight of paraffin, mixing, press-molding into a throw-away tip tool shape of CNMG120408 at 200 MPa, (a) 1 from room temperature to 1275 ° C (B) The temperature was raised from 1275 ° C. to 1375 ° C. at 0.5 ° C./minute, (c) after the temperature was raised to the firing temperature shown in Table 1 at 5 ° C./minute, (d ) Baked in 800 Pa of nitrogen at the firing temperature and firing holding time shown in Table 1, and (e) cooled, sample No. 1 to 9 cermet throwaway chips were obtained. The firing atmosphere in the steps (b), (c) and (e) is shown in Table 1.

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、および内部や表面における組織状態を観察し、中間領域や表面領域の存在の有無を確認した。そして、これらの領域における平均粒径を測定し、これらの比率を算出した。結果は表2または表3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 intermediate region and the surface region were confirmed by observing the existence state of the hard phase and the structure of the inside and the surface. And the average particle diameter in these area | regions was measured, and these ratios were computed. The results are shown in Table 2 or Table 3.

また、各試料について結合相中の金属元素の組成を以下の方法にて測定した。まず、上記焼結体(サーメット)を超硬合金製乳鉢に入れて#40メッシュにてメッシュパスした状態で残渣がないように粉砕し、この粉末0.2gを塩酸(1+1)20mlにて50℃、1時間加熱溶出させた後、塩酸(1+1)にて100ml定容とした。この溶出溶液中に含まれる金属元素をICP分析によってそれぞれ算出し、溶出溶液中に含まれる総金属量のうちのReの含有比率を求めた。その結果を表2に示す。   Moreover, the composition of the metal element in the binder phase for each sample was measured by the following method. First, the sintered body (cermet) was put in a cemented carbide mortar and pulverized so that there was no residue in a mesh-passed state with # 40 mesh, and 0.2 g of this powder was added to 50 ml of hydrochloric acid (1 + 1) in 50 ml. After elution with heating at 1 ° C. for 1 hour, the volume was adjusted to 100 ml with hydrochloric acid (1 + 1). The metal elements contained in the elution solution were calculated by ICP analysis, and the Re content ratio in the total amount of metals contained in the elution solution was determined. The results are shown in Table 2.

さらに、図2に示すような40℃から1000℃における熱膨張曲線をとり、100℃から1000℃の100℃毎の各温度で平均線熱膨張係数を算出した。なお、熱膨張係数の測定は、JIS R3102に準拠して行ったが、測定対象物としてJIS R3102に定められた寸法の試験片が作成できない場合は、長さを測定する部分の寸法と定められた寸法との差が小さくなるように直方体、または円柱を測定対象物から切り出し、長さを測定する部分の両端面を研磨により平行にして試験片として用いた。なお、図2は表1〜3の試料No.3、6、8の熱膨張係数の変化を示している。500℃での値(40〜500℃における平均熱膨張係数)を表3に示した。   Further, a thermal expansion curve from 40 ° C. to 1000 ° C. as shown in FIG. 2 was taken, and an average linear thermal expansion coefficient was calculated at each temperature of 100 ° C. to 100 ° C. The thermal expansion coefficient was measured in accordance with JIS R3102. However, when a test piece having the dimensions specified in JIS R3102 cannot be prepared as a measurement object, the measurement is determined as the dimension of the part whose length is to be measured. A rectangular parallelepiped or a cylinder was cut out from the object to be measured so that the difference from the measured dimension was small, and both end faces of the part whose length was to be measured were made parallel by polishing and used as test pieces. 2 is a sample No. of Tables 1-3. The change of the thermal expansion coefficient of 3, 6, and 8 is shown. The values at 500 ° C. (average thermal expansion coefficient at 40 to 500 ° C.) are shown in Table 3.

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(耐摩耗性評価試験、耐欠損性評価試験)を行った。結果は表3に示した。   Next, using the obtained cermet cutting tool, cutting tests (abrasion resistance evaluation test and fracture resistance evaluation test) were performed under the following cutting conditions. The results are shown in Table 3.

(耐摩耗性評価試験)
被削材:SCM435
切削速度:200m/min
送り:0.20mm/rev
切込み:1.0mm
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
(耐欠損性評価試験)
被削材:SCM440H
切削速度:150m/min
送り:0.20mm/rev
切込み:1.5mm
切削状態:乾式
評価方法:欠損するまでの衝撃回数
(Abrasion resistance evaluation test)
Work material: SCM435
Cutting speed: 200 m / min
Feed: 0.20mm / rev
Cutting depth: 1.0mm
Cutting condition: wet (use water-soluble cutting fluid)
Evaluation method: Time until the wear amount reaches 0.2 mm (fracture resistance evaluation test)
Work material: SCM440H
Cutting speed: 150 m / min
Feed: 0.20mm / rev
Cutting depth: 1.5mm
Cutting condition: Dry evaluation method: Number of impacts until breakage

表1〜3より、Reを含有しない試料No.8では、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が悪くて早期に欠損した。また、表面領域がない試料No.10および表面領域の厚みが5μmを超える試料No.9でも耐熱衝撃性の低下により耐欠損性が悪いものであった。   From Tables 1-3, sample No. which does not contain Re. In No. 8, the thermal expansion coefficient increased, the thermal shock resistance was poor, and it was lost early. Sample No. having no surface area is also shown. 10 and the sample No. whose surface region thickness exceeds 5 μm. 9 also had poor fracture resistance due to a decrease in thermal shock resistance.

これに対し、本発明の範囲内の組織となったサーメットである試料No.1〜7では、いずれも優れた耐摩耗性を発揮するとともに耐熱衝撃性も良好であり、その結果、工具寿命も長いものであった。   On the other hand, sample no. In Nos. 1 to 7, all exhibited excellent wear resistance and good thermal shock resistance, resulting in a long tool life.

実施例1で作製した試料No.3の切削工具形状のサーメットをダイヤモンド砥石によって加工し、アークイオンプレーティング法にて被覆層の成膜を行った。具体的には、上記基体をアークイオンプレーティング装置にセットし500℃に加熱した後にTi0.4Al0.5Nb0.1Nの被覆層を成膜した。なお、成膜条件は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを総圧力2.5Paの雰囲気中、アーク電流100A、バイアス電圧50V、加熱温度500℃とした。なお、被覆層の層厚は1.0μmとした。 Sample No. 1 prepared in Example 1 was used. A cermet having a shape of 3 cutting tool was processed with a diamond grindstone, and a coating layer was formed by an arc ion plating method. Specifically, the substrate was set in an arc ion plating apparatus and heated to 500 ° C., and then a coating layer of Ti 0.4 Al 0.5 Nb 0.1 N was formed. The film forming conditions were a mixed gas of nitrogen gas and argon gas in an atmosphere having a total pressure of 2.5 Pa, an arc current of 100 A, a bias voltage of 50 V, and a heating temperature of 500 ° C. In addition, the layer thickness of the coating layer was 1.0 μm.

得られた切削工具を用いて実施例1と同様の切削条件にて切削試験を行った。その結果、切削開始後摩耗量が0.2mmに達するまでの時間は70分、衝撃回数49000回と良好な切削性能を示した。   A cutting test was performed under the same cutting conditions as in Example 1 using the obtained cutting tool. As a result, the time until the wear amount reached 0.2 mm after the start of cutting was 70 minutes, and the number of impacts was 49000 times, indicating good cutting performance.

本発明のサーメットの一例を示し、表面を含む要部についての断面組織写真である。It is an example of the cermet of this invention, and is a cross-sectional structure | tissue photograph about the principal part containing the surface. 本発明のサーメットについて、Re含有量に対する平均線熱膨張係数の変化を示すグラフである(実施例1の試料No.3、6、8)。It is a graph which shows the change of the average linear thermal expansion coefficient with respect to Re content about the cermet of this invention (sample No. 3, 6, 8 of Example 1).

符号の説明Explanation of symbols

1 サーメット
2 硬質相
2a 第1硬質相
2b 第2硬質相
3 結合相
5 表面領域
6 中間領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cermet 2 Hard phase 2a 1st hard phase 2b 2nd hard phase 3 Bonding phase 5 Surface area 6 Middle area

Claims (4)

CoおよびNiの少なくとも1種と、Tiを主とした周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の1種以上と、Reとを含有し、主として前記炭化物、窒化物および炭窒化物の1種以上とにて構成され、任意断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真において黒色の第1硬質相および灰白色の第2硬質相からなる硬質相と、主としてCoおよびNiの少なくとも1種の結合相とが観察され、表面に、厚みが0.5〜5μmで前記硬質相中に占める前記第1硬質相の面積比率S1sが80面積%以上の表面領域が存在することを特徴とするTi基サーメット。 Contains at least one of Co and Ni, one or more of carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table mainly containing Ti, and Re. , Mainly composed of one or more of the carbides, nitrides and carbonitrides, and composed of a black first hard phase and an off-white second hard phase in a scanning electron microscope (SEM) photograph of an arbitrary cross section And at least one binder phase of Co and Ni is observed, and the area ratio S 1s of the first hard phase in the hard phase having a thickness of 0.5 to 5 μm is 80 area% or more on the surface. Ti-based cermet characterized by the presence of a surface region of 前記Reの含有量が1〜10質量%であることを特徴とする請求項1に記載のTi基サーメット。 The Ti-based cermet according to claim 1, wherein the Re content is 1 to 10% by mass. 前記結合相中に前記Reが5〜50質量%の割合で固溶していることを特徴とする請求項1または2記載のTi基サーメット。 The Ti-based cermet according to claim 1 or 2, wherein the Re is solid-solved in the binder phase at a ratio of 5 to 50 mass%. 40〜500℃における平均線熱膨張係数が9.0×10−6/℃以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のTi基サーメット。 4. The Ti-based cermet according to claim 1, wherein an average linear thermal expansion coefficient at 40 to 500 ° C. is 9.0 × 10 −6 / ° C. or less.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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