JP2011080153A - 超硬合金および切削工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コバルトおよび/またはニッケル5〜7質量%と、所定の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種0〜10質量%とを含有し、残部が炭化タングステンで構成され、炭化タングステン粒子を主体とし、前記炭化物等から選ばれる少なくとも1種のβ粒子を含有する硬質相を、前記コバルト等を主体とする結合相で結合し、前記硬質相の平均粒径が0.6〜1.0μm、飽和磁化が9〜12μTm3/kg、抗磁力が15〜25kA/mであり、かつ酸素含有量が0.045質量%以下である超硬合金1であり、それを用いた切削工具10である。
【選択図】図3
Description
本発明の他の課題は、抗折強度に優れた超硬合金、および長寿命な切削工具を提供することである。
本発明のさらに他の課題は、靭性を低下させずに高硬度化させて耐摩耗性および耐欠損性に優れた超硬合金、および長寿命な切削工具を提供することである。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態にかかる超硬合金について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態にかかる超硬合金を切断して切断面を研磨した研磨面における走査型電子顕微鏡による拡大画像(10000倍)であり、超硬合金内部における組織状態を示している。図2は、本実施形態にかかる超硬合金の表面における走査型電子顕微鏡による拡大画像(200倍)である。
なお、超硬合金1の内部における結合相3の含有量は、超硬合金1の断面についての組織観察、具体的には超硬合金1の断面において、表面から中心に向かって300μm以上深い内部の30μm×30μmの任意領域について、X線マイクロアナライザー(EPMA)により面分析を行い、その領域におけるCoとNiの総含有量の平均値として測定することができる。
硬質被覆膜7の膜厚は1〜10μmであるのが好ましい。これにより、硬質被覆膜7の耐欠損性が向上し、かつ硬質被覆膜7表面における放熱性も向上する。
第2の実施形態にかかる超硬合金は、上記した実施形態と同様に、Coおよび/またはNi5〜10質量%と、周期律表第4、5および6族金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物(ただし、WCを除く)、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種0〜10質量%とを含有し、残部がWCで構成される。そして、WC粒子を主体とし、前記炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種のβ粒子を含有する硬質相を、前記Coおよび/またはNiを主体とする結合相で結合したものである。
なお、前記超硬合金の内部とは、超硬合金の表面から300μm以上の深さの領域を意味する。
また、この方法によっても第1の実施形態の結合相凝集部を形成することができる。
なお、上記した以外の構成は、上記で説明した第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
第3の実施形態にかかる超硬合金は、Coおよび/またはNi5〜7質量%と、周期律表第4、5および6族金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物(ただし、WCを除く)、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種0〜10質量%とを含有し、残部がWCで構成される。そして、上記した実施形態と同様に、WC粒子を主体とし、前記炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種のβ粒子を含有する硬質相を、前記Coおよび/またはNiを主体とする結合相で結合したものである。
そして、焼成が終了した時点で50〜400℃/分の冷却速度で1000℃以下の温度まで冷却して、本実施形態にかかる超硬合金が得られる。
また、この方法によっても第1の実施形態の結合相凝集部を形成することができる。
なお、上記した以外の構成は、上記で説明した第1,第2の実施形態と同様であるので説明は省略する。
次に、本発明にかかる切削工具ついて説明する。上記で説明した各実施形態にかかる超硬合金は、高硬度、高強度および耐変形性等に優れるとともに、信頼性の高い機械的特性を有することから、例えば金型、耐摩耗部材、高温構造材料等に適応可能であり、特に、すくい面と逃げ面との交差稜部に形成される切刃が各実施形態にかかる超硬合金からなり、該切刃を被切削物に当てて切削加工する切削工具として好適に使用可能である。具体的には、上記第1から第3の実施形態にかかる超硬合金を切削工具として用いた場合には、加工時に切削工具の切刃の温度が過剰に高くなることがないので、加工される被削材の加工面が白濁する等の不具合が発生することなく、滑らかで光沢のある仕上げ面を形成する。
なお、各実施形態にかかる超硬合金を切削工具以外の他の用途に用いた場合であっても、優れた機械的信頼性を有する。
<超硬合金の作製>
炭化タングステン(WC)粉末、金属コバルト(Co)粉末、炭化バナジウム(VC)粉末および炭化クロム(Cr3C2)粉末を表1に示す比率で添加し、振動ミルにて18時間粉砕混合して乾燥した後、プレス成形によりスローアウェイエンドミル用チップ(切削工具)形状に成形した。この成形体を焼成温度に対して500℃以上低い温度から10℃/分の速度で昇温し、表1に示す焼成条件で焼成して、超硬合金を作製した(表1中の試料No.I−1〜14)。なお、表1中の冷却速度は、焼成後800℃以下に冷却するまでの冷却速度を示した。また、表1中の「Ar」はアルゴンガス、「N2」は窒素ガスを意味する。
(耐摩耗性評価試験(肩加工))
被削材 :ステンレス鋼(SUS)304
切削速度:V=150(m/分)
送り速度:0.12m/分
切込み :d(切込み深さ)=3mm、w(切込み幅)=10mm
その他 :乾式切削
評価方法:20分切削したときの切刃の摩耗幅を測定した。
被削材 :SUS304
切削速度:V=150(m/分)
送り速度:0.1m/分
切込み :d(切込み深さ)=4mm、w(切込み幅)=5mm
その他 :乾式切削
評価方法:切刃が欠損して、加工不能になるまでの切削時間を測定した。
上記実施例Iの超硬合金を用い、この超硬合金の表面を洗浄して、イオンプレーティング法によって表3に示す硬質被覆膜を表3に示す厚みで成膜した(表3中の試料No.II−1〜14)。
(耐摩耗性評価試験(肩加工))
被削材 :SUS304
切削速度:V=200(m/分)
送り速度:0.12m/分
切込み :d(切込み深さ)=3mm、w(切込み幅)=10mm
その他 :乾式切削
評価方法:20分切削したときの切刃の摩耗幅を測定した。
被削材 :SUS304
切削速度:V=200(m/分)
送り速度:0.1m/分
切込み :d(切込み深さ)=4mm、w(切込み幅)=5mm
その他 :乾式切削
評価方法:切刃が欠損して、加工不能になるまでの切削時間を測定した。
<超硬合金の作製>
WC粉末、Co粉末および他の炭化物粉末を表4示す平均粒径および組成比で調合し、これに酸素含有量10ppmの脱酸素水中に添加してスラリー状とした後、このスラリーをアトライタミルにて表4に示す平均粒径まで粉砕混合を行った。この時、平均粒径はレーザー回折散乱法(マイクロトラック)にて測定し、粒度分布における頻度50%の時の値(D50値)を混合粉末の粒度とした。
<切削条件>
被削材:Ti6Al4V合金
切削速度:100m/分
送り:0.5mm/rev
切込み深さ:2mm
その他:湿式切削
評価方法:加工面粗度(最大高さRz)が0.8μmを超えるか、あるいはチッピング・欠損が発生した段階で評価を中止し、それまでに加工できた被削材の数を比較した。なお、評価については、同じ製法にて作製された切削工具試料各10個ずつについて評価し、その平均値を算出して表7に記載した。
試験片サイズ:8mm×4mm×24mm
面取り:0.2mm×45°
試験方法:3点曲げ(支点間距離20±0.5)
試験加重:800N以下の荷重速度で荷重を加え、破断した時を最大荷重とする。なお、評価については、同じ製法にて作製された試験片各10個ずつについて評価し、その平均値を算出して表7に記載した。
<超硬合金の作製>
表8に示す平均粒径および組成比の炭化タングステン(WC)粉末、コバルト(Co)粉末および他の炭化物粉末に、有機バインダとしてパラフィンワックスを1.6質量%とメタノールを溶媒として添加・混合し、さらに混合粉末の粒径がマイクロトラック法による測定で表8に示すD50値になるまで粉砕して造粒した。ついで、造粒した混合原料を金型プレス成形し、表8に示す温度まで昇温速度6℃/分で昇温し、表8に示す温度および焼成雰囲気にて1時間保持して焼結させた後、300℃/分で室温まで冷却して超硬合金を作製した(表8中の試料No.IV−1〜13)。
<切削条件>
(耐摩耗性試験)
被削材:Ti6Al4V合金丸棒
切削速度:150m/分
送り:0.3mm/rev
切込み深さ:1.5mm
その他:湿式切削
評価方法:20分間切削した時のノーズ先端の摩耗量を測定した。途中で欠損したものはその場で試験を中断した。
被削材:Ti6Al4V合金4本溝入り丸棒
切削速度:120m/分
送り:0.3mm
切込み深さ:2.0mm
その他:湿式切削
評価方法:切刃が欠損した時の切刃にかかった衝撃回数を測定した。
表8〜10に示される試料No.IV−1と試料No.IV−7の超硬合金の表面に、それぞれアークイオンプレーティング法にて(Ti,Al)N膜を膜厚1.5μmで成膜し、試料No.V−1と試料No.V−2を作製した。作製した試料について、下記に示す条件で切削性能を評価した。結果は表11に示した。
(耐摩耗性試験)
被削材:Inconel718丸棒
切削速度:180m/分
送り:0.3mm/rev
切込み深さ:1.0mm
その他:湿式切削
評価方法:20分間切削した時のノーズ先端の摩耗量を測定した。途中で欠損したものはその場で試験を中断した。
被削材:Inconel718 4本溝入り丸棒
切削速度:150m/分
送り:0.3mm
切込み深さ:2.0mm
その他:湿式切削
評価方法:切刃が欠損した時の切刃にかかった衝撃回数を測定した。
2 硬質相
3 結合相
4 結合相凝集部
5 正常部
Claims (3)
- コバルトおよび/またはニッケル5〜7質量%と、
周期律表第4、5および6族金属からなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物(ただし、炭化タングステンを除く)、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種0〜10質量%とを含有し、
残部が炭化タングステンで構成され、
炭化タングステン粒子を主体とし、前記炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも1種のβ粒子を含有する硬質相を、前記コバルトおよび/またはニッケルを主体とする結合相で結合した超硬合金であって、
前記硬質相の平均粒径が0.6〜1.0μm、飽和磁化が9〜12μTm3/kg、抗磁力が15〜25kA/mであり、かつ酸素含有量が0.045質量%以下である超硬合金。 - 前記周期律表第4、5および6族金属からなる群より選ばれる少なくとも1種として、クロムを前記結合相の含有量に対して炭化物(Cr3C2)換算量で2〜10質量%の割合で含有する請求項1記載の超硬合金。
- すくい面と逃げ面との交差稜部に形成された切刃を被切削物に当てて切削加工する切削工具であり、前記切刃が請求項1記載の超硬合金からなる切削工具。
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