JP2014029001A - Cermet, method for manufacturing the cermet, and cutting tool - Google Patents

Cermet, method for manufacturing the cermet, and cutting tool Download PDF

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Kazuomi Matsuda
一臣 松田
Kazuhiro Hirose
和弘 広瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cermet excellent in terms of the balance of abrasion resistance and defect resistance and a method for manufacturing the same.SOLUTION: The cermet comprises: a hard phase layer including at least one type of compound selected from the group consisting of carbides, carbonitrides, composite carbides, and composite carbonitrides of metals selected from the group consisting of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table; a binder layer including an iron group metal as a main component; and inevitable impurities. Within the surface region of the cermet over a depth of 10 μm from the surface toward interior thereof, furthermore, a soft surface layer having a hardness distribution of a continuously waxing hardness profile along the depth direction and having a surface hardness lesser than the internal hardness of the internal region by 2-10% is formed. The soft surface layer, furthermore, comprises a core portion consisting of a Ti compound and peripheral tissues surrounding the former. The peripheral tissues consist of a composite carbonitride solid-solution including at least Ti and W.

Description

本発明は、サーメット、サーメットの製造方法、及び切削工具に関する。特に、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れるサーメットに関する。   The present invention relates to a cermet, a cermet manufacturing method, and a cutting tool. In particular, the present invention relates to a cermet having an excellent balance between wear resistance and fracture resistance.

従来、切削工具の基材として、炭化チタン(TiC)や炭窒化チタン(TiCN)を主たる硬質相とし、これをコバルト(Co)、ニッケル(Ni)といった鉄族元素で結合したサーメットが利用されている(例えば、特許文献1〜6、非特許文献1参照)。サーメットを基材とする切削工具は、炭化タングステン(WC)を主たる硬質相とする超硬合金を基材とする切削工具に比較して、1)耐摩耗性に優れる、2)鋼加工における仕上げ面が高品位である、3)高速切削が可能である、4)軽量である、5)原料が豊富で安価である、といった利点がある。   Conventionally, cermets that use titanium carbide (TiC) or titanium carbonitride (TiCN) as the main hard phase as the base material for cutting tools and are bonded with iron group elements such as cobalt (Co) or nickel (Ni) have been used. (For example, refer to Patent Documents 1 to 6 and Non-Patent Document 1). Cutting tools based on cermet are 1) superior in wear resistance compared to cutting tools based on cemented carbide with tungsten carbide (WC) as the main hard phase. 2) Finishing in steel processing. There are advantages such as high quality surface, 3) high-speed cutting, 4) light weight, and 5) abundant and inexpensive raw materials.

切削工具の基材に利用されるサーメットにおいては、製造コストを低減する観点から、焼結して得られたサーメットの表面を研磨などせずに、サーメットの焼き肌面の状態(焼結後の表面状態)のまま用いる無研磨品(M級品)が知られている。また、例えば無研磨(M級)の切削チップにおいては、一般的に刃先にホーニングなどの刃先処理が施され、刃先処理量は一般的に、すくい面で80μm前後、逃げ面で50μm前後である。   In the cermet used for the base material of the cutting tool, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost, the surface of the cermet obtained by sintering is not polished and the surface state of the cermet (after sintering) An unpolished product (M-class product) that is used as it is (surface state) is known. For example, in an unpolished (M-class) cutting tip, the cutting edge is generally subjected to a cutting edge treatment such as honing, and the cutting edge processing amount is generally about 80 μm on the rake face and about 50 μm on the flank face. .

特許文献1、2には、サーメット表面から最大深さ300μmまで内部に向かって連続的に高くなる硬さ分布を有し、しかも内部硬さに対して表面硬さが5〜20%低い軟化表層を有するサーメットが記載されている。これら特許文献1、2には、窒素雰囲気中で焼結することで、表層にある硬質相成分が窒化され、硬質相粒子同士がブリッジを作り難くなると共に、表層に内部の結合相が引き出されることにより、軟化表層が形成されることが記載されている。   In Patent Documents 1 and 2, a softened surface layer having a hardness distribution that continuously increases from the cermet surface to the maximum depth of 300 μm toward the inside, and the surface hardness is 5 to 20% lower than the internal hardness. Cermets having the following are described: In these Patent Documents 1 and 2, by sintering in a nitrogen atmosphere, the hard phase component in the surface layer is nitrided, it becomes difficult for the hard phase particles to form a bridge, and the internal binder phase is drawn out to the surface layer. Thus, it is described that a softened surface layer is formed.

特許文献3、4には、サーメットの表面と内部の組織が均一、即ち、サーメット表面から内部にかけて硬さが略一定となるようなサーメットが記載されている。特許文献3には、冷却工程において、雰囲気中のCOガス分圧を制御することにより、表面への結合相の浸み出しを抑制すると共に、結合相を均一に分散させることが記載されている。一方、特許文献4には、冷却工程において、焼結温度から1200℃までを50℃/分以上の冷却速度で冷却することが記載されている。   Patent Documents 3 and 4 describe cermets in which the surface and the internal structure of the cermet are uniform, that is, the hardness is substantially constant from the cermet surface to the inside. Patent Document 3 describes that in the cooling step, the CO gas partial pressure in the atmosphere is controlled to suppress the seepage of the binder phase to the surface and to uniformly disperse the binder phase. . On the other hand, Patent Document 4 describes cooling in the cooling step from the sintering temperature to 1200 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./min or more.

特許文献5、6には、サーメット表面に高硬度な層を有するサーメットが記載されている。具体的には、特許文献5には、サーメット表面から最大深さ1mmまで内部に向かって連続的に低くなる硬さ分布を有し、しかも内部硬さに対して表面硬さが5〜30%高い硬化表層を有するサーメットが記載されている。また、この特許文献5には、COなどの浸炭ガス雰囲気中で液相が出現する温度以下に加熱し、引き続いて真空焼結することで、硬化表層が形成されることが記載されている。一方、特許文献6には、昇温工程において、液相出現温度以上、焼結最高温度到達前に炉内に70Torr以上の圧力の窒素ガスを導入し、焼結最高温度到達後に真空に戻すことにより、サーメット表面から50μmまでの表層部にビッカース硬度2000以上の部分が形成されることが記載されている。   Patent Documents 5 and 6 describe cermets having a high hardness layer on the cermet surface. Specifically, Patent Document 5 has a hardness distribution that continuously decreases from the cermet surface to the maximum depth of 1 mm toward the inside, and the surface hardness is 5 to 30% of the internal hardness. Cermets with a high cured surface are described. Patent Document 5 describes that a hardened surface layer is formed by heating to a temperature lower than the temperature at which a liquid phase appears in a carburizing gas atmosphere such as CO, and subsequently vacuum sintering. On the other hand, in Patent Document 6, in the temperature raising step, nitrogen gas having a pressure of 70 Torr or more is introduced into the furnace before reaching the maximum sintering temperature and reaching the vacuum after reaching the maximum sintering temperature. Describes that a portion having a Vickers hardness of 2000 or more is formed in the surface layer portion from the cermet surface to 50 μm.

非特許文献1には、真空などの脱窒素雰囲気中で焼結することで、サーメット表面に周辺組織を有しない炭窒化物粒子の硬質相と結合相のみで構成される層が形成され、内部硬さに対して表面硬さが2〜13%低く、厚さが2.0μm〜7.5μmの軟化表層を有するサーメットが得られることが記載されている。   In Non-Patent Document 1, a layer composed only of a hard phase and a binder phase of carbonitride particles having no surrounding structure is formed on the cermet surface by sintering in a denitrification atmosphere such as a vacuum, It is described that a cermet having a softened surface layer having a surface hardness of 2 to 13% lower than the hardness and a thickness of 2.0 to 7.5 μm can be obtained.

特開昭54−117510号公報JP 54-117510 A 特開昭54−150411号公報JP 54-150411 A 特開昭54−101704号公報JP 54-101704 A 特開昭63−57732号公報JP 63-57732 A 特開昭54−139815号公報JP-A-54-139815 特開平2−93036号公報JP-A-2-93036

鈴木壽編著、「超硬合金と焼結硬質材料」、丸善株式会社、1986年2月、p.352,353Edited by Satoshi Suzuki, “Cemented carbides and sintered hard materials”, Maruzen Co., Ltd., February 1986, p.352,353

サーメットにおいて、硬さ(耐摩耗性)と靱性(耐欠損性)とは相反する性質であることが知られている。最近では、切削工具の切削性能や工具寿命の向上が強く望まれており、切削工具の基材に利用されるサーメットにおいて、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れることが求められている。しかしながら、従来のサーメットでは、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスの点で改善の余地がある。   In cermets, it is known that hardness (wear resistance) and toughness (breakage resistance) are contradictory properties. Recently, improvement in cutting performance and tool life of cutting tools has been strongly demanded, and a cermet used as a base material for cutting tools is required to have an excellent balance between wear resistance and fracture resistance. However, conventional cermets have room for improvement in terms of a balance between wear resistance and fracture resistance.

本発明者らが鋭意研究した結果、特許文献3、4に記載されるような表面と内部の硬さが均一なサーメットを切削工具の基材に用いた場合、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスの点で不十分であることが分かった。また、特許文献5、6に記載されるような表面硬さが内部硬さに比較して高いサーメットでは、耐摩耗性には優れるが、表面部の靱性が低いため、耐欠損性の点で劣ることが分かった。   As a result of intensive studies by the present inventors, when a cermet having a uniform surface and internal hardness as described in Patent Documents 3 and 4 is used as a base material of a cutting tool, the wear resistance and fracture resistance are improved. It turned out to be insufficient in terms of balance. Moreover, in the cermet whose surface hardness is high as compared with the internal hardness as described in Patent Documents 5 and 6, the wear resistance is excellent, but since the toughness of the surface portion is low, in terms of fracture resistance I found it inferior.

一方、特許文献1、2では、靱性を付与する目的で軟化表層を有するサーメットを提案しているが、これら文献1、2では、軟化表層の厚さは、実施例では少なくとも40μm(例えば、特許文献1の第2表を参照)、比較例でも20μmである。そして、特許文献1、2に記載されるような軟化表層を有するサーメットを切削工具に用いた場合、耐欠損性に優れるものの、硬度が低い軟化表層の厚さが厚いため、耐摩耗性が不足することが分かった。   On the other hand, Patent Documents 1 and 2 propose a cermet having a softened surface layer for the purpose of imparting toughness. However, in these Documents 1 and 2, the thickness of the softened surface layer is at least 40 μm (for example, patent (See Table 2 of Document 1) and the comparative example is also 20 μm. And when a cermet having a softened surface layer as described in Patent Documents 1 and 2 is used for a cutting tool, although it has excellent fracture resistance, the thickness of the softened surface layer with low hardness is large, so that the wear resistance is insufficient. I found out that

また、非特許文献1では、軟化表層の厚さが最小で3μmであるものの、周辺組織を有しない炭窒化物粒子の硬質相と結合相のみで軟化表層が構成されている。そのため、サーメット表面付近での熱伝導率が低いために、サーメットの欠点の一つである耐熱衝撃性の不足により、非特許文献1に記載されるような軟化表層を有するサーメットを切削工具に用いた場合、耐欠損性に劣ることが分かった。特に、切削油を用いた切削環境下では、この傾向が顕著である。   Further, in Non-Patent Document 1, although the thickness of the softened surface layer is 3 μm at the minimum, the softened surface layer is constituted only by the hard phase and the binder phase of carbonitride particles having no surrounding structure. Therefore, since the thermal conductivity in the vicinity of the cermet surface is low, a cermet having a softened surface layer as described in Non-Patent Document 1 is used for a cutting tool due to insufficient thermal shock resistance, which is one of the disadvantages of cermet. It was found to be inferior in fracture resistance. In particular, this tendency is remarkable in a cutting environment using cutting oil.

よって、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れる切削工具用サーメットの開発が待ち望まれている。   Therefore, the development of a cermet for a cutting tool that has an excellent balance between wear resistance and fracture resistance is awaited.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れるサーメット、及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、このサーメットからなる基材を具える切削工具を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, and one of the objectives is to provide the cermet which is excellent in the balance of abrasion resistance and fracture resistance, and its manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a cutting tool comprising a substrate made of this cermet.

<サーメット>
本発明のサーメットは、周期表第4,5,6族から選択される金属の炭化物、炭窒化物、複合炭化物、及び複合炭窒化物のうちの少なくとも1種の化合物を含む硬質相と、鉄族金属を主成分とする結合相と、不可避的不純物とからなる。そして、サーメット表面から内部に向かって深さ10μmまでの表面領域に、深さ方向に連続的に硬度が高くなる硬さ分布を有し、かつ、内部領域における内部硬さに対して表面硬さが2〜10%低い軟化表層が形成されている。また、軟化表層が、Tiの化合物からなる芯部とこれを取り囲む周辺組織を有する硬質相粒子を含み、この周辺組織が、少なくともTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体からなる。
<Cermet>
The cermet of the present invention includes a hard phase containing at least one compound selected from the group consisting of carbides, carbonitrides, composite carbides, and composite carbonitrides of metals selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table; It consists of a binder phase mainly composed of a group metal and unavoidable impurities. And, in the surface region from the cermet surface to the depth up to 10 μm, it has a hardness distribution in which the hardness increases continuously in the depth direction, and the surface hardness with respect to the internal hardness in the inner region A softened surface layer of 2 to 10% lower. The softening surface layer includes hard phase particles having a core portion made of a Ti compound and a surrounding structure surrounding the core, and the surrounding structure is made of a composite carbonitride solid solution containing at least Ti and W.

本発明のサーメットによれば、上記した特定の軟化表層が形成されていることで、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れる。よって、切削工具に用いた場合に切削性能や工具寿命の向上が期待できる。ここで、軟化表層とは、表面から内部に向かって深さ方向に連続的に硬度が高くなる硬さ分布を有する部分のことであり、本発明では、この軟化表層が、表面から内部に向かって深さ10μmまでの表面領域に存在し、内部硬さに対して表面硬さが2〜10%低い。つまり、本発明のサーメットは、軟化表層の厚さが10μm以下で、かつ、内部硬さに対する表面硬さの低下割合(軟化率)が2〜10%である。また、本発明において、内部領域とは、軟化表層から内部に向かって深さ方向に略一定の硬さ分布を有する部分のことであり、5μmの区間に亘って硬さの変化が1%以内であれば、硬さが略一定とする。軟化表層の厚さは少なくとも5μm以上あることが好ましい。   According to the cermet of the present invention, the above-described specific softened surface layer is formed, so that the balance between wear resistance and fracture resistance is excellent. Therefore, when used for a cutting tool, an improvement in cutting performance and tool life can be expected. Here, the softened surface layer is a portion having a hardness distribution in which the hardness continuously increases in the depth direction from the surface toward the inside. In the present invention, the softened surface layer is directed from the surface toward the inside. Existing in the surface area up to a depth of 10 μm, and the surface hardness is 2 to 10% lower than the internal hardness. That is, in the cermet of the present invention, the thickness of the softened surface layer is 10 μm or less, and the decreasing rate (softening rate) of the surface hardness with respect to the internal hardness is 2 to 10%. Further, in the present invention, the internal region is a portion having a substantially constant hardness distribution in the depth direction from the softened surface layer toward the inside, and the change in hardness is within 1% over a section of 5 μm. If so, the hardness is substantially constant. The thickness of the softened surface layer is preferably at least 5 μm.

上述したように、切削工具において刃先処理が施されるが、従来技術のように軟化表層が20μm以上の場合は、刃先処理を施した後も、刃先表面に軟化表層が残存したり、軟化表層が除去される部分があってもその範囲が極狭い範囲に限定されるため、結果的に耐摩耗性の向上に限界がある。これに対し、本発明のように軟化表層が10μm以下の場合は、刃先処理を施すことで、刃先表面の軟化表層が除去されることにより、耐摩耗性が大幅に向上する。   As described above, the cutting edge processing is performed in the cutting tool, but when the softening surface layer is 20 μm or more as in the prior art, the softening surface layer remains on the surface of the cutting edge even after the cutting edge processing is performed. Even if there is a part from which the metal is removed, the range is limited to an extremely narrow range, and as a result, there is a limit in improving the wear resistance. On the other hand, when the softened surface layer is 10 μm or less as in the present invention, the wear resistance is greatly improved by removing the softened surface layer on the surface of the blade edge by performing the blade edge treatment.

また、軟化表層がTi化合物の周囲にTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体からなる周辺組織を有する、いわゆる有芯構造の硬質相粒子を含むことで、サーメット表面付近の熱伝導率が高くなり、耐熱衝撃性を改善できることから、耐欠損性が向上する。   In addition, the softening surface layer contains so-called cored hard phase particles that have a surrounding structure composed of a composite carbonitride solid solution containing Ti and W around the Ti compound, so that the thermal conductivity near the cermet surface is increased. Since the thermal shock resistance can be improved, the fracture resistance is improved.

硬質相を構成する化合物としては、具体的には、TiCやTiCNなどのTi化合物や、TiとTiを除く周期表第4,5,6族から選択される少なくとも1種の金属とを含むTi化合物、例えば、Ti及びWを含む複合炭化物(TiWC)や複合炭窒化物(TiWCN)などが挙げられる。その他、Tiを除く周期表第4,5,6族から選択される金属の化合物としては、例えば、TaC、NbC、WC、Mo2C、ZrC、Cr3C2、VCなどが挙げられる。本発明では、Ti化合物が硬質相の主成分(質量割合で、硬質相全体の50%以上であり、硬質相中においてTi化合物が最も多い)であり、硬質相がサーメット全体に対して75質量%以上95質量%以下であることが望ましい。 Specific examples of the compound constituting the hard phase include Ti compounds such as TiC and TiCN, and Ti containing at least one metal selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table excluding Ti and Ti. Examples of the compound include composite carbide (TiWC) and composite carbonitride (TiWCN) containing Ti and W. Other examples of the metal compound selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table excluding Ti include TaC, NbC, WC, Mo 2 C, ZrC, Cr 3 C 2 , and VC. In the present invention, the Ti compound is the main component of the hard phase (mass ratio is 50% or more of the entire hard phase, and the Ti compound is the most in the hard phase), and the hard phase is 75% by mass with respect to the entire cermet. % Or more and 95% by mass or less is desirable.

また、周辺組織は、実質的に少なくともTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体からなる。更に、周期表第4,5,6族(但し、Ti及びWを除く)から選択される少なくとも1種の金属元素を含有してもよい。周辺組織の具体的な組成としては、例えば、(Ti,W)(C,N)、(Ti,W,Nb)(C,N)、(Ti,W,V)(C,N)、(Ti,W,Zr)(C,N)、(Ti,W,Mo)(C,N)、(Ti,W,Nb,V)(C,N)、(Ti,W,Nb,Zr)(C,N)、(Ti,W,Nb,Mo)(C,N)、(Ti,W,V,Zr)(C,N)、(Ti,W,V,Mo)(C,N)、(Ti,W,Zr,Mo)(C,N)、(Ti,W,Nb,V,Zr)(C,N)、(Ti,W,Nb,V,Mo)(C,N)、(Ti,W,Nb,V,Zr,Mo)(C,N)などが挙げられる。   The peripheral structure is substantially composed of a composite carbonitride solid solution containing at least Ti and W. Furthermore, you may contain the at least 1 sort (s) of metal element selected from periodic table group 4,5,6 (however, except Ti and W). As a specific composition of the surrounding tissue, for example, (Ti, W) (C, N), (Ti, W, Nb) (C, N), (Ti, W, V) (C, N), ( (Ti, W, Zr) (C, N), (Ti, W, Mo) (C, N), (Ti, W, Nb, V) (C, N), (Ti, W, Nb, Zr) ( C, N), (Ti, W, Nb, Mo) (C, N), (Ti, W, V, Zr) (C, N), (Ti, W, V, Mo) (C, N), (Ti, W, Zr, Mo) (C, N), (Ti, W, Nb, V, Zr) (C, N), (Ti, W, Nb, V, Mo) (C, N), ( Ti, W, Nb, V, Zr, Mo) (C, N).

一方、結合相を構成する鉄族金属としては、例えばCo、Niなどが挙げられる。本発明では、鉄族金属が結合相の主成分(質量割合で、結合相全体の65%以上であり、結合相中において鉄族金属が最も多い)であることが望ましい。   On the other hand, examples of the iron group metal constituting the binder phase include Co and Ni. In the present invention, it is desirable that the iron group metal is the main component of the binder phase (by mass ratio, 65% or more of the whole binder phase, and the iron group metal is the most in the binder phase).

本発明のサーメットの一形態としては、硬質相中の含有窒素量が、4質量%以上7質量%以下であることが挙げられる。   As one form of the cermet of this invention, it is mentioned that the nitrogen content in a hard phase is 4 mass% or more and 7 mass% or less.

この構成によれば、硬質相中の含有窒素量が4質量%以上であることで、極表面の軟化の程度が大きくなり、耐欠損性を改善することができる。また、硬質相中の含有窒素量が7質量%以下であることで、軟化率が高くなり過ぎることによる耐摩耗性の低下を抑制することができる。硬質相中の含有窒素量は、例えば、原料における硬質相成分に含まれる窒素量によってほぼ決定される。硬質相として、周期表第4,5,6族から選択される金属の炭窒化物や複合炭窒化物の他、上記した金属の窒化物、及び複合窒化物のうち少なくとも1種の化合物を追加し、この化合物を硬質相に含んでもよい。このような化合物としては、例えば、TiNやTaN、ZrNなどが挙げられる。   According to this configuration, when the amount of nitrogen contained in the hard phase is 4% by mass or more, the degree of softening of the pole surface is increased, and the fracture resistance can be improved. Moreover, when the nitrogen content in the hard phase is 7% by mass or less, it is possible to suppress a decrease in wear resistance due to an excessively high softening rate. The amount of nitrogen contained in the hard phase is substantially determined by, for example, the amount of nitrogen contained in the hard phase component in the raw material. As a hard phase, in addition to metal carbonitrides and composite carbonitrides selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table, at least one compound of the above metal nitrides and composite nitrides is added. However, this compound may be contained in the hard phase. Examples of such compounds include TiN, TaN, and ZrN.

本発明のサーメットの一形態としては、内部領域におけるビッカース硬さHvが、15.0GPa以上18.0GPa未満であることが挙げられる。   One form of the cermet of the present invention is that the Vickers hardness Hv in the inner region is 15.0 GPa or more and less than 18.0 GPa.

この構成によれば、内部硬さが上記範囲を満たすことで、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れるサーメットを実現し易い。   According to this configuration, when the internal hardness satisfies the above range, it is easy to realize a cermet having an excellent balance between wear resistance and fracture resistance.

<サーメットの製造方法>
サーメットは一般的に、原料粉末の準備→混合・成形→焼結という工程を経て製造される。
<Method for producing cermet>
The cermet is generally manufactured through a process of preparation of raw material powder → mixing / molding → sintering.

本発明のサーメットの製造方法は、原料粉末として、周期表第4,5,6族から選択される金属の炭化物、炭窒化物、複合炭化物、及び複合炭窒化物のうちの少なくとも1種の化合物の粉末と、鉄族金属の粉末とを用い、これを混合・成形した後、焼結する製造方法であって、次の工程を具える。
(1)原料粉末として、Tiの化合物及びWの化合物の粉末と、上記鉄族金属の粉末とを用意する準備工程。
(2)上記原料粉末を混合して混合物を得る混合工程。
(3)上記混合物を成形した成形体を得る成形工程。
(4)上記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程。
そして、焼結工程は、昇温工程と冷却工程とを含む。
(4a)昇温工程では、上記成形体を液相が出現する液相出現温度まで昇温し、次いで、100Pa以上1000Pa以下の窒素雰囲気にて液相出現温度から焼結が完了する焼結完了温度まで昇温する。
(4b)冷却工程では、1kPa以上50kPa以下のCOガス雰囲気にて10℃/min以上30℃/min以下の冷却速度で冷却する。
The method for producing a cermet according to the present invention includes, as a raw material powder, at least one compound selected from a metal carbide, carbonitride, composite carbide, and composite carbonitride selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table. And the iron group metal powder are mixed, formed, sintered, and then sintered. The method includes the following steps.
(1) A preparatory step of preparing a Ti compound powder and a W compound powder and the iron group metal powder as the raw material powder.
(2) A mixing step in which the raw material powder is mixed to obtain a mixture.
(3) A molding step for obtaining a molded body obtained by molding the mixture.
(4) A sintering step in which the molded body is sintered to obtain a sintered body.
The sintering process includes a temperature raising process and a cooling process.
(4a) In the temperature raising step, the molded body is heated to the liquid phase appearance temperature at which the liquid phase appears, and then the sintering is completed in which the sintering is completed from the liquid phase appearance temperature in a nitrogen atmosphere of 100 Pa to 1000 Pa. Raise to temperature.
(4b) In the cooling step, cooling is performed at a cooling rate of 10 ° C./min to 30 ° C./min in a CO gas atmosphere of 1 kPa to 50 kPa.

本発明のサーメットの製造方法によれば、上記した本発明のサーメットを製造することができる。本発明のサーメットの製造方法では、焼結工程での昇温条件及び冷却条件を上記した特定の条件とする。具体的には、昇温工程において、液相出現温度から焼結完了温度まで所定の圧力の窒素雰囲気中で昇温する。この窒素雰囲気の圧力が低過ぎる、又は雰囲気が真空や不活性ガス(Arなど)であると、昇温工程において、脱窒現象が生じる。これにより、後工程の冷却工程において、COガス雰囲気によって表面付近に存在する硬質相の炭化現象が生じ難くなるため、極表面の軟化現象が起きない、即ち、軟化表層が形成されない虞がある。一方、昇温工程での窒素雰囲気の圧力が高過ぎると、後工程の冷却工程において、過度の脱窒が生じ、表面への結合相の浸み出しとそれに伴う極表面の硬化現象が起きる虞がある。   According to the cermet manufacturing method of the present invention, the above-described cermet of the present invention can be manufactured. In the cermet manufacturing method of the present invention, the temperature raising condition and the cooling condition in the sintering step are set as the specific conditions described above. Specifically, in the temperature raising step, the temperature is raised from a liquid phase appearance temperature to a sintering completion temperature in a nitrogen atmosphere at a predetermined pressure. If the pressure of the nitrogen atmosphere is too low, or the atmosphere is a vacuum or an inert gas (such as Ar), a denitrification phenomenon occurs in the temperature raising step. As a result, in the subsequent cooling step, the carbonization phenomenon of the hard phase existing in the vicinity of the surface is less likely to occur due to the CO gas atmosphere, so there is a possibility that the extreme surface softening phenomenon does not occur, that is, the softened surface layer is not formed. On the other hand, if the pressure of the nitrogen atmosphere in the temperature raising step is too high, excessive denitrification may occur in the subsequent cooling step, which may cause the leaching of the binder phase to the surface and the accompanying hardening of the extreme surface. There is.

また、上記した昇温条件、即ち、所定の圧力の窒素雰囲気中で液相出現温度より高い焼結温度で焼結することで、液相中にTi化合物の一部とW化合物の一部が溶解し、その後、Ti化合物の周囲に、Ti及びWを含む複合炭窒化物固溶体が周辺組織として析出することにより、周辺組織を有する有芯構造の硬質相粒子が形成される。W化合物としては、Wの炭化物、窒化物、炭窒化物などが挙げられる。その他、周期表第4,5,6族(但し、Ti及びWを除く)から選択される少なくとも1種の金属の化合物(例、炭化物、窒化物、炭窒化物)の粉末、例えば、TaC、NbC、Mo2C、ZrC、Cr3C2、VCなどの粉末を原料粉末に追加してもよい。 In addition, by sintering at a temperature higher than the liquid phase appearance temperature in a nitrogen atmosphere at a predetermined pressure as described above, a part of the Ti compound and a part of the W compound are contained in the liquid phase. After dissolution, the composite carbonitride solid solution containing Ti and W is precipitated as a surrounding structure around the Ti compound, thereby forming cored hard phase particles having a surrounding structure. Examples of the W compound include W carbide, nitride, carbonitride and the like. In addition, powders of at least one metal compound (eg, carbide, nitride, carbonitride) selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table (excluding Ti and W), such as TaC, Powders such as NbC, Mo 2 C, ZrC, Cr 3 C 2 and VC may be added to the raw material powder.

昇温工程における液相出現温度は、例えば1200℃以上1300℃以下であり、焼結完了温度は、1400℃以上1600℃以下とすることが好ましい。焼結温度が高過ぎると、硬質相を構成する化合物粒子が成長して、サーメット中に粗大な粒子が増加するため、耐摩耗性や耐欠損性が低下する虞がある。一方、焼結温度が低過ぎると、硬質相と結合相との濡れが不足し、サーメット中に微細な空孔が発生するため、耐摩耗性や耐欠損性が低下する虞がある。さらに、昇温工程において、焼結完了温度まで昇温した後、100Pa以上1000Pa以下の窒素雰囲気中で焼結完了温度に一定時間保持する保持工程を有することが好ましい。このときの焼結保持時間は、例えば30分以上1.5時間以下とすることが挙げられる。   The liquid phase appearance temperature in the temperature raising step is, for example, 1200 ° C. or more and 1300 ° C. or less, and the sintering completion temperature is preferably 1400 ° C. or more and 1600 ° C. or less. If the sintering temperature is too high, the compound particles constituting the hard phase grow and coarse particles increase in the cermet, which may reduce the wear resistance and fracture resistance. On the other hand, if the sintering temperature is too low, wetting between the hard phase and the binder phase is insufficient, and fine pores are generated in the cermet, which may reduce wear resistance and fracture resistance. Furthermore, in the temperature raising step, it is preferable to have a holding step of holding the sintering completion temperature for a certain period of time in a nitrogen atmosphere of 100 Pa or more and 1000 Pa or less after the temperature is raised to the sintering completion temperature. The sintering holding time at this time is, for example, 30 minutes or more and 1.5 hours or less.

液相出現温度までの昇温は、雰囲気が窒素であっても、真空や不活性ガス(例、Ar)であってもよい。また、液相出現温度までの昇温速度は、例えば、1℃/min以上10℃/min以下とすることが挙げられる。液相出現温度から焼結完了温度までの昇温速度は、1℃/min以上5℃/min以下とすることが好ましく、このような低昇温速度で昇温することにより、サーメットの緻密化を図ることができる。   The temperature rise to the liquid phase appearance temperature may be nitrogen, vacuum or an inert gas (eg, Ar). Further, the rate of temperature rise to the liquid phase appearance temperature is, for example, 1 ° C./min or more and 10 ° C./min or less. The rate of temperature rise from the liquid phase appearance temperature to the sintering completion temperature is preferably 1 ° C / min to 5 ° C / min. By increasing the temperature at such a low rate, densification of the cermet Can be achieved.

上記した昇温工程に加えて、冷却工程において、所定の圧力のCOガス雰囲気中で所定の冷却速度で冷却する。このCOガス雰囲気の圧力が低過ぎると、表面付近に存在する硬質相の炭化現象が生じ難くなるため、極表面において硬質相を構成する粒子同士のネッキングが生じず、極表面の軟化現象が起きない、即ち、軟化表層が形成されない虞がある。一方、冷却工程でのCOガス雰囲気の圧力が高過ぎると、表面付近に遊離炭素が出現し、耐摩耗性や耐欠損性が低下する他、遊離炭素粒子が破壊起源の欠陥となり抗折力強度が低下する虞がある。ここで、硬質相に上記した窒化物又は複合窒化物を含む場合、このような化合物はCOガス雰囲気中の炭素を取り込み易く、極表面の軟化の程度を大きくすることが可能である。   In addition to the temperature raising step described above, in the cooling step, cooling is performed at a predetermined cooling rate in a CO gas atmosphere at a predetermined pressure. If the pressure in this CO gas atmosphere is too low, the carbonization of the hard phase existing near the surface is difficult to occur, so the necking of the particles constituting the hard phase does not occur on the extreme surface, and the extreme surface softening phenomenon occurs. There is a possibility that no softened surface layer is formed. On the other hand, if the pressure of the CO gas atmosphere in the cooling process is too high, free carbon appears near the surface, wear resistance and fracture resistance decrease, and free carbon particles become defects of origin of fracture and yield strength May decrease. Here, when the above-mentioned nitride or composite nitride is included in the hard phase, such a compound can easily take in carbon in the CO gas atmosphere, and the degree of softening of the extreme surface can be increased.

また、冷却速度が低過ぎると、軟化する領域が極表面だけでなく内部まで軟化する、即ち、軟化表層の厚さが厚くなる虞があり、一方、冷却速度が高過ぎると、極表面の軟化現象が生じず、表面と内部の硬さが均一になり、軟化表層が形成されない虞がある。冷却工程において、焼結完了温度から少なくとも1000℃まで10℃/min以上30℃/min以下の冷却速度で冷却することが好ましい   In addition, if the cooling rate is too low, the softened region may be softened not only to the pole surface but also to the inside, that is, the thickness of the softened surface layer may be increased, while if the cooling rate is too high, the pole surface may be softened. There is a possibility that the phenomenon does not occur, the hardness of the surface and the inside becomes uniform, and the softened surface layer is not formed. In the cooling step, it is preferable to cool from the sintering completion temperature to at least 1000 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./min to 30 ° C./min.

<切削工具>
本発明の切削工具は、上記した本発明のサーメットからなる基材を具える。
<Cutting tools>
The cutting tool of the present invention includes a base material composed of the cermet of the present invention described above.

上述したように、本発明のサーメットは、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れ、切削工具の基材に好適に利用することができる。そして、本発明のサーメットを基材に用いた本発明の切削工具は、従来の切削工具に比較して、切削性能や工具寿命が向上する。切削工具の具体例としては、切削チップ、バイト、エンドミル、ドリルなどが挙げられる。   As described above, the cermet of the present invention has an excellent balance between wear resistance and fracture resistance, and can be suitably used as a base material for cutting tools. And the cutting tool of this invention which used the cermet of this invention for the base material improves cutting performance and tool life compared with the conventional cutting tool. Specific examples of the cutting tool include a cutting tip, a cutting tool, an end mill, and a drill.

上記した本発明の切削工具において、基材の表面に硬質膜が被覆されていてもよい。この硬質膜は、少なくとも刃先及びその近傍(具体的には、切削に作用する領域と切屑が接触する領域)に被覆することが好ましく、基材表面の全面に被覆してもよい。硬質膜は、単層でも多層でもよく、合計厚さは1〜20μmとすることが好ましい。硬質膜は、熱CVD法などの化学的蒸着法(CVD法)や、カソードアークイオンプレーティング法などの物理的蒸着法(PVD法)により形成することが可能である。   In the above-described cutting tool of the present invention, the surface of the base material may be coated with a hard film. This hard film is preferably coated at least on the cutting edge and in the vicinity thereof (specifically, a region where cutting acts and a region where chips are in contact), and may be coated on the entire surface of the substrate. The hard film may be a single layer or multiple layers, and the total thickness is preferably 1 to 20 μm. The hard film can be formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) such as a thermal CVD method or a physical vapor deposition method (PVD method) such as a cathode arc ion plating method.

硬質膜としては、周期表第4,5,6族の金属元素、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)及び硼素(B)から選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素、及び硼素から選ばれる少なくとも1種の元素との化合物からなるものが好ましい。具体的な膜種としては、TiCN,Al2O3,TiAlN,TiN,AlCrNなどが挙げられる。 The hard film includes at least one element selected from the metal elements of Groups 4, 5, and 6 of the periodic table, aluminum (Al), silicon (Si), and boron (B), carbon, nitrogen, oxygen, and boron. What consists of a compound with the at least 1 sort (s) of element chosen from these is preferable. Specific film types include TiCN, Al 2 O 3 , TiAlN, TiN, and AlCrN.

本発明のサーメットは、特定の軟化表層が形成されていることで、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れる。また、本発明のサーメットの製造方法は、上記した本発明のサーメットを製造することができる。さらに、本発明の切削工具は、上記した本発明のサーメットからなる基材を具えることで、耐摩耗性及び耐欠損性のバランスに優れ、切削性能や工具寿命が向上する。   The cermet of the present invention is excellent in the balance between wear resistance and fracture resistance because a specific softened surface layer is formed. Moreover, the manufacturing method of the cermet of this invention can manufacture the above-mentioned cermet of this invention. Furthermore, the cutting tool of the present invention is provided with a base material composed of the cermet of the present invention described above, so that the balance between wear resistance and fracture resistance is excellent, and cutting performance and tool life are improved.

試験例1の各試料のサーメットにおける表面から内部に向かって深さ方向の硬さ分布を示す図である。It is a figure which shows hardness distribution of the depth direction toward the inside from the surface in the cermet of each sample of Test Example 1. FIG.

[試験例1]
本発明のサーメットを製造し、得られたサーメットを分析すると共に、このサーメットを基材に用いた切削工具を作製し、その切削性能を評価した。
[Test Example 1]
The cermet of the present invention was produced, the obtained cermet was analyzed, a cutting tool using the cermet as a base material was produced, and the cutting performance was evaluated.

<サーメット>
原料粉末として、以下に示す硬質相を構成する化合物の粉末と、結合相を構成する鉄族金属の粉末とを用意した。
(化合物)TiCN(但し、TiとCとNとのモル比が1:0.5:0.5)、TiC、TiN、TaC、TaN、NbC、WC、Mo2C、ZrC、ZrN
(鉄族金属)Co、Ni
そして、これら粉末の中から表1に示す組成となるように各粉末を配合して、原料粉末を準備した。この例では、表1に示す2種類の組成の原料粉末を準備した。なお、表1に示す組成Iにおける硬質相成分に含まれる窒素量は6.1質量%、組成IIにおける硬質相成分に含まれる窒素量は6.5質量%である。
<Cermet>
As raw material powders, powders of the compounds constituting the hard phase shown below and iron group metal powders constituting the binder phase were prepared.
(Compound) TiCN (Ti: C: N molar ratio is 1: 0.5: 0.5), TiC, TiN, TaC, TaN, NbC, WC, Mo 2 C, ZrC, ZrN
(Iron group metals) Co, Ni
And each powder was mix | blended so that it might become a composition shown in Table 1 from these powders, and the raw material powder was prepared. In this example, raw material powders having two types of compositions shown in Table 1 were prepared. The amount of nitrogen contained in the hard phase component in composition I shown in Table 1 was 6.1% by mass, and the amount of nitrogen contained in the hard phase component in composition II was 6.5% by mass.

Figure 2014029001
Figure 2014029001

用意した各組成の原料粉末に3〜5質量%のパラフィンを成形助剤として添加した後、各原料粉末をアルコール又はアセトン溶媒とWC基超硬合金製ボールと共にステンレス製容器に装入し、粉砕及び混合(湿式)を行った。粉砕及び混合後、乾燥して得られた各混合物にパラフィンを少量添加した後、金型を用いて98MPaの圧力でプレス成形して、ISO型番CNMG120408(ブレーカ付き)のチップ形状の成形体を作製した。   After 3-5% by mass of paraffin is added to the prepared raw material powder as a molding aid, each raw material powder is charged into a stainless steel container together with an alcohol or acetone solvent and a WC-based cemented carbide ball and pulverized. And mixing (wet) was performed. After adding a small amount of paraffin to each mixture obtained after pulverization, mixing and drying, press molding is performed using a mold at a pressure of 98 MPa to produce a chip-shaped molded product of ISO model number CNMG120408 (with breaker). did.

得られた各成形体をそれぞれ450℃に加熱してパラフィンを除去した後、表2に示す焼結条件で焼結した。具体的には、5Paの真空雰囲気にて1200℃(液相出現温度)まで昇温し、次いで、表2に示す昇温工程の条件(雰囲気、圧力)で1500℃(焼結完了温度)まで昇温した後、表2に示す保持工程の条件(雰囲気、圧力)で60分間保持した。その後、表2に示す冷却工程の条件(雰囲気、圧力、冷却速度)で1000℃まで冷却し、次いで、窒素ガスを導入して300kPaG(ゲージ圧)の窒素雰囲気にて加圧冷却した。この例では、焼結条件A、C〜Fについては、昇温工程で昇温した後、その状態を維持したまま保持したが、焼結条件Bについては、昇温工程で昇温した後、一旦真空引きして5Paの真空雰囲気とした後、窒素ガスを導入して660Paの窒素雰囲気とした状態で保持した。   Each obtained molded body was heated to 450 ° C. to remove paraffin, and then sintered under the sintering conditions shown in Table 2. Specifically, the temperature is raised to 1200 ° C. (liquid phase appearance temperature) in a 5 Pa vacuum atmosphere, and then to 1500 ° C. (sintering completion temperature) under the temperature raising process conditions (atmosphere and pressure) shown in Table 2. After raising the temperature, it was held for 60 minutes under the conditions (atmosphere and pressure) of the holding step shown in Table 2. Then, it cooled to 1000 degreeC on the conditions (atmosphere, pressure, cooling rate) of the cooling process shown in Table 2, Then, nitrogen gas was introduce | transduced and pressure-cooled in 300 kPaG (gauge pressure) nitrogen atmosphere. In this example, for the sintering conditions A, C to F, after the temperature was raised in the temperature raising step, the state was maintained, but for the sintering condition B, the temperature was raised in the temperature raising step, Once the vacuum was evacuated to a 5 Pa vacuum atmosphere, nitrogen gas was introduced to maintain a 660 Pa nitrogen atmosphere.

Figure 2014029001
Figure 2014029001

表1に示す組成I、IIの原料粉末を用い、表2に示す焼結条件A〜Fで焼結して、表3に示す試料1〜8の焼結体(サーメット)を製造した。得られた各試料について、表面(焼き肌面)から内部に向かって深さ方向に硬さ分布を測定した。その結果を図1に示す。この例では、各試料の略中心を通る断面をとり、各試料の中心部付近における表面の任意の点から内部に向かって深さ方向にビッカース硬さ(Hv)を測定した。具体的には、表面から深さ10μmまでの領域では1μmおきに、それ以上の内部領域では5μmおきに測定し、深さ160μmまでの硬さ分布を測定した。また、測定は、試料表面の異なる3点について行い、その平均値とした。   Sintered materials (cermets) of Samples 1 to 8 shown in Table 3 were manufactured using the raw material powders of Compositions I and II shown in Table 1 and sintered under the sintering conditions A to F shown in Table 2. About each obtained sample, hardness distribution was measured in the depth direction toward the inside from the surface (baked skin surface). The result is shown in FIG. In this example, a cross section passing through the approximate center of each sample was taken, and Vickers hardness (Hv) was measured in the depth direction from an arbitrary point on the surface near the center of each sample toward the inside. Specifically, the hardness distribution up to a depth of 160 μm was measured every 1 μm in the region from the surface to a depth of 10 μm and every 5 μm in the inner region beyond that. The measurement was performed at three different points on the sample surface, and the average value was taken.

そして、得られた硬さ分布の結果から、各試料の軟化表層(ただし、試料7では硬化表層)の厚さ(μm)、表面硬さ(GPa)、内部硬さ(GPa)、軟化率(%)をそれぞれ求めた。その結果を表3に併せて示す。軟化表層とは、表面から内部に向かって深さ方向に連続的に硬度が高くなる硬さ分布を有する部分のうち、下記に示す内部硬さ以下の硬度を有する領域のことであり、硬化表層とは、逆に硬度が低くなる硬さ分布を有する部分のことである。即ち、軟化(硬化)表層とは、表面から深さ方向に連続的に硬さが変化する部分を指す。この例では、試料1〜4、6〜8については、軟化(硬化)表層の厚さは、表面から硬さが略一定となる内部領域までの深さ(距離)を求めた。試料5については、軟化表層の厚さは、表面から内部硬さと同じ硬さの点に至るまでの深さ(距離)を求めた。なお、5μmの区間に亘って硬さの変化が1%以内であれば、硬さが略一定であると判断した。また、表面硬さは、深さ0μmの地点の硬さを求めた。内部硬さは、深さ方向に略一定の硬さ分布を有する内部領域の硬さを求めた。軟化率は、表面硬さと内部硬さから次式により算出した。
(式):[(内部硬さ−表面硬さ)/内部硬さ]×100
And from the results of the obtained hardness distribution, the thickness (μm), surface hardness (GPa), internal hardness (GPa), softening rate (softening surface layer of sample 7) %). The results are also shown in Table 3. The softened surface layer is a region having a hardness equal to or lower than the internal hardness shown below in a portion having a hardness distribution in which the hardness continuously increases in the depth direction from the surface toward the inside, and the cured surface layer On the contrary, it is a portion having a hardness distribution where the hardness is lowered. That is, the softened (cured) surface layer refers to a portion whose hardness continuously changes in the depth direction from the surface. In this example, for samples 1 to 4 and 6 to 8, the thickness of the softened (cured) surface layer was determined as the depth (distance) from the surface to the internal region where the hardness is substantially constant. For sample 5, the thickness of the softened surface layer was determined as the depth (distance) from the surface to the point of the same hardness as the internal hardness. Note that if the change in hardness was within 1% over a 5 μm section, it was determined that the hardness was substantially constant. Further, the surface hardness was determined as the hardness at a point having a depth of 0 μm. For the internal hardness, the hardness of an internal region having a substantially constant hardness distribution in the depth direction was obtained. The softening rate was calculated from the surface hardness and internal hardness according to the following formula.
(Formula): [(Internal hardness−Surface hardness) / Internal hardness] × 100

なお、試料6は、表面から内部に向かって深さ方向に硬さが略一定であり、軟化表層が形成されていなかった。試料7は、内部硬さに対して表面硬さが高い硬化表層が形成されていた。   Sample 6 had a substantially constant hardness in the depth direction from the surface toward the inside, and no softened surface layer was formed. In Sample 7, a cured surface layer having a higher surface hardness than the internal hardness was formed.

また、試料1、2及び試料5について、軟化表層の断面組織を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果、試料1、2では、軟化表層において、Ti化合物(TiCNやTiC)からなる芯部と、Ti及びWを含む複合炭窒化物固溶体(例、(Ti,W)(C,N))からなる周辺組織を有する有芯構造の硬質相粒子が結合相中に認められた。一方、試料5では、周辺組織を有しない非有芯構造の硬質相粒子と結合相のみで軟化表層が構成されており、有芯構造の硬質相粒子が認められなかった。   For samples 1, 2 and 5, the cross-sectional structure of the softened surface layer was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, in samples 1 and 2, in the softened surface layer, a core portion made of a Ti compound (TiCN or TiC) and a composite carbonitride solid solution containing Ti and W (eg, (Ti, W) (C, N)) Core-phase hard phase particles having a surrounding structure consisting of: were observed in the binder phase. On the other hand, in Sample 5, the softened surface layer was composed only of the non-core structure hard phase particles having no surrounding structure and the binder phase, and no core structure hard phase particles were observed.

Figure 2014029001
Figure 2014029001

次に、同様にして製造した試料1〜8のサーメットを基材に用いた切削工具を作製した。具体的には、各試料を平面研磨処理した後、ブラシ加工によりすくい面/逃げ面の比率が1.5〜2.0のRホーニングを各試料に形成する刃先処理を施して、切削チップを作製した。そして、得られた各切削チップについて、表4に示す切削試験(いずれも旋削加工)を行い、切削性能(耐摩耗性及び耐欠損性)を評価した。その結果を表5に示す。   Next, the cutting tool which used the cermet of the samples 1-8 manufactured similarly was used for the base material. Specifically, each sample was subjected to a surface polishing treatment, and then a cutting edge was formed by brushing to form an R honing having a rake face / flank ratio of 1.5 to 2.0 on each sample. And about each obtained cutting tip, the cutting test (all are turning) shown in Table 4 was done, and cutting performance (abrasion resistance and fracture resistance) was evaluated. The results are shown in Table 5.

Figure 2014029001
Figure 2014029001

Figure 2014029001
Figure 2014029001

表5の結果から、軟化表層の厚さが10μm以下で、かつ軟化率が2〜10%であり、軟化表層に有芯構造の硬質相粒子を含む試料1、2は、逃げ面摩耗量Vbが0.12(mm)以下で、かつ欠損に至るまでの衝撃回数が2500(回)以上であり、耐摩耗性と耐欠損性のバランスに優れ、長時間に亘って安定した切削が可能である。これに対し、軟化表層の厚さが20μm以上の試料3、4、8は、耐欠損性に優れるものの、耐摩耗性の点で劣る。軟化表層に有芯構造の硬質相粒子が存在しない試料5は、軟化表層の厚さが10μm以下であるが、軟化率が12.5%と高く、耐摩耗性に劣る。また、軟化率が12.5%と高いが、耐欠損性も不十分である。耐摩耗性も不十分である。表面から内部にかけて硬さが一定の試料6と、内部硬さに対して表面硬さが高い試料7は、耐摩耗性に優れるが、耐欠損性の点で劣る。   From the results of Table 5, samples 1 and 2 whose softened surface layer has a thickness of 10 μm or less and a softening rate of 2 to 10% and the softened surface layer includes cored hard phase particles are flank wear amount Vb Is 0.12 (mm) or less, and the number of impacts to breakage is 2500 (times) or more, and it has an excellent balance between wear resistance and fracture resistance, enabling stable cutting over a long period of time. In contrast, Samples 3, 4, and 8 having a softened surface layer thickness of 20 μm or more are inferior in wear resistance, although they are excellent in fracture resistance. Sample 5 in which the core phase hard phase particles do not exist in the softened surface layer has a softened surface layer thickness of 10 μm or less, but has a high softening rate of 12.5% and is inferior in wear resistance. Moreover, although the softening rate is as high as 12.5%, the chipping resistance is insufficient. Wear resistance is also insufficient. The sample 6 having a constant hardness from the surface to the inside and the sample 7 having a higher surface hardness than the internal hardness are excellent in wear resistance but inferior in fracture resistance.

なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、サーメットの組成や製造条件を適宜変更することができる。   The above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention, and is not limited to the above-described configuration. For example, the composition and manufacturing conditions of the cermet can be changed as appropriate.

本発明のサーメットは、切削工具の基材に好適に利用することができる。本発明のサーメットの製造方法は、サーメットの製造に好適に利用することができる。本発明の切削工具は、旋削加工、フライス切削加工、特に、鋼の切削に好適に利用することができる。   The cermet of this invention can be utilized suitably for the base material of a cutting tool. The method for producing cermet of the present invention can be suitably used for producing cermet. The cutting tool of the present invention can be suitably used for turning, milling, particularly steel cutting.

Claims (6)

周期表第4,5,6族から選択される金属の炭化物、炭窒化物、複合炭化物、及び複合炭窒化物のうちの少なくとも1種の化合物を含む硬質相と、鉄族金属を主成分とする結合相と、不可避的不純物とからなるサーメットであって、
サーメット表面から内部に向かって深さ10μmまでの表面領域に、深さ方向に連続的に硬度が高くなる硬さ分布を有し、かつ、内部領域における内部硬さに対して表面硬さが2〜10%低い軟化表層が形成されており、
軟化表層が、Tiの化合物からなる芯部とこれを取り囲む周辺組織を有する硬質相粒子を含み、
この周辺組織が、少なくともTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体からなるサーメット。
A hard phase containing at least one compound of a carbide, carbonitride, composite carbide, and composite carbonitride of a metal selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table, and an iron group metal as a main component A cermet consisting of a binder phase and inevitable impurities,
It has a hardness distribution where the hardness increases continuously in the depth direction in the surface area from the cermet surface to the depth of 10 μm, and the surface hardness is 2 with respect to the internal hardness in the inner area. ~ 10% lower softening surface layer is formed,
The softening surface layer includes hard phase particles having a core portion made of a compound of Ti and a surrounding structure surrounding the core portion,
The surrounding structure is a cermet made of a composite carbonitride solid solution containing at least Ti and W.
前記硬質相中の含有窒素量が、4質量%以上7質量%以下である、請求項1に記載のサーメット。   The cermet according to claim 1, wherein the nitrogen content in the hard phase is 4 mass% or more and 7 mass% or less. 前記内部領域におけるビッカース硬さHvが、15.0GPa以上18.0GPa未満である、請求項1又は2に記載のサーメット。   The cermet according to claim 1 or 2, wherein a Vickers hardness Hv in the inner region is 15.0 GPa or more and less than 18.0 GPa. 原料粉末として、周期表第4,5,6族から選択される金属の炭化物、炭窒化物、複合炭化物、及び複合炭窒化物のうちの少なくとも1種の化合物の粉末と、鉄族金属の粉末とを用い、これを混合・成形した後、焼結するサーメットの製造方法であって、
原料粉末として、Tiの化合物及びWの化合物の粉末と、前記鉄族金属の粉末とを用意する準備工程と、
前記原料粉末を混合して混合物を得る混合工程と、
前記混合物を成形した成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程とを具え、
前記焼結工程は、昇温工程と冷却工程とを含み、
前記昇温工程では、前記成形体を液相が出現する液相出現温度まで昇温し、次いで、100Pa以上1000Pa以下の窒素雰囲気にて液相出現温度から焼結が完了する焼結完了温度まで昇温し、
前記冷却工程では、1kPa以上50kPa以下のCOガス雰囲気にて10℃/min以上30℃/min以下の冷却速度で冷却するサーメットの製造方法。
As raw material powders, powders of at least one compound of metal carbides, carbonitrides, composite carbides, and composite carbonitrides selected from Groups 4, 5, and 6 of the periodic table, and iron group metal powders A method for producing a cermet which is mixed and molded and then sintered.
As a raw material powder, a preparation step of preparing a powder of a compound of Ti and a compound of W, and a powder of the iron group metal,
A mixing step of mixing the raw material powders to obtain a mixture;
A molding step of obtaining a molded body obtained by molding the mixture;
A sintering step of obtaining a sintered body by sintering the molded body,
The sintering step includes a temperature raising step and a cooling step,
In the temperature raising step, the molded body is heated to a liquid phase appearance temperature at which a liquid phase appears, and then from a liquid phase appearance temperature to a sintering completion temperature at which sintering is completed in a nitrogen atmosphere of 100 Pa to 1000 Pa. Raise the temperature,
In the cooling step, a cermet manufacturing method in which cooling is performed at a cooling rate of 10 ° C./min to 30 ° C./min in a CO gas atmosphere of 1 kPa to 50 kPa.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のサーメットからなる基材を具える切削工具。   The cutting tool which provides the base material which consists of a cermet of any one of Claims 1-4. 前記基材の表面に硬質膜が被覆されている請求項5に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 5, wherein a hard film is coated on a surface of the base material.
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