JP2014168788A - Wc基超硬合金部材と鋼部材の複合材料およびこの複合材料からなる回転軸物切削工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 WC基超硬合金部材と鋼部材とが、Niを主成分とする中間部材を介して接合されたWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料において、(a)中間部材に対向するWC基超硬合金部材の平坦端面には、端面全面積の1〜5面積%を占め、かつ、幅と深さが、WC基超硬合金部材の外径のそれぞれ0.4〜1%,0.1〜0.5%である複数の凹部が部分的に陥入形成され、(c)上記凹部内に充填されている中間部材には、中間部材の平均Co含有量よりも高Co含有量のCo濃化領域が形成されているとともに、WC粒子が分散分布している。
【選択図】 図1
Description
しかし、近年、これを克服するための方法として、安価で加工性、靭性にすぐれた鋼とWC基超硬合金とを、ろう付け、あるいは、拡散接合で接合することにより、WC基超硬合金部材と鋼部材との複合材料を得ることが行われている。
また、拡散接合によってWC基超硬合金部材と鋼部材との複合材料を得る方法としては、例えば、特許文献1に示すように、WC基超硬合金部材と鋼部材とを摩擦圧接して両者を直接接合する拡散接合法、あるいは、特許文献2に示すように、WC基超硬合金部材と鋼部材との間にニッケル、ニッケル合金からなる中間部材を介在させ、中間部材を介してWC基超硬合金部材と鋼部材とを接合する拡散接合法などが知られており、上記拡散接合によれば、比較的靭性の改善されたWC基超硬合金部材と鋼部材との複合材料が得られることが知られている。
また、WC基超硬合金部材と鋼部材との複合材料からなる切削工具としては、WC基超硬合金部材の先端部に切刃加工を施し、鋼部材をシャンク部とするエンドミル、ドリル等の回転軸物切削工具が知られている。
そのため、WC基超硬合金部材と鋼部材との複合材料、また、かかる複合材料からなるエンドミルあるいはドリル等の回転軸物切削工具においては、より一層すぐれた強度(高抗折力)を有する複合材料が求められている。
「(1) WC基超硬合金部材と鋼部材とが、Niを主成分とする中間部材を介して接合されたWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料において、
(a)上記中間部材に対向するWC基超硬合金部材の平坦端面には、該端面から陥入し、その内部に中間部材が充填される複数の凹部が部分的に形成され、
(b)上記凹部が、WC基超硬合金部材の端面全面積に占める面積割合は1〜5面積%であり、かつ、該凹部の幅と深さは、超硬合金部材の外径のそれぞれ0.4〜1%,0.1〜0.5%であり、
(c)上記凹部内に充填されている中間部材には、中間部材の平均Co含有量よりも高Co含有量のCo濃化領域が形成されているとともに、WC粒子が分散分布していることを特徴とするWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。
(2) 上記凹部内に充填されている中間部材のCo濃化領域におけるCo含有量は、中間部材の平均Co含有量に比して50wt%以上Coが濃化していることを特徴とする前記(1)に記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。
(3) 上記凹部内に充填されている中間部材中に分散分布するWC粒子の合計割合は、上記凹部の縦断面積の0.1〜3面積%を占めることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。
(4) 前記(1)乃至(3)の何れかに記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料において、WC基超硬合金部材の先端部に刃先加工を施したことを特徴とする回転軸物切削工具。」
を特徴とするものである。
本発明では、WC基超硬合金部材と鋼部材とを中間部材を介して接合し、複合材料を構成するが、複合材料の製造法は、例えば、以下のとおりである。
ただし、該凹部の占める面積割合の合計は、WC基超硬合金部材の端面全面積の1〜5面積%とすることが必要であり、また、該凹部の幅と深さは、上記WC基超硬合金部材の外径のそれぞれ0.4〜1%,0.1〜0.5%であることが必要である。
ここで、使用する酸としては、例えば、硫酸、リン酸、塩酸等を使用することができる。また、処理時間は使用する酸の濃度や温度により適宜設定することが出来る。
しかも、凹部の内部に充填されている中間部材には、中間部材の平均Co含有量に比して、高Co含有量のCo濃化領域が形成されており、また、凹部の内部に充填されている中間部材中には、WC粒子が分散分布していることが確認される。
即ち、この発明の複合材料では、中間部材を介してWC基超硬合金部材と鋼部材を高熱発生条件下で圧接した際に、WC基超硬合金部材表面からCoが溶出し中間部材のNi中へ拡散し、また、Coの溶出と同時にWC粒子も中間部材中へ移動混入するが、接合時の摩擦端面には、周囲の平坦端面に比して相対的に低圧・低温となる凹部が存在するため、Ni中へ拡散したCoは、比較的低圧・低温の該凹部へと濃化し(Co濃化領域の形成)、強靭性のあるNi−Co固溶体を形成し、さらに、WC粒子の移動混入によるNi−Co固溶体に対するWC粒子の分散強化作用が生じるため、その結果、接合部の接合強度(即ち、WC基超硬合金部材と中間部材間の接合強度)が向上し、すぐれた強度(抗折力)を有する複合材料が得られるものと推測される。特に、WCは、Ni−Co固溶体に比して熱伝導性にすぐれることから、中間部材中にWC粒子が分散分布することによって、Ni−Co固溶体の熱伝導率が向上し十分な拡散が促されることで、WC粒子の分散分布がない場合に比して、より一段と接合部の接合強度を向上させることになると考えられる。
なお、接合時の摩擦端面が一様に平坦面であった場合にも、中間部材中へのCoの溶出、WC粒子の移動混入は生じるが、接合界面においてCo、WC粒子が均一に分布してしまうため、Co濃化領域の形成は生じず、また、WC粒子の分散強化作用が低減されるため、接合強度の十分な向上は望めない。
また、WC基超硬合金部材の端面に形成する凹部の幅と深さは、WC基超硬合金部材の外径のそれぞれ0.4〜1%,0.1〜0.5%としたが、その理由は以下のとおりである。つまり、WC基超硬合金部材の外径に対して、凹部の幅が0.4%未満、あるいは、凹部の深さが0.5%を超える場合には、接合時、該凹部へと中間部材が十分に充填されず、WC基超硬合金部材と中間部材間に空隙が形成されてしまうため、十分な密着接合がなされない。一方、凹部の幅が1%を超える、あるいは、凹部の深さが0.1%未満の場合には、WC基超硬合金部材の端面が比較的滑らかな面となり、局所的なCo濃化領域が形成されなくなるため、接合強度の向上が望めなくなる。
また、この発明の複合材料から構成された回転軸物切削工具は、切削加工時にたおれ、ビビリ振動、折損を発生することなく、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮することができる。
ついで、上記WC基超硬合金部材A1〜A3の端面、凹部の表面近傍を、表3に示す条件で酸処理し、WC基超硬合金部材の端面および凹部の表面近傍からCo成分を除去した後、WC基超硬合金部材の端面部分を再度研磨した。
ついで、上記WC基超硬合金部材A1〜A3、鋼部材B1〜B3及び中間部材C1〜C3について、表7に示す組み合わせで、WC基超硬合金部材と鋼部材との間に中間部材を介挿し、同じく表7に示される条件で摩擦接合することにより、中間部材を介して接合されたWC基超硬合金部材と鋼部材からなる表8に示す比較例複合材料1〜12を製造した。
なお、比較例複合材料10、12については表6に示す凹部を作製せず、また、比較例複合材料11、12については、表3に示す酸処理を施さなかった。なお比較例10は凹部を作製しないまま酸処理を施し、その後の端面研磨は実施していない。
その結果を表5、8に示す。
なお、曲げ試験は、JIS・R1601で規定されるファインセラミックスの曲げ強さ試験方法により行った。
その結果を表5、8に示す。
そして、上記切削加工試験で、切れ刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削長(あるいは折損発生による工具寿命)を測定した。
切削加工試験を表10、表11にそれぞれ示す。
これに対して、表11の結果からも明らかなように、比較例エンドミル1〜12においては、切削加工時の折損発生によって、工具寿命が非常に短命であった。
Claims (4)
- WC基超硬合金部材と鋼部材とが、Niを主成分とする中間部材を介して接合されたWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料において、
(a)上記中間部材に対向するWC基超硬合金部材の平坦端面には、該端面から陥入し、その内部に中間部材が充填される複数の凹部が部分的に形成され、
(b)上記凹部が、WC基超硬合金部材の端面全面積に占める面積割合は1〜5面積%であり、かつ、該凹部の幅と深さは、超硬合金部材の外径のそれぞれ0.4〜1%,0.1〜0.5%であり、
(c)上記凹部内に充填されている中間部材には、中間部材の平均Co含有量よりも高Co含有量のCo濃化領域が形成されているとともに、WC粒子が分散分布していることを特徴とするWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。 - 上記凹部内に充填されている中間部材のCo濃化領域におけるCo含有量は、中間部材の平均Co含有量に比して50wt%以上Coが濃化していることを特徴とする請求項1に記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。
- 上記凹部内に充填されている中間部材中に分散分布するWC粒子の合計面積割合は、上記凹部の縦断面積の0.1〜3面積%を占めることを特徴とする請求項1または2に記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料。
- 請求項1乃至3の何れか一項に記載のWC基超硬合金部材と鋼部材の複合材料において、WC基超硬合金部材の先端部に刃先加工を施したことを特徴とする回転軸物切削工具。
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