JP2019512602A - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
延性の金属バインダ（５）に埋め込まれた硬質材料粒子（６）を有する硬質金属（４）から成る基材材料を有する金属を含む材料用の切削工具（１；１００）が提供される。金属バインダ（５）はＣｏ−Ｒｕ合金であり、硬質材料粒子（６）は少なくとも主として炭化タングステンにより形成され、炭化タングステンの平均粒径が０．１〜１．２μｍである。硬質金属の５〜１７重量％が（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％がＲｕ含有量、硬質金属の０．１〜３．０重量％の範囲がＭｏ含有量、硬質金属の＜０．２重量％がそれぞれＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂ含有量、硬質金属の＜０．３重量％がＶ含有量である。
Description
本発明は、金属を含む材料のための切削工具および金属を含む材料のための切削工具に対する硬質金属の用途に関する。
金属を含む材料、特に金属材料および金属を含む複合材料の切削加工に対しては、一般に硬質金属から成る切削工具が使用される。硬質金属は、特に金属‐炭化物および炭窒化物により形成され得る固い粒子が延性の金属バインダに埋め込まれている複合材料である。この場合最も広く使用されているのは、固い粒子が少なくとも主として炭化タングステン（ＷＣ）から形成され、バインダがコバルトまたはニッケルベース合金、特にコバルトベース合金である硬質金属である。この場合ある金属のベース合金とは、この金属が合金の主成分を形成していることを意味している。
この場合切削工具としては、切削刃部分が硬質金属から成る工具シャフトと一体に形成されている超硬金属工具、並びに硬質金属から成り工具基体に交換可能に取り付けられた切削インサートを備えた工具が使用されている。超硬金属工具では場合によっては種々の硬質金属種からなる様々な領域を形成することもできる。さらに切削工具にはしばしば、たとえばＰＶＤ法（physical vapor deposition物理気相蒸着）またはＣＶＤ法（chemical vapor deposition化学気相蒸着）により硬質金属上に堆積される硬質材料被膜も設けられる。
交換可能な切削インサートを備えた切削工具の分野では、切削インサートに対して、金属バインダがコバルト・ルテニウム合金（Ｃｏ−Ｒｕ合金）により形成された硬質金属が部分的に既に使用されている。この場合Ｃｏ−Ｒｕ合金はコバルトとルテニウムの他にさらに別の元素を有することもできる。しかしこれらの公知の硬質金属は、多くの切削用途で所望されている高い耐熱性、炭化タングステン粒子の微細な粒径および高い亀裂耐性を兼ね備えたものが未だにないことが判明している。
本発明の課題は、特に高い耐熱性、微細な粒径および高い亀裂耐性を兼ね備えるべく改良された、金属を含む工具のための改良された切削工具および金属を含む材料のための切削工具に対する硬質金属の相応に改良された用途を提供することにある。
この課題は請求項１による金属を含む材料のための切削工具により解決される。有利な発展形態は従属請求項に提示されている。
この切削工具は、延性の金属バインダに埋め込まれた硬質材料粒子を有する硬質金属から成る基材材料を有する。金属バインダはＣｏ−Ｒｕ合金である。硬質材料粒子は少なくとも主として平均粒径が０．１〜１．２μｍの炭化タングステンから形成される。基材材料は、硬質金属の５〜１７重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％のＲｕ含有量（ルテニウム含有量）、硬質金属の０．１〜３．０重量％のＭｏ含有量（モリブデン含有量）、硬質金属のそれぞれ０．２重量％以下のＴｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）および／またはＮｂ（ニオブ）含有量、硬質金属の０．３重量％以下、有利には０．２重量％以下のＶ含有量（バナジウム含有量）を有する。この場合の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量とは、Ｃｏ含有量（コバルト含有量、重量％）とＲｕ含有量（ルテニウム含有量、重量％）の添加により生じる硬質金属中のコバルトとルテニウムの総含有量（重量％）を意味する。上述の帯域幅のＲｕ含有量により特に高い耐熱性を達成することができる。総バインダ含有量（すなわち（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量）の約６重量％以下のＲｕ含有量では耐熱性の十分な改良は達成されず、これに対して（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の１６重量％以上の高すぎるＲｕ含有量では組成特性に負の影響が生じる。モリブデンの適切な添加は特に硬質金属の特性に有利に作用する、特にＷＣの微細な粒径と高い亀裂耐性の特に有利な兼ね備えを可能にすることが判明している。この場合モリブデンは特にＭｏ２Ｃ（炭化モリブデン）の形で添加することができるが、しかしたとえば金属モリブデンとしての添加も可能である。上述の量でのモリブデン添加は特に有利であることが判明している。３．０重量％以上の大量のＭｏを添加すると少なくとも硬質金属の特性の大きな改良は観察されない。高い硬度を得るには、少量のバナジウムを特にＶＣ（炭化バナジウム）の形で添加すると有利であり、その際に脆弱化および亀裂耐性の劣化を避けるためには、バナジウムの含有量をいずれにせよ硬質金属の約０．３重量％を越えないようにすべきであろう。Ｖ含有量は硬質金属の０．２重量％以下にするのが有利であろう。形成される硬質金属の所望の特性次第によっては、少量のＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂを添加することも有利であり、その添加は特にＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣまたは混合炭化物の形で行うことができる。しかし上述のＲｕ含有量およびＭｏ含有量により得られる特性の改良を損なわないようにするためには、Ｔｉ含有量、Ｔａ含有量およびＮｂ含有量をそれぞれ少なくとも硬質金属の０．２重量％以下、有利には硬質金属の０．１５重量％以下に保つことが重要である。この場合金属を含む材料のための切削工具はたとえばいわゆる超硬金属工具として形成し、切削のために形成される切削刃部分を硬質金属から成るシャフトと一体に形成することができる。しかしこの場合これらの部分を異なる硬質金属で形成することもでき、たとえば切削刃部分がシャフト部分とは別の硬質金属種を有するようにすることもできる。しかし切削工具はたとえば交換可能な切削インサートとして形成し、相応する工具ホルダに取り付けられるようにすることもできる。さらに金属を含む材料のための切削工具における硬質金属から成る基材材料は場合によってはそれ自体は公知のように、特にたとえばＣＶＤ法（chemical vapor deposition化学気相蒸着）またはＰＶＤ法（physical vapor deposition物理気相蒸着）により形成できる硬質材料被覆を設けるようにすることもできる。金属を含む材料のための本発明による切削工具では高耐熱性、微細粒径および高亀裂耐性の特に有利な兼ね備えが可能となり、特に高合金鋼、チタン合金および超合金のような切削が困難な材料の切削加工にも適している。基材材料の組成は特にＲＦＡ（Ｘ線蛍光分析）による元素分析により求めることができる。
一発展形態によれば、硬質金属は硬質金属の０．１５〜２．５重量％の範囲のＭｏ含有量を有する。硬質金属のＭｏ含有量が約０．１５重量％からはＭｏの正の効果が特に明瞭にでてくる。また硬質金属の２．５重量％以上の添加は費用の観点からも不利である。
一発展形態によれば、炭化タングステンの平均粒径は０．１５μｍ〜０．９μｍである。特にこのような粒径では硬質金属の上述の組成との関連で硬度、亀裂耐性および耐熱性の有利な兼ね備えが生じ、交換可能な切削インサートにおける使用と共に超硬金属工具としての使用も可能となる。
一発展形態によれば、硬質金属はさらに（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の０〜７．５重量％、有利には２〜７．５重量％の範囲のＣｒ含有量を有する。
焼結中のＷＣ粒子の不所望な粒成長を確実に抑制して炭化タングステン粒子の所望の均一に小さい粒径を得るには、粒子成長阻止剤としてＣｒを（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の少なくとも２重量％の量で添加すると有利である。Ｃｒはバインダ中にある程度のパーセンテージまでは溶解するので、Ｃｒ含有量は硬質金属のバインダ含有量、すなわち（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量を考慮することが重要である。他方ではＣｒ含有量は、炭化タングステン粒子の濡れ性にコバルトが悪影響を与えないように（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約７．５重量％以下に十分低く抑える必要がある。
Ｃｒ含入量がＲｕ含有量より少ないと有利である。特にＣｒ含有量はＲｕ含入量の半分以下であると有利である。この場合には、一方では耐熱性の所望の向上が生じ、炭化タングステン粒子の比較的小さい平均粒径が得られ、他方ではバインダによる炭化タングステン粒子の濡れ性に不必要な悪影響を与えずに、炭化クロムの分離を回避することが確実に達成される。
一発展形態によれば、Ｒｕ含有量は（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の８〜１４重量％とされる。この場合には比較的高いＲｕ含有量により耐熱性の明瞭な向上が確実に達成され、他方では組成特性に悪影響を与える恐れのある高すぎるＲｕ含有量も確実に避けられる。
一発展形態によれば、Ｔｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの含有量はそれぞれ０〜０．１５重量％とされる。換言すればたとえばＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂを硬質金属中に含まないことも可能であり、またＴｉ、Ｔａ、Ｎｂのうち１つだけ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂのうち２つまたは３つすべてをそれぞれ０．１５重量％まで硬質金属中に含むこともできる。このようにすれば一方では元素の所定の添加により硬質金属の特性に付加的に影響を与えることができ、他方ではこのようなＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの含有量がたとえばリサイクル工程により回収した硬質金属粉末など既に少量のＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂを有する出発材料の使用も可能にする。
（Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂ）の総含有量が硬質金属の０〜０．２重量％、さらに有利には０〜０．１５重量％であると有利である。この場合にはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂの付加的総量は小さく抑えられ、Ｒｕ含有量、Ｍｏ含有量並びに場合によってはＣｒ含有量により得られる正の作用への悪影響が回避される。
有利な一発展形態によれば、硬質金属は８０〜９５重量％の範囲のＷＣ含有量を有する。
一発展形態によれば、切削工具の基材材料はさらにＣＶＤまたはＰＶＤ硬質材料被膜を有することができる。この場合には切削工具の特性は金属を含む材料の加工時の条件に一層良好に適合させることができる。しかし被加工材料次第では別の硬質材料被膜を用いない加工も有利と見做されることに注意すべきである。
一発展形態によれば、切削工具はシャフトと一体に形成された切削刃部分を有する超硬金属工具として形成される。上記の組成により得られる高耐熱性、大きな硬度および同時に比較的高い亀裂耐性を兼ね備えることが特にこの種の切削工具にとって特に有利であることが判明している。
上記の課題は請求項１２による金属を含む材料のための切削工具に対しての硬質金属の用途によっても解決される。有利な発展形態は従属請求項に呈示されている。
硬質金属は延性の金属バインダ中に埋め込まれた硬質材料粒子を有する。金属バインダはＣｏ−Ｒｕ合金である。硬質材料粒子は少なくとも主として平均粒径が０．１〜１．２μｍの炭化タングステンにより形成される。硬質金属は、硬質金属の５〜１７重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％のＲｕ含有量、硬質金属の０．１〜３．０重量％のＭｏ含有量、硬質金属のそれぞれ＜０．２重量％、有利には＜０．１５重量％のＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂ含有量、硬質材料の＜０．３重量％、有利には＜０．２重量％のＶ含有量を有する。このような硬質金属の使用により高耐熱性、微細粒径および高亀裂耐性の特に有利な兼ね備えが達成され、特に高合金鋼、チタン合金および超合金のような切削が困難な材料の切削加工にも適している。
一発展形態によれば、硬質金属は（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の２〜７．５重量％のＣｒ含有量を有する。Ｃｒ含有量の調製用の出発粉末としては特にＣｒ３Ｃ２粉末を使用することができる。しかしたとえば窒化クロム粉末、炭窒化クロム粉末または別様なものを適当量添加することも可能である。上記の量のクロムの添加は特に有利であることが判明している。
本発明のその他の利点および合目的性は添付の図面を参照して以下の明細書の記載により明らかにされる。
第１の実施形態
金属を含む材料のための切削工具１の第１の実施形態は図１ａ）および図１ｂ）に概略的に示されており、図１ａ）は切削工具１の長手軸に沿った概略端面図、図１ｂ）は長手軸に垂直方向の概略側面図である。
金属を含む材料のための切削工具１の第１の実施形態は図１ａ）および図１ｂ）に概略的に示されており、図１ａ）は切削工具１の長手軸に沿った概略端面図、図１ｂ）は長手軸に垂直方向の概略側面図である。
図１ａ）および図１ｂ）に示すように、第１の実施形態による金属を含む材料のための切削工具１はシャフト２と一体に形成された切削刃部分３を備えた超硬金属工具として形成されている。金属を含む材料のための切削工具１は図１ａ）および図１ｂ）においてはフライス機として形成されているが、たとえば超硬金属工具をたとえば穿孔機、リーマー、縁削り器などの他の切削工程用に形成することも可能である。
切削工具１は硬質金属４から成る基材材料を有しており、これは延性の金属バインダ５中に埋め込まれた硬質材料粒子６を有する。金属バインダ５はＣｏ−Ｒｕ合金であり、しかしこれはコバルトとルテニウムの他に後述するように別の合金元素を有している。硬質材料粒子６は少なくとも主として炭化タングステンにより形成され、この場合ＷＣ粒子は０．１μｍ〜１．２μｍの範囲の平均粒径を有する。ＷＣ粒子の他にＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣなどの他の硬質材料粒子も少量含むこともできる。硬質金属はその５〜１７重量％がコバルトとルテニウムの総含有量（（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量）であり、そのうちＲｕ含有量は（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％である。硬質金属はさらに硬質金属の０．１〜３．０重量％の範囲のモリブデン含有量を有する。Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの含有量はそれぞれ硬質金属の０．２重量％以下であり、同様にバナジウム含有量は０．３重量％以下、有利には０．２重量％以下である。さらに硬質金属はクロムを有すると有利であり、この場合クロムの含有量は（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の２〜７．５重量％であると有利である。切削工具１の製造は粉末冶金製造方法で行われるが、これは以下に具体例で説明する。この実施形態では唯一の硬質金属からの一体成型が行われるが、たとえば切削工具１の種々の範囲を異なる硬質金属種から形成することもできる。
第２の実施形態
図２には金属を含む材料のための切削工具１００の第２の実施形態が示されている。第２の実施形態による切削工具１００は交換可能な切削インサートとして形成され、これは工具基体１０１に取り付けられるように形成されている。
図２には金属を含む材料のための切削工具１００の第２の実施形態が示されている。第２の実施形態による切削工具１００は交換可能な切削インサートとして形成され、これは工具基体１０１に取り付けられるように形成されている。
図２には概略的に切削工具１００として旋盤加工用の切削インサートが示されているが、切削インサートはたとえばフライス、穿孔などの別の加工形態用にも形成することができる。具体例として示した切削インサートは取り付けボルトによる取り付け用に形成されているが、たとえば締め付けバンド、締め付け楔などによる取り付けなど、取り付けの形態を別様にすることもできる。
第２の実施形態による切削工具１００も第１の実施形態に関して説明したように硬質金属から成る基材材料４を有している。
例
以下の例による金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料としての硬質金属の製造はそれぞれ粉末冶金製造法により行われたが、その際それぞれ第１の工程で出発粉末、すなわちＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｒｕ粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末並びに場合によってはＣｒ３Ｃ２粉末および／またはＶＣ粉末が互いに混合された。いずれもルテニウムを含まない比較例ではＲｕ粉末は使用されなかった。
以下の例による金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料としての硬質金属の製造はそれぞれ粉末冶金製造法により行われたが、その際それぞれ第１の工程で出発粉末、すなわちＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｒｕ粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末並びに場合によってはＣｒ３Ｃ２粉末および／またはＶＣ粉末が互いに混合された。いずれもルテニウムを含まない比較例ではＲｕ粉末は使用されなかった。
Ｃｏ粉末としては０．６〜１．８μｍの範囲の平均粒径、特例では約０．８μｍ（ＦＳＳＳ １μｍ）の粉末が使用された。Ｒｕ粉末としては市販の約３８．５μｍの比較的大きい平均粒径の粉末が使用されたが、たとえば＜１μｍ〜９５μｍの粒径の別のＲｕ粉末も問題なく使用することもできる。さらに約１〜２μｍの範囲の平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末が使用された。使用されたＷＣ粉末は０．３〜２．５μｍの範囲、特殊例では約０．８μｍの平均粒径を有した。使用されたＭｏ２Ｃ粉末は約２μｍの平均粒径を有した。ＶＣ粉末は約１μｍの平均粒径のものが使用された。
実験では粉末混合物がジエチルエーテルを有する粉砕媒体および通常のプレス補助剤（たとえばパラフィンワックス）の添加のもとに約３時間アトライタ粉砕機で粉砕された。このようにして得られた懸濁液は続いてそれ自体は公知のように噴霧塔で噴霧乾燥された。
続いて実験では棒状のグリーン体がドライバッグプレスにより作られた。このようにして作られた工具粗材用のグリーン体はつづいて１４３０℃で焼結ＨＩＰ法（ＨＩＰ＝熱間等方圧プレス）により凝縮された。
このようにして作られた工具粗材の一部から研削加工によりそれ自体は公知の方法で超硬合金フライス機が金属を含む材料用切削工具１として作られ、これにより切削試験が実施された。
さらに一例では粉砕の際に作られた懸濁液も噴霧乾燥され、このようにして作られた顆粒体が型プレスで交換可能な切削インサートのグリーン体に圧縮された。このような交換可能切削インサートのグリーン体も引き続き適当な方法で焼結され、金属を含む材料のための切削工具１００としての交換可能な切削インサートが作られた。
上記に有機溶剤の添加下の粉砕と続いての噴霧乾燥による製造を説明したが、たとえば粉砕媒体として有機溶剤の代わりに硬質金属の粉末冶金製造の技術分野で知られているように水を使用することも可能である。さらに上述のドライバッグプレスの他にこの分野で一般的な他の成型方法、特に押し出しプレスや型プレスなども使用することができる。さらに工具グリーン体の炭素バランスを調製するために公知のように少量のカーボンやタングステンを添加することができる。さらに実験で使用されたＣｒ３Ｃ２粉末の代わりにたとえば窒化クロム粉末や炭窒化クロム粉末も適当量使用することができる。さらに実験で使用されたＭｏ２Ｃ粉末の代わりに金属Ｍｏ粉末も使用することができる。噴霧塔での噴霧乾燥による粉砕工程後得られた懸濁液を乾燥する代わりに若干例では回転蒸発器中での乾燥およびこれに続くメッシュ幅２５０μｍのふるいによるろ過が行われた。
注意すべきことは、上述の説明では硬質金属の各成分の含有量が一部は硬質金属全体に対するものであり、一部は（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量にのみ関連することである。さらに上述の説明ではしばしばＣｒ、Ｍｏなどの各金属の含有量を参照している。これに対し生じた組成が各出発材料の成分により求められた製造例（および表１も含む）の以下の説明では、一般に成分が硬質金属の重量％で示されている。この場合１００％に足りない重量％はそれぞれ炭化タングステンに割り当てられる。
例１
硬質金属は、金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の組成で作られた。
硬質金属は、金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の組成で作られた。
例１による硬質金属は、硬質金属の１０重量％のＣｏ含有量、１．５％重量％のＲｕ含有量、および０．６重量％のＭｏ２Ｃ粉末を添加して調製されたＭｏ含有量を有し、残りは炭化タングステン（ＷＣ）であった。硬質金属の製造は粉末冶金方法で行われた。その結果硬質金属の１１．５重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、および硬質金属の０．５６重量％のＭｏ含有量となった。
試料では硬度がビッカース硬度測定（ＨＶ３０）により求められ、亀裂耐性ＫＩＣ（Shetty）が求められた。さらに炭素バランスおよび生じた粒径を検査するためそれ自体は公知のように保磁力ＨＣと飽和磁化４πσが求められた。粒径はさらに国際基準ＩＳＯ ４４９９−２：２００８（Ｅ）により”linear intercept length”として測定された。根拠として研磨面のＥＢＳＤ写真が用いられた。このような写真による測定方法はたとえばK.P.Mingard et al:”Comparison of EBSD and conventional methods of grain size measurement of hard metals”, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 213-223”に記載されている。検出値は以下の表２にまとめられている。例１による試料の研磨面の１万倍の拡大電子顕微鏡写真は図３に示されている。
例２
例１に記載された硬質金属の製造と同様に例２では、１０重量％のＣｏ含有量、１．５重量％のＲｕ含有量、０．６重量％のＣｒ３Ｃ２粉末の添加のもとに調製されたＣｒ含有量および付加的に０．６重量％のＭｏ２Ｃの添加のもとに調製されたＭｏ含有量、残りは炭化タングステン（ＷＣ）である硬質金属が作られた。その結果、硬質金属の１１．５重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約４．５重量％のＣｒ含有量、および硬質金属の約０．５６重量％のＭｏ含有量が得られた。
例１に記載された硬質金属の製造と同様に例２では、１０重量％のＣｏ含有量、１．５重量％のＲｕ含有量、０．６重量％のＣｒ３Ｃ２粉末の添加のもとに調製されたＣｒ含有量および付加的に０．６重量％のＭｏ２Ｃの添加のもとに調製されたＭｏ含有量、残りは炭化タングステン（ＷＣ）である硬質金属が作られた。その結果、硬質金属の１１．５重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約４．５重量％のＣｒ含有量、および硬質金属の約０．５６重量％のＭｏ含有量が得られた。
同様に表２にまとめられた測定値が検出された。例２による試料の１万倍の拡大電子顕微鏡写真が図４に示されている。例１と比較すると、付加的なＣｒ含有量が亀裂耐性はほぼ同じで硬度に正に作用することが判明している。
比較例１
比較例として１１．５重量％のＣｏ含有量、０．６重量％のＭｏ２Ｃ粉末の添加のもとに調製されたＭｏ含有量、残りは炭化タングステン（ＷＣ）である硬質金属が作られた。
比較例として１１．５重量％のＣｏ含有量、０．６重量％のＭｏ２Ｃ粉末の添加のもとに調製されたＭｏ含有量、残りは炭化タングステン（ＷＣ）である硬質金属が作られた。
この比較例１に対しても表２にまとめられた測定値が検出された。
表２にまとめられた結果を比較するとごくわずかに硬度が小さいことが認められた。
例３
上述の製造方法と同様にしてＣｏ１０重量％、Ｒｕ１．５重量％、Ｍｏ２Ｃ１．２重量％のようにＭｏ含有量が若干多い別の硬質金属が作られた。その結果硬質金属の１１．５重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量および硬質金属の約１．１重量％のＭｏ含有量となった。
上述の製造方法と同様にしてＣｏ１０重量％、Ｒｕ１．５重量％、Ｍｏ２Ｃ１．２重量％のようにＭｏ含有量が若干多い別の硬質金属が作られた。その結果硬質金属の１１．５重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量および硬質金属の約１．１重量％のＭｏ含有量となった。
検出された測定値は表２から明らかである。
比較例２
同様に比較例２として１０重量％Ｃｏ、１．５重量％Ｒｕ、残りＷＣの硬質金属が作られた。
同様に比較例２として１０重量％Ｃｏ、１．５重量％Ｒｕ、残りＷＣの硬質金属が作られた。
表２から明らかなように、この場合には亀裂耐性が若干低かった。
例４
さらに例４として金属を含む材料のための切削工具の基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ８．７重量％、Ｒｕ１．３重量％、Ｃｒ３Ｃ２０．６重量％、Ｍｏ２Ｃ０．３重量％を有する硬質金属が作られた。その結果硬質金属の１０重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約５．２重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．２８重量％のＭｏ含有量となった。
さらに例４として金属を含む材料のための切削工具の基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ８．７重量％、Ｒｕ１．３重量％、Ｃｒ３Ｃ２０．６重量％、Ｍｏ２Ｃ０．３重量％を有する硬質金属が作られた。その結果硬質金属の１０重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約５．２重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．２８重量％のＭｏ含有量となった。
表２の検出値から明らかなように、予期通りにわずかな総バインダ含有量（Ｃｏ＋Ｒｕ）で明瞭に大きな硬度が得られ、驚くべきことにそれによる亀裂耐性の劣化はごく僅かであった。
比較例３
さらに比較例３として１０重量％Ｃｏ含有量および例４に示した量のＭｏおよびＣｒを有するルテニウムを含まない硬質金属が検査された。
さらに比較例３として１０重量％Ｃｏ含有量および例４に示した量のＭｏおよびＣｒを有するルテニウムを含まない硬質金属が検査された。
表４から明らかなように、例４ではこの比較例３よりも明らかに大きい硬度ＨＶ３０が得られた。
例５
例５として金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ５．５重量％、Ｒｕ０．８重量％、Ｃｒ３Ｃ２０．４重量％、Ｍｏ２Ｃ０．２重量％を有する硬質金属が相応する製造方法で作られた。その結果は硬質金属の６．３重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約５．５重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．１９重量％のＭｏ含有量となった。
例５として金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ５．５重量％、Ｒｕ０．８重量％、Ｃｒ３Ｃ２０．４重量％、Ｍｏ２Ｃ０．２重量％を有する硬質金属が相応する製造方法で作られた。その結果は硬質金属の６．３重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約５．５重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．１９重量％のＭｏ含有量となった。
表２の検出値から明らかなように、わずかな総バインダ含有量（Ｃｏ＋Ｒｕ）から硬度の明瞭な向上が得られ、驚くべきことに亀裂耐性の劣化はごく僅かであることが観察された。
例６
例６として金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ１３重量％、Ｒｕ１．９重量％、Ｃｒ３Ｃ２１．２重量％、Ｍｏ２Ｃ０．８重量％を有する硬質金属が作られた。その結果は硬質金属の１４．９重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約７重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．７５重量％のＭｏ含有量となった。
例６として金属を含む材料のための切削工具に対する基材材料として以下の出発材料、すなわちＣｏ１３重量％、Ｒｕ１．９重量％、Ｃｒ３Ｃ２１．２重量％、Ｍｏ２Ｃ０．８重量％を有する硬質金属が作られた。その結果は硬質金属の１４．９重量％の（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約１３重量％のＲｕ含有量、（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の約７重量％のＣｒ含有量および硬質金属の約０．７５重量％のＭｏ含有量となった。
表１は各例と比較例の組成を硬質金属の重量％でまとめたもので、１００％に対する残りはＷＣにより形成される。表２には各例と比較例の検出測定値がまとめられている。
１ 切削工具
２ シャフト
３ 切削刃部分
４ 硬質金属
５ バインダ
６ 硬質材料粒子
１００ 切削工具
１０１ 工具基体
２ シャフト
３ 切削刃部分
４ 硬質金属
５ バインダ
６ 硬質材料粒子
１００ 切削工具
１０１ 工具基体
本発明の課題は、特に高い耐熱性、微細な粒径および高い亀裂耐性を兼ね備えるべく改良された、金属を含む材料のための改良された切削工具および金属を含む材料のための切削工具に対する硬質金属の相応に改良された用途を提供することにある。
第１の実施形態
金属を含む材料のための切削工具１の第１の実施形態は図１ａ）および図１ｂ）に概略的に示されており、図１ａ）は切削工具１の長手軸と垂直方向の概略端面図、図１ｂ）は長手軸に沿った概略側面図である。
金属を含む材料のための切削工具１の第１の実施形態は図１ａ）および図１ｂ）に概略的に示されており、図１ａ）は切削工具１の長手軸と垂直方向の概略端面図、図１ｂ）は長手軸に沿った概略側面図である。
表２から明らかなように、例４ではこの比較例３よりも明らかに大きい硬度ＨＶ３０が得られた。
Claims (13)
- 金属を含む材料のための切削工具（１；１００）であって、
延性の金属バインダ（５）に埋め込まれた硬質材料粒子（６）を有する硬質金属（４）から成る基材材料を有し、金属バインダ（５）はＣｏ−Ｒｕ合金であり、硬質材料粒子（６）は少なくとも主として炭化タングステンにより形成され、炭化タングステンの平均粒径が０．１〜１．２μｍであり、
硬質金属の５〜１７重量％が（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、
（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％がＲｕ含有量、
硬質金属の０．１〜３．０重量％の範囲がＭｏ含有量、
硬質金属の＜０．２重量がそれぞれＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂ含有量、
硬質金属の＜０．３重量％、有利には＜０．２重量％がＶ含有量
である切削工具。 - 硬質金属（４）が硬質金属の０．１５〜２．５重量％の範囲のＭｏ含有量を有する請求項１記載の切削工具。
- 炭化タングステンの平均粒径が０．１５〜０．９μｍである請求項１または２記載の切削工具。
- 硬質金属（４）がさらに（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の０〜７．５重量％、有利には２〜７．５重量％の範囲のＣｒ含有量を有する請求項１から３の１つに記載の切削工具。
- Ｃｒ含有量がＲｕ含有量より少ない、有利にはＲｕ含有量の半分以下である請求項４記載の切削工具。
- Ｒｕ含有量が（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の８〜１４重量％である請求項１から５の１つに記載の切削工具。
- Ｔｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの含有量がそれぞれ０〜０．１５重量％である請求項１から６の１つに記載の切削工具。
- （Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂ）の総含有量が硬質金属の０〜０．２重量％、有利には０〜０．１５重量％である請求項１から７の１つに記載の切削工具。
- 硬質金属（４）が８０〜９５重量％の範囲のＷＣ含有量を有する請求項１から８の１つに記載の切削工具。
- 基材材料がさらにＣＶＤまたはＰＶＤ硬質材料被膜を有する請求項１から９の１つに記載の切削工具。
- シャフト（２）と一体に形成された切削刃部分（３）を備えた超硬金属工具として形成される請求項１から１０の１つに記載の切削工具。
- 硬質金属（４）が延性の金属バインダ（５）に埋め込まれた硬質材料粒子（６）を有し、金属バインダ（５）がＣｏ−Ｒｕ合金であり、硬質材料粒子（６）が少なくとも主として炭化タングステンにより形成され、炭化タングステンの平均粒径が０．１〜１．２μｍであり、
硬質金属の５〜１７重量％が（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量、
（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の６〜１６重量％がＲｕ含有量、
硬質金属の０．１〜３．０重量％の範囲がＭｏ含有量、
硬質金属の＜０．２重量％、有利には＜０．１５重量％がそれぞれＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂ含有量、
硬質金属の＜０．３重量％、有利には＜０．２重量％がＶ含有量
である金属を含む材料のための切削工具（１；１００）に対する硬質金属（４）の用途。 - 硬質金属（４）が（Ｃｏ＋Ｒｕ）含有量の２〜７．５重量％のＣｒ含有量を有する請求項１２記載の用途。
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