JP2023095013A - Cermet compact - Google Patents

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伸哉 大理
Shinya Ori
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Abstract

To provide a cermet compact excellent in defect resistance, excellent also in wear resistance and resistance to plastic deformation, and capable of extending a tool life.SOLUTION: A cermet compact containing a hard phase and a binder phase, wherein the hard phase is a phase containing a carbonitride, carbide or nitride containing a specific component, the binder phase is a phase containing a specific component, and a hard phase content is 82 mass% or more and 93 mass% or less, the binder phase content is 7 mass% or more and 18 mass% or less, and the hard phase (i) contains the first hard phase and second hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a specific diffraction peak in XRD measurement, wherein the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more and -600 MPa or less, and the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more and -200 MPa or less, wherein the thickness of the first hard phase-rich region is 0 μm or more and 1.0 μm or less, and the surface bonding phase ratio is 0.80 or more and 0.95 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、サーメット焼結体に関する。 The present invention relates to a cermet sintered body.

サーメット製工具は、超硬合金製工具に比べて鉄との耐反応性や高温強度に優れている。そのため、サーメット製工具は、このような特性を生かして鉄系材料などの仕上げ加工に多く使用されている。 Cermet tools are superior to cemented carbide tools in resistance to reaction with iron and high temperature strength. Therefore, cermet tools are often used for finish machining of ferrous materials, etc., taking advantage of such characteristics.

これまで様々なサーメット製工具が提案されており、例えば、特許文献1には、工具本体への取り付け用貫通穴を有する炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超えており、一方、上記インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であり、さらに、上記インサート表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で450MPa以上であることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサートが提案されている。 Various cermet-made tools have been proposed so far. , the arithmetic mean roughness Ra at a cut-off value of 0.08 mm exceeds 0.2 μm, while the surface roughness of the insert flank and chip breaker has an arithmetic mean roughness Ra at a cut-off value of 0.08 mm There has been proposed a cutting insert made of titanium carbonitride-based cermet, characterized in that the residual stress of the hard phase on the surface of the insert is 450 MPa or more in compression.

特開2011-088239号JP 2011-088239 A

近年の切削加工の高速化及び省力化に対する要求が一層厳しくなり、これに伴い、高速切削や、高送り及び高切り込みなどの重切削が望まれる傾向にある。このような過酷な高速切削条件においては、従来よりも工具寿命が低下する傾向が見られるようになってきている。 In recent years, the demand for high-speed cutting and labor-saving has become more stringent, and along with this, there is a tendency to desire high-speed cutting and heavy cutting such as high feed and high depth of cut. Under such severe high-speed cutting conditions, tool life tends to be shorter than before.

特許文献1では、サーメット製工具の表面にウエットブラスト処理を施し、工具の表面を平滑化すると同時に、インサート表面に所定の圧縮残留応力を付与することによって、ある程度、工具の耐欠損性を向上させているが、未だ十分な性能であるとは言えない。また、特許文献1に記載のサーメット製切削インサートは、耐摩耗性及び耐塑性変形性の改善はなされていないため、高速切削では工具寿命を長くし難い。 In Patent Document 1, the surface of a cermet tool is subjected to wet blasting to smooth the surface of the tool and at the same time to impart a predetermined compressive residual stress to the surface of the insert, thereby improving the chipping resistance of the tool to some extent. However, it cannot be said that the performance is sufficient. In addition, since the cermet cutting insert described in Patent Document 1 has not been improved in wear resistance and plastic deformation resistance, it is difficult to extend the tool life in high-speed cutting.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、工具寿命を延長することができるサーメット焼結体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a cermet sintered body that has excellent chipping resistance, excellent wear resistance and plastic deformation resistance, and can extend the tool life. With the goal.

本発明者は、サーメット焼結体の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、サーメット焼結体を特定の構成にすると、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させることが可能となり、その結果、サーメット焼結体の工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventor of the present invention has conducted extensive research on extending the tool life of a cermet sintered body. As a result, the inventors have found that the tool life of the sintered cermet can be extended, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
[1]
硬質相及び結合相を含むサーメット焼結体であって、
前記硬質相が、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、
前記結合相が、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、
前記硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、
前記結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、
前記硬質相は、
(i)X線回折(XRD)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、
(ii)X線回折(XRD)測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、
を含み、
前記第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、
前記結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、
第1硬質相富化領域の厚みが、0μm以上1.0μm以下であり、
表面結合相割合が、0.80以上0.95以下である、サーメット焼結体。
[2]
表面窒素割合が、0.42以上0.50以下である、[1]に記載のサーメット焼結体。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1]
A cermet sintered body containing a hard phase and a binder phase,
The hard phase is a phase containing carbonitrides, carbides or nitrides containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr,
The binder phase is a phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe,
The content of the hard phase is 82% by mass or more and 93% by mass or less,
The content of the binder phase is 7% by mass or more and 18% by mass or less,
The hard phase is
(i) a first hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 123.5° or more and 125.0° or less in X-ray diffraction (XRD) measurement;
(ii) a second hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 121.0° or more and less than 123.5° in X-ray diffraction (XRD) measurement;
including
The residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more and -600 MPa or less,
The residual stress of the binder phase is -600 MPa or more and -200 MPa or less,
The thickness of the first hard phase enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less,
A cermet sintered body having a surface bonding phase ratio of 0.80 or more and 0.95 or less.
[2]
The cermet sintered body according to [1], wherein the surface nitrogen ratio is 0.42 or more and 0.50 or less.

本発明のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、工具寿命を延長することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The cermet sintered body of the present invention is excellent in fracture resistance, wear resistance and plastic deformation resistance, and can extend tool life.

サーメット焼結体の内部の断面組織の反射電子(BSE)観察像の一例である。It is an example of a backscattered electron (BSE) observation image of a cross-sectional structure inside a cermet sintered body.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although the form (only henceforth "this embodiment") for implementing this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to the following this embodiment. Various modifications are possible for the present invention without departing from the gist thereof. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. In addition, unless otherwise specified, positional relationships such as up, down, left, and right are based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to the illustrated ratios.

本実施形態のサーメット焼結体は、硬質相及び結合相を含み、硬質相が、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、結合相が、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、硬質相は、(i)X線回折(以下「XRD」とも記す。)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、(ii)XRD測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含み、第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、下記の方法で算出する第1硬質相富化領域の厚み(以下、単に「第1硬質相富化領域の厚み」とも記す。)が、0μm以上1.0μm以下であり、下記の方法で算出する表面結合相割合(以下、単に「表面結合相割合」とも記す。)が、0.80以上0.95以下である。
(第1硬質相富化領域の厚みの算出方法)
サーメット焼結体表面に垂直な断面の反射電子(以下「BSE」とも記す。)観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引く。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとする。このとき、線分の長さは20μm以上とした。
(表面結合相割合の算出方法)
サーメット焼結体表面に垂直な断面において、エネルギー分散型X線分析装置(以下「EDS」とも記す。)付き走査型電子顕微鏡(以下「SEM」とも記す。)を用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とする。
The cermet sintered body of the present embodiment includes a hard phase and a binder phase, and the hard phase is at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr. A phase containing carbonitrides, carbides or nitrides containing carbonitrides, a phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe, and a hard phase content of 82% by mass or more 93% by mass or less, the binder phase content is 7% by mass or more and 18% by mass or less, and the hard phase is (i) X-ray diffraction (hereinafter also referred to as “XRD”) measurement at 123.5° (ii) a first hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 125.0 ° or less, and (ii) a position of 121.0 ° or more and less than 123.5 ° in XRD measurement a second hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position, wherein the residual stress of the second hard phase is −1000 MPa or more and −600 MPa or less, and the binder phase remains The stress is −600 MPa or more and −200 MPa or less, and the thickness of the first hard phase-enriched region calculated by the following method (hereinafter also simply referred to as “the thickness of the first hard phase-enriched region”) is 0 μm or more. It is 1.0 µm or less, and the surface-bonded phase ratio calculated by the following method (hereinafter also simply referred to as "surface-bonded phase ratio") is 0.80 or more and 0.95 or less.
(Method for calculating the thickness of the first hard phase-enriched region)
In the backscattered electron (hereinafter also referred to as “BSE”) observation image of the cross section perpendicular to the surface of the sintered cermet body, the draw a line Assuming that the length of the line segment is 100%, the shortest distance between the line segment whose ratio of the line segment crossing the first hard phase is less than 30% and the surface of the cermet sintered body is defined as the first hard phase enrichment Let it be the thickness of the region. At this time, the length of the line segment was set to 20 μm or more.
(Method for calculating surface-bonded phase ratio)
In a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body, using a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as "SEM") with an energy dispersive X-ray spectrometer (hereinafter also referred to as "EDS"), the cermet sintered body surface Mass % of Co, Ni and Fe is analyzed at a position 10 μm further inward (surface portion) and a position (inside) 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body. Analysis by EDS is performed by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. A value obtained by dividing the sum of the mass % of Co, Ni and Fe in the surface part by the sum of the mass % of Co, Ni and Fe in the inside is defined as the surface bonding phase ratio.

このようなサーメット焼結体が、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させ、工具寿命を延長することができる要因は、詳細には明らかではないが、本発明者はその要因を下記のように考えている。ただし、要因はこれに限定されない。すなわち、硬質相の含有割合が82質量%以上であると、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。一方、硬質相の含有割合が93質量%以下であると、相対的に結合相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。また、結合相の含有割合が7質量%以上であると、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。一方、結合相の含有割合が18質量%以下であると、相対的に硬質相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。また、第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上であると、硬質相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、第2硬質相の残留応力が、-600MPa以下であると、硬質相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。また、結合相の残留応力が、-600MPa以上であると、結合相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。さらに、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相が硬化して、サーメット焼結体は、耐摩耗性が向上する。また、第1硬質相富化領域の厚みが、1.0μm以下であると、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性が向上する。また、表面結合相割合が、0.80以上であると、相対的に結合相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。一方、表面結合相割合が、0.95以下であると、相対的に硬質相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。これらの効果が相俟って、本実施形態のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させ、工具寿命を延長することができる。 The factors that enable such a cermet sintered body to have excellent chipping resistance, improve wear resistance and plastic deformation resistance, and extend the tool life are not clear in detail, but the present inventors considers the factors to be as follows. However, the factor is not limited to this. That is, when the content of the hard phase is 82% by mass or more, the cermet sintered body has improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. On the other hand, when the content of the hard phase is 93% by mass or less, the content of the binder phase is relatively increased, so that the cermet sintered body has improved toughness and excellent chipping resistance. Moreover, when the content of the binder phase is 7% by mass or more, the cermet sintered body has improved toughness and excellent chipping resistance. On the other hand, when the content of the binder phase is 18% by mass or less, the content of the hard phase relatively increases, so that the cermet sintered body has improved hardness, wear resistance and plastic deformation resistance. Excellent. Further, when the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more, embrittlement of the hard phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the second hard phase is −600 MPa or less, the toughness of the hard phase is improved, and the cermet sintered body is excellent in fracture resistance. Further, when the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more, embrittlement of the binder phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the toughness of the binder phase is improved, and the cermet sintered body is excellent in fracture resistance. Furthermore, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the binder phase hardens and the wear resistance of the cermet sintered body is improved. Further, when the thickness of the first hard phase-enriched region is 1.0 μm or less, the cermet sintered body has improved wear resistance and plastic deformation resistance. Further, when the surface binding phase ratio is 0.80 or more, the ratio of the binding phase is relatively increased, so that the cermet sintered body is excellent in fracture resistance. On the other hand, when the surface bonding phase ratio is 0.95 or less, the hard phase ratio relatively increases, so that the cermet sintered body is excellent in wear resistance and plastic deformation resistance. Combined with these effects, the cermet sintered body of the present embodiment is excellent in chipping resistance, improves wear resistance and plastic deformation resistance, and can extend tool life.

本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the hard phase is a carbonitride, carbide or nitride containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr. It is preferably a phase containing carbonitrides and carbides containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb and Zr, Ti, W, More preferably, the phase contains a carbonitride containing at least one selected from the group consisting of Mo, Nb and Zr.

硬質相を構成する具体的な組成としては、特に限定されないが、例えば、TiC、TiN、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr32、VC、HfC等が挙げられる。中でも、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr32が好ましく、TiCN、WC、NbC、ZrC、Mo2Cがより好ましい。 A specific composition constituting the hard phase is not particularly limited, but examples include TiC, TiN, TiCN, WC, TaC, NbC, ZrC, Mo2C , Cr3C2 , VC, HfC, and the like. Among them, TiCN, WC, TaC , NbC, ZrC, Mo2C and Cr3C2 are preferred, and TiCN, WC, NbC, ZrC and Mo2C are more preferred.

本実施形態のサーメット焼結体において、結合相は、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であることが好ましく、Co及びNiからなる相であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the binder phase is a phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe, and at least one selected from the group consisting of Co and Ni. It is preferably a phase, more preferably a phase composed of Co and Ni.

本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相の含有割合は、82質量%以上93質量%以下である。硬質相の含有割合が82質量%以上であると、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。一方、硬質相の含有割合が93質量%以下であると、相対的に結合相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。同様の観点から、硬質相の含有割合は、84質量%以上90質量%以下であることが好ましく、85質量%以上88質量%以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the content of the hard phase is 82% by mass or more and 93% by mass or less. When the content of the hard phase is 82% by mass or more, the cermet sintered body has improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. On the other hand, when the content of the hard phase is 93% by mass or less, the content of the binder phase is relatively increased, so that the cermet sintered body has improved toughness and excellent chipping resistance. From the same point of view, the content of the hard phase is preferably 84% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or more and 88% by mass or less.

本実施形態のサーメット焼結体において、結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下である。結合相の含有割合が7質量%以上であると、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。一方、結合相の含有割合が18質量%以下であると、相対的に硬質相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。同様の観点から、結合相の含有割合は、10質量%以上16質量%以下であることが好ましく12質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the binder phase content is 7% by mass or more and 18% by mass or less. When the binder phase content is 7% by mass or more, the cermet sintered body has improved toughness and excellent chipping resistance. On the other hand, when the content of the binder phase is 18% by mass or less, the content of the hard phase relatively increases, so that the cermet sintered body has improved hardness, wear resistance and plastic deformation resistance. Excellent. From the same point of view, the content of the binder phase is preferably 10% by mass or more and 16% by mass or less, and more preferably 12% by mass or more and 15% by mass or less.

なお、本実施形態において、硬質相及び結合相の含有割合の値(質量%)は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物と、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種との合計100質量%に対する含有割合の値(質量%)となる。
また、本実施形態において、硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μm以上の位置において、EDSを用いて分析することにより測定することができる。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。このとき、Tiは炭窒化物、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrは炭化物として換算した値を、各相の含有割合(質量%)として算出した。具体的には、硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
In the present embodiment, the content ratio (% by mass) of the hard phase and the binder phase is at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr. It is the value of the content ratio (% by mass) with respect to the total 100% by mass of the carbonitride, carbide or nitride containing and at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe.
Further, in the present embodiment, the content ratio (% by mass) of the hard phase and the binder phase can be measured by analyzing using EDS at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body. . Analysis by EDS is performed by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. At this time, Ti was calculated as a carbonitride, and W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr were converted as carbides, and the content ratio (% by mass) of each phase was calculated. Specifically, the content ratio (% by mass) of the hard phase and the binder phase can be measured by the method described in Examples below.

本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相は、(i)XRD測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、(ii)XRD測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含む。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the hard phase has (i) a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 123.5° or more and 125.0° or less in XRD measurement. (ii) in XRD measurement, a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 121.0° or more and less than 123.5°; including.

本実施形態において、第1硬質相及び第2硬質相は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像により特定することができる。図1は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像の一例である。当該BSE観察像において、黒色のコントラストを有する部分が、第1硬質相(1)であり、灰色~白色のコントラストを有する部分が、第2硬質相(6)(第2硬質相a(2)、別の第2硬質相b(3)、さらに別の第2硬質相c(4))であり、これらの硬質相間の細長い白色の部分が、結合相(5)である。 In this embodiment, the first hard phase and the second hard phase can be identified by BSE observation images of the internal cross-sectional structure of the cermet sintered body. FIG. 1 is an example of a BSE observation image of a cross-sectional structure inside a cermet sintered body. In the BSE observation image, the portion with black contrast is the first hard phase (1), and the portion with gray to white contrast is the second hard phase (6) (second hard phase a (2) , another second hard phase b(3), yet another second hard phase c(4)), and the elongated white part between these hard phases is the binder phase (5).

本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相と第2硬質相との比率は、以下のように評価する。硬質相についての上述のXRD測定で特定した各々の硬質相に由来する2つの回折ピークについて、積分強度を算出する。第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度と、第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度との比率(第1硬質相:第2硬質相)は、1.0:1.5~1.0:3.5であることが好ましく、1.0:2.0~1.0:3.0であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the ratio between the first hard phase and the second hard phase is evaluated as follows. The integrated intensity is calculated for the two diffraction peaks originating from each hard phase identified in the above XRD measurements for the hard phase. Ratio of the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the first hard phase to the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase (first hard phase: second hard phase) is preferably 1.0:1.5 to 1.0:3.5, more preferably 1.0:2.0 to 1.0:3.0.

第1硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 The first hard phase is a phase containing carbonitrides, carbides or nitrides containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr, and Ti , W, Mo, Cr, Ta, Nb and Zr. A phase containing a carbonitride containing at least one more selected species is more preferred.

第2硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 The second hard phase is a phase containing carbonitrides, carbides or nitrides containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr, and Ti , W, Mo, Cr, Ta, Nb and Zr. More preferably, the phase contains a carbonitride containing at least one more selected species.

本実施形態のサーメット焼結体において、第2硬質相の残留応力は、-1000MPa以上-600MPa以下である。第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上であると、硬質相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、第2硬質相の残留応力が、-600MPa以下であると、硬質相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。同様の観点から、第2硬質相の残留応力は、-950MPa以上-650MPa以下であることが好ましく、-900MPa以上-700MPa以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the residual stress of the second hard phase is −1000 MPa or more and −600 MPa or less. When the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more, embrittlement of the hard phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the second hard phase is -600 MPa or less, the toughness of the hard phase is improved, and the cermet sintered body is excellent in fracture resistance. From the same point of view, the residual stress of the second hard phase is preferably −950 MPa or more and −650 MPa or less, more preferably −900 MPa or more and −700 MPa or less.

残留応力とは、硬質相及び結合相中に残留する内部応力(固有ひずみ)であって、一般に「-」(マイナス)の数値で表される応力を圧縮応力といい、「+」(プラス)の数値で表される応力を引張応力という。本実施形態においては、残留応力の大小を表現する場合、「+」(プラス)の数値が大きくなる程、残留応力が大きいと表現し、また「-」(マイナス)の数値が大きくなる程、残留応力が小さいと表現するものとする。 Residual stress is the internal stress (intrinsic strain) remaining in the hard phase and bonding phase, and the stress generally represented by a numerical value of "-" (minus) is called compressive stress, and "+" (plus) The stress represented by the numerical value of is called tensile stress. In this embodiment, when expressing the magnitude of residual stress, the larger the numerical value of "+" (plus), the greater the residual stress, and the larger the numerical value of "-" (minus), the greater the residual stress. It is assumed that the residual stress is small.

なお、本実施形態において、第2硬質相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定することができる。立方晶結晶構造を有する第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークを用いて評価する。当該ピークは、2θ-θ測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に存在する。具体的には、第2硬質相の残留応力は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。 In addition, in this embodiment, the residual stress of the second hard phase can be measured by the sin 2 ψ method using XRD. The diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase having a cubic crystal structure is used for evaluation. The peak exists at a position of 121.0° or more and less than 123.5° in 2θ-θ measurement. Specifically, the residual stress of the second hard phase can be measured by the method described in Examples below.

本実施形態のサーメット焼結体において、結合相の残留応力は、-600MPa以上-200MPa以下である。結合相の残留応力が、-600MPa以上であると、結合相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。さらに、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相が硬化して、サーメット焼結体は、耐摩耗性が向上する。同様の観点から、結合相の残留応力は、-550MPa以上-250MPa以下であることが好ましく、-500MPa以上-300MPa以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the residual stress of the binding phase is −600 MPa or more and −200 MPa or less. When the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more, embrittlement of the binder phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the toughness of the binder phase is improved, and the cermet sintered body is excellent in fracture resistance. Furthermore, when the residual stress of the binding phase is -200 MPa or less, the binding phase hardens and the wear resistance of the cermet sintered body is improved. From the same point of view, the residual stress of the binder phase is preferably −550 MPa or more and −250 MPa or less, more preferably −500 MPa or more and −300 MPa or less.

なお、本実施形態において、結合相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定することができる。立方晶結晶構造を有する結合相に由来する回折ピークのうち、(311)面に由来する回折ピークを用いて評価する。当該ピークは、2θ-θ測定において、89.5°~93.0°の位置に存在する。具体的には、結合相の残留応力は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。 In addition, in this embodiment, the residual stress of the binder phase can be measured by the sin 2 ψ method using XRD. Of the diffraction peaks derived from the binding phase having a cubic crystal structure, the diffraction peak derived from the (311) plane is used for evaluation. The peak is located between 89.5° and 93.0° in the 2θ-θ measurement. Specifically, the residual stress of the binder phase can be measured by the method described in Examples below.

本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相富化領域の厚みは、0μm以上1.0μm以下である。第1硬質相富化領域の厚みが、1.0μm以下であると、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性が向上する。同様の観点から、第1硬質相富化領域の厚みは、0.5μm以下であることが好ましく、0μmであることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the thickness of the first hard phase enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less. When the thickness of the first hard phase-enriched region is 1.0 μm or less, the cermet sintered body has improved wear resistance and plastic deformation resistance. From the same point of view, the thickness of the first hard phase-enriched region is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0 μm.

なお、本実施形態において、第1硬質相富化領域の厚みは、以下の方法で算出する。まず、サーメット焼結体表面に垂直な断面のBSE観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引く。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとする。このとき、線分の長さは20μm以上とした。 In addition, in the present embodiment, the thickness of the first hard phase enriched region is calculated by the following method. First, in the BSE observation image of the cross section perpendicular to the surface of the sintered cermet body, line segments parallel to the surface of the sintered cermet body are drawn at intervals of 0.5 μm from the surface of the sintered cermet body inward. Assuming that the length of the line segment is 100%, the shortest distance between the line segment whose ratio of the line segment crossing the first hard phase is less than 30% and the surface of the cermet sintered body is defined as the first hard phase enrichment Let it be the thickness of the region. At this time, the length of the line segment was set to 20 μm or more.

本実施形態のサーメット焼結体において、表面結合相割合は、0.80以上0.95以下である。表面結合相割合が、0.80以上であると、相対的に結合相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。一方、表面結合相割合が、0.95以下であると、相対的に硬質相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。同様の観点から、表面結合相割合は、0.81以上0.91以下であることが好ましく、0.83以上0.88以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the surface bonding phase ratio is 0.80 or more and 0.95 or less. When the surface binding phase ratio is 0.80 or more, the ratio of the binding phase is relatively increased, so that the cermet sintered body has excellent fracture resistance. On the other hand, when the surface bonding phase ratio is 0.95 or less, the hard phase ratio increases relatively, so that the cermet sintered body is excellent in wear resistance and plastic deformation resistance. From the same point of view, the surface bonding phase ratio is preferably 0.81 or more and 0.91 or less, more preferably 0.83 or more and 0.88 or less.

なお、本実施形態において、表面結合相割合は、以下の方法で算出する。まず、EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とする。 In addition, in this embodiment, the surface-bonded phase ratio is calculated by the following method. First, using EDS, at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body (surface portion) and at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body (inside), mass % of Co, Ni and Fe to analyze. Analysis by EDS is performed by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. A value obtained by dividing the sum of mass % of Co, Ni and Fe in the surface part by the sum of mass % of Co, Ni and Fe in the inside is defined as the surface bonding phase ratio.

本実施形態のサーメット焼結体において、下記の方法で算出する表面窒素割合(以下、単に「表面窒素割合」とも記す。)は、0.42以上0.50以下であることが好ましい。
(表面窒素割合の算出方法)
EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置において、N元素及びC元素の質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。N元素及びC元素の合計に対するN元素の比を、表面窒素割合とする。
In the cermet sintered body of the present embodiment, the surface nitrogen ratio (hereinafter also simply referred to as "surface nitrogen ratio") calculated by the following method is preferably 0.42 or more and 0.50 or less.
(Calculation method of surface nitrogen ratio)
EDS is used to analyze mass % of N element and C element at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body. Analysis by EDS is performed by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. The ratio of the N element to the sum of the N element and the C element is defined as the surface nitrogen ratio.

本実施形態のサーメット焼結体において、表面窒素割合が0.42以上であると、N元素を一定量含むことを示し、切削加工時の、硬質粒子が被削材と反応し難くなり、反応摩耗の進展が抑制され、耐摩耗性が向上する傾向にある。また、表面窒素割合が0.42以上であると、被削材の加工面も優れる傾向にある。一方、表面窒素割合が0.50以下であると、焼結時、脱窒による空孔発生が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、表面窒素割合は、0.43以上0.48以下であることがより好ましく、0.44以上0.46以下であることがさらに好ましい。 In the cermet sintered body of the present embodiment, when the surface nitrogen ratio is 0.42 or more, it indicates that a certain amount of N element is included, and the hard particles are less likely to react with the work material during cutting. Progression of wear is suppressed, and wear resistance tends to improve. Moreover, when the surface nitrogen ratio is 0.42 or more, the machined surface of the work material tends to be excellent. On the other hand, when the surface nitrogen ratio is 0.50 or less, vacancies due to denitrification are suppressed during sintering, and the cermet sintered body tends to be excellent in fracture resistance. From the same point of view, the surface nitrogen ratio is more preferably 0.43 or more and 0.48 or less, and further preferably 0.44 or more and 0.46 or less.

次に、本実施形態のサーメット焼結体の製造方法の一例について説明する。なお、本実施形態のサーメット焼結体の製造方法は、上述した構成を達成し得る限り特に制限されるものではない。 Next, an example of the method for producing the cermet sintered body of this embodiment will be described. In addition, the method for manufacturing the cermet sintered body of the present embodiment is not particularly limited as long as the above configuration can be achieved.

本実施形態のサーメット焼結体の製造方法は、例えば、以下の工程1~11を含む。 The method for producing a cermet sintered body of the present embodiment includes, for example, steps 1 to 11 below.

工程1は、各原料粉末を配合する工程(配合工程)である。具体的には、特に限定されないが、例えば、平均粒径0.5~4.0μmの、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物からなる群より選択される少なくとも1種の粉末82~93質量%と、平均粒径0.5~3.0μmの、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種の粉末7~18質量%とを配合(ただし、これらの合計は100質量%である)する工程が挙げられる。原料粉末の具体例としては、特に限定されないが、例えば、TiC0.50.5、TiC0.30.7、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr32、VC、HfC、Co、Ni及びFe等の粉末が挙げられる。 Step 1 is a step of blending each raw material powder (blending step). Specifically, although not particularly limited, for example, at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr having an average particle size of 0.5 to 4.0 μm 82 to 93% by mass of at least one powder selected from the group consisting of carbonitrides, carbides or nitrides containing seeds, and a group consisting of Co, Ni and Fe having an average particle size of 0.5 to 3.0 μm A step of blending 7 to 18% by mass of at least one selected powder (where the total of these is 100% by mass) can be mentioned. Specific examples of raw material powders are not particularly limited, but include TiC 0.5 N 0.5 , TiC 0.3 N 0.7 , WC, TaC, NbC, ZrC, Mo 2 C, Cr 3 C 2 , VC, HfC, Co, Ni and Powders, such as Fe, are mentioned.

工程2は、工程1で配合した各原料粉末を、溶媒とともに湿式ボールミルにより、混合する工程(混合工程)である。ここで、各原料粉末の混合時間は、10~40時間とすることが好ましい。 Step 2 is a step (mixing step) of mixing the raw material powders blended in step 1 with a solvent by a wet ball mill. Here, the mixing time of each raw material powder is preferably 10 to 40 hours.

工程3は、工程2で混合した粉末を、乾燥させる工程(乾燥工程)である。ここで、乾燥温度は、100℃以下とすることが好ましい。 Step 3 is a step of drying the powder mixed in step 2 (drying step). Here, the drying temperature is preferably 100° C. or less.

工程4は、工程3で乾燥させた混合粉末を所定の形状に成形する工程(成形工程)である。成形工程において、具体的には、例えば、所定の工具形状となる金型を用いて、混合粉末をプレス、成形することが好ましい。さらに、成形工程において、例えば、パラフィンを添加することにより、成形性が向上する傾向がある。 Step 4 is a step (forming step) of forming the mixed powder dried in step 3 into a predetermined shape. Specifically, in the molding step, for example, it is preferable to press and mold the mixed powder using a mold having a predetermined tool shape. Furthermore, in the molding process, the addition of paraffin, for example, tends to improve moldability.

工程5は、工程4で得られた成形体を、真空雰囲気において、室温から所定の温度(到達温度)まで昇温する工程(第1昇温工程)である。第1昇温工程の到達温度は、第2昇温工程の開始温度であり、例えば、1300~1440℃とすることが好ましい。第1昇温工程において、圧力は、70Pa以下とすることが好ましい。 Step 5 is a step (first temperature raising step) of raising the temperature of the compact obtained in step 4 from room temperature to a predetermined temperature (reaching temperature) in a vacuum atmosphere. The temperature reached in the first heating step is the starting temperature of the second heating step, and is preferably 1300 to 1440° C., for example. In the first temperature raising step, the pressure is preferably 70 Pa or less.

工程6は、工程5の後、成形体を、N2ガス雰囲気において、所定の温度(到達温度)まで昇温する工程(第2昇温工程)である。第2昇温工程の開始温度は、例えば、1300~1440℃とすることが好ましい。第2昇温工程の到達温度は、焼結工程の温度であり、1450~1550℃とすることが好ましい。第2昇温工程において、圧力は、133~6650Paとすることが好ましい。 Step 6 is a step (second temperature raising step) of heating the compact to a predetermined temperature (reaching temperature) in an N 2 gas atmosphere after step 5. It is preferable that the starting temperature of the second heating step is, for example, 1300 to 1440.degree. The temperature reached in the second heating step is the temperature in the sintering step, and is preferably 1450 to 1550°C. In the second heating step, the pressure is preferably 133-6650Pa.

工程7は、工程6の後、成形体を、N2ガス雰囲気において、所定の温度で保持して焼結する工程(焼結工程)である。ここで、焼結温度は、1450~1550℃とすることが好ましく、1480~1550℃とすることがより好ましい。焼結工程において、圧力は、70~600Paとすることが好ましい。焼結時間は、30~120分間とすることが好ましい。 Step 7 is a step (sintering step) of holding and sintering the compact at a predetermined temperature in an N 2 gas atmosphere after step 6 . Here, the sintering temperature is preferably 1450 to 1550°C, more preferably 1480 to 1550°C. In the sintering step, the pressure is preferably 70-600Pa. The sintering time is preferably 30 to 120 minutes.

工程8:工程7で得られたサーメット焼結体を、真空雰囲気において、所定の温度まで冷却する工程(第1冷却工程)。ここで、第1冷却開始温度は、焼結温度であり、例えば、1450~1550℃とすることが好ましい。第1冷却到達温度は、例えば、1300~1350℃とすることが好ましい。第1冷却工程において、冷却速度は、20℃/分以下とすることが好ましく、3~15℃/分とすることがより好ましい。第1冷却工程において、圧力は、133Pa以下とすることが好ましい。 Step 8: A step of cooling the cermet sintered body obtained in Step 7 to a predetermined temperature in a vacuum atmosphere (first cooling step). Here, the first cooling start temperature is the sintering temperature, and is preferably 1450 to 1550° C., for example. It is preferable that the first cooling ultimate temperature is, for example, 1300 to 1350.degree. In the first cooling step, the cooling rate is preferably 20° C./min or less, more preferably 3 to 15° C./min. In the first cooling step, the pressure is preferably 133 Pa or less.

工程9は、工程8の後、サーメット焼結体を、不活性ガス雰囲気において、室温まで冷却する工程(第2冷却工程)である。ここで、第2冷却開始温度は、第1冷却到達温度であり、例えば、1300~1350℃とすることが好ましい。第2冷却到達温度は、室温である。第2冷却工程において、圧力は、133~300000Paとすることが好ましい。第2冷却工程において、不活性ガス雰囲気の具体例としては、特に限定されないが、例えば、He、Ne及びArガス雰囲気が挙げられる。 Step 9 is a step of cooling the cermet sintered body to room temperature in an inert gas atmosphere after step 8 (second cooling step). Here, the second cooling start temperature is the first cooling target temperature, and is preferably 1300 to 1350° C., for example. The second cooling target temperature is room temperature. In the second cooling step, the pressure is preferably 133-300000Pa. In the second cooling step, specific examples of the inert gas atmosphere include, but are not limited to, He, Ne and Ar gas atmospheres.

工程10は、工程9の後、サーメット焼結体の刃先にホーニング処理を施す工程(ホーニング工程)である。ここで、所望のホーニング形状に調整する。 Step 10 is a step (honing step) of honing the cutting edge of the sintered cermet body after step 9. Here, the desired honing shape is adjusted.

工程11は、工程10の後、アルミナ(Al23)等の投射材の粒子をサーメット焼結体表面に衝突させる工程(ブラスト工程)である。ここで、ブラスト工程の方式は、乾式とすることが好ましい。ブラスト工程において、投射材の粒子の平均粒径は、100~150μmとすることが好ましい。ブラスト工程において、投射角度(工具の形状に成形した場合、工具のすくい面の法線からの傾斜角度)は、30~60度とすることが好ましい。ブラスト工程において、投射速度は、70~150m/secとすることが好ましく、70~130m/secとすることがより好ましい。 Step 11 is a step (blasting step) of blasting particles of a blasting material such as alumina (Al 2 O 3 ) against the surface of the cermet sintered body after step 10 . Here, the method of the blasting process is preferably dry. In the blasting process, the average particle diameter of the particles of the blasting material is preferably 100 to 150 μm. In the blasting process, the projection angle (inclination angle from the normal line of the rake face of the tool when formed into the shape of the tool) is preferably 30 to 60 degrees. In the blasting process, the projection speed is preferably 70-150 m/sec, more preferably 70-130 m/sec.

なお、工程1において使用される原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会(ASTM)規格B330に記載のフィッシャー法(Fisher Sub-Sieve Sizer(FSSS))により測定することができる。 The average particle size of the raw material powder used in step 1 can be measured by Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS) described in American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard B330.

本実施形態のサーメット焼結体の製造方法の各工程は、以下の意義を有する。 Each step of the method for producing a cermet sintered body of the present embodiment has the following significance.

工程1(配合工程)では、各原料粉末の配合比を調整することで、所望のサーメット焼結体の組成となるように調整することができる。 In step 1 (blending step), the composition of the cermet sintered body can be adjusted to a desired composition by adjusting the blending ratio of each raw material powder.

工程2(混合工程)では、所定の配合組成の原料粉末を均一に混合した、混合物を得ることができる。また、原料粉末の粒径を調整し、焼結体における組織及び粒度を調整することができる。 In step 2 (mixing step), a mixture can be obtained by uniformly mixing raw material powders having a predetermined composition. Also, the grain size of the raw material powder can be adjusted to adjust the structure and grain size of the sintered body.

工程3(乾燥工程)では、混合物から溶媒を蒸発させた混合粉末を得ることができる。 In step 3 (drying step), a mixed powder can be obtained by evaporating the solvent from the mixture.

工程4(成形工程)では、混合粉末から所定の工具形状の成形体が得られる。パラフィンを添加することにより、成形性が向上する。 In step 4 (forming step), a molded body having a predetermined tool shape is obtained from the mixed powder. Addition of paraffin improves moldability.

工程5(第1昇温工程)では、液相出現前及び液相出現直後での脱ガスを促進するとともに、以下の工程7(焼結工程)における焼結性を向上させることができる。 In step 5 (first temperature raising step), degassing can be promoted before and immediately after the appearance of the liquid phase, and sinterability in step 7 (sintering step) below can be improved.

工程6(第2昇温工程)では、成形体からの脱窒素を抑制しつつ、焼結温度まで昇温することができる。この工程6(第2昇温工程)と以下の工程7(焼結工程)とを組み合わせることで、表面結合相割合を小さくすることができる。 In step 6 (second temperature raising step), the temperature can be raised to the sintering temperature while suppressing denitrification from the compact. By combining this step 6 (second temperature rising step) and the following step 7 (sintering step), the surface bonding phase ratio can be reduced.

工程7(焼結工程)では、成形体を所定の温度で保持して焼結することによりサーメット焼結体を得るとともに、表面結合相割合を小さくすることができる。 In step 7 (sintering step), the molded body is held at a predetermined temperature and sintered to obtain a cermet sintered body and to reduce the surface bonding phase ratio.

工程8(第1冷却工程)では、第1硬質相富化領域を形成させることができる。また、表面窒素割合を調整することができる。 In step 8 (first cooling step), a first hard phase enriched region can be formed. Also, the surface nitrogen ratio can be adjusted.

工程9(第2冷却工程)では、サーメット焼結体を室温まで冷却することができる。 In step 9 (second cooling step), the cermet sintered body can be cooled to room temperature.

工程10(ホーニング工程)では、工具形状のサーメット焼結体の刃先に所定のホーニング形状を備えさせることができる。 In step 10 (honing step), the cutting edge of the tool-shaped cermet sintered body can be provided with a predetermined honing shape.

工程11(ブラスト工程)では、第2硬質相及び結合相に圧縮の残留応力を付与することができる。ブラスト工程の方式として、乾式ブラストは湿式ブラストに比して、高い圧縮の残留応力を付与することができる。一方、湿式ブラストは乾式ブラストに比して、焼結体表面を研削する力が強い傾向がある。 In step 11 (blasting step), a compressive residual stress can be applied to the second hard phase and the binder phase. As a method of blasting, dry blasting can impart higher compressive residual stress than wet blasting. On the other hand, wet blasting tends to have a stronger force for grinding the surface of the sintered body than dry blasting.

本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相及び第2硬質相の2種の硬質相を形成させる方法としては、特に限定されないが、例えば、炭窒化物、炭化物又は窒化物からなる原料粉末として、Tiの炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末と、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末を用いることで、上述の製造方法において、第1硬質相及び第2硬質相を得ることができる。また、配合するTiの炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末の配合比を高くすると、XRD測定で特定した第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度が高くなる傾向にある。 In the cermet sintered body of the present embodiment, the method for forming the two hard phases of the first hard phase and the second hard phase is not particularly limited, but for example, a raw material made of carbonitride, carbide or nitride Powders of Ti carbonitrides, carbides or nitrides, and carbonitrides, carbides or nitrides containing at least one selected from the group consisting of W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr By using nitride powder, the first hard phase and the second hard phase can be obtained in the above-described manufacturing method. In addition, when the compounding ratio of the Ti carbonitride, carbide, or nitride powder to be blended is increased, the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the first hard phase identified by XRD measurement tends to increase. be.

第1硬質相富化領域の厚みを所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整する方法が挙げられる。具体的には、上述した第2昇温工程の開始温度の範囲(1300~1440℃)内で、第2昇温工程の開始温度を高くすると、第1硬質相富化領域の厚みが小さくなる傾向にある。 As a method of controlling the thickness of the first hard phase-enriched region within a desired range, there is a method of adjusting the starting temperature of the second heating step (reaching temperature of the first heating step) in the above-described manufacturing method. be done. Specifically, if the starting temperature of the second heating step is increased within the range of the starting temperature of the second heating step (1300 to 1440° C.), the thickness of the first hard phase-enriched region becomes smaller. There is a tendency.

表面結合相割合を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整したり、第1冷却工程の冷却速度を調整したり、焼結工程の焼結温度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度を低くしたり、第1冷却工程の冷却速度を遅くしたり、焼結工程の焼結温度を高くすると、表面結合相割合が小さくなる傾向にある。 As a method for controlling the surface bonding phase ratio within a desired range, in the above-described manufacturing method, a dry blasting process is adopted instead of a wet blasting process, and the starting temperature of the second heating process (first heating process (reaching temperature), adjusting the cooling rate in the first cooling step, or adjusting the sintering temperature in the sintering step. Specifically, as a method of the blasting process, a dry method is adopted instead of a wet method, the starting temperature of the second heating step is lowered, the cooling rate of the first cooling step is slowed down, and the sintering step is performed. As the bonding temperature increases, the surface bonding phase ratio tends to decrease.

第2硬質相の残留応力を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を速くすると、第2硬質相の残留応力が小さくなる傾向にある。 As a method for controlling the residual stress of the second hard phase within a desired range, a method of adopting a dry blasting process instead of a wet blasting process in the above-described production method and adjusting the blasting speed in the blasting process can be mentioned. be done. Specifically, when a dry blasting process is adopted instead of a wet blasting process and the blasting speed of the blasting process is increased, the residual stress of the second hard phase tends to decrease.

結合相の残留応力を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を速くすると、第2硬質相の残留応力が小さくなる傾向にある。 As a method of controlling the residual stress of the binder phase within a desired range, a method of adopting a dry blasting process instead of a wet blasting process in the above-described manufacturing method and adjusting the blasting speed of the blasting process can be mentioned. Specifically, when a dry blasting process is adopted instead of a wet blasting process and the blasting speed of the blasting process is increased, the residual stress of the second hard phase tends to decrease.

表面窒素割合を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整したり、第1冷却工程の冷却速度を調整したり、焼結工程の焼結温度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度を低くしたり、第1冷却工程の冷却速度を遅くしたり、焼結工程の焼結温度を高くすると、表面窒素割合が小さくなる傾向にある。 As a method for controlling the surface nitrogen ratio to a desired range, in the above-described manufacturing method, a dry blasting process is adopted instead of a wet blasting process, and the starting temperature of the second heating process (the starting temperature of the first heating process temperature), adjusting the cooling rate in the first cooling step, or adjusting the sintering temperature in the sintering step. Specifically, as a method of the blasting process, a dry method is adopted instead of a wet method, the starting temperature of the second heating step is lowered, the cooling rate of the first cooling step is slowed down, and the sintering step is performed. As the condensation temperature increases, the surface nitrogen ratio tends to decrease.

本実施形態のサーメット焼結体は、さらに表面に従来からある物理蒸着法又は化学蒸着法により硬質膜を被覆してもよい。 The surface of the cermet sintered body of the present embodiment may be further coated with a hard film by a conventional physical vapor deposition method or chemical vapor deposition method.

本実施形態のサーメット焼結体は、特に限定されないが、例えば、フライス加工用又は旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、エンドミルなどに利用することができる。 Although the cermet sintered body of the present embodiment is not particularly limited, it can be used for, for example, indexable cutting inserts for milling or turning, drills, end mills, and the like.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
[サーメット焼結体の製造]
原料粉末として、市販されている、平均粒径2.0μmのTiC0.50.5粉末、平均粒径2.0μmのTiC0.30.7粉末、平均粒径1.5μmのWC粉末、平均粒径1.5μmのTaC粉末、平均粒径1.5μmのNbC粉末、平均粒径1.5μmのZrC粉末、平均粒径1.5μmのMo2C粉末、平均粒径1.5μmのCr32粉末、平均粒径1.0μmのCo粉末、平均粒径1.0μmのNi粉末を用意した。なお、原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会(ASTM)規格B330に記載のフィッシャー法(Fisher Sub-Sieve Sizer(FSSS))により測定した。
(Example 1)
[Production of cermet sintered body]
As raw material powders, commercially available TiC 0.5 N 0.5 powder with an average particle size of 2.0 μm, TiC 0.3 N 0.7 powder with an average particle size of 2.0 μm, WC powder with an average particle size of 1.5 μm, and an average particle size of 1.5 μm. 5 μm TaC powder, 1.5 μm average particle size NbC powder, 1.5 μm average particle size ZrC powder, 1.5 μm average particle size Mo 2 C powder, 1.5 μm average particle size Cr 3 C 2 powder, Co powder with an average particle size of 1.0 μm and Ni powder with an average particle size of 1.0 μm were prepared. The average particle diameter of the raw material powder was measured by Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS) described in American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard B330.

用意した原料粉末を下記表1の配合組成になるように秤量して、秤量した各原料粉末をアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共にステンレス製ポットに入れて湿式ボールミルで混合及び粉砕を行った。湿式ボールミルによる混合及び粉砕時間は15時間とした。 The prepared raw material powders were weighed so as to have the composition shown in Table 1 below, and each weighed raw material powder was placed in a stainless steel pot together with an acetone solvent and cemented carbide balls, and mixed and pulverized in a wet ball mill. Mixing and pulverization time by a wet ball mill was 15 hours.

湿式ボールミルによる混合及び粉砕後、混合物を60℃で乾燥することにより、アセトン溶媒を蒸発して混合粉末を得た。 After mixing and grinding with a wet ball mill, the mixture was dried at 60° C. to evaporate the acetone solvent and obtain a mixed powder.

得られた混合粉末にパラフィンを3.0質量%添加した後、焼結後の形状がインサート形状TNMG160404になる金型でもって圧力100MPaでプレス成形して、混合粉体の成形体を得た。 After adding 3.0% by mass of paraffin to the obtained powder mixture, the powder mixture was press-molded at a pressure of 100 MPa using a mold having an insert shape of TNMG160404 after sintering to obtain a compact of the powder mixture.

得られた成形体を、真空雰囲気において、室温から表2に示す第2昇温工程の開始温度まで昇温した(第1昇温工程)。また、第1昇温工程において、圧力は50Paとした。 The obtained compact was heated from room temperature to the start temperature of the second heating step shown in Table 2 in a vacuum atmosphere (first heating step). Moreover, the pressure was set to 50 Pa in the first temperature raising step.

その後、成形体を、N2ガス雰囲気において、表2に示す第2昇温工程の開始温度から、表2に示す焼結工程の温度まで昇温した(第2昇温工程)。第2昇温工程において、圧力は600Paとした。 After that, the compact was heated from the starting temperature of the second heating step shown in Table 2 to the temperature of the sintering step shown in Table 2 in an N 2 gas atmosphere (second heating step). The pressure was set to 600 Pa in the second temperature raising step.

その後、成形体を、N2ガス雰囲気において、表2に示す焼結工程の温度で保持して焼結した(焼結工程)。焼結工程において、圧力は270Paとし、焼結時間は60分とした。 After that, the compact was sintered in an N 2 gas atmosphere while being held at the temperature of the sintering process shown in Table 2 (sintering process). In the sintering process, the pressure was 270 Pa and the sintering time was 60 minutes.

得られたサーメット焼結体を、真空雰囲気において、表2に示す焼結工程の温度から、1350℃まで冷却した(第1冷却工程)。また。第1冷却工程において、冷却速度は、表2示すとおりとし、圧力は90Paとした。 The obtained cermet sintered body was cooled from the temperature of the sintering step shown in Table 2 to 1350° C. in a vacuum atmosphere (first cooling step). again. In the first cooling step, the cooling rate was as shown in Table 2, and the pressure was 90 Pa.

その後、サーメット焼結体を、Arガス雰囲気において、第1冷却到達温度1350℃から室温まで冷却した(第2冷却工程)。また、第2冷却工程において圧力は100000Paとした。 Thereafter, the cermet sintered body was cooled from the first cooling ultimate temperature of 1350° C. to room temperature in an Ar gas atmosphere (second cooling step). Moreover, the pressure was set to 100000 Pa in the second cooling step.

その後、サーメット焼結体の刃先にSiCブラシにより丸ホーニング処理を施した(ホーニング工程)。 After that, the cutting edge of the sintered cermet was subjected to round honing treatment with a SiC brush (honing process).

その後、投射材として、アルミナ(Al23)粒子をサーメット焼結体表面に衝突させるブラスト工程を行った。ブラスト工程の方式は、表2に示すとおりとした。ブラスト工程において、投射材の粒子の平均粒径は、120μmとし、投射角度は、45度とした。また、投射速度は、表2に示すとおりとした。 After that, a blasting step was performed in which alumina (Al 2 O 3 ) particles as a blasting material collided with the surface of the cermet sintered body. The method of the blasting process was as shown in Table 2. In the blasting process, the average particle diameter of the particles of the projection material was set to 120 μm, and the projection angle was set to 45 degrees. Also, the projection speed was set as shown in Table 2.

以上のようにして発明品1~16及び比較品1~13を作製した。 Invention products 1 to 16 and comparative products 1 to 13 were produced as described above.

Figure 2023095013000001
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Figure 2023095013000002
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発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、サーメット焼結体表面に垂直な断面の、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μmの位置において、EDS付きSEMにて観察し、硬質相及び結合相の組成を同定した。
また、発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体における硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、EDSを用いて、サーメット焼結体表面に垂直な断面の、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μmの位置において、EDSを用いて分析することにより測定した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。このとき、Tiは炭窒化物、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrは炭化物として、換算した値を各相の含有割合(質量%)として算出した。結果を表3に示す。
The cermet sintered bodies of invention products 1 to 16 and comparative products 1 to 13 were observed with an SEM with EDS at a position 500 μm inward from the surface of the cermet sintered body in the cross section perpendicular to the cermet sintered body surface. and identified the compositions of the hard and binder phases.
In addition, the content ratio (% by mass) of the hard phase and the binder phase in the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13 was measured using EDS, and the cermet It was measured by analysis using EDS at a position 500 μm inward from the surface of the sintered body. The EDS analysis was carried out by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. At this time, Ti is carbonitride, W, Mo, Cr, Ta, Nb and Zr are carbides, and the converted values were calculated as the content ratio (% by mass) of each phase. Table 3 shows the results.

Figure 2023095013000003
Figure 2023095013000003

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、XRD測定を行い、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含むことを確認した。発明品1~16において、第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度と、第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度との比率(第1硬質相:第2硬質相)は、1.0:2.0~1.0:2.7の範囲内であった。上記のXRD測定は、具体的には以下のような方法で行った。株式会社リガク製のX線回折装置RINT TTRIII(製品名)を用いて、Cu-Kα線を用いた2θ/θ集中法光学系のX線回折を、下記条件で行い、上記の各面指数のピーク強度を測定した。ここで測定条件は、出力:50kV、250mA、入射側ソーラースリット:5°、発散縦スリット:2/3°、発散縦制限スリット:5mm、散乱スリット2/3°、受光側ソーラースリット:5°、受光スリット:0.3mm、BENTモノクロメータ、受光モノクロスリット:0.8mm、サンプリング幅:0.01°、スキャンスピード:4°/min、2θ測定範囲:20°~140°とした。 XRD measurement was performed on the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, and cubic crystals exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 123.5 ° or more and 125.0 ° or less. A first hard phase having a structure and a second hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 121.0° or more and less than 123.5°. bottom. In invention products 1 to 16, the ratio of the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the first hard phase to the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase (first hard phase: second hard phase) was in the range of 1.0:2.0 to 1.0:2.7. Specifically, the above XRD measurement was performed by the following method. Using an X-ray diffractometer RINT TTRIII (product name) manufactured by Rigaku Co., Ltd., X-ray diffraction of a 2θ/θ focusing optical system using Cu—Kα rays was performed under the following conditions. Peak intensity was measured. Here, the measurement conditions are as follows: output: 50 kV, 250 mA, incident side solar slit: 5°, divergence vertical slit: 2/3°, divergence vertical limiting slit: 5 mm, scattering slit 2/3°, light receiving side solar slit: 5° , light receiving slit: 0.3 mm, BENT monochromator, light receiving monochrome slit: 0.8 mm, sampling width: 0.01°, scan speed: 4°/min, 2θ measurement range: 20° to 140°.

なお、第1硬質相及び第2硬質相は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像により特定した。 The first hard phase and the second hard phase were identified by BSE observation images of the internal cross-sectional structure of the cermet sintered body.

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、第2硬質相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定した。立方晶結晶構造を有する第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークを用いて評価した。当該ピークは、2θ-θ測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に存在した。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, the residual stress of the second hard phase was measured by the sin 2 ψ method using XRD. Evaluation was made using the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase having a cubic crystal structure. The peak was present at a position of 121.0° or more and less than 123.5° in 2θ-θ measurement. Table 4 shows the results.

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、結合相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定した。立方晶結晶構造を有する結合相に由来する回折ピークのうち、(311)面に由来する回折ピークを用いて評価した。当該ピークは、2θ-θ測定において、89.5°~93.0°の位置に存在した。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, the residual stress in the binder phase was measured by the sin 2 ψ method using XRD. Of the diffraction peaks derived from the binding phase having a cubic crystal structure, the diffraction peak derived from the (311) plane was used for evaluation. The peak was located between 89.5° and 93.0° in the 2θ-θ measurement. Table 4 shows the results.

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、第1硬質相富化領域の厚みは、以下の方法で算出した。まず、サーメット焼結体表面に垂直な断面のBSE観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引いた。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとした。このとき、線分の長さは20μmとした。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, the thickness of the first hard phase enriched region was calculated by the following method. First, in the BSE observation image of the cross section perpendicular to the surface of the sintered cermet body, line segments parallel to the surface of the sintered cermet body were drawn at intervals of 0.5 μm from the surface of the sintered cermet body inward. Assuming that the length of the line segment is 100%, the shortest distance between the line segment whose ratio of the line segment crossing the first hard phase is less than 30% and the surface of the cermet sintered body is defined as the first hard phase enrichment It is the thickness of the area. At this time, the length of the line segment was set to 20 μm. Table 4 shows the results.

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、表面結合相割合は、以下の方法で算出した。まず、EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とした。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of invention products 1 to 16 and comparative products 1 to 13, the surface bonding phase ratio was calculated by the following method. First, using EDS, at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body (surface portion) and at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body (inside), mass % of Co, Ni and Fe was analyzed. The EDS analysis was carried out by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. A value obtained by dividing the sum of the mass % of Co, Ni and Fe in the surface part by the sum of the mass % of Co, Ni and Fe in the inside was defined as the surface bonding phase ratio. Table 4 shows the results.

発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、表面窒素割合は、以下の方法で算出した。EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置において、N元素及びC元素の質量%を分析した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。N元素及びC元素の合計に対するN元素の比を、表面窒素割合とした。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of invention products 1 to 16 and comparative products 1 to 13, the surface nitrogen ratio was calculated by the following method. EDS was used to analyze mass % of N element and C element at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body. The EDS analysis was carried out by area analysis of a 10 μm×10 μm area centered on the above analysis position. The ratio of the N element to the sum of the N element and the C element was defined as the surface nitrogen ratio. Table 4 shows the results.

Figure 2023095013000004
Figure 2023095013000004

得られた発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体を用いて、切削試験1及び切削試験2を行った。切削試験1は耐欠損性を評価し、切削試験2は耐摩耗性及び耐塑性変形性を評価する試験である。切削試験1及び2の結果を表5に示した。 Cutting test 1 and cutting test 2 were performed using the cermet sintered bodies of invention products 1 to 16 and comparative products 1 to 13 obtained. Cutting test 1 evaluates chipping resistance, and cutting test 2 evaluates wear resistance and plastic deformation resistance. The results of cutting tests 1 and 2 are shown in Table 5.

[切削試験1]
被削材:SCM415、
被削材形状:側面に、等間隔に2本の溝が入っている丸棒、
切削速度:200m/min、
切り込み深さ:1.0mm、
送り:0.15mm/rev.、
クーラント:Wet、
インサート:TNMG160404、
評価項目:工具の刃先が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。
[Cutting test 1]
Work material: SCM415,
Work material shape: A round bar with two equally spaced grooves on the side,
Cutting speed: 200m/min,
depth of cut: 1.0 mm,
Feed: 0.15mm/rev. ,
Coolant: Wet,
Insert: TNMG160404,
Evaluation item: The tool life was defined as the time when the cutting edge of the tool became chipped, and the number of impacts until the tool life was measured.

[切削試験2]
被削材:S45C、
被削材形状:丸棒、
切削速度:250m/min、
切り込み深さ:1.0mm、
送り:0.20mm/rev.、
クーラント:Wet、
インサート:TNMG160404、
評価項目:工具の刃先が欠損に至ったとき、又は工具の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
[Cutting test 2]
Work material: S45C,
Work material shape: round bar,
Cutting speed: 250m/min,
depth of cut: 1.0 mm,
Feed: 0.20 mm/rev. ,
Coolant: Wet,
Insert: TNMG160404,
Evaluation item: The tool life was defined as when the cutting edge of the tool became chipped or when the flank wear width of the tool reached 0.2 mm, and the machining time until the tool life was measured.

Figure 2023095013000005
Figure 2023095013000005

なお、切削試験1の工具寿命までの衝撃回数について、20000回以上をA、15000回以上20000回未満をB、15000回未満をCとして評価した。また、切削試験2の工具寿命までの加工時間について、30分以上をA、25分以上30分未満をB、25分未満をCとして評価した。この評価では、(優)A>B>C(劣)という順位になり、Aを有するほど切削性能が優れる。 The number of impacts up to the tool life in cutting test 1 was evaluated as A when 20000 times or more, B when 15000 times or more and less than 20000 times, and C when less than 15000 times. In addition, the machining time up to the tool life in cutting test 2 was evaluated as A for 30 minutes or more, B for 25 minutes or more and less than 30 minutes, and C for less than 25 minutes. In this evaluation, the order is (excellent) A>B>C (poor), and the more A, the better the cutting performance.

表5の結果より、発明品のサーメット焼結体はいずれも切削試験1及び2の両方でB以上の評価を有し、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れることがわかった。一方、比較品のサーメット焼結体は、切削試験1及び2の少なくとも一方がCの評価を有し、耐欠損性、耐摩耗性及び耐塑性変形性の少なくとも一つの性能に劣ることがわかった。以上のことから、発明品のサーメット焼結体は、比較品のサーメット焼結体よりも切削性能に優れ、工具寿命が長いことがわかった。
なお、比較品11のサーメット焼結体は、表面を多量に削り取ってしまったため、表面結合相割合が大きくなったと考えられる。そのため、比較品11のサーメット焼結体は、切削試験2において、切削性能に劣り、工具寿命が短くなったと考えられる。
比較品11よりも、表面結合相割合が小さくなるように第2昇温工程の温度、焼結工程の温度及び第1冷却工程の冷却速度の条件を調整すると、焼結体の変形が激しく、目的とする工具形状が得られないため、切削性能の評価ができなかった。
From the results in Table 5, all of the cermet sintered bodies of the invention have an evaluation of B or higher in both cutting tests 1 and 2, and are excellent in fracture resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance. I understand. On the other hand, the comparative cermet sintered body was evaluated as C in at least one of cutting tests 1 and 2, and was found to be inferior in at least one of chipping resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance. . From the above, it was found that the cermet sintered body of the invention is superior in cutting performance and has a longer tool life than the cermet sintered body of the comparative product.
In the cermet sintered body of Comparative Product 11, a large amount of the surface was scraped off, so it is considered that the surface bonding phase ratio increased. Therefore, it is considered that the cermet sintered body of Comparative Product 11 was inferior in cutting performance in cutting test 2 and had a short tool life.
When the conditions of the temperature in the second heating step, the temperature in the sintering step, and the cooling rate in the first cooling step are adjusted so that the ratio of the surface-bonded phase is smaller than that of Comparative Product 11, the sintered compact undergoes severe deformation, Since the target tool shape could not be obtained, the cutting performance could not be evaluated.

本発明のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、従来よりも工具寿命を延長できるので、産業上の利用可能性が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The cermet sintered body of the present invention has excellent chipping resistance, wear resistance and plastic deformation resistance, and can extend the tool life as compared with the conventional sintered body, and therefore has high industrial applicability.

1:第1硬質相、2:第2硬質相a、3:別の第2硬質相b、4:さらに別の第2硬質相c、5:結合相、6:第2硬質相 1: first hard phase, 2: second hard phase a, 3: another second hard phase b, 4: further second hard phase c, 5: binder phase, 6: second hard phase

Claims (2)

硬質相及び結合相を含むサーメット焼結体であって、
前記硬質相が、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、
前記結合相が、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、
前記硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、
前記結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、
前記硬質相は、
(i)X線回折(XRD)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、
(ii)X線回折(XRD)測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、
を含み、
前記第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、
前記結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、
第1硬質相富化領域の厚みが、0μm以上1.0μm以下であり、
表面結合相割合が、0.80以上0.95以下である、サーメット焼結体。
A cermet sintered body containing a hard phase and a binder phase,
The hard phase is a phase containing carbonitrides, carbides or nitrides containing at least one selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr,
The binder phase is a phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe,
The content of the hard phase is 82% by mass or more and 93% by mass or less,
The content of the binder phase is 7% by mass or more and 18% by mass or less,
The hard phase is
(i) a first hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 123.5° or more and 125.0° or less in X-ray diffraction (XRD) measurement;
(ii) a second hard phase having a cubic crystal structure exhibiting a diffraction peak derived from the (422) plane at a position of 121.0° or more and less than 123.5° in X-ray diffraction (XRD) measurement;
including
The residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more and -600 MPa or less,
The residual stress of the binder phase is -600 MPa or more and -200 MPa or less,
The thickness of the first hard phase enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less,
A cermet sintered body having a surface bonding phase ratio of 0.80 or more and 0.95 or less.
表面窒素割合が、0.42以上0.50以下である、請求項1に記載のサーメット焼結体。 The cermet sintered body according to claim 1, wherein the surface nitrogen ratio is 0.42 or more and 0.50 or less.
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