JP2578679B2 - TiCN-based cermet - Google Patents

TiCN-based cermet

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JP2578679B2
JP2578679B2 JP2126245A JP12624590A JP2578679B2 JP 2578679 B2 JP2578679 B2 JP 2578679B2 JP 2126245 A JP2126245 A JP 2126245A JP 12624590 A JP12624590 A JP 12624590A JP 2578679 B2 JP2578679 B2 JP 2578679B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐摩耗性、靭性に優れたTiCN基サーメット
に関し、特に切削工具として好適なサーメットに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a TiCN-based cermet excellent in wear resistance and toughness, and particularly to a cermet suitable as a cutting tool.

(従来技術) 近年、切削用焼結体として、周期律表第IV a、V a、V
I a族元素の複炭窒化物からなる硬質相と、鉄族金属か
らなる結合相によって構成されるサーメットが用いられ
るようになった。
(Prior art) In recent years, as sintered bodies for cutting, Periodic Tables IVa, Va, V
Cermets composed of a hard phase composed of a double carbonitride of a group Ia element and a binder phase composed of an iron group metal have come to be used.

かかるサーメットとしは、これまでTiCを主成分とす
るTiC基サーメットが主流であったが、このTiC基サーメ
ットが古くから工具材料として用いられていた超硬合金
に比較して耐欠損性が劣るために、この系に窒化物を添
加することにより靭性を改善したいわゆるTiCN基サーメ
ットが提案された。
As such a cermet, a TiC-based cermet containing TiC as a main component has been mainly used until now, but since the TiC-based cermet has poor fracture resistance compared to a cemented carbide used as a tool material since ancient times. In addition, a so-called TiCN-based cermet in which toughness is improved by adding a nitride to this system has been proposed.

このTiCN基サーメットの代表例として特公昭59−5120
1号が挙げられ、ここでは、(Ti,W,Ta,Mo)CNからなる
硬質相と、Ni,Coからなる結合相とから構成されるサー
メット開示され、硬質相がTiや窒素に富む芯部と、W、
Ta、Moおよび炭素に富む周辺部とから構成された有芯構
造を呈することが述べられている。また、この先行技術
によれば、硬質相形成成分としてMoやMo2Cは、有芯構造
の周辺部に存在して硬質相の結合相との濡れ性を改善す
ることから硬質相成分として必須成分とされている。ま
た、TaCはサーメットの耐酸化性を改善するとともに切
削工具とてのクレータ摩耗の進行を抑制する効果を有す
ることから実用性の点から必須の成分とされている。
A representative example of this TiCN-based cermet is JP-B-59-5120.
No. 1 is cited, and here, a cermet composed of a hard phase composed of (Ti, W, Ta, Mo) CN and a binder phase composed of Ni and Co is disclosed, and the hard phase has a core rich in Ti or nitrogen. And W,
It is stated to exhibit a cored structure composed of Ta, Mo and a peripheral part rich in carbon. Further, according to this prior art, Mo or Mo 2 C as a hard phase forming component is indispensable as a hard phase component because it exists in the periphery of the cored structure and improves the wettability of the hard phase with the binder phase. It is a component. Further, TaC is an essential component from the viewpoint of practicality because it has an effect of improving the oxidation resistance of the cermet and suppressing the progress of crater wear as a cutting tool.

また、硬質相を形成する炭素(C)および窒素(N)
サーメットの靭性および硬度を決定する大きな要因であ
り、最近では窒素を多量に含有させることによりサーメ
ットの靭性を高めようとする試みもなされている。
Also, carbon (C) and nitrogen (N) forming a hard phase
It is a major factor in determining the toughness and hardness of the cermet, and recently, attempts have been made to increase the toughness of the cermet by adding a large amount of nitrogen.

ところが、最近に至り上記のTiCN基サーメットに対し
てその表面部の組織を換えることにより耐摩耗性や靭性
をさらに高めようといった改良がなされている。例えば
特公昭59−14534号では、焼成時に液相出現温度以下で
窒素を炉内に導入することによって焼成耐表面に靭性に
富む軟化層を形成することが、また特公昭59−17176号
では焼成をCOを含む還元雰囲気内で行うことにより内部
より高硬度の層を形成することが提案されている。
However, recently, improvements have been made to the above-mentioned TiCN-based cermet by further changing the structure of its surface to further increase wear resistance and toughness. For example, JP-B-59-14534 discloses that a toughened softened layer is formed on the surface to be fired by introducing nitrogen into the furnace at a temperature lower than the liquid phase appearance temperature during firing. Is performed in a reducing atmosphere containing CO to form a layer having a higher hardness than the inside.

しかしながら、これらの先行技術は、いずれも硬度あ
るいは靭性のどちらかのみ検討するにとどまり、高硬
度、高靭性の双方が要求される工具用材料としては切削
性能上不十分であった。
However, each of these prior arts only examines either hardness or toughness, and is insufficient in cutting performance as a material for a tool that requires both high hardness and high toughness.

そこで、本出願人は特開平2−15139号において焼結
時に窒素の導入の時期を制御することによって焼結体表
面の高硬度、高靭性の改質層を形成したTiCN基サーメッ
トを提案した。
In view of this, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-15139 a TiCN-based cermet in which a modified layer of high hardness and high toughness is formed on the surface of a sintered body by controlling the timing of introducing nitrogen during sintering.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、特開平2−15139号のサーメットは、
切削速度が100〜200m/minの中速の切削においては優れ
た耐摩耗性、耐欠損性を示すが、切削速度が200m/minを
越える高速切先に際しては、耐摩耗性、耐欠損性が大き
く劣化することが明らかになった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the cermet disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
It shows excellent wear resistance and chipping resistance when cutting at medium speeds with cutting speeds of 100 to 200 m / min, but wear resistance and chipping resistance when cutting at high speeds where the cutting speed exceeds 200 m / min. It was revealed that the deterioration was large.

(問題点を解決するための手段) 本発明者等は、上記の問題点に対して検討を行った結
果、硬質層を形成する金属成分としてTi、Wを用いると
ともに、これまで必須成分とし添加したMo及びTaに代わ
り、Nbを用いることによって硬質層の耐熱性を大きく改
善することができ、しかも内部から表面にかけて(Ti/T
i+W)比が小さくなるように組成勾配を形成すること
によって表面部に高硬度、高靭性に富み、高速切削時に
おいても優れた対摩耗性、耐欠損性を有するサーメット
が得られることを知見し、本発明に至った。
(Means for Solving the Problems) As a result of studying the above problems, the present inventors have used Ti and W as metal components for forming a hard layer, and added them as essential components so far. By using Nb instead of Mo and Ta, the heat resistance of the hard layer can be greatly improved, and from the inside to the surface (Ti / T
It was found that by forming a composition gradient so that the (i + W) ratio becomes small, a cermet having high hardness and high toughness on the surface and excellent wear resistance and chipping resistance even at high speed cutting can be obtained. This has led to the present invention.

即ち、本発明は、Ti、WおよびNbを必須の成分として
含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合相とから構成
され、且つMoおよびTaの含有量がそれぞれ0.5重量%以
下(0を含む)のTiCN基サーメットであって、該サーメ
ット全体組成から前記鉄族金属、Mo、Taおよび不可避不
純物を除く他の成分組成(原子比)を〔(Ti)a(Nb)
b(W)c〕(CuNv)zと表した時、a+b+c=1,0.
50≦a≦0.95、0.05≦b+c≦0.5、0.40≦b/(b+
c)≦0.95、0.40≦v≦0.60、0.80≦z≦1.0、u+v
=1を満足し、且つc/(a+c)で表される比率が内部
から表面にかけて大きくなるようにすることを特徴とす
るもので、かかる構成により、表面から500μmまでの
表層部に内部よりも高靭性、高硬度の硬質部を形成する
ことを特徴とするものである。
That is, the present invention comprises a hard phase containing Ti, W, and Nb as essential components, and a binder phase made of an iron group metal, and the contents of Mo and Ta are each 0.5% by weight or less (0% or less). ), And from the overall composition of the cermet, the composition (atomic ratio) of the other components excluding the iron group metal, Mo, Ta and unavoidable impurities is represented by [(Ti) a (Nb)
b (W) c] (CuNv) z, a + b + c = 1,0.
50 ≦ a ≦ 0.95, 0.05 ≦ b + c ≦ 0.5, 0.40 ≦ b / (b +
c) ≦ 0.95, 0.40 ≦ v ≦ 0.60, 0.80 ≦ z ≦ 1.0, u + v
= 1, and the ratio represented by c / (a + c) increases from the inside to the surface. With such a configuration, the surface layer portion from the surface to 500 μm is larger than the inside. It is characterized by forming a hard part having high toughness and high hardness.

以下、本発明を詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のTiCN基サーメットは、基本的に硬質相を結合
相から構成されるものであるが、本発明において、サー
メットの全体組成における前記鉄族金属を除く他の成分
組成を前述の範囲になるように設定した理由にづいて述
べる。
Although the TiCN-based cermet of the present invention is basically composed of a hard phase and a binder phase, in the present invention, the composition of other components other than the iron group metal in the overall composition of the cermet falls within the above range. The reason is set as follows.

まず、硬質相を形成する主成分であるTiは、焼結体内
におよそTiCNとして存在し、その量はサーメットの強度
や硬度を決定する大きな要因であり、このTi量(a)が
前記式において0.5より少ないサーメット工具としての
特徴である耐摩耗性、金属に対する親和性が不十分とな
り、0.95を越えると耐欠損性に劣ることとなる。なお、
(a)は0.70≦a≦0.9であることが特に望ましい。
First, Ti, which is a main component forming a hard phase, exists as approximately TiCN in a sintered body, and its amount is a major factor that determines the strength and hardness of a cermet. Abrasion resistance and affinity for metals, which are features of a cermet tool less than 0.5, become insufficient, and if it exceeds 0.95, fracture resistance becomes poor. In addition,
It is particularly desirable that (a) satisfies 0.70 ≦ a ≦ 0.9.

サーメットにおいて、Tiの同様の必須の成分とされる
WはWCとして硬質相の結合相と濡れ性を改善するととも
に粒成長を抑え、強度、靭性を高める作用をなすが、硬
質相が(Ti,W)CNから構成される場合は、耐摩耗性、耐
酸化性、耐欠損性等の特性が実用的レベルに達していな
いという問題がある。そこで、硬質相を強化し諸特性を
向上することを目的としてこれまでMoやTa等の炭化物が
必須の成分として使用されたが、後述する実施例から明
らかなようにMo2C自体、硬質相主成分であるTiCあるい
はTiCNに比較して特性が劣るために逆にサーメットの特
性向上には大きく寄与せず、場合によっては特性を劣化
させてしまうという傾向にあることがわかった。特に、
この傾向は高速切削時に顕著であった。
In the cermet, W, which is the same essential component of Ti, acts as WC to improve the bonding phase and wettability of the hard phase, suppress the grain growth, and increase the strength and toughness. W) When composed of CN, there is a problem that properties such as abrasion resistance, oxidation resistance, and fracture resistance do not reach a practical level. Therefore, carbides such as Mo and Ta have been used as an essential component for the purpose of strengthening the hard phase and improving various properties.However, as will be apparent from the examples described later, Mo 2 C itself, the hard phase It was found that the properties were inferior to those of TiC or TiCN, which are the main components, so that they did not greatly contribute to the improvement of the properties of the cermet, and tended to deteriorate the properties in some cases. Especially,
This tendency was remarkable at high speed cutting.

そこで、Mo2Cに代わる成分として検討をおこなったと
ころ、Nbの炭化物がMo2Cに比較してそれ自体優れた特性
を有すること等に起因してサーメットの特性、特に耐熱
性を大きく改善でき、高速切削時の耐摩耗性、耐欠損性
を向上できることがわかった。よって、NbとWとの合量
(b+c)が0.05より少ないと耐欠損性が不十分とな
り、0.5より大きいと耐摩耗性が劣るとともに被削材と
の反応性が高くなる傾向にある。なお、(b+c)値は
0.1≦b+c≦0.30であることが特に望ましい。また、
W、Nbの合量(b+c)に対するNb量(b)の割合(b/
b+c)前記式において0.4より小さい耐摩耗性、耐酸化
性に劣り、逆に0.95より大きいと耐欠損性が低下する。
Therefore, was subjected to study as a component in place of Mo 2 C, due to such carbides Nb has its own superior properties compared to the Mo 2 C characteristics of the cermet, can in particular greatly improve the heat resistance It was found that the wear resistance and chipping resistance during high-speed cutting can be improved. Therefore, if the combined amount (b + c) of Nb and W is less than 0.05, the fracture resistance becomes insufficient, and if it is more than 0.5, the wear resistance is poor and the reactivity with the work material tends to be high. The value of (b + c) is
It is particularly desirable that 0.1 ≦ b + c ≦ 0.30. Also,
The ratio of the amount of Nb (b) to the total amount of W and Nb (b + c) (b /
b + c) In the above formula, abrasion resistance and oxidation resistance smaller than 0.4 are inferior, and conversely, when it is larger than 0.95, fracture resistance is reduced.

なお、本発明におけるサーメットによれば、Moの添加
はむしろ避けるべきでその量はサーメット中0.5重量%
以下にすることが望ましい。
In addition, according to the cermet in the present invention, the addition of Mo should be rather avoided, and the amount is 0.5% by weight in the cermet.
It is desirable to make the following.

一方、焼結性は系中の結合相の量に大きく左右される
が、結合相が同量である場合、TaCの添加により焼結性
が低下するために高温焼結が必要となり、これにより結
晶の粒径が大きくなるためにサーメットの耐摩耗性が劣
化する。よって、TaもMoと同様にその含有量を0.5重量
%以下にすることが望ましい。
On the other hand, the sinterability greatly depends on the amount of the binder phase in the system, but if the binder phase is the same, the sinterability decreases due to the addition of TaC, and high-temperature sintering is required. The wear resistance of the cermet is degraded due to the large crystal grain size. Therefore, it is desirable that the content of Ta be 0.5% by weight or less as in the case of Mo.

一方、窒素および炭素の量はサーメットの硬度および
靭性を決定する要因として非常に重要であり、特に窒素
の量が増加するに従い、靭性が向上する傾向にあるが、
窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の分解によるガ
スがボイド中に焼結体中に残留するという問題が生じ
る。よって前記式において窒素量(v)が0.4より小さ
いと、靭性が低下し耐欠損性が不十分となり、0.6を越
えると焼結体内にボイドが発生し信頼性が欠けるように
なる。
On the other hand, the amount of nitrogen and carbon is very important as a factor determining the hardness and toughness of the cermet, especially as the amount of nitrogen increases, the toughness tends to improve,
If the amount of nitrogen is excessive, a problem arises in that gas due to decomposition of nitride during firing remains in the voids in the sintered body. Therefore, in the above formula, if the nitrogen content (v) is smaller than 0.4, the toughness is reduced and the fracture resistance becomes insufficient, and if it exceeds 0.6, voids are generated in the sintered body and reliability becomes poor.

また、窒素、炭素量のTi、W、Nbの含量に対する比率
(z)が0.8より小さいと焼結性が劣化しボイドが残留
し、1.0より大きいと遊離炭素が発生するために強度低
下を引越こす結果となる。望ましくは0.85≦z≦1.0で
ある。
If the ratio (z) of the content of nitrogen and carbon to the content of Ti, W, and Nb is less than 0.8, the sinterability deteriorates and voids remain. If the ratio is more than 1.0, free carbon is generated and the strength is reduced. Scrub results. Desirably, 0.85 ≦ z ≦ 1.0.

本発明において結合相を形成する鉄族金属としては、
Niおよび/またはCoが挙げられ、望ましくはNiとCoから
構成され、特にCo/Ni+Coのモル比が0.5〜0.9であるこ
とが耐摩耗性向上の点からよい。
In the present invention, as the iron group metal forming the binding phase,
Ni and / or Co may be mentioned, and preferably composed of Ni and Co. In particular, the molar ratio of Co / Ni + Co is preferably 0.5 to 0.9 from the viewpoint of improving wear resistance.

また、この鉄族金属は系中において3〜30重量%、特
に5〜20重量%の割合で存在することが望ましい。
The iron group metal is desirably present in the system at a ratio of 3 to 30% by weight, particularly 5 to 20% by weight.

また、本発明のサーメットは、第1図は示すように表
面から内部にかけて組成勾配を有することを大きな特徴
とし、具体的には、Wが内部よりも表面部に富むという
特異的な性質を有する。また、TiはWとは逆に表面部よ
り内部が若干富む傾向にある。よってTi量(a)とW量
(c)との原子比(c/a+c)は表面から内部にかけて
大きくなる組成勾配を有する。具体的には、表面部と中
心部の(c/a+c)値の比率が1.1以上であることが望ま
しい。また、硬質相形成成分であるNbもWとぼ同様な傾
向にあり、結合相を形成する鉄族金属は内部に比較して
表面近傍は乏しくなるが、極表面部分に析出し鉄族金属
層を形成する場合もある。
Further, the cermet of the present invention is greatly characterized by having a composition gradient from the surface to the inside as shown in FIG. 1, and specifically has a specific property that W is more abundant on the surface than the inside. . Also, Ti tends to be slightly richer in the inside than in the surface, contrary to W. Therefore, the atomic ratio (c / a + c) between the Ti amount (a) and the W amount (c) has a composition gradient that increases from the surface to the inside. Specifically, it is desirable that the ratio of the (c / a + c) value between the surface portion and the central portion is 1.1 or more. In addition, Nb, which is a hard phase forming component, has a tendency similar to that of W, and the iron group metal forming the binder phase is poor in the vicinity of the surface as compared to the inside, but precipitates on the extremely surface portion and forms an iron group metal layer. May be formed.

このような組成勾配により特性的には、第2図および
第3図に示すように表面付近、特に表面から500μmま
での表層部に内部よりも高硬度、高靭性な硬質層が形成
され、これによりサーメットの耐摩耗性、耐欠損性を飛
躍的に向上することができる。
Due to such a composition gradient, as shown in FIGS. 2 and 3, a hard layer having higher hardness and higher toughness than the inside is formed near the surface, particularly in the surface layer up to 500 μm from the surface. Thereby, the wear resistance and fracture resistance of the cermet can be remarkably improved.

さらに、本発明のTiCN基サーメットが優れた特性を有
する他の要因として、硬質相はTiおよび窒素に富む芯部
と、該芯部の回りにWやNbおよび炭素に富む周辺部から
構成される有芯構造を呈する点がある。この有芯構造に
よれば、特に周辺部形成成分として、従来から用いられ
たMoやTaに代わりNbを用いることにより周辺部の特性を
改善するとができる。
Further, as another factor in which the TiCN-based cermet of the present invention has excellent properties, the hard phase is composed of a core portion rich in Ti and nitrogen, and a peripheral portion rich in W, Nb, and carbon around the core portion. It has a cored structure. According to this cored structure, the characteristics of the peripheral portion can be improved by using Nb instead of the conventionally used Mo or Ta as the peripheral component.

上記の本発明のサーメットを製造するための方法とし
ては、例えば、まず前述したTi、W、Nbの炭化物、窒化
物、炭窒化物の粉末および鉄族金属粉末を最終焼結体が
上述した割合に成るように秤量混合した後にプレス成
形、押し出し成形、射出成形等手段で成形後、焼成す
る。
As a method for producing the cermet of the present invention, for example, first, the above-mentioned Ti, W, Nb carbide, nitride, carbonitride powder and iron group metal powder in the final sintered body the above-mentioned ratio After weighing and mixing so as to obtain, molding is performed by means such as press molding, extrusion molding, injection molding, and the like, followed by firing.

焼成では、前述したような組成の勾配および有芯構造
が形成されるように焼成条件を調整することが必要であ
る。具体的には、これを真空中、窒素中の雰囲気あるい
は還元性雰囲気中で1400〜1600℃の温度で焼成するが、
まず、昇温過程において、添加された鉄族金属による液
相が出現する温度までを10-1torr程度の真空雰囲気と
し、液相出現温度以上において圧力を10-3torr以下の高
真空雰囲気に急激に変更する。このように真空度を変化
することによって成形体の表面に存在する窒化物を急激
に分解することにより表面付近には炭素の富む相が形成
される。それにより硬質相形成成分のうち炭素と結合し
易いW等が表面部に移動する。また、表面付近の金属成
分は内部に移行するかまたは焼結体表面部に滲みだし、
場合により揮散する。
In the firing, it is necessary to adjust the firing conditions so as to form the composition gradient and the cored structure as described above. Specifically, this is fired at a temperature of 1400 to 1600 ° C. in a vacuum, in an atmosphere of nitrogen or in a reducing atmosphere,
First, in the temperature raising process, a vacuum atmosphere of about 10 -1 torr is used up to a temperature at which a liquid phase due to the added iron group metal appears, and a pressure is set to a high vacuum atmosphere of 10 -3 torr or less above the liquid phase appearance temperature. Change abruptly. As described above, by changing the degree of vacuum, the nitride existing on the surface of the molded body is rapidly decomposed to form a carbon-rich phase near the surface. As a result, of the hard phase-forming components, W and the like which are easily bonded to carbon move to the surface portion. Also, metal components near the surface migrate to the inside or seep to the surface of the sintered body,
May volatilize.

このような成分の移動は通常の焼成においても生じる
が、本発明によれば、上記のような操作によって通常の
条件では得られない特異的な組織構造を形成することが
できるのである。
Such a movement of the components also occurs during normal firing, but according to the present invention, a specific structure that cannot be obtained under normal conditions can be formed by the above-described operation.

また、本発明によれば、上記製造方法において用いる
Ti化合物系原料粉末としては、TiC、TiCN、TiN等が挙げ
られるが、TiN粉末を多量に用いると最終焼結体中にTiN
相として残存することがあるが、このTiN相は、それ自
体金属との濡れ性が非常に悪いことからTiN相と結合相
との界面が破壊の起点となり易くなるためサーメットの
機械的特性および信頼性を低下させてしまう。よって、
原料と多量のTiCNの代わりにTiCやTiCN粉末やを用い
て、TiN相が形成されないように考慮すべきである。
Further, according to the present invention, it is used in the above manufacturing method.
Examples of the Ti compound-based raw material powder include TiC, TiCN, and TiN, but when a large amount of TiN powder is used, TiN is contained in the final sintered body.
However, the TiN phase itself has very poor wettability with metal, so that the interface between the TiN phase and the binder phase tends to be a starting point for fracture. Will reduce the performance. Therefore,
Consideration should be given to using TiC or TiCN powder instead of the raw material and a large amount of TiCN so that the TiN phase is not formed.

また、各原料粉末を成形焼結する前に固溶体処理を行
うことも可能であるか、固溶体処理を行うと前述した有
芯構造が形成されにくくなるために望ましくは、行わな
い方がよい。
It is also possible to carry out a solid solution treatment before molding and sintering each raw material powder, or it is desirable not to carry out the solid solution treatment because the above-mentioned cored structure is hardly formed.

本発明によれば、上記(Ti,W,Nb)(C,N)、鉄族金属
からなる系に対して特性を改善する目的てさらにZr、H
f、CrおよびV等の炭化物、窒化物、炭窒化物等を添加
し、Ti、WあるいはNbの一部をそれぞれ同族金属によっ
て置換することにより特性の改善を図ることができ、特
にNbの一部をVで置換することによりNbの作用効果をさ
らに助長し、特にサーメットの高速切削性を大きく向上
することができる。なお、Nb/Vの原子比は0.2〜1.0、特
に0.25〜0.5であることが望ましい。
According to the present invention, Zr and H are further added for the purpose of improving the characteristics with respect to the system comprising the (Ti, W, Nb) (C, N) and iron group metals.
By adding carbides, nitrides, carbonitrides, and the like such as f, Cr, and V, and substituting a part of Ti, W, or Nb with a homologous metal, the characteristics can be improved. By substituting the portion with V, the action and effect of Nb can be further promoted, and in particular, the high-speed machinability of the cermet can be greatly improved. The Nb / V atomic ratio is desirably 0.2 to 1.0, and particularly desirably 0.25 to 0.5.

以下、本発明を次の例で説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples.

(実施例) 原料粉末としてTiC、TiCN、WC、NbC、VC、Ni.Coの各
粉末を用いて最終焼結体の組成が第1表の割合に成るよ
うに秤量混合した後、1.5ton/cm2の圧力でTNGA160408用
のチップ形状にプレス成形し、1400〜1600℃の温度で真
空雰囲気で1時間焼成した。このとき、試料No.1〜12に
ついては液相出現温度(1350℃)まで10-1torrの圧力と
し、液相出現温度以上では10-3torrの圧力に保持し焼成
した。また比較例として試料No.13については圧力は10
-1torrから50torrに変更し、試料No.14は、圧力を10-1t
orrに維持し焼成した。
(Example) After weighing and mixing each of the powders of TiC, TiCN, WC, NbC, VC and Ni.Co as the raw material powder so that the composition of the final sintered body becomes the ratio shown in Table 1, 1.5ton / It was pressed into a chip shape for TNGA160408 at a pressure of cm 2 and fired at a temperature of 1400 to 1600 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. At this time, the sample Nos. 1 to 12 were kept at a pressure of 10 -1 torr up to the liquid phase appearance temperature (1350 ° C), and were fired at a pressure of 10 -3 torr above the liquid phase appearance temperature. As a comparative example, the pressure was 10
-1 torr was changed to 50 torr, and for sample No. 14, the pressure was 10 -1 t
Maintained at orr and fired.

得られた各焼結体に対してJISR1601に従い3点曲げ抗
折強度、ビッカース硬度並びにビッカース硬度用ダイヤ
モンド圧子を用いて荷重20kgで圧痕法により破壊靭性を
測定した。
For each of the obtained sintered bodies, the fracture toughness was measured by the indentation method under a load of 20 kg using a diamond indenter for three-point bending strength, Vickers hardness and Vickers hardness in accordance with JISR1601.

各試料についてXMA分析により内部と表面部のTiとW
の濃度を求め、焼結対の中心部および表面部の(c/a+
c)それぞれI1、I2とし、I2/I1の比率を求めた。な
お、試料No.2についてはTi,W,Nbの焼結体の深さに対す
る組成分布を調べ、第1図に示した。
For each sample, XMA analysis was performed to determine the Ti and W
Of the sintering couple and (c / a +
c) I 1 and I 2 respectively, and the ratio of I 2 / I 1 was determined. For sample No. 2, the composition distribution with respect to the depth of the sintered body of Ti, W, and Nb was examined and is shown in FIG.

さらにビッカース硬度計を用いて焼結体の表面部と内
部との特性の差の有無について調べ、本発明の試料No.
2,4,8および範囲外の試料No.13については硬度と靭性値
の焼結体の深さに対する変化を調べ、第2図および第3
図に示した。
Further, using a Vickers hardness tester, the presence or absence of a difference in properties between the surface portion and the inside of the sintered body was checked, and a sample No. of the present invention was used.
For samples Nos. 2, 4, 8 and out of range, the changes in hardness and toughness with respect to the depth of the sintered body were examined.
Shown in the figure.

次に、各試料を用いて下記に示す切削条件で摩耗試験
を行い、切削後のフランク摩耗量を、また欠損試験を行
い、非欠損コーナー数を調べた。
Next, a wear test was performed using the respective samples under the following cutting conditions, and the flank wear amount after cutting and a defect test were performed to determine the number of non-defect corners.

(摩耗試験) 被削材 SCM435 切削速度 300m/min 切り込み 2mm 送り 0.3mm/rev 切削時間 10min (摩耗試験) 被削材 SCM435(4本溝入) 切削速度 100m/min 切り込み 2mm 送り 0.3mm/rev 切削時間 1min 特性評価結果は第2表に示した。(Wear test) Work material SCM435 Cutting speed 300m / min Depth of cut 2mm Feed 0.3mm / rev Cutting time 10min (Wear test) Work material SCM435 (with 4 grooves) Cutting speed 100m / min Depth of cut 2mm Feed 0.3mm / rev Cutting Table 1 shows the characteristics evaluation results for a time of 1 min.

第1表および第2表によれば、Nbを含まず、Taあるい
はMoを含有する試料No.17、18では高速の摩耗試験にお
いて摩耗量が0.4mm以上と大きい。また、Nbを添加した
系においてもその量が多すぎる試料No.15では耐欠損
性、耐摩耗性とも悪く、Nb量が(Nb/Nb+W)比で0.4を
下回る試料No.16では、硬度および靭性が内部より高い
相が形成されたが、高速切削性として実用的な特性は得
られなかった。さらに、組成が本発明の範囲を満足して
も焼成時、圧力を一定にした試料No.14ではWの濃度勾
配は形成されず、特性上でも不十分であり、焼成時の圧
力を増加した試料No.13でも濃度勾配は形成されなかっ
た。
According to Tables 1 and 2, in samples Nos. 17 and 18, which do not contain Nb but contain Ta or Mo, the wear amount is as large as 0.4 mm or more in the high-speed wear test. In addition, even in the system to which Nb was added, Sample No. 15 in which the amount was too large had poor fracture resistance and wear resistance, and Sample No. 16 in which the Nb amount was less than 0.4 in the (Nb / Nb + W) ratio showed hardness and hardness. Although a phase having higher toughness than that of the inside was formed, practical characteristics as high-speed machinability were not obtained. Furthermore, even when the composition satisfies the range of the present invention, the concentration of W was not formed in Sample No. 14 in which the pressure was constant during firing, and the pressure was not sufficient in terms of characteristics, and the pressure during firing was increased. No concentration gradient was formed even in sample No. 13.

これらの比較例に対して、本発明の試料No.1〜12は、
いずれも第1図に示すように表面部中心部間にWの濃度
勾配が形成され、Wの濃度比(I2/I1)が1.1以上を示
し、且つ硬度および靭性において第2図、第3図に示す
ように表面部の高硬度、高靭性の改質部が形成された。
なお改質部の硬度は内部の硬度の5%以上、靭性は内部
の靭性の20%以上を示した。また切削試験において、高
速切削試験で、摩耗量0.3mm以下、と優れ、耐欠損試験
も良好であった。
In contrast to these comparative examples, Samples Nos. 1 to 12 of the present invention
In each case, a concentration gradient of W is formed between the central portions of the surface portions as shown in FIG. 1, the concentration ratio of W (I 2 / I 1 ) is 1.1 or more, and the hardness and toughness are shown in FIG. As shown in FIG. 3, a modified portion having high hardness and high toughness on the surface was formed.
The hardness of the modified portion was 5% or more of the internal hardness, and the toughness was 20% or more of the internal toughness. In the cutting test, the wear rate was excellent at 0.3 mm or less in the high-speed cutting test, and the fracture resistance test was also good.

(発明の効果) 以上詳述した通り、本発明のTiCN基サーメットは、鉄
族金属を除く成分として従来から必須成分として用いら
れたMo及びTaに代わりNbを必須として添加するととも
に、W量が表面において富む濃度勾配を形成し、且つ表
面部に硬度、靭性に優れた改質部を形成することによっ
て、高い強度、硬度を有するとともに高速切削性および
耐欠損性に優れたサーメットを提供することができる。
これにより工具として用いた場合に、適用可能な切削条
件を拡大するとともに工具の長寿命化を図ることができ
る。
(Effects of the Invention) As described in detail above, the TiCN-based cermet of the present invention is a component excluding the iron group metal, in which Nb is essentially added instead of Mo and Ta which have been conventionally used as essential components, and the W content is To provide a cermet having high strength, hardness, high-speed machinability, and excellent fracture resistance by forming a rich concentration gradient on the surface and forming a modified portion having excellent hardness and toughness on the surface. Can be.
Thus, when used as a tool, applicable cutting conditions can be expanded and the service life of the tool can be extended.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明のTiCN基サーメットのTi、W、Nbの各
元素の焼結体の深さに対する組成分布を示し、第2図
は、実施例の試料における硬度の焼結体の深さに対する
変化を示す図、第3図は、実施例の試料における靭性の
焼結体の深さに対する変化を示す図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the composition distribution of Ti, W and Nb elements of the TiCN-based cermet of the present invention with respect to the depth of a sintered body, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a change in hardness with respect to the depth of the sintered body, and FIG. 3 is a diagram showing a change in hardness with respect to the depth of the sintered body in the sample of the example.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Ti、WおよびNbを必須の成分として含有す
る硬質相と、鉄族金属からなる結合相とから構成され、
且つMoおよびTaの含有量がそれぞれ0.5重量%以下(0
を含む)のTiCN基サーメットであって、該サーメット全
体組成から前記鉄族金属、Mo、Taおよび不可避不純物を
除く他の成分組成(原子比)を〔(Ti)a(Nb)b
(W)c〕(CuNv)zと表した時、a+b+c=1,0.50
≦a≦0.95、0.05≦b+c≦0.5、0.40≦b/(b+c)
≦0.95、0.40≦v≦0.60、0.80≦z≦1.0、u+v=1
を満足し、且つc/(a+c)で表される比率が内部から
表面にかけて大きくなることを特徴とするTiCN基サーメ
ット。
1. A hard phase containing Ti, W and Nb as essential components, and a binder phase made of an iron group metal,
And the contents of Mo and Ta are each 0.5% by weight or less (0% by weight).
), And from the overall composition of the cermet, the composition (atomic ratio) of the other components excluding the iron group metal, Mo, Ta and unavoidable impurities is represented by [(Ti) a (Nb) b
(W) c] (CuNv) z, a + b + c = 1,0.50
≦ a ≦ 0.95, 0.05 ≦ b + c ≦ 0.5, 0.40 ≦ b / (b + c)
≤0.95, 0.40≤v≤0.60, 0.80≤z≤1.0, u + v = 1
And a ratio represented by c / (a + c) increases from the inside to the surface.
【請求項2】表面から500μmまでの表層部に内部より
も高靭性、高硬度の改質部が存在する請求項1記載のTi
CN基サーメット。
2. The Ti according to claim 1, wherein a modified portion having higher toughness and higher hardness than the inside is present in the surface layer portion up to 500 μm from the surface.
CN cermet.
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