JP2616655B2 - 耐摩耗性のすぐれた炭窒化チタン基サーメット製切削工具 - Google Patents

耐摩耗性のすぐれた炭窒化チタン基サーメット製切削工具

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐摩耗性を
有し、かつ靭性にもすぐれ、したがって、例えば鋼の連
続切削は勿論のこと、断続切削に用いた場合にも切刃に
欠損やチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮する炭窒化チタン（以
下、ＴｉＣＮで示す）基サーメット製切削工具に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭６２−１７０４５２
号公報や特開昭６３−８３２４１号公報などに記載され
るように、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする金属
結合相：５〜３０容量％を含有し、残りが実質的に硬質
分散相からなり、かつ前記硬質分散相が、 （ａ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
を有し、かつ芯部が、Ｔｉと、Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｗ、
およびＭｏのうちの１種以上との複合炭窒化物固溶体
〔以下、（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮで示す〕からなる硬質分散
相、 （ａ′） 単一相構造を有する（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからな
る硬質分散相、以上（ａ）、あるいは（ａ）と（ａ′）
からなるＴｉＣＮ基サーメットで構成された切削工具
が、例えば鋼などの連続切削や断続切削に用いられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
のＦＡ化および省力化に伴ない、切削工具にも一段と使
用寿命の延命化が求められているが、上記の従来ＴｉＣ
Ｎ基サーメット製切削工具は、すぐれた靭性を有するの
で、例えば鋼の断続切削で切刃に欠損やチッピングが発
生することはないが、摩耗進行が比較的早いために、短
時間の切削で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来ＴｉＣＮ基サーメッ
ト製切削工具に着目し、これのさらに一段の耐摩耗性向
上をはかるべく研究を行なった結果、上記の従来ＴｉＣ
Ｎ基サーメット製切削工具を構成するＴｉＣＮ基サーメ
ット、特に上記（ａ）および（ａ′）の硬質分散相が共
存したＴｉＣＮ基サーメットに、さらに硬質分散相とし
て、 （ｂ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
を有し、かつ芯部がＴｉＣＮからなる硬質分散相、 （ｂ′） 単一相構造を有するＴｉＣＮからなる硬質分
散相、以上（ｂ）、あるいは（ｂ）と（ｂ′）を、全体
に占める割合で、２５〜７０容量％の割合で含有させる
と、この結果のＴｉＣＮ基サーメットは、上記（ａ）＋
（ａ′）の硬質分散相と、Ｃｏおよび／またははＮｉを
主成分とする金属結合相との共存によってもたらされる
すぐれた靭性を具備した上で、上記（ｂ）または（ｂ）
＋（ｂ′）の硬質分散相によって一段と高硬度をもつよ
うになり、したがってこのＴｉＣＮ基サーメットで構成
された切削工具は、連続切削は勿論のこと、断続切削に
おいても切刃に欠損やチッピングの発生なく、かつ一段
とすぐれた耐摩耗性を発揮するという研究結果を得たの
である。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成
分とする金属結合相：５〜３０容量％を含有し、残りが
実質的に硬質分散相からなるＴｉＣＮ基サーメットで構
成された切削工具において、上記硬質分散相を、 （ａ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
を有し、かつ芯部が（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる硬質分散
相、 （ａ′） 単一相構造を有する（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからな
る硬質分散相、 （ｂ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
を有し、かつ芯部がＴｉＣＮからなる硬質分散相、 （ｂ′） 単一相構造を有するＴｉＣＮからなる硬質分
散相、以上（ａ），（ａ′），（ｂ）、および（ｂ′）
の硬質分散相において、（ａ）と（ａ′）と（ｂ）、あ
るいは（ａ）と（ａ′）と（ｂ）と（ｂ′）の硬質分散
相で構成し、かつ上記（ｂ）、あるいは（ｂ）と
（ｂ′）の硬質分散相の割合を、全体に占める割合で、
２５〜７０容量％としてなる、すぐれた耐摩耗性を有
し、かつ靭性にもすぐれたＴｉＣＮ基サーメット製切削
工具に特徴を有するものである。
【０００６】なお、この発明の切削工具において、これ
を構成するＴｉＣＮ基サーメットの金属結合相の割合を
５〜３０容量％と限定したのは、その割合が５容量％未
満では所望の靭性を確保することができず、一方その割
合が３０容量％を越えると耐摩耗性が急激に低下するよ
うになるという理由によるものであり、また、上記
（ｂ）、あるいは（ｂ）と（ｂ′）の硬質分散相の占め
る割合を２５〜７０容量％としたのは、その割合が２５
容量％未満では所望のすぐれた耐摩耗性を得ることがで
きず、一方その割合が７０容量％を越えると靭性が低
下、切刃に欠損やチッピングが発生し易くなるという理
由からである。
【０００７】
【実施例】つぎに、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの範囲内の所定の平均粒径を有する（Ｔｉ，Ｗ）
ＣＮ〔重量比で（以下同じ）、ＴｉＣＮ／ＷＣ＝７０／
３０〕粉末、（Ｔｉ，Ｍｏ）ＣＮ〔ＴｉＣＮ／Ｍｏ2 Ｃ
＝７０／３０〕粉末、（Ｔｉ，Ｔａ）ＣＮ〔ＴｉＣＮ／
ＴａＣ＝７０／３０〕粉末、（Ｔｉ，Ｎｂ）ＣＮ〔Ｔｉ
ＣＮ／ＮｂＣ＝７０／３０〕粉末、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ
〔ＴｉＣＮ／ＺｒＣ＝８０／２０〕粉末、（Ｔａ，Ｎ
ｂ）ＣＮ〔ＴａＣＮ／ＮｂＣＮ＝８０／２０〕粉末、
（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）ＣＮ〔ＴｉＣＮ／ＷＣ／Ｍｏ2 Ｃ＝
６０／３０／１０〕粉末、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮ〔Ｔ
ｉＣＮ／ＷＣ／ＴａＣ＝６０／２０／２０〕粉末、（Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｎｂ）ＣＮ〔ＴｉＣＮ／ＴａＣ／ＮｂＣ＝６
０／２０／２０〕粉末、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）ＣＮ
〔ＴｉＣＮ／ＷＣ／ＴａＣ／Ｍｏ2 Ｃ＝６０／２０／１
０／１０〕粉末、（Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ）ＣＮ
〔ＷＣ／Ｍｏ2 Ｃ／ＴａＣＮ／ＮｂＣＮ／ＺｒＣＮ＝２
０／２０／２０／２０／２０〕粉末、さらにＴｉＣＮ粉
末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉
末を表１，２に示される配合組成に配合し、ボールミル
にて７２時間湿式混合し、乾燥した後、１．５ton ／cm
2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついで、この圧粉体
を、 （１） 常温から１１００℃までの昇温過程を０．０５
〜０．１torrの窒素雰囲気とし、１１００℃から１４２
０〜１６００℃の範囲内の所定の焼結温度までの昇温過
程、前記焼結温度に１時間の保持過程、および焼結温度
保持終了から常温までの冷却過程を４０〜１００torrの
窒素雰囲気とした条件（以下、窒素雰囲気焼結条件とい
う）、 （２） ０．０５〜０．１torrの真空中、１４２０〜１
５００℃の範囲内の所定温度に１時間保持後冷却の条件
（以下、真空焼結条件という）、以上（１）または
（２）の条件で焼結することにより、いずれもＳＮＭＧ
４３２の規格に則したスローアウエイチップ形状をもっ
た本発明ＴｉＣＮ基サーメット製切削工具（以下、本発
明切削工具という）１〜１０および従来ＴｉＣＮ基サー
メット製切削工具（以下、従来切削工具という）１〜６
をそれぞれ製造した。
【０００８】ついで、この結果得られた各種の切削工具
について、これの任意個所を透過型電子顕微鏡により観
察し、画像に現われたそれぞれの硬質分散相の中心部の
全金属成分に占めるＴｉ含有量を測定すると共に、画像
解析装置を併用して、結合相と硬質分散相の割合、さら
に前記硬質分散相における上記（ａ），（ａ' ），
（ｂ）、および（ｂ' ）のそれぞれのサーメット全体に
占める割合を測定した。この測定結果を表３〜６に示し
た。また、上記の各種切削工具について、 被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２７０）の長さ方
向等間隔３本縦溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／min 、 切込み：２．８mm、 送り：０．３mm／rev 、 切削時間：５分、 の条件での鋼の乾式断続切削試験、並びに、 被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２７０）の丸棒、 切削速度：２００ｍ／min 、 切込み：２mm、 送り：０．３mm／rev 、 切削時間：２０分、 の条件での鋼の乾式連続切削試験を行ない、いずれの試
験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結
果を表７に示した。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【表２】
【００１１】
【表３】
【００１２】
【表４】
【００１３】
【表５】
【００１４】
【表６】
【００１５】
【表７】
【００１６】
【発明の効果】表３〜７に示される結果から、いずれも
芯部が（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる有芯２重相構造および
／または有芯３重相構造を有する硬質分散相、これと単
一相構造を有する（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる硬質分散相
で構成された従来切削工具１〜６に比して、本発明切削
工具１〜１０は、いずれもすぐれた靭性をもたらす上記
の芯部が（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる有芯２重相構造およ
び／または有芯３重相構造を有する硬質分散相、これと
単一相構造を有する（Ｔｉ，Ｍ）ＣＮからなる硬質分散
相に加えて、芯部がＴｉＣＮからなる有芯２重相構造お
よび／または３重相構造を有する硬質分散相、あるいは
これと単一相構造を有するＴｉＣＮからなる硬質分散相
の共存によって、断続切削および連続切削のいずれの切
断でも切刃に欠損やチッピングの発生なく、すぐれた耐
摩耗性を示すことが明らかである。上述のように、この
発明のＴｉＣＮ基サーメット製切削工具は、すぐれた耐
摩耗性と靭性を兼ね備えているので、連続切削は勿論の
こと、断続切削でも切刃に欠損やチッピングの発生な
く、すぐれた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するのである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする
    金属結合相：５〜３０容量％を含有し、残りが実質的に
    硬質分散相からなる炭窒化チタン基サーメットで構成さ
    れた切削工具において、上記硬質分散相を、 （ａ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
    を有し、かつ芯部が、Ｔｉと、Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｗ，
    およびＭｏのうちの１種以上との複合炭窒化物固溶体か
    らなる硬質分散相、 （ａ′） 単一相構造を有し、かつＴｉと、Ｔａ，Ｎ
    ｂ，Ｚｒ，Ｗ，およびＭｏのうちの１種以上との複合炭
    窒化物固溶体からなる硬質分散相、 （ｂ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
    を有し、かつ芯部が炭窒化チタンからなる硬質分散相、 以上（ａ），（ａ′），および（ｂ）で構成し、上記
    （ｂ）の硬質分散相の割合を、全体に占める割合で２５
    〜７０容量％としたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれた炭窒化チタン基サーメ
    ット製切削工具。
  2. 【請求項２】 Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする
    金属結合相：５〜３０容量％を含有し、残りが実質的に
    硬質分散相からなる炭窒化チタン基サーメットで構成さ
    れた切削工具において、上記硬質分散相を、 （ａ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
    を有し、かつ芯部が、Ｔｉと、Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｗ，
    およびＭｏのうちの１種以上との複合炭窒化物固溶体か
    らなる硬質分散相、 （ａ′） 単一相構造を有し、かつＴｉと、Ｔａ，Ｎ
    ｂ，Ｚｒ，Ｗ，およびＭｏのうちの１種以上との複合炭
    窒化物固溶体からなる硬質分散相、 （ｂ） 有芯２重相構造および／または有芯３重相構造
    を有し、かつ芯部が炭窒化チタンからなる硬質分散相、 （ｂ′） 単一相構造を有する炭窒化チタンからなる硬
    質分散相、 以上（ａ），（ａ′），（ｂ）、および（ｂ′）で構成
    し、上記（ｂ）および（ｂ′）の硬質分散相の割合を、
    全体に占める割合で２５〜７０容量％としたこと、 を特徴とする耐摩耗性のすぐれた炭窒化チタン基サーメ
    ット製切削工具。
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