JP2717925B2 - 超硬合金とその製造方法 - Google Patents
超硬合金とその製造方法Info
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- JP2717925B2 JP2717925B2 JP5334452A JP33445293A JP2717925B2 JP 2717925 B2 JP2717925 B2 JP 2717925B2 JP 5334452 A JP5334452 A JP 5334452A JP 33445293 A JP33445293 A JP 33445293A JP 2717925 B2 JP2717925 B2 JP 2717925B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，表面層を改質した超硬
合金に関し，切削工具はもとより，被覆超硬合金の母材
などに幅広く利用出来る超硬合金とその製造方法であ
る。
合金に関し，切削工具はもとより，被覆超硬合金の母材
などに幅広く利用出来る超硬合金とその製造方法であ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来，ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮ，Ａｌ
2 Ｏ3 などを被覆した超硬合金は，その母材の有する強
靭性と被覆膜の有する耐摩耗性から広く実用化されてい
る。
2 Ｏ3 などを被覆した超硬合金は，その母材の有する強
靭性と被覆膜の有する耐摩耗性から広く実用化されてい
る。
【０００３】しかし，被覆膜は耐摩耗性に優れてはいる
ものの，硬くて脆いため靭性に欠ける。そのため被覆膜
に亀裂が生じやすく，刃先の欠損にまでつながる場合が
多々見られる。そのため，この欠点を解消するために，
特公昭５７−３９３０１号公報には窒素を含有する超硬
合金を真空焼結することで，窒素分解反応によって焼結
体表面からＢ１型結晶構造の固溶体炭化物または窒化物
を含む層が消失すること（以下，この層をβ層と呼び，
このβ層が消失した表面層を脱β層と呼ぶ）が示されて
いる。また，この層により内部よりも硬度の低いＷＣ−
Ｃｏ層が亀裂の進展を阻止していることが示されてい
る。
ものの，硬くて脆いため靭性に欠ける。そのため被覆膜
に亀裂が生じやすく，刃先の欠損にまでつながる場合が
多々見られる。そのため，この欠点を解消するために，
特公昭５７−３９３０１号公報には窒素を含有する超硬
合金を真空焼結することで，窒素分解反応によって焼結
体表面からＢ１型結晶構造の固溶体炭化物または窒化物
を含む層が消失すること（以下，この層をβ層と呼び，
このβ層が消失した表面層を脱β層と呼ぶ）が示されて
いる。また，この層により内部よりも硬度の低いＷＣ−
Ｃｏ層が亀裂の進展を阻止していることが示されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように，表面に脱
β層を有する超硬合金を被覆超硬合金の母材に利用した
場合，耐塑性変形性，耐摩耗性の点で不十分であった。
β層を有する超硬合金を被覆超硬合金の母材に利用した
場合，耐塑性変形性，耐摩耗性の点で不十分であった。
【０００５】また，脱β層には結合相が合金内部より多
いため耐熱塑性変形性が劣る。そのため，塑性変形を起
しやすく摩耗が大きい領域では，ノーズダレを起し高硬
度鋼や鋳物切削には不利となる。
いため耐熱塑性変形性が劣る。そのため，塑性変形を起
しやすく摩耗が大きい領域では，ノーズダレを起し高硬
度鋼や鋳物切削には不利となる。
【０００６】更に，このような表面に脱β層を有する被
覆超硬合金は，被覆膜がいったん剥離した時及び被覆膜
が摩滅した後は，当然母材の表面は内部よりも硬度が低
いため，表面が露出し耐摩耗特性に著しく不利に働く。
覆超硬合金は，被覆膜がいったん剥離した時及び被覆膜
が摩滅した後は，当然母材の表面は内部よりも硬度が低
いため，表面が露出し耐摩耗特性に著しく不利に働く。
【０００７】そこで，本発明の技術的課題は，耐塑性変
形性及び耐摩耗性に優れた超硬合金とその製造方法とを
提供することにある。
形性及び耐摩耗性に優れた超硬合金とその製造方法とを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，表面層
と内部層とを備えたＷＣ基超硬合金において，前記ＷＣ
基超硬合金は，Ｃｒの炭化物を０．５〜２．０重量％
と，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの窒化物，炭窒化物，
並びにこれらの２種以上の固溶体のうちの少なくとも一
種からなるＢ１型硬質相成分を３〜５重量％と，ＷＣ相
成分を７３〜９１．５重量％と，残りがＦｅ族金属元素
から選択された少なくとも一種を含む結合相とからな
り，前記表面層は，前記内部層より少ないＢ１型硬質相
成分と，前記内部層と同程度の割合でＣｒ炭化物を含有
することを特徴とする超硬合金が得られる。
と内部層とを備えたＷＣ基超硬合金において，前記ＷＣ
基超硬合金は，Ｃｒの炭化物を０．５〜２．０重量％
と，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの窒化物，炭窒化物，
並びにこれらの２種以上の固溶体のうちの少なくとも一
種からなるＢ１型硬質相成分を３〜５重量％と，ＷＣ相
成分を７３〜９１．５重量％と，残りがＦｅ族金属元素
から選択された少なくとも一種を含む結合相とからな
り，前記表面層は，前記内部層より少ないＢ１型硬質相
成分と，前記内部層と同程度の割合でＣｒ炭化物を含有
することを特徴とする超硬合金が得られる。
【０００９】ここで，本発明の硬質合金は，Ｂ１型硬質
相成分とＷＣ相成分とによって硬質相を形成する。本発
明の硬質合金において，組成を限定した理由について説
明する。Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの窒化物，炭窒化
物，並びにこれらの２種以上の固溶体を選んだのは，Ｂ
１型結晶構造を有する硬質相（以下，Ｂ１型硬質相と呼
ぶ）を形成すること，工業的な規模で用いることが出来
る事，及び真空焼結により脱窒現象を起し脱β層を形成
するからである。また，Ｂ１型硬質相成分量を３〜５重
量％に限定したのは，３重量％以下では，表面の脱β層
が薄くなるためであり，５重量％を越えると合金の抗折
力の低下が見られるためである。
相成分とＷＣ相成分とによって硬質相を形成する。本発
明の硬質合金において，組成を限定した理由について説
明する。Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの窒化物，炭窒化
物，並びにこれらの２種以上の固溶体を選んだのは，Ｂ
１型結晶構造を有する硬質相（以下，Ｂ１型硬質相と呼
ぶ）を形成すること，工業的な規模で用いることが出来
る事，及び真空焼結により脱窒現象を起し脱β層を形成
するからである。また，Ｂ１型硬質相成分量を３〜５重
量％に限定したのは，３重量％以下では，表面の脱β層
が薄くなるためであり，５重量％を越えると合金の抗折
力の低下が見られるためである。
【００１０】また，本発明において，クロム炭化物量を
０．５〜２．０重量％に限定したのは，炭化クロムの量
が０．５重量％未満であると，硬度を維持する効果がな
いためであり，また，２．０％を越えると合金中にクロ
ムカーバイトが析出するからである。
０．５〜２．０重量％に限定したのは，炭化クロムの量
が０．５重量％未満であると，硬度を維持する効果がな
いためであり，また，２．０％を越えると合金中にクロ
ムカーバイトが析出するからである。
【００１１】また，本発明において，ＷＣ相を７３〜９
１．５重量％に限定したのは，ＷＣ相が９１．５％を越
えると充分緻密化ができないためであり，一方，７３％
未満では，耐摩耗性の点で劣るからである。
１．５重量％に限定したのは，ＷＣ相が９１．５％を越
えると充分緻密化ができないためであり，一方，７３％
未満では，耐摩耗性の点で劣るからである。
【００１２】
【作用】一般に，超硬合金表面層のＢ１型硬質相は焼結
雰囲気と平衡状態にあるため，真空焼結を行うと脱窒現
象を起す。また，Ｂ１型硬質相は含有窒素量が多い程，
濡れ性が悪くなるため，高真空で焼結した場合，脱窒Ｂ
１型硬質相は液相との濡れが改善されるため，合金内部
へ押し流される。
雰囲気と平衡状態にあるため，真空焼結を行うと脱窒現
象を起す。また，Ｂ１型硬質相は含有窒素量が多い程，
濡れ性が悪くなるため，高真空で焼結した場合，脱窒Ｂ
１型硬質相は液相との濡れが改善されるため，合金内部
へ押し流される。
【００１３】しかし，本発明においては，結晶構造をＢ
１型結晶構造と異にするクロム化合物は，高真空で焼結
した場合，合金内部へ流されることなく表面層に残存
し，超硬合金全体にほぼ均一に分布する。そのため，表
面に生じる脱β層のコバルト中に，クロム化合物を固溶
強化させることにより，母材表面が露出した場合におい
ても，耐摩耗性の劣化や高温時の硬度低下を防ぐことが
できる。
１型結晶構造と異にするクロム化合物は，高真空で焼結
した場合，合金内部へ流されることなく表面層に残存
し，超硬合金全体にほぼ均一に分布する。そのため，表
面に生じる脱β層のコバルト中に，クロム化合物を固溶
強化させることにより，母材表面が露出した場合におい
ても，耐摩耗性の劣化や高温時の硬度低下を防ぐことが
できる。
【００１４】
【実施例】以下，本発明の実施例について説明する。
【００１５】下記表１に示す組成になるよう原料粉末を
配合し，アルコール中１２時間湿式混合した。その後，
減圧乾燥し１トン／ｃｍ2 の圧力で，３０×１０×５ｍ
ｍの試験片を作製した。その後，１４００℃で一時間，
真空焼結を行なった。得られた焼結体の冷却条件も下記
表１に示した。また，Ｃｒ3 Ｃ2 を含まない比較合金試
料５〜９についても同様な条件で試作した。本発明合金
及び比較合金をについて，硬度分布（マイクロビッカー
ス硬さ）及び元素分布について，それぞれ調べた。
配合し，アルコール中１２時間湿式混合した。その後，
減圧乾燥し１トン／ｃｍ2 の圧力で，３０×１０×５ｍ
ｍの試験片を作製した。その後，１４００℃で一時間，
真空焼結を行なった。得られた焼結体の冷却条件も下記
表１に示した。また，Ｃｒ3 Ｃ2 を含まない比較合金試
料５〜９についても同様な条件で試作した。本発明合金
及び比較合金をについて，硬度分布（マイクロビッカー
ス硬さ）及び元素分布について，それぞれ調べた。
【００１６】図１は本発明合金試料２と比較合金試料６
の表面層の硬度分布を示す図である。図１から，本発明
合金試料２は比較合金試料６にくらべて，均一な硬度分
布を示すことが判る。同様な結果が，本発明合金１，
３，及び４についても得られた。
の表面層の硬度分布を示す図である。図１から，本発明
合金試料２は比較合金試料６にくらべて，均一な硬度分
布を示すことが判る。同様な結果が，本発明合金１，
３，及び４についても得られた。
【００１７】
【表１】
【００１８】図２及び図５は本発明合金試料２と比較合
金試料６との金属組織における元素分布を電子プローブ
Ｘ線分析装置（ＥＰＭＡ）で調べた結果を示す図であ
る。本発明合金試料２は，比較合金試料６に比べてクロ
ムの化合物が均一に分布していることがわかる。同様な
結果が，本発明合金１，３，及び４についても得られ
た。
金試料６との金属組織における元素分布を電子プローブ
Ｘ線分析装置（ＥＰＭＡ）で調べた結果を示す図であ
る。本発明合金試料２は，比較合金試料６に比べてクロ
ムの化合物が均一に分布していることがわかる。同様な
結果が，本発明合金１，３，及び４についても得られ
た。
【００１９】次に，ＳＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＺ型番
の被覆合金用の母材について，本発明合金試料２，比較
合金試料６を試作し，ＣＶＤ法でＴｉＣを６μｍ被覆
し，旋削試験を行った。図３に鋼（Ｓ４５Ｃ Ｈｓ＝３
５）を切削速度Ｖ＝２００ｍ／分で切削した時の各工具
材質の摩耗量を示した。測定において，フランク摩耗量
をＶｂ，すくい面摩耗ｋｔとした。図３からもわかるよ
うに，本発明合金試料２は比較合金試料６に比較して，
いずれも摩耗も少ないことがわかる。同様な結果が，本
発明合金１，３，及び４についても得られた。
の被覆合金用の母材について，本発明合金試料２，比較
合金試料６を試作し，ＣＶＤ法でＴｉＣを６μｍ被覆
し，旋削試験を行った。図３に鋼（Ｓ４５Ｃ Ｈｓ＝３
５）を切削速度Ｖ＝２００ｍ／分で切削した時の各工具
材質の摩耗量を示した。測定において，フランク摩耗量
をＶｂ，すくい面摩耗ｋｔとした。図３からもわかるよ
うに，本発明合金試料２は比較合金試料６に比較して，
いずれも摩耗も少ないことがわかる。同様な結果が，本
発明合金１，３，及び４についても得られた。
【００２０】次に，被覆超硬合金の耐塑性変形性に及ぼ
す脱β層の影響について本発明合金試料２と比較合金試
料６の脱β層の厚さをかえてノーズダレを調べた。その
結果を図４に示す。図４から本発明合金試料２は比較合
金試料６に比べて脱β層の硬さが母材とあまりかわらな
いため，塑性変形を起こしにくいことが判明した。同様
な結果は，試料１，３，及び４についても得られた。
す脱β層の影響について本発明合金試料２と比較合金試
料６の脱β層の厚さをかえてノーズダレを調べた。その
結果を図４に示す。図４から本発明合金試料２は比較合
金試料６に比べて脱β層の硬さが母材とあまりかわらな
いため，塑性変形を起こしにくいことが判明した。同様
な結果は，試料１，３，及び４についても得られた。
【００２１】
【発明の効果】以上，説明したように，本発明によれ
ば，耐塑性変形性及び耐摩耗性に優れた超硬合金とその
製造方法とを提供することができる。
ば，耐塑性変形性及び耐摩耗性に優れた超硬合金とその
製造方法とを提供することができる。
【図１】本発明の実施例に係る超硬合金の表面層の硬度
分布を示す図であり，併せて比較合金の硬度分布も示さ
れている。
分布を示す図であり，併せて比較合金の硬度分布も示さ
れている。
【図２】本発明の実施例に係る超硬合金のＥＰＭＡ分析
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る超硬合金の耐摩耗性を示
す図であり，併せて比較合金の耐摩耗性についても示さ
れている。
す図であり，併せて比較合金の耐摩耗性についても示さ
れている。
【図４】本発明の実施例に係る超硬合金の塑性変形量を
示す図であり，併せて比較合金の塑性変形量についても
示されている。
示す図であり，併せて比較合金の塑性変形量についても
示されている。
【図５】比較例に係る超硬合金のＥＰＭＡ分析結果を示
す図である。
す図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 表面層と内部層とを備えたＷＣ基超硬合
金において，前記ＷＣ基超硬合金は，Ｃｒ炭化物を０．
５〜２．０重量％と，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから
選ばれた金属の窒化物，炭窒化物，及びこれらのうちの
２種以上の固溶体のうちの少なくとも一種からなるＢ１
型硬質相成分を３〜５重量％と，ＷＣからなるＷＣ相成
分を７３〜９１．５重量％と，残部としてＦｅ族金属元
素から選ばれた少なくとも１種を含む結合相成分とから
なり，前記表面層は前記内部層より少ない前記Ｂ１型硬
質相成分と，前記内部層と同程度の割合の前記Ｃｒ炭化
物とを含有することを特徴とする超硬合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の超硬合金において，前記
表面層の硬度は前記内部層の硬度と同程度であることを
特徴とする超硬合金。 - 【請求項３】 請求項２記載の超硬合金において，前記
表面層の上に少なくとも一層の硬質膜を有し，前記硬質
膜はＴｉ化合物および酸化アルミニウムのうちの少なく
とも１種からなることを特徴とする超硬合金。 - 【請求項４】 ＷＣ基超硬合金を粉末冶金法により製造
する方法において，Ｃｒの炭化物粉末を０．５〜２．０
重量％と，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの内から選択さ
れた金属の窒化物，炭窒化物，及びこれらの２種以上の
固溶体のうちの少なくとも一種からなるＢ１型硬質相成
分を３〜５重量％と，ＷＣからなるＷＣ相成分を７３〜
９１．５重量％と，残部としてＦｅ族金属元素から選ば
れた少なくとも１種を含む結合相成分粉末とを混合し，
真空焼結することにより，焼結体の表面層にＢ１型硬質
相成分が前記焼結体の内部より少なく，且つＣｒの化合
物が他の部分と同程度の割合で含まれる超硬合金を得る
ことを特徴とする超硬合金の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の超硬合金において，前記
表面層の硬度が前記内部層の硬度と同程度になるように
形成することを特徴とする超硬合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334452A JP2717925B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 超硬合金とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334452A JP2717925B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 超硬合金とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07188828A JPH07188828A (ja) | 1995-07-25 |
| JP2717925B2 true JP2717925B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=18277551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5334452A Expired - Fee Related JP2717925B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 超硬合金とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2717925B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013032559A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Mts:Kk | 高強度超硬合金及び被覆超硬合金 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5334452A patent/JP2717925B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07188828A (ja) | 1995-07-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971014 |
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