JP2796002B2 - サーメット - Google Patents
サーメットInfo
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- JP2796002B2 JP2796002B2 JP3304530A JP30453091A JP2796002B2 JP 2796002 B2 JP2796002 B2 JP 2796002B2 JP 3304530 A JP3304530 A JP 3304530A JP 30453091 A JP30453091 A JP 30453091A JP 2796002 B2 JP2796002 B2 JP 2796002B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱衝撃性，耐摩耗
性，靱性に優れたサーメットに関し、特に切削工具とし
て被削材仕上面が良好なサーメットに関する。
性，靱性に優れたサーメットに関し、特に切削工具とし
て被削材仕上面が良好なサーメットに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、切削用焼結体として、周期律表第
４ａ，５ａ，６ａ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。
４ａ，５ａ，６ａ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。
【０００３】かかるサーメットとしては、これまでＴｉ
Ｃを主成分とするＴｉＣ基サーメットが主流であった
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
することにより靱性を改善したいわゆるＴｉＣＮ基サー
メットが提案された。
Ｃを主成分とするＴｉＣ基サーメットが主流であった
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
することにより靱性を改善したいわゆるＴｉＣＮ基サー
メットが提案された。
【０００４】このＴｉＣＮ基サーメットの典型例として
特公昭５６−５１２０１号が挙げられ、ここでは、（Ｔ
ｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）ＣＮからなる硬質相と、Ｎｉ，Ｃ
ｏからなる結合相とから構成されるサーメットが開示さ
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Ｍｏ2 Ｃ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
ることから硬質相における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
切削工具とし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。
特公昭５６−５１２０１号が挙げられ、ここでは、（Ｔ
ｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）ＣＮからなる硬質相と、Ｎｉ，Ｃ
ｏからなる結合相とから構成されるサーメットが開示さ
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Ｍｏ2 Ｃ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
ることから硬質相における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
切削工具とし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。
【０００５】また、硬質相を形成する炭素（Ｃ）および
窒素（Ｎ）はサーメットの靱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、サーメットの靱性を高めようとする試みがなさ
れている。
窒素（Ｎ）はサーメットの靱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、サーメットの靱性を高めようとする試みがなさ
れている。
【０００６】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変えることにより
耐摩耗性や靱性をさらに高めようといった改良が成され
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Ｎ2 を炉内に導入することによっ
て焼結体表面に靱性に富む軟化層を形成することが、ま
た特開昭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。
ーメットに対してその表面部の組織を変えることにより
耐摩耗性や靱性をさらに高めようといった改良が成され
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Ｎ2 を炉内に導入することによっ
て焼結体表面に靱性に富む軟化層を形成することが、ま
た特開昭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。
【０００７】しかしなから、これらの先行技術は、いず
れも硬度あるいは靱性のどちらかのみ検討するにとどま
っていた。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
って焼結体表面に高硬度，高靱性の改質層を形成したＴ
ｉＣＮ基サーメットを提案した。
れも硬度あるいは靱性のどちらかのみ検討するにとどま
っていた。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
って焼結体表面に高硬度，高靱性の改質層を形成したＴ
ｉＣＮ基サーメットを提案した。
【０００８】
【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号に開示されたサーメットは、切削速
度が１００〜２００ｍ／ｍｉｎの中速の切削において優
れた耐摩耗性，耐欠損性を示すが、切削速度が２００ｍ
／ｍｉｎを超える高速切削に際しては、耐摩耗性，耐欠
損性，耐熱衝撃性が大きく劣化することが明らかになっ
た。特に、湿式切削に際して必要な耐熱衝撃性が低く、
刃先にクラックが伸展する等の不具合が発生する虞があ
った。これは従来のサーメットでは止むを得ない事と考
えられていた。
平２−１５１３９号に開示されたサーメットは、切削速
度が１００〜２００ｍ／ｍｉｎの中速の切削において優
れた耐摩耗性，耐欠損性を示すが、切削速度が２００ｍ
／ｍｉｎを超える高速切削に際しては、耐摩耗性，耐欠
損性，耐熱衝撃性が大きく劣化することが明らかになっ
た。特に、湿式切削に際して必要な耐熱衝撃性が低く、
刃先にクラックが伸展する等の不具合が発生する虞があ
った。これは従来のサーメットでは止むを得ない事と考
えられていた。
【０００９】
【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、表層部に一定以上の
粒径を有する粒子が所定の割合以上存在し、内部におけ
る粒子の平均結晶粒径が所定以下であり、かつ表層部に
おける粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径よりも
大きいと、耐熱衝撃性等を改善できることを知見し、本
発明に至った。
問題点に対して検討を行った結果、表層部に一定以上の
粒径を有する粒子が所定の割合以上存在し、内部におけ
る粒子の平均結晶粒径が所定以下であり、かつ表層部に
おける粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径よりも
大きいと、耐熱衝撃性等を改善できることを知見し、本
発明に至った。
【００１０】即ち、本発明のサーメットは、硬質相粒子
と結合相とからなるサーメットであって、表層部におけ
る前記硬質相粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径
よりも大きく、かつ、前記表層部に２μｍ以上の粒径を
有する前記硬質相粒子が少なくとも２０％存在し、前記
内部における前記硬質相粒子の平均結晶粒径が３μｍ以
下であることを特徴とする。
と結合相とからなるサーメットであって、表層部におけ
る前記硬質相粒子の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径
よりも大きく、かつ、前記表層部に２μｍ以上の粒径を
有する前記硬質相粒子が少なくとも２０％存在し、前記
内部における前記硬質相粒子の平均結晶粒径が３μｍ以
下であることを特徴とする。
【００１１】そして、その成分は、周期律表第４ａ，５
ａ，６ａ族元素のうち少なくともＴｉ，ＷおよびＮｂを
含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合相から構成さ
れ、全体組成から前記鉄族金属および不可避不純物を除
いた他の成分組成中、Ｔｉ，，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを
〔（Ｔｉ）ａ（Ｎｂ）ｂ（Ｗ）ｃ〕〔（Ｃ）ｕ（Ｎ）
ｖ〕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≦０．９５、０．８０
≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足し、かつ、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
が望ましい。
ａ，６ａ族元素のうち少なくともＴｉ，ＷおよびＮｂを
含有する硬質相と、鉄族金属からなる結合相から構成さ
れ、全体組成から前記鉄族金属および不可避不純物を除
いた他の成分組成中、Ｔｉ，，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを
〔（Ｔｉ）ａ（Ｎｂ）ｂ（Ｗ）ｃ〕〔（Ｃ）ｕ（Ｎ）
ｖ〕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≦０．９５、０．８０
≦ｚ≦１．０、ｕ＋ｖ＝１を満足し、かつ、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
が望ましい。
【００１２】以下、本発明を詳述する。
【００１３】上記において、表層部に２μｍ以上の粒径
を有する硬質相粒子が少なくとも２０％存在するとした
のは、粒成長した粒子が増加することにより、それぞれ
の硬質相粒子と結合金属の接触面積が増加し、結合層と
硬質相粒子の結合を強固とし、焼結体に発生するクラッ
クの伸展を抑制するためである。そして、これにより、
硬質相粒子の脱落が抑制され、工具の摩耗が抑制され、
耐熱衝撃性が要求される湿式切削加工工具として最適に
なる。２μｍ以上の粒径を有する硬質相粒子が少なくと
も２０％存在する表層部は、表面から５００μm 以内、
特に、表面から５０μｍであることが望ましい。このよ
うにすることにより、さらに、刃先における耐熱衝撃性
等の性能が向上する。
を有する硬質相粒子が少なくとも２０％存在するとした
のは、粒成長した粒子が増加することにより、それぞれ
の硬質相粒子と結合金属の接触面積が増加し、結合層と
硬質相粒子の結合を強固とし、焼結体に発生するクラッ
クの伸展を抑制するためである。そして、これにより、
硬質相粒子の脱落が抑制され、工具の摩耗が抑制され、
耐熱衝撃性が要求される湿式切削加工工具として最適に
なる。２μｍ以上の粒径を有する硬質相粒子が少なくと
も２０％存在する表層部は、表面から５００μm 以内、
特に、表面から５０μｍであることが望ましい。このよ
うにすることにより、さらに、刃先における耐熱衝撃性
等の性能が向上する。
【００１４】ここで、２μｍ以上としたのは、２μm 未
満であれば、切削中での粒子の脱落が増加し、工具の耐
摩耗性が低下するからである。
満であれば、切削中での粒子の脱落が増加し、工具の耐
摩耗性が低下するからである。
【００１５】厚さ５００μｍ以下の表層部には、特に３
〜１０μm の粒径を有する粒子が２０％以上存在するこ
とが好ましい。これは、粒径が大きくなれば、硬質相粒
子と結合金属の接触面積が増加し、結合相と硬質相粒子
の結合が特に強固となるからである。
〜１０μm の粒径を有する粒子が２０％以上存在するこ
とが好ましい。これは、粒径が大きくなれば、硬質相粒
子と結合金属の接触面積が増加し、結合相と硬質相粒子
の結合が特に強固となるからである。
【００１６】また、少なくとも２０％存在するとしたの
は、２０％未満では粒子の脱落が大きく、耐摩耗性が改
善されないからである。特に７０％以上存在することが
好ましい。尚、この割合は一定体積中に存在する粒子の
個数で示しており、２０％とは、一定体積中に存在する
粒子全数に対する２μm 以上の粒子数の割合が２０％で
あることを示す。
は、２０％未満では粒子の脱落が大きく、耐摩耗性が改
善されないからである。特に７０％以上存在することが
好ましい。尚、この割合は一定体積中に存在する粒子の
個数で示しており、２０％とは、一定体積中に存在する
粒子全数に対する２μm 以上の粒子数の割合が２０％で
あることを示す。
【００１７】また、内部における硬質相粒子の平均結晶
粒径を３μｍ以下としたのは、３μm より大きいと強度
が低下し、切削中の工具材料の欠損や大破に繋がるから
である。内部は、耐熱衝撃性よりも、硬度，靱性が要求
されており、３μｍより大きいと硬度，靱性が低下する
ためと思われる。内部における硬質相粒子の平均結晶粒
径は、特に２μm 以下とすることが望ましい。
粒径を３μｍ以下としたのは、３μm より大きいと強度
が低下し、切削中の工具材料の欠損や大破に繋がるから
である。内部は、耐熱衝撃性よりも、硬度，靱性が要求
されており、３μｍより大きいと硬度，靱性が低下する
ためと思われる。内部における硬質相粒子の平均結晶粒
径は、特に２μm 以下とすることが望ましい。
【００１８】さらに、表層部における粒子の平均結晶粒
径を内部の平均結晶粒径よりも大きくしたのは、耐摩耗
性改善のために特に重要な表層部の粒子結合を強固に
し、耐摩耗性を改善するからである。
径を内部の平均結晶粒径よりも大きくしたのは、耐摩耗
性改善のために特に重要な表層部の粒子結合を強固に
し、耐摩耗性を改善するからである。
【００１９】また、サーメットの全体組成における鉄族
金属を除く他の成分組成中、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを
前述の範囲になるように設定した理由について説明す
る。
金属を除く他の成分組成中、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｃ，Ｎを
前述の範囲になるように設定した理由について説明す
る。
【００２０】先ず、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より小さいと
サーメット工具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が低
下することとなる。なお、Ｔｉ量（ａ）は０．７０≦ａ
≦０．９０であることが特に望ましい。
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より小さいと
サーメット工具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が低
下することとなる。なお、Ｔｉ量（ａ）は０．７０≦ａ
≦０．９０であることが特に望ましい。
【００２１】サーメットにおいて、Ｔｉと同様に必須の
成分とされるＷはＷＣとして硬質相の結合相との濡れ性
を改善するとともに靱性を高める作用をなすために必須
の成分であるが、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
ＭｏやＴａ等の炭化物が必須の成分としてこれまで使用
されたが、前述した通りＭｏ2 Ｃ自体、硬質相主成分で
あるＴｉＣやＴｉＣＮに比較して特性が劣るために逆に
サーメットの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。特にこの傾向は湿式切削時に顕著であ
った。
成分とされるＷはＷＣとして硬質相の結合相との濡れ性
を改善するとともに靱性を高める作用をなすために必須
の成分であるが、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
ＭｏやＴａ等の炭化物が必須の成分としてこれまで使用
されたが、前述した通りＭｏ2 Ｃ自体、硬質相主成分で
あるＴｉＣやＴｉＣＮに比較して特性が劣るために逆に
サーメットの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。特にこの傾向は湿式切削時に顕著であ
った。
【００２２】そこで、Ｍｏ2 Ｃに代わる成分として検討
を行ったところ、Ｎｂの炭化物がＭｏ2 Ｃ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、湿式切削時の耐
摩耗性，耐欠損性を向上できることがわかった。よっ
て、ＷとＮｂ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 ０．１０≦ｂ＋ｃ≦０．３
０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）
が前記式において０．４より小さいと耐摩耗性、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。
を行ったところ、Ｎｂの炭化物がＭｏ2 Ｃ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、湿式切削時の耐
摩耗性，耐欠損性を向上できることがわかった。よっ
て、ＷとＮｂ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 ０．１０≦ｂ＋ｃ≦０．３
０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）
が前記式において０．４より小さいと耐摩耗性、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。
【００２３】一方、窒素および炭素の量はサーメットの
硬度および靱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、靱性が向上する傾
向にあるが、窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の
分解によるガスが焼結体のボイド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、靱性が低下し耐欠損性が不十分とな
り、０．９５を越えると焼結体内にボイドが発生し信頼
性に欠けるようになる。
硬度および靱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、靱性が向上する傾
向にあるが、窒素の量が過多になると焼成時の窒化物の
分解によるガスが焼結体のボイド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、靱性が低下し耐欠損性が不十分とな
り、０．９５を越えると焼結体内にボイドが発生し信頼
性に欠けるようになる。
【００２４】また、窒素，炭素量のＴｉ，Ｗ，Ｎｂの合
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き起こす結果となる。望まし
くは０．８５≦ｚ≦１．０である。
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き起こす結果となる。望まし
くは０．８５≦ｚ≦１．０である。
【００２５】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。
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。
【００２６】また、この鉄族金属は系中において３〜４
０重量％、特に５〜３０重量％の割合で存在することが
望ましい。そして、このような鉄族金属を内部〜表層部
と増加することにより、サーメット中の硬質相粒子が粒
成長し易くなり、上記のような粒度勾配が生じ易くな
る。
０重量％、特に５〜３０重量％の割合で存在することが
望ましい。そして、このような鉄族金属を内部〜表層部
と増加することにより、サーメット中の硬質相粒子が粒
成長し易くなり、上記のような粒度勾配が生じ易くな
る。
【００２７】また、本発明のサーメットは、図１に示す
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
逆に表層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、表層部と中心部の（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とほ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、
ごく表面部分に析出した鉄族金属層を形成する場合もあ
る。
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
逆に表層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、表層部と中心部の（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とほ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、
ごく表面部分に析出した鉄族金属層を形成する場合もあ
る。
【００２８】このような組成勾配により特性的には、図
２および図３に示すように表面付近、特に表面から５０
０μｍ以下の表層部に内部よりも高硬度、高靱性な改質
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。
２および図３に示すように表面付近、特に表面から５０
０μｍ以下の表層部に内部よりも高硬度、高靱性な改質
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。
【００２９】さらに、本発明のサーメットがすぐれた特
性を有する他の要因として、硬質相はＴｉおよびＮ2 に
富む芯部と、この芯部の回りに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、特に周辺部形成部分として従来か
ら用いられたＭｏに替わりＴａやＮｂを用いることによ
り周辺部の特性を改善することができる。
性を有する他の要因として、硬質相はＴｉおよびＮ2 に
富む芯部と、この芯部の回りに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、特に周辺部形成部分として従来か
ら用いられたＭｏに替わりＴａやＮｂを用いることによ
り周辺部の特性を改善することができる。
【００３０】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、先ず前述した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なるように秤量混合した
後に、プレス成形，押し出し成形，射出成形等の周知の
成形手段で成形し、この後、焼成する。本発明では特に
鉄族金属を多めに混合した。
の方法としては、例えば、先ず前述した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なるように秤量混合した
後に、プレス成形，押し出し成形，射出成形等の周知の
成形手段で成形し、この後、焼成する。本発明では特に
鉄族金属を多めに混合した。
【００３１】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１０-1ｔｏ
ｒｒ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。
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１０-1ｔｏ
ｒｒ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。
【００３２】このように真空度を変化して成形体の表面
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
には炭素に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
結体表面部に滲み出し、場合により揮散する。
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
には炭素に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
結体表面部に滲み出し、場合により揮散する。
【００３３】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。
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。
【００３４】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，Ｔ
ｉＣＮ，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ＴｉＣ
Ｎの替わりにＴｉＣやＴｉＣＮ粉末を用いて、ＴｉＮ相
が形成されないように考慮すべきである。
いて用いるＴｉ化合物系原料粉末としては、ＴｉＣ，Ｔ
ｉＣＮ，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ＴｉＣ
Ｎの替わりにＴｉＣやＴｉＣＮ粉末を用いて、ＴｉＮ相
が形成されないように考慮すべきである。
【００３５】また、各原料粉末を成形焼成する前に固溶
体処理を行うことも可能であるが、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
は行わない方が良い。
体処理を行うことも可能であるが、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
は行わない方が良い。
【００３６】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
る目的でさらにＺｒ，Ｈｆ，ＣｒおよびＶ等の炭化物，
窒化物，炭窒化物等を添加し、前述した式において、Ｔ
ｉあるいはＮｂの一部を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
の高速切削時の耐摩耗性を大きく向上することができ
る。この時のＮｂ／Ｖの原子比は１〜１０、特に２〜６
であることが望ましい。
（Ｃ，Ｎ）、鉄族金属からなる系に対して特性を改善す
る目的でさらにＺｒ，Ｈｆ，ＣｒおよびＶ等の炭化物，
窒化物，炭窒化物等を添加し、前述した式において、Ｔ
ｉあるいはＮｂの一部を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
の高速切削時の耐摩耗性を大きく向上することができ
る。この時のＮｂ／Ｖの原子比は１〜１０、特に２〜６
であることが望ましい。
【００３７】以下、本発明を次の実施例で説明する。
【００３８】
【実施例】原料粉末として平均粒径が１〜１．５μm の
ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＷＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｎｉ，Ｃｏの
各粉末を用いて最終焼結体の組成が表１の割合に成るよ
うに秤量混合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力でＣ
ＮＭＧ１２０４０８用のチップ形状にプレス成形し、１
４００〜１６００℃の温度で真空雰囲気において１時間
焼成した。この時、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
を１０-1ｔｏｒｒから５０ｔｏｒｒに変更し、試料Ｎo,
１４は圧力を１０-1ｔｏｒｒに維持した。
ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＷＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，Ｎｉ，Ｃｏの
各粉末を用いて最終焼結体の組成が表１の割合に成るよ
うに秤量混合した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力でＣ
ＮＭＧ１２０４０８用のチップ形状にプレス成形し、１
４００〜１６００℃の温度で真空雰囲気において１時間
焼成した。この時、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
を１０-1ｔｏｒｒから５０ｔｏｒｒに変更し、試料Ｎo,
１４は圧力を１０-1ｔｏｒｒに維持した。
【００３９】得られた焼結体に対して、表面から５００
μｍまでの表層部に２μｍ以上の粒径を有する粒子が存
在する割合を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）と画像処理装置により表面におけ
る一定面積当たりの粒子割合を求め、これから一定体積
当たり粒子割合に換算して求め、内部における粒子の平
均結晶粒径および表層部における粒子の平均結晶粒径
を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）と画像処理装置により求めた。また、焼結体
に対してＪＩＳＲ１６０１に従い３点曲げ抗折強度、ビ
ッカース硬度及びビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を
用いて荷重２０ｋｇで圧痕法にり破壊靱性を測定した。
μｍまでの表層部に２μｍ以上の粒径を有する粒子が存
在する割合を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）と画像処理装置により表面におけ
る一定面積当たりの粒子割合を求め、これから一定体積
当たり粒子割合に換算して求め、内部における粒子の平
均結晶粒径および表層部における粒子の平均結晶粒径
を、試料表面をポリッシングした後、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）と画像処理装置により求めた。また、焼結体
に対してＪＩＳＲ１６０１に従い３点曲げ抗折強度、ビ
ッカース硬度及びビッカース硬度用ダイヤモンド圧子を
用いて荷重２０ｋｇで圧痕法にり破壊靱性を測定した。
【００４０】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、焼結体の中心部および表
面部の（ｃ／ａ＋ｃ）をそれぞれＩ1 ，Ｉ2 とし、Ｉ1
／Ｉ2 の比率を求めた。尚、試料Ｎo,２についてはＴ
ｉ，Ｗ，Ｎｂの焼結体の深さに対する組成分布を調べ、
図１に示した。
面部のＴｉとＷの濃度を求め、焼結体の中心部および表
面部の（ｃ／ａ＋ｃ）をそれぞれＩ1 ，Ｉ2 とし、Ｉ1
／Ｉ2 の比率を求めた。尚、試料Ｎo,２についてはＴ
ｉ，Ｗ，Ｎｂの焼結体の深さに対する組成分布を調べ、
図１に示した。
【００４１】さらにビッカース硬度計を用いて焼結体の
表層部と内部との特性の差の有無について調べ、図２お
よび図３に示した。
表層部と内部との特性の差の有無について調べ、図２お
よび図３に示した。
【００４２】次に、上記のようにして得られた各試料を
用いて下記に示す切削条件で湿式摩耗試験を行い、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。湿式摩耗試験は、水溶性切削油を
５ｌ／ｍｉｎで供給しながら行った。測定結果を表２に
示す。
用いて下記に示す切削条件で湿式摩耗試験を行い、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。湿式摩耗試験は、水溶性切削油を
５ｌ／ｍｉｎで供給しながら行った。測定結果を表２に
示す。
【００４３】（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 （欠損試験） 被削材 ＳＣＭ４３５（４本溝入り） 切削速度 １００ｍ／ｍｉｎ 切り込み ２ｍｍ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切削時間 １ｍｉｎ
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】表１及び表２によれば、本発明のサーメッ
トは、本発明の範囲外の試料よりも摩耗量が小さく、ま
た、耐欠損性においても優れている。このように本発明
の試料は耐摩耗性及び耐欠損性を同時に向上することが
できる。
トは、本発明の範囲外の試料よりも摩耗量が小さく、ま
た、耐欠損性においても優れている。このように本発明
の試料は耐摩耗性及び耐欠損性を同時に向上することが
できる。
【００４７】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明のサーメッ
トでは、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎを超える高速切削
に際しても、耐摩耗性，耐欠損性，耐熱衝撃性を大きく
向上することができるとともに、湿式切削に際して必要
な耐熱衝撃性も大幅に向上することができ、湿式切削時
に刃先にクラックが伸展する等の不具合が発生すること
を確実に防止することができる。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。
トでは、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎを超える高速切削
に際しても、耐摩耗性，耐欠損性，耐熱衝撃性を大きく
向上することができるとともに、湿式切削に際して必要
な耐熱衝撃性も大幅に向上することができ、湿式切削時
に刃先にクラックが伸展する等の不具合が発生すること
を確実に防止することができる。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。
【図１】本発明のサーメットのＴｉ，Ｗ，Ｎｂの各元素
の焼結体の深さに対する組成分布を示すグラフである。
の焼結体の深さに対する組成分布を示すグラフである。
【図２】実施例の試料における硬度の焼結体の深さに対
する変化を示すグラフである。
する変化を示すグラフである。
【図３】実施例の試料における靱性の焼結体の深さに対
する変化を示すグラフである。
する変化を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】硬質相粒子と結合相とからなるサーメット
であって、表層部における前記硬質相粒子の平均結晶粒
径が内部の平均結晶粒径よりも大きく、かつ、前記表層
部に２μｍ以上の粒径を有する前記硬質相粒子が少なく
とも２０％存在するとともに、前記内部における前記硬
質相粒子の平均結晶粒径が３μｍ以下であることを特徴
とするサーメット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3304530A JP2796002B2 (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | サーメット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3304530A JP2796002B2 (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | サーメット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05140691A JPH05140691A (ja) | 1993-06-08 |
| JP2796002B2 true JP2796002B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17934123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3304530A Expired - Lifetime JP2796002B2 (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | サーメット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2796002B2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-20 JP JP3304530A patent/JP2796002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05140691A (ja) | 1993-06-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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