JP2926836B2 - 窒素含有サーメット合金 - Google Patents
窒素含有サーメット合金Info
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Description
窒素含有サーメット合金に関するものである。サーメッ
ト合金は、ドリル、エンドミル、フライス用切削工具等
に利用される。
であり、その一例としてツイストドリルの構造が第1図
に示されている。ツイストドリルは、一般に穿孔加工に
供される切刃部1と、切削にあまり関与せず、主として
切屑の排出とボール盤などの切削機械のチャック部など
に装着するための働きをなすシャンク部2とを備えてい
る。
は各々異なった負荷状態で使用される。したがって、ド
リルの各部に要求される特性は異なる。たとえば、切刃
部の刃先部では耐摩耗性や耐溶着性などが要求され、シ
ャンク部では工具としての強度を保持するための靭性が
要求される。また、切刃部の刃先部についても、その中
心部と外周部とでは切削速度が大きく異なるため、要求
される特性も異なる。このような複雑な要求に応えるよ
うに、従来からドリルの材料として種々のものが開発さ
れてきた。
硬合金である。高速度鋼は、靭性に富むが耐摩耗性が低
く、高速切削に不適である。一方、超硬合金は耐摩耗性
や精度特性に優れる反面、脆い性質を有し、たとえば、
剛性の低い工作機械に使用すると折損する場合があっ
た。
をコーティングする構造、あるいは切刃部を超硬合金に
し、ろう付けする構造などが考えられた。しかし、切刃
部にコーティングを施したものは、通常使用されるよう
にドリルの再研削を実施すると、少なくとも前逃面側の
コーティング層が除去されてしまい、コーティングの効
果の大半が失われてしまう欠点を有していた。また、切
刃部に超硬合金をろう付けする構造は、ろう付け自体が
本質的に熱的強度や機械的強度に劣るので、難削材や深
孔加工には適用できないという欠点を有していた。
図して、異なる材質の超硬合金同士(P30とD30)をろう
付けした構造(実開昭58−143115号)あるいは冶金学的
に一体化接合した構造(実公昭62−46489号)、さら
に、ドリルの中心部と外周部との要求される特性の違い
に着目し、その中心部と外周部との超硬合金の材質を違
えた二重構造に成形したもの(特開昭62−218010号)、
あるいはこの二重構造を射出成形で形成する方法(特開
昭63−38501号、38502号)等が提案されていた。また、
ドリルの耐溶着性の向上のために、ドリルの材質をサー
メットで構成した構造(特開昭62−292307号)などがあ
る。これらの従来の例において、ドリルのシャンク部の
靭性を向上させる目的で超硬合金の粗粒化や高結合相化
を行なったものは、逆に材料の強度を低下させたり、あ
るいは弾性変化歪を低下させ、被削材のぶれやマシンの
不安定な回転などにより、孔あけ加工中に折損してしま
うという問題を生じた。
々の観点からの改良がなされている。しかし、従来のこ
れらの構造は、いずれもドリルの全ての特性上の要求を
完全に満たすものではなかった。
能を発揮する窒素含有サーメット合金を提供することで
ある。
に耐摩耗性および耐溶着性の向上を意図した。発明者た
ちは、耐摩耗性および耐溶着性の向上のためには、チタ
ン(Ti)を主成分とした窒素含有サーメットを用いるこ
とが必須であると考えた。そこで、サーメットの種々の
含有成分に対しパラメトリックな実験を行ない、多くの
有効な知見を得た。本発明はこの知見に基づいてなされ
たものであり、以下に説明する。
2〜0.6μmの微粒硬質相と、1〜3μmの粗粒硬質相と
の混合構造を有する。粗粒硬質相に対する微粒硬質相の
体積混合比は、0.3〜3.0である。この範囲においては、
使用時にドリルの刃先が受ける熱衝撃に起因する亀裂の
発生、進展を有効に抑制し得る。さらに好ましくは、微
粒硬質相の粒径は0.3〜0.5μmであり、かつ粗粒硬質相
の粒径は1.5〜2.2μmである。
く周期律表第IV a、V a、VI a族金属のうちの1種類も
しくは2種類以上の金属との炭化物、窒化物、複炭窒化
物のいずれかからなり、さらに硬質分散相の組成は、金
属原子中のチタン量が原子比で0.5〜0.95である。チタ
ン量が0.5未満ではサーメットの耐摩耗性および耐溶着
性が不足する。また、0.95を越えると、サーメットの焼
結性が劣化する。
が、原子比で0.1〜0.7である。すなわち、窒素の割合が
原子比で0.1未満では、窒素が焼結時の硬質分散相の粒
成長を抑制するという効果が生じなくなる。また、0.7
を越えると、サーメットの焼結性が劣化する。
30重量%である。5重量%未満ではサーメットの靭性が
不足し、ドリルの使用時においてチッピングを生じる。
また、30重量%を越えると、耐摩耗性が不足し、ドリル
の刃先の逃面やマージン部に大きな摩耗が生じる。
金を用いて、各々の単材料で直径10mmのドリルを作製
し、その加工性能を実験的に調査した。第1表は実験に
供された種々の合金の組成等を示したもので、表中の合
金No.A〜Cは本発明品を示し、D〜Hは比較のために用
いられた比較品を示している。比較品のうち、Dおよび
Eは硬質分散相の非金属原子中の窒素原子の割合の比較
に用いられるものである。さらに、比較品Fは硬質分散
相の粒度比の比較に用いられるものである。さらに、比
較品GおよびHは結合相量の割合の比較に用いられるも
のである。比較品D〜Hと本発明品A〜Cとが相互に比
較検討された。
に示す。性能評価テストは、2種類の条件で行なわれ
た。テスト1は、ドリルの耐摩耗性評価テストである。
すなわち、ドリルが破損や摩耗により寿命に到るまで連
続孔あけ加工を行ない、その刃先の状況を評価するテス
トである。
なわち、被削材に複数回に分けて同一箇所に深い孔あけ
加工を施し、所定の孔あけ加工終了後の刃先の状況を評
価するテストである。
いるコーティングハイスドリルおよびコーティング超硬
ドリルに同様の切削テストも行なった。
第3表に示す実験結果より、以下のことが判明した。
耐摩耗性テスト1の結果に示されるように、硬質分散相
の粒度において粗粒の多い材料はシャンク強度が劣り、
突発的な折損などにより靭性が劣ることが判明した。
分散相の粒度が微粒子のみの場合は、シャンク強度に優
れるが、耐熱亀裂性(テスト2)で大きく劣ることが判
明した。
結合相量の少ないもの(比較品G)は靭性に劣り(テス
ト1)、また、結合相量の大きいもの(比較品H)は耐
摩耗性に劣る(テスト1およびテスト2)ことが判明し
た。
摩耗性、耐熱亀裂性およびシャンク靭性強度の全ての面
にわたって優れた特性を有することが判明した。なお、
コーティングハイスやコーティング超硬媒体に比べても
優れた特性を示すことが第3表から判明する。なお、本
発明品は、さらに再研磨加工を施して使用しても新品と
同等の性能を示す特徴を有する。
性に特に優れた性能を発揮する窒素含有サーメット合金
が得られる。この窒素含有サーメット合金は、耐摩耗
性、靭性および高切削性において優れた特性が要求され
るドリル、エンドミル、フライス用切削工具などに有利
に利用され得る。
である。第2図は、サーメットの硬質分散相の粒度分布
を示す硬質分散相粒度分布図である。 図において、1はドリルの切刃部、2はシャンク部を示
す。
Claims (1)
- 【請求項1】チタンと、チタンを除く周期律表第IV a、
V a、VI a族金属のうち1種または2種以上の金属との
炭化物、窒化物、複炭窒化物のいずれかを主要成分とす
る硬質分散相と、ニッケルとコバルトとを主成分とする
結合金属相からなる窒素含有サーメット合金において、 前記硬質分散相は、チタンを含む金属原子群と窒素を含
む非金属原子群とを含み、 前記金属原子群中の前記チタンの量は原子比で0.5以上
0.95以下であり、 前記非金属原子群中の前記窒素の量は原子比で0.1以上
0.7以下であり、 前記硬質分散相は、平均粒経が0.2μm以上0.6μm以下
の微粒子群と、平均粒径が1μm以上3μm以下の粗粒
子群とを備え、 前記微粒子群は前記粗粒子群に対する体積比が0.3以上
3以下であり、 前記結合金属相は、前記窒素含有サーメット合金中に占
める割合が5重量%以上30重量%以下であることを特徴
とする、窒素含有サーメット合金。
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