JP3067514B2 - サーメット製切削工具 - Google Patents

サーメット製切削工具

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JP3067514B2
JP3067514B2 JP6058071A JP5807194A JP3067514B2 JP 3067514 B2 JP3067514 B2 JP 3067514B2 JP 6058071 A JP6058071 A JP 6058071A JP 5807194 A JP5807194 A JP 5807194A JP 3067514 B2 JP3067514 B2 JP 3067514B2
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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、特に苛酷な条件下で
鋼などの断続切削に用いた場合に、優れた耐欠損性を示
す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】近年、切削加工の高能率化および省人化
の流れにともない、切削速度の高速化による切削時間の
短縮あるいは粗切削と仕上げ切削といった複数段階切削
から一段階切削へといった工程の短縮および定数交換を
前提とした自動工具交換などあらゆる面で切削加工の合
理化が進められつつある。
【0003】これに対して、工具材料にも前記切削速度
の高速化にともなって発生する高温に耐えうる工具材
料、一段階切削などの比較的負荷の高い切削に耐え得る
刃先強度を備えている荒加工および仕上げ加工兼用の工
具材料、工具の定数交換に必ず耐え得る刃先の安定性を
もつ工具材料が求められてきた。
【0004】サーメット製切削工具は、従来の超硬合金
製切削工具に比べて、切削速度の高速化による高能率加
工には優れた性能を発揮し、また超硬合金製切削工具に
比べて被削材を高精度に仕上げることができる反面、超
硬合金製切削工具に比べて、欠損が生じやすい問題点が
残されている。
【0005】しかし、近年、サーメット製切削工具が欠
損しやすいの原因として、内部歪みの存在に因るところ
が大きく、かかる内部歪みを消滅させるためにサーメッ
ト製切削工具の表面に、積極的にクラックを発生させて
内部歪みを消滅させることも行われている(特開平3−
228503号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記クラック
を発生させたサーメット製切削工具は、クラックの長さ
が幅に比べて100倍以上と長く広い範囲につながって
いるため、切り込みの大きい切削や、一瞬切り込みが大
きくなるような倣い切削などに使用すると、導入したク
ラックが欠損を起こす原因として無視することができな
くなり、かえって切削寿命の低下をもたらすという課題
があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
従来よりも長期間に亘って欠損することのない耐欠損性
に優れたサーメット製切削工具を得るべく研究を行った
結果、(1)通常のサーメット製切削工具において、サ
ーメット製切削工具の表面に、従来のクラックは表面開
口径の長径が2〜200μmであり、かつ長径aと短径
bの比:a/bの値が3.0以下(好ましくは、0.5
〜1.0)である長円形状に開口した空孔(以下、長円
形状開空孔という)が存在するサーメット製切削工具
は、従来よりも耐欠損性に優れている、(2)前記長円
形状開空孔は、工具のすくい面における刃先から中央に
向かって少なくとも3mm以内の周縁部分に平均で50
〜1000個/cm2 存在すると、より一層耐欠損性が
優れる、などの知見を得たのである。
【0008】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、Co、NiおよびFeのうち1種また
は2種以上からなる結合相形成成分:1〜30重量%
と、残りが周期律表の4a、5a、6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物およびこれら化合物のうち2種以
上からなる固溶体、のうちの1種または2種以上からな
る硬質分散相形成成分並びに不可避不純物とからなる組
成を有するサーメット製切削工具において、(1) 前
記サーメット製切削工具の表面に、開口径の長径が2〜
200μm(好ましくは、5〜50μm)であり、かつ
長径aと短径bの比:a/bの値が3.0以下(好まし
くは、0.5〜1.0)である長円形状に開口した空孔
(以下、長円形状開空孔という)が存在するサーメット
製切削工具、さらに、(2) 前記長円形状開空孔は、
切削工具のすくい面における刃先から中央に向かって少
なくとも3mm以内の周縁部分に平均で50〜1000
個/cm2 存在するサーメット製切削工具、に特徴を有
するものである。
【0009】この発明のサーメット製切削工具で長円形
状開空孔の開口径の長径を2〜200μmである長円形
状に限定したのは、開口径の長径が200μmより長い
とクラックとほぼ同じ作用をし、長円形状開空孔の先端
に掛かる応力がおおきくなり靭性低下をもたらすので好
ましくなく、一方、開口径の長径が2μmより小さい
と、小孔となって内部歪みを消滅させる力が弱いので好
ましくないことによるものである。
【0010】かかる長円形状開空孔は切削工具のすくい
面における刃先から中央に向かって少なくとも3mm以
内の周縁部分に平均で50〜1000個/cm2 存在す
ることが好ましい。50個/cm2 未満の分布密度では
十分に内部歪みを消滅させることができず、一方、10
00個/cm2 を越えて存在すると多孔質となって強度
が低下することによるものである。
【0011】この発明の表面に長円形状開空孔を有する
サーメット製切削工具を製造するには、原料粉末を配合
し、混合した混合粉末を造粒して果粒状粉末(以下、造
粒粉という)とし、この造粒粉をプレス成形して成形体
とし、この成形体を液相の出現する温度より低い所定の
温度以上から窒素ガス雰囲気とし、少なくとも液相が出
現して成形体表面が緻密化する温度以上の温度域で真空
あるいは脱窒雰囲気に切り換えて焼結する。この際、造
粒粉の大きさ、硬さ、および焼結時の雰囲気の切り換え
の温度、切り換え前後の雰囲気を適宜組み合わせること
によって、長円形状開空孔および密度をコントロールす
ることができる。
【0012】
【実施例】つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的
に説明する。 実施例 原料粉末として、いずれも平均粒径:1.0〜2.0μ
mの範囲内のTiCN粉末、TiC粉末、TiN粉末、
TaC粉末、NbC粉末、WC粉末、Mo2 C粉末、Z
rC粉末、Co粉末およびNi粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ表1に示される配合組成になるように
配合し、ボールミルにて湿式混合して混合粉末を作製
し、乾燥造粒した後、さらに、パラフィンをコーティン
グして平均粒径:200μmの造粒粉を作製し、この造
粒粉を1ton/cm2 の圧力でプレス成形することに
より成形体A〜Cを作製した。
【0013】
【表1】
【0014】これら表1に示される成形体A〜Cを焼結
炉に装入し、図1に示される温度および雰囲気の焼結パ
ターン(I)で焼結し、ISO規格CNMG12040
8形状の本発明サーメット製切削工具(以下、本発明切
削工具という)1〜3を製造した。焼結パターン(I)
は、図1に示されるように、焼結炉内の温度を5℃/m
inの昇温速度で1480℃の焼結温度まで昇温し、1
480℃の焼結温度で1間保持したのち、冷却する温度
パターンと、焼結炉内の雰囲気を1200℃になるまで
の昇温域を0.05torrの真空に保持し、1200
℃において、10torrの窒素ガス雰囲気に切り換
え、1480℃の焼結温度までの昇温域と、続いて14
80℃での保持時間をこの窒素ガス雰囲気に保持したの
ち、さらに0.1torrの真空雰囲気に切り換え、そ
の後の冷却をこの真空雰囲気に保持する雰囲気パターン
からなるものである。
【0015】さらに、表1に示される成形体A〜Cを焼
結炉に装入し、図2に示される温度および雰囲気の焼結
パターン(II)で焼結し、ISO規格CNMG1204
08形状の本発明サーメット製切削工具(以下、本発明
切削工具という)4〜6を製造した。焼結パターン(I
I)は、図2に示されるように、焼結炉内の温度を5℃
/minの昇温速度で1200℃まで昇温し、1200
℃から1500℃の焼結温度までを2℃/minの昇温
速度で昇温し、1500℃の焼結温度で1間保持したの
ち、冷却する温度パターンと、焼結炉内の雰囲気を12
00℃になるまでの昇温域を0.05torrの真空に
保持し、1200℃において、30torrの窒素ガス
雰囲気に切り換え、1500℃の焼結温度までの昇温域
と、続いて1500℃での保持のうちの30分間をこの
窒素ガス雰囲気に保持したのち、さらに5torrの窒
素ガス雰囲気に切り換え、その後の焼結保持と冷却をこ
の窒素ガス雰囲気に保持する雰囲気パターンからなるも
のである。
【0016】また、成形体A〜Cを図3に示される温度
および雰囲気の焼結パターン(III)で焼結し、ISO規
格CNMG120412形状の本発明切削工具7〜9を
製造した。焼結パターン(III)は、焼結炉内の温度を5
℃/minの昇温速度で1200℃まで昇温し、120
0℃から1540℃の焼結温度までを2℃/minの昇
温速度で昇温し、1540℃の焼結温度で1間保持した
のち、冷却する温度パターンと、焼結炉内の雰囲気を1
200℃までの昇温を0.05torrの真空に保持
し、1200℃において40torrの窒素ガス雰囲気
に切り換え、1540℃の焼結温度までの昇温をこの窒
素ガス雰囲気に保持した後、0.1torrの真空雰囲
気に切り換え、1540℃で1時間の保持および冷却を
この真空雰囲気に保持する雰囲気パターンからなるもの
である。以下、同様にして成形体A〜Cを図4に示され
る温度および雰囲気の焼結パターン(IV)で焼結し、
ISO規格CNMG120412形状の本発明切削工具
10〜12を製造した。
【0017】比較例 比較のために、表1に示される成形体A〜Cを焼結炉に
装入し、図5に示される焼結パターン (V)で焼結し、
ISO規格CNMG120412形状の比較サーメット
製切削工具(以下、比較切削工具という)1〜3を製造
した。焼結パターン (V)は図5に示されるごとく、焼
結炉内の温度を5℃/minの昇温速度で1100℃ま
で昇温し、1100℃から1500℃の焼結温度までを
2℃/minの昇温速度で昇温し、1500℃の焼結温
度で1間保持したのち冷却する温度パターンと、焼結炉
内の雰囲気を1100℃までの昇温を0.05torr
の真空に保持し、1100℃において20torrの窒
素ガス雰囲気に切り換え、その後の昇温、焼結温度で保
持および冷却をこの窒素ガス雰囲気で保持する雰囲気パ
ターンからなるものである。
【0018】従来例 原料粉末として、いずれも平均粒径:1.0〜2.0μ
mの範囲内のTiCN粉末、TiC粉末、TiN粉末、
TaC粉末、WC粉末、Mo2 C粉末、VC粉末、Co
粉末およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を重量%
でTiC:29%、TiN:19%、WC:16%、T
aC:6%、VC:4%、Mo2 C:9%、Ni:6
%、Co:11%となるように配合し、ボールミルにて
湿式混合して混合粉末を作製し、乾燥した後、1ton
/cm2 の圧力でプレス成形する通常の方法により成形
体Dを作製し、この成形体Dを焼結炉に装入し、図6に
示される焼結パターン(VI)で焼結し、ISO規格CNM
G120408形状の従来サーメット製切削工具(以
下、従来切削工具という)を製造した。
【0019】焼結パターン(VI)は図6に示されるごと
く、焼結炉内の温度を5℃/minの昇温速度で120
0℃まで昇温し、1200℃から1450℃までを2℃
/minの昇温速度で昇温し、1450℃の焼結温度で
1間保持したのち冷却する温度パターンと、雰囲気を始
めから焼結終了まで0.05torrの真空に保持する
雰囲気パターンからなるものである。
【0020】かかる焼結条件で作製した本発明切削工具
1〜12、比較切削工具1〜3および従来切削工具の表
面を観察したところ、本発明切削工具1〜12の表面に
は長円形状開空孔がみられたが、比較切削工具1〜3の
表面には見られず、さらに従来切削工具の表面にはクラ
ックが見られた。前記本発明切削工具1〜12の表面の
長円形状開空孔および従来切削工具の表面のクラックの
長径サイズ、長径aと短径bの比:a/bおよび分布密
度を測定し、その結果を表2に示した。なお、分布密度
の測定は、工具すくい面を上から拡大写真を撮り、写真
上で単位面積当たりの数を測定することにより行った。
【0021】さらに、これら本発明切削工具1〜12、
比較切削工具1〜3および従来切削工具を用い、 被削材:SCM440、4条溝入材、 切削速度:200m/min.、 送り:0.2mm/rev.、 切削深さ:2mm、 の条件で鋼の断続切削を行い、切刃が欠損するまでの衝
撃回数を測定し、それらの結果を表2に示した。
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】表2に示される結果から、長円形状開空
孔の長径サイズが2〜200μmであり、かつ長径aと
短径bの比:a/bの値が3.0以下である長円形状開
空孔が平均で50〜1000個/cm2 存在する分布密
度を有する本発明切削工具1〜12は、長円形状開空孔
を有しない比較切削工具1〜3およびクラックを有する
従来切削工具に比べて、切刃が欠損するまでの衝撃回数
が多いところから、過酷な断続切削に優れた性能を示す
ことが分かる。上述のように、この発明の、サーメット
製切削工具は靭性に優れているところから、過酷な条件
のフライス切削などに使用しても長寿命を示し、産業上
優れた効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】焼結パターン(I)の説明図である。
【図2】焼結パターン(II)の説明図である。
【図3】焼結パターン(III )の説明図である。
【図4】焼結パターン(IV)の説明図である。
【図5】焼結パターン(V)の説明図である。
【図6】焼結パターン(VI)の説明図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 27/14 C22C 29/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Co、NiおよびFeのうち1種または
    2種以上を主体とする結合相:1〜30重量%と、残り
    が周期律表の4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化
    物、炭窒化物およびこれら化合物のうち2種以上からな
    る固溶体、のうちの1種または2種以上を主体とする硬
    質分散相並びに不可避不純物とからなる組成を有するサ
    ーメット製切削工具において、 前記サーメット製切削工具の表面に、開口径の長径が2
    〜200μmであり、かつ長径aと短径bの比:a/b
    の値が3.0以下である長円形状に開口した空孔(以
    下、長円形状開空孔という)が存在することを特徴とす
    るサーメット製切削工具。
  2. 【請求項2】 前記硬質分散相は、Tiと、Wおよび/
    またはMoと、Taおよび/またはNbの炭化物、窒化
    物、炭窒化物およびこれら化合物のうち2種以上からな
    る固溶体、のうちの1種または2種以上を主体とする硬
    質分散相であることを特徴とする請求項1記載のサーメ
    ット製切削工具。
  3. 【請求項3】 前記長円形状開空孔は、切削工具のすく
    い面における刃先から中央に向かって少なくとも3mm
    以内の周縁部分に平均で50〜1000個/cm2 存在
    することを特徴とする請求項1または2記載のサーメッ
    ト製切削工具。
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