JP3095845B2 - エンドミル用高速度鋼 - Google Patents

エンドミル用高速度鋼

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JP3095845B2 JP03350506A JP35050691A JP3095845B2 JP 3095845 B2 JP3095845 B2 JP 3095845B2 JP 03350506 A JP03350506 A JP 03350506A JP 35050691 A JP35050691 A JP 35050691A JP 3095845 B2 JP3095845 B2 JP 3095845B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明鋼は、低C高Coの高速度
鋼であって素材表面にCを浸透拡散させた後、焼入焼も
どしを施すことにより少なくとも研削代以上の浸炭層が
得られ、表面硬さHV900以上,芯部硬さHRC60
以上を有する切削耐久性に優れたエンドミル用高速度鋼
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来エンドミル用材料としてJIS S
KH59やこれに類するW−Mo−Co系高速度鋼が使
用されている。エンドミルの性能を決定づける刃部コー
ナのチッピング現象は、鋼の基地と炭化物の境界への応
力集中が起点となりマトリックスと炭化物の境界をぬっ
てクラックが進み、これが刃先に加わる曲げ応力によっ
て微小折れ破壊を起こす現象とみなされる。このチッピ
ングを軽減するために、炭化物の微細均一分布とマトリ
ックスの強化が重要な要因として挙げられ、造塊条件,
塑性加工条件のコントロールという手段で種々改善がな
されてきた。また粉末高速度鋼を使う手段もとられてい
るが、材料費の上昇は避けられないのが現状である。さ
らに、高速度鋼に浸炭を施す技術は特公昭58−264
30号公報,特開昭60−177167号公報などに開
示されているように、ドリルへの浸炭事例があるがエン
ドミルそのものへの浸炭事例はない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように造塊条
件、組成加工条件のコントロールを行っても、それらの
効果にも限界が生じている。粉末高速度鋼を使う場合
は、材料費の上昇は避けられない。さらに、従来の高速
度鋼に浸炭を施したエンドミルの場合には、表層のマト
リックスC量を過剰にするのみでかえって靱性を劣化さ
せチッピングを助長させることになる。また浸炭によっ
て硬質の炭化物を形成させて耐摩耗性を向上させるため
には、W,Mo,V等の炭化物形成元素の増加が必要で
あるが、一次炭化物の粗大化と塑性加工性を困難ならし
め更にフェライト化を促進し焼入焼もどし後の硬さが得
られないという問題が生じる。以上の理由により浸炭し
て使われるには用途に応じた適正な成分をもった高速度
鋼の選択が必要となり、従来鋼では上記課題を解決しえ
ないものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はエンドミル刃部
のチッピング防止とあわせて耐摩耗性の向上を目的に、
炭化物の微細化を主眼において浸炭によって表面の炭化
物微細化をはかるとともに、多量の二次炭化物の析出硬
化によって耐摩耗性をも同時に改善しようとするもので
あって、浸炭によってエンドミル表層のCを適正ならし
め、かつ微細な硬質炭化物を多量に分布させる手段とし
て本発明者等は、エンドミル素材の成分について種々検
討を行った。そこで、浸炭後のC量は1.0〜1.2%
を適正範囲として、素材のCは従来の高速度鋼よりも低
いものでしかも炭化物形成に必要なC量とマトリックス
の強化に必要なC量を決定した。また微細炭化物の生成
には、W,Mo量を通常の高速度鋼のバランス範囲であ
るW+2Mo=18〜22%に固定させ、C量に対する
V量の増量によって浸炭時に硬質炭化物を形成させると
ともに、一部を焼入によって固溶させた後析出硬化によ
ってHV900以上の高硬さを得る最適V量を求めたも
のである。
【0005】即ち本発明鋼の請求範囲は、重量比率にお
いて、C:0.4〜0.8%,Si:1.0%以下,M
n:1.0%以下,Cr:3.0〜5.0%,Mo:
5.0〜10.0%,W:2.0〜10.0%,V:
2.5〜4.0%,Co:7.0〜10.0%で残余が
鉄または製鋼上不可避の不純物からなる鋼であってW+
2Mo=18〜22%を満足するエンドミル用高速度鋼
である。
【0006】次に本発明鋼の成分限定理由について述べ
る。C:基地を強化し芯部の硬さを高めるとともにC
r,W,Mo,V等の元素と結合して硬質の炭化物を形
成して耐摩耗性を付与する。Cが0.4%以下では、エ
ンドミルとして芯部に必要な硬さが得られず、またCが
0.8%をこえると浸炭後目標C量である1.0〜1.
2%のコントロールを困難にして過剰Cとなり靱性を劣
化させるのでその範囲を0.4〜0.8%とする。
【0007】Si:製鋼上脱酸剤として作用するが基地
強化元素でもあり、望ましい範囲として0.2〜0.5
%,本請求範囲として1.0%以下とする。
【0008】Mn:Siと同様に製鋼上脱酸効果があ
り、焼入性の向上に有効であるが望ましい範囲として
0.2〜0.5%を含有する。1%をこえると残留オー
ステナイト量を増し、切削耐久性を低下させるのでその
範囲を1.0%以下とする。
【0009】Cr:焼入性と焼もどし抵抗の向上に有効
であるが、3%未満では焼もどし抵抗を減じ、5%をこ
えても著しい改善効果がみられないのでその範囲を3.
0〜5.0%とする。
【0010】Mo:Cと結合して炭化物を形成するが一
部焼入によって基地に固溶し、焼もどし軟化抵抗を増す
とともに炭化物析出によって耐摩耗性を増大させる。5
%未満ではその効果が少なく、10%以上では炭化物が
粗大化傾向を示すのでその範囲を5.0〜10.0%と
する。
【0011】W:Moと同じようにCと結合して炭化物
を形成し耐摩耗性を向上させる。焼入によって一部基地
に固溶し高温硬さ,耐焼もどし軟化抵抗を増す作用があ
る。2%未満ではその効果がなく、10%をこえると炭
化物の粗大化と高価となるためその範囲を2.0〜1
0.0%とする。MoとWはほぼ同様の性質をもち、そ
の総量はW+2Mo=18〜22%が好ましい範囲で、
18%未満では焼もどし抵抗,切削耐久性を低下させ、
22%以上では高価となるばかりではなく、むしろ熱間
加工性を減ずるので18〜22%に限定する。
【0012】V:強力な炭化物形成元素であり、硬質の
MC型炭化物を形成し耐摩耗性を増大させる。また結晶
粒の微細化効果も有する。Vは、浸炭による炭化物を形
成させるための主成分であり、より多量に添加させる必
要がある。即ち、Vの高速度鋼における含有量は、通常
Cの含有量に対しC=0.5+0.2Vであるのに対
し、その含有量を増加させたものである。ここでは、V
が2.5%以下ではその効果がなく、4.0%をこえる
とフェライト化を助長し芯部の焼入焼もどし硬さHRC
60以上が得られなくなるのでその範囲を2.5〜4.
0%に限定する。
【0013】Co:基地へ全量固溶し、基地強化と耐熱
性を付与し工具の温度上昇に対する軟化抵抗をもつ。上
記作用を有効にするためには、少なくとも7%以上添加
させる必要がありCoが多いほどその効果は著しいが1
0%以上の添加は熱間加工性と変態点を高め、焼入温度
を上昇させるのでその範囲を7.0〜10.0%に限定
する。
【0014】
【実施例】表1は、真空誘導溶解炉で50kg鋼塊を溶
製したあと鍛造,圧延をへて供試鋼とした発明鋼と比較
鋼の化学成分を示す。表2は、供試鋼の熱処理条件と表
面から0.3mmの表層C量と全浸炭深さを示す。発明
鋼A,B,比較鋼Cは所定の浸炭後、焼入焼もどしをお
こなったもので、比較鋼Dは焼入焼もどしのみをおこな
っている。第2表によれば、発明鋼A,Bの表層C量は
目標値の1.0〜1.2%にコントロールされ浸炭深さ
はエンドミルの刃先加工代を十分に見込める深さとなっ
ている。比較鋼Cの表層C量と浸炭深さはいずれも不十
分で、刃先加工によって必要な浸炭層が得られないとい
う欠点がある。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】表3は、表2に示す供試鋼の炭化物量,炭
化物平均粒度,および機械的性質の結果を示す。炭化物
量,炭化物平均粒度は画像解析装置によって測定した。
比摩耗量は試験片寸法10×30×50mmの浸炭層に
ついて大越式摩耗試験機によって相手材質SCM43
5,摩擦距離200m,摩擦速度1.96m/secの
条件で試験した。抗折力はφ10×70mmの浸炭層を
有する試験片について支点間距離60mm,3点曲げ荷
重により試験した。衝撃値は、シャルピー衝撃試験機を
使い浸炭層を有するφ10×55mmの無溝試験片を用
いて行った。第3表によれば、発明鋼A,Bの浸炭層の
炭化物は極めて多く、炭化物の平均粒度も小さい。また
発明鋼A,Bの内部と表層の炭化物量には著しい差があ
り、表層に微細な硬質炭化物を多量に分布していること
を示している。その結果、浸炭層では比較鋼より高い硬
さが得られ、耐摩耗性に優れた性質が得られている。ま
た、浸炭層を含めた全体の抗折力,衝撃値も芯部の低C
化によって従来鋼に劣らない値を示し、靱性面でも良好
な性質を有している。
【0017】図1は、本発明鋼Bを母材として所定の浸
炭,熱処理,研削加工をへてφ16エンドミルとした時
の断面の浸炭状況を示したものである。表4は、発明鋼
Bと比較鋼Dを母材として加工されたφ16二枚刃エン
ドミルを切削速度25.1m/min,送り速度0.0
7mm/min,切り込み量側面側15mm,底面側1
mm乾式切削の条件でS50C調質材を片面切削した時
の使用後のコーナ摩耗量の比較結果を示す。発明鋼Bの
コーナ摩耗量は、比較鋼Dより少なく本発明鋼がコーナ
のチッピング摩耗に対して有効であることは明らかであ
【0018】
【表4】
【0019】
【発明の効果】本発明に係るエンドミル用高速度鋼は、
特にVの増量(V:2.5〜4.0%)によって浸炭時
に硬質炭化物を形成させるので、浸炭によるC量のコン
トロールを容易にし、少なくとも1mmという研削代以
上の深い浸炭層をもち、しかも表面硬さがHV900以
上で、芯部硬さがHRC60以上であるのであり、炭化
物の微細化と多量の硬質炭化物は耐摩耗性と靱性を良好
ならしめる。特にW+2Mo=18〜22%かつCo=
7〜10%とし、焼もどし抵抗、切削耐久性を向上さ
せ、廉価で、熱間加工性も良く、浸炭後の対摩耗性が向
上し、欠け等のチッピングの少ないものとなった。従っ
てエンドミルの性能を決定づけるコーナ摩耗を遅滞させ
切削性能の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明鋼Bでつくられたφ16エンドミルの浸炭
層の断面拡大組織写真である。
【表3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 8/22 B23C 5/10 C21D 6/00 101 C22C 38/00 302 C22C 38/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比率において、C:0.4〜0.8
    %,Si:1.0%以下,Mn:1.0%以下,Cr:
    3.0〜5.0%,Mo:5.0〜10.0%,W:
    2.0〜10.0%,V:2.5〜4.0%,Co:
    7.0〜10.0%で残余が鉄または製鋼上不可避の不
    純物からなり、W+2Mo=18〜22%を満足すると
    共に、表面にCを浸透拡散させた後、焼入焼戻しを施す
    ことによって、少なくとも1mmの浸炭層を有し、表面
    硬さがHV900以上、芯部硬さがHRC60以上とし
    たエンドミル用高速度鋼。
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