JP3214385B2 - 耐チッピング性にすぐれた超硬合金製切削工具 - Google Patents

耐チッピング性にすぐれた超硬合金製切削工具

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JP3214385B2
JP3214385B2 JP03779697A JP3779697A JP3214385B2 JP 3214385 B2 JP3214385 B2 JP 3214385B2 JP 03779697 A JP03779697 A JP 03779697A JP 3779697 A JP3779697 A JP 3779697A JP 3214385 B2 JP3214385 B2 JP 3214385B2
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俊之 谷内
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐チッ
ピング性を有し、したがって特に切刃形状がシャープ
で、断続切削形態をとるエンドミルなどとして適用し、
かつ高送りや高切込みなどの重切削条件で切削を行って
も、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮する超硬合金
製切削工具(以下、超硬切削工具と云う)に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば特開昭61−12847号
公報や特開昭63−11646号公報などに記載される
ように、Coを全体に占める割合で8〜13重量(質
量)%含有し、前記Coの合金成分として、分散相構成
成分であるW成分とC成分、さらにV成分、あるいはV
成分とCr成分を含有してなるCo基合金で結合相を形
成し、残りの分散相が、1μm以下の平均粒径を有する
と共に、電子顕微鏡組織で測定して全体に占める割合で
72〜90面積%の炭化タングステン(以下、WCで示
す)と、さらに微細なVとWの複合炭化物[以下、
(V,W)Cで示す]あるいはVとCrとWの複合炭化
物[以下、(V,Cr,W)Cで示す]からなり、かつ
V成分およびCr成分の含有量が、同じく全体に占める
割合で、V:0.1〜2重量(質量)%およびCr:
0.1〜2重量(質量)%である超硬合金で構成された
超硬切削工具が知られ、この超硬切削工具は、高靭性と
高強度をもつことから、これらの特性が要求されるエン
ドミルなどとして実用に供されていることも知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削工具
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴
い、切削工具には高送りや高切込みなどの重切削条件で
切削が求められる傾向にあるが、上記の従来超硬切削工
具の場合、これを例えば断続切削形態をとるエンドミル
として適用し、かつ重切削条件で切削を行うと切刃にチ
ッピング(微小欠け)が発生し、比較的短時間で使用寿
命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来超硬切削工具に着目
し、これの耐チッピング性向上を図るべく研究を行った
結果、従来超硬切削工具の製造に際して、原料粉末とし
て使用されているWC粉末およびCo粉末に代って、基
本的に、いずれも所定割合の酸化タングステン(以下、
WO3 で示す)粉末と炭素粉末に、Co源としての硝酸
コバルト、あるいは前記硝酸コバルトとV源としてのメ
タバナジン酸アンモンおよび/またはCr源としての硝
酸クロムを溶解させた蒸留水を混合溶媒として加えて混
合し、乾燥した後、これに、例えば窒素雰囲気中、10
50℃に30分間保持の条件での還元処理と、同じく例
えば水素雰囲気中、1000℃に60分間保持の条件で
の炭化処理を施すことにより製造したWCとCo、WC
とCoとV、WCとCoとCr、あるいはWCとCoと
VとCrからなる複合粉末、さらに必要に応じてV炭化
物(以下、VCで示す)粉末および/またはCr炭化物
(以下、Cr32 で示す)粉末を原料粉末として用い
ると、製造された超硬切削工具を構成する超硬合金の分
散相であるWCは、WC素地中に粒径:100nm以下
のCoを主成分とした合金、すなわちCo基合金からな
る超微粒粒子が分散分布した組織をもつようになり、こ
の結果の超硬切削工具においては、超硬合金の結合相形
成成分の含有量が同じ従来超硬切削工具に比して、超硬
合金の結合相は分散相間に存在する大部分の結合相も含
めて一段と微細均等化するようになり、ここで超硬合金
の結合相の分布が微細均等化すればするほど熱伝導率が
低下するようになるという認識のもとに、熱伝導率を測
定したところ、従来超硬切削工具を構成する超硬合金の
0.7〜1.0J/cm・sec・℃に対して0.2〜
0.6J/cm・sec・℃を示し、かつ断続切削形態
をとるエンドミルなどとして適用した場合にも一段とす
ぐれた耐チッピング性を示すようになるという研究結果
を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、Coを全体に占める割合で8〜1
3重量(質量)%含有し、前記Coの合金成分として、
分散相構成成分であるW成分とC成分、さらにV成分、
必要に応じてCr成分を含有してなるCo基合金で結合
相を形成し、残りの分散相が、素地中に粒径:100n
m以下のCo基合金超微粒粒子が分散分布した組織を有
し、かつ1μm以下の平均粒径を有すると共に、電子顕
微鏡組織で測定して全体に占める割合で72〜90面積
%のWCと、さらに微細な(V,W)Cまたは(V,C
r,W)Cからなり、かつV成分およびCr成分の含有
量が、同じく全体に占める割合で、V:0.1〜2重量
(質量)%およびCr:0.1〜2重量(質量)%であ
る超硬合金で構成してなる、耐チッピング性にすぐれた
超硬切削工具に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明の超硬切削工具を構成する
超硬合金において、Co含有量を8〜13重量(質量)
%としたのは、その含有量が8重量(質量)%未満では
十分な靭性を確保することができず、一方その含有量が
13重量(質量)%を越えると耐摩耗性が急激に低下す
るようになるという理由からであり、またV含有量を
0.1〜2重量(質量)%としたのは、その含有量が
0.1重量(質量)%未満では分散相、とくにWCの粒
成長抑制効果が不十分になってWCの平均粒径を1μm
以下にすることができず、一方その含有量が2重量(質
量)%を越えるとVを含む複合炭化物の含有割合が高く
なりすぎて、靭性低下が著しくなるという理由にもとづ
くものであり、また必要に応じて含有されるCrには結
合相の耐熱性を向上させる作用があるが、その含有量が
0.1重量(質量)%未満では所望の耐熱性向上効果が
得られず、一方その含有量が2重量(質量)%を越える
と、結合相中への含有割合が高くなりすぎて、靭性が低
下するようになることから、その含有量を0.1〜2重
量(質量)%としたのであり、さらに分散相を構成する
WCの平均粒径が1μmを越えると高靭性を確保するこ
とができなくなるものであり、したがってWCの平均粒
径を1μm以下に制御するためには、原料粉末として用
いる上記複合粉末の平均粒径を1μm以下とした上でV
を0.1重量(質量)%以上含有させる必要がある。ま
た、同じくWC中に分散分布する超微粒粒子の粒径およ
び分布密度は、上記の複合粉末の製造に際して、これに
用いられる酸化タングステン粉末および炭素粉末の平均
粒径、並びに還元処理および炭化処理条件を調整するこ
とにより制御されるが、いずれの場合でも粒径が100
nmを越えた超微粒粒子が存在するようになると、硬さ
が低下し、耐摩耗性低下が避けられなくなることから、
超微粒粒子の粒径を100nm以下とした。さらに、W
Cのの割合を電子顕微鏡組織で測定して全体に占める割
合で72〜90面積%としたのは、その割合が72%未
満では所望の耐摩耗性を確保することができず、一方そ
の割合が90%を越えると、超硬合金の強度が低下する
ようになるという理由からである。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の超硬切削工具
を実施例により具体的に説明する。まず、平均粒径:
0.6μmのWO3 粉末と同0.4μmの炭素粉末、さ
らに混合溶媒として所定量の硝酸コバルト[Co(NO
32 ・6H2 O]を溶解した蒸留水、および同じく所
定量の硝酸コバルトとメタバナジン酸アンモン(NH4
VO3 )および/または硝酸クロム[Cr(NO3
3 ]を溶解した蒸留水を用意し、これらWO3 粉末と炭
素粉末、さらに混合溶媒を所定の配合割合でボールミル
中に装入し、72時間湿式混合し、乾燥した後、窒素雰
囲気中、1050℃に30分間保持の条件での還元処理
と、引続いての水素雰囲気中、1000℃に60分間保
持の条件での炭化処理を施すことにより表1、2に示さ
れる組成および平均粒径を有するWCとCo、WCとC
oとV、WCとCoとCr、あるいはWCとCoとVと
Crからなる複合粉末A〜Tをそれぞれ製造した。
【0008】ついで、上記の複合粉末A〜Tのそれぞれ
には、必要に応じて1.6μmの平均粒径を有するVC
粉末および/または同2.3μmのCr32 粉末を表
3、4に示される割合で配合し、ボールミルで72時間
湿式混合粉砕し、乾燥した後、1ton/cm2 の圧力
で直径:13mm×長さ:75mmの圧粉体にプレス成
形し、この圧粉体を真空中、1380〜1480℃の範
囲内の所定の温度に1時間保持の条件で焼結し、この結
果の焼結体(超硬合金)を最終的に研削加工にて外周刃
直径:10mm×長さ:70mmの寸法をもったエンド
ミル形状に仕上げることにより本発明超硬切削工具1〜
20をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、原料粉
末として、平均粒径:0.8μmのWC粉末、同1.6
μmのVC粉末、同2.3μmのCr32 粉末、およ
び同1.2μmのCo粉末を用い、これら原料粉末を表
3、4に示される配合組成に配合する以外は、同一の条
件で従来超硬切削工具1〜20をそれぞれ製造した。
【0009】この結果得られた各種の超硬切削工具につ
いて、ロックウエル硬さ(Aスケール)とレーザーフラ
ッシュ法による室温・真空中での熱伝導率を測定すると
共に、Co、V、およびCr含有量を測定し、また、そ
の任意断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し
て、前記WCの割合および平均粒径を測定し、さらに透
過型電子顕微鏡(TEM)を用いて分散相がWCと微細
な(V,W)Cまたは(V,Cr,W)Cからなること
を確認し、かつ35万倍の倍率にてWC中の超微粒粒子
の有無を観察し、超微粒粒子が存在する場合は最大粒径
を測定すると共に、これを構成する主体成分をエネルギ
ー分散型X線分光装置(EDS)を用いて判定した。ま
た、上記の各種超硬切削工具(エンドミル)について、 被削材:S45C(硬さ:HB 240)、 切削速度:60m/min、 送り:0.04mm/刃、 軸方向の切込み:15mm、 径方向の切込み:2mm、 切削長:15m、 の条件で鋼の湿式高切込み切削試験を行い、外周刃の摩
耗幅を測定した。これらの測定結果を表5〜8に示し
た。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
【表4】
【0014】
【表5】
【0015】
【表6】
【0016】
【表7】
【0017】
【表8】
【0018】
【発明の効果】表5〜8に示される結果から、本発明超
硬切削工具1〜20は、いずれも従来超硬切削工具1〜
20と硬さ、Co、V、およびCr含有量、WCの割合
および平均粒径がほぼ同一であるにもかかわらず、WC
中に分散分布する粒径:100nm以下のCo基合金か
らなる超微粒粒子、並びに相対的に低い熱伝導率を示す
ことによって評価できる結合相の微細均等化分布によっ
て、これが断続切削形態をとるエンドミルであるにもか
かわらず、高切込み切削条件ですぐれた耐チッピング性
を示すのに対して、前記従来超硬切削工具1〜20は耐
チッピング性不足が原因で比較的短時間で使用寿命に至
ることが明らかである。上述のように、この発明の超硬
切削工具は、すぐれた耐チッピング性を有し、連続切削
は勿論のこと、断続切削を高送りや高切込みなどの重切
削で行っても、切刃にチッピングの発生なく、すぐれた
切削性能を長期に亘って発揮するものであり、切削加工
の省力化及び省エネ化に十分満足に対応することができ
るものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−147917(JP,A) 特開 平7−54001(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00 - 45/10 B23P 15/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Coを全体に占める割合で8〜13重量
    (質量)%含有し、前記Coの合金成分として、分散相
    構成成分であるW成分とC成分、さらにV成分を含有し
    てなるCo基合金で結合相を形成し、残りの分散相が、
    素地中に粒径:100nm以下のCo基合金超微粒粒子
    が分散分布した組織を有し、かつ1μm以下の平均粒径
    を有すると共に、電子顕微鏡組織で測定して全体に占め
    る割合で72〜90面積%の炭化タングステンと、さら
    にVとWの複合炭化物からなり、かつV成分の含有量が
    同じく全体に占める割合で0.1〜2重量(質量)%で
    ある炭化タングステン基超硬合金で構成したことを特徴
    とする耐チッピング性にすぐれた超硬合金製切削工具。
  2. 【請求項2】 Coを全体に占める割合で8〜13重量
    (質量)%含有し、前記Coの合金成分として、分散相
    構成成分であるW成分とC成分、さらにV成分とCr成
    分を含有してなるCo基合金で結合相を形成し、残りの
    分散相が、素地中に粒径:100nm以下のCo基合金
    超微粒粒子が分散分布した組織を有し、かつ1μm以下
    の平均粒径を有すると共に、電子顕微鏡組織で測定して
    全体に占める割合で72〜90面積%の炭化タングステ
    ンと、さらにVとCrとWの複合炭化物からなり、かつ
    V成分およびCr成分の含有量が、同じく全体に占める
    割合で、V:0.1〜2重量(質量)%およびCr:
    0.1〜2重量(質量)%である炭化タングステン基超
    硬合金で構成したことを特徴とする耐チッピング性にす
    ぐれた超硬合金製切削工具。
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