JP3319246B2 - 耐欠損性の優れたサーメツト製切削工具 - Google Patents

耐欠損性の優れたサーメツト製切削工具

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JP3319246B2
JP3319246B2 JP26887495A JP26887495A JP3319246B2 JP 3319246 B2 JP3319246 B2 JP 3319246B2 JP 26887495 A JP26887495 A JP 26887495A JP 26887495 A JP26887495 A JP 26887495A JP 3319246 B2 JP3319246 B2 JP 3319246B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば鋼の高速
切削に用いた場合にも、連続切削は勿論のこと、断続切
削においても切刃に欠けやチッピング(微小欠け)など
の発生なく、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】従来、サーメット製切削工具として、例
えば特開平6−256884号公報に記載されているよ
うに、Coおよび/またはNiを主成分とする結合相:
5〜30容量%、を含有し、残りが実質的に、 (a)炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)で構成さ
れた単一相構造を有する硬質相(以下、単相硬質相とい
う) (b)Tiと、Ta、Nb、Zr、W、およびMoのう
ちの1種以上との複合炭窒化物[以下、(Ti、M)C
Nで示す]で構成され、かつ有芯2重相構造および/ま
たは有芯3重相構造を有する硬質相(以下、有芯構造硬
質相という)、以上(a)および(b)からなる組成を
有するサーメットで構成されており、これが例えば鋼の
連続切削や断続切削に用いられ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、近年の切削加工
装置の高性能化および高出力化、さらに高精密化はめざ
ましく、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にある
が、上記の従来サーメット製切削工具はじめ、その他の
多くのサーメット製切削工具においては、これらをたと
えば鋼の高速切削に用いた場合、連続切削では何らの問
題の発生もないが、断続切削では切刃に欠けやチッピン
グなどが発生し易く、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、上記の従来サーメット製切削工具
に着目し、これに比して一段と耐欠損性の優れたサーメ
ット製切削工具を開発すべく研究を行った結果、上記の
従来サーメット製切削工具は、特開平6−256884
号公報、第3頁、第4欄に記載されるように、焼結を、
例えば「常温から1100℃までの昇温過程を10-2
orrの窒素雰囲気とし、1100℃から1420〜1
600℃の範囲内の所定の焼結温度までの昇温過程、前
記焼結温度に1時間の保持過程、および焼結温度保持終
了から常温までの冷却過程を100Torrの窒素雰囲
気とし、かつ昇温速度を、3℃/min、冷却速度を5
℃/minとした条件」で行うことによって製造される
が、サーメットを構成する硬質相を、(Ti、W、N
b)CN、または(Ti、W、Nb、Mo)CN、に特
定した上で、焼結を、「真空または不活性ガス雰囲気
中、常温から20℃/min以下の速度で昇温を開始
し、少なくとも1150℃から液相出現温度までの昇温
を50〜100℃/minの速度とし、液相出現温度焼
結温度までの昇温を20℃/min以下の速度で行い、
焼結温度からなる焼結温度における保持時間を1時間以
上とし、焼結温度から少なくとも1150℃までの冷却
を70℃/min以上の速度で行い、引き続いての常温
までの冷却速度を20℃/min以下とした条件」で行
うと、実質的に、窒化チタン(以下、TiNで示す)、
TiCN、(Ti、W、Nb)CN、および(Ti、
W、Nb、Mo)CNのうちの1種以上で構成された単
相硬質相と、(Ti、W、Nb)CNまたは(Ti、
W、Nb、Mo)CNで構成された有芯構造硬質相と、
CoおよびNiを主成分とする結合相からなり、かつ上
記有芯構造硬質相は、これを組成式:(Ti1-(a+b)a
Nbbm(C1-Xxn 、 (Ti1-(a+b+d)aNbbModm(C1-Xxn 、 でそれぞれ表した場合、 a:0.02〜0.2、 b:0.02〜0.2 d:0.005〜0.15 x:0.1〜0.6、 n/m:0.8〜1.2を満足し、さらに上記有芯構造
硬質相には転位が存在するサーメットが形成されるよう
になり、この結果のサーメットで構想された切削工具
は、連続切削は勿論のこと、断続切削を高速で行なって
も切刃に欠けやチッピングなどの発生無く、優れた耐欠
損性を発揮するという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、容量%で、TiN、TiCN、
(Ti、W、Nb)CN、および(Ti、W、Nb、M
o)CNのうちの1種以上で構成された単相硬質相:3
〜50%、(Ti、W、Nb)CNまたは(Ti、W、
Nb、Mo)CNからなる有芯構造硬質相:40〜95
%、CoおよびNiを主成分とする結合相および不可避
不純物:残り、からなる組成を有し、上記有芯構造硬質
相を、それぞれ組成式: (Ti1-(a+b)aNbbm(C1-Xxn 、 (Ti1-(a+b+d)aNbbModm(C1-Xxn 、 で表した場合、 a:0.02〜0.2、 b:0.02〜0.2 d:0.005〜0.15 x:0.1〜0.6、 n/m:0.8〜1.2を満足し、さらに上記有芯構造
硬質相には、転位が存在するサ−メットで構成してな
る、耐欠損性のすぐれたサ−メット製切削工具に特徴を
有するものである。
【0006】つぎに、この発明のサ−メット製切削工具
において、これを構成するサ−メットの組成を上記の通
りに限定した理由を説明する。 (1) 単相硬質相 単相硬質相には、高温耐摩耗性を向上させる作用がある
が、その割合が、3容量%未満では、前記作用に所望の
効果がえられず、一方その割合が、50容量%を越える
と相対的に結合相の割合が少なくなりすぎて靭性が低下
するようになることから、その割合を3〜50容量%、
望ましくは5〜30容量%とさ定めた。
【0007】(2) 有芯構造硬質相 芯部と周辺リング部からなる有芯構造硬質相には、耐摩
耗性を低下させることなく耐欠損性を向上させる作用が
あるほか、さらに芯部外周部にそつて存在する無数の転
位、あるいは芯部内に不規則に存在する無数の転位によ
つて一段と耐欠損性を向上させる作用があるが、その割
合が40容量%未満では、前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方その割合が95容量%を越えると耐摩耗性が
低下するようになることから、その割合を40〜95容
量%、望ましくは60〜85容量%と定めた。
【0008】また、有芯構造硬質相を現す組成式におい
て、構成成分の原子比を、それぞれ上記の通りに限定し
たのは以下に示す理由によるものである。 (ア) W(a) 有芯構造硬質相を構成するW成分には、硬質相自身の粒
成長を抑制し、もつて靭性を向上させる作用があるが、
その割合が0.02未満では前記作用に所望の効果がえ
られず、一方その割合が、0.2を越えると硬質相自身
の耐摩耗性が低下するようになることから、その割合を
0.02〜0.2、望ましくは0.05〜0.15と定
めた。
【0009】(イ)Nb(b) 同じくNb成分には、硬質相自身の耐熱性を向上させる
ほか、これに固溶して転位発生に不可欠の格子定数の増
大化をもたらす作用があるが、その割合が0.02未満
では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その割合
が、0.2を越えると単相硬質相の占める割合が増加
し、靭性が低下することから、その割合を0.02〜
0.2、望ましくは0.05〜0.15と定めた。
【0010】(ウ) Mo(d) Mo成分には、硬質相と結合相とのぬれ性を向上させ、
もつてサ−メットの強度向上に寄与する作用があるの
で、必要に応じて含有されるが、その割合が、0.00
5未満では、前記作用に所望の効果がえられず、一方そ
の割合が0.15をこえると硬質相として炭化モリブデ
ン(Mo2C)が形成されるようになつて、耐欠損性が
低下することから、その割合を0.005〜0.15、
望ましくは0.05〜0.1と定めた。
【0011】(エ) N(x) N成分の割合が、0.1未満では、相対的にC成分の割
合が、0.9を越えて多くなりすぎてしまい硬質相に所
望の靭性を確保することができず、一方その割合が、
0.6を越えると、反対にC成分の割合が、0.4未満
となり、硬質相の耐摩耗性が低下するようになることか
ら、その割合を0.1〜0.6、望ましくは0.3〜
0.5と定めた。
【0012】(オ) n/m その割合が、0.8未満でも、1.2を越えても、硬質
相の格子内に空孔が存在するようになり、硬質相の強度
低下は避けられないことから、その割合を0.8〜1.
2、望ましくは0.9〜1.1と定めた。
【0013】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明のサ−メット製
切削工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末と
して、いずれも0.5〜2μmの範囲内の平均粒径を有
するTiC粉末、TiN粉末、WC粉末、Mo2C粉
末、NbC粉末、TiCN粉末(以下いずれも重量比
で、TiC/TiN=50/50)、(Ti、W、)C
N粉末(TiC/TiN/WC=35/35/30)、
(Ti、W、Mo)CN粉末(TiC/TiN/WC/
Mo2C=30/30/30/10)、(Ti、Nb)
CN粉末(TiC/TiN/NbC=35/35/3
0)、Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料
粉末を表1に示される配合組成に配合し、ボ−ルミルで
72時間湿式混合し、乾燥した後、1500kgf/c
2の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、2
0Torrの窒素雰囲気中、常温から1150℃までを
5〜20℃/minの範囲内の所望の速度で昇温し、1
150℃から液相出現温度までを50〜100℃/mi
nの範囲内の所望の速度で昇温し、液相出現温度から1
400〜1600℃の範囲内の所定の焼結温度までを5
〜20℃/minの範囲内の所定の速度で昇温し、前記
所定の焼結温度に1時間保持した後、1150℃までを
70〜90℃/minの範囲内の所定の速度で冷却し、
さらに1150℃から常温までを5〜20℃/minの
範囲内の所定の速度で冷却する条件で焼結することによ
り、いずれもSNMG432の規格に則したスロ−アウ
エイチップ形状をもつた本発明サ−メット製切削工具
(以下、本発明切削工具という)1〜7をそれそれ製造
した。
【0014】ついで、この結果得られた本発明切削工具
1〜7について、これを構成するサ−メットの走査型電
子顕微鏡によっる組織写真を画像解析することにより、
単相硬質相、有芯構造硬質相、および結合相の割合を測
定した。この測定結果を表2に示した。また、上記の本
発明切削工具1〜7の中央部分から切り出した試片を研
磨により直径:3mm×厚さ:50μmの寸法とし、そ
の研磨面にイオン・シニング処理を施した状態で、透過
型電子顕微鏡を用いて、任意の10μm×10μmの領
域に存在する有芯構造硬質相を観察し、さらに倍率を2
万倍にして転位の有無を観察した。この結果も表3に示
した。さらに、上記本発明切削工具1〜7の中央部分か
ら切り出した試片の研磨面を、走査型オ−ジエ電子分光
分析装置を用いて観察し、任意の有芯構造硬質相につい
て、その構成成分を定量分析した。この結果を表3に示
した。
【0015】また、上記本発明切削工具1〜7につい
て、 被削材:SNCM439(硬さ:HB270)の丸棒、 切削速度:250m/min、 切込み:2mm、 送り:0.3mm/rev.、 切削時間:20分、 の条件での鋼の乾式高速連続切削試験、並びに、 被削材:SNCM439(硬さ:HB270)の長さ方
向等間隔4本縦溝入り丸棒、 切削速度:250m/min、 切込み:2.5mm、 送り:0.2mm/rev.、 切削時間:5分、の条件での鋼の乾式高速連続切削試験
を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの結
果を表4に示した。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】
【発明の効果】表4に示される結果から、本発明切削工
具1〜7は、いずれも高速連続切削は勿論のこと、高速
断続切削でも、優れた耐摩耗性を示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明のサ−メット製切削工具
は、高速での連続切削および断続切削に優れた耐欠損性
を発揮するので、近年の発展著しい切削加工装置に十分
満足に対応することが出来、優れた性能を発揮するので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−257810(JP,A) 特開 平8−333646(JP,A) 特開 平6−248385(JP,A) 特開 平5−75776(JP,A) 特開 平4−231467(JP,A) 特開 平4−13841(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 27/14 B23P 15/28 C22C 29/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化チタン、炭窒化チタン、およびTi
    とWとNbの複合炭窒化物のうちの1種以上で構成され
    た単相硬質相:3〜50容量%、 有芯構造硬質相:40〜95容量%、 CoおよびNiを主成分とする結合相および不可避不純
    物:残り、 からなる組成を有し、 上記有芯構造硬質相が、TiとWとNbの複合炭窒化物
    からなると共に、これを組成式: (Ti1-(a+b)aNbbm(C1-Xxn 、 で表わした場合、原子比で、 a:0.02〜0.2、 b:0.02〜0.2、 x:0.1〜0.6、 n/m:0.8〜1.2、 を満足し、 かつ、上記有芯構造硬質相には、転位が存在するサーメ
    ットで構成したことを特徴とする耐欠損性の優れたサー
    メット製切削工具。
  2. 【請求項2】 窒化チタン、炭窒化チタン、およびTi
    とWとNbとMoの複合炭窒化物のうちの1種以上で構
    成された単相硬質相:3〜50容量%、 有芯構造硬質相:40〜95容量%、 CoおよびNiを主成分とする結合相および不可避不純
    物:残り、 からなる組成を有し、 上記有芯構造硬質相が、TiとWとNbとMoの複合炭
    窒化物からなると共に、これを組成式: (Ti1-(a+b+d)aNbbModm(C1-Xxn 、 で表した場合、原子比で、 a:0.02〜0.2、 b:0.02〜0.2 d:0.005〜0.15、 x:0.1〜0.6 n/m:0.8〜1.2、 を満足し、 かつ、上記有芯構造硬質相には、転位が存在するサーメ
    ットで構成したことを特徴とする耐欠損性の優れたサー
    メット製切削工具。
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SE519832C2 (sv) * 1999-05-03 2003-04-15 Sandvik Ab Titanbaserad karbonitridlegering med bindefas av kobolt för lätt finbearbetning
SE519834C2 (sv) * 1999-05-03 2003-04-15 Sandvik Ab Titanbaserad karbonitridlegering med bindefas av kobolt för seghetskrävande finbearbetning
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