JP3353522B2 - 木質系硬質材料を加工する工具のための超硬合金 - Google Patents
木質系硬質材料を加工する工具のための超硬合金Info
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する工具のための超硬合金に関する。より詳細には、本
発明は、建材、家具、家電製品の筐体等に用いられる木
質系の硬質材料を切削加工する際に用いられる丸鋸等の
材料として有利に使用することができる新規な超硬合金
に関する。
パーチクルボート、MDF、サイジングボード等は、最
終製品に対する高品質化、高耐久化への要求に従い一層
高硬度化されてきている。このため、この種の材料を切
断あるいは切削するために従来から使用されてている、
超硬合金チップをロー付した鋸刃では摩耗が早く、工具
が短寿命になりつつあることが問題になっている。
しては、例えば、特公昭63−4623号に記載されている
0.5〜3wt%のCrと3〜15wt%のCoを含む材料がある。
また、粒径1〜3μmのWCを含み結合金属相量5〜8
wt%を主体とする木材切削用超硬合金が現在市販されて
いる。
公報に記載された材料は、Co含有量が5〜15wt%と高い
材料では硬度が不足して高硬度木材を加工する際の耐摩
耗性が著しく低くなることが判っている。一方、Co含有
量を低くして3〜5wt%程度にした材料では焼結性が悪
く抗折力に代表される強度が低いという問題がある。ま
た、市販の木材切削用超硬合金も、十分な硬度が得られ
る結合金属相量3wt%以上の材料は強度が低いことが判
っている。
記従来技術の問題点を解決し、高強度と高耐摩耗性とを
両立させることができる新規な高硬度建材切削用超硬合
金を提供することをその目的としている。
およびCr炭化物の少なくとも一方とWCとを含み、更
に、結合金属相としてのCoおよびNiの少なくとも一方を
1wt%以上、3wt%以下の割合で含む超硬合金におい
て、粒径2μm以上のWC粒の含有量が合金断面組織中
の面積比で 0.7%以下であり、且つ、WCの平均粒径が
0.2μm以上、 0.5μm以下であることを特徴とする超
硬合金が提供される。
化したことにより、ごく少量の結合金属相で高い靭性
(抗折力)を発揮する点にその主要な特徴がある。
る結合金属相が減少すると靭性が著しく低下してしま
う。このため、結合金属相量を低減した超硬合金は、た
とえ硬度の点では優れていても実用的な加工工具の材料
として使用できなかった。これに対して、本発明に係る
超硬合金は、合金中のWCを粒径 0.2〜0.5 μmと微粒
化したことにより3wt%以下という極めて少量の結合金
属相量でも高い靭性(抗折力)を発揮する。ここで、W
Cの平均粒径が 0.2μmよりも小さい場合は、WC粒子
の表面積が大きく結合金属相の厚さが不足して抗折力が
却って低下するので好ましくない。また、粒径が0.5 μ
mよりも大きい場合は、WC粒子の表面積が小さく結合
金属相の厚さが厚くなり硬度が低下するので、耐摩耗性
を向上させるという当初の目的を果たすことができなく
なる。
は結合金属相が少ないので、合金内部におけるWC粗大
粒の存在が組織欠陥として著しい強度低下をもたらす。
そこで、本発明の好ましい態様に従うと、合金中の2μ
m以上のWC粒の含有量を、合金断面組織中の面積比で
0.7%以下に抑制する。即ち、この種の粗大粒の含有量
が 0.7%を越えると上記のような理由で抗折力が低下す
る。結合金属相としてのCo含有量が多い従来の超硬合金
ではCo相が厚いので、2μmを越える粗大粒が含まれて
いても応力集中が緩和されて実質的な強度低下には結び
つかない。しかしながら、本発明に係る超硬合金は結合
金属相量が少ないので、結合金属相に上記のような機能
を期待することができず、粗大粒の存在は好ましくな
い。尚、より好ましくは、粒径2μm以上の粗大粒の含
有量は、合金断面組織中の面積比で0.3%以下とする。
するためには、WCの原料粉末として、粗大粒を含まな
い粒度分布の均一なものを用いる必要がある。また、結
合炭素の十分安定した炭化物を用い、更に、焼結中の粒
成長を抑制することが重要である。
なる。即ち、Crは、特に木質系材料の加工に必要な耐食
性を向上させると同時に焼結中の粒成長を抑制する効果
がある。ここで、Cr含有量は、 0.5wt%以上、 1.5wt%
以下であることが好ましい。その理由は、Cr含有量が
0.5wt%以下になると粒成長抑制剤効果および耐食性向
上効果が十分に現れなくなり、最終製品を木質系硬質材
料の加工工具に使用した場合に耐食性が劣化するからで
ある。また、Cr含有量が 1.5wt%以上になると焼結性が
低下すると共にCr炭化物単体の析出量が多くなり、最終
的に抗折力、靭性等の低下をもたらす。尚、結合金属相
中への室温でのCr固溶量は結合金属相量の10%程度であ
るが、この量では、焼結時のWCの粒成長を完全に抑制
することができない。従って、上記範囲のCr含有量とす
ることが重要である。また、Cr含有量がこの範囲であれ
ば、1350〜1450℃程度の通常の焼結温度で十分焼結可能
であるが、好ましい焼結温度は1400〜1450℃程度であ
る。更に、焼結後または焼結と同時にHIP処理を行う
ことにより、より一層の強度向上を実現することができ
る。
るNiとCoとの比は、〔Ni/Co+Ni〕の値が 0.3以下とな
るように制御することが好ましい。その理由は、〔Ni/
Co+Ni〕の値が 0.3よりも大きくなると焼結性が低下
し、焼結時に合金中に巣が発生して強度が低下するから
である。巣はHIP処理によりつぶすこともできるが、
このようにして巣をつぶしても最終的にバインダプール
として残留し、組織欠陥となる。従って、超硬合金の最
終的な強度は結局低下するので好ましくない。また、W
Cの結合金属相としての本質的強度もNiはCoに劣ってい
るので、本発明に係る超硬合金のように結合金属相の少
ない合金ではその影響が大きい。従って、超硬合金の耐
食性が不要な場合はNiを一切含有させないことが好まし
い。また、耐食性が求められる場合は、〔Ni/Co+Ni〕
の値を 0.1〜0.2 程度とすることが好ましい。
量が少ないので、Ti、Mo、Ta、Nb、V等の炭化物、窒化
物、炭窒化物の含有量が増加すると、これらが合金中で
偏析して粒径3μm以上の粗大粒になり、この粗大粒が
合金内部に応力集中を発生させる。従って、これらの炭
化物および窒化物については、それぞれ、TiCNが0.3
wt%以下、Mo2 CNが 0.3wt%以下、TaCN+NbCNが
0.5wt%以下、VCNが 0.3wt%以下とすることが好ま
しい。
下させる作用もある。従って、従来の一般的な超硬合金
では粒成長抑制剤としてV炭化物を用いる場合がある
が、本願発明に係る超硬合金では焼結性の低下を重く見
て、その含有量は極力低減することが好ましい。
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等限定するものではない。
中の面積比で 0.7%以下にするために、以下のような製
造工程で合金の製造を実施した。
値の98.5%以上で、W2 C含有量が極力少なく、X線回
折によるW2 C(格子面101)のピーク強度とWC(格子
面101)ピーク強度との比〔W2 C/WC〕が0.04未満で
ある原料粉末を使用した。このような原料粉末を、十分
な処理時間をかけて粉砕して使用する原料粉末を調製し
た。また、工程上で粗大WC粒が混入しないように、混
合材の分別並びに使用する工具および容器の洗浄を十分
に行った。
Cとの混合量を精密に制御した上でアトライタで6時間
湿式混合した後、1400〜1450℃の適切な焼結温度と約1
時間の適切な焼結温度で焼結処理を行った。また、焼結
処理に際して極端な温度分布が生じないように焼結炉内
の温度管理も精密に行った。
す組成の粉末を調製し、更に、1t/cm2 の圧力でプレ
スして成形した後焼結することによって複数の試料を作
製した。また、比較のために、本発明の範囲からはずれ
た条件の原料粉末も調製し、同じ工程で比較試料を作製
した。比較試料の原料粉末の組成も表1および表2に併
せて示す。
は以下のようにして評価した。
砥粒等で鏡面仕上げし、続いて村上氏試薬(アルカリ赤
血塩溶液)でエッチングした後、光学顕微鏡で組織を観
察する。ここで、例えば、倍率1500倍で無作為に10枚の
視野組織写真をとり、2μm以上のWCの面積Aを算出
する。具体的には、粒径2μm以上のWC粒を円形であ
ると見做してその最大長を直径とする円の面積を求めて
近似させた。一方、上記組織写真の視野の面積を総面積
Bとし、下記の式1に従って粗大WC粒の面積率Cを求
めた。
2)2 〕とした。
料を、外径 180mmのカッターにロー付した後側面切刃を
加工して外径 180mm、刃厚 2.4mm、刃数1の鋸刃として
その性能を評価した。評価は、厚さ25mmのパーチクルボ
ードを被削材とし、回転数3000rpm 、送り速度0.25m/
分という加工条件で行った。評価結果を表2に示す。ま
た、同様の試験を比較試料に対しても行った。評価結果
を表3に示す。
1〜3wt%という少ない結合金属相量でHRAが94.0以
上という高い強度を有している。また、試験結果からも
判るように、強度と硬度とを兼ね備えており、工具とし
ての高い性能と長寿命とを両立させている。これに対し
て、各比較試料では、靭性不足による大欠け、チッピン
グ発生による急速な摩耗、硬度不足による大きな摩耗、
耐食性の不足による早期腐食等が発生する結果となっ
た。
は、極めて優れた耐摩耗性と靭性とを兼ね備えている。
従って、近年増加している木質系硬質材料の加工工具の
材料として好適に使用することができる。即ち、本発明
に係る超硬合金は、このような用途において、高耐摩耗
性により長寿命が達成され、高靭性により破損等の発生
が低減される。従って、切断コストの低減に顕著な効果
を発揮する。更に、この特性を活かして、アルミ、チタ
ン、ステンレス、インコネル、カーボン等の切削加工や
切断加工にも有利に使用することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 CrおよびCr炭化物の少なくとも一方
とWCとを含み、WCの平均粒径が0.2μm以上、
0.5μm以下であり、結合金属相としてのCoおよび
Niの少なくとも一方を1wt%以上含み、Coおよび
Niを合わせて3wt%以下の割合で含む木質系硬質材
料を加工する工具のための超硬合金において、 粒径2μm以上のWC粒の含有量が合金の断面組織中の
面積比で0.7%以下であり、かつ硬度および抗折力が
それぞれHRA94.0以上および220kg/mm 2
以上であることを特徴とする超硬合金。 - 【請求項2】請求項1に記載された超硬合金において、
前記結合金属相がCoおよびNiをふくみ、該Coおよ
びNiの含有量比が重量比で、〔Ni/(Co+Ni)
≦0.3〕なる式で表されることを特徴とする超硬合
金。 - 【請求項3】請求項1または2に記載された超硬合金に
おいて、Crの含有量が0.5wt%以上、1.5wt
%以下であることを特徴とする超硬合金。 - 【請求項4】請求項1から請求項3までの何れか1項に
記載された超硬合金において、0.3wt%以下のTi
CxN1−x、0.5wt%以下のTaCxN1−x+
NbCxN1−x、0.3wt%以下のMo2CxN
1−xおよび0.3wt%以下のVCxN1−x(但
し、Xは0.5以上、1以下である)の少なくとも1種
を硬質相として含むことを特徴とする超硬合金。
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JP3353522B2 true JP3353522B2 (ja) | 2002-12-03 |
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ID=12700389
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JP04476095A Expired - Lifetime JP3353522B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 木質系硬質材料を加工する工具のための超硬合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3353522B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI748676B (zh) * | 2020-03-31 | 2021-12-01 | 日商住友電工硬質合金股份有限公司 | 超硬合金及具備其之切削工具 |
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1995
- 1995-02-09 JP JP04476095A patent/JP3353522B2/ja not_active Expired - Lifetime
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TWI748676B (zh) * | 2020-03-31 | 2021-12-01 | 日商住友電工硬質合金股份有限公司 | 超硬合金及具備其之切削工具 |
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