JP3677374B2 - 切削加工用サーメット工具 - Google Patents
切削加工用サーメット工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3677374B2 JP3677374B2 JP14266997A JP14266997A JP3677374B2 JP 3677374 B2 JP3677374 B2 JP 3677374B2 JP 14266997 A JP14266997 A JP 14266997A JP 14266997 A JP14266997 A JP 14266997A JP 3677374 B2 JP3677374 B2 JP 3677374B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- depth
- fracture toughness
- hardness
- cutting
- atmosphere
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,耐熱衝撃性、耐欠損性、耐摩耗性に優れた切削加工用サーメット工具に関し、特に鋼の切削に適したサーメット工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
切削工具用サーメット工具としては,周期律表第4a,5a,6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質相と、鉄族金属からなる硬質相によって構成されるサーメット工具が一般的である。
【0003】
かかる工具を構成するサーメットとして,TiC を主成分とするTiC 基サーメットを主流として,この系に添加物を添加したTiCN基サーメットが提案されている。
【0004】
またこれらのサーメットの表層部を改質することにより、耐摩耗性または靭性を改善する試みが成されている。
【0005】
このような表面を改質したサーメットとしては、特公昭60−34618号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示されるサーメットでは、従来のサーメットは表層部に不均一層(表面への金属相のしみ出しと、その内部の硬質層)が存在しており、これら表層部を研削しないで、工具として用いると、表面が脆いために欠けやすくなるという欠点を有していることを知見したため、表層まで均一なサーメットを得るべく、焼成条件を改善することが開示されている。
【0006】
また、特公昭59−14534号公報及び特公昭59−15970号公報では、表面から内部に向かい連続的に硬くなる硬度分布を有し、且つ表面硬さが内部硬さに対して5〜20%低くなる表面硬化層を有するサーメットが開示されておりこれにより優れた靭性を有することができ、特に断続旋削やフライス切削等の重切削において優れた性能を有することが開示されている。
【0007】
更に、特公昭59−17176号公報では、表面から内部に向かい連続的に低くなる硬度分布を有し、且つ表面硬さが内部硬さに対して5〜30%高くなる表面硬化表層有するサーメットが開示されており、これにより優れた耐摩耗性及び耐塑性変形性をする焼結硬質合金が得られることが開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特公昭60−34618号開示のサーメットでは、焼成条件を改善して表層まで均一な構造とすることができ、耐欠損性を向上することができる一方、破壊靭性が低化するという問題があった。
【0009】
また、前記特公昭59−14534号公報及び特公昭59−15970号公報に開示されるサーメットでは、表面硬さが内部に対して5〜20%低くなる表面軟化層の存在により靭性を向上させることができるが、耐摩耗性が劣化するという問題があった。
【0010】
更に、前記特公昭59−17176号公報に開示されるサーメットでは、表面硬さが内部硬さに対して5〜30%高くなる硬化層の存在により耐摩耗性を向上させることができるが、破壊靭性が低下して耐欠損性が劣化するという問題があった。
【0011】
このように、従来のサーメットでは硬度と破壊靭性とは反比例的な物性であり、硬度を向上させれば破壊靭性が低下し、逆に破壊靭性を向上させれば硬度が低下するというようにサーメットの本質的な改良は困難であった。即ち、上記した何れの方法でも硬度と破壊靭性の両方を向上せしめ、耐摩耗性と耐欠損性とを共に改善するということはできなかった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはサーメットの焼結条件について種々検討したところ、焼成中の雰囲気を制御することにより深さ方向への破壊靭性値の変化具合を良好に制御でき、しかも、工具の硬度を低下させずに破壊靭性を向上させることを知見し本発明に至った。
【0013】
すなわち、本発明の切削加工用サーメット工具は、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも1種以上を主成分としTiを除く4a,5a,6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか1種以上とからなる硬質相と、鉄族金属のうち少なくとも1種からなる結合相とにより構成されるサーメット工具において、表面からの深さ200μm〜1000μm領域でのビッカース硬度Hvの幅が75以下であるとともに破壊靱性値が表面から深さ1000μmにかけてほぼ連続的に増大し、表面からの深さ100μmでの破壊靭性値と深さ1000μmでの破壊靭性値の比が1.1以上であり、さらに表面からの深さ100μmでのビッカース硬度Hvが1400以上であることを特徴とする。
また、本発明の切削加工用サーメット工具の製造方法は、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも1種以上を主成分としTiを除く4a,5a,6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか1種以上とからなる粉末と、鉄族金属のうち少なくとも1種からなる粉末とを混合、粉砕し、バインダーを添加し、所定圧力で成形する工程と、該工程で得られた成形体を窒素雰囲気中、前記成形体より発生するガスの雰囲気中またはこれらの混合雰囲気中で1500〜1700℃の温度で30分〜1時間保持する工程と、該工程の温度に保持したまま雰囲気ガスを排出して真空雰囲気中で30分〜2時間保持する工程と、を含むことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0015】
本発明の切削加工用サーメット工具(以下、サーメット工具と略称する)は以下のようにして得ることができる。例えば、所定量のTiCN、WC、TaN、Mo2C、Ni、Coの粉末を混合、粉砕しバインダーを添加し所定圧力で成型する。これを1500〜1750℃の温度で30分〜1時間、窒素雰囲気または成形体より発生するガスの雰囲気中でいったん保持する。その後温度は一定に保持したまま雰囲気ガスを排出し30分〜2時間真空雰囲気で保持することによって本発明のサーメットが得られる。
【0016】
ここで焼成温度が1500℃よりも低いと緻密体が得られず、1700℃よりも高いと表面付近の焼結肌荒れ、金属成分の蒸発による破壊靭性値の低下をもたらし工具として十分な性能を得られない。
【0017】
また雰囲気保持時間が30分以下だと硬度が低く、また深さ200〜1000μmの深部領域での硬度が一定とはならない。雰囲気保持時間が1時間以上だと破壊靭性値が深部ほど高くなる性質を得られない。また、その後の真空保持時間が30分以下であると深部ほど破壊靭性値が高くなる性質が得られず、2時間以上だと焼結体表面が変形し逃げ面未研磨品を工具として使用する際に精度を保てない。
【0018】
なお、これらの製造条件外のものは、概ね製造条件内のものに比べると耐摩耗性、耐欠損性ともに劣る傾向がある。
【0019】
以上の理由から、本発明において好適なサーメット工具の焼成条件を上記のようにした。
【0020】
また、上述のようにして得られるサーメット工具は、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも1種以上を主成分とし、Tiを除く4a,5a,6a族炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか1種以上からなる硬質相と,鉄族金属のうち少なくとも1種からなる結合相よりなることを基本構成としたもので、その物性としては、表面より深部に行くに従い靭性がほぼ連続的に高くなり、硬度が200〜1000μm以上の深さにおいてはほぼ一定の硬度を示すことを特徴とする。
【0021】
より詳細には、硬度Hvの幅が深さ200μm〜1000μmの領域で差が75以下でほぼ一定であり、他方、破壊靱性値は表面から深さ1000μmにかけてほぼ連続的に向上することを特徴とする。この時、深さ100μmと1000μmでの破壊靱性値の比が1.1以上となることが重量である。ここで、内部に向かって靭性が連続的に向上しなければ工具としての耐欠損性が得られず、湿式切削や断続切削時に工具が欠損してしまう。一方、破壊靭性の向上に伴い硬度が低下すると、工具として十分な耐摩耗性が得られない。
【0022】
このような構成による本実施形態のサーメット工具は、破壊靭性が表面から深部にかけて連続的に向上するので耐欠損性に優れるとともに、硬度が深部でも表面部位でもほとんど変わらないので、耐摩耗性にも優れる。すなわち、硬度と破壊靭性の両方を向上せしめ、これにより、耐摩耗性と耐欠損性の両方共に改善した画期的なサーメット工具である。
【0023】
なお、表面からの深さ100μmでの硬度Hvが1400以下の場合、或いは、破壊靱性値が7.5以下である場合には、前記硬度と破壊靱性の数値範囲にあっても、十分な性能を発揮できないことが判った。
【0024】
【実施例1】
原料粉末としてTiCN:57wt%、WC:8wt%、TaC:7wt%、Mo2C:7wt%、NbC:3wt%、Ni:9wt%、Co:9wt%を混合粉砕した後1.5ton/cm2の圧力で成型を行った。
【0025】
ついでこの成形体を表1に示す温度と時間で窒素と成型体から発生するガスの混合雰囲気で一旦保持した後、表1に示す温度と時間で、窒素と成形体から発生するガスの混合雰囲気中にて保持しさらにガスを排出し真空雰囲気にした後に表1に示す温度と時間で行い焼結体を得た。
【0026】
【表1】
【0027】
特性の測定は焼結したサンプルを10゜傾斜させて、すくい面の2つの角をカットしてしまうように表面を研削したサンプルを作成し、荷重20kgにてビッカース硬度と、IF法による破壊靭性値を測定した。
【0028】
測定箇所は切欠いた面の2つの傾斜端部のうち一方と中央部位とで各10の深さで測定した。
【0029】
その他、切削テストは以下の条件にて行った。
【0030】
(摩耗試験1)
被削材 S50C
切削速度 250m/min
切り込み 2mm
送り 0.2mm/tooth
状態 乾式
切削時間 20.5分
(摩耗試験2)
被削材 SKD11
切削速度 120m/min
切り込み 2mm
送り 0.2mm/tooth
状態 乾式
切削時間 4.25分
(欠損試験)
被削材 SCM440
切削速度 100m/min
切り込み 0.2〜0.6mm/tooth各送りにて40mmの長さを切削
状態 乾式
切削時間 各送りにて40mm切削後欠損無ければ送りを0.5/tooth上げる
これらの試験結果、および、焼結状態、表面状態の観察結果を特性測定の結果を表1に示す。
【0031】
なお、表1において硬度分布の欄で「一定」とあるのは、深さ200μm〜1000μmの領域での硬度Hvの幅が75以下とほぼ一定であることを意味する。また破壊靱性の欄で「内部高」とあるのは、破壊靱性値が深さ100μmと1000μmでの破壊靱性値の比が1.1以上となるように表面から深さ1000μmにかけてほぼ連続的に向上していることを意味する。
【0032】
以下、本実施例の試験結果を説明する。
【0033】
表1に示すように試料No.1は、硬度分布が「一定」で、破壊靱性が「内部高」であった。しかしながら、表面から100μmの深さでの硬度Hvが1400未満であったため、摩耗幅がいずれも0.2mm以上であり耐摩耗性に問題があり、また、欠損した送りも0.3と小さかった。これは、焼成温度が1400°と低くそのため多孔状に焼結してしまったためと考えられる。
【0034】
また、試料No.7は、雰囲気保持時間が0.25時間と短すぎ、その結果、深部ほど硬度が低くなってしまっており、摩耗幅も0.2mm以上で、欠損した送りも0.3と小さかった。他方、試料No.8は、雰囲気保持時間が2.0時間と長すぎて破壊靱性が表面部と深部とでほぼ同一レベルとなってしまった。その結果、摩耗幅は0.2mm以上で、欠損した送りもさらに小さかった。
【0035】
さらに、試料No.9は真空保持時間が0.25時間と短すぎて破壊靱性が表面部と深部とでほぼ同一レベルとなってしまった。その結果、摩耗幅は比較的小さかったが、欠損した送りが0.25とかなり小さかった。他方、試料No.10は硬度分布、破壊靱性の勾配ともに良好であるとともに表面からの深さ100μmでの硬度Hvが1400以上で、且つ、破壊靱性値も7.5以上と大きかった。しかしながら、真空保持時間が3時間と長すぎたため、表面の変形がおこってしまい、その結果、表面研摩なしの場合、摩耗幅は0.2mm以上で、欠損した送りも比較的小さかった。なお、この試料No.10は、表面研摩をすれば加工工数が上がるが表面良好な切削性能となるので、本発明の範囲のものとする。
【0036】
また、試料No.11は、試料No.10は硬度分布、破壊靱性の勾配ともに良好であったが、焼成温度が高すぎるため表面から100μmでの破壊靱性値が7.5未満と低く、その結果、欠損した送りが0.2mmと非常に小さく、さらに、摩耗幅も大きかった。
【0037】
これらに対して、試料No.2〜6はいずれも前記焼成条件の範囲内で作製したもので、硬度分布、破壊靱性の勾配ともに良好であるとともに表面からの深さ100μmでの硬度Hvが1400以上で、且つ、破壊靱性値も7.5以上と大きかった。さらに、緻密状に焼結され、表面状態も良好であり、これらの結果、S50Cでの摩耗幅が0.15mm未満、SKD11での摩耗幅が0.20未満と小さく、他方、欠損した送りが0.5mm以上と大きかった。
【0038】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、本発明のサーメット工具は物性が表面より深部にいくに従い, 靭性がほぼ連続的に高くなり、硬度が200〜1000μm以上の深さにおいてはほぼ一定の硬度を示すことを特徴とするもので、しかも、靱性、硬度とともに高いものであることから、切削加工における耐摩耗性、耐欠損性の両方が向上する。
【0039】
これにより、加工仕上がりが良い高性能、且つ、高寿命で経済的な切削工具とすることができるという極めて優れた効果を奏するものである。
Claims (2)
- Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも1種以上を主成分としTiを除く4a,5a,6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか1種以上とからなる硬質相と、鉄族金属のうち少なくとも1種からなる結合相とにより構成されるサーメット工具において、表面からの深さ200μm〜1000μm領域でのビッカース硬度Hvの幅が75以下であるとともに破壊靱性値が表面から深さ1000μmにかけてほぼ連続的に増大し、表面からの深さ100μmでの破壊靭性値と深さ1000μmでの破壊靭性値の比が1.1以上であり、さらに表面からの深さ100μmでのビッカース硬度Hvが1400以上であることを特徴とする切削加工用サーメット工具。
- Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも1種以上を主成分としTiを除く4a,5a,6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか1種以上とからなる粉末と、鉄族金属のうち少なくとも1種からなる粉末とを混合、粉砕し、バインダーを添加し、所定圧力で成形する工程と、該工程で得られた成形体を窒素雰囲気中、前記成形体より発生するガスの雰囲気中またはこれらの混合雰囲気中で1500〜1700℃の温度で30分〜1時間保持する工程と、該工程の温度に保持したまま雰囲気ガスを排出して真空雰囲気中で30分〜2時間保持する工程と、を含むことを特徴とする切削加工用サーメット工具の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14266997A JP3677374B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 切削加工用サーメット工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14266997A JP3677374B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 切削加工用サーメット工具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10330875A JPH10330875A (ja) | 1998-12-15 |
JP3677374B2 true JP3677374B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=15320750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14266997A Expired - Lifetime JP3677374B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 切削加工用サーメット工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3677374B2 (ja) |
-
1997
- 1997-05-30 JP JP14266997A patent/JP3677374B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10330875A (ja) | 1998-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1359130B1 (en) | Cubic boron nitride sintered body and cutting tool | |
US5110543A (en) | Cement blade member for cutting-tools and process for producing same | |
JPH0215139A (ja) | TiCN基サーメットおよびその製法 | |
JPH08126903A (ja) | 耐摩耗性のすぐれた立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料製切削工具 | |
JP5355712B2 (ja) | 回転工具 | |
JP2628200B2 (ja) | TiCN基サーメットおよびその製法 | |
JP3652087B2 (ja) | サーメット工具及びその製造方法 | |
JP3677374B2 (ja) | 切削加工用サーメット工具 | |
JP2775298B2 (ja) | サーメット工具 | |
JPS5928628B2 (ja) | 表面被覆超硬合金工具 | |
JPS5940898B2 (ja) | 超硬合金およびその製造方法 | |
JPS6152102B2 (ja) | ||
JP3103707B2 (ja) | 切削工具用サーメット | |
JP3359221B2 (ja) | TiCN基サーメット工具とその製造方法 | |
JP3161346B2 (ja) | すぐれた耐摩耗性と耐チッピング性を有する炭窒化チタン基サーメット製スローアウエイ型切削チップ | |
JP2596094B2 (ja) | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 | |
JP2001181775A (ja) | サーメット焼結体 | |
JPH0578777A (ja) | TiCN基サーメツト | |
JPH10324942A (ja) | 微粒超硬合金及びその製造方法 | |
KR100497850B1 (ko) | 고인성과 내마모성을 겸비한 탄화텅스텐(wc)계 소결합금및 이를 이용한 절삭공구 | |
JP3976285B2 (ja) | 窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法 | |
JPH07136826A (ja) | フライス加工用切削装置 | |
JPH04152004A (ja) | 切削工具 | |
JP2002167608A (ja) | 被覆超硬合金部材およびその製造方法 | |
JPS6134130A (ja) | 耐欠損性の優れた高強度炭窒化チタン基サーメットの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041228 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050228 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050426 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050509 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090513 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090513 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100513 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110513 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110513 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120513 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120513 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130513 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |