JP4510322B2 - 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、すぐれた高温硬さを有し、したがって高熱発生を伴なう鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ（以下、超硬チップという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、超硬チップとしては、炭化タングステン基超硬合金（以下、単に超硬合金という）製のものが多く提案されており、かつこれが例えば図１（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示される形状を有し、バイトの先端部に着脱自在に取り付けて各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工を行なうのに用いたり、エンドミル本体に着脱自在に取り付けて、前記被削材の面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられることは良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にあるが、従来提案されている各種の超硬チップは、いずれもこれを鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これを高速切削条件で用いると、切削加工時に発生する高熱によって、特に切刃のすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部は高温に加熱され、この高温加熱で前記切刃稜線部の硬さは著しく低下するようになることから、摩耗進行が促進し、この結果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、すぐれた高温硬さを有する超硬チップを開発すべく研究を行った結果、
原料粉末として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）粉末、組成式：（Ｗ１−ＹＴｉＹ）Ｃ（ただし、原子比で、Ｙは０．３〜０．５を示す）を有するＷとＴｉの複合炭化物［以下、（Ｗ，Ｔｉ）Ｃで示す］粉末、炭化ニオブ（以下、ＮｂＣで示す）粉末、およびＣｏ粉末を用いて、配合組成を、質量％で（以下、％は質量％を示す）、
Ｃｏ：９〜１０％、
（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ：２５〜３０％、
ＮｂＣ：５〜７％、
ＷＣ：残り、
としてなる圧粉体の焼結体からなる超硬合金で超硬チップを構成すると、この超硬チップは、これを構成する超硬合金が、分散相として、ＷＣ相と共に、すぐれた高温硬さを有するＷとＴｉとＮｂの複合炭化物［以下、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃで示す］相が共存し、かつ結合相が、焼結時にＣｏ中へ分散相を形成するＷＣの一部の主にＷ成分が固溶し、これによってすぐれた高温強度を具備するようになるＣｏ−Ｗ系合金で構成された組織をもつものとなることから、これを高熱発生を伴なう高速切削加工に用いても、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する、
という研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
Ｃｏ：９〜１０％、
組成式：（Ｗ１−ＹＴｉＹ）Ｃ（ただし、原子比で、Ｙは０．３〜０．５を示す）を有する（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ：２５〜３０％、
ＮｂＣ：５〜７％、
ＷＣ：残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相が、ＷＣ相と、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相とからなり、かつ結合相がＣｏ−Ｗ系合金からなる組織を有する超硬合金で構成してなる、
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬チップに特徴を有するものである。
【０００６】
つぎに、この発明の超硬チップにおいて、これを構成する超硬合金（焼結体）の配合組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｃｏ
Ｃｏには、焼結性を向上させ、かつ焼結体の常温強度を向上させる作用があるが、その配合割合が９％未満では、前記作用に十分な向上効果が得られず、一方その配合割合が１０％を越えると、高速切削時の摩耗が急激に促進するようになることから、その配合割合を９〜１０％と定めた。
【０００７】
（ｂ）（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ
（Ｗ，Ｔｉ）Ｃは、焼結時にＮｂＣと結合して、高い高温硬さを有する（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃを形成し、これが分散相として存在して超硬チップの高温硬さを著しく向上させる作用をもつが、その配合割合が２５％未満では、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の形成が必ずしも十分でなく、すぐれた高温硬さを安定して確保することができず、一方その配合割合が３０％を越えると、分散相として存在する（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の割合が多くなり過ぎて、切刃稜線部に欠けやチッピング（微小欠け）が発生し易くなることから、その配合割合を２５〜３０％と定めた。
また、（Ｗ，Ｔｉ）ＣのＴｉ成分には、焼結時における（Ｗ，Ｔｉ）ＣのＮｂＣとの結合を促進し、もって分散相としてＮｂＣ相が存在しないようにする作用があるが、その割合（Ｙ値）がＷとの合量に占める割合で、原子比で０．３未満では前記作用に所望の効果が得られず、さらに形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相に十分な高温硬さを確保することができず、一方その割合（Ｙ値）が同じく０．５を越えると、焼結後に形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相自体の強度に低下傾向が現れるようになり、これが原因で切刃稜線部に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その割合（Ｙ値）を、原子比で０．３〜０．５と定めた。
【０００８】
（ｃ）ＮｂＣ
ＮｂＣには、上記の通り焼結時に（Ｗ，Ｔｉ）Ｃと結合して、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相を形成し、もって超硬チップの高温硬さを著しく向上させる作用があるが、その配合割合が５％未満では、形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相に十分な高温硬さを確保することができず、一方その配合割合が７％を越えると、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相におけるＮｂ成分の割合が多くなり、自体の強度に低下傾向が現れ、これが原因で切刃部に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その配合割合を５〜７％と定めた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の超硬チップを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：３．０μｍを有するＷＣ粉末、同１．８μｍの（Ｗ０．７Ｔｉ０．３）Ｃ粉末、同１．９μｍの（Ｗ０．５Ｔｉ０．５）Ｃ粉末、同２．０μｍの（Ｗ０．４Ｔｉ０．６）Ｃ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、おとび同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末のうちの所要の原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＰＧＮ１２０３０８のチップ形状とすることにより超硬合金製の本発明超硬チップ１〜５をそれぞれ製造した。
【００１０】
また、比較の目的で、表２に示される通り、配合組成を、高温硬さに影響を及ぼす（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの組成、さらに（Ｗ，Ｔｉ）ＣおよびＮｂＣの配合割合のうちの少なくともいずれかが、この発明の範囲から外れた配合組成とする以外は同一の条件で、比較超硬チップ１〜１２をそれぞれ製造した。
【００１１】
なお、本発明超硬チップ１〜５および比較超硬チップ１〜１２について、走査型電子顕微鏡およびオージェ分光分析装置を用いて、その組織を観察したところ、いずれもＷＣ相と、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の分散相と、Ｃｏ−Ｗ系合金の結合相からなる組織を示した。
【００１２】
つぎに、上記本発明超硬チップ１〜５および比較超硬チップ１〜１２について、これをいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での鋳鉄の乾式高速連続旋削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの乾式高速旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表３にそれぞれ示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【発明の効果】
表１〜３に示される結果から、本発明超硬チップ１〜５は、いずれもすぐれた高温硬さを有することから、合金鋼および鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、すぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、比較超硬チップ１〜１２に見られる通り（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの組成、並びに（Ｗ，Ｔｉ）ＣおよびＮｂＣの配合割合のうちの少なくともいずれかが、この発明の範囲から低い方に外れると、十分な高温硬さが得られないことから、摩耗進行が速く、一方反対に高い方に外れると、切刃稜線部に欠けやチッピングが発生し、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、この発明の超硬チップは、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高速切削加工においてもすぐれた耐摩耗性を発揮し、使用寿命の延命化を可能にするものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は超硬チップの概略斜視図で、（ｂ）は同概略縦断面図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、すぐれた高温硬さを有し、したがって高熱発生を伴なう鋼や鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ（以下、超硬チップという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、超硬チップとしては、炭化タングステン基超硬合金（以下、単に超硬合金という）製のものが多く提案されており、かつこれが例えば図１（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示される形状を有し、バイトの先端部に着脱自在に取り付けて各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工を行なうのに用いたり、エンドミル本体に着脱自在に取り付けて、前記被削材の面削加工や溝加工、さらに肩加工などに用いられることは良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にあるが、従来提案されている各種の超硬チップは、いずれもこれを鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工に用いた場合には問題はないが、これを高速切削条件で用いると、切削加工時に発生する高熱によって、特に切刃のすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部は高温に加熱され、この高温加熱で前記切刃稜線部の硬さは著しく低下するようになることから、摩耗進行が促進し、この結果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、すぐれた高温硬さを有する超硬チップを開発すべく研究を行った結果、
原料粉末として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）粉末、組成式：（Ｗ１−ＹＴｉＹ）Ｃ（ただし、原子比で、Ｙは０．３〜０．５を示す）を有するＷとＴｉの複合炭化物［以下、（Ｗ，Ｔｉ）Ｃで示す］粉末、炭化ニオブ（以下、ＮｂＣで示す）粉末、およびＣｏ粉末を用いて、配合組成を、質量％で（以下、％は質量％を示す）、
Ｃｏ：９〜１０％、
（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ：２５〜３０％、
ＮｂＣ：５〜７％、
ＷＣ：残り、
としてなる圧粉体の焼結体からなる超硬合金で超硬チップを構成すると、この超硬チップは、これを構成する超硬合金が、分散相として、ＷＣ相と共に、すぐれた高温硬さを有するＷとＴｉとＮｂの複合炭化物［以下、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃで示す］相が共存し、かつ結合相が、焼結時にＣｏ中へ分散相を形成するＷＣの一部の主にＷ成分が固溶し、これによってすぐれた高温強度を具備するようになるＣｏ−Ｗ系合金で構成された組織をもつものとなることから、これを高熱発生を伴なう高速切削加工に用いても、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する、
という研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
Ｃｏ：９〜１０％、
組成式：（Ｗ１−ＹＴｉＹ）Ｃ（ただし、原子比で、Ｙは０．３〜０．５を示す）を有する（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ：２５〜３０％、
ＮｂＣ：５〜７％、
ＷＣ：残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相が、ＷＣ相と、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相とからなり、かつ結合相がＣｏ−Ｗ系合金からなる組織を有する超硬合金で構成してなる、
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬チップに特徴を有するものである。
【０００６】
つぎに、この発明の超硬チップにおいて、これを構成する超硬合金（焼結体）の配合組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｃｏ
Ｃｏには、焼結性を向上させ、かつ焼結体の常温強度を向上させる作用があるが、その配合割合が９％未満では、前記作用に十分な向上効果が得られず、一方その配合割合が１０％を越えると、高速切削時の摩耗が急激に促進するようになることから、その配合割合を９〜１０％と定めた。
【０００７】
（ｂ）（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ
（Ｗ，Ｔｉ）Ｃは、焼結時にＮｂＣと結合して、高い高温硬さを有する（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃを形成し、これが分散相として存在して超硬チップの高温硬さを著しく向上させる作用をもつが、その配合割合が２５％未満では、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の形成が必ずしも十分でなく、すぐれた高温硬さを安定して確保することができず、一方その配合割合が３０％を越えると、分散相として存在する（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の割合が多くなり過ぎて、切刃稜線部に欠けやチッピング（微小欠け）が発生し易くなることから、その配合割合を２５〜３０％と定めた。
また、（Ｗ，Ｔｉ）ＣのＴｉ成分には、焼結時における（Ｗ，Ｔｉ）ＣのＮｂＣとの結合を促進し、もって分散相としてＮｂＣ相が存在しないようにする作用があるが、その割合（Ｙ値）がＷとの合量に占める割合で、原子比で０．３未満では前記作用に所望の効果が得られず、さらに形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相に十分な高温硬さを確保することができず、一方その割合（Ｙ値）が同じく０．５を越えると、焼結後に形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相自体の強度に低下傾向が現れるようになり、これが原因で切刃稜線部に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その割合（Ｙ値）を、原子比で０．３〜０．５と定めた。
【０００８】
（ｃ）ＮｂＣ
ＮｂＣには、上記の通り焼結時に（Ｗ，Ｔｉ）Ｃと結合して、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相を形成し、もって超硬チップの高温硬さを著しく向上させる作用があるが、その配合割合が５％未満では、形成された（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相に十分な高温硬さを確保することができず、一方その配合割合が７％を越えると、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相におけるＮｂ成分の割合が多くなり、自体の強度に低下傾向が現れ、これが原因で切刃部に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その配合割合を５〜７％と定めた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の超硬チップを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：３．０μｍを有するＷＣ粉末、同１．８μｍの（Ｗ０．７Ｔｉ０．３）Ｃ粉末、同１．９μｍの（Ｗ０．５Ｔｉ０．５）Ｃ粉末、同２．０μｍの（Ｗ０．４Ｔｉ０．６）Ｃ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、おとび同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末のうちの所要の原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＳＰＧＮ１２０３０８のチップ形状とすることにより超硬合金製の本発明超硬チップ１〜５をそれぞれ製造した。
【００１０】
また、比較の目的で、表２に示される通り、配合組成を、高温硬さに影響を及ぼす（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの組成、さらに（Ｗ，Ｔｉ）ＣおよびＮｂＣの配合割合のうちの少なくともいずれかが、この発明の範囲から外れた配合組成とする以外は同一の条件で、比較超硬チップ１〜１２をそれぞれ製造した。
【００１１】
なお、本発明超硬チップ１〜５および比較超硬チップ１〜１２について、走査型電子顕微鏡およびオージェ分光分析装置を用いて、その組織を観察したところ、いずれもＷＣ相と、（Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ相の分散相と、Ｃｏ−Ｗ系合金の結合相からなる組織を示した。
【００１２】
つぎに、上記本発明超硬チップ１〜５および比較超硬チップ１〜１２について、これをいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：３０分、
の条件での鋳鉄の乾式高速連続旋削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの乾式高速旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表３にそれぞれ示した。
【００１３】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
表１〜３に示される結果から、本発明超硬チップ１〜５は、いずれもすぐれた高温硬さを有することから、合金鋼および鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、すぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、比較超硬チップ１〜１２に見られる通り（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの組成、並びに（Ｗ，Ｔｉ）ＣおよびＮｂＣの配合割合のうちの少なくともいずれかが、この発明の範囲から低い方に外れると、十分な高温硬さが得られないことから、摩耗進行が速く、一方反対に高い方に外れると、切刃稜線部に欠けやチッピングが発生し、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、この発明の超硬チップは、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高速切削加工においてもすぐれた耐摩耗性を発揮し、使用寿命の延命化を可能にするものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は超硬チップの概略斜視図で、（ｂ）は同概略縦断面図である。
Claims (1)
- 質量％で、
Ｃｏ：９〜１０％、
組成式：（Ｗ１−ＹＴｉＹ）Ｃ（ただし、原子比で、Ｙは０．３〜０．５を示す）を有するＷとＴｉの複合炭化物：２５〜３０％、
炭化ニオブ：５〜７％、
炭化タングステン：残り、
からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、分散相が、炭化タングステン相と、ＷとＴｉとＮｂの複合炭化物相とからなり、かつ結合相がＣｏ−Ｗ系合金からなる組織を有する炭化タングステン基超硬合金で構成したこと、
を特徴とする高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001133907A JP4510322B2 (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001133907A JP4510322B2 (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002326103A JP2002326103A (ja) | 2002-11-12 |
| JP4510322B2 true JP4510322B2 (ja) | 2010-07-21 |
Family
ID=18981687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001133907A Expired - Lifetime JP4510322B2 (ja) | 2001-05-01 | 2001-05-01 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製スローアウエイ式切削チップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4510322B2 (ja) |
-
2001
- 2001-05-01 JP JP2001133907A patent/JP4510322B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002326103A (ja) | 2002-11-12 |
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