JP5888428B2 - Cermet tool - Google Patents
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Description
本発明はサーメット工具に関するものである。 The present invention relates to a cermet tool.
サーメット工具は、超硬合金工具に比べて鉄との耐反応性や高温強度に優れており、その特性を生かして仕上げ加工に用いられている。しかし、例えば、特許文献１には、サーメット製切削工具において、切削工具の最表面に金属成分から成るしみだし層が形成されることにより、切削加工時に被削材が溶着しやすくなり、被削材の仕上げ面粗さを大きくさせるという問題があることが記載されている。 Cermet tools are superior in resistance to iron and high-temperature strength compared to cemented carbide tools, and are used for finishing by taking advantage of these properties. However, for example, in Patent Document 1, in a cermet cutting tool, a bleed layer made of a metal component is formed on the outermost surface of the cutting tool, so that the work material is easily welded during the cutting process. It is described that there is a problem of increasing the finished surface roughness of the material.
サーメット工具の表面に形成された結合相から成るしみだし層を、一般的な加工である研磨および研削などの加工方法で除去した場合、サーメット工具の加工面の表面には加工変質層が残存する。加工変質層とは、具体的には、硬質相粒子内にクラックが生じたり、硬質相粒子同士あるいは硬質相粒子と結合相との界面にクラックが生じたり、結合相の相変態が生じたりした層状のサーメット組織である。この加工変質層が起点となり、サーメット工具にチッピングや欠損を惹起するという問題がある。 When the exudation layer composed of the binder phase formed on the surface of the cermet tool is removed by a processing method such as polishing or grinding, which is a general process, a work-affected layer remains on the surface of the processing surface of the cermet tool. . Specifically, the work-affected layer refers to cracks in the hard phase particles, cracks at the hard phase particles or at the interface between the hard phase particles and the binder phase, or phase transformation of the binder phase. It is a layered cermet structure. This work-affected layer is the starting point, and there is a problem of causing chipping and chipping in the cermet tool.
特許文献２には、サーメット切削工具において、切削工具の切れ刃部表面に生成した金属成分から成るしみだし層を除去するため、ウェットブラスト処理することが提案されている。しかし、この処理によると、金属成分から成るしみだし層の下方の部位の金属結合相が貧化し、サーメット切削工具の耐欠損性が低下する問題がある。 Patent Document 2 proposes that a cermet cutting tool is subjected to wet blasting in order to remove a bleed layer made of a metal component generated on the surface of the cutting edge of the cutting tool. However, according to this treatment, there is a problem that the metal bonded phase in the lower part of the oozing layer made of a metal component becomes poor and the fracture resistance of the cermet cutting tool is lowered.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、優れた耐欠損性と優れた耐チッピング性とを有し、被削材の仕上げ面粗さを小さくするサーメット工具の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and has an object to provide a cermet tool that has excellent fracture resistance and excellent chipping resistance, and reduces the finished surface roughness of the work material. And
本発明者らは、サーメット工具について種々の検討を行った。その結果、本発明者らは、サーメット工具の焼結条件を改良し、特殊な表面処理を施すことによって、優れた耐欠損性と優れた耐チッピング性とを有し、被削材の仕上げ面粗さを小さくするサーメット工具を得ることができることを明らかにし、本発明に至った。 The present inventors have made various studies on cermet tools. As a result, the present inventors improved the sintering conditions of the cermet tool and applied a special surface treatment, thereby having excellent fracture resistance and excellent chipping resistance, and the finished surface of the work material. It was clarified that a cermet tool with reduced roughness can be obtained, and the present invention has been achieved.
本発明の要旨は、下記の通りである。
（１）チタン化合物からなる硬質相が８３〜９７体積％と、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする結合相が３〜１７体積％とを備え、前記硬質相および前記結合相の合計が１００体積％となるサーメット工具であって、
前記サーメット工具の切刃の表面は、加工変質部と、残りの加工変質除去部とからなり、加工変質部は、前記サーメット工具の切刃の表面全体に対して０．１〜５面積％であり、
前記サーメット工具の切刃の表面における前記結合相の面積率Ｙ（面積％）は、サーメット工具の切刃の表面全体に対して２．５〜３４面積％であり、
前記サーメット工具における、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）は、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域全体に対して３．５〜１５．５体積％であるサーメット工具。
（２）前記硬質相は、Ｔｉ元素を含む炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種であるチタン化合物を含む（１）のサーメット工具。
（３）チタン化合物は、Ｔｉ元素と、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素とを含む炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種である（２）のサーメット工具。
（４）前記サーメット工具における表面からの深さが５００μｍより内部の結合相量Ｘ（体積％）と、前記サーメット工具の切刃の表面における前記結合相の前記面積率Ｙ（面積％）とは、０．５Ｘ≦Ｙ≦２．０Ｘという関係を満足し、前記結合相量Ｘ（体積％）と、前記サーメット工具における表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域に含まれる前記結合相量Ｚ（体積％）とは、０．７Ｘ≦Ｚ≦０．９Ｘという関係を満足する（１）〜（３）のいずれかのサーメット工具。
（５）前記加工変質部は、前記硬質相と前記結合相とが平滑な表面形態であり、前記加工変質除去部は、前記硬質相と前記結合相とが凹凸の表面形態である（１）〜（４）のいずれかのサーメット工具。
（６）前記サーメット工具の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．１〜０．７５μｍである（１）〜（５）のいずれかのサーメット工具。
（７）前記サーメット工具の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．２〜０．５μｍである（１）〜（６）のいずれかのサーメット工具。
（８）前記サーメット工具の切刃の表面における前記結合相の前記面積率Ｙ（面積％）は、前記サーメット工具の切刃の表面全体に対して１０〜２５面積％である（１）〜（７）のいずれかのサーメット工具。
（９）前記サーメット工具における、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域の前記結合相量Ｚ（体積％）は、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域全体に対して７〜１４体積％である（１）〜（８）のいずれかのサーメット工具。The gist of the present invention is as follows.
(1) The hard phase comprising a titanium compound comprises 83 to 97% by volume, and the binder phase mainly comprising at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe comprises 3 to 17% by volume, A cermet tool in which the total of the hard phase and the binder phase is 100% by volume,
The surface of the cutting edge of the cermet tool is composed of a work-affected part and a remaining work-affected part, and the work-affected part is 0.1 to 5 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool. Yes,
The area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting blade of the cermet tool is 2.5 to 34 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool,
In the cermet tool, the amount Z (% by volume) of the binder phase contained in the internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm is based on the entire internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm. The cermet tool which is 3.5-15.5 volume%.
(2) The cermet tool according to (1), wherein the hard phase includes a titanium compound that is at least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides and their mutual solid solutions containing Ti element.
(3) The titanium compound is a carbide, nitride, carbonitride containing Ti element and at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W. And the cermet tool according to (2), which is at least one selected from the group consisting of these mutual solid solutions.
(4) The amount X (volume%) of the binder phase inside the depth of 500 μm from the surface of the cermet tool and the area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting blade of the cermet tool. Satisfying the relationship of 0.5X ≦ Y ≦ 2.0X, the binding phase amount X (volume%) and the binding included in the inner region having a depth from the surface of the cermet tool of 50 μm to 100 μm The cermet tool according to any one of (1) to (3), wherein the phase amount Z (volume%) satisfies the relationship of 0.7X ≦ Z ≦ 0.9X.
(5) The work-affected part has a surface form in which the hard phase and the binder phase are smooth, and the work-affected part has a surface form in which the hard phase and the binder phase are uneven. The cermet tool in any one of (4).
(6) The cermet tool according to any one of (1) to (5), wherein the surface roughness of the cermet tool is an arithmetic average roughness Ra of 0.1 to 0.75 μm.
(7) The cermet tool according to any one of (1) to (6), wherein the surface roughness of the cermet tool is an arithmetic average roughness Ra of 0.2 to 0.5 μm.
(8) The area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting blade of the cermet tool is 10 to 25 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool. 7) The cermet tool according to any one of the above.
(9) In the cermet tool, the binding phase amount Z (volume%) of the inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm is applied to the entire inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm. The cermet tool according to any one of (1) to (8), which is 7 to 14% by volume.
本発明のサーメット工具は、優れた耐欠損性と優れた耐チッピング性を有し、被削材の仕上げ面粗さを小さくするという効果を奏する。 The cermet tool of the present invention has excellent fracture resistance and excellent chipping resistance, and has the effect of reducing the finished surface roughness of the work material.
本発明のサーメット工具は、チタン化合物からなる硬質相８３〜９７体積％と、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とする結合相３〜１７体積％とを備え、これらの合計が１００体積％となる組成のサーメット工具である。硬質相が８３体積％未満であり、結合相が１７体積％を超える場合には、サーメット工具の耐摩耗性が低下する。硬質相が９７体積％を超え、結合相が３体積％未満である場合には、サーメット工具の耐欠損性が低下する。また、その場合には、結合相が減少するため、サーメット工具の原料粉末の焼結性が低下する。したがって、優れた耐摩耗性、耐欠損性および焼結性のサーメット工具を得るためには、硬質相が８３〜９７体積％であり、結合相が３〜１７体積％である。より優れた耐摩耗性、耐欠損性及び焼結性のサーメット工具を得るためには、硬質相が８５〜９３体積％であり、結合相が７〜１５体積％であることが、より好ましい。 The cermet tool of the present invention comprises 83 to 97% by volume of a hard phase made of a titanium compound and 3 to 17% by volume of a binder phase mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe. A cermet tool having a composition in which the total of these is 100% by volume. When the hard phase is less than 83% by volume and the binder phase exceeds 17% by volume, the wear resistance of the cermet tool is lowered. When the hard phase exceeds 97% by volume and the binder phase is less than 3% by volume, the fracture resistance of the cermet tool is lowered. In that case, since the binder phase is reduced, the sinterability of the raw powder of the cermet tool is lowered. Therefore, in order to obtain a cermet tool having excellent wear resistance, fracture resistance and sinterability, the hard phase is 83 to 97% by volume and the binder phase is 3 to 17% by volume. In order to obtain a more excellent cermet tool having wear resistance, fracture resistance and sinterability, it is more preferable that the hard phase is 85 to 93% by volume and the binder phase is 7 to 15% by volume.
本発明のサーメット工具の硬質相はチタン化合物からなる。本発明においてチタン化合物とは、Ｔｉ元素を必須成分として含み、Ｔｉ元素以外に任意成分としてＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素を含む炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種を含む化合物を意味する。チタン化合物として具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｖ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｈｆ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｖ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）（Ｃ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｎｂ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｃｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｖ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｈｆ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｈｆ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｃｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｖ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｔａ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｎｂ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｖ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｈｆ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｈｆ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｃｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｖ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｗ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｎ、および（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｚｒ）Ｎなどを挙げることができる。 The hard phase of the cermet tool of the present invention is made of a titanium compound. In the present invention, the titanium compound includes at least one metal selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W as an optional component in addition to the Ti element as an essential component. It means a compound containing at least one selected from the group consisting of elemental carbides, nitrides, carbonitrides and their mutual solid solutions. Specific examples of titanium compounds include TiC, TiN, Ti (C, N), (Ti, W) (C, N), (Ti, Ta) (C, N), (Ti, Nb) (C, N ), (Ti, Mo) (C, N), (Ti, Zr) (C, N), (Ti, Cr) (C, N), (Ti, V) (C, N), (Ti, Hf) ) (C, N), (Ti, W, Mo) (C, N), (Ti, W, Ta) (C, N), (Ti, W, Nb) (C, N), (Ti, W , Hf) (C, N), (Ti, W, Zr) (C, N), (Ti, W, Cr) (C, N), (Ti, W, V) (C, N), (Ti , Ta, Nb) (C, N), (Ti, Ta, Mo) (C, N), (Ti, Nb, Mo) (C, N), (Ti, Ta, Nb, Mo) (C, N ), (Ti, W, Ta, Mo) (C, N), (Ti, W, Nb, Mo) (C, N), (Ti, W, Ta, Nb, Mo) (C, N), (Ti, W, Ta, Mo, Zr) (C, N), (Ti, W, Nb, Mo, Zr) ) (C, N), (Ti, Ta, Nb, Mo, Zr) (C, N), (Ti, W, Ta, Nb, Mo, Zr) (C, N), (Ti, W) C, (Ti, Ta) C, (Ti, Nb) C, (Ti, Mo) C, (Ti, Zr) C, (Ti, Cr) C, (Ti, V) C, (Ti, Hf) C, ( (Ti, W, Mo) C, (Ti, W, Ta) C, (Ti, W, Nb) C, (Ti, W, Hf) C, (Ti, W, Zr) C, (Ti, W, Cr) ) C, (Ti, W, V) C, (Ti, Ta, Nb) C, (Ti, Ta, Mo) C, (Ti, Nb, Mo) C, (Ti, Ta, Nb, Mo) C, (Ti, W, Ta, Mo) C, (Ti, W, b, Mo) C, (Ti, W, Ta, Nb, Mo) C, (Ti, W, Ta, Mo, Zr) C, (Ti, W, Nb, Mo, Zr) C, (Ti, Ta, Nb, Mo, Zr) C, (Ti, W, Ta, Nb, Mo, Zr) C, (Ti, W) N, (Ti, Ta) N, (Ti, Nb) N, (Ti, Mo) N , (Ti, Zr) N, (Ti, Cr) N, (Ti, V) N, (Ti, Hf) N, (Ti, W, Mo) N, (Ti, W, Ta) N, (Ti, W, Nb) N, (Ti, W, Hf) N, (Ti, W, Zr) N, (Ti, W, Cr) N, (Ti, W, V) N, (Ti, Ta, Nb) N , (Ti, Ta, Mo) N, (Ti, Nb, Mo) N, (Ti, Ta, Nb, Mo) N, (Ti, W, Ta, Mo) N, (Ti, W, Nb, Mo) N, (Ti, W, Ta, Nb, Mo) N, (Ti, W, Ta, Mo, Zr) N, (Ti, W, Nb, Mo, Zr) N, (Ti, Ta, Nb, Mo, Zr) N, and (Ti, W, Ta) , Nb, Mo, Zr) N and the like.
本発明の硬質相の形態として、コアとリムとからなる有芯構造粒子、および有芯構造を持たない単一相粒子を挙げることができる。コアとリムとからなる有芯構造粒子とは、組成の異なるコアとリムとで構成され、コアの周囲の一部または全部をリムが囲む構造の粒子である。有芯構造粒子のコアは、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素とＴｉ元素との複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種の化合物からなる。有芯構造粒子のリムは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素とＴｉ元素との複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種の化合物からなる。また、単一相粒子は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素とＴｉ元素との複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種の化合物からなる。本発明の硬質相の形態は、有芯構造粒子のみからなる場合、有芯構造粒子と単一相粒子とからなる場合のいずれでもよい。 Examples of the form of the hard phase of the present invention include cored structure particles composed of a core and a rim, and single-phase particles having no cored structure. The cored structure particle composed of a core and a rim is a particle composed of a core and a rim having different compositions, and a structure in which the rim surrounds part or all of the periphery of the core. The core of the cored structure particle includes at least one metal element selected from the group consisting of titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W, and Ti element. And at least one compound selected from the group consisting of composite carbides, composite nitrides, composite carbonitrides, and their mutual solid solutions. The rim of the cored structure particles is a composite carbide, composite nitride, composite charcoal of at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W and Ti element It consists of at least one compound selected from the group consisting of nitrides and their mutual solid solutions. The single-phase particles include at least one metal element selected from the group consisting of titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W, and a Ti element. And at least one compound selected from the group consisting of composite carbides, composite nitrides, composite carbonitrides, and their mutual solid solutions. The form of the hard phase of the present invention may be either the case where it consists of cored structure particles or the case where it consists of cored structure particles and single phase particles.
本発明のサーメット工具の結合相は、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする金属である。Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする金属とは、結合相のＣｏ、ＮｉおよびＦｅの中から選ばれた少なくとも１種の金属の合計質量が、結合相の全質量に対して５０質量％以上である金属を意味する。本発明の結合相には、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅ以外に、硬質相成分が含まれていてもよい。通常、本発明の結合相に含まれる硬質相成分の合計含有量は、結合相の全質量に対して２０質量％以下である。その中でも、本発明のサーメット工具の結合相が、ＣｏおよびＮｉの１種または２種を主成分とした金属であることがより好ましい。その場合には、結合相と硬質相とのぬれ性、耐熱性および耐食性に優れたサーメット工具を得ることができる。 The binder phase of the cermet tool of the present invention is a metal whose main component is at least one selected from Co, Ni and Fe. The metal having at least one selected from Co, Ni and Fe as a main component means that the total mass of at least one metal selected from Co, Ni and Fe in the binder phase is that of the binder phase. The metal which is 50 mass% or more with respect to the total mass is meant. The binder phase of the present invention may contain a hard phase component in addition to Co, Ni and Fe. Usually, the total content of the hard phase components contained in the binder phase of the present invention is 20% by mass or less based on the total mass of the binder phase. Among these, it is more preferable that the binder phase of the cermet tool of the present invention is a metal mainly composed of one or two of Co and Ni. In that case, a cermet tool having excellent wettability, heat resistance and corrosion resistance between the binder phase and the hard phase can be obtained.
本発明のサーメット工具は、逃げ面と、すくい面とを備える。逃げ面とすくい面との間にはホーニングを備え、ホーニングが切刃として使用される。 The cermet tool of this invention is provided with a flank and a rake face. A honing is provided between the flank and the rake face, and the honing is used as a cutting blade.
サーメット工具の切刃の表面の加工変質部の面積を、サーメット工具の切刃の表面全体の面積に対して０．１面積％未満にすることは、技術的に困難である。また、サーメット工具の切刃の表面の加工変質部の面積の割合が５面積％を超えて大きくなる場合には、耐欠損性が低下する。したがって、本発明のサーメット工具の切刃の表面は、加工変質部がサーメット工具の切刃の表面全体に対して０．１〜５面積％であり、残りの面積が加工変質除去部である。 It is technically difficult to make the area of the work-affected portion on the surface of the cutting edge of the cermet tool less than 0.1 area% with respect to the area of the entire surface of the cutting edge of the cermet tool. Further, when the ratio of the area of the work-affected portion on the surface of the cutting edge of the cermet tool is greater than 5% by area, the fracture resistance is lowered. Therefore, as for the surface of the cutting edge of the cermet tool of this invention, a process change part is 0.1-5 area% with respect to the whole surface of the cutting blade of a cermet tool, and the remaining area is a process change removal part.
前記加工変質部とは、ブラシを用いた研磨や砥石を用いた研削などの機械加工によって形成された、加工変質層が残存した領域である。加工変質層とは、例えば、硬質相粒子内にクラックが生じたり、硬質相粒子同士あるいは硬質相粒子と、結合相との界面にクラックが生じたり、結合相の相変態が生じたりした層状のサーメット組織のことである。工具の断面から加工変質層を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、工具の表面から１〜５μｍの深さの表面近傍に研磨屑の付着、ならびに硬質相の内部および粒界にクラックが生じていることが確認できる。また、工具の断面から表面近傍を観察すると、硬質相と結合相とが平滑な表面形態である領域に加工変質層が存在する傾向があることが確認できる。 The work-affected zone is a region where the work-affected layer is formed by machining such as polishing using a brush or grinding using a grindstone. The work-affected layer is, for example, a layered structure in which cracks are generated in the hard phase particles, cracks are generated at the interface between the hard phase particles or between the hard phase particles and the binder phase, or a phase transformation of the binder phase occurs. It is a cermet organization. When the work-affected layer is observed from the cross section of the tool with a scanning electron microscope (SEM), polishing debris adheres to the vicinity of the surface having a depth of 1 to 5 μm from the surface of the tool, and cracks occur in the hard phase and at the grain boundaries. It can be confirmed. Moreover, when the surface vicinity is observed from the cross section of a tool, it can confirm that there exists a tendency for a work-affected layer to exist in the area | region where a hard phase and a binder phase are smooth surface forms.
加工変質除去部とは、ブラストなどの表面処理によって脆弱な加工変質層が除去された領域である。加工変質除去部の表面では、硬質相における、粒子内のクラックおよび界面欠陥が残存する領域も除去される。そのため、加工変質除去部の表面は、ＳＥＭで観察すると、硬質相と結合相とが凹凸の表面形態を呈する。また、工具の断面から加工変質除去部の表面を観察すると、加工変質除去部の表面には、硬質相粒子と硬質相粒子との間の結合相が凹んでいる領域が見られる。 The processing alteration removal part is an area where a fragile processing alteration layer has been removed by surface treatment such as blasting. On the surface of the processed alteration removing portion, the region in the hard phase where cracks in the particles and interface defects remain is also removed. Therefore, when the surface of the work-affected portion is observed with an SEM, the hard phase and the binder phase exhibit an uneven surface form. Further, when the surface of the work alteration removing portion is observed from the cross section of the tool, a region where the binder phase between the hard phase particles and the hard phase particles is recessed is seen on the surface of the work alteration removing portion.
本発明のサーメット工具の切刃の表面における結合相の面積率Ｙ（面積％）は、サーメット工具の切刃の表面全体に対して２．５〜３４面積％であることが好ましい。結合相の面積率Ｙ（面積％）が、サーメット工具の切刃の表面全体に対して２．５面積％未満である場合には耐欠損性が低下し、３４面積％を超えて大きくなる場合には耐溶着性が低下することにより、仕上げ面粗さが大きくなるためである。その中でも、サーメット工具の切刃の表面全体に対して、結合相の面積率Ｙ（面積％）が１０〜２５面積％であることがさらに好ましい。 The area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting blade of the cermet tool of the present invention is preferably 2.5 to 34 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool. When the area ratio Y (area%) of the binder phase is less than 2.5 area% with respect to the entire surface of the cutting edge of the cermet tool, the fracture resistance decreases, and the area ratio increases beyond 34 area%. This is because the finished surface roughness increases due to a decrease in welding resistance. Among these, it is more preferable that the area ratio Y (area%) of the binder phase is 10 to 25 area% with respect to the entire surface of the cutting edge of the cermet tool.
本発明のサーメット工具における、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）は、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域全体に対して３．５〜１５．５体積％であることが好ましい。結合相量Ｚ（体積％）が３．５体積％未満である場合には耐欠損性が低下し、１５．５体積％を超えて大きくなる場合には耐摩耗性が低下するためである。その中でも、結合相量Ｚ（体積％）が、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域全体に対して７〜１４体積％であることがさらに好ましい。 In the cermet tool of the present invention, the binder phase amount Z (volume%) contained in the inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm is based on the entire inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm. It is preferable that it is 3.5-15.5 volume%. This is because the fracture resistance decreases when the binder phase amount Z (% by volume) is less than 3.5% by volume, and the wear resistance decreases when it exceeds 15.5% by volume. Among them, the binder phase amount Z (volume%) is more preferably 7 to 14 volume% with respect to the entire internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm.
表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域とは、サーメット工具の表面を基準として深さ５０μｍから深さ１００μｍまでの内部領域である。 The internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm is an internal region having a depth of 50 μm to 100 μm with reference to the surface of the cermet tool.
本発明のサーメット工具における表面からの深さが５００μｍより内部の結合相量Ｘ（体積％）と、前記サーメット工具の切刃の表面における結合相の面積率Ｙ（面積％）は、０．５Ｘ≦Ｙ≦２．０Ｘという関係を満足することが好ましい。結合相の面積率Ｙ（面積％）が０．５Ｘ未満である場合には、結合相の貧化により耐欠損性が低下するためである。また、結合相の面積率Ｙ（面積％）が、２．０Ｘを超える場合には、工具の表面に結合相から成るしみだし層が残存していることを示している。この場合には、耐溶着性が低下することにより被削材の仕上げ面粗さが低下すると共に、内部領域の結合相の貧化によって、耐欠損性が低下するため、前記関係を満足することが好ましい。また、前記結合相量Ｘ（体積％）および前記サーメット工具における表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）は、０．７Ｘ≦Ｚ≦０．９Ｘという関係を満足することが好ましい。結合相量Ｚ（体積％）が０．７Ｘ未満である場合には内部領域の結合相の貧化により耐欠損性が低下するためである。また、結合相量Ｚ（体積％）が０．９Ｘを超える場合には内部領域の結合相の富化により耐塑性変形性が低下するためである。 In the cermet tool of the present invention, the amount X (volume%) of the binder phase in the depth from the surface of 500 μm and the area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting edge of the cermet tool are 0.5X. It is preferable to satisfy the relationship of ≦ Y ≦ 2.0X. This is because when the area ratio Y (area%) of the binder phase is less than 0.5X, the chipping resistance deteriorates due to the poor binder phase. Moreover, when the area ratio Y (area%) of a binder phase exceeds 2.0X, it has shown that the oozing layer which consists of a binder phase remains on the surface of a tool. In this case, the finish surface roughness of the work material decreases due to a decrease in welding resistance, and the fracture resistance decreases due to the deterioration of the binder phase in the internal region, so that the above relationship is satisfied. Is preferred. The binder phase amount X (volume%) and the binder phase amount Z (volume%) included in the inner region having a depth from the surface of the cermet tool of 50 μm to 100 μm are 0.7X ≦ Z ≦ 0. It is preferable to satisfy the relationship of 9X. This is because when the binder phase amount Z (volume%) is less than 0.7X, the fracture resistance is lowered due to the poor binder phase in the internal region. In addition, when the amount of binder phase Z (% by volume) exceeds 0.9X, the plastic deformation resistance decreases due to the enrichment of the binder phase in the internal region.
なお、サーメット工具の切刃の表面における加工変質部、加工変質除去部および結合相の面積率ならびにサーメット工具断面の表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域における結合相量は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を、市販の画像解析装置を用いて画像解析することによって測定することができる。 It should be noted that the area ratio of the work-affected portion, the work-affected portion and the binder phase on the surface of the cutting edge of the cermet tool, and the amount of the binder phase in the inner region where the depth from the surface of the cermet tool cross section is 50 μm to 100 μm An electron microscope (SEM) photograph can be measured by image analysis using a commercially available image analysis apparatus.
本発明のサーメット工具の表面粗さは、０．１〜０．７５μｍであることが好ましい。サーメット工具の表面粗さを、算術平均粗さＲａで０．１μｍ未満とすることは困難であり、表面粗さが０．７５μｍを超えて大きくなる場合には、被削材の仕上げ面粗さが大きくなるためである。その中でも、表面粗さが０．２〜０．５μｍであることがさらに好ましい。 The surface roughness of the cermet tool of the present invention is preferably 0.1 to 0.75 μm. It is difficult to make the surface roughness of the cermet tool less than 0.1 μm in arithmetic mean roughness Ra, and when the surface roughness exceeds 0.75 μm, the finished surface roughness of the work material This is because of the increase. Among these, the surface roughness is more preferably 0.2 to 0.5 μm.
本発明のサーメット工具において、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａにより測定する。カットオフ値を０．０８ｍｍとしている理由は、被削材の仕上げ面の品質に影響を与えるのはサーメット工具表面のミクロな凹凸であるためであり、焼結前の圧粉体の密度バラツキおよび焼結時に発生する焼結変形等に起因するサーメット工具の焼結肌面のうねり成分の影響を除去するためである。 In the cermet tool of the present invention, the surface roughness is measured by the arithmetic average roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm in accordance with JIS B0601-1994 (2001). The reason why the cut-off value is 0.08 mm is that the quality of the finished surface of the work material is affected by micro unevenness on the surface of the cermet tool, and the density variation of the green compact before sintering and This is to remove the influence of the swell component of the sintered skin surface of the cermet tool due to the sintering deformation and the like that occur during sintering.
本発明のサーメット工具の製造方法は、下記の工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）を含む。工程（Ａ）は、平均粒径０．５〜２．５μｍの炭窒化チタン粉末：４０〜７７質量％と、炭窒化チタンを除く平均粒径０．５〜４．０μｍのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選択された少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種の粉末：２０〜４０質量％と、平均粒径０．５〜４．０μｍのＣｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種の粉末：３〜２０質量％とからなり、これらの合計が１００質量％となるようにした混合物を準備する混合工程である。工程（Ｂ）は、工程（Ａ）で準備した混合物を１００〜６０００Ｐａの窒素雰囲気にて１４５０〜１６００℃の範囲の焼結温度まで昇温する工程である。工程（Ｃ）は、混合物を１００〜６０００Ｐａの窒素雰囲気にて、１４５０〜１６００℃の範囲の焼結温度で所定の時間保持して焼結する焼結工程である。工程（Ｄ）は、焼結した混合物を、不活性雰囲気にて１４５０〜１６００℃の範囲の焼結温度から１０００〜１２５０℃の範囲の所定の温度まで、毎分２０〜２００℃の冷却速度で冷却する第１冷却工程である。工程（Ｅ）は、焼結した混合物を、１０００〜１２５０℃の範囲の所定の温度から常温まで冷却する第２冷却工程である。なお、工程（Ａ）の原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規格Ｂ３３０に記載のフィッシャー法（Fisher Sub-Sieve Sizer（FSSS））により測定されたものである。 The manufacturing method of the cermet tool of this invention includes the following process (A), (B), (C), (D), and (E). In step (A), titanium carbonitride powder having an average particle size of 0.5 to 2.5 μm: 40 to 77% by mass, and Ti, Zr, and Hf having an average particle size of 0.5 to 4.0 μm excluding titanium carbonitride At least one selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides and their mutual solid solutions of at least one metal element selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Cr, Mo and W Powder: 20 to 40% by mass and at least one powder selected from the group consisting of Co, Ni and Fe having an average particle size of 0.5 to 4.0 μm: 3 to 20% by mass, and the total of these Is a mixing step of preparing a mixture in which the amount becomes 100% by mass. Step (B) is a step of raising the temperature of the mixture prepared in step (A) to a sintering temperature in the range of 1450 to 1600 ° C. in a nitrogen atmosphere of 100 to 6000 Pa. Step (C) is a sintering step in which the mixture is held for a predetermined time at a sintering temperature in the range of 1450 to 1600 ° C. in a nitrogen atmosphere of 100 to 6000 Pa and sintered. In step (D), the sintered mixture is cooled at a cooling rate of 20 to 200 ° C. per minute from a sintering temperature in the range of 1450 to 1600 ° C. to a predetermined temperature in the range of 1000 to 1250 ° C. in an inert atmosphere. It is the 1st cooling process to cool. Step (E) is a second cooling step of cooling the sintered mixture from a predetermined temperature in the range of 1000 to 1250 ° C. to room temperature. In addition, the average particle diameter of the raw material powder in the step (A) is measured by the Fisher method (Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS)) described in the American Society for Testing and Materials (ASTM) standard B330.
本発明のサーメット工具の製造方法の各工程は、以下の効果を奏する。工程（Ａ）では所定の配合組成の混合粉末を均一に混合させる。工程（Ｂ）および（Ｃ）では、窒素雰囲気により混合物の表面からの脱窒を防ぎ、脱窒に伴う焼結肌面の平滑性の低下および焼結肌面近傍のＴｉ（Ｃ，Ｎ）などの硬質相の減少を抑制する。工程（Ｄ）では、焼結温度から液相の凝固点近辺（１０００〜１２５０℃）までの冷却速度をコントロールすることで、硬質相粒子の移動および粒成長を抑制して、焼結肌面の平滑性を損なわないようにする。冷却速度が毎分２０℃未満の場合、表面の硬質粒子が粒成長することで、サーメット工具の表面粗さが大きくなり、被削材の仕上げ面粗さが低下する。一方、冷却速度が毎分２００℃を超えて大きい場合、焼結肌面は平滑になるものの、このような高い冷却速度で冷却が可能な焼結炉には、特殊な冷却装置が必要となり、サーメット工具を安価に製造することが難しくなる。工程（Ｅ）では混合物を常温まで冷却する。 Each process of the manufacturing method of the cermet tool of this invention has the following effects. In the step (A), a mixed powder having a predetermined composition is mixed uniformly. In steps (B) and (C), denitrification from the surface of the mixture is prevented by a nitrogen atmosphere, the smoothness of the sintered skin surface is reduced due to denitrification, and Ti (C, N) in the vicinity of the sintered skin surface, etc. Suppresses the decrease in the hard phase. In the step (D), by controlling the cooling rate from the sintering temperature to the vicinity of the freezing point of the liquid phase (1000 to 1250 ° C.), the movement and grain growth of the hard phase particles are suppressed, and the sintered skin surface is smoothed. Do not impair the sex. When the cooling rate is less than 20 ° C. per minute, the surface hard particles grow and the surface roughness of the cermet tool increases, and the finished surface roughness of the work material decreases. On the other hand, when the cooling rate is greater than 200 ° C. per minute, the sintered skin surface is smooth, but a sintering furnace capable of cooling at such a high cooling rate requires a special cooling device, It becomes difficult to manufacture a cermet tool at low cost. In step (E), the mixture is cooled to room temperature.
工程（Ａ）から工程（Ｅ）までの工程を経て得られたサーメット工具に対して、刃先のホーニング加工を行い、さらに必要に応じて研削加工を行ってもよい。また、サーメット工具に対して表面処理を施すことによって、所望の表面形態および表面粗さを得ることができる。表面処理としては、サーメット工具が欠けにくいブラスト処理が好ましい。ブラスト処理としては、気体によって研磨材を被処理物に投射する乾式ブラスト処理、および研磨材と液体の溶媒とをある比率で混合した研磨液を被処理物に投射する湿式ブラスト処理などを挙げることができる。その中でも湿式ブラスト処理は、乾式ブラスト処理よりもサーメット工具が欠けにくく、加工変質層を除去する効果が高く、さらに表面の平滑性を向上させる効果が得られるので、さらに好ましい。ブラスト処理の研磨材は、硬質のメディアであればよい。硬質のメディアとしては、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、樹脂系、ガラス系などを挙げることができる。また、ブラスト処理を行うことによって、サーメット工具表面の平滑性を向上させる効果が得られる。なお、ブラスト処理時間が必要以上に長いと、コスト高となるので、本発明の効果が得られる必要最小限のブラスト処理時間であることが好ましい。 The cermet tool obtained through the steps from the step (A) to the step (E) may be subjected to honing processing of the cutting edge and further subjected to grinding processing as necessary. Moreover, a desired surface form and surface roughness can be obtained by performing a surface treatment on the cermet tool. As the surface treatment, a blasting treatment in which the cermet tool is hardly chipped is preferable. Examples of the blast treatment include dry blast treatment in which an abrasive is projected onto a workpiece by gas, and wet blast treatment in which a polishing liquid in which an abrasive and a liquid solvent are mixed in a certain ratio is projected onto the workpiece. Can do. Among these, wet blasting is more preferable because dry blasting is less prone to chipping of the cermet tool, the effect of removing the work-affected layer is high, and the effect of improving the surface smoothness is obtained. The abrasive for blasting may be a hard medium. Examples of the hard medium include alumina, silicon carbide, zirconia, resin-based, and glass-based. Moreover, the effect which improves the smoothness of the surface of a cermet tool is acquired by performing a blast process. It should be noted that if the blasting time is longer than necessary, the cost is increased. Therefore, it is preferable that the blasting time is the minimum necessary to obtain the effect of the present invention.
本発明のサーメット工具を得るための湿式ブラスト処理条件は、以下の通りである。すなわち、湿式ブラスト処理には、硬質のメディアとして安価で入手が容易なアルミナを用い、溶媒として水を用いることが好ましい。その中でも、平均粒径１０〜１００μｍのアルミナのメディア、より好ましくは平均粒径１０〜３０μｍのアルミナのメディアを用いることができる。溶媒には水を用いて、研磨液の全質量に対して１０〜７０質量％、好ましくは２０〜４０質量％となるようにアルミナのメディアを混合した研磨液を用いることができる。湿式ブラスト処理機のブラストガンに研磨液を供給する圧力、すなわち投射圧力を０．０５〜０．４ＭＰａ、より好ましくは０．１〜０．２ＭＰａの範囲内の圧力に設定することができる。研磨液の投射角度は、サーメット工具の逃げ面に対して、３０〜６０度の角度、より好ましくは４０〜５０度の角度にすることができる。すくい面にも湿式ブラスト処理が施され、サーメット工具全体の表面の加工変質層を除去することができるので、ブラストガンの投射口からサーメット工具の逃げ面までの距離を１０ｃｍ〜５０ｃｍにすることが好ましい。その中でも、ブラストガンの投射口からサーメット工具の逃げ面までの距離を１５ｃｍ〜３０ｃｍとすることがさらに好ましい。研磨液の投射時間の合計は、４０〜２４０秒間、より好ましくは６０〜１２０秒間とすることができる。 The wet blasting conditions for obtaining the cermet tool of the present invention are as follows. That is, in wet blasting, it is preferable to use inexpensive and easily available alumina as a hard medium and water as a solvent. Among these, an alumina medium having an average particle diameter of 10 to 100 μm, more preferably an alumina medium having an average particle diameter of 10 to 30 μm can be used. As the solvent, water can be used, and a polishing liquid in which an alumina medium is mixed so as to be 10 to 70% by mass, preferably 20 to 40% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid can be used. The pressure for supplying the polishing liquid to the blast gun of the wet blasting machine, that is, the projection pressure, can be set to a pressure in the range of 0.05 to 0.4 MPa, more preferably 0.1 to 0.2 MPa. The projection angle of the polishing liquid can be an angle of 30 to 60 degrees, more preferably an angle of 40 to 50 degrees with respect to the flank face of the cermet tool. The rake face is also wet blasted to remove the work-affected layer on the entire surface of the cermet tool, so the distance from the blast gun projection to the flank of the cermet tool should be 10 to 50 cm. preferable. Among these, it is more preferable that the distance from the projection port of the blast gun to the flank face of the cermet tool is 15 cm to 30 cm. The total projection time of the polishing liquid can be 40 to 240 seconds, more preferably 60 to 120 seconds.
原料粉末として、市販されている、平均粒径１．５μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）、平均粒径１．０μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．０μｍのＮｂＣ粉末、平均粒径１．０μｍのＴａＣ粉末、平均粒径３．０μｍのＭｏ２Ｃ粉末、平均粒径１．０μｍのＣｏ粉末、および平均粒径１．０μｍのＮｉ粉末を用意した。なお、原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規格Ｂ３３０に記載のフィッシャー法（Fisher Sub-Sieve Sizer（FSSS））により測定されたものである。用意した原料粉末を表１の配合組成になるように秤量した。秤量した原料粉末をアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共にステンレス製ポットに入れて湿式ボールミルで混合および粉砕を行った。湿式ボールミル後、アセトン溶媒を蒸発させることによって得られた混合物を、焼結後の形状がＪＩＳ Ｂ ４１２０のインサート形状ＣＮＭＧ１２０４０８ブレーカー付きになる金型を用いて、圧力１９６ＭＰａでプレス成形することにより、混合物の成形体を得た。 As raw material powder, commercially available Ti (C, N) powder with an average particle size of 1.5 μm (mass ratio TiC / TiN = 50/50), WC powder with an average particle size of 1.0 μm, average particle size 1 A 0.0 μm NbC powder, a TaC powder having an average particle diameter of 1.0 μm, a Mo 2 C powder having an average particle diameter of 3.0 μm, a Co powder having an average particle diameter of 1.0 μm, and a Ni powder having an average particle diameter of 1.0 μm were prepared. The average particle diameter of the raw material powder is measured by the Fisher method (Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS)) described in American Society for Testing and Materials (ASTM) standard B330. The prepared raw material powder was weighed so as to have the composition shown in Table 1. The weighed raw material powder was put into a stainless steel pot together with an acetone solvent and a cemented carbide ball, and mixed and pulverized by a wet ball mill. The mixture obtained by evaporating the acetone solvent after the wet ball mill is press-molded at a pressure of 196 MPa using a mold in which the shape after sintering is an insert shape CNMG120408 breaker of JIS B 4120. A molded body of was obtained.
混合物の成形体を焼結炉内に入れた後、焼結炉内の雰囲気を窒素雰囲気に置換した。次に、表２（ａ）に記載の炉内圧力Ｐ１（Ｐａ）になるまで焼結炉内に窒素を導入した。次に、焼結炉内の温度を室温から表２（ｂ）に記載の温度Ｔ１（℃）まで昇温した。炉内温度がＴ１（℃）になったとき、炉内圧力Ｐ１（Ｐａ）の窒素雰囲気にて焼結温度Ｔ２（℃）で６０分間保持して焼結した。その後、焼結炉内の雰囲気を１３３００ＰａのＡｒ雰囲気として、焼結炉内を焼結温度Ｔ２（℃）から１２００℃まで表２（ｃ）に記載の冷却速度Ｒ１（℃／分）で冷却した。その後、焼結炉内の雰囲気を窒素雰囲気として、焼結炉内を１２００℃から室温まで冷却した。 After putting the compact of the mixture into a sintering furnace, the atmosphere in the sintering furnace was replaced with a nitrogen atmosphere. Next, nitrogen was introduced into the sintering furnace until the furnace pressure P1 (Pa) shown in Table 2 (a) was reached. Next, the temperature in the sintering furnace was raised from room temperature to the temperature T1 (° C.) described in Table 2 (b). When the furnace temperature reached T1 (° C.), sintering was performed at a sintering temperature T2 (° C.) for 60 minutes in a nitrogen atmosphere at a furnace pressure P1 (Pa). Thereafter, the atmosphere in the sintering furnace was changed to an Ar atmosphere of 13300 Pa, and the inside of the sintering furnace was cooled from the sintering temperature T2 (° C.) to 1200 ° C. at the cooling rate R1 (° C./min) described in Table 2 (c). . Then, the atmosphere in a sintering furnace was made into nitrogen atmosphere, and the inside of a sintering furnace was cooled from 1200 degreeC to room temperature.
焼結して得られたサーメット工具に対して、湿式ブラシホーニング機により、サーメット工具の刃先にホーニング処理を施した。次に湿式ブラスト機を用いて、サーメット工具の表面に対して、以下の湿式ブラスト処理を行った。研磨液としては、平均粒径２０μｍのアルミナのメディアを用意して、水の溶媒：６５質量％、アルミナのメディア：３５質量％となる割合に混合した研磨液を用いた。この研磨液を湿式ブラスト機に入れて、サーメット工具を湿式ブラスト機にセットした。なお、サーメット工具の逃げ面に対して４５度の角度で研磨液を投射するように、およびブラストガンの投射口から逃げ面までの距離が２０ｃｍになるように、ブラストガンの位置と向きを調整した。そして、サーメット工具に対して、表３に示す条件で湿式ブラスト処理を行った。インサート形状ＣＮＭＧ１２０４０８ブレーカー付きは、通常両面のコーナーを使用するため、１回目の湿式ブラスト処理後、サーメット工具のすくい面を裏返して、２回目の湿式ブラスト処理を１回目の湿式ブラスト処理と同様に施した。サーメット工具の逃げ面には、研磨液が４５度の角度で合計２回投射されることになる。逃げ面に対する投射時間の合計を表３に示す。 The cermet tool obtained by sintering was subjected to honing treatment on the cutting edge of the cermet tool by a wet brush honing machine. Next, the following wet blasting treatment was performed on the surface of the cermet tool using a wet blasting machine. As the polishing liquid, an alumina medium having an average particle diameter of 20 μm was prepared, and a polishing liquid mixed at a ratio of 65% by mass of water solvent and 35% by mass of alumina medium was used. This polishing liquid was put in a wet blasting machine, and the cermet tool was set in the wet blasting machine. In addition, the position and orientation of the blast gun are adjusted so that the polishing liquid is projected at an angle of 45 degrees with respect to the flank of the cermet tool, and the distance from the blast gun projection port to the flank is 20 cm. did. And the wet blast process was performed on the conditions shown in Table 3 with respect to the cermet tool. The insert shape with CNMG120408 breaker normally uses double-sided corners, so after the first wet blasting process, the rake face of the cermet tool is turned over and the second wet blasting process is performed in the same way as the first wet blasting process. did. On the flank of the cermet tool, the polishing liquid is projected twice in total at an angle of 45 degrees. Table 3 shows the total projection time for the flank.
混合粉末、焼結条件、ブラスト条件を表４に示すように変えて、発明品１〜１０のサーメット工具と、比較品１〜８のサーメット工具とを作製した。 The mixed powder, the sintering conditions, and the blasting conditions were changed as shown in Table 4 to produce inventive cermet tools 1 to 10 and comparative cermet tools 1 to 8.
作製したサーメット工具について、サーメット工具の表面をＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４（２００１）にしたがい、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａにより測定した。算術平均粗さＲａの結果を表６に示す。 About the produced cermet tool, according to JIS B0601-1994 (2001), the surface of the cermet tool was measured by arithmetic mean roughness Ra in the cut-off value of 0.08 mm. The results of arithmetic average roughness Ra are shown in Table 6.
サーメット工具の切刃の表面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、３０００倍に拡大して表面形態の二次電子像の写真を撮影した。得られた二次電子像の写真を、画像解析ソフトを用いて画像解析することにより、加工変質部および加工変質除去部の面積をそれぞれ測定した。また、サーメット工具の切刃の表面における結合相面積率Ｙ（面積％）は、切刃の表面をＳＥＭで観察し、３０００倍に拡大して表面組織の反射電子像の写真を撮影し、画像解析ソフトを用いてその写真を画像解析することにより測定した。なお、反射電子像を用いて写真を撮影することで、硬質相と結合相とを容易に判別することができる。それぞれの測定結果を表６に示す。さらに、サーメット工具の断面をダイヤモンドペーストで鏡面研磨し、サーメット工具の断面をＳＥＭで観察した。このＳＥＭ観察から、加工変質層が存在している領域は、いずれの試料も硬質相および結合相が平滑な表面形態であることが確認できた。一方、加工変質層が除去された領域は、いずれの試料も硬質相および結合相が凹凸の表面形態であることが確認できた。 The surface of the cutting edge of the cermet tool was observed with a scanning electron microscope (SEM), magnified 3000 times, and a photo of a secondary electron image of the surface morphology was taken. Images of the obtained secondary electron images were subjected to image analysis using image analysis software, thereby measuring the areas of the work-affected part and the work-affected part. Further, the binder phase area ratio Y (area%) on the surface of the cutting edge of the cermet tool is obtained by observing the surface of the cutting edge with an SEM, magnifying it 3000 times, and taking a photograph of a reflected electron image of the surface structure. Measurements were made by analyzing the images using analysis software. In addition, a hard phase and a binder phase can be easily distinguished by taking a photograph using a reflected electron image. Table 6 shows the measurement results. Furthermore, the cross section of the cermet tool was mirror-polished with diamond paste, and the cross section of the cermet tool was observed with SEM. From this SEM observation, it was confirmed that the region where the work-affected layer was present had a surface form in which the hard phase and the binder phase were smooth in any sample. On the other hand, in the region where the work-affected layer was removed, it was confirmed that the hard phase and the binder phase had an uneven surface form in any sample.
次に、サーメット工具表面から深さ方向に１０００μｍ内部までの断面組織をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）付きＳＥＭにて測定し、断面の組成を分析した。サーメット工具は、チタン化合物の単一相粒子とチタン化合物の有芯構造粒子とからなる硬質相と、ＣｏおよびＮｉの中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相とから構成されていることが観察された。また、サーメット工具の組織中に若干存在する大きさが２μｍ以上の結合相プールをＳＥＭ付属のＥＤＳによって分析した。その結果、すべてのサーメット工具の結合相には、主成分のＣｏおよびＮｉ以外に、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、ＮｂおよびＭｏが含まれていることが分かった。また、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、ＮｂおよびＭｏの合計含有量は、結合相の全質量に対して０．０１〜１０質量％であることが分かった。すなわち、結合相は、ＣｏおよびＮｉを主成分とする金属であることが分かった。組成分析により得られた結合相の主成分を表５に示す。 Next, the cross-sectional structure from the surface of the cermet tool to the inside of 1000 μm in the depth direction was measured with an SEM with an energy dispersive X-ray analyzer (EDS), and the composition of the cross section was analyzed. The cermet tool is composed of a hard phase composed of single-phase particles of titanium compound and cored structure particles of titanium compound, and a binder phase mainly composed of at least one selected from Co and Ni. It was observed that In addition, a binder phase pool slightly existing in the structure of the cermet tool and having a size of 2 μm or more was analyzed by EDS attached to SEM. As a result, it was found that the binder phase of all cermet tools contained Ti, W, Ta, Nb and Mo in addition to the main components Co and Ni. Moreover, it turned out that the total content of Ti, W, Ta, Nb, and Mo is 0.01-10 mass% with respect to the total mass of a binder phase. In other words, the binder phase was found to be a metal mainly composed of Co and Ni. Table 5 shows the main components of the binder phase obtained by the composition analysis.
次に、サーメット工具の断面を、王水を用いて１分間食刻した。食刻したサーメット工具の表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域をＳＥＭで観察し、３０００倍に拡大して撮影した断面のＳＥＭ写真を、画像解析ソフトを用いて画像解析することで、食刻された結合相の面積率を測定して、結合相量Ｚ（体積％）を求めた。また、同様に、サーメット工具の表面からの深さが１０００μｍの位置における、食刻されなかった硬質相の面積率と、食刻された結合相との面積率を測定して、サーメット工具の硬質相の体積％と結合相の体積％とを求めた。また、この結合相の体積％を内部の結合相量Ｘ（体積％）とした。表面からの深さが５０〜１００μｍの内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）の結果を表６に示し、硬質相の体積％と結合相との体積％の結果を表５に示す。サーメット工具の結合相量Ｘ（体積％）と、工具の切刃の表面の結合相面積率Ｙ（面積％）との関係、およびサーメット工具の結合相量Ｘ（体積％）と、工具の断面における表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）との関係の判定結果を表７に示す。 Next, the cross section of the cermet tool was etched using aqua regia for 1 minute. By observing the internal region of the etched cermet tool from 50 μm to 100 μm in depth with a SEM, and analyzing the SEM photograph of the cross-section taken at 3000 times using image analysis software The area ratio of the etched binder phase was measured to determine the binder phase amount Z (volume%). Similarly, the hard area of the cermet tool is measured by measuring the area ratio of the hard phase not etched and the area ratio of the etched binder phase at a depth of 1000 μm from the surface of the cermet tool. The volume% of the phase and the volume% of the binder phase were determined. Further, the volume% of the binder phase was defined as the internal binder phase amount X (volume%). Table 6 shows the result of the binder phase amount Z (% by volume) contained in the inner region having a depth of 50 to 100 μm from the surface, and Table 5 shows the result of the volume% of the hard phase and the binder phase. . The relationship between the binding phase amount X (volume%) of the cermet tool and the bonding phase area ratio Y (area%) of the surface of the cutting edge of the tool, the binding phase amount X (volume%) of the cermet tool, and the cross section of the tool Table 7 shows the determination results of the relationship with the amount Z (volume%) of the binder phase contained in the internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm.
上述のサーメット工具を用いて切削加工を行った。被削材として、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状の炭素鋼Ｓ４５Ｃを準備した。ＮＣ旋盤を用い、クーラントを使用して、切削時間２０分の外径連続切削を行った。切削条件は、サーメット工具を用いた一般的な仕上げ加工条件である切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．１２ｍｍ、および切込み１．０ｍｍの条件とした。切削加工後、工具の損傷状態および被削材の仕上げ面粗さ（表面粗さ）について評価を行った。 Cutting was performed using the cermet tool described above. As a work material, cylindrical carbon steel S45C having a diameter of 50 mm and a length of 300 mm was prepared. Using an NC lathe, continuous cutting of the outer diameter was performed using a coolant and a cutting time of 20 minutes. The cutting conditions were a general finishing process condition using a cermet tool: a cutting speed of 250 m / min, a feed amount of 0.12 mm, and a cutting depth of 1.0 mm. After cutting, the damage state of the tool and the finished surface roughness (surface roughness) of the work material were evaluated.
表７に、サーメット工具の損傷状態、および被削材の仕上げ面粗さの測定結果を示す。発明品のサーメット工具の損傷状態は正常摩耗であった。発明品の被削材の仕上げ面粗さ（表面粗さ）は算術平均粗さＲａで１．３μｍ以下であり、非常に良好であった。一方、比較品６および９は、加工変質部が残存した割合が高いため、チッピングを生じ、被削材の仕上げ面粗さは大きくなった。比較品７は、焼結温度が高いので、結合相から成るしみだし層を生成していた。そのため、切削加工時に、圧着分離による欠損を生じ、被削材の仕上げ面粗さは大きくなった。比較品１、３、４および８は、刃先表面の結合相の面積率Ｙ（面積％）または表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域の結合相量Ｚ（体積％）が小さいため、チッピングまたは欠損を生じ、被削材の仕上げ面粗さは大きくなった。比較品２は、サーメット工具の結合相量Ｘ（体積％）が多いため、正常摩耗であったが、逃げ面摩耗幅が大きくなり、被削材の仕上げ面粗さは大きくなった。 Table 7 shows the measurement results of the damaged state of the cermet tool and the finished surface roughness of the work material. The damaged state of the inventive cermet tool was normal wear. The finished surface roughness (surface roughness) of the work material of the invention was 1.3 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra, which was very good. On the other hand, in Comparative products 6 and 9, since the ratio of the work-affected parts remaining was high, chipping occurred, and the finished surface roughness of the work material increased. Since the comparative product 7 had a high sintering temperature, a oozing layer composed of a binder phase was generated. Therefore, the chipping caused by pressure separation occurred during the cutting process, and the finished surface roughness of the work material increased. Comparative products 1, 3, 4 and 8 have a small area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the blade edge or a binder phase amount Z (volume%) in the internal region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm. Chipping or chipping occurred, and the finished surface roughness of the work material increased. Comparative product 2 had a normal wear due to a large amount of binder phase X (volume%) of the cermet tool, but the flank wear width increased and the finished surface roughness of the work material increased.
Claims (8)
前記サーメット工具の切刃の表面は、加工変質部と、残りの加工変質除去部とからなり、前記加工変質部は、前記サーメット工具の切刃の表面全体に対して０．１〜５面積％であり、
前記サーメット工具の切刃の表面における前記結合相の面積率Ｙ（面積％）は、前記サーメット工具の切刃の表面全体に対して２．５〜３４面積％であり、
前記サーメット工具における、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの内部領域に含まれる結合相量Ｚ（体積％）は、表面からの深さが５０μｍから１００μｍまでの前記内部領域全体に対して３．５〜１５．５体積％であり、
前記サーメット工具の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．１〜０．７５μｍであるサーメット工具。 83 to 97% by volume of a hard phase made of a titanium compound, and 3 to 17% by volume of a binder phase mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe, the hard phase and the bond A cermet tool whose total phase is 100% by volume,
The surface of the cutting edge of the cermet tool is composed of a work-affected part and a remaining work-removal removing part, and the work-affected part is 0.1 to 5 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool. And
The area ratio Y (area%) of the binder phase on the surface of the cutting blade of the cermet tool is 2.5 to 34 area% with respect to the entire surface of the cutting blade of the cermet tool,
In the cermet tool, the amount of binder phase Z (% by volume) contained in the inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm is 3 with respect to the entire inner region having a depth from the surface of 50 μm to 100 μm. .5～15.5 volume% der is,
The surface roughness of the cermet tool, 0.1～0.75Myuemu der Ru cermet tools in arithmetic average roughness Ra.
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