JP6603061B2 - Cermet and cutting tools - Google Patents
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Description
本発明はサーメットおよび切削工具に関する。 The present invention relates to a cermet and a cutting tool.
現在、切削工具や耐摩耗性部材、摺動部材等の耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする構造部材の材料として、チタンを主成分とするサーメットが広く使われている。このような用途に使用するサーメットは、相手材との反応性が低いほうが、サーメット製の部材の寿命を長くすることができる。 Currently, cermets mainly composed of titanium are widely used as materials for structural members that require wear resistance, slidability, and fracture resistance, such as cutting tools, wear-resistant members, and sliding members. The cermet used for such an application can prolong the lifetime of the cermet member when the reactivity with the counterpart material is low.
例えば、特許文献1では、超硬合金の表面からCoが拡散することを抑制するために超硬合金の表面を硼化処理することが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses boriding the surface of the cemented carbide in order to prevent Co from diffusing from the surface of the cemented carbide.
サーメットにおいても、被削材へCoが拡散することを抑制することが求められていた。 In cermets as well, it has been required to suppress the diffusion of Co into the work material.
本実施形態のサーメットは、TiとWとを含有するとともに、CoおよびNiの少なくとも一方を総量で8質量%〜30質量%含有するサーメットであって、
前記TiとWとを含有する周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物からなる硬質相と、前記CoおよびNiの少なくとも1種とWとを含有する結合相とを含み、該結合相が、前記CoおよびNiの総量に対する前記Wの質量比(W/(Co+Ni))が0.8以下の第1結合相と、前記比(W/(Co+Ni))が1.2以上の第2結合相とを含むとともに、
前記サーメットの表面に、FC250材を接触させて130kPaの圧力をかけた状態で、真空度が1Paの真空中、1050℃で60分間保持する反応試験の後、前記FC250材へのWの平均拡散距離が30μm以下である。
The cermet of this embodiment is a cermet containing Ti and W and containing at least one of Co and Ni in a total amount of 8% by mass to 30% by mass,
A hard phase composed of one or more carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table containing Ti and W, and a binder phase containing at least one of Co and Ni and W The bonded phase is a first bonded phase in which the mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)) is 0.8 or less, and the ratio (W / (Co + Ni)) is Including a second bonded phase of 1.2 or more,
After a reaction test in which the FC250 material is brought into contact with the surface of the cermet and a pressure of 130 kPa is applied and the degree of vacuum is 1 Pa and held at 1050 ° C. for 60 minutes, the average diffusion of W into the FC250 material The distance is 30 μm or less.
本実施形態の切削工具は、上記サーメットを基体とするものである。 The cutting tool of this embodiment uses the cermet as a base.
本実施形態のサーメットによれば、鉄系の金属部材との反応性が低く、切削工具や耐摩耗性部材、摺動部材等の相手材の溶着を抑制できるとともに、サーメットの耐摩耗性の低下を抑制できる。 According to the cermet of this embodiment, the reactivity with the iron-based metal member is low, the welding of the mating material such as the cutting tool, the wear-resistant member, and the sliding member can be suppressed, and the wear resistance of the cermet is reduced. Can be suppressed.
本実施形態の切削工具によれば、被削材等の相手材に対する反応性が抑制できるので、切削加工等の作動中にサーメットの表面が変質しにくく、長期間使用することができる。 According to the cutting tool of this embodiment, since the reactivity with respect to a counterpart material such as a work material can be suppressed, the surface of the cermet is hardly changed during operation such as cutting, and can be used for a long time.
本実施形態のサーメットの一例について、図1のサーメットの内部の一例についての模式図を基に説明する。 An example of the cermet of this embodiment will be described based on a schematic diagram of an example of the inside of the cermet in FIG.
第1実施形態のサーメット1は、TiとWとを含有するとともに、CoおよびNiの少なくとも一方を総量で8質量%〜30質量%含有する。また、サーメット1の組織は、少なくともTiとWとを含む周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物からなる硬質相2と、CoおよびNiの少なくとも1種とWとを含有する結合相3と含有する。サーメット1の顕微鏡観察において、硬質相2の面積比は65〜95面積%、結合相3の面積比は5〜35面積%である。面積比は、サーメット1の顕微鏡写真から画像解析法にて算出できる。本実施態様では、硬質相2はTiを主成分とする。 The cermet 1 of the first embodiment contains Ti and W, and contains at least one of Co and Ni in a total amount of 8% by mass to 30% by mass. Further, the structure of the cermet 1 is composed of a hard phase 2 made of one or more carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table containing at least Ti and W, and at least one of Co and Ni. A binder phase 3 containing W is contained. In microscopic observation of cermet 1, the area ratio of hard phase 2 is 65 to 95 area%, and the area ratio of binder phase 3 is 5 to 35 area%. The area ratio can be calculated from the micrograph of cermet 1 by an image analysis method. In this embodiment, the hard phase 2 has Ti as a main component.
結合相3は、CoおよびNiの総量に対するWの質量比(W/(Co+Ni))が0.8以下の第1結合相4と、CoおよびNiの総量に対するWの質量比(W/(Co+Ni))が1.2以上の第2結合相5とを含有する。第1結合相4、第2結合相5の判別は、サーメット1の顕微鏡観察にて、各金属元素の分布を確認し、各位置における金属元素の比率の結果に基づいておこなう。 The binder phase 3 includes a first binder phase 4 having a mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)) of 0.8 or less, and a mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni )) Contains the second bonded phase 5 of 1.2 or more. The first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 are discriminated based on the result of the ratio of the metal elements at each position by confirming the distribution of each metal element by observing the cermet 1 with a microscope.
ここで、第1結合相4および第2結合相5の輪郭を特定する方法について説明する。第1結合相4や第2結合相5の外形状を見たときにくびれ部がある場合、そのくびれ部の最短長さを境界として仮定し、以下のように判定する。例えば、図1のように、第2結合相5の外形状を見たときにくびれ部がある場合、このくびれ部の最短長さdに対して、くびれ部を挟んで2つの領域に位置する第2結合層5の最長長さL1、L2がいずれも3倍以
上あるときには、くびれ部を境界とし、この境界を挟んで2つの第2結合相5が存在すると判定する。一方、くびれ部の最細長さを挟んで隣り合う2つの領域の最長長さのどちらかが3倍未満であるときには、境界があるとはせずに2つの領域を1つと判定する。なお、図1に、第1結合相4同士、第2結合相5同士、および第1結合相4と第2結合相5との境界を点線で示している。
Here, a method for specifying the contours of the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 will be described. When there is a constricted portion when the outer shape of the first bonded phase 4 or the second bonded phase 5 is viewed, the shortest length of the constricted portion is assumed as a boundary, and the determination is made as follows. For example, as shown in FIG. 1, when there is a constricted portion when the outer shape of the second bonded phase 5 is viewed, the constricted portion is located in two regions with respect to the shortest length d of the constricted portion. When the longest lengths L 1 and L 2 of the second bonding layer 5 are both three times or more, it is determined that there are two second bonding phases 5 with the constricted portion as a boundary and sandwiching this boundary. On the other hand, if one of the longest lengths of two adjacent areas across the narrowest length of the constricted portion is less than three times, it is determined that the two areas are one without having a boundary. In FIG. 1, the first bonded phases 4, the second bonded phases 5, and the boundary between the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 are indicated by dotted lines.
また、第1結合相4と第2結合相5との境界については、CoおよびNiの総量に対するWの質量比(W/(Co+Ni))を確認して特定する。また、第1結合相4と第2結合相5との間には、いずれにも属しないその他の結合相が存在する場合がある。この場合においても第1結合相4、第2結合相5、他の結合相の境界は、CoおよびNiの総量に対するWの質量比(W/(Co+Ni))を確認して特定する。なお、サーメット1の顕微鏡写真は、第1結合相4と第2結合相5とが存在し、かつ第1結合相4と第2結合相5とがそれぞれ3個(3箇所)以上存在する倍率で測定する。 Further, the boundary between the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 is specified by confirming the mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)). In addition, there may be other bonded phases that do not belong to any of the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5. Even in this case, the boundary between the first bonded phase 4, the second bonded phase 5, and the other bonded phase is specified by confirming the mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)). The micrograph of the cermet 1 is a magnification in which the first binder phase 4 and the second binder phase 5 exist, and the first binder phase 4 and the second binder phase 5 exist in three (three places) or more. Measure with
第1結合相4と第2結合相5とを有するサーメット1は放熱性が高い。すなわち、第2結合相5は第1結合相4よりも熱伝導性が高いので、サーメット1中の熱伝導性が高くなって、サーメット1の放熱性が高くなる。そのため、このサーメット1を、例えば、切削工具の基体として用いたときには、切削時に切刃の温度が高くなりにくく、切刃における耐摩耗性が向上する。また、第1結合相4と第2結合相5はサーメット1中の硬質相2に対して弾性が高い。そのため、第2結合相5は、WとCoとの複合炭窒化物に比べて弾性が高いので、サーメット1に衝撃がかかったときに第2結合相5が弾性変形して衝撃を吸収することができる。そのため、サーメット1の耐欠損性を高めることができる。また、第1結合相4は、硬質相2との濡れ性が高く、クラックの進展を抑制して、この点でもサーメット1の耐欠損性を高めることができる。 The cermet 1 having the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 has high heat dissipation. That is, since the second bonded phase 5 has higher thermal conductivity than the first bonded phase 4, the thermal conductivity in the cermet 1 is increased, and the heat dissipation of the cermet 1 is increased. Therefore, when this cermet 1 is used as a base of a cutting tool, for example, the temperature of the cutting edge is difficult to increase during cutting, and the wear resistance of the cutting edge is improved. Further, the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 are highly elastic with respect to the hard phase 2 in the cermet 1. Therefore, since the second bonded phase 5 has higher elasticity than the composite carbonitride of W and Co, the second bonded phase 5 is elastically deformed and absorbs the impact when the cermet 1 is subjected to an impact. Can do. Therefore, the fracture resistance of the cermet 1 can be increased. Moreover, the 1st binder phase 4 has high wettability with the hard phase 2, can suppress the progress of a crack, and can improve the fracture resistance of the cermet 1 also in this respect.
本実施形態のサーメット1は、サーメット1の表面に、FC250材(以下FC材と略すことがある。)15を接触させて130kPaの圧力をかけた状態で、真空度が1Paの真空中、1050℃で60分間保持する反応試験の後、FC材15へのWの平均拡散距離が30μm以下である。 The cermet 1 of the present embodiment is a 1050 in a vacuum with a degree of vacuum of 1 Pa in a state in which a pressure of 130 kPa is applied to the surface of the cermet 1 with an FC250 material (hereinafter sometimes abbreviated as FC material) 15 applied. After the reaction test held at 60 ° C. for 60 minutes, the average diffusion distance of W to the FC material 15 is 30 μm or less.
これによって、サーメット1をFC材15等の鉄系の部材と接触させて使う構造部材として用いたときに、サーメット1の表面が変質することを抑制して、サーメット1を長期間に亘って使用することができる。 As a result, when the cermet 1 is used as a structural member that is used in contact with an iron-based member such as the FC material 15, the surface of the cermet 1 is suppressed from being altered, and the cermet 1 is used over a long period of time. can do.
ここで、反応試験後のFC材15へのWの平均拡散距離は、以下の方法で測定する。反応試験後のサーメット1とFC材15との積層体について、サーメット1とFC材15との接触面に垂直な断面を切り出す。この断面について、サーメット1とFC材15との接触面付近について、電子線マイクロアナライザ(EPMA)によってWの含有量を測定する(図2(a)の面分析データ)。なお、サーメット1の接触面に平行な幅方向についての測定領域は150μm以上とし、この範囲内の測定点の平均値を測定して、図2(c)の線分析データとする。また、図示しないが、サーメット1の接触面からの深さが200μm〜205μmにおけるWの含有量を測定して平均値を求め、サーメット1の内部のW含有量とする。そして、FC材15中のWの含有量を測定して、深さ方向の20μmの長さ内のW含有量の変化率が、サーメット1の内部のW含有量に対して1%以下となる位置(P)を特定し、接触面からPまでの距離をWの平均拡散距離とする。つまり、FC材15のサーメット1との接触面から30μmの深さの範囲内に存在するPにおけるWの含有量と、点Pから接触面とは逆側に20μmの位置におけるWの含有量との差は、サーメット1の内部のW含有量の1%となる。FC材15へのWCの平均拡散距離の望ましい範囲は26μm以下である。 Here, the average diffusion distance of W to the FC material 15 after the reaction test is measured by the following method. About the laminated body of the cermet 1 and the FC material 15 after the reaction test, a cross section perpendicular to the contact surface between the cermet 1 and the FC material 15 is cut out. About this cross section, W content is measured by the electron beam microanalyzer (EPMA) about the contact surface vicinity of the cermet 1 and the FC material 15 (surface analysis data of Fig.2 (a)). The measurement area in the width direction parallel to the contact surface of the cermet 1 is 150 μm or more, and the average value of the measurement points within this range is measured to obtain the line analysis data in FIG. Although not shown, the W content at a depth of 200 μm to 205 μm from the contact surface of the cermet 1 is measured to obtain an average value, which is taken as the W content inside the cermet 1. Then, the W content in the FC material 15 is measured, and the change rate of the W content within the length of 20 μm in the depth direction is 1% or less with respect to the W content inside the cermet 1. The position (P) is specified, and the distance from the contact surface to P is defined as the W average diffusion distance. That is, the W content in P existing within a depth range of 30 μm from the contact surface of the FC material 15 with the cermet 1, and the W content at a position 20 μm on the opposite side of the contact surface from the point P The difference is 1% of the W content inside the cermet 1. A desirable range of the average diffusion distance of WC to the FC material 15 is 26 μm or less.
本実施形態によれば、反応試験の後に、表面部10における、Wの含有比Wsがサーメット1の表面から200μm深さよりも内部(以下、単に内部と略すことがある。図2〜5には内部8が記載されていない。)8におけるWの含有比Wiに対する比(Ws/Wi)で0.92以上であるのがよい。これによって、図5(a)に示すように、反応試験前の表面領域7にη相9が生成することを抑制する。すなわち、従来のサーメットは、反応試験中に結合相を構成する金属元素の移動が進行しやすく、表面付近において、Co比率が高く、かつW比率が低くなりやすい。これによって、図5(b)に示すように、η相9が析出する。これに対して、比(Ws/Wi)で0.92以上とWの存在比の減少量が少ない表面部10が存在すると、反応試験中に、サーメット1の表面付近におけるCo比率の増加およびFC材15への拡散を低減することができる。 According to the present embodiment, after the reaction test, the W content ratio Ws in the surface portion 10 is less than the depth of 200 μm from the surface of the cermet 1 (hereinafter simply referred to as “inner”. FIGS. The inside 8 is not described.) The ratio (Ws / Wi) of W to the content ratio Wi in 8 is preferably 0.92 or more. As a result, as shown in FIG. 5A, the generation of the η phase 9 in the surface region 7 before the reaction test is suppressed. That is, in the conventional cermet, the movement of the metal element constituting the binder phase is likely to proceed during the reaction test, and the Co ratio is high and the W ratio is likely to be low near the surface. As a result, the η phase 9 is precipitated as shown in FIG. On the other hand, if there is a surface portion 10 in which the ratio (Ws / Wi) is 0.92 or more and the decrease in the abundance ratio of W is small, an increase in the Co ratio in the vicinity of the surface of the cermet 1 and FC Diffusion to the material 15 can be reduced.
FC材15へのCoの平均拡散距離、およびサーメット1へのFeの平均拡散距離についても、同様にして測定する。図3は、図2のサーメット1とFC材15との接触面に垂直な断面についてのCoの含有量の分布を示し、図4は、図2のサーメット1とFC材15との接触面に垂直な断面についてのFeの含有量の分布を示す。FC材15へのCoの平均拡散距離が40μm以下である場合、およびサーメット1へのFeの平均拡散距離が30μm以下である場合には、サーメット1の表面における耐溶着性が高い。 The average diffusion distance of Co to the FC material 15 and the average diffusion distance of Fe to the cermet 1 are also measured in the same manner. 3 shows the distribution of Co content in a cross section perpendicular to the contact surface between cermet 1 and FC material 15 in FIG. 2, and FIG. 4 shows the contact surface between cermet 1 and FC material 15 in FIG. The distribution of Fe content for a vertical cross section is shown. When the average diffusion distance of Co to the FC material 15 is 40 μm or less and when the average diffusion distance of Fe to the cermet 1 is 30 μm or less, the welding resistance on the surface of the cermet 1 is high.
本実施形態によれば、反応試験の後、サーメット1の断面を鏡面研磨した後に、村上試薬で1分間エッチングして、金属顕微鏡にて観察したとき、図5(a)に示すように、サーメット1の表面から200μm深さの範囲内に、η相9が存在しないか、またはη相9の存在比率が2面積%以下の表面部10が存在するのがよい。これによって、W元素が反応試験中に拡散するのを抑制して、サーメット1の表面の変質の進行を抑制することができる。すなわち、従来のサーメットは、反応試験後、表面部10にη相9の存在比率が多く存在する。η相9は硬質相2よりも硬度が低いために、η9相が5面積%より多く存在すると、表面部10における強度が低下して、サーメット1の耐摩耗性および耐欠損性が低下する。 According to the present embodiment, after the reaction test, the cross section of the cermet 1 is mirror-polished, etched with the Murakami reagent for 1 minute, and observed with a metal microscope, as shown in FIG. It is preferable that the η phase 9 does not exist in the range of 200 μm depth from the surface of 1 or the surface portion 10 in which the abundance ratio of the η phase 9 is 2 area% or less. Thereby, it can suppress that W element diffuses during a reaction test, and can suppress the progress of the alteration of the surface of cermet 1. That is, in the conventional cermet, the abundance ratio of the η phase 9 exists in the surface portion 10 after the reaction test. Since the η phase 9 is lower in hardness than the hard phase 2, if the η9 phase is present in an amount of more than 5% by area, the strength at the surface portion 10 is reduced, and the wear resistance and fracture resistance of the cermet 1 are reduced.
なお、反応試験において、例えば、サーメット1のFC材15を接触させる面は、焼き上げ面であってもよいが、焼き上げ面から5μm以内の厚みを研磨して表面領域7の一部が残る表面であってもよく、または表面領域7を除去した研磨面であってもよい。サーメット1のFC材15を接触させる面の表面粗さは、算術平均粗さRaで0.5μm以下とする。 In the reaction test, for example, the surface with which the FC material 15 of the cermet 1 is contacted may be a baked surface, but it is a surface where a part of the surface region 7 remains after polishing the thickness within 5 μm from the baked surface. It may be a polished surface from which the surface region 7 is removed. The surface roughness of the surface with which the FC material 15 of the cermet 1 is brought into contact is 0.5 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra.
結合相3全体の総面積比に対する第1結合相4の総面積比S1と第2結合相5の総面積比S2との合計の比が0.9以上である。すなわち、結合相3の大部分は、第1結合相4と第2結合相5とからなり、その他の結合相は結合相3全体に対する面積比が0.1未満で存在してもよい。第1結合相4または第2結合相5でないその他の結合相は、CoおよびNiの総量に対するWの質量比(W/(Co+Ni))が、0.8<(W/(Co+Ni))<1.2であるが、第1結合相4と第2結合相5との間や、結合相3(第1結合相4または第2結合相5)の硬質相2との界面付近に存在する場合がある。なお、図1では、その他の結合相が存在しない組織を示している。 The ratio of the total area ratio S1 of the first binder phase 4 to the total area ratio S2 of the second binder phase 5 with respect to the total area ratio of the entire binder phase 3 is 0.9 or more. That is, most of the binder phase 3 includes the first binder phase 4 and the second binder phase 5, and the other binder phases may exist with an area ratio of less than 0.1 with respect to the whole binder phase 3. The other binder phase that is not the first binder phase 4 or the second binder phase 5 has a mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)): 0.8 <(W / (Co + Ni)) <1 2 but present between the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 or in the vicinity of the interface with the hard phase 2 of the bonded phase 3 (the first bonded phase 4 or the second bonded phase 5). There is. In addition, in FIG. 1, the structure | tissue in which the other binder phase does not exist is shown.
本実施形態においては、サーメット1の表面から200μm深さの範囲内に、結合相3全体の総面積比に対する第1結合相4の総面積比S1と第2結合相5の総面積比S2との比(S2/S1)が、内部8における比(S2/S1)よりも高い表面領域7が存在する。図6に示すように、Co含有量は減少するが、表面領域7においては、W含有量はCo含有量ほど減少しないものとなる。 In the present embodiment, the total area ratio S1 of the first bonded phase 4 and the total area ratio S2 of the second bonded phase 5 with respect to the total area ratio of the entire bonded phase 3 are within a range of 200 μm depth from the surface of the cermet 1. There is a surface region 7 in which the ratio (S2 / S1) is higher than the ratio (S2 / S1) in the interior 8. As shown in FIG. 6, the Co content decreases, but in the surface region 7, the W content does not decrease as much as the Co content.
これによって、サーメット1を鉄系の相手材と接触させて使用する場合に、サーメット
1の表面において相手材との反応性をより抑制して、サーメット1の表面が変質することをさらに抑制できる。その結果、長期間に亘って、サーメット1を使用できる。すなわち、第2結合相5は第1結合相4よりも耐熱性が高いため、サーメット1の表面における第2結合相5の比率を高めることによって、サーメット1が高温になったときの金属元素の拡散を抑制することができる。その結果、サーメット1の表面における変質を抑制することができる。表面領域7の厚みは、反応試験後の表面部10の厚みと同じであってもよいが、必ずしも同じ厚みである必要はない。表面領域7の厚みは10μm〜30μmであるのがよい。
Accordingly, when the cermet 1 is used in contact with an iron-based counterpart material, the reactivity with the counterpart material on the surface of the cermet 1 can be further suppressed, and the surface of the cermet 1 can be further prevented from being altered. As a result, the cermet 1 can be used over a long period of time. That is, since the second bonded phase 5 has higher heat resistance than the first bonded phase 4, by increasing the ratio of the second bonded phase 5 on the surface of the cermet 1, the metal element of the cermet 1 when the temperature of the cermet 1 is increased. Diffusion can be suppressed. As a result, alteration on the surface of the cermet 1 can be suppressed. The thickness of the surface region 7 may be the same as the thickness of the surface portion 10 after the reaction test, but is not necessarily the same thickness. The thickness of the surface region 7 is preferably 10 μm to 30 μm.
なお、内部8におけるS2とS1との比(S2/S1)は0.2〜1.5である。これによって、サーメット1の耐摩耗性および耐欠損性をともに高めることができる。内部8におけるS2とS1との比(S2/S1)の特に望ましい範囲は、0.3〜1.2である。ここで、第1結合相4の総面積比S1とは、顕微鏡写真における各第1結合相4の面積比の総和である。第2結合相5の総面積比S2も同様に各第2結合相5の面積比の総和である。結合相3全体の総面積比も同様に結合相3を構成する全ての結合相の面積比の総和である。 In addition, the ratio (S2 / S1) of S2 and S1 in the inside 8 is 0.2 to 1.5. Thereby, both the abrasion resistance and the fracture resistance of the cermet 1 can be enhanced. A particularly desirable range of the ratio (S2 / S1) of S2 and S1 in the interior 8 is 0.3 to 1.2. Here, the total area ratio S1 of the first binder phase 4 is the sum of the area ratios of the first binder phases 4 in the micrograph. Similarly, the total area ratio S <b> 2 of the second bonded phase 5 is the sum of the area ratios of the second bonded phases 5. Similarly, the total area ratio of the entire binder phase 3 is the sum of the area ratios of all the binder phases constituting the binder phase 3.
表面領域7における第1結合相4と第2結合相5との特定は、内部8における特定方法と同じであり、いずれも第1結合相4と第2結合相5とが共存する視野内で観察し、3つの視野で測定する。 The identification of the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 in the surface region 7 is the same as the specified method in the interior 8, and both are within the field of view where the first bonded phase 4 and the second bonded phase 5 coexist. Observe and measure in 3 fields of view.
また、本実施態様では、内部8における第1結合相の平均面積比s1と第2結合相の平均面積比s2との比(s2/s1)が、1.1〜2.0である。これによって、サーメット1の放熱性が高く、かつサーメット1に圧縮応力が生じて、サーメット1の耐摩耗性および耐欠損性を高めることができる。比(s2/s1)の特に望ましい範囲は、1.2〜1.7である。内部8における各第1結合相の平均面積は、0.04μm2〜0.10μm2であり、内部8における各第2結合相の平均面積は、0.06μm2〜0.12μm2である。 In this embodiment, the ratio (s2 / s1) between the average area ratio s1 of the first binder phase and the average area ratio s2 of the second binder phase in the interior 8 is 1.1 to 2.0. Thereby, the heat dissipation of the cermet 1 is high, and a compressive stress is generated in the cermet 1, so that the wear resistance and fracture resistance of the cermet 1 can be improved. A particularly desirable range of the ratio (s2 / s1) is 1.2 to 1.7. The average area of each first binder phase in the interior 8 is a 0.04 .mu.m 2 ~0.10Myuemu 2, the average area of each second binder phase in the interior 8 is 0.06μm 2 ~0.12μm 2.
平均面積比s1は顕微鏡写真中に存在する各第1結合相4の面積比の平均値であり、平均面積比s2は顕微鏡写真中に存在する各第2結合相5の面積比の平均値であるが、画像解析法によって測定される。 The average area ratio s1 is an average value of the area ratios of the respective first bonded phases 4 present in the micrograph, and the average area ratio s2 is an average value of the area ratios of the respective second bonded phases 5 present in the micrograph. Yes, it is measured by image analysis.
さらに、本実施態では、図1に示すように、サーメット1の内部8を顕微鏡観察した際に、一視野の総面積における、第1結合相4の面積比S1が15〜22面積%であり、第2結合相5の面積比S2が2〜20面積%であり、S1とS2の合計が17〜35面積%である。 Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, when the inside 8 of the cermet 1 is observed with a microscope, the area ratio S1 of the first binder phase 4 in the total area of one field of view is 15 to 22 area%. The area ratio S2 of the second binder phase 5 is 2 to 20 area%, and the sum of S1 and S2 is 17 to 35 area%.
硬質相2は、TiCN相2aと、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなる固溶体相2bとを含有する。この構造によって、硬質相2の靭性が向上して、耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させることができる。また、その一部は、TiCN相2aからなる芯部を固溶体相2bからなる周辺部で取り囲んだ有芯構造をなしていてもよい。また、図1に見られる硬質相2以外の硬質相として、例えば、Tiを含有しない硬質相や、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物や窒化物からなる硬質相等のその他の硬質相が存在してもよいが、顕微鏡写真において、硬質相全体の面積比に対するその他の硬質相の面積比は、合計で10面積%以下である。本実施形態では、SEM観察におけるEPMA分析にて、周期表第4、5および6族金属の分布を確認し、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属が観察されたものを複合炭窒化物からなる固溶体相2bと認定する。 The hard phase 2 contains a TiCN phase 2a and a solid solution phase 2b made of a composite carbonitride of one or more of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table other than Ti and Ti. With this structure, the toughness of the hard phase 2 is improved, and the fracture resistance can be improved without reducing the wear resistance. In addition, a part thereof may have a cored structure in which a core part made of TiCN phase 2a is surrounded by a peripheral part made of solid solution phase 2b. Further, as a hard phase other than the hard phase 2 seen in FIG. 1, for example, a hard phase not containing Ti, or a hard material composed of one or more carbides or nitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table Although other hard phases such as phases may exist, in the micrograph, the area ratio of the other hard phases to the area ratio of the entire hard phase is 10 area% or less in total. In this embodiment, the EPMA analysis in the SEM observation confirmed the distribution of the metals in Group 4, 5, and 6 in the periodic table, and the group 4, 5, and 6 metals in the periodic table other than Ti and Ti were observed. It is recognized as a solid solution phase 2b made of composite carbonitride.
本実施態では、TiCN相2aの平均粒径daは0.05〜0.5μmであり、固溶体相2bの平均粒径dbが0.5〜2μmでTiCN相2aの平均粒径daよりも大きい。粒径比(db/da)は3.0〜10である。これによって、サーメットの耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させることができる。顕微鏡写真におけるTiCN相2aの面積比Saは、視野全体に対する面積比で20〜35面積%であり、固溶体相2bの面積比Sbは、視野全体に対する面積比で35〜50面積%である。この範囲であれば、サーメット1の耐摩耗性を低下させることなく、耐欠損性を高めることができる。 In the present exemplary state, the average particle diameter da of TiCN phase 2a is 0.05 to 0.5 [mu] m, an average particle diameter d b of the solid solution phase 2b is than the average particle diameter d a of the TiCN phase 2a in 0.5~2μm Is also big. The particle size ratio (d b / d a ) is 3.0-10. As a result, the fracture resistance can be improved without reducing the wear resistance of the cermet. The area ratio Sa of the TiCN phase 2a in the micrograph is 20 to 35 area% as an area ratio with respect to the entire visual field, and the area ratio Sb of the solid solution phase 2b is 35 to 50 area% as an area ratio with respect to the entire visual field. Within this range, the fracture resistance can be improved without reducing the wear resistance of the cermet 1.
なお、硬質相2、結合相3の特定は、電子線マイクロアナライザ(EPMA)またはオージェ分析にて各元素の分布状態および含有比を確認することによって判別できる。また、硬質相2の粒径の測定は、CIS−019D−2005に規定された超硬合金の平均粒径の測定方法に準じて測定する。この時、有芯構造をなす固溶体相2bの粒径は、芯部を構成するTiCN相2aの存在を無視して算出する。 The hard phase 2 and the binder phase 3 can be identified by confirming the distribution state and content ratio of each element by an electron beam microanalyzer (EPMA) or Auger analysis. Moreover, the measurement of the particle size of the hard phase 2 is carried out according to the measuring method of the average particle size of the cemented carbide specified in CIS-019D-2005. At this time, the particle diameter of the solid solution phase 2b having a cored structure is calculated by ignoring the presence of the TiCN phase 2a constituting the core part.
本実施態様では、サーメット1中の炭素含有量が6.50質量%〜8.00質量%である。この範囲であれば、サーメット1の耐摩耗性および耐欠損性がともに高い。サーメット1中の炭素含有量は、サーメット1の表面にサーメット1の内部8とは異なる組成である可能性もあるので、サーメット1の表面から500μm以上研磨除去した組織の一部を粉末にして炭素分析によって測定できる。炭素含有量の特に好適な範囲は6.50質量%〜7.00質量%である。 In this embodiment, the carbon content in the cermet 1 is 6.50 mass% to 8.00 mass%. Within this range, both the wear resistance and fracture resistance of the cermet 1 are high. The carbon content in the cermet 1 may have a composition different from that of the interior 8 of the cermet 1 on the surface of the cermet 1, so that a part of the structure polished and removed by 500 μm or more from the surface of the cermet 1 is used as a powder. It can be measured by analysis. A particularly suitable range for the carbon content is 6.50 mass% to 7.00 mass%.
サーメット1中の窒素含有量は6.20質量%〜7.20質量%である。この範囲であれば、サーメット1の耐摩耗性が高い。サーメット1中の窒素含有量は、炭素含有量の分析をする箇所と同じ範囲で測定できる。 The nitrogen content in cermet 1 is 6.20% by mass to 7.20% by mass. If it is this range, the abrasion resistance of the cermet 1 is high. The nitrogen content in the cermet 1 can be measured in the same range as the location where the carbon content is analyzed.
また、本実施形態では、サーメット1に含有される金属元素の総量に対する各金属元素の含有量は、Tiが30質量%〜55質量%、Wが10質量%〜30質量%、Nbが0〜20質量%、Moが0〜10質量%、Taが0〜10質量%、Vが0〜5質量%、Zrが0〜5質量%、Coが5質量%〜25質量%、Niが0〜15質量%の比率からなる。この組成範囲であれば、サーメット1は耐摩耗性および耐欠損性の高いものとなる。 Moreover, in this embodiment, content of each metal element with respect to the total amount of metal elements contained in the cermet 1 is such that Ti is 30% by mass to 55% by mass, W is 10% by mass to 30% by mass, and Nb is 0 to 0%. 20 mass%, Mo 0-10 mass%, Ta 0-10 mass%, V 0-5 mass%, Zr 0-5 mass%, Co 5 mass% -25 mass%, Ni 0-0. It consists of a ratio of 15% by mass. Within this composition range, the cermet 1 has high wear resistance and fracture resistance.
特に、サーメット1中の金属元素総量に対するW元素の含有比率が15質量%〜30質量%の比率であると、サーメット1の靭性および耐欠損性が向上する。 In particular, when the content ratio of the W element with respect to the total amount of metal elements in the cermet 1 is a ratio of 15% by mass to 30% by mass, the toughness and fracture resistance of the cermet 1 are improved.
サーメット1は、さらにMn成分を含有するものであってもよい。これによって、硬質相2の粒成長を抑制する効果があり、サーメット1の硬度および強度が向上する。原料として添加されるMn成分の一部は焼成中に揮発してもよく、サーメット1中に含有されるMn含有量は原料中に添加されるMn成分の含有量よりも少ない。サーメット1に含有される金属元素の総量に対するMn含有量は0.01質量%〜0.5質量%である。Mn成分は、サーメット1において、硬質相2よりも第2結合相5中に多く含有される場合には、硬質相2の粒成長を抑制する効果がある。また、硬質相2中に含有されるMn含有量と第1結合相4中に含有されるMn含有量との比は0.7〜1.5である。 Cermet 1 may further contain a Mn component. This has an effect of suppressing the grain growth of the hard phase 2 and the hardness and strength of the cermet 1 are improved. Part of the Mn component added as a raw material may volatilize during firing, and the Mn content contained in the cermet 1 is less than the content of the Mn component added in the raw material. The Mn content relative to the total amount of metal elements contained in the cermet 1 is 0.01% by mass to 0.5% by mass. When the Mn component is contained more in the second bonded phase 5 than in the hard phase 2 in the cermet 1, there is an effect of suppressing the grain growth of the hard phase 2. The ratio of the Mn content contained in the hard phase 2 to the Mn content contained in the first binder phase 4 is 0.7 to 1.5.
本実施形態の切削工具は、上記サーメットを基体とするものであり、サーメットの放熱性が高く、耐衝撃性が高く、かつ耐欠損性が高いものであることから、切削工具として耐摩耗性および耐欠損性の高いものとなる。なお、切削工具は、上述したサーメットを基体とし、その表面に、TiN層やTiAlN層等の被覆層を設けたものであってもよい。 The cutting tool of the present embodiment is based on the cermet, and the cermet has high heat dissipation, high impact resistance, and high fracture resistance. High fracture resistance. The cutting tool may be one in which the above-described cermet is used as a base and a coating layer such as a TiN layer or a TiAlN layer is provided on the surface thereof.
(製造方法)
次に、上述したサーメットおよび切削工具の製造方法について説明する。
まず、平均粒径0.1〜1.2μm、特に0.3〜0.9μmのTiCN粉末と、平均粒径0.1〜2.5μmのWC粉末と、TiCNおよびWC以外の周期表4、5、6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末の少なくとも1種と、平均粒径0.5〜5μmの所定量の金属Co粉末や金属Ni粉末と、平均粒径3〜15μmの金属W粉末およびWC1−x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種を1〜20質量%と、所望により炭素粉末を添加して混合し混合粉末を調整する。さらに、混合粉末には、平均粒径0.5〜5μmの所定量のMnC粉末を添加してもよい。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the cermet and cutting tool mentioned above is demonstrated.
First, a TiCN powder having an average particle size of 0.1 to 1.2 μm, particularly 0.3 to 0.9 μm, a WC powder having an average particle size of 0.1 to 2.5 μm, and a periodic table 4 other than TiCN and WC, At least one of group 5, 6 metal carbide powder, nitride powder, carbonitride powder, a predetermined amount of metal Co powder or metal Ni powder having an average particle size of 0.5-5 μm, and an average particle size of 3-15 μm The mixed powder is prepared by adding at least one of the metal W powder and WC 1-x (0 <x ≦ 1) powder to 1 to 20% by mass and optionally adding carbon powder and mixing. Furthermore, a predetermined amount of MnC powder having an average particle size of 0.5 to 5 μm may be added to the mixed powder.
本実施態においては、TiCN以外の周期表4、5、6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末の少なくとも1種として、平均粒径0.1〜3μmのTiN粉末、WC粉末、NbC粉末、MoC、TaC粉末、VC粉末、ZrC粉末が適用可能である。 In this embodiment, TiN powder and WC powder having an average particle size of 0.1 to 3 μm as at least one of carbide powder, nitride powder, and carbonitride powder of periodic tables 4, 5, and 6 metals other than TiCN NbC powder, MoC, TaC powder, VC powder and ZrC powder are applicable.
混合粉末の調整は、上記原料粉末にバインダや溶媒等を添加して、ボールミル、振動ミル、ジェットミル、アトライタミル等の公知の混合方法で混合する。アトライタミルによる粉末混合を用いれば、原料粉末は粉砕されて粒径が小さくなるが、金属粉末は延性が高いので、粉砕されにくい傾向にある。そして、この混合粉末をプレス成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法によって所定形状の成形体を形成する。 The mixed powder is prepared by adding a binder, a solvent, or the like to the raw material powder, and mixing by a known mixing method such as a ball mill, a vibration mill, a jet mill, or an attritor mill. If powder mixing by an attritor mill is used, the raw material powder is pulverized to reduce the particle size, but the metal powder has a high ductility and therefore tends to be difficult to pulverize. Then, a molded body having a predetermined shape is formed from the mixed powder by a known molding method such as press molding, extrusion molding, or injection molding.
次に、本実施形態によれば、上記成形体を、真空または不活性ガス雰囲気中にて焼成する。本実施態様によれば、次の条件にて焼成することにより、上述した所定組織のサーメットを作製することができる。具体的な焼成条件としては、(a)室温から1100℃まで昇温し、(b)真空中にて1100℃から1330〜1380℃の焼成温度T1まで0.1〜2℃/分の昇温速度aで昇温し、(c)真空中または30〜2000Paの不活性ガス雰囲気中にて焼成温度T1から1500〜1600℃の焼成温度T2まで4〜15℃/分の昇温速度bで昇温し、(d)真空または30〜500Paの不活性ガス雰囲気中にて焼成温度T2にて0.5〜2時間保持した後、(e)5〜15℃/分の降温速度eで降温する焼成条件で焼成する。 Next, according to this embodiment, the said molded object is baked in a vacuum or inert gas atmosphere. According to this embodiment, the cermet having the predetermined structure described above can be produced by firing under the following conditions. As specific firing conditions, (a) the temperature is raised from room temperature to 1100 ° C., and (b) the vacuum is raised from 1100 ° C. to a firing temperature T 1 of 1330 to 1380 ° C. from 0.1 to 2 ° C./min. The temperature is increased at a temperature rate a, and (c) a temperature increase rate of 4 to 15 ° C./min from a firing temperature T 1 to a firing temperature T 2 of 1500 to 1600 ° C. in vacuum or in an inert gas atmosphere of 30 to 2000 Pa. the temperature was raised at b, (d) was held at sintering temperature T 2 0.5 to 2 hours in an inert gas atmosphere in the vacuum or 30~500Pa, lowering rate of the (e) 5~15 ℃ / min Firing is performed under the firing conditions of e.
上記原料粉末におけるWC粉末および金属W粉末の平均粒径を調整するとともに、上記焼成時の昇温パターン、および所定量の不活性ガスを導入するタイミングを制御することによって、Co粉末およびNi粉末は互いに固溶しながら溶解して、硬質相の周囲に回り込み、硬質相間を結合する。また、成形体中に他の原料粉末よりも平均粒径が大きい状態で存在する金属W粉末およびWC1−x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種は、焼成によってその一部が硬質相内に拡散するが、一部は第2結合相を形成する。その結果、上述した組織のサーメット1を作製することができる。 By adjusting the average particle diameter of the WC powder and the metal W powder in the raw material powder, and controlling the temperature rising pattern during the firing and the timing of introducing a predetermined amount of inert gas, the Co powder and the Ni powder are It melts while being dissolved in each other, wraps around the hard phase, and bonds between the hard phases. Further, at least one of the metal W powder and the WC 1-x (0 <x ≦ 1) powder that exists in the molded body in a state in which the average particle size is larger than that of the other raw material powder is partially hardened by firing. Although diffused into the phase, some form a second bonded phase. As a result, the cermet 1 having the structure described above can be produced.
すなわち、(b)工程における昇温速度が0.1℃/分より遅いと、焼成時間が長すぎて現実的ではなく、(b)工程における昇温速度が2℃/分より速いと、サーメット1の表面にボイドが生じやすい。また、(c)工程における昇温速度が4℃/分より遅いと、第1結合相と第2結合相の両方が存在しにくい。(c)工程における昇温速度が15℃/分より速いと、サーメット1の表面にボイドが生じやすい。焼成温度T2が1500℃未満では、焼結性が不十分であり、焼成温度T2が1600℃より高いと、第1結合相と第2結合相の両方が存在しにくい。(e)工程における降温速度が5℃/分より遅いと、特に(c)(d)工程中に不活性ガスとしてCH4ガスを混合した場合には、第2結合相が形成されずWとCoを含有する複合炭窒化物が形成されやすくなる。(e)工程における降温速度が15℃/分より速いと、サーメットの表面にクラックが発生しやすくなる。また、焼成時の(d)工程における雰囲気を500Pa以下の不活性ガス雰囲気とすることによって、表面領域7およびWの存在比率が高い表面部10を容易に形成することができる。 That is, if the rate of temperature increase in step (b) is slower than 0.1 ° C./min, the firing time is too long to be practical, and if the rate of temperature increase in step (b) is higher than 2 ° C./min, cermet Voids are likely to occur on the surface of 1. Moreover, when the rate of temperature increase in the step (c) is slower than 4 ° C./min, it is difficult for both the first binder phase and the second binder phase to exist. If the rate of temperature increase in the step (c) is faster than 15 ° C./min, voids are likely to occur on the surface of the cermet 1. When the firing temperature T 2 is less than 1500 ° C., the sinterability is insufficient, and when the firing temperature T 2 is higher than 1600 ° C., it is difficult for both the first binder phase and the second binder phase to exist. When the temperature drop rate in the step (e) is slower than 5 ° C./min, particularly when CH 4 gas is mixed as an inert gas during the steps (c) and (d), the second bonded phase is not formed and W A composite carbonitride containing Co is easily formed. (E) When the temperature-fall rate in a process is faster than 15 degree-C / min, it will become easy to generate | occur | produce a crack on the surface of a cermet. Further, by setting the atmosphere in the step (d) at the time of firing to an inert gas atmosphere of 500 Pa or less, the surface portion 10 having a high abundance ratio of the surface region 7 and W can be easily formed.
そして、所望により、サーメットの表面に被覆層を成膜することによって、切削工具を作製する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着(PVD)法が好適に適応可能である。 And if desired, a cutting tool is produced by forming a coating layer on the surface of the cermet. A physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be suitably applied as the coating layer forming method.
マイクロトラック法による測定にて平均粒径0.6μmのTiCN粉末、平均粒径1.1μmのWC粉末、平均粒径1.5μmのTiN粉末、平均粒径2μmのTaC粉末、平均粒径1.5μmのNbC粉末、平均粒径2.0μmのMoC粉末、平均粒径1.8μmのZrC粉末、平均粒径1.0μmのVC粉末、平均粒径3.0μmのMnC粉末、平均粒径2.4μmのNi粉末、および平均粒径1.9μmのCo粉末、表1に示す平均粒径のW粉末、WC0.5粉末(W粉末およびWC0.5粉末を、表中、W、WC0.5と記載)を表1に示す比率で調整した混合粉末を、ステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール(IPA)にて湿式混合し、パラフィンを3質量%添加して、アトライタミルで混合した。その後、スプレードライで造粒した造粒粉を用いて、150MPaでCNMG120408の切削工具(スローアウェイチップ)形状にプレス成形した。 TiCN powder having an average particle size of 0.6 μm, WC powder having an average particle size of 1.1 μm, TiN powder having an average particle size of 1.5 μm, TaC powder having an average particle size of 2 μm, an average particle size of 1. 1. 5 μm NbC powder, average particle size 2.0 μm MoC powder, average particle size 1.8 μm ZrC powder, average particle size 1.0 μm VC powder, average particle size 3.0 μm MnC powder, average particle size 4 μm Ni powder, Co powder having an average particle size of 1.9 μm, W powder having an average particle size shown in Table 1, WC 0.5 powder (W powder and WC 0.5 powder are represented by W, WC 0 in the table) .5 ) is mixed at a ratio shown in Table 1 with a stainless steel ball mill and a carbide ball, and wet mixed with isopropyl alcohol (IPA), and 3 mass% of paraffin is added. Mixed. Then, it was press-molded into a cutting tool (slow away tip) shape of CNMG120408 at 150 MPa using the granulated powder granulated by spray drying.
そして、(a)室温から1100℃まで昇温し、(b)真空中にて1100℃から1350℃まで昇温速度aが0.7℃/分で昇温し、(c)1000PaのN2ガス雰囲気中にて焼成温度1350℃から表1に示す焼成温度T2まで昇温速度b(表1中、速度bと記載)で昇温し、(d)表1に示す圧力のN2ガス雰囲気(表1中、d雰囲気と記載)中にて焼成温度T2にて1時間保持した後、(e)表1に示す降温速度e(表中、速度eと記載)で降温する焼成条件で焼成した。なお、試料No.18、19については、(c)(d)工程において、N2ガスの一部をCH4ガスに置換した雰囲気中で焼成した。 Then, (a) the temperature is increased from room temperature to 1100 ° C., (b) the temperature increase rate a is increased from 1100 ° C. to 1350 ° C. in vacuum at a rate of 0.7 ° C./min, and (c) N 2 of 1000 Pa. In a gas atmosphere, the temperature was raised from a firing temperature of 1350 ° C. to a firing temperature T 2 shown in Table 1 at a heating rate b (described as speed b in Table 1), and (d) N 2 gas at a pressure shown in Table 1 Firing conditions for holding at a firing temperature T 2 for 1 hour in an atmosphere (described as d atmosphere in Table 1) and then lowering the temperature at a temperature decreasing rate e (described as speed e in the table) shown in Table 1. Baked in. Sample No. 18 and 19 were fired in an atmosphere in which a part of N 2 gas was replaced with CH 4 gas in the steps (c) and (d).
得られた切削工具について、ICP分析にて、サーメット中に含有される金属元素の組成を分析し、金属元素の総量に対する各金属元素の含有量を算出した。また、炭素、窒素
分析装置を用い、炭素含有量が既知のサーメットを標準試料として、サーメットの表面から500μm以上研磨した中央部分についての炭素含有量を測定した。結果は表2に示した。試料No.1〜13における窒素含有量は、いずれも6.20質量%〜7.20質量%の範囲内であった。
About the obtained cutting tool, the composition of the metal element contained in the cermet was analyzed by ICP analysis, and the content of each metal element with respect to the total amount of the metal element was calculated. In addition, using a carbon / nitrogen analyzer, the carbon content was measured for a central portion polished from the surface of the cermet by 500 μm or more using a cermet with a known carbon content as a standard sample. The results are shown in Table 2. Sample No. The nitrogen contents in 1 to 13 were all in the range of 6.20% by mass to 7.20% by mass.
また、サーメットの表面から200μmよりも深い位置においてSEM観察を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行い、サーメットの組織を確認し、50000倍の写真にて電子線マイクロアナライザ(EPMA)にて硬質相および結合相のタイプを特定し、TiCN相、固溶体相、第1結合相、第2結合相の存在の有無を確認した。なお、第2結合相が存在する試料については、各試料とも、視野内で第1結合相と第2結合相がそれぞれ3箇所以上存在している写真にて組織を確認した。 In addition, SEM observation is performed at a position deeper than 200 μm from the surface of the cermet, transmission electron microscope (TEM) observation is performed, the structure of the cermet is confirmed, and an electron beam microanalyzer (EPMA) is used with a 50000 times photograph. The types of the hard phase and the binder phase were specified, and the presence or absence of the TiCN phase, the solid solution phase, the first binder phase, and the second binder phase was confirmed. In addition, about the sample in which the 2nd binder phase exists, the structure | tissue was confirmed in the photograph with the photograph in which the 1st binder phase and the 2nd binder phase each existed in three or more places within a visual field.
また、有芯構造相は、硬質相全体に対して10面積%以下の割合で存在していることがわかった。そして、市販の画像解析ソフトを用いて2500nm×2000nmの領域で画像解析を行い、視野内での第1結合相の平均面積比s1、第2結合相の平均面積比s2、第1結合相の総面積比S1、第2結合相の総面積比S2およびその他の結合相の総面積比(表中、その他と記載)を確認し、比率s2/s1および比率S2/S1を表記した。また、結合相全体に対するS1とS2との合計の面積比(表中、S1+S2比と記載)を算出した。硬質相については、TiCN相および固溶体相の平均粒径(da、db)とその比率db/da、視野内でのTiCN相の面積比Sa、固溶体相の面積比Sbを測定した。結果は表3に示した。 Moreover, it turned out that the cored structure phase exists in the ratio of 10 area% or less with respect to the whole hard phase. Then, image analysis is performed in a 2500 nm × 2000 nm region using commercially available image analysis software, and the average area ratio s1 of the first binder phase, the average area ratio s2 of the second binder phase, and the first binder phase in the visual field. The total area ratio S1, the total area ratio S2 of the second binder phase, and the total area ratio of other binder phases (described as “other” in the table) were confirmed, and the ratio s2 / s1 and the ratio S2 / S1 were described. Further, the total area ratio of S1 and S2 with respect to the entire binder phase (described as S1 + S2 ratio in the table) was calculated. For the hard phase, the average particle size (da, db) and ratio db / da of the TiCN phase and the solid solution phase, the area ratio Sa of the TiCN phase in the visual field, and the area ratio Sb of the solid solution phase were measured. The results are shown in Table 3.
さらに、サーメットの表面から200μmまでの深さにおいてSEM観察を行い、表面領域の存在の有無を確認し、表面領域が存在する場合には、表面領域の厚み、視野内での第1結合相の総面積比S1、第2結合相の総面積比S2およびその他の結合相の総面積比(表中、その他と記載)を確認し、比率S2/S1を表記した。また、結合相全体に対するS1とS2との合計の面積比(表中、S1+S2比と記載)を算出した。硬質相については、TiCN相および固溶体相の平均粒径(da、db)とその比率db/da、視野内でのTiCN相の面積比Sa、固溶体相の面積比Sbを測定した。結果は表4に示した。 Furthermore, SEM observation is performed at a depth of 200 μm from the surface of the cermet to confirm the presence or absence of the surface region. When the surface region is present, the thickness of the surface region and the first bonded phase within the visual field are observed. The total area ratio S1, the total area ratio S2 of the second binder phase, and the total area ratio of other binder phases (described as “other” in the table) were confirmed, and the ratio S2 / S1 was expressed. Further, the total area ratio of S1 and S2 with respect to the entire binder phase (described as S1 + S2 ratio in the table) was calculated. For the hard phase, the average particle diameters (da, db) and ratios db / da of the TiCN phase and the solid solution phase, the area ratio Sa of the TiCN phase in the visual field, and the area ratio Sb of the solid solution phase were measured. The results are shown in Table 4.
また、得られたサーメットの表面を5μm厚みの範囲内で研磨して表面粗さRaを0.5μmとした。これに、FC材を接触させて130kPaの圧力をかけた状態で、真空度が1Paの真空中、1050℃で60分間保持する反応試験を行った。反応試験後に、サーメットのFC材との界面を含む断面について、電子線マイクロアナライザ(EPMA)によって、W、Co、Feの分布を確認した。さらに、サーメットの表面からの深さが200μmから205μmの領域におけるWの含有比率を確認して平均値Wiを算出するとともに、サーメットの表面から5μmまでの深さ領域におけるWの含有比率を確認して平均値Wsを算出し、Ws/Wiとして表5に示した。さらに、サーメットのFC材との界面を含む断面に対して、村上試薬で1分間エッチングして、金属顕微鏡にて400倍で観察し、サーメットの表面から200μmまでの表面部における異常相の有無を確認した。異常相の組成をEPMAで確認したところ、η相(W,Co炭化物相)であることがわかった。表面部におけるη相の面積比率を表5に示した。 Further, the surface of the obtained cermet was polished within the range of 5 μm thickness, so that the surface roughness Ra was 0.5 μm. A reaction test was performed in which a pressure of 130 kPa was applied to the FC material and held at 1050 ° C. for 60 minutes in a vacuum with a degree of vacuum of 1 Pa. After the reaction test, the distribution of W, Co, and Fe was confirmed by an electron beam microanalyzer (EPMA) on the cross section including the interface with the cermet FC material. Furthermore, while confirming the W content ratio in the region where the depth from the surface of the cermet is 200 μm to 205 μm, the average value Wi is calculated, and the content ratio of W in the depth region from the surface of the cermet to 5 μm is confirmed. The average value Ws was calculated and shown in Table 5 as Ws / Wi. Further, the cross section including the interface with the cermet FC material was etched with Murakami reagent for 1 minute and observed with a metal microscope at 400 times, and the presence or absence of an abnormal phase in the surface part from the surface of the cermet to 200 μm was confirmed. confirmed. When the composition of the abnormal phase was confirmed by EPMA, it was found to be an η phase (W, Co carbide phase). Table 5 shows the area ratio of the η phase in the surface portion.
次に、得られた切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表5に合わせて併記した。
(耐摩耗性試験)
被削材:SCM435
切削速度:200m/分
送り:0.2mm/rev
切込み:2.0mm
切削状態:湿式
評価方法:切削長10m切削した時点での逃げ面摩耗幅(mm)および切刃状態
(耐欠損性試験)
被削材:S45C
切削速度:100m/分
送り:0.1〜0.5mm/rev(+0.05mm/rev 各送り10秒)
切込み:2.0mm
切削状態:乾式
評価方法:欠損するまでの切削時間(秒)
Next, a cutting test was performed under the following cutting conditions using the obtained cutting tool. The results are shown together in Table 5.
(Abrasion resistance test)
Work material: SCM435
Cutting speed: 200 m / min Feed: 0.2 mm / rev
Cutting depth: 2.0mm
Cutting state: wet evaluation method: flank wear width (mm) and cutting edge state (fracture resistance test) at the time of cutting 10 m
Work material: S45C
Cutting speed: 100 m / min Feed: 0.1 to 0.5 mm / rev (+0.05 mm / rev each feed 10 seconds)
Cutting depth: 2.0mm
Cutting condition: Dry evaluation method: Cutting time (seconds) until chipping
表1〜5より、試料No.14〜19では、いずれも第2結合相が存在せず、反応試験後のWの拡散距離が30μmを越えるものであり、逃げ面摩耗幅が大きく、かつ欠損するまでの時間が早いものであった。 From Tables 1-5, sample no. In Nos. 14 to 19, the second binder phase does not exist, the diffusion distance of W after the reaction test exceeds 30 μm, the flank wear width is large, and the time until loss is fast. It was.
これに対し、第1結合相と第2結合相を含有し、反応試験後のWの拡散距離が30μm以下の本実施形態の組織を有するサーメットからなる切削工具である試料No.1〜13では、いずれも逃げ面摩耗幅が小さく、かつ欠損するまでの切削時間が長いものであった。 On the other hand, Sample No., which is a cutting tool comprising a cermet having the structure of the present embodiment, which contains the first binder phase and the second binder phase and the W diffusion distance after the reaction test is 30 μm or less. In Nos. 1 to 13, the flank wear width was small, and the cutting time until chipping was long.
中でも、W元素の含有比率が15質量%〜30質量%である試料No.1〜11、13では、欠損に至るまでの時間が長くなった。また、反応試験後の表面部においてη相が存在しないか、または2面積%以下の比率で存在する試料No.1、3〜10では、切削試験において切刃に顕著な溶着が見られなかった。また、サーメットの表面から200μm深さの範囲内に、結合相全体の総面積比に対する第1結合相の総面積比S1と第2結合相の総面積比S2との比(S2/S1)が、サーメットの表面から200μm深さよりも内部における、前記比(S2/S1)よりも高い表面領域が存在する試料No.1、3〜10、12では、逃げ面摩耗幅が小さくなった。 Especially, sample No. whose content ratio of W element is 15 mass%-30 mass%. In 1 to 11 and 13, the time required to reach the defect became longer. In addition, the sample No. in which the η phase does not exist in the surface portion after the reaction test or exists in a ratio of 2 area% or less. In 1 and 3 to 10, no remarkable welding was observed on the cutting edge in the cutting test. Further, within the range of 200 μm depth from the surface of the cermet, the ratio (S2 / S1) of the total area ratio S1 of the first binder phase to the total area ratio S2 of the second binder phase with respect to the total area ratio of the whole binder phase is (S2 / S1). Sample No. 2 having a surface area higher than the ratio (S2 / S1) inside the cermet from the depth of 200 μm. In 1, 3, 10 and 12, the flank wear width was small.
さらに、前記反応試験の後に、サーメットの断面をエッチングした面を金属顕微鏡にて観察したとき、サーメットの表面から200μm深さの領域に、η相が存在しないか、またはη相の存在比率が2面積%以下の範囲で存在する表面部を有する試料No.1、3〜10は、切刃における溶着が少なくなった。また、表面部におけるWの含有比Wsと、内部におけるWの含有比Wiとの比(Ws/Wi)が0.92以上である試料No.1、3〜10では、逃げ面摩耗幅がさらに小さくなった。 Furthermore, after the reaction test, when the surface obtained by etching the cermet cross section is observed with a metallographic microscope, the η phase is not present in the region 200 μm deep from the surface of the cermet, or the abundance ratio of the η phase is 2 Sample No. having a surface portion existing in a range of area% or less. In Nos. 1, 3 to 10, welding on the cutting edge was reduced. In addition, the sample No. 2 in which the ratio (Ws / Wi) of the W content ratio Ws in the surface portion to the W content ratio Wi in the interior is 0.92 or more. In 1, 3 to 10, the flank wear width was further reduced.
1 サーメット
2 硬質相
2a TiCN相
2b 固溶体相
3 結合相
4 第1結合相
5 第2結合相
7 表面領域
8 内部
10 表面部
15 FC材(FC250材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cermet 2 Hard phase 2a TiCN phase 2b Solid solution phase 3 Bonded phase 4 1st bonded phase 5 2nd bonded phase 7 Surface region 8 Internal 10 Surface part 15 FC material (FC250 material)
Claims (6)
前記TiとWとを含有する周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物からなる硬質相と、前記CoおよびNiの少なくとも1種とWとを含有する結合相とを含み、該結合相が、前記CoおよびNiの総量に対する前記Wの質量比(W/(Co+Ni))が0.8以下の第1結合相と、前記比(W/(Co+Ni))が1.2以上の第2結合相とを含むとともに、
前記サーメットの表面に、FC250材を接触させて130kPaの圧力をかけた状態で、真空度が1Paの真空中、1050℃で60分間保持する反応試験の後、前記FC250材へのWの平均拡散距離が30μm以下であるサーメット。 A cermet containing Ti and W and containing at least one of Co and Ni in a total amount of 8% by mass to 30% by mass,
A hard phase composed of one or more carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table containing Ti and W, and a binder phase containing at least one of Co and Ni and W The bonded phase is a first bonded phase in which the mass ratio of W to the total amount of Co and Ni (W / (Co + Ni)) is 0.8 or less, and the ratio (W / (Co + Ni)) is Including a second bonded phase of 1.2 or more,
After a reaction test in which the FC250 material is brought into contact with the surface of the cermet and a pressure of 130 kPa is applied and the degree of vacuum is 1 Pa and held at 1050 ° C. for 60 minutes, the average diffusion of W into the FC250 material Cermet with a distance of 30 μm or less.
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