JP6819018B2 - TiCN-based cermet cutting tool - Google Patents

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Description

この発明は、炭素鋼や合金鋼等の切削加工において、すぐれた耐欠損性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するTiCN基サーメット製切削工具に関するものである。 The present invention relates to a TiCN-based cermet cutting tool that exhibits excellent fracture resistance in cutting of carbon steel, alloy steel, etc., and exhibits excellent cutting performance over a long period of use.

従来、切削工具としては、WC基超硬合金製切削工具、TiCN基サーメット製切削工具、cBN製切削工具等が知られている。
このうち、TiCN基サーメット製切削工具は、鋼に対する親和性が低く、仕上げ面粗さに優れることから、鋼の仕上げ加工用工具として使用されているが、その工具特性、例えば、耐塑性変形性、耐衝撃性、耐欠損性、耐熱亀裂性、耐溶着性、耐摩耗性等、をさらに向上させるべく、いくつかの提案がなされている。
Conventionally, as a cutting tool, a WC-based cemented carbide cutting tool, a TiCN-based cermet cutting tool, a cBN-based cutting tool, and the like are known.
Of these, TiCN-based cermet cutting tools are used as steel finishing tools because they have low affinity for steel and are excellent in finished surface roughness. However, their tool characteristics, such as plastic deformation resistance, are used. Several proposals have been made to further improve impact resistance, fracture resistance, heat crack resistance, welding resistance, wear resistance, and the like.

例えば、特許文献1には、
「結合相形成成分として、
W:2〜15重量%(以下、単に「%」で示す)、
CoおよびNiのうちの1種または2種:5〜25%、
を含有し、硬質相形成成分として、
窒化チタン:10〜40%、
炭化タンタル:3〜30%、
炭化タングステン:5〜25%、
炭化ニオブ:1〜25%、
炭化ジルコニウム:0.1〜5%、
を含有し、残りが同じく硬質相形成成分としての炭化チタンと不可避不純物からなる組成を有するサーメットおよびこのサーメットからなる切削工具」
が提案されている。
そして、上記TiC基サーメットは、耐塑性変形性および耐衝撃性にすぐれ。かつ高硬度を有することから、このサーメットで構成した切削工具は、各種の切削加工、例えば、高速切削加工、高送りおよび高切り込みの重切削加工、あるいは、大きな負荷と熱衝撃が作用するフライス切削等の断続切削加工、において、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性を発揮するとされている。
For example, in Patent Document 1,
"As a binding phase forming component
W: 2 to 15% by weight (hereinafter, simply indicated by "%"),
One or two of Co and Ni: 5-25%,
As a hard phase forming component,
Titanium nitride: 10-40%,
Tantalum Carbide: 3-30%,
Tungsten carbide: 5-25%,
Niobium Carbide: 1-25%,
Zirconium carbide: 0.1-5%,
A cermet having a composition containing titanium carbide as a hard phase forming component and unavoidable impurities, and a cutting tool made of this cermet. "
Has been proposed.
The TiC-based cermet is excellent in plastic deformation resistance and impact resistance. Moreover, since it has high hardness, the cutting tool composed of this cermet can be used for various cutting operations such as high-speed cutting, high-feed and high-cut heavy-duty cutting, or milling with a large load and thermal impact. It is said that it exhibits excellent fracture resistance and abrasion resistance in intermittent cutting such as.

また、特許文献2には、
「周期律表4,5,6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの固溶体からなる群から選択される1種以上の化合物からなる硬質相を70質量%以上97質量%以下、残部が鉄族金属を主成分とする結合相及び不可避的不純物からなるサーメットを基材とする被覆サーメット工具において、
前記硬質相は、組成や形態の異なる4種の硬質相(第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、第4硬質相)を含有し、
サーメットの任意断面の走査型電子顕微鏡(SEM)による組織写真において、前記硬質相の総面積に対して、60%以上90%以下の硬質相は、粒径が1μm超3μm以下の粗粒からなり、残部の硬質相は、粒径が1.0μm以下の微粒からなり、
前記粗粒は、前記第1硬質相と前記第2硬質相の少なくとも一方、前記第3硬質相、及び前記第4硬質相で構成し、
前記微粒は、前記第1硬質相及び前記第2硬質相から構成すること」が提案されている。
ここで、第1硬質相:炭窒化チタンの単相のみからなる、又は炭窒化チタンの周囲の一部がチタンと、周期律表4,5,6族金属(但し、チタンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体で覆われている単相構造の硬質相、
第2硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相であり、前記芯部が炭窒化チタンから構成され、前記周辺部が、チタンと、周期律表4,5,6族金属(但し、チタンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体から構成されている硬質相、
第3硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相であり、前記芯部及び前記周辺部は、同一の元素から構成されており、少なくともチタン及びタングステンを含む複合炭窒化物固溶体から構成され、前記芯部のタングステン濃度が前記周辺部のタングステン濃度よりも大きい硬質相、
第4硬質相:チタンと、タングステンもしくはタングステンと周期律表4,5,6族金属(但し、チタンとタングステンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体からなる単相構造の硬質相、
である。
そして、この被覆サーメット工具によれば、耐欠損性にすぐれるとともに、被削材の加工面の光沢性品位にすぐれた切削加工が可能であるとされている。
Further, in Patent Document 2,
"70% by mass or more and 97% by mass or less of a hard phase composed of one or more compounds selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides and solid solutions of these groups 4 and 5 and 6 metals of the Periodic Table. In a coated cermet tool whose base material is a cermet whose balance is a bonding phase containing an iron group metal as a main component and an unavoidable impurity.
The hard phase contains four types of hard phases (first hard phase, second hard phase, third hard phase, fourth hard phase) having different compositions and forms.
In the microstructure photograph of an arbitrary cross section of the cermet by a scanning electron microscope (SEM), the hard phase having a particle size of 60% or more and 90% or less with respect to the total area of the hard phase consists of coarse particles having a particle size of more than 1 μm and less than 3 μm. The remaining hard phase consists of fine particles with a particle size of 1.0 μm or less.
The coarse grain is composed of at least one of the first hard phase and the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase.
It has been proposed that the fine particles are composed of the first hard phase and the second hard phase.
Here, the first hard phase: consists of only a single phase of titanium nitride, or a part around titanium nitride is selected from titanium and metals of groups 4, 5 and 6 of the periodic table (excluding titanium). A hard phase with a single-phase structure, which is covered with a composite carbonitride solid solution with one or more metals.
Second hard phase: A hard phase having a core structure including a core portion and a peripheral portion that covers the entire circumference of the core portion. The core portion is made of titanium carbonitride, and the peripheral portion is titanium. And a hard phase composed of a composite carbonitride solid solution with one or more metals selected from the Group 4, 5 and 6 metals (excluding titanium) of the Periodic Table.
Third hard phase: A hard phase having a core structure including a core portion and a peripheral portion that covers the entire circumference of the core portion, and the core portion and the peripheral portion are composed of the same element. A hard phase composed of a composite carbonitride solid solution containing at least titanium and tungsten, wherein the tungsten concentration in the core portion is higher than the tungsten concentration in the peripheral portion.
Fourth hard phase: A simple composite of a solid carbon nitride solution of titanium and tungsten or tungsten and one or more metals selected from the metals of Groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table (excluding titanium and tungsten). Hard phase of phase structure,
Is.
According to this coated cermet tool, it is said that it is possible to perform cutting with excellent fracture resistance and glossiness of the machined surface of the work material.

さらに、特許文献3には、
「硬質相及び結合相からなる組織を有し、 焼結体組成として、Tiと、Nb及び/又はTaと、Wとに関し、前記Tiを炭窒化物換算した値と、前記Nb及び/又はTaを炭化物換算した値と、前記Wを炭化物換算した値との合計で、前記組織全体に対して、70〜95重量%含むとともに(そのうち、前記Wは炭化物換算した値で、組織全体に対して、15〜35重量%)、
Co及び/又はNiを含むサーメット製インサートであって、
前記硬質相として、下記(1)〜(3)のうち、1種又は2種以上を備え(ただし、下記(2)単独は除く)、
(1)芯部が炭窒化チタン相、周辺部が(Ti,W,Ta/Nb)CN相を含む有芯構造の第1硬質相、
(2)芯部および周辺部の両方が(Ti,W,Ta/Nb)CN相を含む有芯構造の第2硬質相、
(3)炭窒化チタン相からなる単相構造の第3硬質相、
更に、前記炭窒化チタン相内に、周囲よりもWを多く含むW富裕相が偏在することを特徴とするサーメット製インサートおよびこのインサートを備えた切削工具」が提案されている。
さらに、前記インサートの表面及び断面のうち少なくとも一方の組織において、前記炭窒化チタン相内に、前記W富裕相が線状及び網目状のうち少なくとも1種の状態で偏在すること、また、前記炭窒化チタン相内に、前記W富裕相が層状、円柱状、及び角柱状のうち少なくとも1種の状態で偏在するサーメット製インサートが提案されている。
そして、このサーメット製インサートを備えた切削工具によれば、特に、炭窒化チタン相内に、周囲よりもWを多く含むW富裕相が偏在する(特許文献3の図8〜10において、線状及び網目状の白線あるいは層状の白いスポットとして観察される)ことによって、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性が発揮されるとされている。
Further, in Patent Document 3,
"It has a structure composed of a hard phase and a bonded phase, and has Ti, Nb and / or Ta, and W as a sintered body composition, and the value obtained by converting the Ti into a carbide and the Nb and / or Ta. Is a total of the value obtained by converting the amount of water into carbide and the value obtained by converting W into carbide, which is 70 to 95% by weight based on the whole structure (of which W is the value converted into carbide and is based on the whole structure). 15-35% by weight),
A cermet insert containing Co and / or Ni.
As the hard phase, one or more of the following (1) to (3) is provided (however, the following (2) alone is excluded).
(1) A first hard phase having a core structure containing a titanium nitride phase in the core and a CN phase (Ti, W, Ta / Nb) in the periphery.
(2) A second hard phase having a core structure in which both the core portion and the peripheral portion include a (Ti, W, Ta / Nb) CN phase.
(3) A third hard phase having a single-phase structure composed of a titanium carbonitride phase,
Further, a cermet insert characterized by uneven distribution of a W wealthy phase containing more W than the surroundings in the titanium nitride phase and a cutting tool provided with the cermet insert have been proposed.
Further, in at least one structure of the surface and the cross section of the insert, the W wealthy phase is unevenly distributed in the titanium nitride phase in at least one of linear and mesh-like states, and the charcoal. A cermet insert in which the W wealthy phase is unevenly distributed in at least one of layered, columnar, and prismatic in the titanium nitride phase has been proposed.
Then, according to the cutting tool provided with this cermet insert, in particular, the W wealthy phase containing more W than the surroundings is unevenly distributed in the titanium carbonitride phase (linear in FIGS. 8 to 10 of Patent Document 3). It is said that excellent fracture resistance and abrasion resistance are exhibited by (observed as a mesh-like white line or a layered white spot).

特開昭64−39343号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-39343 特許第4690475号公報Japanese Patent No. 4690475 特許第4659682号公報Japanese Patent No. 4659682

近年、切削加工の技術分野における省力化、省エネ化、高速化、高効率化、低コスト化の要請は強く、切削装置の高性能化には目ざましいものがあるが、その反面、切削工具にとっての使用条件は益々過酷なものとなってきており、TiCN基サーメット自体の性能向上が求められるとともに、TiCN基サーメット切削工具の使用寿命の一段の延命化が望まれている。
TiCN基サーメットは、一般的に、WC基超硬合金に比して、硬さ、靭性が不十分であるため、TiCN基サーメット切削工具の、長寿命化を図るためには、耐欠損性をさらに向上させることが必要とされる。
In recent years, there have been strong demands for labor saving, energy saving, high speed, high efficiency, and low cost in the technical field of cutting, and there are remarkable improvements in the performance of cutting equipment, but on the other hand, for cutting tools. The usage conditions are becoming more and more severe, and it is required to improve the performance of the TiCN-based cermet itself and further extend the service life of the TiCN-based cermet cutting tool.
TiCN-based cermets generally have insufficient hardness and toughness compared to WC-based cemented carbides. Therefore, in order to extend the life of TiCN-based cermet cutting tools, fracture resistance is required. Further improvement is needed.

前記特許文献1〜3に示される切削工具は、前記した特性を改善することを目的として提案されたものであるが、近年、図1(a)に示されるような複雑な形状を有する切削工具が使用されつつある。
このような複雑形状の切削工具をTiCN基サーメットで作製した場合には、WC基超硬合金に比して、TiCN基サーメットの成形性、焼結性が十分でないため、焼結体中にクラックが発生しやすく(図1(b)参照)、さらに、作製したTiCN基サーメット切削工具の耐欠損性が十分でないため工具寿命が短いという問題があった。
そこで、成形性、焼結性にすぐれるとともに、切削加工時に欠損等の異常損傷を発生することなく、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するTiCN基サーメット切削工具が望まれている。
The cutting tools shown in Patent Documents 1 to 3 have been proposed for the purpose of improving the above-mentioned characteristics, but in recent years, the cutting tools having a complicated shape as shown in FIG. 1 (a). Is being used.
When a cutting tool having such a complicated shape is manufactured with a TiCN-based cermet, the TiCN-based cermet has insufficient moldability and sinterability as compared with a WC-based cemented carbide, and therefore cracks occur in the sintered body. (See FIG. 1 (b)), and the TiCN-based cermet cutting tool produced has a problem that the tool life is short because the fracture resistance is not sufficient.
Therefore, there is a demand for a TiCN-based cermet cutting tool that has excellent formability and sinterability, and exhibits excellent cutting performance over a long period of time without causing abnormal damage such as defects during cutting.

本発明者は、上述の観点から、成形性、焼結性にすぐれ、かつ、欠損等の異常損傷の発生を抑制し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するTiCN基サーメット製切削工具を提供すべく鋭意研究を行ったところ、次のような知見を得た。 From the above viewpoint, the present inventor has provided a TiCN-based cermet cutting tool that has excellent moldability and sinterability, suppresses the occurrence of abnormal damage such as defects, and exhibits excellent cutting performance over a long period of use. As a result of diligent research to provide it, the following findings were obtained.

本発明者は、まず、TiCN基サーメット製切削工具における欠損等の異常損傷の発生原因について研究を行ったところ、サーメット中に生成するTiCN単相からなる硬質相のアスペクト比によって、耐欠損性は大きな影響を受けること、前記硬質相のアスペクト比を適正数値範囲に維持した場合には、炭素鋼や合金鋼等の切削加工において、耐欠損性が格段に向上することを見出したのである。
そして、欠損等の発生を抑制し、耐異常損傷性を向上させるために、TiCN基サーメット中のTiCNの単相からなる硬質相のアスペクト比を適正範囲に維持するための製造手段についてさらに検討を進め、次のような知見を得たのである。
The present inventor first studied the causes of abnormal damage such as chipping in TiCN-based cermet cutting tools, and found that the fracture resistance was determined by the aspect ratio of the hard phase consisting of the TiCN single phase generated in the cermet. It was found that the fracture resistance is remarkably improved in the cutting process of carbon steel, alloy steel, etc., when the aspect ratio of the hard phase is maintained in an appropriate numerical range.
Then, in order to suppress the occurrence of defects and improve the abnormal damage resistance, further studies are made on the manufacturing means for maintaining the aspect ratio of the hard phase consisting of a single phase of TiCN in the TiCN-based cermet within an appropriate range. We proceeded and obtained the following findings.

一般的に、TiCN基サーメットは、硬質相形成用のTiCN粉末と結合相形成用のCo粉末あるいはNi粉末の少なくともいずれかと、さらに、WC粉末のようなその他の硬質相形成用粉末を所定組成になるように配合して原料粉末を調製し、これらの原料粉末を粉砕・混合した後、これをプレス成形し、次いで成形体を焼結することにより製造されている。
そして、前記TiCN粉末の出発原料として、通常はスポンジTiが使用されるが、スポンジTiからTiCN粉末を製造する工程には、粉砕工程が含まれているため、得られた硬質相形成用のTiCN粉末の中には、アスペクト比の大きな粉末が混在することになる。
また、前記原料粉末の粉砕・混合に際しては、通常、超硬合金製ボールを使用したボールミルやアトライター混合が行われるが、この工程でも、粉砕エネルギーの大きい硬質の超硬合金製ボールの使用によって、硬質相形成用のTiCN粉末が粉砕され、アスペクト比の大きなTiCN粉末が形成されることになる。
このように、アスペクト比が大きなTiCN粉末が多く存在する硬質相形成用TiCN粉末を使用してTiCN基サーメットを作製するに際し、複雑形状の圧粉成形体をプレス成形した場合には、圧粉成形体にはクラックが発生し、さらにこれが焼結割れの原因ともなる。
In general, TiCN-based cermets are composed of at least one of TiCN powder for forming a hard phase, Co powder or Ni powder for forming a bonded phase, and other powder for forming a hard phase such as WC powder. It is produced by blending so as to prepare raw material powders, crushing and mixing these raw material powders, press-molding the raw material powders, and then sintering the molded body.
Then, sponge Ti is usually used as a starting material for the TiCN powder, but since the step of producing TiCN powder from sponge Ti includes a pulverization step, the obtained TiCN for forming a hard phase is included. A powder having a large aspect ratio will be mixed in the powder.
Further, when crushing and mixing the raw material powder, a ball mill or attritor mixing using a cemented carbide ball is usually performed, but even in this step, a hard cemented carbide ball having a large crushing energy is used. , TiCN powder for forming a hard phase is pulverized to form TiCN powder having a large aspect ratio.
In this way, when a TiCN-based cermet is produced using TiCN powder for forming a hard phase in which a large amount of TiCN powder having a large aspect ratio is present, when a compact compact compact having a complicated shape is press-molded, compact molding is performed. Cracks occur in the body, which also causes sintered cracks.

そこで、本発明者は、TiCN基サーメット中の第1硬質相のアスペクト比を適正範囲に維持するための手段として、TiCN基サーメットの製造に際し、TiCN粉末の出発原料として、スポンジTiではなくTiO(酸化チタン)を使用し、また、原料粉末の粉砕・混合工程においては、粉砕エネルギーの小さいサーメット製ボールを用いて粉砕・混合を行ったところ、プレス成形により複雑形状の圧粉成形体を成形した際にクラックが発生することはないこと、さらに、この圧粉成形体を焼結したTiCN基サーメットにおいては、TiCNの単相からなる硬質相の平均アスペクト比が1.5〜1.8の範囲内に維持されること、
さらに、TiCN粉末の出発原料として、TiO(酸化チタン)を使用し、原料粉末の粉砕・混合をサーメット製ボールで行ったTiCN基サーメットは、ジェットミル等に代表される粉砕・混合処理の前処理を施した粉末に比して、微粒粒子の生成が少なくなるため、成形性、焼結性にすぐれ、複雑形状のTiCN基サーメットであっても簡易に製造し得ることを見出した。
そして、上記で作製したTiCN基サーメットからなる切削工具は、例えば、炭素鋼や合金鋼等の切削加工において、欠損等の異常損傷を発生することなく、長期の使用にわたって、すぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。
Therefore, the present inventor has used TiO 2 instead of sponge Ti as a starting material for TiCN powder in the production of TiCN-based cermet as a means for maintaining the aspect ratio of the first hard phase in the TiCN-based cermet within an appropriate range. (Titanium oxide) was used, and in the crushing / mixing step of the raw material powder, crushing / mixing was performed using a cermet ball having a small crushing energy, and a powder compact having a complicated shape was formed by press molding. Further, in the TiCN-based cermet obtained by sintering this powder compact, the average aspect ratio of the hard phase composed of a single phase of TiCN is 1.5 to 1.8. Being kept within range,
Further, TiO 2 (titanium oxide) is used as a starting material for the TiCN powder, and the raw material powder is crushed and mixed with a cermet ball. The TiCN-based cermet is before the crushing and mixing treatment represented by a jet mill or the like. It has been found that since the production of fine particles is reduced as compared with the treated powder, it is excellent in moldability and sinterability, and even a TiCN-based cermet having a complicated shape can be easily produced.
The cutting tool made of TiCN-based cermet produced above has excellent wear resistance over a long period of use without causing abnormal damage such as chipping in cutting of carbon steel, alloy steel, etc., for example. I found that it would work.

この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「TiCN基サーメット焼結体からなるTiCN基サーメット製切削工具において、
(a)前記TiCN基サーメット焼結体は、質量%で、ZrC:0.5〜2.0%、WC:15〜25%、TaCおよびNbCのうちの1種または2種の合計:5〜20%、CoおよびNiのうちの1種または2種の合計:12〜25%、残部は、不可避不純物とTiCNからなる平均成分組成(但し、Zr、W、TaおよびNbについては、いずれも炭化物として換算した組成値を示す)を有し、
(b)前記TiCN基サーメット焼結体の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した場合、結合相と第1硬質相と第2硬質相が存在する焼結体組織を有し、
(c)前記結合相は、CoおよびNiのうちの1種または2種を主体とし、
(d)前記第1硬質相は、TiCNの単相からなり、前記第1硬質相と前記結合相との平均接触界面長さは、前記第1硬質相の粒界長さの50%以上であり、前記第1硬質相の平均アスペクト比は、1.5以上1.8以下であり、
(e)前記第2硬質相は、Tiと、Zrと、Wと、TaおよびNbのうちの1種または2種との複合炭窒化物からなり、
(f)前記TiCN基サーメット焼結体の有孔度は、超硬工具協会規格CIS006C−2007で定められるA04以下、B00であることを特徴とするTiCN基サーメット製切削工具。」
に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on the above findings.
"In a TiCN-based cermet cutting tool made of a TiCN-based cermet sintered body,
(A) The TiCN-based cermet sintered body is ZrC: 0.5 to 2.0%, WC: 15 to 25%, and the total of one or two of TaC and NbC: 5 to 5% by mass. 20%, total of 1 or 2 of Co and Ni: 12-25%, the balance is an average composition of unavoidable impurities and TiCN (however, Zr, W, Ta and Nb are all carbides. Shows the composition value converted as)
(B) When the cross section of the TiCN-based cermet sintered body is observed with a scanning electron microscope, it has a sintered body structure in which a bonded phase, a first hard phase and a second hard phase are present.
(C) The binding phase is mainly composed of one or two of Co and Ni.
(D) The first hard phase is composed of a single phase of TiCN, and the average contact interface length between the first hard phase and the bonded phase is 50% or more of the grain boundary length of the first hard phase. Yes, the average aspect ratio of the first hard phase is 1.5 or more and 1.8 or less.
(E) The second hard phase is composed of a composite carbonitride of Ti, Zr, W, and one or two of Ta and Nb.
(F) A cutting tool made of TiCN-based cermet, wherein the porosity of the TiCN-based cermet sintered body is A04 or less and B00 defined by the Cemented Carbide Tool Association standard CIS006C-2007. "
It has the characteristics of.

この発明のTiCN基サーメット製切削工具は、前記の平均成分組成、焼結体組織および有孔度を有するTiCN基サーメット焼結体から構成されるが、平均成分組成、焼結体組織および有孔度を前記のとおり定めた理由を以下に説明する。
なお、以下では、TiCN基サーメット製切削工具を、単に「サーメット工具」と記し、また、TiCN基サーメット焼結体を、単に「サーメット焼結体」と記す場合がある。
The TiCN-based cermet cutting tool of the present invention is composed of the TiCN-based cermet sintered body having the above-mentioned average composition, sintered body structure and porosity, but has an average component composition, sintered body structure and perforations. The reason for determining the degree as described above will be explained below.
In the following, a TiCN-based cermet cutting tool may be simply referred to as a "cermet tool", and a TiCN-based cermet sintered body may be simply referred to as a "cermet sintered body".

TiCN基サーメット焼結体の平均成分組成を定めた理由は、次のとおりである。 The reason for determining the average component composition of the TiCN-based cermet sintered body is as follows.

ZrC:
Zrは、Tiと同様に炭化物、炭窒化物を形成し、あるいは、TiとZrとTaとNbとWの複合炭窒化物を形成する硬質相形成成分であり、サーメット工具の耐摩耗性を向上させるが、ZrCの含有量(Zrを炭化物換算した含有量)が0.5質量%未満ではその効果が少なく、一方、その含有量が2.0質量%を超えると、焼結性を阻害し、残留巣を生じ強度の低下を招くこととなるため、ZrCの平均組成は0.5〜2.0質量%とする。
なお、サーメット焼結体の成分であるW、Ta、Nbについては、Zrの場合と同様、いずれも炭化物換算したものについての成分組成限定理由を説明する。
ZrC:
Zr is a hard phase-forming component that forms carbides and carbonitrides like Ti, or a composite carbonitride of Ti, Zr, Ta, Nb, and W, and improves the wear resistance of cermet tools. However, when the ZrC content (the content of Zr converted to carbide) is less than 0.5% by mass, the effect is small, while when the content exceeds 2.0% by mass, the sinterability is impaired. The average composition of ZrC is 0.5 to 2.0% by mass because it causes residual cavities and lowers the strength.
Regarding W, Ta, and Nb, which are the components of the cermet sintered body, the reasons for limiting the component composition of those converted into carbides will be described as in the case of Zr.

WC:
サーメット焼結体中のWC含有量が15質量%未満では、主として、結合相中に溶解するW含有割合が不足して、所望の高温硬さを保持することができず、一方、WC含有量が25質量%を越えると、結合相中のW成分の含有割合が高くなりすぎて、結合相自体の高温強度が急激に低下し、これが原因で欠損、チッピングが発生しやすくなることから、サーメット工具におけるWCの平均組成は15〜25質量%とする。
WC:
When the WC content in the cermet sintered body is less than 15% by mass, the W content ratio dissolved mainly in the bonded phase is insufficient, and the desired high-temperature hardness cannot be maintained, while the WC content. If it exceeds 25% by mass, the content ratio of the W component in the bonded phase becomes too high, and the high temperature strength of the bonded phase itself drops sharply, which causes defects and chipping to easily occur. The average composition of WC in the tool is 15-25% by mass.

TaCおよびNbCのうちの1種または2種:
WCと同じくTaCおよびNbCも、焼結時に結合相形成成分であるCoおよびNi成分中に溶解し、冷却時に析出して第2硬質相を形成し、該第2硬質相の高温強度を向上させる作用を有するが、TaCおよびNbCの1種または2種の合計が5質量%未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方、その含有割合が20質量%を越えると第2硬質相中の含有割合が高くなり過ぎ、これが第2硬質相の硬さ低下の原因となることから、TaCおよびNbCの1種または2種の合計含有量を5〜20質量%とする。
One or two of TaC and NbC:
Like WC, TaC and NbC dissolve in the Co and Ni components that form the bonded phase during sintering and precipitate during cooling to form the second hard phase, improving the high temperature strength of the second hard phase. Although it has an action, if the total of one or two types of TaC and NbC is less than 5% by mass, the desired improving effect cannot be obtained for the action, while if the content ratio exceeds 20% by mass, the second hard phase Since the content ratio in the content becomes too high, which causes a decrease in the hardness of the second hard phase, the total content of one or two types of TaC and NbC is set to 5 to 20% by mass.

CoおよびNiのうちの1種または2種:
CoおよびNiの1種または2種が結合相の主体を構成し、サーメット工具に所望の強度と靭性を具備させるが、その合計含有量が12質量%未満では焼結性を確保することができず、一方、その合計含有量が20質量%を超えると摩耗が急激に進行するようになることから、CoおよびNiの1種または2種の合計含有量は12〜20質量%とする。
なお、前記結合相中には、実際にはW、Ta、Nb、Zr、Tiが固溶しているが、結合相の総質量に対して80%以上をCoおよびNiの1種または2種から構成される為、結合相の主体をCoおよびNiの1種または2種が構成すると記載した。
One or two of Co and Ni:
One or two of Co and Ni form the main body of the bonding phase to give the cermet tool the desired strength and toughness, but if the total content is less than 12% by mass, sinterability can be ensured. On the other hand, if the total content exceeds 20% by mass, wear will rapidly progress. Therefore, the total content of one or two types of Co and Ni is set to 12 to 20% by mass.
Although W, Ta, Nb, Zr, and Ti are actually dissolved in the bonded phase, 80% or more of the total mass of the bonded phase is one or two of Co and Ni. Since it is composed of, it is described that the main body of the bonding phase is composed of one or two kinds of Co and Ni.

TiCN:
本発明のサーメット工具は、製造原料から、あるいは、製造工程で不可避的に混入する不純物を除いて、上述した成分(ZrC、WC、TaCおよびNbCのうちの1種または2種、CoおよびNiのうちの1種または2種)の残部を実質的にTiCNが構成する。
TiCNは、焼結時に第1硬質相を形成して、また、Zr、W、Ta、Nbとともに第2硬質相を形成して、サーメット工具の硬さを向上させ、もって耐摩耗性向上に寄与する作用があるが、その含有割合が40質量%未満では、所望の硬さを確保することができず、一方、その含有割合が60質量%を越えると、サーメット工具の強度が急激に低下し、切削時に欠損、チッピングが発生し易くなることから、その含有割合を40〜60質量%とすることが望ましい。
TiCN:
The cermet tool of the present invention contains the above-mentioned components (one or two of ZrC, WC, TaC and NbC, Co and Ni, excluding impurities inevitably mixed in from the manufacturing raw material or in the manufacturing process. The rest of one or two of them) is substantially composed of TiCN.
TiCN forms a first hard phase at the time of sintering and also forms a second hard phase together with Zr, W, Ta, and Nb to improve the hardness of the cermet tool, thereby contributing to the improvement of wear resistance. However, if the content ratio is less than 40% by mass, the desired hardness cannot be secured, while if the content ratio exceeds 60% by mass, the strength of the cermet tool drops sharply. Since chipping and chipping are likely to occur during cutting, it is desirable to set the content ratio to 40 to 60% by mass.

次に、本発明のサーメット焼結体の焼結体組織について説明する。
図2に示すように、本発明のサーメット焼結体の断面を、走査型電子顕微鏡で観察すると、結合相と第1硬質相と第2硬質相が存在する焼結体組織が形成されていることがわかる。
上記焼結体組織のうち、前記結合相は、CoおよびNiのうちの1種または2種から実質的になるが、W、Ta、Nb、Ti、Zrが一部固溶している。
前記第1硬質相は、TiCNの単相からなる硬質相であり、また、前記第2硬質相は、Tiと、Zrと、Wと、TaおよびNbのうちの1種または2種との複合炭窒化物からなる硬質相である。
Next, the sintered body structure of the cermet sintered body of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, when the cross section of the cermet sintered body of the present invention is observed with a scanning electron microscope, a sintered body structure in which a bonded phase, a first hard phase and a second hard phase are present is formed. You can see that.
Of the sintered body structure, the bonded phase is substantially composed of one or two of Co and Ni, but W, Ta, Nb, Ti, and Zr are partially dissolved.
The first hard phase is a hard phase composed of a single phase of TiCN, and the second hard phase is a composite of Ti, Zr, W, and one or two of Ta and Nb. It is a hard phase composed of carbonitride.

前記第1硬質相は、TiCNの単相であり、走査型電子顕微鏡を用いて、所定の観察範囲(例えば、100μmの観察領域)における前記第1硬質相と前記結合相との平均接触界面長さを測定した場合、該平均接触界面長さは前記第1硬質相の粒界長さの50%以上とする。
これは、第1硬質相と結合相との平均接触界面長さが50%未満であると、結合相と第1硬質相との密着性低下により、第1硬質相の脱粒が発生し、これが、チッピング、欠損の原因となるからである。
The first hard phase is a single phase of TiCN, and the average contact interface between the first hard phase and the bonded phase in a predetermined observation range (for example, an observation region of 100 μm 2 ) using a scanning electron microscope. When the length is measured, the average contact interface length is 50% or more of the grain boundary length of the first hard phase.
This is because when the average contact interface length between the first hard phase and the bonded phase is less than 50%, the first hard phase is shed due to the decrease in adhesion between the bonded phase and the first hard phase. This is because it causes chipping and defects.

さらに、例えば、100μmの観察領域に存在する個々の第1硬質相について、それぞれのアスペクト比を求め、これらの値を平均した平均アスペクト比を算出した場合に、平均アスペクト比を1.5以上1.8以下の範囲とする。
平均アスペクト比を1.5以上1.8以下の範囲と定めたのは次のような理由による。
つまり、平均アスペクト比が1.5未満であると、第1硬質相の形状が球状に近くなるため、結合相と第1硬質相の接触界面が少なくなるため、切削加工時にクラックが発生した場合、クラックの進展を抑止することができず、結果として、耐欠損性が低下する。
一方、平均アスペクト比が1.8を超えると、圧粉成形体にプレス成形する際に、成形性が低下して圧粉成形体にクラックが発生し、このクラックが、焼結性の低下(例えば、焼結割れ発生)の原因となり、また、切削加工時の欠損等の異常損傷発生の原因となるからである。
Further, for example, when the aspect ratios of the individual first hard phases existing in the observation region of 100 μm 2 are obtained and the average aspect ratio obtained by averaging these values is calculated, the average aspect ratio is 1.5 or more. The range is 1.8 or less.
The reason why the average aspect ratio is set to the range of 1.5 or more and 1.8 or less is as follows.
That is, if the average aspect ratio is less than 1.5, the shape of the first hard phase becomes close to a spherical shape, so that the contact interface between the coupling phase and the first hard phase decreases, and therefore, when cracks occur during cutting. , The growth of cracks cannot be suppressed, and as a result, the fracture resistance is lowered.
On the other hand, if the average aspect ratio exceeds 1.8, the moldability is lowered and cracks are generated in the powder compact when press-molded into the powder compact, and these cracks are reduced in sinterability ( For example, it causes sintering cracks), and also causes abnormal damage such as defects during cutting.

TiCN基サーメット焼結体の製造:
本発明のサーメット焼結体の製造上の特徴の一つは、TiCN粉末について、スポンジTiを出発原料としたTiCN粉末は使用せず、TiOを出発原料として作製したTiCN粉末のみを使用する点であり、また、もう一つの特徴は、原料粉末の粉砕・混合に際し、超硬合金製ボールを使用せず、サーメット製ボールあるいはチタニア製ボールを使用して粉砕・混合を行うという点である。
本発明のサーメット焼結体は、例えば、以下の工程で、製造することができる。
(イ)まず、TiOを出発原料として、粉砕工程を行うことなく、平均粒径0.5〜2.0μmのTiCN粉末を作製する。
なお、TiOを出発原料としたTiCN粉末の製造は、本願出願前から既に知られている(例えば、特開平8−333107号公報、特開2003−27114号公報、特開2003−137654号公報等参照)方法で行えば良く、その製造法自体は特に限定されるものではない。
(ロ)ついで、前記(イ)で作製したTiCN粉末と、ZrC粉末、WC粉末、Ta粉末、Nb粉末、Co粉末、Ni粉末をアトライターに装入し、サーメット製ボールを混合メディアとして、かつ、アジテータの回転速度を低速にして、粉砕力を小さくした状態で粉砕・混合し、原料粉末を作製する。
なお、サーメット製ボールは、WC基超硬合金ボールに比して粉砕力が弱いため、アトライター中では主として混合が行われる。
(ハ)ついで、前記原料粉末を、50〜80MPaの圧力でプレス成形し、所定形状の圧粉成形体を作製する。
なお、前記原料粉末は成形性にすぐれるため、複雑形状の圧粉成形体を作製した場合であっても、成形体中にクラック等が発生することはない。
(ニ)ついで、前記圧粉成形体を、
(a)室温から1350までの昇温を、10Pa以下の真空雰囲気中、2℃/min.の速度で昇温し、
(b)上記温度から1550℃の範囲内の所定の焼結温度までを67Paのアルゴン雰囲気中、2℃/min.の速度で昇温し、
(c)前記焼結温度にて200Paの窒素雰囲気中、所定の時間保持を行う。
(ホ)その後、上記焼結温度から室温まで冷却する、
上記(イ)〜(ホ)の工程によって、成形性、焼結性にすぐれた本発明のサーメット焼結体を作製することができる。
また、この後、所定形状に機械加工することによって、耐欠損性にすぐれた本発明のサーメット工具を作製することができる。
Manufacture of TiCN-based cermet sintered body:
One of the manufacturing features of the cermet sintered body of the present invention is that the TiCN powder produced using TIO 2 as a starting material is used without using the TiCN powder using sponge Ti as a starting material. Another feature is that when the raw material powder is crushed and mixed, cermet balls or titania balls are used instead of cemented carbide balls for crushing and mixing.
The cermet sintered body of the present invention can be produced, for example, by the following steps.
(A) First, using TiO 2 as a starting material, a TiCN powder having an average particle size of 0.5 to 2.0 μm is prepared without performing a pulverization step.
The production of TiCN powder using TiO 2 as a starting material has already been known before the application of the present application (for example, JP-A-8-333107, JP-A-2003-27114, JP-A-2003-137654). Etc.), and the manufacturing method itself is not particularly limited.
(B) Next, the TiCN powder produced in (a) above, ZrC powder, WC powder, Ta powder, Nb powder, Co powder, and Ni powder are charged into an attritor, and a cermet ball is used as a mixed medium. , The rotation speed of the agitator is reduced, and the raw material powder is prepared by crushing and mixing in a state where the crushing force is reduced.
Since the cermet balls have a weaker crushing power than the WC-based cemented carbide balls, they are mainly mixed in the attritor.
(C) Next, the raw material powder is press-molded at a pressure of 50 to 80 MPa to prepare a powder compact having a predetermined shape.
Since the raw material powder has excellent moldability, cracks and the like do not occur in the molded product even when a compact compact molded product having a complicated shape is produced.
(D) Next, the powder compact
(A) The temperature was raised from room temperature to 1350 in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less at 2 ° C./min. The temperature rises at the rate of
(B) From the above temperature to a predetermined sintering temperature within the range of 1550 ° C. in an argon atmosphere of 67 Pa, 2 ° C./min. The temperature rises at the rate of
(C) Hold for a predetermined time in a nitrogen atmosphere of 200 Pa at the sintering temperature.
(E) After that, cool from the above sintering temperature to room temperature.
By the steps (a) to (e) above, the cermet sintered body of the present invention having excellent moldability and sinterability can be produced.
Further, after that, the cermet tool of the present invention having excellent fracture resistance can be produced by machining into a predetermined shape.

本発明のサーメット工具の平均成分組成、焼結体組織および製造方法は前記のとおりであるが、本発明のサーメット焼結体は、成形性、焼結性にすぐれ、焼結体の緻密度を高めることができるため、サーメット工具の強度、靱性をさらに向上させることができる。
本発明のサーメット焼結体の緻密度は、焼結体の組織欠陥である残留巣のサイズに関する超硬工具協会規格CIS006C−2007で表現すれば、A04以下、B00である。
ここで、A型は、残留巣の大きさが10μm未満、B型は、10μm以上25μm未満の残留巣を意味するが、本発明では、A型の残留巣についてはA04以下とし、また、粗大な残留巣であるB型の残留巣はB00とすることによって、サーメット焼結体に粗大な残留巣を形成させることなく、サーメット工具の強度、靱性を高めることができる。
The average component composition, sintered body structure, and manufacturing method of the cermet tool of the present invention are as described above, but the cermet sintered body of the present invention is excellent in moldability and sinterability, and the density of the sintered body is improved. Since it can be increased, the strength and toughness of the cermet tool can be further improved.
The density of the cermet sintered body of the present invention is A04 or less and B00 when expressed in the Cemented Carbide Tool Association standard CIS006C-2007 regarding the size of residual cavities, which are structural defects of the sintered body.
Here, type A means a residual nest having a size of less than 10 μm, and type B means a residual nest having a size of 10 μm or more and less than 25 μm. In the present invention, the size of the residual nest of type A is A04 or less and is coarse. By setting the B-type residual nest, which is a large residual nest, to B00, the strength and toughness of the cermet tool can be increased without forming a coarse residual nest in the cermet sintered body.

この発明のサーメット工具は、その成分組成、焼結体組織及び有孔度を適正範囲に定め、特に、サーメット焼結体の組織を、結合相、第1硬質相および第2硬質相で構成し、第1硬質相については、そのアスペクト比を1.5以上1.8以下の範囲に定めたことによって、例えば、炭素鋼や合金鋼等の切削加工において、欠損等の異常損傷を発生することなく、長期の使用にわたって、すぐれた切削性能を発揮するのである。 The cermet tool of the present invention defines the composition, the structure of the sintered body and the porosity within an appropriate range, and in particular, the structure of the cermet sintered body is composed of a bonded phase, a first hard phase and a second hard phase. As for the first hard phase, by setting the aspect ratio in the range of 1.5 or more and 1.8 or less, abnormal damage such as chipping may occur in cutting of carbon steel, alloy steel, etc., for example. It exhibits excellent cutting performance over a long period of use.

(a)は、複雑形状の切削工具の一例についての斜視図を示し、(b)は、(a)の縦断面模式図を示す。(A) shows a perspective view of an example of a cutting tool having a complicated shape, and (b) shows a schematic vertical cross-sectional view of (a). 本発明のサーメット焼結体の断面についての、走査型電子顕微鏡像の一例を示す。An example of a scanning electron microscope image about the cross section of the cermet sintered body of this invention is shown. 従来のサーメット焼結体の断面についての、走査型電子顕微鏡像の一例を示す。An example of a scanning electron microscope image of a cross section of a conventional cermet sintered body is shown.

つぎに、この発明の実施例として、フライス加工について具体的に説明する。
なお、この発明の切削工具は、実施例で説明するフライス加工に制限されるものではなく、ターニング加工、ドリル加工用の切削工具としても当然に適用し得るものである。
Next, milling will be specifically described as an example of the present invention.
The cutting tool of the present invention is not limited to the milling cutter described in the examples, and can naturally be applied as a cutting tool for turning and drilling.

TiCN粉末の出発原料としてTiOを使用し、また、アトライター中での混合メディアとしてサーメット製ボールを用い、以下の(A)〜(E)の工程で、本発明のサーメット切削工具を作製した。 Using TiO 2 as a starting material for TiCN powder and using a cermet ball as a mixed medium in an attritor, the cermet cutting tool of the present invention was produced in the following steps (A) to (E). ..

(A)サーメット焼結体を作製するための粉末として、平均粒径1.5μmのTiCN粉末、平均粒径2.0μmのZrC粉末、平均粒径6.0μmのWC粉末、平均粒径1.0μmのTaC粉末、平均粒径1.0μmのNbC粉末、平均粒径0.9μmのCo粉末、平均粒径0.8μmのNi粉末を用意し、これらの各粉末を、表1に示す所定の配合組成になるように配合し、原料粉末A〜Fを作製した。
ここで、上記TiCN粉末は、TiOを出発原料として作製したTiCN粉末であり、その製造法は次のとおりである。
TiOと所定量のグラファイトを湿式混合し、乾燥させたのち、窒素およびアルゴンの混合ガス中にて1700〜2000℃の温度にて熱処理を行い、室温まで冷却後、解砕・篩分を行ったTiCN粉末である。
(A) As the powder for producing the cermet sintered body, TiCN powder having an average particle size of 1.5 μm, ZrC powder having an average particle size of 2.0 μm, WC powder having an average particle size of 6.0 μm, and an average particle size of 1. A TaC powder having an average particle size of 0 μm, an NbC powder having an average particle size of 1.0 μm, a Co powder having an average particle size of 0.9 μm, and a Ni powder having an average particle size of 0.8 μm were prepared, and each of these powders was designated as shown in Table 1. Raw material powders A to F were prepared by blending so as to have a blending composition.
Here, the TiCN powder is a TiCN powder produced using TiO 2 as a starting material, and the production method thereof is as follows.
TiO 2 and a predetermined amount of graphite are wet-mixed, dried, and then heat-treated in a mixed gas of nitrogen and argon at a temperature of 1700 to 2000 ° C., cooled to room temperature, and then crushed and sieved. TiCN powder.

(B)次いで、前記の原料粉末A〜Fについて、これをアトライター中に充填し、同時に、アトライター中に混合メディアとしてのサーメット製ボールを投入し、表2に示す条件、即ち、アジテータの回転速度を25rpmにして16〜20時間湿式混合し、混合粉末1〜6を作製した。
なお、アトライター中への原料粉末の充填量(kg)に対するサーメット製ボールの投入量(kg)の比率(=(サーメット製ボールの投入量)/(原料粉末の充填量))は、表2に示すように、5.0〜7.0である。
また、ここで使用したサーメット製ボールは、本発明工具1と同一の組成のサーメット原料を8mmのボールにプレスし、焼結後、研摩したものである。
(B) Next, the raw material powders A to F are filled in an attritor, and at the same time, a cermet ball as a mixed medium is put into the attritor, and the conditions shown in Table 2, that is, the agitator Wet mixing was performed at a rotation speed of 25 rpm for 16 to 20 hours to prepare mixed powders 1 to 6.
The ratio of the amount of cermet balls charged (kg) to the amount of raw material powder charged (kg) into the attritor (= (the amount of cermet balls charged) / (the amount of raw material powder filled)) is shown in Table 2. As shown in, it is 5.0 to 7.0.
The cermet ball used here is made by pressing a cermet raw material having the same composition as that of the tool 1 of the present invention into an 8 mm ball, sintering the ball, and then polishing the ball.

(C)次いで、上記で作製した混合粉末1〜6を乾燥した後、表2に示す50〜80MPaの圧力でプレス成形し、圧粉成形体1〜6を作製した。 (C) Next, the mixed powders 1 to 6 prepared above were dried and then press-molded at a pressure of 50 to 80 MPa shown in Table 2 to prepare powder compacts 1 to 6.

(D)次いで、この圧粉成形体1〜6を、
(a)室温から1350までの昇温を、10Pa以下の真空雰囲気中、2℃/min.の速度で昇温し、
(b)上記温度から表2に示す焼結温度までを67Paのアルゴン雰囲気中、2℃/min.の速度で昇温し、
(c)前記焼結温度にて200Paの窒素雰囲気中、表2に示す所定の時間保持を行ったのち、
室温まで冷却することにより、表2に示すサーメット焼結体1〜6を作製した。
(D) Next, the powder compacts 1 to 6 are
(A) The temperature was raised from room temperature to 1350 in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less at 2 ° C./min. The temperature rises at the rate of
(B) From the above temperature to the sintering temperature shown in Table 2 in an argon atmosphere of 67 Pa, 2 ° C./min. The temperature rises at the rate of
(C) After holding for a predetermined time shown in Table 2 in a nitrogen atmosphere of 200 Pa at the sintering temperature,
Cermet sintered bodies 1 to 6 shown in Table 2 were prepared by cooling to room temperature.

(E)次いで、上記のサーメット焼結体1〜6から、研削加工にて、図1(a)、(b)に示すインサート形状SNMU140812ANER−Mをもった表3に示す本発明のTiCN基サーメット工具1〜6(「本発明工具1〜6」という)をそれぞれ製造した。 (E) Next, the TiCN-based cermet of the present invention shown in Table 3 having the insert shape SNMU140812ANER-M shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) by grinding from the above cermet sintered bodies 1 to 6 Tools 1 to 6 (referred to as "tools 1 to 6 of the present invention") were manufactured respectively.

前記で作製した本発明工具1〜6を構成するサーメット焼結体1〜6について、平均成分組成、焼結体組織および有孔度を求めた。
それぞれの観察・測定法は次のとおりである。
The average composition, the structure of the sintered body, and the porosity of the cermet sintered bodies 1 to 6 constituting the tools 1 to 6 of the present invention prepared above were determined.
Each observation / measurement method is as follows.

≪平均組成≫
サーメットの断面を、エネルギー分散型X線分析装置(EDS)を備えた走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、100mmの領域にて含有元素量を測定し、TiCN、WC、ZrC、NbC、TaC、Co、Niとして換算し算出した。
≪Average composition≫
The cross section of the cermet was observed with a scanning electron microscope (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray analyzer (EDS), the content of elements was measured in a region of 100 mm 2 , and TiCN, WC, ZrC, NbC, Calculated by converting as TaC, Co, and Ni.

≪焼結体組織≫
第1硬質相:
走査型電子顕微鏡(SEM))で観察した像の上で最も暗い色の粒子(図2参照)であり、TiCNの単相を主体としていることは、オージェ電子分光装置(AES)を用いて、前記SEMにて観察した箇所の元素マッピングを行うと確認できる。
粒子それぞれのアスペクト比の算出は、電子線後方散乱解説(EBSD)による結晶方位解析より、個々の結晶を抜き出し、画像解析により楕円近似を行い、長辺と短辺の長さから算出した。前記EBSDによる結晶同定時に、粒子が接触していた場合、結晶方位が5°以上ずれていた場合、別の粒子として粒界を算出した。
前記結合相との平均接触界面長さについては、前記EBSDによる結晶方位解析より、前記第1硬質相の全粒界長さと、前記第1硬質相と結合相との接触部の粒界長さを算出した。
第2硬質相:
走査型電子顕微鏡(SEM))で観察した像の上で暗褐色の粒子(図2参照)であり、オージェ電子分光装置(AES)を用いて、前記SEMにて観察した箇所の元素マッピングを行いTi、Zr、Wと、TaおよびNbのうち1種または2種との複合炭窒化物であることを確認した。
≪Sintered body structure≫
First hard phase:
The darkest colored particles (see FIG. 2) on the image observed with a scanning electron microscope (SEM) and mainly composed of a single phase of TiCN can be determined by using an Auger electron spectrometer (AES). It can be confirmed by performing element mapping of the portion observed by the SEM.
The aspect ratio of each particle was calculated from the lengths of the long side and the short side by extracting individual crystals from the crystal orientation analysis by electron backscatter diffraction (EBSD) and performing elliptical approximation by image analysis. At the time of crystal identification by EBSD, when the particles were in contact with each other and the crystal orientation was deviated by 5 ° or more, the grain boundary was calculated as another particle.
Regarding the average contact interface length with the bonded phase, the total grain boundary length of the first hard phase and the grain boundary length of the contact portion between the first hard phase and the bonded phase were obtained from the crystal orientation analysis by the EBSD. Was calculated.
Second hard phase:
Dark brown particles (see FIG. 2) on an image observed with a scanning electron microscope (SEM)), and element mapping of the portion observed with the SEM is performed using an Auger electron spectrometer (AES). It was confirmed that it was a composite carbide nitride of Ti, Zr, W and one or two of Ta and Nb.

有孔度:
面研磨したサーメット断面を、光学顕微鏡で100倍にて観察し、超硬工具協会規格CIS006C−2007に基づいて、分類および等級から、有孔度を調べた。
表3、表5に、上記で求めた平均成分組成、焼結体組織および有孔度を示す。
なお、本発明工具1〜6、11〜16を構成するサーメット焼結体1〜6および11〜16について、焼結性、成形性の良否を判定するために、焼結体中にクラックが存在するか否かについて、外観および断面を光学顕微鏡で確認した。
表3に、その結果も示す。
Perforation:
The surface-polished cermet cross section was observed with an optical microscope at 100 times, and the porosity was examined from the classification and grade based on the Carbide Tool Association standard CIS006C-2007.
Tables 3 and 5 show the average composition, sintered body structure, and porosity obtained above.
The cermet sintered bodies 1 to 6 and 11 to 16 constituting the tools 1 to 6 and 11 to 16 of the present invention have cracks in the sintered body in order to judge the quality of the sinterability and moldability. The appearance and cross section were confirmed with an optical microscope.
The results are also shown in Table 3.


[比較例]
また、比較の目的で、以下の工程で比較例のサーメット切削工具を作製した。
まず、TiOあるいはスポンジTiから平均粒径1.5μmのTiCN粉末を作製し、このTiCN粉末と、平均粒径2.0μmのZrC粉末、平均粒径6.0μmのWC粉末、平均粒径1.0μmのTaC粉末、平均粒径1.0μmのNbC粉末、平均粒径0.9μmのCo粉末、平均粒径0.8μmのNi粉末を、所定の配合組成になるように配合し、表4に示す原料粉末a〜fを作製した。
ついで、前記原料粉末a〜fをアトライター中に充填し、同時に、アトライター中に、混合メディアとしてのWC基超硬合金ボールあるいはサーメット製ボールのいずれかを投入し、表5に示す条件、即ち、アジテータの回転速度を20〜30rpmにして16〜20時間
湿式混合することにより、表5に示す混合粉末11〜16を作製した。
なお、アトライター中への原料粉末の充填量(kg)に対する混合メディアの投入量(kg)の比率(=(混合メディアの投入量)/(原料粉末の充填量))は、表5に示すように、5.0〜14.0である。
ついで、上記混合粉末21〜26を乾燥した後、表5に示す60〜120MPaの圧力でプレス成形し、圧粉成形体11〜16を作製し、これを、表5に示す条件で焼結した後、室温まで冷却することにより、表5に示すサーメット焼結体11〜16を作製した。
次いで、上記のサーメット焼結体11〜16から、実施例と同様な形状SNMU140812ANER−Mを有する表6に示す比較例のTiCN基サーメット工具11〜16(「比較例工具11〜16」という)をそれぞれ製造した。
[Comparison example]
Further, for the purpose of comparison, a cermet cutting tool of a comparative example was produced in the following steps.
First, TiCN powder having an average particle size of 1.5 μm is prepared from TiO 2 or sponge Ti, and this TiCN powder, ZrC powder having an average particle size of 2.0 μm, WC powder having an average particle size of 6.0 μm, and average particle size 1 .0 μm TaC powder, NbC powder with an average particle size of 1.0 μm, Co powder with an average particle size of 0.9 μm, and Ni powder with an average particle size of 0.8 μm were blended so as to have a predetermined blending composition, and Table 4 The raw material powders a to f shown in the above were prepared.
Then, the raw material powders a to f are filled in the attritor, and at the same time, either the WC-based cemented carbide balls or the cermet balls as the mixed media are charged into the attritor, and the conditions shown in Table 5 are as follows. That is, the mixed powders 11 to 16 shown in Table 5 were prepared by wet mixing for 16 to 20 hours at a rotation speed of the agitator of 20 to 30 rpm.
The ratio of the input amount (kg) of the mixed media to the filling amount (kg) of the raw material powder into the attritor (= (input amount of the mixed media) / (filling amount of the raw material powder)) is shown in Table 5. As such, it is 5.0 to 14.0.
Then, the mixed powders 21 to 26 were dried and then press-molded at a pressure of 60 to 120 MPa shown in Table 5 to prepare powder compacts 11 to 16 and sintered under the conditions shown in Table 5. After that, the cermet sintered bodies 11 to 16 shown in Table 5 were prepared by cooling to room temperature.
Next, from the above cermet sintered bodies 11 to 16, TiCN-based cermet tools 11 to 16 (referred to as "comparative example tools 11 to 16") of the comparative example shown in Table 6 having the same shape SNMU140812ANER-M as in the examples were used. Each was manufactured.

前記で作製した比較例工具11〜16を構成するサーメット焼結体について、実施例の場合と同様に、平均成分組成、焼結体組織および有孔度を求め、さらに、焼結体中にクラックが存在するか否かについて、外観および断面を光学顕微鏡で確認した。
表6に、その結果を示す。
With respect to the cermet sintered body constituting the comparative example tools 11 to 16 produced above, the average component composition, the sintered body structure and the porosity were obtained as in the case of the example, and further, cracks were obtained in the sintered body. The appearance and cross section were confirmed with an optical microscope to see if there was any.
The results are shown in Table 6.


つぎに、本発明工具1〜6および比較例工具11〜16をいずれもカッタ径125mmの工具鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、合金鋼の高速断続切削の一種である乾式正面フライス、センターカット切削加工試験を実施した。 Next, with the tools 1 to 6 of the present invention and the tools 11 to 16 of the comparative examples both clamped to the tip of a tool steel cutter having a cutter diameter of 125 mm with a fixing jig, high-speed intermittent cutting of the alloy steel shown below is performed. A dry face milling cutter, which is a type of center cut, was tested.

切削試験: 乾式正面フライス、センターカット切削加工、
カッタ径: 125 mm、
被削材: JIS・SCM440幅100mm、長さ400mmの穴材、
回転速度: 509 min−1
切削速度: 200 m/min、
切り込み:ae 98mm、ap 2.0mm、
送り速度(1刃当り): 0.20 mm/tooth、
なお、上記切削加工試験においては、破断(寿命)に至るまでの切削時間を測定した。
表7に、その結果を示す。
Cutting test: Dry face milling, center cut cutting,
Cutter diameter: 125 mm,
Work material: JIS / SCM440 Hole material with a width of 100 mm and a length of 400 mm,
Rotation speed: 509 min -1 ,
Cutting speed: 200 m / min,
Notch: ae 98mm, ap 2.0mm,
Feed rate (per blade): 0.20 mm / tooth,
In the above-mentioned cutting test, the cutting time until fracture (life) was measured.
The results are shown in Table 7.


表7に示されるように、本発明工具1〜6は、欠損等の耐異常損傷性にすぐれ、長期の使用にわたって、すぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較例工具11〜16は、成形性、焼結性が十分でないサーメット焼結体で構成されているため、あるいは、TiCN硬質相のアスペクト比が本発明で規定する範囲を外れるため、欠損等の異常損傷発生によって工具寿命が短命となることが明らかである。
As shown in Table 7, the tools 1 to 6 of the present invention have excellent resistance to abnormal damage such as defects, and exhibit excellent wear resistance over a long period of use.
On the other hand, Comparative Examples Tools 11 to 16 are made of a cermet sintered body having insufficient moldability and sinterability, or the aspect ratio of the TiCN hard phase is out of the range specified in the present invention. Therefore, it is clear that the tool life is shortened due to abnormal damage such as chipping.

この発明のTiCN基サーメット製切削工具は、成形性、焼結性、耐欠損性にすぐれ、長期の使用にわたって、すぐれた切削性能を発揮することから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。




The TiCN-based cermet cutting tool of the present invention has excellent formability, sinterability, and fracture resistance, and exhibits excellent cutting performance over a long period of use. Therefore, labor saving and energy saving in cutting are further reduced. It is sufficient to cope with the cost reduction.




Claims (1)

TiCN基サーメット焼結体からなるTiCN基サーメット製切削工具において、
(a)前記TiCN基サーメット焼結体は、質量%で、ZrC:0.5〜2.0%、WC:15〜25%、TaCおよびNbCのうちの1種または2種の合計:5〜20%、CoおよびNiのうちの1種または2種の合計:12〜25%、残部は、不可避不純物とTiCNからなる平均成分組成(但し、Zr、W、TaおよびNbについては、いずれも炭化物として換算した組成値を示す)を有し、
(b)前記TiCN基サーメット焼結体の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した場合、結合相と第1硬質相と第2硬質相が存在する焼結体組織を有し、
(c)前記結合相は、CoおよびNiのうちの1種または2種を主体とし、
(d)前記第1硬質相は、TiCNの単相からなり、前記第1硬質相と前記結合相との平均接触界面長さは、前記第1硬質相の粒界長さの50%以上であり、前記第1硬質相の平均アスペクト比は、1.5以上1.8以下であり、
(e)前記第2硬質相は、Tiと、Zrと、Wと、TaおよびNbのうちの1種または2種との複合炭窒化物からなり、
(f)前記TiCN基サーメット焼結体の有孔度は、超硬工具協会規格CIS006C−2007で定められるA04以下、B00であることを特徴とするTiCN基サーメット製切削工具。
In a TiCN-based cermet cutting tool made of a TiCN-based cermet sintered body,
(A) The TiCN-based cermet sintered body is ZrC: 0.5 to 2.0%, WC: 15 to 25%, and the total of one or two of TaC and NbC: 5 to 5% by mass. 20%, total of 1 or 2 of Co and Ni: 12-25%, the balance is an average composition of unavoidable impurities and TiCN (however, Zr, W, Ta and Nb are all carbides. Shows the composition value converted as)
(B) When the cross section of the TiCN-based cermet sintered body is observed with a scanning electron microscope, it has a sintered body structure in which a bonded phase, a first hard phase and a second hard phase are present.
(C) The binding phase is mainly composed of one or two of Co and Ni.
(D) The first hard phase is composed of a single phase of TiCN, and the average contact interface length between the first hard phase and the bonded phase is 50% or more of the grain boundary length of the first hard phase. Yes, the average aspect ratio of the first hard phase is 1.5 or more and 1.8 or less.
(E) The second hard phase is composed of a composite carbonitride of Ti, Zr, W, and one or two of Ta and Nb.
(F) A cutting tool made of TiCN-based cermet, wherein the porosity of the TiCN-based cermet sintered body is A04 or less and B00 defined by the Cemented Carbide Tool Association standard CIS006C-2007.
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