JP7143844B2 - 切削工具 - Google Patents
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Description
しかし、最近は、特に耐熱合金など、難削材への加工ニーズが高まっており、切削速度の向上も求められている。このため、切削工具には、より高温での耐摩耗性が求められる。特許文献1の技術では、被膜が剥がれてしまうと、たとえば焼結体中の結合相(金属コバルト等)の軟化等により急激に耐摩耗性が低下して、すぐに超硬合金が寿命に達してしまうため、特許文献1の技術はこのようなニーズに対して十分ではない。このため、焼結体の母材自体の高温での耐摩耗性を更に向上させることが望まれる。
上記によれば、高温での耐摩耗性が向上した切削工具を提供することができる。
最初に本開示の実施態様が列記して説明される。
(Co,Ni)x(Al,W)yCz
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕これにより、焼結体は、特に高温で高硬度を維持することが可能となる。
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と記される)が説明される。ただし、以下の説明は、本開示を限定するものではない。また、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のものに限定されるものではない。
本実施形態に係る切削工具は、下記の焼結体を含む。なお、切削工具としては、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどを例示することができる。
本実施形態に係る焼結体は、第1硬質相、結合相およびAl2O3を含む。焼結体は、これらを含む限り、これら以外の成分を含んでいてもよい。第1硬質相はWCからなる。Al2O3は、焼結体中に分散している。
(Co,Ni)x(Al,W)yCz
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
なお、結合相中には、酸素が含まれて(固溶して)いてもよい。
本開示の一実施形態においては、まず、第1金属(Co,Ni)および第2金属(Al,W)を原料として使用し、アトマイズ、アーク溶解、プラズマ処理などにより、結合相を作製する。
(Co,Ni)x(Al,W)yCz
〔式中、(Co,Ni)は第1金属であり、(Al,W)は第2金属であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
その後、例えば、1400℃で1000atmの条件で1時間の熱間静水圧成形(HIP:Hot Isostatic Pressing)処理を行なうことにより、焼結体(合金)を得ることができる。
42.5Co-40Ni-10W-7.5Al(原子%)の組成で金属粉を混合し、アトマイズ法により、結合相を作製した。(実施例1~50で使用した金属粉は全て同じである。)
得られた結合相を、粒径1μmの超硬ボールを用いてビーズミルにより粉砕した。得られたスラリーを大気中で乾燥させ、結合相粉末を得た。
アトライターによる混合時に、密閉式のアトライターを用いることで、混合物の酸化を抑制させた。また、その混合後に得られたスラリーは、窒素雰囲気中で乾燥させた。また、焼結条件は、真空で、1450℃、1時間とした。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は実施例と同様にして、焼結体を得た。
焼結条件は真空で1450℃1時間焼結した。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は実施例と同様にして、焼結体を得た。
42.5Co-40Ni-10W-7.5Al(原子%)の金属粉の代わりに、粒子径が1.2μmの金属Co粉を用いた。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は、比較例1と同様にして、焼結体を得た。
上記の各実施例および各比較例で得られた焼結体(硬質材料)を、ワイヤー放電加工により切断して仕上げ加工し、先端ノーズR0.8mmの切削工具を作製した。
上記で作製した各実施例および各比較例の切削工具のそれぞれについて、下記の切削条件でインコネル(登録商標)718(商品名、インコネル社製)を被削材としてNC旋盤で切削試験を行い、0.2km切削後の切削工具の逃げ面の摩耗量(μm)と境界摩耗量(μm)を測定した(図1参照)。
切削速度:50m/分
切り込み量:0.2mm
送り量:0.1mm/rev
切削油:あり
焼結体が、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相(合金粉末)およびAl2O3を含むこと、並びに、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相またはAl2O3の体積含有率、および、結合相の組成等は、上述の実施形態で説明した方法と同様にして測定された。
※3 刃先が欠損していたため測定不可。
※4 刃先が欠損していたため測定不可。
※5 0.1km切削した時点で刃先が欠損していたため、試験を中止した。
(Co,Ni)x(Al,W)yCz
〔式中、(Co,Ni)は第1金属であり、(Al,W)は第2金属であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
で表される化合物相を含んでいる場合において、xは73原子%以上95原子%以下であり、yは4原子%以上25原子%以下であり、zは0.3原子%以上15原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性がより向上していることが分かる。また、xは75原子%以上93原子%以下であり、yは5原子%以上20原子%以下であり、zは0.5原子%以上10原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性がさらに向上していることが分かる。また、xは80原子%以上90原子%以下、yは6原子%以上15原子%以下、zは1原子%以上5原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性が最も向上していることが分かる。
Claims (14)
- 第1硬質相、結合相およびAl2O3を含む焼結体を含む切削工具であって、
前記第1硬質相はWCからなり、
前記結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含み、
前記Al2O3は、前記焼結体中に分散しており、
前記結合相は、下記式で表される化合物相を含み、
(Co,Ni)x(Al,W)yCz
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
前記xは0.73以上0.95以下であり、前記yは0.04以上0.25以下であり、前記zは0.003以上0.15以下である、切削工具。 - 前記結合相は、格子定数が3.65Å以上4.0Å以下である、請求項1に記載の切削工具。
- 前記xは0.75以上0.93以下であり、前記yは0.05以上0.2以下であり、前記zは0.005以上0.1以下である、請求項1に記載の切削工具。
- 前記xは0.8以上0.9以下、前記yは0.06以上0.15以下、前記zは0.01以上0.05以下である、請求項3に記載の切削工具。
- 前記焼結体は、さらに第2硬質相を含み、
前記第2硬質相は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群より選ばれる1種以上の金属と、窒素、炭素、硼素および酸素からなる群より選ばれる1種以上の元素と、からなる化合物、または、該化合物の固溶体(ただし、WCを除く)からなり、
前記第1硬質相は、前記第2硬質相より体積比率が大きい、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の切削工具。 - 前記Al2O3は、前記焼結体中に1体積%以上15体積%以下含まれる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記Al2O3は、円相当径の平均値が0.1μm以上2μm以下であり、かつその標準偏差が0.05μm以上0.25μm以下である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記Al2O3は、円相当径の平均値が0.2μm以上1μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.15μm以下である、請求項7に記載の切削工具。
- 前記Al2O3は、円相当径の平均値が0.3μm以上0.5μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.1μm以下である、請求項8に記載の切削工具。
- 前記Al2O3は、粒子間距離の平均値が1μm以上3μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.5μm以上1.5μm以下である、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比が0.015以上0.061以下である、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記焼結体中の酸素の含有量が0.1質量%以上0.4質量%以下である、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記WCは、平均粒子径が0.1μm以上3μm以下である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記焼結体中の前記結合相の含有率が2質量%以上10質量%未満である、請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の切削工具。
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