JPH01215947A - 切削又は切断工具部材用超硬合金 - Google Patents

切削又は切断工具部材用超硬合金

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JPH01215947A
JPH01215947A JP4176188A JP4176188A JPH01215947A JP H01215947 A JPH01215947 A JP H01215947A JP 4176188 A JP4176188 A JP 4176188A JP 4176188 A JP4176188 A JP 4176188A JP H01215947 A JPH01215947 A JP H01215947A
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cutting
carbide
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cutting tool
cemented carbide
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JP4176188A
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Takeshi Saito
斉藤 豪
Shunji Ozoe
尾添 俊二
Mitsuo Ueki
植木 光生
Keiichi Kobori
小堀 景一
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、切削工具部材又は切断工具部材に適する超硬
合金に関し、特にドリル、リーマ、エンドミルなどの切
削工具部材、又は裁断刃、スリッターなとの切断工具部
材に適する切削又は切断工具部材用超硬合金に関するも
のである。
(従来の技術) 一般に、超硬合金は、室温での強度がすぐれるllIc
−Co系合金と、高温での諸特性、例えば耐熱性、耐酸
化性及び金属との耐溶着性にすぐれる■C−DI型化合
物−Co系合金(Bl型化合物は、周期律表4a、 5
a金属の炭化物及び炭窒化物を主体とする化合物)に大
別される。この内、前者のWC−Co系合金は、土木、
建設で用いられる掘削工具材料、ヘッダー、ロール、ノ
ズル、メカニカルシール。
ゲージ、バルブなどの耐摩耐食工具材料、又は主として
鋳物用又は低速領域用としての切削工具材料として実用
化されている。これらの内、低速領域用に分類されるド
リル、リーマ、エンドミルのように切刃が非常にシャー
プな切削工具材料は、高速化傾向と共に切刃にチッピン
グ又は欠損が生じて短寿命になるという問題がある。こ
の問題を解決する1つの方向としてWCの粒成長を抑制
して高強 度及び高硬度の合金にすることが特開昭51
−12847号公報で提案されている。また、WCの粒
成長抑制効果と共に耐食性効果にすぐれる炭化クロムを
添加したWC−Cr3Cz −Co系合金に関しては、
粉体および粉末冶金31 (1984156で報告され
ている。
(発明が解決しようとする問題点) 特開昭61−12847号公報は、Co及びNiのうち
の1種または2種=5〜40%、 V:O,I 〜2.
0%及びCr:0.I〜2.0%を含有し、残りがWC
及び不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有し、
かつ合金中の前記wCの平均粒径が0.7μm以下であ
ることを特徴とする微細な炭化タングステン粒子を含有
する耐摩耗性および靭性のすぐれた超硬合 □金である
。この特開昭51−12847号公報の発明は、従来の
WC−Co系超硬合金に比較して、■とCrの複合添加
により、WCが微細化され、均一化されて、すぐれた強
度を有するようになったけれども、特に切刃のシャープ
な工具、例えばエンドミル、リーマ、ドリル又はスリッ
ターなどに適用すると摩耗部に微小チッピングが発生し
、この微小チッピングが原因と考えられる折損又は欠損
もみられ工具寿命の安定性に欠けるという問題がある。
一方、粉体および粉末冶金31 f1984) 56の
wc−CrsC2Co系合金は、ゲージ、バルブ、シー
ルリングなどの耐食性工具材料に応用されているC r
 3C2をWC−Co中に添加した場合に、Cr5C2
の添加量が合金炭素量、結合相中へのCr3C2の固溶
限及び抗折力に影響を及ぼすことについて開示されてい
るけれども、工具の微小チッピングに対する問題は解決
されていないものである。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、Co及び/又はNiの量に対する炭化クロムの
量を調整することにより、wCの粒成長を抑制し、しか
も破壊靭性値及び耐微小チッピング性の高い、所謂クラ
ック伝播抵抗のすぐれる切削又は切断用超硬合金の提供
を目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、エンドミルやドリルなどの切刃のシャー
プな切削工具の寿命向上、安定化について検討していた
所、特に小径のエンドミルやドリルの摩耗部の損傷は微
小チッピングが連続化することにより起っており、この
損傷が大きくなった所で切削抵抗が増大して強度的に最
も弱い刃の根元、所謂首下から折損するに至るという第
1の知見を得たものである。次いで、超硬合金の切刃に
微小チッピングを生じさせないようにするには抵抗力強
度の向上は殆んど相関がなくクラック伝播抵抗を高める
ことが必要であること、及び超硬合金のクラック伝播抵
抗を高めるのにWC−Co中に炭化クロム、炭化バナジ
ウム、炭化タンクルな単独添加又はこれらを複合添加す
ることにより調べた結果、WC粒成長抑制効果と耐食性
効果にすぐれているといわれている炭化クロムを一定量
含有させると最も効果が著しいという第2の知見を得た
ものである。この第1の知見と第2の知見に基づいて本
発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の切削又は切断工具部材用超硬合金は
、3〜20wt%のCo及び/又はNiと該Co及び/
又はNiの量に対し3〜lowt%の炭化クロムとでな
る結合相と、残り平均粒径0.8μm以下の炭化タング
ステンと不可避不純物とでなることを特徴とするもので
ある。
本発明の切削又は切断工具部材用超硬合金における結合
相は、Co” Cr−C、Ni −Cr −C又はCo
 −Ni−Cr−Cからなっているもので、この結合相
の主成分であるCo及び/又はNiが3wt%未満にな
ると、緻密化が不充分になり、靭性が不足し、耐折損性
を劣化させる。逆に、Co及び/又はNiが20wt%
を超えて多くなると、耐塑性変形性及び耐摩耗性が低下
する。従って、Co及び/又はNiは、3wt%以上か
ら20wt%以下と定めたものである。
また、結合相中の炭化クロムがCo及び/又はNiの量
に対して3wL%未満になるとWC粒成長抑制効果の低
下による耐すきとり摩耗性の劣化をもたらし、寿命の安
定化が達成できなくなる。逆に、結合相中の炭化クロム
がCo及び/又はNiの量に対してlowL%を超えて
多くなると、Co及び/又はNi中へ固溶すると共に、
さらに炭化クロム又は炭化タングステン・クロムとして
析出し、クラック伝播抵抗を急激に低下させる。従って
、炭化クロムはCo及び/又はN1に対して3〜l0w
t:%と定めたものである。
本発明の切削又は切断工具部材用超硬合金は、クラック
伝播抵抗を高めるために炭化クロムを結合相中に固溶さ
せるのであるが、この結合相中への炭化クロムの完全固
溶化を計るためには超硬合金中に遊離炭素又は(WsC
o3) Cで表わずη層の発生などが起らない健全領域
の炭素量に制御する必要がある。特に、合金中の炭素量
は、健全領域内でも低炭素領域内に制御することが好ま
しく、低炭素合金の目安として、X線回折による結合相
の格子定数が3,560Å以上から3.574Å以下に
あることが好ましいことである。また、クラック伝播抵
抗を高めるという炭化クロムの効果を最大限に発揮させ
るためには、合金中における不可避不純物を制御する必
要がある。合金中の不可避不純物は、出発原料又は製造
工程中に含有してくるものであるが、主として出発原料
中に混入している不可避不純物にCa、 S、 Si、
Al及びMgなどがある。
これらのCa、 S、 Si、 A℃及びMgの不可避
不純物は、焼結工程中で酸化物や硫化物を形成して、合
金のクラック伝播抵抗を著しく低下させる原因になる。
そこで、これらのCa、 S、 Si、 Al及びMg
は合金中にそれぞれ00旧wt%以下に押えることが好
ましいことである。
本発明の切削又は切断工具部材用超硬合金は、次のよう
な方法により製造することができる。まず、出発原料と
してのWCは、平均粒度が1.0μm以下のできるだけ
微細な粉末を用いるのが合金の強度上から好ましいもの
である。
特に、主としてWC中に含有しているCa、 S、’ 
Si。
Af2及びMgからなる不可避不純物は、それぞれが(
1,001wt%以下に制御されたものを使用すること
が好ましいことである。
このWC粉末と他の出発原料粉末とでなる配合粉末を混
合又は混合粉砕する場合は、従来の粉末冶金法で行われ
ている混合法でよく、例えばステンレス製容器。超硬合
金を内張した容器、ウレタンゴムを内張した容器又はプ
ラスチック製容器の中に超硬合金製ボール又はステンレ
ス製ボールと共に配合粉末を入れて、さらに必要ならば
グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリブチルアル
コール、パラフィン又はカンファなどの成形助剤を添加
して、アセトン、ヘキサン、ベンゼン、アルコールなど
の有機溶媒中で湿式混合するのが好ましい。
混合粉末を粉末成形体にするには、混合粉末を黒鉛モー
ルドに充填して粉末成形体とし、後非酸化性雰囲気中で
ポットプレス(11・1))シて焼結する方法、又は成
形助剤を添加した混合粉末、さらに必要ならば混合粉末
を顆粒状に造粒して、それを金型モールドに充填した後
、加圧して粉末成形体とする方法、もしくはラテックス
ゴムなどで混合粉末を包囲した後、静水圧加圧により、
外圧を加えて粉末成形体とする方法、あるいは従来から
用いられている熱り塑性樹脂、可塑剤、潤滑剤などを混
合粉末に加えて射出成形機、押出し成形機などで粉末成
形体にする方法などが適用できる。このような粉末成形
体を直接焼結する方法、又は粉末成形体を焼結温度より
も低い温度で予備焼結した後、切断、研削、切削などの
加工を施してから焼結する方法がある。
焼結温度は、WCとCo及び/又はNiとの共晶温度以
上の温度で焼結すればよく、具体的には1350℃以上
の温度で焼結することである。焼結雰囲気は、真空又は
非酸化性ガス雰囲気もしくは非酸化性ガスによる減圧又
は加圧条件に保持する方法である。
このようにして焼結したものを窒素ガス又は不活性ガス
雰囲気中、 1300℃以上の温度、1000気圧以上
の圧力で熱間静水圧(旧P)処理を施すと、−層抗折力
強度及びクラック伝播抵抗のすぐれた超硬合金になるこ
とから好ましいことである。
(作用) 本発明の切削又は切断工具部材用超硬合金は、炭化タン
グステンと、炭化クロムを固溶してなるCo及び/又は
Niの結合相とからなるもので、結合相中に固溶してい
る炭化クロムが焼結工程中での炭化タングステンの粒成
長を抑制する作用をし、焼結後、結合相を強化してクラ
ック伝播抵抗を高める作用及び合金の耐食性を高める作
用をしているものである。特に、炭化クロムによるクラ
ック伝播抵抗の向上がエンドミルやトリルなどの切削工
具又はスリッターなとの切断工具における耐微小チッピ
ング性及び耐折損性を高める作用をしているものである
(実施例) 実施例1 平均粒径0.5μmのWC粉末、平均粒径1.4μmの
Co粉末、平均粒径25μmのNi粉末及び平均粒径2
.5μmのCr5C2粉末を出発原料として用い第1表
に示す組成に各試料を配合した。このとき用いた出発原
料粉末の内、本発明品にはWC中のCa、 S、八n、
si、 Mgの含有量がそれぞれIOppm以丁に調整
した粉末を用い、比較品には従来の市販品の粉末を用い
た。これらの各試料それぞれをアI+ 七トンと超硬合金製ボールの入った容器中で72時間混
合後、乾燥して得られた混合粉末を所定の形状にプレス
し、粉末成形体を得た。次いで、1380℃、1時間保
持にて焼結した後、アルゴン雰囲気中、1350℃、1
0圓気圧の条件で旧P処理した。こうして得た各試・料
の抗折力強度、硬さ、結合相の格子定数及び破壊靭性値
(にIc)を求めて、その結果を第2表に示した。結合
相の格子定数は、超硬合金の表面に存在する炭化タング
ステンを溶解除去後、X線回折により求めた。また、に
Icはビッカース圧痕周辺に生じるクラック長さと硬さ
の関係から算出した。
更に、第2表で示したそれぞれの試料の不純物を蛍光X
線分析により測定したところ、本発明品はCa、 S、
 Si、 A421Mgがそれぞれ0.001 wt%
以下であったのに対し、比較品は、Ca、 S、 Si
、 A℃。
Mgが0.001 wt%を超えて多く含有しているこ
とが確認できた。
実施例2 実施例1で得た試料を用いて、φ6. Ommのエンド
ミルを作製し、下記の (Al切削試験、(B)切削試
験及び (C1切削試験を行い、それぞれの結果を第3
表に示した。
(Al切削試験 被削材  5KDII (HB 22014本溝人材切
削速度 30 m/min 送り量  0.02 mm/刃 切込み量 6 mm 切削油  ニジロンオイル No3 評 価  折損するまでの切削長さ(5回のモ均値) (131切削試験 被削材  5KDI+’ (’HB 220)  溝な
し切削速度 30 m/min 送り量  0.02mm/刃 切込み75 mm 切削油  ニジロンオイル No3 評 価  折損するまでの切削長さ(5回の平均値) (C)切削試験 被削材  555C()IB 2401溝なし切削速度
 40 m/min 送り量  0.03 mm/刃 切込み量 6 mm 切削油  ニジロンオイル No3 評 価  折損するまでの切削長さ(5回の平均値) 以下余白 (発明の効果) 以上の結果、本発明の切削または切断用超硬合金は、C
r5Cz−VCの複合添加又は、Cr、lCz −Ta
Cの複合添加した合金に比べて抗折力強度が約40〜1
20%増加し、クラック伝播抵抗の目安となる破壊靭性
値が高い方で約21%増加し、切削試験におけるクラッ
ク伝播抵抗の目安となる耐欠損性が約32〜300%増
加するという効果がある。このことから、本発明の切削
又は切断用超硬合金は、特に切刃のシャープなエンドミ
ル、ドリル、リーマなどの切削工具、磁気テープ、紙、
銅板などのスリッターに代表される切断工具としての寿
命及び信頼性を一段と向上したもので産業」1有用な材
料である。
特許出願人  東芝タンガロイ株式会社手続補正書 昭和63年9月20日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)3〜20wt%のCo及び/又はNiと該Co及
    び/又はNiの量に対し3〜10wt%の炭化クロムと
    でなる結合相と、残り平均粒径0.8μm以下の炭化タ
    ングステンと不可避不純物とでなることを特徴とする切
    削又は切断工具部材用超硬合金
  2. (2)上記結合相は、X線回折による格子定数が3.5
    60Å〜3.574Åであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の切削又は切断工具部材用超硬合金。
  3. (3)上記不可避不純物は、Ca、S、Si、Al及び
    Mgのそれぞれが0.001wt%以下であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の切削又
    は切断工具部材用超硬合金。
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