JPH0143017B2

JPH0143017B2 -

Info

Publication number: JPH0143017B2
Application number: JP57008568A
Authority: JP
Inventors: Iwao Asai; Kazuyoshi Myano; Mitsuo Kanayama; Takeji Asai
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1982-01-22
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1989-09-18
Also published as: JPS58126963A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、MC型炭化物を高速度鋼中に高密度
に分布させることにより、組織の粗大化を防ぎ、
高い靭性を保持すると共に、高硬度を有するMC
型炭化物の高密度化により高い耐摩耗性を具備し
た粉末高速度鋼に関する。近時、高速度鋼に要求される特性は苛酷さを増
し、高い靭性と高い耐摩耗性の相異る性質を具備
しなければならなくなつた。このような条件のも
とで、粉末冶金的手法による高速度鋼の製造が多
く開発されている。粉末冶金的手法によれば、組
織が微細且つ均一化し、熱間加工を容易にすると
共に靭性、被研削性あるいは切削性能等も従来の
溶解法による高速度鋼よりも改善される。更に、
粉末冶金的手法を用いることによつて、溶解法で
は製造不可能な成分の高速度鋼も製造可能となつ
ている。然しながらこのような状況のもとでも、
ホブやピニオンなどに代表される断続切削用工具
に要求される、より高い耐摩耗性と高い靭性とを
兼備する高速度鋼を得ることは、塑性加工上の問
題から来る、コスト、あるいは高合金化による靭
性低下の問題などから、その製造が著しく困難で
あつた。本発明者等は、このような観点のもとに、合金
成分組成および組織について詳細な研究と実験と
を重ねた結果、高速度鋼中のMC型炭化物の量お
よび分布状況を一定範囲に調整することにより、
組織の粗大化を防ぎ、高い靭性を保持すると共に
高い耐摩耗性を付与しながら、圧粉成形および熱
間塑性加工が可能な高速度鋼を見出し、本発明を
完成するに至つた。高速度鋼は、切削工具として使用される場合、
焼入・焼もどし処理を行ない素地を強化すると共
に、残存する炭化物によつて耐摩耗性を得て使用
されるのが普通である。この場合、製品にされた
とき即ち使用状態における高速度鋼の靭性は、主
として組織の粗さ、素地の強化度および炭化物の
分布状況、つまり炭化物の大きさ、形状および炭
化物間距離によつて決定されることが判つた。高
靭性であるためには、組織が微細であつて、炭化
物は微細で均一に分布することが必要で、かつで
きれば丸い形状であることが好ましい。更にもう
一つの条件は、炭化物の間隔にあるが、これは一
般に知られているように、間隔がせまい程強度的
には好ましい状態が得られる。また耐摩耗性は残
存する炭化物の量で決定されるが、この場合炭化
物の種類が大きな条件となる。高速度鋼の場合は
製品にされたとき即ち使用状態においてM₆Cお
よびMC型炭化物が共存するが、炭化物硬さがよ
り高いMC型炭化物は耐摩耗性に関与する割合が
大きい。一般に高速度鋼中でMC型炭化物を安定
的に形成する元素は、Ｖ、Nb、Tiで代表される
が、かかるＶ、Nb、Tiを成分とするMC型炭化
物は、鋼中にあつて一般的な熱処理の範囲では熱
処理による変化が殆どなく、一度MC型炭化物を
生成するとその形状、位置を保持し続け、鋼中の
M₂₃C₆あるいはM₆C型炭化物のように、熱処理に
よつて素地への溶込み、析出などを殆ど行なわ
ず、二次的な粗大化も殆ど行なわないことに着目
した。更に、急冷されて著しく微細な組織を持つ
粉末を使用する粉末冶金的手法を用いれば、MC
型炭化物を微細且つ均一に、そして高密度に分布
させることが容易にできることが判り、これらが
本発明の根源である。即ち本発明はＶ、Nb、Tiの１種類またはこれ
らの２種類以上を成分とするMC型炭化物を含
み、前記MC型炭化物は製品にされたとき平均粒
径2μｍ以下にされており、かつ前記MC型炭化物
相互間の距離は2μｍ以下の間隔で高密度に分布
するよう粉末冶金的手法により急速冷却により、
微細組織を持つた原料高速度鋼粉末を使用して製
造されたことを特徴とする粉末高速度鋼を提供す
るものである。かかる本発明による粉末高速度鋼
は、鋼中で安定なMC型炭化物を高密度で微細且
つ均一に分布させることによる耐摩耗性の向上、
炭化物間隔の短かくなつたことによる強度の増
加、および素地の微細化保持による高靭性の安定
維持が得られるものであり、これらの効果は従来
の溶解法では炭化物の偏析や粗大化のため製造不
可能で得ることのできないものである。本発明で
得られたMC型炭化物を微細且つ均一で高密度化
した粉末高速度鋼は、前述のような好ましい特性
を示し、切削工具の耐チツピング性と耐摩耗性を
飛躍的に向上させ工具寿命を著しく長いものにし
た。詳説すると、MC型炭化物の粒径および炭化物
間隔は、MC型炭化物が一般の熱処理に殆ど関与
しないことに着目し、微細構造の安定した条件を
得るために規定した。MC型炭化物は、一般に粉
末高速度鋼中では径が0.2〜4μｍ範囲で分布する
が、平均粒径が2μｍをこえると被研削性が悪く
なり、ホブ、ピニオン等の精密工具では寸法や形
状保持が著しく困難となり、経済的に不利とな
る。またMC型炭化物の間隔を平均で2μｍ以下に
高密度化すると、MC型炭化物の存在により組織
の粗大化が防止されると共に、炭化物間隔が短か
くなつた効果により、高い靭性を保持することが
可能である。然し、MC型炭化物の間隔が平均で
2μｍをこえると、炭化物の高密度化による靭性
保持効果が低下することから、炭化物間隔を平均
で2μｍ以下とした。次に高速度鋼中でMC型炭化
物を形成する元素で安価に実用化されるのは、
Ｖ、Nb、Tiであるが、これ以外の元素を使用し
た場合、焼結条件およびそれ以降の諸条件が煩雑
となり実用的でない。故に、MC型炭化物は、
Ｖ、Nb、Tiの炭化物かあるいはこれらの２種類
以上を成分とすることに限定したものである。さらに、MC型炭化物の面積占有率は製品にさ
れたとき30〜45％である。即ちMC型炭化物の平
均粒径が2μｍ以下でその面積占有率が30％未満
の場合は、切削時に被切削物が素地と接触するこ
とが多くなり、MC型炭化物の存在による耐摩耗
性付与の効果が著しく減退し、工具の耐摩耗性を
悪化させる。故に、MC型炭化物の高密度化によ
る耐摩耗性向上の効果を得るには、MC型炭化物
の面積占有率は30％以上が必要である。また、
MC型炭化物が平均粒径2μｍ以下の状態で面積占
有率が45％をこえると、鍛造、圧延などの熱間塑
性加工が不可能となり、充分鍛錬された粉末高速
度鋼が得られず利用範囲も限定され、経済的な実
用化が困難となるため、上限を45％としたもので
ある。なおMC型炭化物が面積占有率で30％以上
となると上述したＶ、Nb、Ti以外のMC型炭化
物を形成する元素を添加しても上述した３元素を
上廻る効果は殆ど得られず、意味をもたなくな
る。このことも上述したMC型炭化物を形成する
元素をＶ、Nb、Tiのうちの１種類または２種類
以上に限定した理由をなす。さらに前記粉末高速度鋼はそれぞれ重量％で
C2.0〜3.3％、Cr3.5〜5.0％、W7.0〜11.0％、
Mo3.0〜5.0％、Co7.0〜10.0％であつて；Ｖ、
Nb、Tiの１種類あるいはこれらの中の２種類以
上の和が8.0〜11.0％で残部はSi0.1〜0.6％、
Mn0.1〜0.6％とFeおよび不純物からなるもので
ある。詳説すると、Ｃ；Ｃは素地中に固溶して強化に寄与すると共
に、MC型炭化物を形成するＶ、Nb、Tiと結
合し、高い耐摩耗性を有する高硬度炭化物の母
体として必要欠くべからざる元素であるが、そ
の含有量が2.0％未満では必要な硬さを得るこ
とができず、MC型炭化物を高密度に分布させ
ることが不可能となるので、2.0％以上としな
ければならない。また後述するように、MC型
炭化物を形成する合金元素量との関係をみた場
合、最大3.3％が必要である、然し、3.3％をこ
えると、熱間加工が不可能となると共に、焼結
条件も処理範囲がせまくなり、実用的でなくな
るため、Ｃ添加量の上限を3.3％と規定した。Ｗ；ＷはＣと結合してM₆C型炭化物を形成し、
焼入れによつて一部素地に固溶して素地強化を
行い、高温における硬さや耐熱性を向上させる
が、一部は残存してMC型炭化物の耐摩耗性を
補佐する重要な成分である。Ｗが7.0％未満で
は素地に対する強化が満足できず、素地の強度
および耐熱性に不足が生じる。然し、11.0％を
こえるとそれ以上の効果を示さないうえ経済的
に高価なものとなるので、Ｗは7.0〜11.0％に
限定した。 Mo；Moは一般にＷと同じ性質を持ち、その効
果はＷの２倍とされているが、実際に切削工具
として使用した場合は、Moの添加は、素地の
強化よりも高速度鋼の焼入性改善の効果が大き
く、熱処理硬さ保持に有効である。それ故に、
Moの多量添加は必要がなく、その焼入性改善
の効果を示す3.0％を下限とし、経済性を考慮
して上限を5.0％とした。 Co；Coは炭化物形成成分を素地に固溶させる効
果を持ち、素地を強化し、耐熱性を付与する
が、必要以上に多いと、高速度鋼を脆化させる
と共に熱間加工性も低下させるので、10.0％を
こえる添加は好ましくない。しかし7.0％以上
添加しないと、Ｗ、MoやCrとの相剰効果によ
る素地強化が充分でなく、耐摩耗性や耐熱性な
どが悪くなるため、本発明鋼のような高密度
MC炭化物型粉末高速度鋼にあつては、7.0％以
上の添加が必要である。 Cr；Crは高速度鋼の焼入性の改善、耐蝕性の向
上などのために添加されるが、その効果は3.5
％以下では少ない。また、本発明のように高
Ｃ、高MC炭化物型高速度鋼では、普通成分の
高速度鋼より焼入性が低下する傾向を示すた
め、充分な素地硬さを得るには3.5％以上の添
加が好ましいが、5.0％をこえて添加すると、
耐衝撃性の低下など好ましくない性能を示すた
め、上限を5.0％とした。Ｖ、Nb、Ti：MC型炭化物は、Ｖ、Nb、Tiの炭
化物で代表されるが、これらの炭化物が本発明
において効果を現わすのは、いずれの成分でも
8.0％以上の添加が必要であり、それ未満では、
高い耐摩耗性を保持するだけの炭化物の面積占
有率を保持できず、MC型炭化物を高密度にし
た効果が得られない。然し、MC型炭化物を必
要以上に多く生成させると、熱間塑性加工性を
著しく悪くし、更には素地不足による脆化を生
じるようになるので、11.0％をこえる添加は好
ましくない。それ故MC型炭化物生成成分は、
それぞれあるいはこれらの２種類以上の混合添
加状態においても8.0〜11.0％に限定した。 Si、Mn；SiおよびMnは脱酸剤として一般的に含
有する範囲である0.1〜0.6％とした。本発明高速度鋼は、粉末冶金的手法により製造
されるが、その製造条件は急速冷却により、微細
組織を持つた原料高速度鋼粉末を使用することを
特徴とし、MC型炭化物を平均粒径で2μｍをこえ
る状態にしない焼結条件を選ぶ以外は特別な制約
はない。すなわち、アトマイズ粉末に真空または
雰囲気による焼なましを施した後、機械あるいは
CIP（冷間静水圧プレス）で圧粉成形、真空ある
いは、雰囲気焼結（焼結温度は1200℃以下で好ま
しくは1150〜1180℃のMC型炭化物が粗大化しな
い温度範囲）熱間加工を経て要望の寸法形状の粉
末高速度鋼を得る通常の手法および条件に従つて
製造することができる。次に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明す
る。実施例水アトマイズ高速度鋼粉末（粒度；60メツシユ
より細粒）を出発原料としH₂雰囲気中で焼なま
し、CIPで圧粉成形、真空中で焼結後、H₂雰囲気
で1150〜1180℃に加熱し、熱間塑性加工の工程を
経る通常の粉末冶金的手法に従つて、第１表に示
す各成分組成を有する供試材を製造した。

【表】これらの供試材を第２表に示す諸条件で熱処理
を行ない、粉末高速度鋼工具を得た。各粉末高速
度鋼について、硬さ、炭化物の分布状況、抗折
力、被研削性および断続切削性態などを比較し
た。なお、供試材No.１は、SKH₅₇、No.2.はSKH₁₀
に相当する比較材であり、No.3.からNo.９までは発
明材である。上記各供試材の諸特性測定結果を第
３表および第４表に示す。但し、被研削性は溶解
法によるSKH₉を所定の条件で研削して得た値を
100％とした場合の比較を示し、平均炭化物間隔
（炭化物から炭化物までの距離）、平均炭化物粒径
および平均炭化物面積占有率は、5000倍で５視野
測定した値の平均値を示した。また抗切力、

【表】

【表】耐摩耗性、被研削性および切削性能の測定条件は
次ぎの通りである。 (1) 抗折力 (1) 試験片；５mm×10mm×40mm (2) 支点間距離；30mm (3) 負荷；中央一点荷重 (2) 耐摩耗性大越式試験機により、常温の比摩耗量を測定
し、比較した。 (1) 相手材；SCM₄₄₅（HRC₄₀） (2) 摩擦速度；2.86ｍ／sec (3) 最終荷重；12.6Kgｆ (4) 摩擦距離；400ｍ (3) 被研削性 (1) 試験片；20mm×５mm×20mm (2) 砥石；WA10K (3) 研削速度；1170ｍ／min (4) テーブル速度；2.4ｍ／min (5) バネ常数；0.1776Kgｆ／μｍ (4) 切削性能横型フライス盤（3ML）を用い、低速度に
よる高硬度被削材の切削試験（低速切削）およ
び高速度による低硬度被削材の切削試験（高速
切削）の断続切削試験を行なつたが、低速切削
の場合は、所定の条件で195ｍ切削した時点で
のフランク摩耗量、高速切削の場合は完全寿命
に至るまでの切削長をもつて評価を行なつた。
また、いずれの場合も、バイト形状は0゜、０；
10゜、8゜、6゜、20゜、0゜で共通とした。 (A) 低速切削速度；28.1ｍ／min 送り；0.09mm／rev 切込み；1.0mm 切削油；HS₂ 被削材；SKD₁₁（HB₃₂₀） (B) 高速切削速度；77.4ｍ／min 送り；0.1mm／rev 切込み；1.0mm 切削油；HS₂ 被削材；S₅₀C（HB₂₀₀）上記の結果より、本発明材（No.３〜No.９）は比
較材（No.１、No.２）と比較すると、断続切削にお
いて低速・高速共に高い性能を示した。すなわ
ち、低速で高硬度材を用いた耐摩耗性の試験で
は、現在最も耐摩耗性のある高速度鋼として知ら
れているSKH₁₀よりも著しく高い耐摩耗性を有
し、優れた高速度鋼であることを示している。ま
た、耐衝撃性を試験した高速切削では、高靭性の
SKH₅₇に比較して約３倍以上の寿命を示してお
り、本発明鋼が著しく高い性能を断続切削におい
て有していることが明らかに認められる。更に抗
折力は、8.0〜11.0％もMC型炭化物生成元素が添
加されているにもかかわらず殆ど低下することが
なく、高い靭性保持が示されている。また、比摩
耗量ではMC型炭化物の高密度化による著しい耐
摩耗性の向上が示され、本発明鋼の断続切削にお
ける高性能を裏付けている。更に被研削性では著
しいMC型炭化物の面積占有率にもかかわらず、
微細化されているためにわずかの低下に止まり、
ホブ、ピニオン等の精度切削工具でも経済的に製
造可能なことを示している。（SKH₅₇の溶解材
は、約130％の被研削性を示す）すなわち、本発
明鋼はSKH₅₇およびSKH₁₀と比較して、格段に
すぐれていることが明らかである。第１図および第２図は上述の諸特性の一部を図
化し、本発明の有意義性を明確にしたものであ
る。第１図に示した曲線はMC型炭化物の面積占
有率と；比摩耗量との関係、；高速切削にお
ける完全寿命までの切削長との関係を示したがい
ずれも本発明範囲では著しい耐摩耗性の向上や切
削長の急増を示すが本発明の上限ではそれ以上発
展性の可能性が少ない状態を示している。更に、
第２図は低速切削で195ｍ切削した時のフランク
摩耗量とMC型炭化物の面積占有率との関係を図
化したものであるが、これも本質的に第１図と同
じ意味を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図はMC型炭化物の面積占有率と比摩耗量
との関係を示すグラフ、第２図は低速切削時のフ
ランク摩耗量とMC型炭化物の面積占有率との関
係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％でC2.0〜3.3％、Cr3.5〜5.0％、W7.0
〜11.0％、Mo3.0〜5.0％、Co7.0〜10.0％であつ
て；Ｖ、Nb、Tiの１種類あるいはこれらの中の
２種類以上の和が8.0〜11.0％で、残部はSi0.1〜
0.6％、Mn0.1〜0.6％とFeおよび不純物からな
り、前記Ｖ、Nb、Tiの１種類またはこれらの２
種類以上を成分とするMC型炭化物を形成すると
共に、該MC型炭化物は、面積占有率が30〜45％
で、かつ平均粒径2μｍ以下であり、さらに、同
じくMC型炭化物相互間の距離が2μｍ以下の間隔
で分布することを特徴とする粉末高速度鋼。