JPH02213428A - 切削工具材料の製法 - Google Patents

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〕 本発明は硬質母材とバインダ相を含み、バインダ相中に
母材が均一に分布している合金の製法に関する。

〔従来の技術〕

セメンテッドカーバイド（超硬質炭化物合金）と高速度
鋼の間の特性上の違い（ギャップ）の中間を占める材料
を製造するという望みは長い間の懸案である。この種材
料の狙いはセメンテッドカーバイドの持つ高摩耗抵抗や
高速度鋼の持つ優れたタフネス挙動のような正の特性を
実現することである。

セメンテッドカーバイドと高速度鋼の特性上のギャップ
範囲の１部分はスウェーデン特許出願第７５０５、６３
０−９号（公告箱３９２．４８２号）によってカバーさ
れる。この特許は粉末冶金手段によって製造され、金属
バインダ相中に３０〜７Ｑｖｏｌ、％の硬質母材を含ん
で成る合金に関するものである。この硬質母材は０．０
４〜０．７０−の平均グレンサイズを有する極端に微細
にグレン化したものである。このバインダ相はＦｅ、Ｎ
ｉ及び／或いはＣｏをベースにしたものである。この硬
質母材はＴｉ、Ｚｒ及び／或いはＨｆを基材とし、Ｃｒ
、Ｍｏ及び／或いはＷの添加されて成る炭化物、窒化物
及び／或いは炭窒化物を含んで成る。このような材料は
切削用材料や工作性等の特性に関して高速度鋼よりセメ
ンテッドカーバイドの方に多分に似ている。

この種材料粉末の製法はスウェーデン特許出願第８５０
４１６７−１号に開示されている。この種材料から最終
品の工具を製作する方法には重大な問題がある。例えば
、研磨工具を考えたとき、この種材料は多大な摩耗の原
因とな１、且つ研磨ホイールが焼き付は等をもたらす程
に多量のバインダ相を含有しているために大きな問題を
か−えていることになる。

この種の問題はスウェーデン特許出願８．３０２．７３
５−９号（公告箱４４０．７５３号）によって解消され
た。これによれば、シャンクエンドミル（フライス）等
の複雑な工具の製作を可能にするネ（合物構成にされて
いて、この構成によれば摩耗抵抗等の硬質材料の正特性
がスチールコア材のタフネス挙動と組合されている。こ
のような構成は研麿工具上の問題をも経済的に満足すべ
き方法で以って解消する。

しかしながら、高速度鋼に較ベチップフォーミング工作
用の切削工具材として著しく摩耗抵抗が改良されてお１
、且つ所望の切削工具を製作するために従来法、即ち旋
削、フライス及びドリリングによる加工が可能な、斯＼
る材料の必要性が今や認識されるに至った。上記硬質材
料は勿論、この認識された必要材料のためには適してい
ない。

これまで、高速度鋼を改良する試みは、所謂粒子冶金法
によって実行されてきた。粒子冶金シ々は所望寸法に圧
延される多大なインゴットの製法を用いた従来の冶金法
を越えて有益である。粒子冶金法によって溶融冶金法に
よるよりも高速度鋼中に多量の炭化物を含有させること
が出来る。合金化に関し、高速度鋼の場合、通常の４％
クロム含有量の他に最大２．３％のＣ，７％のＭｏ　、
　６．５％のＷ及び６．５％のＶを含有するのが実際上
の限界である。更に、ＣＯの含有限界は約１２％であ１
、これ以上であれば脆性挙動が著しくなる。

多量の一次炭化物析出がメルト中で生起しない実際上の
限界下の上記材料は市場で入手可能であ１、これは摩耗
抵抗に関して向上進歩した高速度鋼といえる。これは充
分バランスし、た複数の合金添加物で以ってビルドアッ
プされ、且つ制御された１〜２趨の平均グレンサイズを
有している。

粒子冶金法の導入によ１、型式Ｍ２（０，９％Ｃ１４，
０％Ｃｒ、５，０％Ｍｏ、　６．５％Ｗ、　　２％Ｖ１
正常不純物の他に残部Ｆｅ）等の「より単純な」高速度
鋼で硬質母材の量を増大させる試みもこれまで行われて
いる。この試みによれば、高速度鋼粉末を顆粒化によっ
て調製し、その後で追加の母材（主成分）を例えば純炭
化物、好ましくはＴＩＣ等の基本粉末の形態で混合した
。その後、追加母材の存在しない場合と同じく冷間均衡
プレス（ＣＩＰ）十熱間均衡プレス（ＨＩＰ）十熱間圧
延の工程を引き続いて行う。この試みは成果を挙げられ
ずにいる。それは追加母材が材料中に均一に分散（分布
）せず、通常塊状にな１、多くの場合加工方向に延長し
た長い帯状を呈するからである。これは材料に弱さをも
たらし、少くとも大きなインゴットの固化するときに分
離する結果として従前の高速度鋼に出現する炭化物バン
ド（帯）と同様に深刻な問題である。この種材料から製
造した工具は上述の粒子冶金法の高速度鋼より明らかに
一段と脆弱な挙動を呈する上、多くの場合不充分な摩耗
抵抗を呈する点に特徴がある。それは、広い領域で軟質
になり過ぎるので浸食する割れ目の形態で不均一エッヂ
と急速摩耗の原因とな１、全体的に破壊されるからであ
る。

スウェーデン特許出願第７５０５６３０−９号（公告第
３９２．４８２号）に係わる上述の材料は市販の最高度
合金化高速度鋼の値に相当する横破壊強度を有している
。高速度粉末中の硬質母材の含有量がこの材料を添加す
ることにより所望レベルに増加し得るし、或いはこの材
料を高速度鋼粉末で希釈することによりこの含有量を減
じて所望の利益、即ち高速度鋼に較べ著しく向上した摩
耗抵抗挙動を呈し、しかも硬軟部分の不均一分布や損わ
れたマクロタフネス挙動等の負の特性を得ることなく旋
削、フライス、ドリリング工作等による工作を可能にす
るという望ましい利点が得られることが、今や判明した
。

上述の特性を備えた材料は工具製作に際し多量の材料を
除去しなければならないケースにおいて特に望ましい材
料であ１、且つ平坦な硬質材料としてエンドミル（フラ
イス）、ドリノペ　リーマ、ホップ、ネジ切りツール等
としｚカニ具であってタフネス挙動を向上させるために
摩耗抵抗がある程度犠牲になり得る、斯−る工具のため
にも望ましい材料である。公知の通１、完全な材料は存
在しないが、各種の材料にはその特性の用途と適用範囲
がある。

硬質主成分、即ち母材とバインダ相の好ましくない分布
に依ってくる上述の問題は、「純」硬質母材を高速度鋼
やその他のスチール粉末に添加したときに生じるもので
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記不均一分布問題を解消した材料の
製法を提供することにある。

〔発明の構成・作用〕

本発明によれば、上記スチール粉末（パウダー）を硬質
母材とバインダ相を含む粉末と混合することにより上記
問題を回避することが出来る。但し、この種の粉末は３
０〜７Ｑｖｏｌ０％の極端に微細なグレン硬質母材を有
していることが肝要である。所謂従来のＷＣ−Ｃｏ基の
セメンテッドカーバイドは役立たず、純硬質母材として
不利益をもたらす。

本発明に係わる二種のパウダー（粉末）は高速度鋼粉末
と上述の３０〜７Ｑｖｏｌ、％の硬質母材を含む粉末で
あ１、これらは混合と非団塊に関し驚異的に優れた能力
を発揮し、その結果材料のユニークな組合せ特性を発揮
する。

本発明によれば、各種の粉末は混合物の２５〜７５ｖｏ
１．％、好ましくは３０〜７０ｖｏｌ、％を占める。そ
の内の硬質材料粉末は３０〜７０ｖｏｌ、％のＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ。

Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及び／或いはＷの炭化物、
窒化物、酸化物及び／或いは硼化物に基づく硬質母材と
Ｆｅ、Ｃｏ及び／或いはＮｉ　に基づくバインダ金属を
含有している。高速度鋼粉末は公知の市販グレード品で
あっても、新に開発された高速度鋼であってもよい。

上述の分析に係わるタイプＭ２等の相対的に単純な合金
化特性は好ましく選択されるが、−段と優れた高温特性
を有するコバルト合金の高速度鋼も用途の求めに応じて
使用し得る。

これらの粉末は固体状態で圧縮される（その前に高速度
鋼は顆粒化される）。顆粒圧縮物は混合／ミリング十Ｃ
［’十熱間押出によって適当に加工される。

圧縮工程では熱間押出と同様に温度は１２５℃を越える
べきではなく、硬質材料粉末中の硬質母材の焼結とブレ
ン成長を回避するために最大限１２００℃に抑えるのが
好ましい。０６０４〜０．７７−の極端に微細な硬質材
料の硬質母材は本発明の方法によって変化しないことが
判明している。また、高速度鋼粉末の硬質母材のグレン
サイズ（１〜２ＩＲＩｌのオーダーであ１、通常硬質材
料のグレンサイズよりずっと大きい）は本発明方法の過
程で実質的に変化しない。

本発明に係わる粉末は、熱間圧縮の後、切削工具による
工作が驚く程容易な、また摩擦溶接法によるスチールに
対する溶接が驚く程容易なビレットになる。この工程は
ビレットが単純に５０％の硬質母材含有量を有する粉末
から調製されているならば非常に困難なものとなる。溶
接されたシャフトは高価な硬質材料の著しい低消費を意
味する、従ってこれは経済的に有益である。

本発明に係わる粉末はスウェーデン特許出願第８、３０
２．７３５−９号（公告第４４０．７５３号）或いはス
ウェーデン特許第８．４０５．６２８−２号（公告第４
５３．６４９号）Ｐに係わる複合工具の製造にも使用し
得る。

これらの工具では少くとも１部分が当該粉末に係わるも
のであ１、その他の部分が高速度鋼或いは工具鋼に係わ
るものである。或いはもっと進歩した複合工具のために
は、少くとも純硬質材料の１部分が３０〜７Ｑｖｏｌ、
％の硬質母材を含有し、他の部分が上述の２５〜７５ｖ
ｏｌ、％の硬質材料粉末と７５〜２５ｖｏｌ、％の顆粒
化した高速度鋼粉末を含有させてもよい。

本発明による工具は例えばＰＶＤ法により表面被覆する
のに適している。それは、本発明工具材料が高速度鋼よ
り被覆層を支承するのに優れてお１、即ち基体と被覆層
間に優れた相互作用が働くためである。

〔実施例〕

例１ 約５Ｑｗ、ｔ、％の不活性ガス顆粒化高速度鋼粉末（タ
イプＭ２）を、２４．５％Ｔ１．７％Ｎ、０．６％Ｃ１
７，５％Ｇｏ、６％Ｗ、　　５％ＭＯ２４％Ｃｒ及び残
部層（正常に存在する他の合金元素と不純物の他に）を
含有じた５０ｖｏ１１％の硬質材料粉末と普通のミキサ
ーで６０分間混合して１体の粉末とし、それから２００
ＭＰａで冷間均衡プレスして熱間押出用のビレットを作
成した。このビレットの寸法はφ６９．５　Ｘ３００ｍ
ｍである。ビレットは１２００℃で２時間真空焼きなま
しくアニーリング）を施こし、その後でφ７０ｆｆＩＩ
Ｄで肉厚３ｍの炭素鋼の押出缶に押込んでカプセル化さ
れた。これらの缶はガス抜きして密封され、その後１１
５０℃で１時間加熱し、そしてφ２４ｍｍの丸い棒体に
押出成形された。この丸棒からエンドミルを製造した。

このエンドミルは、その材Ｍ特性に関し、高速度鋼と実
際の硬質材料の中間に位置する特性であった、即ち高速
度鋼に較べて優れた摩耗抵抗を有し且つ高含有量の硬質
母材に較べ相対的に非常に優れたタフネス挙動を呈しく
市販の最も高度に合金化された高速度鋼よりも多大に優
れている）、シかもなお優れた工作性（ｍａｃｈｉｎａ
ｂｉｌｉｔｙ）を有していた。

例２ 顆粒化高速度粉末を用いた他は例１を実行した。

但し、この高速度粉末のカーボン量は、約１２００℃で
の真空アニーリングの間に酸素還元の結果生じたカーボ
ン組員を補うべく補正された量にしである。

本例の工具も高速度鋼のものに較べ優れたものっであっ
た。

例３ 寸法１２關で、本発明に係わる材料製の四フルート型シ
ャフトエンドミルを製造し、これを用いて機械鋼とタフ
硬質化鋼に対するチップフォーミング工作のテストを行
った。

本例の工具はこれに対応する高速度鋼に通常使用される
装置と類似の装置で製作することが出来、しかも同じ生
産性を発揮した。

通常の使用での工具性能に関し、本例工具は対応する高
速度鋼工具よりも切削データが二倍も高度であ１、同時
に寿命が二倍も長くなっていた。

加速された。テスト、即ち一層高い切刃温度を意味する
高度の切削データにおいて、両工具の寿命の差は１０倍
にもなっていた。全てのテストで、本例の工具は表面特
性は優れていた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃｒ及
   び／或いはＷの炭化物、窒化物、酸化物及び／或いは硼
   化物に基づく３０〜７０ｖｏｌ．％の硬質母材及びＦｅ
   ，Ｎｉ及び／或いはＣｏに基づくバインダ金属を含んで
   成る２５〜７５ｖｏｌ．％の硬質材料粉末及び２５〜７
   ５ｖｏｌ．％の顆粒化高速度鋼粉末を固体状態で圧縮す
   ることを特徴とする切削工具材料の製法。 ２、該圧縮は混合／シリング、冷間均衡プレス（ＣＩＰ
   ）及び熱間押出によって行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の切削工具材料の製法。 ３、該工具材料が少くとも複合工具の少くとも１部分を
   形成しており、更に少くとも１部の高速度鋼、工具鋼或
   いはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｃｒ及
   び／或いはＷの炭化物、窒化物、酸化物及び／或いは硼
   化物に基づく３０〜７０ｖｏｌ．％の硬質母材を含む硬
   質材料粉末を含んで成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項或いは第２項に記載の切削工具材料の製法。 ４、該工具が溶接シャフトを具備していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第３項のいづれか１項に記
   載の切削工具材料の製法。 ５、該高速度鋼粉末がコバルト合金であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第４項のいづれか１項に記
   載の切削工具材料の製法。 ６、該高速度鋼粉末が０．９％Ｃ，４．０％Ｃｒ，５．
   ０％Ｍｏ，６．５％Ｗ，２％Ｖ及び正常不純物の他に残
   部Ｆｅを含んで成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第５項のいづれか１項に記載の切削工具材料の製
   法。