JPH02504010A - サーメット切削用工具 - Google Patents

サーメット切削用工具

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JPH02504010A
JPH02504010A JP63507441A JP50744188A JPH02504010A JP H02504010 A JPH02504010 A JP H02504010A JP 63507441 A JP63507441 A JP 63507441A JP 50744188 A JP50744188 A JP 50744188A JP H02504010 A JPH02504010 A JP H02504010A
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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】 サーメット切削用工具 溌」1瞑][月一 本発明はサーメット組成物に関する。詳細には金属および合金を切削する場合使 用するサーメット切削用工具に関する。
本明細書の場合、サーメットとは浸炭窒化チタン(titaniumu Car bonitride)とバインダー金属とを含む焼結組成物を指すものとする。
これまで種々のサーメット切削用工具が金属や合金の機械加工に使用されてきた 。それらサーメットのなかにはルディ(Rudy)による米国特許第3゜971 .6!56号に記載のサーメットがあるが、それ等サーメットはモリブデンまた はタングステンと固溶体の浸炭窒化物、およびニッケル及び/又はコバルトのよ うなバインダー金属またはバインダー合金とを含有している。又それ以外の浸炭 窒化チタンを含有したサーメット組成物について。
米国特許第3.994.692号;第3.741゜733号;第3.671.2 01号;第4.120.719号に記載されている。またこの点については、H ,トイ(Doi)による「進歩したTiCおよびTiC−TiNベースのサーメ ットj[“Advanced  TiCand  Tie  TiN  Ba5 e  Cermets”5cieneeof  Hard Materials (1986) Pages 489−523 ]  が興 味深い。このようなサーメット切削用工具組成物(重量パーセント:wloで表 示)の市販品の例を表−■にかかげた。
1二上 サ −    ψ                  ノ旨     Ti     35.6  51.0  48  42.0  41.6リ   20. 3  14,7  16,5 16,0  15.0月o    8.3  9 .1  12.1  9.4  10.ONi    5.1  4.8  4 .4  9.7  9,8Co    8.2  4.9  4.9  1.9   1.7合計量の Ni + Co 13.4  9.7  9.3 11.6  11.5Ta     4.6  0.4      8.8  8.5Nb    1.2   0.4 V         2.9     1.4C9,79,9−9,79,4 N        2.3     2.8           3.1      3.4OO,S                     −前述の組 成物は性能はよいが1問題として残っているのは、従来の市販サーメット切削用 工具に匹敵し、またはさらに優れた靭性を有し、反面切削時には耐摩耗性がよく 顕著に性能の優れた(即ち、工具寿命が長い)旋削用サーメット組成の切削用工 具を製造する必要のあることである。
発明の要約 本発明者等は驚くべきことに、高速度、仕上げ(即ち低送り)旋削作業に使用す る改良サーメット切削用工具が、多量のタングステンと少量のバインダー金属を 併用した次の成分からなるサーメット組成物によって得られることを見出だした のである。すなわち前記組成は、約3.5〜約6゜5w10のツケル;約4.5 〜約7.5w10のコバルト、但しニッケルとコバルトの合計は約8〜約11w 10;約20〜約25w / oのタングステン;約5〜約11w/のモリブデ ン;合計が最大約6w10のタンタルとニオブ ; 最大約0.05w10のク ロム;最大約IW10のアルミニウム;最大約3W10のバナジウム;さらに残 余成分は不純物を除き殆どチタン、炭素および窒素であり;しかも少なくとも大 部分の炭素と窒素が金属浸炭窒化物(metal carbonnitrode s)及び、金属炭化物と金属浸炭化物の混合物の群から選んだ金属化合物として 存在するが、またこの時の金属はタングステン、モリブデン、チタン、タンタル 、ニオブ、バナジウム、クロム、これら金属の固溶体および混合物の群かた選ん だ金属である。
本発明の組成物の場合バインダー金属合計量(Ni+Co)は、バインダーの量 が少いと破壊靭性が低下するので必要な破壊靭性が得るため最低8.0w /  oが必要である。しかし、バインダーの量は、その量が増加すると耐摩耗性と工 具寿命が低下するので11w10をこえてはならない。
本発明では大量の炭化タングステンを使用することを考慮し、ニッケルはコバル トよりも炭化チタンと浸炭窒化チタンをよく湿潤し、コバルトはニッケルより炭 化タングステンをよく湿潤するので、ニッケルとコバルトの両者を添加している 。そして好ましくはニッケルは約3.5ないし約5.5wloとし、コバルトは 約4.5ないし約6.5W10とする。さらに好ましくはニッケルは約3.5な いし約4.5w10とし、コバルトは約4.5ないし約5.5w10とする。
モリブデンは、浸炭窒化チタン粒子に対するニッケルバインダーの湿潤性を向上 するために少なくとも5w10使用している。しかし、モリブデンは約11 w  / o以下であることが好ましい。さらに好ましくは本組成物の場合にはモリ ブデンを約9.5w10ないし約10.5w10含有することである。
タングステンは組成物中に約20 w / oを上って存在し1組成物の熱伝導 度が改善され、最適な靭性と耐摩耗性が併せ与えられる。しかし、タングステン は約25 w / oを越してはならない。その理由は、この量を越すと、使用 中の切削用工具のクレータ−の耐摩耗性の低下から分るように、明らかにタング ステンが化学的謝摩耗性に悪影響を与えるからである。必要なりレータ−の耐摩 耗性を一層確実なものにするためは、タングステンは約23w10未溝に押える のが好ましい。
本発明の切削用工具のすぐれた性能が、高価な合金用元素タンタルを使用するこ となしに得られたことは驚くべきことである。本元素は高価なため使用するのは 好ましくないが、性能向上のためには単独使用するため、又はニオブ、バナジウ ム、クロムあるいはアルミニウムの1種または2種以上と併用することが考えら れる。
タルタン及び/又はニオブは、熱衝撃を変形抵抗性を改善するために(T a  + N b合計)として約6w10以下添加する事ができる。
ヴアナジウムは、チタン、バナジウムの炭化物および浸炭窒化物の固溶体を形成 することによって高温変形抵抗を改善するため、最高的3W10、好ましくは2 W10未満添加することができる。
クロムは、バインダーを強化することによって高温耐クリープ性を改善するため 最高0.05w10添加できる。0.05w10を上回るとクロムはバインダー の延性を低下させやすく、当然組成物の靭性を低下する傾向がある。
またアルミニウムも本組成物に対し、バインダー中にニッケルアルミニド析出物 を形成することによるバインダーを強化するため、最高1 w / 。
添加することができる。
残余の物質には、不純物(例えば、酸素)は別として、チタン、炭素および窒素 がある。ただし。
タンタル、ニオブ、バナジウムまたはアルミニウムは故意に加えたものではなく 、不純物としてそれぞれ0.05w10未満存在し得るものである。
本組成物は1種々の出発原料を利用する従来の粉末冶金法を用いてチタンを炭化 チタンや浸炭窒化チタン粉末として添加して調製した。タングステン、モリブデ ン、バナジウム、タンタル、ニオブおよびクロムは好ましくは金属炭化物として 添加する。コバルトとニッケルは金属粉末として添加する。アルミニウムは、も し添加するならば。
アルミニウム化合物として添加する。これら粉末は好ましくは一緒に粉砕し、プ レスし、ついで焼結し、グラインド及び/又はホーニング仕上げするか又はする ことなしに割出し可能な(indexable)切削用インサートとして使用可 能な、はぼ完全に緻密化した形状物が得られる。
本発明のこれら及び他の態様は1本発明の好ましい実施態様の詳細な説明を次に 簡単な説明をした図面と共に検討することによって一層明らかになるであろう。
の    た  日 図はSEM (走査型電子顕微鏡法)により倍率5000倍で観察した本発明に よる切削用インサートの典型的な微細構造である。
日の ましい    の  t−1 本発明の場合、炭化タングステン、浸炭窒化チタン、炭化チタン、炭化モリブデ ン、コバルト粉末およびニッケル粉末を一緒に加えて表−■、表−mに記載の重 さ3000gの1番目の出発混合物(混合物−■)を用意した。
」ヒエ 声登戊分 のv/。
見掛は粒度 ミクロン *       ム     02    Co   Ni   T i   N2   No    V炭化タングステン 1.36 15.6   6.07                 93.9浸炭窒化タングステ1. 63  5,0 13.93         79.0 6.63ン(予備粉 砕済み) 炭化チタン    1.02  4.95 19.70         80 .0(予備粉砕済み) 炭化モリブデン  1.00  9.0  6.18                92.75(予備粉砕済み) コバルト      1.46  8.9  −  0.64 99.36(A friwt X−Fine)コ ニッケル      2.55  1!、9  −  0.17      9 9J3[イン:225 (Inco 225)] 傘フィシャー超分粒分析(Fisher 5ubsieve analysis )による。
轟二旦 祥澄勺出Jμ力到狗亭 祝倫士四ゴαら4免 混合物中 のvlo     Tc      Ni     Co      Mo       Ti     N2     W      $4炭化タングステン    21.85 1.33                 20.52 6 55.5浸炭窒化タングステン46.45  6.47            36.70 3.08   1.393.5炭化チタン      1.1.. 75 2.31          9.40       352.5羨化モ リブデン    10,95 0.68       10.16            328.5コバルト        、S、1.5 −0.02     5.12                154.5三2ヶ匹−3,85 −ム艶−h躬−1,長」^ のAg+100.00 10.77 3.845. 12 10.16 46.10 3.OB  20.523000.0出発混合 物は21.000グラムの浸炭した炭化タングステンサイクロイド(cemen ted tungusten carbide cyeloids) をボール ミル中でヘプタンと共に36時間粉砕して見掛は粒度約0.7ないし0.8ミク ロンに粉砕した。得られた粉砕スラリーをシグマブレードドライヤー中に潤滑剤 と界面活性剤と共にいれた。乾燥後、得られた混合物をスクリーンによりフィツ ミルした(Fitzmilled)。
得られた混合物を脊柱コールドプレスしくcold pillpressed) そして真空焼結した。焼結は30分間1200℃に保って行い、さらに1450 ℃、まで昇温するのに90分かけて行い、次いで電源を切って炉を冷却した。
前記工程の結果、図のような典型的な微細構造を有する焼結物を得た。図示のよ うに炭化物および浸炭窒化物の粒子は非常に微細(〈〜3ミクロン)であり、双 子山分布(bimodal 5ize distribution)を示し、て いた。
図の大きな黒い粒子は、固溶体のモリブデン及び/又はタングステンを含むこと の出来る浸炭窒化チタン相であると考えられる。大きな黒い粒子を囲む淡灰色の 相もまた浸炭窒化チタン相であるが、黒色相よりもモリブデン及び/又はタング ステンを多く含んでいるものと考えられる。白い粒子は、固溶体のモリブデン及 びチタンも含むことができるタングステンに富んだ炭化物粒子であると考えられ る。走査型電子顕微鏡法の性質上、ニッケル、コバルトおよびモリブデンを含み 、さらに少量のタングステン、炭素、チタンおよび窒素をも含むことのできるバ インダー相は、図には明確に現れてはいない。
前記プロセスにより、A型空隙率(代表的にはAO2ないしAO4型空隙率のみ である)を示す、少なくとも略完全に緻密な生成物が得られる。好ましいもので はないが、B型空隙率が在っても切削性能には不利な影響はない。
本発明による2番目の混合物(混合物■)は、真空焼結でなくアルゴン中で焼結 した点を除き。
混合物Iの場合と同様な方法で粉砕し、プレスし、焼結して得た。なお、混合物 ■は混合物1よりもタングステン含有量が多い。
本発明以外の、タングステン含有量の少ない3番目の混合物(混合物■)を比較 する目的で調製した。混合物I、混合物■、混合物mの焼結物の化学成分量(W 10表示)と他の諸性質を表−■に示した。焼結後混合物Iはタングステンを2 3w10含有しているが、粉砕前の混合物のタングステン濃度(表−■参照)よ り約2.5w10増加していることに注目すべきである。
このタングステン濃度の増加は、粉末状混合物を粉砕するさいに使用する浸炭し た炭化タングステンサイクロイドから炭化タングステンを拾い上げたためだと考 えられている。
T i       43.   42.9   46W        23 .0   24.9   19.7M o       10.0   9.0    10.2N i        4.5   3.8   4.3Co         5.2   5.1   5.6Ni+Co合計  9.7    8.9   9.9Nb       −−− Cr CIo、6      10.2      11.ON             −2,62,82,7密度(g/cc)     6.7  ’   6. 7   6.68硬度(ロックウニルA)      93,2      9 3.3      93.2磁気飽和(Ms)    7.6   9.8    9.0保磁力(He)     174   205   195有孔率       AO2AO6/AO8A02oo−4 前記3種類の混合物から得た焼結物を研削してタイプ5NG−433の割出し可 能な(indcxable)切削インサートをつくり、これらと市販品グレード B、C,DおよびEでつくったタイプ5NG−433切削用インサートと比較試 験した。その試験方法と結果は表−■ないし表−■に詳述しである(工具寿命を 分単位で記載。) 表−■に記載の試験において、高速度、低速送り(即ち、仕上げ)旋削試験条件 の場合1本発明による混合物]が供試市販品レードより明らかに優九でいること がわかる。しかし表−■に記載の試験で取り上げた高速度、高速送り条件(荒仕 上げ)の場合には、混合物Hの性能と市販品グレードCとBの性能はほぼ同等で あった。
lニヱ Al5II  45  18  2   BHN立互亙 工具の寿命と ・               モー゛°2市KLグν−ドD   20.O fw   11.8  fw   13.Ofu      14.9本MAグ シードE   14.2  mw   10.5  ftg    8.7   fta     11.1g合in        34.0  fv  39 .8  fw   32.9  fv−ch  35.6市販品グレードc     11.9  fw    12.2  fw    19.7  fw       14.6′jgr品グレードB   28.1  fty   19. 2  fw   14.9  f+      20.7試験条件 : 304.8smm(表面m7分: 5urface meter/min、)、 0.0254cmp r (cm/回転:cm/revolution)、0. 254cm  doc (カット深さ: depth of cut) SNG−433(0,O○762〜0.01016cmX25°に一ランド) 15″横切れ刃角 冷却剤なし。
工具寿命の基準(表V〜■に報告の全ての試験に共通): fw: 0.381mm、均一なフランクの摩耗mw: 0.756mm、局部 的なフランクの摩耗 cr: 1.016mm、クレータ−の摩耗dn:0.756mm、カットノツ チの深さch:o、756mm、局部部摩耗またはチップ bk=破損 市販品グレードD        2.4  bk市販品グレード):         2.1bk混合物■           3.5cr市販品グレード (:        3.6fw市販品グレードB       3.3  c r試験条件: 304.85mm、0.0660cmpr、00254cm  doc 他の試験条件は表−■と同一である。
表−■に記載の試験において、混合物■は比較混合物■および市販品グレードB より少なくとも約2〜1倍すぐれていた。
表−■に記載の試験において、混合物■は市販品グレードBよりも約2〜1倍未 満、比較混合物■に対しては約3〜1倍すぐれていた。混合物■は一試験におい て失敗したが、わずか8.1分後に引き続いて行ったインサート試験で、他のイ ンサートより少しに一うンド大きいことが分かった。
それによって先の試験の失敗の理由がわかった。
前記試験から、仕上げ旋削条件で行った場合は他のグレードに比べ混合物■の耐 摩耗性がすぐれていることがわかる。
退ユニ■− AIS11045鋼(180〜200BHN)の旋削 工具の寿命と 工具の材料    工具の故障モード  平均HH11,,5dn   15. 8  fw   17.9  mu     15.1【合物1         34.9  fIll  44.2  bk   44.8  fし     41.3tI品グレードB     14.4  fw   24.8  fw    14.8  fw      18.1m1条件: 表−■と同じ 工具の寿命と 工具の材料  工具の故障モード   平均i合物i       3.7   fw    5.5  m%1  7.4  my     5.51合tkn         8.1  fw   18.4  fw   22.0  f w    i6.2市I晶グν−FB   9.Ofw    8.5  fw     9.9  fw     9.1試験条件:243.8sm鳳、0.0 254cmpr、0.254cm  doc 他の試験条件は表−■と同一である。
表−■に記載の試験で、切削刃の調製法の効果[ホーニングしたものと、面取り した(chamfered)もの、即ちに一ランドを与えた(K−1anded )ものの比較コを研究した、即ち本発明のホーニングした切削インサートの性能 と市販のホーニングしたインサートの性能を比較した1表−■から分るように、 ホーニングした混合物■のインサートはに−ランドを与えた混合物lのインサー トよりも実質的に性能が優れていた。さらに、ホーニングした混合物lのインサ ートの方かに一うンド与えたし混合物1のインサートよりチッピングや破損を受 けにくかった。
表−■ Al5I434011! (280〜300BHN)の旋削 工具の   刃の        工 真 の 寿 命 と@料        1m              工  具  の  !  障  モ  −   ド                ■@ 均 1atu  水−ン   22.8  fe   24.6  cr   19 .9  fti    22.4m”Thl  Kランド  13.2  cr    14.7  fw              14.0寮に品グレー ドB    ホーン     9.9  fw    14.9  fi+     14.3  fv     13.0拒411  ホーン   18.2   fw   19.8  bk   15.Och    17.7市に品グレ ードCホーン   18.0  fv   18.Odn   12.8  d n    16.3試験条件: 365、 8smrn、  0. 0254cmpr、  0゜254cm    doc SNG−433(0,0025〜0. 00508SNG−433(0,007 62〜0. 1016cmX25°に一ランド) 15°横切れ刃角 冷却剤なし。
またホーニングした混合物Iは、ホーニングした市販品グレードB、市販品グレ ードCおよびホーニングした混合物■よりも実質的に優れていた。
ホーニングした混合物■インサートは、市販品グレードCにほぼ等しく、市販品 グレードBより極く僅か優れていた。混合物1と混合物■によって例示される本 発明のものと市販品グレードAとを直接に比較することは、市販品グレードAの 切削用インサートの外形が異なるため不可能であった。
しかし、市販品グレードAと本発明を比較する試みを、類4g、(同一ではない )の外形のインサートを用いて行った。この試験の場合、グレードAのインサー トの方が本発明のインサートより寿命が長かった。しかし、この結果は確定的な ものではない、それは、観察した性能上の差がインサートの外形と性質、または その双方によるものかどうか不確かだからである。市販品グレードAには多量の タングステンの外に相当量のタンタル、オニブおよびバナジウム添加物が含まれ ていることに注意すべきである。本発明ではこのような添加物の使用が許容さ九 でいる。ただし、混合物Iおよび混合物Hにはこのような添加物を含まれていな い。
ここに参照した特許や文書はすべて参考のために引用したものである。
本発明の他の実施例は、当業者にはここに開示した発明の明細書または実施を考 慮すれば理解できるであろう。また1本明細書と実施例は単に例示的なものであ って、本発明の真の範囲と精神は次に述べるクレームによって示そうとするもの である。
手続補正書 平成2年9月6日

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.サーメット切削用工具において。実質的に、約3.5ないし約6.5w/o のニッケル;約4.5ないし約7.5w/oのコバルト;ここでニッケル+コバ ルトの合計量が約8.0ないし約11.0w/oの範囲にあり;約20ないし約 25w/oタングステン;約5ないし約11.0w/oのモリブチン;合計で最 大約6w/oのタングステン+ニオブ;最大約0.05w/oのクロム 最大約1w/oのアルミニウム 最大約3w/oのバナジウム および、残余が実質的にチタン、炭素、および窒素であるが、但しこのとき少な くとも殆ど全ての炭素と窒素が金属化合物として存在し、かつこれ等金属化合物 が金属浸炭窒化物および、金属炭化物と金属浸炭窒化物の混合物とからなる群か ら選んだ金属化合物であり、さらにこれら金属化合物の金属がタングステン、モ リブデン、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、クロム、およびこれら金属 の固溶体とこれら金属の混合物とからなる群から選んだ金属であることを、特徴 とする前記サーメット切削用工具。
  2. 2.ニッケルが3.5〜5.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とする請 求の範囲第1項記載のサーメット切削用工具。
  3. 3.コバルトが4.5〜6.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とする請 求の範囲第1項記載のサーメット切削用工具。
  4. 4.ニッケルが3.5ないし4.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とす る請求の範囲第1項記載のサーメット切削用工具。
  5. 5.ニッケルが3.5ないし4.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とす る請求の範囲第3項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  6. 6.コバルトが4.5ないし5.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とす る請求の範囲第1項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  7. 7.コバルトが4.5ないし5.5w/oの範囲に限定されることを、特徴とす る請求の範囲第4項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  8. 8.モリブデンが約9.5ないし約10.5w/oの範囲に限定されることを、 特徴とする請求の範囲第1項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  9. 9.モリブテンが約10ないし約10.4w/oの範囲に限定されることを、特 徴とする請求の範囲第4項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  10. 10.バナジウムが不純物として僅か0.05w/o存在することを、特徴とす る請求の範囲第1項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  11. 11.バナジウムが不純物として僅か0.05w/o存在することを、特徴とす る請求の範囲第4項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  12. 12.バナジウムが不純物として僅か0.05W/o存在することを、特徴とす る請求の範囲第8項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  13. 13.バナジウムが不純物として僅か0.05w/o存在することを、特徴とす る請求の範囲第9項記載の焼結したサーメット切削用工具。
  14. 14.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在またニブオが不純物として僅か0.05w/o存 在することを、特徴とする請求の範囲第1項記載のサーメット切削用工具。
  15. 15.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在することを、特徴とする請求の範囲第7項記載の サーメット切削用工具。
  16. 16.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在することを、特徴とする請求の範囲第8項記載の サーメット切削用工具。
  17. 17.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在することを、特徴とする請求の範囲第9項記載の サーメット切削用工具。
  18. 18.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在することを、特徴とする請求の範囲第10項記載 のサーメット切削用工具。
  19. 19.タンタルが不純物として僅か0.05w/o存在し、またニオブが不純物 として僅か0.05w/o存在することを、特徴とする請求の範囲第13項記載 のサーメット切削用工具。
  20. 20.タングステンが約20ないし23w/oの範囲に限定されることを、特徴 とする請求の範囲第1項記載のサーメット切削用工具。
  21. 21.タングステンが約20ないし23w/oの範囲に限定されることを、特徴 とする請求の範囲第7項記載のサーメット切削用工具。
  22. 22.タングステンが約20ないし23w/oの範囲に限定されることを、特徴 とする請求の範囲第8項記載のサーメット切削用工具。
  23. 23.タングステンが約20ないし23w/oの範囲に限定されることを、特徴 とする請求の範囲第9項記載のサーメット切削用工具。
  24. 24.サーメット切削用工具において、実質的に、 約3.5ないし約4.5w/oのニツケル;約4.5ないし約5.5w/oのコ バルト;約20ないし約25w/oタングステン;約9.5ないし約10.5w /oのモリブデン;および、残余が不純物をのぞいて実質的にチタン、炭素、お よび窒素であって;しかもこのとき少なくとも殆ど全ての前記炭素と窒素とが金 属化合物として存在し、かつこれ等金属化合物がチタン、タングステン、モリブ デン、これら金属の固溶体および混合物の、炭化物および浸炭窒化物からなる群 から選んだ金属化合物であることを、特徴とする前記サーメット切削用工具。
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