JPH0273946A - 超硬合金及びその合金の表面に被膜を形成してなる被覆超硬合金 - 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】 （ｈ′業１−の利用分！ｌ！ｆ”） 本発明は、切削Ｉ−具用材料又は耐摩耗１只用材料など
のＬ只用材料として適する超硬合金及びその合金の表面
に被膜を形成してなる被覆超硬合金に関するものである
。

（従来の技術） 超硬合金は、ＷＣ−Ｃｏ（Ｎｉｌ系合金と、ｉｖｃの他
に４ａ、５ａ、６．、ＩＩＭ几素０複合炭化物又は複合
炭窒化物でなる旧型固溶体を含イ」してなるＷＣ−旧ｌ
）ツ固溶体Ｃｏ（Ｎｉ）系合金とに大別できる。

これらの内、後者の合金は、＋ｉ？ｊ者の合金に比へて
高温での硬度が高く、耐酸化ｒ１及び鉄系＋Ａ料との１
溶ｎ’ＶＩにもすぐれていることから、主として鋼の切
削１具用材料として用いられている。

しかしながら、後者の合金は、曲者の合金に比べて強度
が低いこと及び耐衝撃性が劣ることから、例えばフライ
ス切削のためのＬ貝材料としてＩｌｌいた場合には安定
性に欠けるという問題がある。

また、この後者の合金の表面にｌ’ｉｃ、ＴｉＮＡｌ！
、、０４などの硬質物質の被膜を形成してなる被覆超硬
合金が切削−［゛具用材料として用いられているけれど
も、応力ｆ１荷時には被膜の表面とその表面から内部に
向かって亀裂が生じるために、さらに−・層安定性に欠
けるという問題がある。

これらの問題点の解決り段の１つとして、ＷＣｌ５１１
ν！固溶体−Ｃｏ　（Ｎ　ｉ　ｌ系合金におけるＷＣの
粒径とＢ１型固溶体の粒径とを制御したものが特開昭５
１２４６０７号公報及び特開昭５７−１４５９５９号公
報で提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 特開昭５１−１２４６０７号公報は、Ｃｏ４〜１３ｖｏ
ｆ１％、ｒ　ｉ　Ｃ、’ｒ　ａ　Ｃ、Ｎ　ｂ　Ｃ及びＶ
Ｃノうち（７）１種又は２秤取１−１０〜５０ｖｎ　４
２％、残りＷＣからなるＷＣ基焼結合金におけるＷＣの
゛＋ｉ均粒径が；３μｍ以トにして粒径５ＪＬ　ｍをこ
えたものがなく、かつ同溶体炭化物の゛１′均粒径が０
７μｍ以下にして粒径１＋Ｌｍをこえたものがない炭化
物分散相をもつｌｌＩＣｌＩＣ基金硬合金れている。

この特開昭５１−１２４６０７弓公報の発明は、ＷＣ−
８１１、Ｉ、Ｉ固溶体−Ｃ［］系合金におけるＷＣの平
均粒径に対してＢｌ型固溶体の平均粒径を小さくするこ
とにより、本来相反する性質である耐摩耗性と耐衝撃性
の両性質を兼ね備えた合金にしたものであるりれども、
切削１．Ａ験における耐欠損性がまだ不満足であり、特
にこの特開昭５１−１２４６００づ“公報に開示の超硬
合金を基材とし、この基材の表面に硬質な被膜を形成し
てなる被覆超硬合金の場合は耐欠損性が著しく低−Ｆす
るという問題がある。

特開昭５７−１４５９５９り公報は、ＷＣ−ＴｉＣ−１
’ｉＮでなる複合炭窒化物組成物８０〜９６ｗｔ％と、
Ｇｏ又はその５０％以上をＮｉで置換したＣＯよりなる
結合金属４〜２０ｗｔ％とからなり、複合炭窒化物中の
β相（ＩｉｌＩｔ、＋７固溶体）の粒径がａ相（ＷＣＩ
の粒径よりも小さいことを特徴とする焼結硬質合金が示
されている。

この特開昭５７〜＋４５９５９ひ公報は、従来のＷＣ−
Ｂｌ型固溶体−Ｃｏ（Ｎｉ）系合金がａ相の粒径よりも
β相の粒径が大きいことから疲労破壊に対する強度を低
トさせているという問題をｒＩＮ相を共存させることに
より、ａ相の杓、径よりもβ相の粒径を小さくすること
ができ、その結果疲労破壊に対する強度が向１−シたと
いう超硬合金であるけれども、）ｒ述の特開昭５１−　
＋ｚ４６ｏ７；公服の超硬合金と同様の問題がある。

本発明は、ｌ述のような問題点を解決したちので、具体
的には、Ｗｌ、−１１１型固溶体−Ｃｏ（Ｎｉ）系合金
におけるＷＣの粒径とＢ１型固溶体の粒径とを制御し、
ＷＣの粒径と旧型固溶体の粒径とをほとんど笠しくし、
しかも両者の粒径ノｔ、均一化の方向に調整した超硬合
金及びその合金の表面に硬質な被膜を形成してなる被覆
超硬合金の提供を［１的とするものである。

（問題点を解決するだめの１段） 本発明者らは、ＷＣ−１日１９７固溶体−Ｃｏ系合金の
にｌ：材表面に硬質被膜を形成してなる被覆超硬合金が
基材自体に比へて苫しく強度低下を牛しることに対する
検討を行なっていた所、 第１に、被覆超硬合金が超硬合金の基材自体に比へて強
度低トする低ドヰは、被覆超硬合金の基材中のＷＣ及び
旧型固溶体との硬質相の・１１均粒径に影響を受けると
いう知見を得たものである。

第２に、超硬合金の基材自体の破壊は、内部の欠陥を起
点として起るのに対し、被覆超硬合金の破壊は、被膜に
牛した亀裂の先端から起るために被覆超硬合金の基材表
面部の亀裂伝播抵抗が破壊の支配因ｒとなること、また
被覆超硬合金の基材中のＷＣ及び旧型固溶体との硬質相
の８［均粒径の制御、並びにＷＣのみの平均粒径とＢｌ
型固溶体のみの・１之均拉径との差をなくすと基材表面
部の亀裂伝播抵抗が高くなるという知見を得たものであ
る。

これらの第１の知見及び第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、本発明の超硬合金は、Ｗと、ｒｌＺｒ　　Ｉ
ｆｆ　　Ｖ、　Ｎｂ、Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍ（ｌの中の少
なくとも１神とを含有してなる複合炭化物及び／又は複
合炭窒化物の旧型固溶体と炭化タングステンとてなる硬
質相７５〜９５　ｗ　１．％と、残りＮ」及び／叉はＣ
ｏをト成分とする結合相と不可避不純物とからなる超硬
合金であって、該硬質相は０５μｍ以トの細粒が該硬質
相全体の２０ｖｏｊ２％以ト及び４０μｍ以１−の細粒
が該硬質相全体の２０ｖｒ＋ｊ２％以下で、しかも清快
質相の゛＋ｉ−均粒径均粒−；３μｍであり、かつ１該
硬質相中の該炭化タングステンの平均粒径と議１（１を
固溶体の゛Ｉａ均拉径粒径比が０．８〜１．２であるこ
とを特徴とするものである。

本発明の超硬合金における１）１を固溶体は、具体的に
は、化学式が（Ｗ、　ＭＩＣで表わせる複合炭化物及び
／又は（ＷｌＭＨＣ，Ｎ）で表わせる複合炭窒化物（た
だし、Ｍは［Ｉ、χｒ、　ＩＩｌ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔ
ａ、　Ｃｒ、　Ｍ。

の中の少なくとも１種を表わす。）からなるものである
。

この旧型固溶体と炭化タングステンとでなる硬質相が７
５ｗｔ％未満になると相対的に結合相が２５ｗｔ％を超
えて多くなるために耐摩耗性の低トが著しく、逆に硬質
相が９５ＷＬ％を超えて多くなると相対的に結合相が５
ｗｔ％未膚になるために強度低ト′が著しく　、　Ｂ１
４５１固溶体と炭化タングステンとの粒径の制御による
効果が発揮されなくなる。このために、本発明の超硬合
金中の硬質相は７５〜９５ｗｔ％と定めたものである。

この硬質相の粒径は、０５μｍ以下の細粒が硬質相全体
に対して２ｏｖＯρ％を超えて多くなる場合には、破壊
靭性値及びｔ＃Ｉ欠損性の低下となり、４．０ｇｍ以１
の相享台が硬質相全体に対して２０ｖｎｊ２％を超えて
多くなる場合には２破壊靭性イぽ１及び耐欠損性は低下
しないものの、硬さ及び１ｊ摩耗性が低ドする。このた
めに、本発明の超硬合金中の硬質相は、０５μｍ以−ド
の細粒及び４０μｍ以１−の細粒を硬質相全体に対して
’ｌ　Ｏｖ　ｏβ％以ドに制御したものである。

また、硬質相の平均粒径が１μｍ未満では超硬合金表面
部の亀裂伝播抵抗の低ドと、特に切削ＬムーＬ材料とし
ての耐欠損性の低ド及び刃先温度の１７４による耐塑性
変形性の低Ｆが著しるしくなり、逆に３μｍを超えて大
きくなると硬質相粒界の幅が大きくなり、硬質相粒界に
存在する結合相の塑性変形により強度低ドとなる。この
ために、本発明の超硬合金中の硬質相の平均粒径は、１
〜３μｍと定めたものである。

さらに、硬質相中の炭化タングステンの・１′均粒径と
１１已シ固溶体の゛１！均粒径との比が０８未満又は２
を超えると、硬質相の凝集体が生じやすく、またこの凝
集体も大きくなり、この凝集体が破壊の起点になるため
に強度低下となる。このために、本発明の超硬合金は、
硬質相中の炭化タングステンの゛１′−均粒径と旧型固
溶体のモ均粒径との比を０８〜１．２と均一粒径に制御
したものである。

この本発明の超硬合金における硬質相は、特に旧Ｉｆｆ
、Ｉ固溶体が合金全体に対して２０〜５０ｗｔ％含有し
ている場合、耐摩耗性及び耐欠損性の両方を署しく高め
るという効果があることから好ましいことである。

本発明の超硬合金における結合相は、Ｎｉ及び／叉はＣ
ｏのみからなる場合、又はＮｉ及び／又はＣｏに硬質相
を形成している元素の含有してなる場合がある。

以上に説明してきた本発明の超硬合金の表面に周期律表
４ａ、　５ａ、　６ａ族几素の炭化物、窒化物、ホウ化
物、酸化物及びこれらの相ｒ７．固溶体、並びに酸化ア
ルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ
素及びこれらの相ｎ固溶体の中の少なくとも１種でなる
単層又は多重層からなる被膜を形成させて本発明の被覆
超硬合金とすると、超硬合金と被覆との界面部における
超硬合金表面部の亀裂伝播抵抗が高くなり、耐欠損性の
すぐれた被覆超硬合金になる。

本発明の被覆超硬合金における被膜は、具体的には、例
えばｌ’ｉｃ、　’ｒｉＮ、　Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、　Ｔａ
Ｃ，ＴｉＢ□Ｔｉ　（Ｃ，ｏｌ　、　Ｔ＋　（Ｎ、　０
１　、　Ｃｒ１Ｃ２，Δｆｉ２０３゜へ氾（０，Ｎ）、
　ＳｉＣ，Ｓｉ、、Ｎ４．　（Ｓｉ、　Ａ氾１（０，Ｎ
）などによるｉｎ−層、又は超硬合金の表面にＴｉＣ。

Ｔｉ　ｆｃ、　Ｎ）なとの第１層の被膜と、さらに第１
層の表面に／ｌ　２０１．　　ｌ　（［＋、Ｎｌ　など
の第２層の被膜とからなる多重層として形成されている
ものな卒げることがてきる。

本発明の超硬合金は、従来の粉末冶金による出発物質の
選定−配合一混合粉砕一乾燥一成形一焼結のそれぞれの
製造り稈をＬシ・川することにより作製することができ
る。これらの製造−１゛稈の内、１発物質の選定、混合
粉砕及び焼結［稈については、特に微細に制御する必要
があり、出発物質としては、例えば硬質相を形成するた
めに必要な１１発物質の粉度分イＩＪはできるだけ均一
なものを選定することが好ましく、又出発物質の粉砕と
混合粉砕ｌ−程との相ＩＬ関係によってｉｌｉ制御され
るのであるが混合粉砕後における混合粉末中の炭化タン
グステンの事＋’を径と１３１型固溶体を形成するだめ
の物質の粒径とがほとんど等しくなるようにしておくこ
とが好ましいことである。混合粉砕［二程の内、混合時
間が短ずぎると粗細混在となりやすく、逆に長ずざると
微粒粒子が多くなるので混合方法を含めた混合時間が重
要である。さらに、焼結工程については、焼結温度がｉ
ｉ要な因ｒ−であるが、旧型固溶体の含イー１した超硬
合金であることから、炭化りＩ ングスデンの粒径は、焼結温度によりあまり強く影響さ
れなく、従来と同様に、例えば真空叉は、Ｊｌ酸素性ガ
ス雰囲気中、１３５０℃〜１５００°０の温度で焼結す
ることにより本発明の超硬合金を得ることができる。

特に、焼結温度が低すぎると１）Ｉノルり固溶体が細粉
になりすぎる傾向があり、逆にｌ’、；すぎると炭化タ
ングステンが１部異常成１（シて不均一になりやすくな
る。。

また、本発明の被覆超硬合金は、１．述の」：うにして
作製した超硬合金を焼結した後の焼肌面の状態、又は焼
結後研摩加Ｉした研摩面の状態にし、次いで超硬合金の
表面を洗浄及び乾燥後、従来から１ｒなわれている化学
蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸盾？Ｊ、（１”ＶＤ法）で
もって目的とする被膜を超硬合金の表面に形成すること
により得ることができる。

（イア１月１） 本発明の超硬合金は、粉砕の均　化した炭化タングステ
ンと旧型固溶体とでなる硬質相が分散性を促進し、さら
に硬質粗粉ｒ間に結合相を均等厚さの状態に分布させる
作用をもしているもので、その結果耐摩耗性及び耐欠損
性のすぐれた合金となっているものである。また、本発
明の被覆超硬合金は、］−１述のような超硬合金の表面
に被膜が形成されていることから、超硬合金の表面部が
被膜に牛した微小クラックの超硬合金内部への進展ヤ１
をＩ（１１＋ｌ−するという作用をしているものである
、。

（実施例） 実施例１ ）発物質として、ＷＣ，（Ｗ、　’ｒｉ、　Ｔａ）Ｃ，
Ｃｏの各粉末を用いて、５６ｗｔ％ＷＣ−３６ｗｔ％ｆ
Ｗ、　’ｌ’　ｉ　、　’ｌ’ａ）　Ｃ８ｗｔ％Ｃｏ　
　（７２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％ＴｉＣ−１２ｗｔ％Ｔ　
ａ　Ｃ８ｗｔ％Ｃｏ）組成に配合し、スデンレス製容器
及び超硬合金製ボールでもって、アセトン湿式により混
合粉砕及び乾燥後、Ｉ　１７ｃｍ２の圧力で所定の成形
体にし、次いて焼結して、本発明品１．２．３及び比較
品１．２．３．４を得た。このとき用いた出発物質の甲
均粒径、混合時間及び焼結温度な第１表に示した。

以十余白 第１表に示した条件で作製した各試料を走査型電子顕微
鏡で調査し、その結果を第２表に示した。

以ド余白 第２表に示した本発明品１．２．３及び比較品１．２．
３．４の各試料の硬さ、抗折力及び破壊靭性イ１＋’ｊ
を測定して第３．！２に示し、さらに下記の（イ）及び
［０１の切削条イ′１でもって切削試験をして、その結
果を第：３表に併＋’＋Ｌ！　ＬＪた。

（イ）　旋削試験 被削材 チッフ゛形４人 切削速度 送り１１Ｘ。

切込み：１： 評価 ３４８Ｃ（Ｉ＋、、　　２１８１ Ｓ　Ｎ　１１４３２ Ｄｏ　　　ｍ／ｍ１ｎ ０．３　　　ｍｍ／ｒｅｖ 　　　ｍｍ ５分間切削後の゛＋ｉ均逃げ而 摩耗晴（Ｖ、、） フライス試験 被削材 チップ形状 切削速度 送り：。

切込み １・゛と（１ｎ？ ＳＣＭ４４０　　（１１，，２７０１ Ｓ　Ｎ　Ｐ　４３２ １４０　　ｍ／ｍｉ口 ０．２　　ｍｍ／刃 ２．０　　　ｍｍ 欠ＩＩ）までの切削１・Ｊさ（１） 実施例２ 実施例１てＩＨ７だ本発明品１．２．３及び比較品１．
２．３．４のそれぞれの表面をω］摩及び洗浄後、ＣＶ
Ｏ装置の反応容器内に設置し、５ｖｏｆ１％１’１Ｃｆ
ｌ　４−２５ｖｏ、Ｃ％Ｃｌ１４−７０ｖｏ、＋２％１
１□ガス雰囲気中、１０００℃の温度て２時間保持によ
り、約２　ｔＬｍ厚さのｒｉＣ被膜を形成さセ、本発明
品Ｉの表面に被膜を形成させたものを本発明品４９本発
明品２の表面に被膜を形成させたものを本発明品５１本
発明品ご３の表面に被膜を形成させたものを本発明品６
．比較品１の表面に被膜を形成させたものを比較布５．
比較品２の表面に被膜を形成させたものを比較品６．比
較品；３の表面に被膜を形成させたものを比較品７．比
較品４の表面に被膜を形成させたものを比Ｍ品８とした
。

こうして１１１た本発明品４，５．６及び比較、１，１
５．６．７．８の抗折力とド＋、Ｌ　（ハ）及び（ニ）
の切削条件でもって切削試験をした結果とを第４表に示
した。

（ハ）　フライス試験 被削材 チップ形状 切削速度 送り川 切込み量 評価 旋削試験 被削材 デツプ形状 切削速度 送り４） 切込みＦル 評価 ＳＣＭ４４０　　（ＩＩＲ２７３） ＮＰ４３２ １５０　　　ｍ／ｍ１ｎ ０．２　　ｍｍ／刃 ２．０　　　ｍｍ ＯＰ　ａ　ｓ　ｓ切削を５回繰返した 時の欠損してない比率（未 欠損率） ３４８Ｃ（１１，、２１３１ ＮＰ４３２ １６０　　ｍ／ｍｉ口 ０．３　　ｍｍ／ｒｅｖ ２．０　　　ｍｍ ３０分間切削後の十均逃げ而 摩耗：１′Ｌ（Ｖ　ＩＩ　） 以ド余白 （発明の効果） 本発明の超硬合金は、本発明の超硬合金から外ねた比較
品（従来の超硬合金も含む）に比へて、特に旋削試験に
おけるー・ｌ摩耗性がすぐれており、しかもフライス、
ｉ工を験における耐欠損ヤ１が約２５％〜２００％も向
１するという効果がある。また、本発明の被覆超硬合金
は、本発明から外れた比１咬品（従来の被覆超硬合金も
含む）に比べて、抗折力が高い傾向にあり、特にフライ
ス試験における耐欠損Ｐ１及び旋削１λ験における耐摩
耗ｆ１が苫しく−４ぐれるという効果がある。、。

特許出願人　東芝タンガロイ株式会ン１：３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｗと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ
   、Ｍｏの中の少なくとも１種とを含有してなる複合炭化
   物及び／又は複合炭窒化物のＢｌ型固溶体と炭化タング
   ステンとでなる硬質相７５〜９５ｗｔ％と、残りＮｉ及
   び／又はＣｏを主成分とする結合相と不可避不純物とか
   らなる超硬合金において、該硬質相は０．５μｍ以下の
   細粒が該硬質相全体の２０ｖｏｌ％以下及び４．０μｍ
   以上の粗粒が該硬質相全体の２０ｖｏｌ％以下で、しか
   も該硬質相の平均粒径が１〜３μｍであり、かつ該硬質
   相中の該炭化タングステンの平均粒径と該Ｂｌ型固溶体
   の平均粒径との比が０．８〜１．２であることを特徴と
   する超硬合金。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の超硬合金の表面に周
   期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素の炭化物、窒化物、ホウ
   化物、酸化物及びこれらの相互固溶体、並びに酸化アル
   ミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素
   及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる単
   層又は多重層からなる被膜を形成してなることを特徴と
   する被覆超硬合金。