JPH04157132A - 高強度サーメット工具部材およびその製造法 - 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〕 この発明は、特に苛酷な条件下で鋼などの継続切削や、
高送りおよび高切込み等の重切削に用いた場合に、優れ
た耐欠損性を示す高強度サーメット工具部材およびその
製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、サーメットは、硬質分散相形成成分となる硬質
原料粉末と結合相形成成分となるＣｏおよびＮｉのうち
の１種または２種の粉末を所定の割合に配合し、混合し
て混合粉末を作成し、得られた混合粉末をプレス成形し
たのち真空あるいは窒素雰囲気中で焼結することにより
製造されている。

しかし、この製造方法では結合相形成成分粉末の偏在は
避けがたく、そのため、例えば、特開昭５４−２３８１
０号公報にも記載の如く、結合相形成成分としてＣｏお
よびＮｊのうちの１種または２種を、周期律表の４ａ、
５ａもしくは６ａ族金属の炭化物粉末または窒化チタン
粉末などの各種硬質原料粉末の表面にメツキしてなる被
覆原料粉末なども提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記被覆原料粉末も、それぞれ所定の配合組成となるよ
うに配合され、混合されたのち、プレス成形され、つい
で真空あるいは窒素雰囲気中で焼結されてサーメット工
具部材に製造されるものであるが、通常の方法では結合
相形成成分が不均一に偏在するために、硬質分散相であ
るＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の粒子同士が連続的
に繋がり、いわゆる硬質分散相の骨格構造（スケルトン
構造）を形成する。この骨格構造は、硬質分散相の粒子
間に結合相を介しないためにクラックの伝播に対して抵
抗力がなく脆いために、苛酷な条件下での鋼などの連続
切削や高送り切削などに用いた場合、欠損の問題が生じ
ていた。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行
った結果、 焼結して得られたサーメット工具部材の組織を観察して
見られる硬質分散相の粒子間で接着している場合の数お
よび硬質分散相の粒子が結合相と接着している場合の数
を定量組織学法（Ｑｕａｎｔａｔｉｖｅ　Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ　Ｍｅｔｈｏｄ）により−１定して得られた値
を計算して得られた接着度が２５％以下であると欠損に
対する抵抗が大幅に向上する、という知見を得たのであ
る。

上記定量組織学法による測定方法およびその計算式は、
次のようにして求める。まず、サーメット工具部材の断
面を鏡面研磨し、そのサーメット工具部材の組織の５０
００倍の写真を用意し、その写真上に直線を引き、硬質
分散相の粒子と直線の交点を調べた。上記硬質分散相の
粒子と直線の交点が硬質分散相の粒子間である場合の数
の合計をＳｐ／ｐとし、硬質分散相の粒子が結合相と接
着している場合の数の合計を５ｐ１１１、とすると、接
着度は、 で求められる。

この発明において、結合相形成成分がＣｏおよびＮｉの
うち１種または２種＝２〜２７％重量％、硬質分散相形
成成分がＴｉ　、　Ｗ、　Ｍｏ　、　Ｔａ　。

Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ’の炭化物、窒化物、炭窒化物のうち
１種または２種以上：残部、からなる組成を有し、かつ
接着度２５％以下であることにより初めて所定の耐欠損
性に優れたサーメット工具部材が得られるのである。

上記のように接着度が２５％以下であるサーメット焼結
体を得るために例えば以下のような方法がとられた。

すなわち周期律表の４ａ、５ａもしくは６ａ族金属の炭
化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末などの各種硬質原
料粉末をあらかじめ所定の配合組成となるように配合し
、混合して硬質混合粉末を作成し、この硬質混合原料粉
末の表面に結合相形成成分を被覆し、このようにして得
られた結合相形成成分被覆硬質混合粉末を原料粉末とし
て用い、その後の混合工程を経ることなく静水圧法（Ｃ
Ｉ　Ｐ法）を、または加圧速度を遅くしたり、上下パン
チの変位量及び圧力差を厳密にコントロールするなど方
向性の少い一軸機械プレス法を採用して圧粉体を作成し
た。かかる製造法を採用すると被覆された結合相形成成
分が硬質混合原料粉末から剥離することかなく圧粉体を
作製することかでき、この圧粉体を焼結することにより
優れた耐欠損性を示すサーメット工具部材を製造するこ
とができたのである。一方、はじめに結合相形成成分が
被覆された２種以上の原料粉末を所定の配合組成になる
ように混合工程を経たり、方向性の強いプレス成形を用
いた場合には、被！された結合相形成成分が硬質混合原
料粉末から剥離し、上記剥離した結合相形成成分がかえ
って不均一に偏在するため、硬質分散相粒子同士が連続
的に繋がる骨格構造を形成し、耐欠損性に劣る結果とな
った。

Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物粉
末、窒化物粉末または炭窒化物粉末の１種または２種以
上およびこれらの固溶体粉末を所定量配合し混合して硬
質分散相形成成分混合粉末とし、この硬質分散相形成成
分混合粉末を結合相形成成分で被覆するが、この被覆方
法は、湿式無電解メツキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの
任意の方法により、配合組成に相当する量の結合相形成
成分を硬質分散相形成成分混合粉末の外側に均一に被覆
する。この方法により得られた被覆混合粉末は、すでに
混合工程が終了しているので、その後の混合、粉砕工程
を経ることなくプレス成形を行い、焼結することができ
る。

結合相形成成分がＣｏおよびＮ１のうち１種または２種
を２〜２７重量％に限定する理由は、その含有量が２重
量％未満では硬質分散相形成成分の粒子が骨格構造を形
成するのを抑えることができても結合相量が不足して十
分な強度が得られず、また２７重量％を越えると硬さが
低くなりすぎて耐摩耗性が得られず工具の寿命が短くな
ることによるためである。

上記硬質分散相形成成分であるＴｉの炭化物、窒化物、
炭窒化物のうち１種または２種以上の一部をＷ、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｈｒの炭化物、窒化物また
は炭窒化物の１種または２種以上およびこれらの固溶体
で置換し、全体に対する割合で０．０１〜４５重量％含
むサーメット工具部材は、耐熱性、耐衝撃性などが向上
するが、４５重量％を越えると耐摩耗性が低下するため
に４５重量％以下とした。

この発明のサーメット工具部材の組織において、接着度
が２５％を越えると、欠損しやすくなるので好ましくな
い。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的に説明する
。

原料粉末としていずれも平均粒径：１．５−のＴｉｃ粉
末、ＴｉＮ粉末、Ｔ１ＣＮ粉末、いずれも平均粒径：１
４のＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ｗｃ粉末、Ｍ　Ｏ２Ｃ粉
末、ＺｒＣ粉末、平均粒径：２．０虜のＴ１ＣＮ粉末、 を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される
配合組成に配合し、ボールミルにて湿式混合し、乾燥し
、硬質混合粉末を作成した。

これら硬質混合粉末に触媒活性化を付与したのち、上記
硬質混合粉末を通常用いられるＣＯまたはＮｉの無電解
メツキ法によりＣｏまたは／およびＮｉの被覆層を形成
し、Ｃｏ被覆原料混合粉末、Ｎｉ被覆原料混合粉末また
はＣｏおよびＮｉ被覆原料混合粉末を作成した。

これらＣｏ被覆原料混合粉末、Ｎｉ被覆原料混合粉末ま
たはＣｏおよびＮｉ被覆原料混合粉末をそのままプレス
金型に充填し、静水圧に近い加圧法とするために、プレ
ス加圧速度を１２ｋｇ　／　ｃｊ秒で、上下パンチの圧
力差を５％以内にし、かつフローティングダイ方式で、
到達圧力１．０ｔｏｎ／ｃ−でプレス成形して圧粉体と
したのち第１表に示される条件で焼結し、本発明サーメ
ット工具部材１〜１１を製造した。

一方、比較の目的で、原料粉末として、予めＣｏまたは
／およびＮＩを被覆した いずれも平均粒径：１．５ｔ１ｍのＴｉｃ粉末、ＴｉＮ
粉末、Ｔ１ＣＮ粉末、 いずれも平均粒径：ｌ、ｃｉｒｓのＴａＣ粉末、ＮｂＣ
粉末、ｗｃ粉末、Ｍ　Ｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、平均粒
径：２．Ｏｚｓ＋のＴ１ＣＮ粉末、を用意し、これら結
合相形成成分被覆原料粉末をそれぞれ第２表に示される
成分組成となるように配合し、ボールミルにて湿式混合
し、乾燥し、被覆原料混合粉末を作成した。

これら被覆原料混合粉末をプレス金型に充填し、通常の
一軸ブレス法で、１　ｔｏｎ／ｃシの圧力でプレス成形
して圧粉体としたのち第２表に示される条件で焼結し、
従来サーメット工興部材１〜１１を製造した。

このようにして得られた本発明サーメット工具部材１〜
１１および従来サーメット工具部材ｌ〜１１を５０００
倍の顕微鏡写真にとり、顕微鏡写真上に直線を引き、こ
の直線が硬質相粒子と硬質相粒子との接触粒界と交差す
る交点の数の合計Ｓ　ｐ／ｐおよびこの直線が硬質相粒
子と結合相の界面と交差する交点の数の合計Ｓｐ／ＩＩ
！を求めて接着度を求め、その結果を第１表および第２
表に示した。

さらに、本発明サーメット工具部材１〜１１および従来
サーメット工具部材１〜１１から８Ｘ４Ｘ２５關のＪＩ
Ｓ抗折力片およびＪＩＳ規格でＳＮＧＮ１２０４０ｇの
切削試験片を切出し、抗折試験および切削試験を行い、
これらの測定結果も第１表および第２表に示した。

上記切削試験は、外周の中心軸方向に６本の溝の入った
円柱状の鋼（Ｓ　ＣＭ４４０）の被削材を使用し、上記
切削試験片を切削工具として、切削速度：　２８０ｍ／
＋＋＋ｉｎ、、送り速度：　０．３ｍ＋＊／　ｒｅｖ、
、切込み：１．５１１１％ の条件で継続切削を行い、切削試験片工具の摩耗および
欠損による寿命に至るまでの時間を測定した。

〔発明の効果〕

第１表および第２表に示された結果から、硬質分散相形
成成分混合粉末を通常用いられる無電解メツキ法により
結合相形成成分被覆層を形成して得られた被覆原料混合
粉末を混合することなく焼結した本発明サーメット工具
部材１〜１１は、予め結合相形成成分被覆層を形成した
被覆原料混合粉末を混合したのち焼結した従来サーメッ
ト工具部材１〜１１に比べて成分組成および焼結条件が
同一であるにもかかわらずいずれも接着度が小さく、抗
折力および継続切削による工具寿命が共に優れているこ
とがわかる。したがって、この発明によると、従来より
も優れたサーメット工具部材を提供することができ、産
業上優れた効果を奏することがわかる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結合相形成成分がＣｏおよびＮｉのうち１種また
   は２種：２〜２７重量％、硬質分散相形成成分がＴｉの
   炭化物、窒化物、炭窒化物のうち１種または２種以上：
   残部、からなる組成を有する高強度サーメット工具部材
   において、 上記高強度サーメット工具部材の組織を定量組織学法に
   より測定して得られた、 硬質分散相の粒子間で接着している場合の数をＳｐ／ｐ
   、硬質分散相の粒子が結合相と接着している場合の数を
   Ｓｐ／ｍ、 とすると、下記の式で表される接着度が２５％以下であ
   ることを特徴とする高強度サーメット工具部接着度＝（
   ２Ｓｐ／ｐ）／（２Ｓｐ／ｐ＋Ｓｐ／ｍ）×１００、
2. （２）上記高強度サーメット工具部材は、上記Ｔｉの炭
   化物、窒化物、炭窒化物のうち１種または２種以上の硬
   質分散相形成成分の一部をＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ
   ，Ｈｆの炭化物、窒化物または炭窒化物の１種または２
   種以上およびこれらの固溶体からなる硬質分散相形成成
   分：０．０１〜４５重量％で置換したことを特徴とする
   請求項１記載の高強度サーメット工具部材。
3. （３）硬質分散相形成成分となる硬質原料粉末を所定の
   割合に配合し、混合して硬質混合粉末を作成し、得られ
   た硬質混合粉末の表面にＣｏおよびＮｉのうち１種また
   は２種の結合相形成成分を被覆して被覆原料混合粉末を
   作成し、この被覆原料混合粉末をプレス成形したのち通
   常の雰囲気中で焼結することを特徴とする高強度サーメ
   ット工具部材の製造法。