JPH04160132A - 耐チッピング性に優れた超硬合金 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は工具先端における微小な欠け（以下チッピング
という）が問題となる各種の工具に通用可能な超硬合金
に関し、詳細には特にプリント基板穴明は用ドリルやエ
ンドミル用の素材とじて耐チッピング性の良好な超硬合
金に関するものである。

［従来の技術］ 切削工具、耐摩耗工具、鉱山工具の分野においては、Ｗ
Ｃ等を主体とする超硬合金が用いられており、優れた耐
摩耗性を発揮している。しかしながら一般に材料は硬度
が高くなるに従って脆くなることから、上記超硬合金に
おいてもいかにして靭性を高めるかが大きな技術的課題
となっている。特に細径のドリルやエンドミルを苛酷な
条件で用いる場合、工具の折損を防止するには素材自体
の靭性が重要な因子の１つとなり、耐折損性の評価に用
いられる抗折力の向上に注力されてきた。

このような状況の中でサブミクロンサイズのＷＣ粉末を
用いた超微粒子超硬合金が開発されており、代表的なも
のとして特公昭６２−５６２２４号公報及び特開昭５９
−２４３２８４号公報に開示されている技術がある。前
者は０７μｍ以下のＷｃを用いてＣｏおよび／またはＮ
ｉ、更にＣｒ、Ｖを適量添加するという発明であり、一
方後者は０８μｍ以下のＷＣにＨｆまたはＨｆＣを適量
添加するという技術であって、いずれも抗折強度に悪影
響を与えない程度にＷＣの粒成長抑制に作用する成分を
添加し、所望の硬さと抗折強度を得ようとする技術思想
に基づくものである。

上記公報に開示された合金は、高速度鋼（ハイス）に近
い靭性を有することから、細径のドリル（主にプリント
基板の穴明は用ドリル）やエンドミルに用いられ、高い
工具寿命を発揮している。

しかしながら上記超微粒子超硬合金であっても刃先に微
小な欠け（チッピング）を生じることがあり、工具寿命
が著しくばらつくという問題が生じている。該チッピン
グの防止技術については、これまで工具形状に関して種
々検討されているが、材料特性から耐チッピング性の向
上を目指した技術はこれまで開示されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記事情に着目してなされたものであって、材
料組成の面から耐チッピング性の改善を図った超微粒子
超硬合金を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成した本発明とは Ｃｏ：４〜２０％、 ＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：Ｔａ又はＴａ及びＮｂに
換算して０．２〜３％、 ｖｃ　：　ｖに換算して０．０１ｃｏ　（％）≦Ｖ≦０
．０９Ｃｏ（％）を満足する様に含有せしめ、残部が平
均粒径０，８μｍ以下のＷＣと不可避不純物からなり、 且つ抗磁力が２４０エルステッド以上であることを要旨
とするものである。

［作用］ 本発明者らは従来の超微粒子超硬組成を有する超硬合金
を基本とし、これを工具として用いた際に折損すること
なく、しかも耐チッピング性に優れた組成系について鋭
意検討を重ねた結果、靭性硬さに関しては、大きな効果
が期待できないとされているＶＣとＴａＣ，（Ｔａ、Ｎ
ｂ）Ｃを用いれば、耐チッピング性の向上に優れた効果
が得られることを見い出し本発明に想到した。

以下に本発明の超硬合金について各成分の限定理由を説
明する。

Ｃｏは硬質粒子であるＷＣとの濡れ性が高いという性質
を利用して添加されるものであって、焼結時に液相とな
りＷＣ粒子同士を結合するバインダーの役割を担うもの
である。但しＣｏ量が４％未満ではＷＣの粒子間隙を充
填するのに不十分であり、焼結体中に微小なボアが残り
強度不足となって工具用の素材として使用することは困
難である。一方２０％を超えると焼結体としての硬さが
低下し工具摩耗を助長することとなり実用上満足し得る
工具寿命は得られない。

ＶＣはＣｏをバインダーとする結合相金属中にのみ存在
するものであって、微粒ＷＣ粒の成長抑制剤として働き
、焼結体組織を微細均質に維持することにより耐欠損性
に寄与すると共に、均質組織を形成することによって微
小欠けの発生起点となる粗大成長粒子の発生を防ぐ、上
記Ｃｏに対しＶ量が１％以下であれば粒成長抑制効果が
ほとんど発揮できない。一方ｃｏに対するＶ量が９％を
超えると焼結後の冷却を極めて速めるといった特別な焼
結条件を用いない限りは、靭性に悪影響を与える（Ｗ、
ＶＩ　Ｃ相などの存在によって抗折力は低下する。

ＴａＣおよび（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃは、切削加工中において
被剛材がドリルやエンドミルの刃先に溶着してチッピン
グが発生するのを抑制する効果を有する。但し０．２％
未満では上記効果が不十分であるので０．２％以上添加
し、一方３％を超えると焼結後の冷却を極めて速めると
いった特別な焼結条件を用いない限りは靭性（抗折力）
が大幅に低下するので３％を上限とした。

尚ＴａＣおよび（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃは粒成長抑制効果も有
する。

またＴａＣおよび（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃの一部をＴａＮおよ
び（Ｔａ、Ｎｂ）Ｎに置き換えても同様な効果を発揮す
る。

ＷＣ平均粒径を０．８μｍ以下とした理由は０．８μ鳳
を超えると靭性が低下し、高速送り等切削条件が苛酷な
場合には工具が折損する頻度が増すためである。

抗磁力は組織の均質性を表わすパラメータであり、混合
、焼結等の条件によってＣＯブールや粗大粒子を含む混
粒組成などが生じるとその値が低下することが知られて
いる。

ところで耐チッピング性を評価する材料特性としてはこ
れまでせいぜい抗折力が用いられていたに過ぎない、し
かしながら抗折力は平滑試験片の三点曲げ試験によって
求められる最高強度であり、材料総体の強度、従って耐
折損性との関係については十分把握は可能であるが、切
削中の微小域で生じる欠は頻度との関係について論じる
ことは元来無理があると言わざるを得ない面がある。

また超硬合金の評価法として最近導入された破壊靭性値
ＫＩＣは元来静的負荷において効力を発揮するものであ
り、これも切削加工におけるチッピングの様な動的負荷
に必ずしも適用できるとは言い難い。

そこで本発明者らは耐チッピング性の評価手段となり得
るものを鋭意探求した結果、抗磁力に想到し、下記の条
件で切削テストを行なった。

工具　ニブリント基板用ドリル（１，０ｍｍφ）回転数
ニア００００　ｒｐＨ 送り　　：４１１ｉｎ 被削材：　ＦＲ４ 欠け　：　５０００ヒツト目の２番方向の最大深さ第１
表はプリント基板用ドリルに招ける抗折力、破壊靭性値
及び抗磁力を測定し欠けの発生状況を併記したものであ
り、抗磁力とチッピングには相間々係が見られるものの
、抗折力と破壊靭性値については欠は発生との間に相関
が見られない。

従って本発明では抗磁力をパラメータとして採用するこ
とによって耐チッピング性を評価する目安としたもので
ある。

′ｓ１表 Ｃ実ｍ例］ 実施例１ 原料粉末としては１．３μ麿のｖｃ、ｏ、ａμ園のＴａ
Ｃないしは（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ，１，０ｐｍのＣｏ、さら
に種々のサブミクロンサイズのｗｃを用いた。該原料粉
末をそれぞれ第２表に示される最終組成が得られるよう
に配合し、有機溶剤中アトライタで８時間混合した後、
減圧・乾燥を行なった。その後Ｉ　Ｔｏｎ／ｃｍ”で圧
粉成形をおこなった後、脱ろう・予備焼結を実施した。

このようにして得られた予信焼結上を約り、ＩＴｏｒｒ
の真空雰囲気中で′！Ｊ２表に示す温度で１時間焼結し
た後、Ａｒ雰囲気下１０００気圧、　１３００ｔｌ：テ
１時間のＨＩＰ第埋を実施した。焼結後のＷＣ粒子は電
子顕微鏡観察により求めた。

本発明合金１〜フは、いずれも本発明に係る条件を満足
しているので欠けの発生は見られなかった。

これに対して比較合金１〜８は、本発明に係る条件を少
なくとも１つ以上満足しておらず折損または欠けが発生
した。比較合金１．２はＣ量量に対する７重量が多過ぎ
る場合、比較合金３は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ量が多くＶＣを
含有していない場合、比較合金４は平均粒径が大き過ぎ
る場合、比較合金５は抗磁力が小さ過ぎる場合、比較合
金６．７はＴａＣ，（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃを含有しない場合
、比較合金８は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃが多過ぎる場合の比較
例である。

実施例２ 原料粉末の大きさが４μ耀であるＷＣを用いた以外は実
施例１と同様の原料粉末を用い、第３表に示される最軽
組成が得られる様に配合してエンドミル用素材を作製し
た。これを機械加工し、１０■−φの２枚刃捩れ角３０
度のエンドミルを製作し下記の条件にて切削加工を実施
した。

切削速度：３０暦／層ｉｎ 送り　　　　　＝　９６ｍｍ／麿ｉｎ 切削方向：ダクンカットミリング 被削材　：５ＫＤ６１　（ＨＲＣ：５１．１）なお、チ
ッピングの評価は切削長２．０ｍの際の外周逃げ面側よ
り欠けの占める部分の面積（■■２）で行なった。これ
らの焼結体に機械加工を施し、プリント基板穴明は用の
ドリル（１，０ｍｍφ）を製作し、穴明はテストをおこ
ない、５０００ビツト目の刃先状態を調べた。

回転数：フＯＯＯＯｒｐｍ 送り　　：４ｍ／ｓｒｉ口 被剛材：　ＦＲ４ なおチッピング評価は、ドリル径が／ｌＸさいことから
電子顕微鏡観察により測定した２番方向の最大深さにて
評価した。結果は′ｓ３表に示す。

本発明合金８は本発明に係る条件を満足しているので、
欠けの発生は見られなかった。

これに対して比較合金９はＴａＣ，（Ｔａ。

Ｎｂ）Ｃを含有しない場合、比較合金１０はＶＣを含有
していない場合の比較例であり、いずれも欠けが発生し
た。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、耐折損性に加
えて耐チッピング性においても優れた超硬合金が提供で
きることとなり、これを工具として用いた場合に、切削
寿命のばらつきを軽減し、工具の信頼性を著しく高める
ことが可能となった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃｏ：４〜２０％（重量％の意味、以下同じ）、ＴａＣ
   又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：Ｔａ又はＴａ及びＮｂに換算し
   て０．２〜３％、 ＶＣ：Ｖに換算して０．０１Ｃｏ（％）≦Ｖ≦０．０９
   Ｃｏ（％）を満足する様に含有せしめ、 残部が平均粒径０．８μｍ以下のＷＣと不可避不純物か
   らなり、 且つ抗磁力が２４０エルステッド以上であることを特徴
   とする耐チッピング性に優れた超硬合金。