JPH0472042A - 高硬度高耐摩粉末高速度工具鋼 - 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、エンドミルなどの切削工具や圧造工具に用い
られ、工具使用条件の高速化あるいは、被剛材の高硬度
化などの用途において顕著に優れた耐摩耗性を発揮する
高速度工具鋼に関するものである。

〔従来の技術〕

粉末高速度工具鋼は、溶製高速度工具鋼と比較して炭化
物を微細かつ均一に分布させることができるので、炭化
物量を富化しても靭性の低下が比較的少ない。そのため
、耐摩耗性の向上を目的として炭化物を富化させた多く
の粉末高速度工具鋼が開発されている。例えば特公昭５
７−２１４２号は、主にＷ、Ｍｏを主体とするＭ、Ｃ型
炭化物を富化させて耐摩耗性の向上を狙い、また特公昭
５４−２８８２１号ではＶＣ炭化物を富化した高速度工
具鋼が提案されている。その他特開昭６１−１５９５５
９、特開昭６１−１５９５６０等多数の炭化物を富化さ
せた高速度工具鋼が提案されている。

また、常陸、検出（電気製鋼、５８．Ｐ２５１〜）は、
粉末高速度工具鋼の強度あるいは耐摩耗性に及ぼす炭化
物粒径について種々検討を行なっている。

しかし、そのテストは実用工具についてではなく基礎的
特性に止まり、かつ炭化物の具体的サイズは示されてい
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の各粉末高速度工具鋼は、炭化物を従来の溶製鋼よ
りも、著しく富化させたものであるが、それだけでは耐
摩耗性が不十分で、工具使用条件の高速化あるいは、被
加工材の高硬度化に対し、工具の耐摩耗性が十分でない
という問題があった。

かかる問題に関し、本発明者らが種々解析した結果、炭
化物の増量以外に、炭化物粒径およびマトリックス硬度
が、実用上の摩耗特性に大きく影響を及ぼしていること
がエンドミル等の実用テストの結果、明らかとなった。

本発明は、耐摩耗性を改善するために従来明確にされて
いす、かつ製品の炭化物粒径は、いずれも小粒径であっ
た炭化物の粒径の最適化を行ない、具体的に実用工具と
して必要な炭化物の平均粒径を限定している。なお、炭
化物粒径は、炭化物の凝集等により制御する事ができる
。

しかし、上記の炭化物の粒径を本発明の範囲内に納める
だけでは、靭性は逆に低下し、実用工具としても欠け、
折損等が発生しやすくなるという問題点があることが判
った。本発明は、優れた耐摩耗性を有し、かつ最小限必
要な靭性を有する粉末高速度工具鋼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〕

本発明は、重量％でＣ：　１．７５〜２．２％、Ｓｉ：
０．６０％以下、Ｍｎ　：　０．６０％以下、Ｃｒ　：
　３．０〜６．０％、Ｗ　：　９．０〜１８．０％、Ｍ
ｏ　：　３．０〜８．０％ただしＷ＋２Ｍｏ：２２−３
０％、Ｖ　：　３．０〜６．０％、　Ｃｏ　：　８．０
〜１２．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物
よりなり、炭化物の平均粒径が１．２〜１．６８ｍであ
ることを特徴とする高硬度高耐摩粉末高速度工具鋼であ
る。

本発明で最も重要な点は、炭化物の平均粒径を大径範囲
に限定したことにある。実施例に、その−例を示すよう
に、炭化物粒径の異なるエンドミルを用い実際の工具性
能について評価を行なうことにより、炭化物粒径につい
ての検討を行なった。

本発明によれば、工具の耐摩耗性を左右する極めて重要
な要素は、炭化物粒径であって、優れた工具性能を得る
ためには、炭化物の平均粒径が最低１．２ｊａ＋が必要
である。それ未満の場合には、工具摩耗が著しく進行し
低寿命となる。しかし、炭化物の平均粒径が１．６μｍ
を越えて大きくなると、工具自身の被研削性および靭性
を劣化させ、実用上チッピングや折損が問題となるため
上限を１．６−ｍとした。

次に、本発明では、高硬度を得、かつ適度な靭性を保持
させるために、炭化物粒子による分散強化が図られてい
るが、これもむしろマトリックスへの合金固溶量を増や
し固溶強化によりマトリックス硬度を高めるよう成分バ
ランスの調整が行なわれている。

以下に化学成分の限定理由を示す。

Ｃは本発明で最も重要な元素の一つである。Ｃは同時に
添加されるＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、■と硬い炭化物を形成し、
また一部はマトリックス中に固溶してその硬さを高め、
耐摩耗性の向上に寄与する。

耐摩耗性と靭性のバランスを考え、Ｃ：　１．７５〜２
．２％とした。

さらに望ましくは、マトリックス硬度を上げるために、
マトリックス中に固溶させるＣ量を増加させるため、次
式で計算される値ΔＣが±０．１以内となるように炭素
量をバランスさせるとよい。

Ａ　Ｃ＝Ｃ−０，０６ｘＣｒ−０，０３３ＸＷ−０，０
６３ＸＭｏ−０，２ＸＶ本発明の合金元素量の範囲内で
は、用途によりＣの添加量を使い分けることが望ましく
、特許請求範囲第２項で　Ｃ：　１．９５〜２．１％、
特許請求範囲第３項でＣ：　１．７５〜１．８５％を規
定したー。いずれも、この範囲未満では、用途に対し十
分高い焼もどし硬さが得られず、逆にこの範囲を赳える
とマトリックス中に固溶する炭素量が著しく増えて靭性
が低下する。

Ｓｉ、Ｍｎは脱酸剤として添加し、十分な脱酸を行なう
ためには、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：０．６％以下の
添加が必要である。

Ｃｒは焼入性を高め、また焼もどし二次硬化性を高める
目的で３〜６％添加する。３％より少ないと上記効果が
少なく、逆に６％より多いとＣｒを主体とするＭ　ｉ　
ｓ　Ｃｓ型の炭化物が極端に増えてマトリックスの靭性
を害し、さらに焼もどし時に炭化物の凝集を速め軟化抵
抗を減する。

Ｗ、Ｍｏは本発明で最も重要な元素の一つである。本発
明の目的である顕著な耐摩耗性を付与するためには、硬
い炭化物を分散させ、しかも、マトリックス硬度も高く
する必要がある。このためには、Ｗを９％以上、Ｍｏを
３．０％以上とするとともに、これらの総合含有量を高
め、Ｗ＋２Ｍｏを２２％以上とすることにより目標が達
成できた。

すなわち、Ｗ、Ｍｏ含有量を増加させることによりＭ、
Ｃ型炭化物を適度に分散させ、また焼もどし二次硬化量
を顕著に高めることができた。しかし、Ｗが１８％、Ｍ
Ｏが８．０％または、Ｗ＋２Ｍｏが３０％をそれぞれ越
えると、連結した炭化物が急増し、また、マトリックス
中に固溶する合金元素も極端に多くなって靭性を害する
ので、Ｗ９〜１８％、Ｍｏ３〜８％、Ｗ　＋２　Ｍｏ：
２２〜３０％とした。この範囲内で、より耐摩耗性を重
視し、炭化物を、より多く分散させるためには、Ｗ　：
　９．０〜１１．０％、Ｍｏ　：　６．５−８．０％、
Ｗ＋２　Ｍｏ　：　２４〜２７％とし、また、耐摩耗性
については、マトリックス硬度と炭化物粒径で改善する
こととし、靭性を向上させる目的には、Ｗ：１５．０〜
１８．０％、Ｍｏ　：　３．０〜５．０％、Ｗ　＋２　
Ｍｏ　：　２２−２６％とすることが望ましい。

■もまた耐摩耗性を高めるのに有効な元素で、耐摩耗性
を改善させる目的では、できるだけ多くのＶを含有させ
たい。しかし、本発明では、高度な成分バランスによる
高硬度化と、炭化物粒径の調節によって優れた耐摩耗性
を保有させしめているのでＶについては、むしろ低めに
抑えることによって、靭性の向上を計った。すなわち耐
摩耗性と靭性のバランスを考え、Ｖ：３．０〜６．０％
とした。

この範囲内で、より耐摩耗性を重視する場合には、Ｖ　
：　４．０〜６．０％とし、また、耐摩耗性と靭性を同
時に必要とする場合には、Ｖ：３．０〜５．０％とるこ
とが望ましい。

本発明鋼はＷ、Ｍｏの含有量が従来鋼と比較して高いた
め、Ｃｏとの相互作用により、極めて高い焼もどし硬さ
と軟化抵抗が得られる。特に８％以上のＣＯ含有量でこ
の効果が大きい。しかし１２％を越えるとマトリックス
の靭性が著しく低下するので００８〜１２％とする。な
お、炭化物の平均粒径の限定理由は、前述の通りである
。

〔実施例〕

以下、実施例にしたがって本発明の詳細な説明する。

第１表に窒素ガスアトマイズ−熱間静水圧プレス（以下
ＨＩＰと記す）法により製作した１３種類の実験材の化
学組成を示す。それぞれの材料は、ＨＩＰ後、１０８０
℃〜１１９０℃の温度範囲でソーキングを行ない鍛伸に
より約１５ｍｍ角とした後、該鍛伸材を８６０℃で焼な
ましし、各種実験に供した。

第１表にこれら実験材の炭化物平均粒径、焼入−焼もど
し硬さおよび抗折力を併せて示す。また。

エンドミルとしての評価を行ない、その切削性能を併記
した。なお、これらの熱処理条件は、１２００℃焼入、
５６０℃×１時間−３回の焼もどしである。

炭化物の平均粒径の測定には、焼入−焼もどしを行なっ
た実験材を、ダイヤモンドペーストを使用して研磨した
後、１０％クロム酸で電解腐食し、さらに村上試薬で腐
食を行なうことにより、全炭化物を腐食させた試料を用
い、画像解析処理装置により、全炭化物の平均粒径を計
測した。

抗折力は、５φ×７０Ｑの試験片を作製し、前述の１２
００℃焼入、５６０℃Ｘ１ｈ−３回の焼もどしを行ない
、スパン５０Ｑで３点曲げ試験を行なった。

エンドミル切削性能は、刃径が１０φの２枚刃のエンド
ミルを前記熱処理条件で製作し、ＨＲＣ４０前後に硬さ
を調節した５ＫＤ６１の側面切削を行なうことにより、
性能評価を行なった。切削条件を第２表に示す。

切削性能は、次式で計算した。

切削長は、エンドミルの境界摩耗量が０．３）を越えた
時点の切削長（！ｌ）とした。

Ｎ０５１〜Ｎ００４は、化学成分を本発明第２項特許請
求範囲内とし、ソーキング条件を変化させて、炭化物粒
径を調整したものである。炭化物粒径が大きくなるにつ
れて、エンドミルの摩耗量少なく、高寿命が得られるが
、Ｎｏ、４のように、平均粒径が１．６μｍを越えて大
きくなると、抗折力が次第に低くなり、エンドミルもチ
ッピング折損などの原因により低寿命となっていく。

Ｎ０１５〜Ｎ００９は、はぼ本発明の特許請求範囲第３
項型鋼で、化学成分はＣバランス等を調整したことによ
り、ＨＲＣ７１程度または以上の高硬度が得られ、下記
の′Ｎｏ、５．　Ｎｏ、８以外は本発明で、良好な切削
性能を示している。このうち、Ｎ０１５〜Ｎｏ、８は、
同一化学成分で、Ｎｏ、１−Ｎｏ、　４の場合と同様、
炭化物粒径を調整したものであり、切削性能はやはり同
様の炭化物粒径依存性を示している。Ｎｏ、５は、平均
粒径が１．２μｍ末滴であり耐摩耗性が不足し、Ｎ０１
８は、平均粒径を、１．６μｍを越えて過度に大きくし
た鋼であるが、チッピング。

欠けが切削初期の段階から進み低寿命であった。

ＮＯ，６，Ｎｏ、７は、平均炭化物粒径も適度で、本実
験中、最も摩耗量少なく、高寿命が得られた。

Ｎｏ、１０も本発明鋼であり、Ｗ　／　Ｍ　ｏ比を高め
たもので、硬さ炭化物粒径がほぼ同じレベルのＮｏ。

２と比べて、切削性能に優れている。

Ｎｏ、１１は比較鋼で炭化物サイズは本発明の範囲内に
納められているが、Ｃ，ｖ量が高く、強度が著しく低下
して、刃先の欠は等が発生し易く、低寿命であった。

Ｎｏ、１２はＮｏ、８に対し、はばＣ２■を本発明のほ
ぼ上限直下程度まで低下した場合の本発明鋼で、切削性
能はやや低いが優れている。

Ｎｏ、１３は、Ｗ当量が本発明のほぼ最低値とされたも
ので熱処理後の硬さ、抗折力、エンドミルの摩耗量とも
Ｎｏ、１２とほぼ同様である。

Ｎｏ、１４、Ｎ　ｏ、　１５は比較鋼でともに、低Ｗ、
高Ｍｏで特許請求範囲を外れるもので、熱処理硬さ、抗
折力、切削性能は低い。とくにＮｏ、１５はＷが低くし
たがってＷ当量が、またＣも、本発明範囲を外れるため
、熱処理後の硬さが低く、エンドミルの摩耗量も大きく
低寿命であった。

Ｎｏ、１６は、比較鋼で、Ｃ含有量が低いため、熱処理
硬さが低く、低寿命であった。

第 表 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、マトリックスへの
合金元素の固溶量を増加することにより、ＨＲＣ７０以
上の超高硬度が容易に得られ、がっ、炭化物粒径を適度
に凝集拡大して調整することにより、優れた耐摩耗性と
必要な靭性を備えており切削工具として大幅な寿命向上
が達成できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ：１．７５〜２．２％、Ｓｉ：０．６０％以下、
   Ｍｎ：０．６０％以下、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｗ：
   ９．０〜１８．０％、Ｍｏ：３．０〜８．０％（ただし
   Ｗ＋２Ｍｏ：２２〜３０％）Ｖ：３．０〜６．０％、Ｃ
   ｏ：８．０〜１２．０％を含有し、残部がＦｅおよび不
   可避不純物よりなり、炭化物の平均粒径が１．２〜１．
   ６μｍであることを特徴とする高硬度高耐摩粉末高速度
   工具鋼。 ２　Ｃ：１．９５〜２．１％、Ｗ：９．０〜１１．０％
   、Ｍｏ：６．５〜８．０％（ただしＷ＋２Ｍｏ：２４〜
   ２７％）、Ｖ：４．０〜６．０％である請求項１に記載
   の高硬度高耐摩粉末高速度工具鋼。 ３　Ｃ：１．７５〜１．８５％、Ｗ：１５．０〜１８．
   ０％、Ｍｏ：３．０〜５．０％（ただしＷ＋２Ｍｏ：２
   ２〜２６％）、Ｖ：３．０〜５．０％である請求項１に
   記載の高硬度高耐摩粉末高速度工具鋼。