JPH0517298B2 - - Google Patents
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- JPH0517298B2 JPH0517298B2 JP59008154A JP815484A JPH0517298B2 JP H0517298 B2 JPH0517298 B2 JP H0517298B2 JP 59008154 A JP59008154 A JP 59008154A JP 815484 A JP815484 A JP 815484A JP H0517298 B2 JPH0517298 B2 JP H0517298B2
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本発明は、耐摩耗性にすぐれ、かつ高温特性に
すぐれ、しかも強靭性の焼結硬質合金および該合
金の製造方法に関するものである。 近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料な
ども高速切削用あるいは高送り用のものが要求さ
れ、現在これらに対応して工具材料はTiC基およ
びTiN基サーメツトが主に供されている。 しかし、上記した工具材料は、いずれもが鉄族
金属を多く含有させ、これを結合相としているた
め高送り切削または高速切削において刃先が摩耗
するというより、むしろ刃先が温度上昇すること
によつて塑性変形がおこり寿命が短かくなるとい
う問題点がある。 上記した問題点を幾分でも解決する意味で高温
での塑性変形の少ない材料、例えば酸化アルミニ
ウムを主体としたセラミツク工具も使用されてい
るが、これらは本質的に材料強度が低く欠損が生
じ易く、また熱伝導が低いために熱衝撃に弱いと
いう問題点があり、その使用範囲が限定されてい
るのが現状である。 また、鉄族金属を結合相とした場合、前々記し
たような不具合が防ぎ得ないことからタングステ
ンやモリブデンを結合相とした焼結合金も開発さ
れつゝあるが、これらは2000℃以上の高温で焼結
したり、あるいはホツトプレス法によつて得られ
るもので生産性がきわめて悪いものであるのと焼
結性から考えてタングステンまたはモリブデンの
含有量が多くなり前々記の不具合の解決にはいた
つていない。 本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもの
で、高温での機械的特性にすぐれ、かつ耐摩耗性
と強靭性を兼ね備え高速切削や高送り切削が可能
な鉄族金属を含まない焼結硬質合金および該合金
の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。 本発明の第１の要旨は、重量比で炭化タングス
テンが５〜85％．炭化チタンが５〜80％．窒化チ
タン５〜80％の混合物または相互化合物とタング
ステンの金属相が0.1〜10％存在し、かつ窒素が
少なくとも0.5〜15％含有した焼結硬質合金で、
第２の要旨は、重量比で炭化タングステン５〜85
％．炭化チタン５〜80％．窒化チタン５〜80％か
らなる圧粉体を真空中で加熱して前記窒化チタン
の一部を脱窒させ、これによつて該炭化タングス
テンを脱炭させて合金中にタングステンを析出さ
せる製造方法である。 以下、本発明について具体的に述べる。 種々の実験によつて炭化タングステン５〜85
％．炭化チタン５〜80％．窒化チタン５〜80％か
らなる圧粉体を１〜10-3mmHgの真空下で、1300
℃以上の温度を加えて加熱焼結するとタングステ
ンの析出によつて、これが焼結相となつて高度な
高温諸特性を有する焼結硬質合金が得られること
を見いだしたのである。 すなわち、その理由は窒化チタンまたはタング
ステンとチタンの複合炭窒化物は、真空中におい
て焼結すると脱窒し、このように脱窒した
TiN1-xは結合窒素量が減少すると不安定なもの
となり、その周囲に炭素や酸素または窒素がある
と安定した化合物を形成する。したがつて窒化チ
タンから炭素をとつてTiCNとなし、一方、炭化
タングステンは炭素をとられW2Cを経由してタ
ングステンになり、（W.Ti）CN−N2→Ｗ＋（W.
Ti）′CNの反応によつてタングステンを析出す
ることを見いだしたのである。 この焼結硬質合金の製法は在来の真空焼結炉に
よつておこない得るもので、その条件は、圧粉体
を１〜10-3mmHgの真空下において温度1300〜
1500℃に加熱して、該圧粉体中のタングステンの
一部を析出させた後、さらに1500〜1700℃に昇温
させて焼結することによつて高温特性にすぐれた
硬質体が得られる。このようにしてタングステン
を析出させ、これを結合相としたので、高強度で
あるばかりでなく高温での軟化や塑性変形の少な
い焼結硬質合金が得られ、しかも比較的低温で、
かつ特殊な装置を用いる必要がないので容易に製
造が可能で品質的にもコスト的にも有利な焼結硬
質合金となる。 次に本発明合金の限定理由について説明する。 この硬質合金において炭化タングステンは、こ
れが脱炭してタングステンを析出するので不可欠
であり、その含有量は5wt％を下回ると所望のタ
ングステンが析出せず、したがつて該合金は所期
の靭性を示さず切削用材料として不適格なものと
なるし、これが85wt％を越えると、これに対応
して窒化チタンの量が不足してタングステンの析
出が難しく充分な合金強度が得られない。 炭化チタンは、焼結中においてタングステンと
窒化チタンと反応してTiCNあるいは（W.Ti）
CNを形成して焼結を促進するが、その量が80wt
％を越えたり5wt％を下回ると焼結性が悪くな
る。 また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化タン
グステンの炭素と結合し、その結果タングステン
を析出させるものであるから、この合金中には不
可欠である。しかし、その量が5wt％を下回ると
タングステンを充分に析出しないし、80wt％を
越えると、これに対応してタングステン量が不足
するので適当でない。 なお、前記した成分中の炭化チタンの80wt％
までをZrC.HfCおよびVC、NbCまたはMo2C、
Cr3C2の１種か２種以上と置換して用いてもよ
い。特にZrC、HfC、VC、Vr3C2で置換すると高
硬度で高靭性の焼結合金が得られ、TaCで置換
すると靭性の高い該合金が得られる。 また、前々記した成分中の窒化チタンの80wt
％までをZrN、HfN、VN、TaN、NbNの１種
または２種以上と置換させても上記同様の効果を
有し好ましい焼結硬質合金となる。 しかして、前記した焼結硬質合金の炭化物およ
び窒化物は該合金中で、それぞれ単独で存在して
もよいし、複合固溶体であつてもよい。また焼結
中に析出するタングステンの金属相は、この合金
の結合相の役目を果たし靭性を高める要因となる
が、その量は0.1wt％を下回ると所望する靭性が
得られず、そして10wt％を越えるものを析出さ
せようとすると焼結条件すなわち高温で長時間の
加熱が必要となり、生産性に問題を有するばかり
でなく靭性が低下したり、この合金の特性である
硬度や耐摩耗性が低下するので好ましくない。 しかも、窒素は、窒化物．炭窒化物として合金
中に存在するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金
中に残存する窒素量の下限を0.5wt％とする。な
お、この値を下回ると合金の靭性が低下するし、
10wt％を越えると本発明による組成または焼結
条件ではタングステンの析出が僅少となり結合相
としては適当でなくなる。これらの理由について
はTiC基サーメツトよりもTiN基サーメツトの方
が靭性がすぐれているのを同様に窒化物の特性が
大きく影響しているものと推考する。 以下、実施例によつて本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例 １ 原料として、市販する粒度が約0.6μの炭化タン
グステン粉末とＣ／Ｎ比の異なる粒度１〜2μの
炭窒化チタン粉末および粒度１〜2μのタングス
テンとチタンの複炭窒化物を用い表−１に示した
組成によつて配合したものを通常の湿式ボールミ
ル混合をおこない、これを金型成形して圧粉体を
得た後、これを真空焼結炉内において真空下で加
熱した。その条件は真空値が10-2mmHgで1300℃
で約30分、つゞいて1600℃で約30分加熱して本発
明による硬質合金を得た。また比較のために表−
１に示した本発明による合金の試料No.１、５、９
と同じ組成の圧粉体を100torrの窒素雰囲気中で
焼結して比較試料１、２、３とすると共に同じく
本発明合金と比較する目的で本発明合金の組成範
囲外とした試料４〜８をつくつた。この試料４〜
８のものは本発明合金と同じ焼結条件である。 これによつて得た各試料を抗折力．ヴイツカー
ス硬さ（荷重500g）およびヴイツカース圧痕か
ら生じるクラツク長さから破壊靭性値（荷重10
Kg）を求めて同表−１に示した。また同表に各試
料をＸ線回折装置で回折して試料の相の同定をお
こない、タングステンの析出しているものについ
ては、Ｘ線分析装置付走査電顕（Ｘ、Ｍ、Ａ）で
組織観察をおこない、その組織写真より析出タン
グステン量を計算し、合せて試料のN2量も分析
し、その結果を示した。
すぐれ、しかも強靭性の焼結硬質合金および該合
金の製造方法に関するものである。 近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料な
ども高速切削用あるいは高送り用のものが要求さ
れ、現在これらに対応して工具材料はTiC基およ
びTiN基サーメツトが主に供されている。 しかし、上記した工具材料は、いずれもが鉄族
金属を多く含有させ、これを結合相としているた
め高送り切削または高速切削において刃先が摩耗
するというより、むしろ刃先が温度上昇すること
によつて塑性変形がおこり寿命が短かくなるとい
う問題点がある。 上記した問題点を幾分でも解決する意味で高温
での塑性変形の少ない材料、例えば酸化アルミニ
ウムを主体としたセラミツク工具も使用されてい
るが、これらは本質的に材料強度が低く欠損が生
じ易く、また熱伝導が低いために熱衝撃に弱いと
いう問題点があり、その使用範囲が限定されてい
るのが現状である。 また、鉄族金属を結合相とした場合、前々記し
たような不具合が防ぎ得ないことからタングステ
ンやモリブデンを結合相とした焼結合金も開発さ
れつゝあるが、これらは2000℃以上の高温で焼結
したり、あるいはホツトプレス法によつて得られ
るもので生産性がきわめて悪いものであるのと焼
結性から考えてタングステンまたはモリブデンの
含有量が多くなり前々記の不具合の解決にはいた
つていない。 本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもの
で、高温での機械的特性にすぐれ、かつ耐摩耗性
と強靭性を兼ね備え高速切削や高送り切削が可能
な鉄族金属を含まない焼結硬質合金および該合金
の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。 本発明の第１の要旨は、重量比で炭化タングス
テンが５〜85％．炭化チタンが５〜80％．窒化チ
タン５〜80％の混合物または相互化合物とタング
ステンの金属相が0.1〜10％存在し、かつ窒素が
少なくとも0.5〜15％含有した焼結硬質合金で、
第２の要旨は、重量比で炭化タングステン５〜85
％．炭化チタン５〜80％．窒化チタン５〜80％か
らなる圧粉体を真空中で加熱して前記窒化チタン
の一部を脱窒させ、これによつて該炭化タングス
テンを脱炭させて合金中にタングステンを析出さ
せる製造方法である。 以下、本発明について具体的に述べる。 種々の実験によつて炭化タングステン５〜85
％．炭化チタン５〜80％．窒化チタン５〜80％か
らなる圧粉体を１〜10-3mmHgの真空下で、1300
℃以上の温度を加えて加熱焼結するとタングステ
ンの析出によつて、これが焼結相となつて高度な
高温諸特性を有する焼結硬質合金が得られること
を見いだしたのである。 すなわち、その理由は窒化チタンまたはタング
ステンとチタンの複合炭窒化物は、真空中におい
て焼結すると脱窒し、このように脱窒した
TiN1-xは結合窒素量が減少すると不安定なもの
となり、その周囲に炭素や酸素または窒素がある
と安定した化合物を形成する。したがつて窒化チ
タンから炭素をとつてTiCNとなし、一方、炭化
タングステンは炭素をとられW2Cを経由してタ
ングステンになり、（W.Ti）CN−N2→Ｗ＋（W.
Ti）′CNの反応によつてタングステンを析出す
ることを見いだしたのである。 この焼結硬質合金の製法は在来の真空焼結炉に
よつておこない得るもので、その条件は、圧粉体
を１〜10-3mmHgの真空下において温度1300〜
1500℃に加熱して、該圧粉体中のタングステンの
一部を析出させた後、さらに1500〜1700℃に昇温
させて焼結することによつて高温特性にすぐれた
硬質体が得られる。このようにしてタングステン
を析出させ、これを結合相としたので、高強度で
あるばかりでなく高温での軟化や塑性変形の少な
い焼結硬質合金が得られ、しかも比較的低温で、
かつ特殊な装置を用いる必要がないので容易に製
造が可能で品質的にもコスト的にも有利な焼結硬
質合金となる。 次に本発明合金の限定理由について説明する。 この硬質合金において炭化タングステンは、こ
れが脱炭してタングステンを析出するので不可欠
であり、その含有量は5wt％を下回ると所望のタ
ングステンが析出せず、したがつて該合金は所期
の靭性を示さず切削用材料として不適格なものと
なるし、これが85wt％を越えると、これに対応
して窒化チタンの量が不足してタングステンの析
出が難しく充分な合金強度が得られない。 炭化チタンは、焼結中においてタングステンと
窒化チタンと反応してTiCNあるいは（W.Ti）
CNを形成して焼結を促進するが、その量が80wt
％を越えたり5wt％を下回ると焼結性が悪くな
る。 また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化タン
グステンの炭素と結合し、その結果タングステン
を析出させるものであるから、この合金中には不
可欠である。しかし、その量が5wt％を下回ると
タングステンを充分に析出しないし、80wt％を
越えると、これに対応してタングステン量が不足
するので適当でない。 なお、前記した成分中の炭化チタンの80wt％
までをZrC.HfCおよびVC、NbCまたはMo2C、
Cr3C2の１種か２種以上と置換して用いてもよ
い。特にZrC、HfC、VC、Vr3C2で置換すると高
硬度で高靭性の焼結合金が得られ、TaCで置換
すると靭性の高い該合金が得られる。 また、前々記した成分中の窒化チタンの80wt
％までをZrN、HfN、VN、TaN、NbNの１種
または２種以上と置換させても上記同様の効果を
有し好ましい焼結硬質合金となる。 しかして、前記した焼結硬質合金の炭化物およ
び窒化物は該合金中で、それぞれ単独で存在して
もよいし、複合固溶体であつてもよい。また焼結
中に析出するタングステンの金属相は、この合金
の結合相の役目を果たし靭性を高める要因となる
が、その量は0.1wt％を下回ると所望する靭性が
得られず、そして10wt％を越えるものを析出さ
せようとすると焼結条件すなわち高温で長時間の
加熱が必要となり、生産性に問題を有するばかり
でなく靭性が低下したり、この合金の特性である
硬度や耐摩耗性が低下するので好ましくない。 しかも、窒素は、窒化物．炭窒化物として合金
中に存在するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金
中に残存する窒素量の下限を0.5wt％とする。な
お、この値を下回ると合金の靭性が低下するし、
10wt％を越えると本発明による組成または焼結
条件ではタングステンの析出が僅少となり結合相
としては適当でなくなる。これらの理由について
はTiC基サーメツトよりもTiN基サーメツトの方
が靭性がすぐれているのを同様に窒化物の特性が
大きく影響しているものと推考する。 以下、実施例によつて本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例 １ 原料として、市販する粒度が約0.6μの炭化タン
グステン粉末とＣ／Ｎ比の異なる粒度１〜2μの
炭窒化チタン粉末および粒度１〜2μのタングス
テンとチタンの複炭窒化物を用い表−１に示した
組成によつて配合したものを通常の湿式ボールミ
ル混合をおこない、これを金型成形して圧粉体を
得た後、これを真空焼結炉内において真空下で加
熱した。その条件は真空値が10-2mmHgで1300℃
で約30分、つゞいて1600℃で約30分加熱して本発
明による硬質合金を得た。また比較のために表−
１に示した本発明による合金の試料No.１、５、９
と同じ組成の圧粉体を100torrの窒素雰囲気中で
焼結して比較試料１、２、３とすると共に同じく
本発明合金と比較する目的で本発明合金の組成範
囲外とした試料４〜８をつくつた。この試料４〜
８のものは本発明合金と同じ焼結条件である。 これによつて得た各試料を抗折力．ヴイツカー
ス硬さ（荷重500g）およびヴイツカース圧痕か
ら生じるクラツク長さから破壊靭性値（荷重10
Kg）を求めて同表−１に示した。また同表に各試
料をＸ線回折装置で回折して試料の相の同定をお
こない、タングステンの析出しているものについ
ては、Ｘ線分析装置付走査電顕（Ｘ、Ｍ、Ａ）で
組織観察をおこない、その組織写真より析出タン
グステン量を計算し、合せて試料のN2量も分析
し、その結果を示した。
【表】
【表】
表−１から明らかなように本発明合金は、硬さ
および抗折力と共に破壊靭性値も非常に高い値を
示しており高靭性であることがわかる。これに対
して窒素雰囲気下で焼結した比較試料１〜３はタ
ングステンの析出がなく抗折力は高い値を示した
ものゝ破壊靭性はきわめて低いものであつた。ま
た同じようにおこなつた組成の異なる比較試料４
〜８はほとんど焼結により収縮せず未焼結体であ
つた。 実施例 ２ 原料粉末として実施例１と同様のタングステン
粉末と炭窒化チタン粉末および粒度が１〜2μの
炭化物を用いて表−２の組成となるように配合し
たものを実施例１と同様の製法（たゞし加熱条件
は1600℃×1hr）によつて本発明による試料14〜
23を得た。 また窒素雰囲気中で本発明による試料中の16、
18と同組成の比較試料９、10と本発明の範囲外に
ある組成の試料11、12を得た。
および抗折力と共に破壊靭性値も非常に高い値を
示しており高靭性であることがわかる。これに対
して窒素雰囲気下で焼結した比較試料１〜３はタ
ングステンの析出がなく抗折力は高い値を示した
ものゝ破壊靭性はきわめて低いものであつた。ま
た同じようにおこなつた組成の異なる比較試料４
〜８はほとんど焼結により収縮せず未焼結体であ
つた。 実施例 ２ 原料粉末として実施例１と同様のタングステン
粉末と炭窒化チタン粉末および粒度が１〜2μの
炭化物を用いて表−２の組成となるように配合し
たものを実施例１と同様の製法（たゞし加熱条件
は1600℃×1hr）によつて本発明による試料14〜
23を得た。 また窒素雰囲気中で本発明による試料中の16、
18と同組成の比較試料９、10と本発明の範囲外に
ある組成の試料11、12を得た。
【表】
【表】
表−２より明らかなように炭化チタンの一部を
4a，5aおよび6a族の炭化物で置換しても前記同
様の効果が得られ、特に炭化タンタルで置換する
と抗折力および破壊靭性値が上昇した。また炭化
バナジウムおよび炭化クローム（Cr3C2）で置換
すると高硬度となつた。なお、窒化チタンを窒化
タンタルで置換したものも効果を有するものであ
つた。 実施例 ３ 在来の窒化チタン基サーメツトと炭化チタン基
サーメツトと酸化アルミ被覆合金A.B.Cおよび本
発明合金1.5.9と比較合金1.2.3よりSNG432のチツ
プを製作し、S55C材のフライス切削をおこなつ
た。その切削条件はＶ＝200m／min、ｄ＝2.0mm、
ｆ＝0.15mm／ｒ、切削巾60mmで長さ500mmの被削
材を切削した。 その結果を表−３に示した。
4a，5aおよび6a族の炭化物で置換しても前記同
様の効果が得られ、特に炭化タンタルで置換する
と抗折力および破壊靭性値が上昇した。また炭化
バナジウムおよび炭化クローム（Cr3C2）で置換
すると高硬度となつた。なお、窒化チタンを窒化
タンタルで置換したものも効果を有するものであ
つた。 実施例 ３ 在来の窒化チタン基サーメツトと炭化チタン基
サーメツトと酸化アルミ被覆合金A.B.Cおよび本
発明合金1.5.9と比較合金1.2.3よりSNG432のチツ
プを製作し、S55C材のフライス切削をおこなつ
た。その切削条件はＶ＝200m／min、ｄ＝2.0mm、
ｆ＝0.15mm／ｒ、切削巾60mmで長さ500mmの被削
材を切削した。 その結果を表−３に示した。
【表】
【表】
表−３に示した如く、本発明合金は耐摩耗性お
よび耐欠損性にすぐれていることが明らかであ
る。
よび耐欠損性にすぐれていることが明らかであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量比で炭化タングステン５〜85％．炭化チ
タン５〜80％．窒化チタン５〜80％の混合物また
は相互化合物とタングステンの金属相が0.1〜10
％存在し、かつ窒素が0.5〜15％含有したことを
特徴とする耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質
合金。 ２ 重量比で炭化タングステン５〜85％．炭化チ
タン５〜80％．窒化チタン５〜80％からなる圧粉
体を真空中で加熱して前記窒化チタンの一部を脱
窒させ、これによつて該炭化タングステンを脱炭
させてタングステンを析出させることを特徴とす
る耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59008154A JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59008154A JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152650A JPS60152650A (ja) | 1985-08-10 |
| JPH0517298B2 true JPH0517298B2 (ja) | 1993-03-08 |
Family
ID=11685400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59008154A Granted JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152650A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE525898C2 (sv) * | 2003-09-24 | 2005-05-24 | Sandvik Ab | Skär baserat på WC med en bindefas av volfram, sätt att tillverka skäret och användning av detta |
| JP5098726B2 (ja) * | 2008-02-22 | 2012-12-12 | 日立ツール株式会社 | 被覆工具及び被覆工具の製造方法 |
| CN102126025B (zh) * | 2011-02-22 | 2012-12-05 | 中南大学 | 一种表层脱碳WC-Co梯度硬质合金预制体的制备工艺 |
-
1984
- 1984-01-19 JP JP59008154A patent/JPS60152650A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60152650A (ja) | 1985-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |