JPH05178666A - 焼結チタン基炭窒化物とその製法 - Google Patents
焼結チタン基炭窒化物とその製法Info
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Abstract
利な、特に断続旋削に有利なようにタフネスの向上し
た、斯ゝる合金体とその製法を提供することにある。 【構成】 合金体の表面領域を従来通り内部よりもバイ
ンダ相含有量が多い富バインダ相領域にするが、従来と
異なり内部より単純グレン構造の硬質構成分に富むよう
にし、従って内部の硬質構成分を主としてコア−リム構
造にし、それにより表面領域の直下には従来のような貧
バインダ相の局域が存在しないようにする。
Description
具体的には格別にタフネスを要求される条件下の断続旋
削操作を行う切削工具のインサートに用いられたときに
発揮すべき特性が向上しているチタンを主成分にした炭
窒化物の焼結体に関する。
金属切削産業の分野で今日常用されており、Co及び/
或いはNiのバインダ相とこれに組込まれた炭窒化物の
硬質構成分から成る。硬質構成分はコア(芯部)とこれ
を取り囲みこれとは異なる組成のリム(外周部)から成
る複雑な構造を有している。
質金属体としては、所謂漸次焼結グレードが被覆のコー
ティングと組合せることにより特性が向上し、市場での
有利な立場を確立している。この漸次焼結(gradual sin
tering) とは、焼結を金属体の表面領域がその内部より
も相対的に高いバインダ相を含有した異なる組成を有す
るように行うことを意味している。この分野の特許とし
ては、例えばUS4,277,283、US4,61
0,931、US4,497,874、US4,64
9,048、US4,548,786、US4,83
0,930を数多くの同類のものから挙げ得る。US
4,911,989は被覆硬質金属体に関し、硬度が5
0〜100μm深さの表面領域で一本調子に増大してい
るものを開示している。
形態の漸次焼結物が存在する。例えば、バインダ相が高
度に富んだ数μm深さの表面面部とその下にバインダ相
が欠乏した内部面部が200〜400μm深さまであ
る、斯ゝる表面領域とその下の内部から成り、貧バイン
ダ相含有量がこの内部面部において内部のバインダ相含
有量レベルまて深さ方向で増大する斯ゝる形態の焼結物
がある。この漸次焼結物タイプでは、耐摩耗性が或る程
度のタフネスを犠牲にして増大している。硬度の最大値
は富バインダ相表面領域の真下で得られ、そこでは硬質
構成分が最大になる。
面から約20〜50μmの深さまでは相対的に富んだバ
インダ相を有し、その下に硬質構成分に富んだ、即ち硬
度が最大になる領域が続くようにする方法である。バイ
ンダ相に富むことによりタフネス挙動が良好になるが、
それと共に可塑変形の危険が増すことになる。硬質構成
分に富むことにより、必然的に耐摩耗性が増大する(摩
耗がこの領域に至ったときに)が、クラック伝搬の危険
が増すことになる、即ち可塑変形に対する抵抗性が増大
すると同時にタフネス挙動を劣化させる。
つを開示しており、そこでは表面から5μmと50μm
の間に硬度が最大になる硬質表面局部層があり、その上
の表面領域では前記最大硬度の20〜90%の硬度があ
る。これは非還元雰囲気で1100℃まで熱することか
ら出発し、それから窒化雰囲気に変え、最後に脱窒化雰
囲気に変えるようにして焼結する方法によって達成され
る。
では、バインダ相の欠乏、即ち硬質構成分に富んだ領域
がバインダ相に富んだ領域の下に出現する。これはこの
貧バインダ相領域で耐摩耗性を増大させると共に可塑変
形抵抗を増大させるが、反面悪いことにタフネス挙動を
劣化させる。
殊な構造にすることにより、上記不利な特性挙動を回避
することである。
に内部よりもバインダ相含有量が多い富バインダ相領域
にするが、従来と異なり内部より単純グレン構造の硬質
構成分に富むようにし、他方内部の硬質構成分を主とし
てコア−リム構造にすることにより、表面領域の真下に
は従来の如き貧バインダ相の局域が存在しないようにす
る。このコア−リム構造はSE特許出願8902306
−3に開示されている。
1.2倍、好ましくは1.5〜3倍だけ内部より多くす
る。特定の硬質成分は表面バインダ相富領域でやゝ多い
場合もあり得る。いづれにしても、表面領域ではコア−
リム構造のグレンは殆んど皆無である、即ち単純グレン
の構造になっている。この表面領域の主グレンサイズ
は、約0.5μmであり、その他は微細グレンである。
内部のグレンサイズは約1〜2μmの通常の平均グレン
サイズである。表面領域は図1と図2に示されている。
0%WC,40〜60%TiC+TiN、各々<10%
のTaC,VC並びにMo2 C及び10〜20%Co+
Niのバインダ相を含んで成る。
ダ相領域にこのMoが多少多く含有される。W,Mo,
Ta及び/或いはVの含有量は150〜200μm深さ
の表面領域において、<15%程度相対的に内部より多
いが、チタン(Ti)の含有量は逆に同程度だけ内部よ
り少い。
体は、バインダ相のための粉末原料と硬質構成分のため
の粉末原料を所望組成で混合し、これを加圧成形してか
ら焼結するが、本発明は当該焼結工程に特徴がある。即
ち、脱ろう後の焼結が100〜300℃の酸素又は空気
の下での10〜30分間の酸化処理から始まる。その
後、真空にして1100〜1200℃に加熱し、これに
続いて1200℃で真空の下での還元処理を30分間行
う。その後、約1200℃で還元H2 雰囲気の下で特定
時間更に還元処理を続け、その後1400〜1600℃
に温度を上昇させて、本格的に焼結する。温度上昇及び
/或いは本格焼結している間、窒素含有量を漸次ゼロに
まで低減させる。本格焼結の間、Arガスを導入すると
有利である。焼結後の室温への冷却は真空又は不活性ガ
スの下で行う。
に代え、粉末混合物として割込み平衡に関して強度に準
化学量論的な粉末混合物を用い、それにより前記酸化準
工程を省略し、本格焼結を準化学量論の相を化学量論の
相に変換する条件で実行してもよい。
では耐摩耗性は従来のようには増大しない。もっとも、
この耐摩耗性の切削工具の合金体が大きく摩耗された後
でなければ、発揮されないものであるし、しかも使用域
が鋭いエッジを維持した仕上加工用の切削工具のケース
においては、この耐摩耗性のこと自体は、大きな関心事
ではない。しかし、もしも本発明の合金体において、こ
れが大きな関心事になる使用ケースにあっては、耐摩耗
性増大のために1又は複層の被覆を公知技術によって施
こすのが良い。この場合、TiNやTi(CiN)をP
VD法により本発明の合金体を基体として、これに施こ
せば良い。
構造とは異なる構造(即ち単純グレン構造)の硬質構成
分を富バインダ相表面領域が有しているので、この表面
領域によりタフネス挙動が強化される。表面領域では、
コア相に相当するグレン部分が溶出せず、従って対応す
るリムが生成されないので、結果の硬質構成分グレンは
均質構造、即ち非コア−リム構造の単純グレンとなる。
本発明では、本来脆性のリム相が欠乏しているが故に、
タフネスが一段と増大することになる。
7.0%TaC,4.4%VC,8.7%Mo2 C及び
26.4%TiC(重量%)から成る粉末混合物を湿式
ミル処理し、これを乾燥し、次いで形式TNMG160
408−QFのインサートに加圧成形し、このインサー
トを下記の工程に従って焼結した。 a)真空で脱ろう b)150℃の空気で15分間酸化 c)真空で1200℃まで加熱 d)真空で30分間1200℃において還元 1200℃,10mバールのH2 ガスを15分間流供給 f)1200℃から1500℃に加熱する間にN2 ガス
を流供給 g)1550℃,10mバールのArガスを90分間流
供給して焼結 h)真空で冷却
種のラインのみ、即ち立方晶炭窒化物の硬質構成分相と
バインダ相から生じたラインのみを示していた。この硬
質構成分の相が不均質であるが、種々の組成を有してい
ることから、単純な限定された特定相の解析と較べ著し
い幅広のラインが得られた。
み、インサート内部のバインダ相が相対的に良く合金化
されていることを示している。
同一形式、同一組成のインサートを作成した。
した。 工作物:SS2244 切削速度:110m/分 切削深さ:1.5mm 送り:0.11mm/回転から90秒毎に二倍になるよう
に連続増大
21mm/回転の送りに相当する1.41分に達した後に
破損した。
タフネスを発揮したことが判明した。
従来品に比較してタフネスが格段に向上しており、従っ
て切削工具インサート、特に断続旋削用のインサートに
用いると、非常に有益であることが確認された。
00倍の倍率で撮った金属組織の図面に代る写真であ
る。
W,Ti及びMoの分布のマイクロプローブ記録を示す
グラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 Co及び/或いはNiに基づく5〜30
%のバインダ相に、チタンに加えてZr,Hf,V,N
b,Ta,Cr,Mo或いはWの1又は複数の金属に基
づく硬質構成分を含有する焼結チタン基炭窒化物合金体
において、 該合金体がバインダ相に関して合金体内部より豊富な表
面領域を有し、且つ当該富バインダ相表面領域が単純グ
レン構造の硬質構成分に富んでいることを特徴とする焼
結チタン基炭窒化物。 - 【請求項2】 該表面領域のバインダ相含有量が合金体
内部のものよりも少くとも1.2倍多いことを特徴とす
る請求項1に記載した焼結チタン基炭窒化物。 - 【請求項3】 該表面領域直下の合金体局部におけるバ
インダ相含有量が合金体内部のものと同水準であること
を特徴とする請求項1又は2に記載の焼結炭窒化物。 - 【請求項4】 該硬質構成分のグレンサイズが該表面領
域で約0.5μm、該合金体の残余部分で約1〜2μm
であることを特徴とする請求項3に記載の焼結炭窒化
物。 - 【請求項5】 該合金体が、<20%WC,40〜60
%TiC+TiN、各々<10%のTaC,VC及びM
o2 C及び10〜20%Co+Niのバインダ相を含む
ことを特徴とする請求項4に記載の焼結炭窒化物。 - 【請求項6】 該合金体の150〜200μm厚の表面
領域におけるW,Mo,Ta及び/或いはVの含有量が
内部より<15%だけ大きく、同領域のチタン含有量が
内部より上記増大に対応した分だけ減少していることを
特徴とする請求項5に記載の焼結炭窒化物。 - 【請求項7】 バインダ相を構成する粉末と硬質相を構
成する粉末を湿式ミル処理して所望組成の混合物を調製
し、該混合物を加圧成形し、そして該成形物を焼結する
工程を含む焼結炭窒化物合金体の製造方法において、該
成形物を100〜300℃の酸素又は空気に10〜30
分間だけ接触させ、真空で1100〜1200℃に加熱
し、真空において約1200℃で約30分間放置し、約
1200℃の加熱状態で15〜30分間還元H2 ガスの
雰囲気の下に置き、N2 ガスの雰囲気の下で焼結温度1
400〜1600℃で本焼結し、そして真空又は不活性
ガスの雰囲気の下で冷却する、斯ゝる焼結工程を特徴と
する請求項1〜6のいづれか1項に記載の焼結チタン基
炭窒化物の製造方法。 - 【請求項8】 前記N2 ガス雰囲気の窒素含有量が加熱
及び/或いは焼結の期間に漸次ゼロまで減少することを
特徴とする請求項7に記載の焼結チタン基炭窒化物の製
造方法。 - 【請求項9】 前記N2 ガス雰囲気の窒素含有量が加熱
及び/或いは焼結の期間に漸次ゼロまで減じ、他方該N
2 ガス雰囲気に約100mバールのArを加入すること
を特徴とする請求項8に記載の焼結チタン基炭窒化物の
製造方法。 - 【請求項10】 前記粉末混合物として割込み平衡に関
して極度に準化学量論的に粉末混合物を用い、前記焼結
工程を初期段階の前記酸化準工程を省略して実行するこ
とを特徴とする請求項7〜9のいづれか1項に記載の焼
結チタン基炭窒化物の製造方法。
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