JPH06335808A - 炭化タングステン基超硬合金及び切削工具 - Google Patents

炭化タングステン基超硬合金及び切削工具

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JPH06335808A
JPH06335808A JP7819294A JP7819294A JPH06335808A JP H06335808 A JPH06335808 A JP H06335808A JP 7819294 A JP7819294 A JP 7819294A JP 7819294 A JP7819294 A JP 7819294A JP H06335808 A JPH06335808 A JP H06335808A
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tungsten carbide
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英喜 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【構成】炭化タングステンを主成分とする硬質相、鉄族
金属のうち1種又は2種以上からなる結合相及び不可避
不純物からなる基体の表面に、周期律表の4a,5a,
6a族金属及びAlの群から選んだ1種又は2種以上の
金属元素の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物及びこれら
の化合物の1種の単層又は2種以上の複数層で構成され
た皮膜を設けてなる切削工具において、上記硬質相が、
粒径0.5〜1.5μmの粒子が硬質相全体のうち90
体積%以上占める粒度分布を有することを特徴とする表
面被覆超硬合金製切削工具。 【効果】切削工具として高送り及び高切込みなどの重切
削に用いた場合に優れた耐摩耗性を示し又苛酷なフライ
ス切削に用いた場合にも優れた耐欠損性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度及び高強度の炭
化タングステン基超硬合金とそれを基体とする切削工具
に関する。この合金により作製された切削工具やドリル
は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れ、連続切削及び断続切
削に好適に利用され得る。特に上記基体に更に所定の表
面被覆を形成した切削工具は、高速切削や、高送り、高
切込みなどの重切削に優れた切削性能が要求される分野
で好適に利用され得る。
【0002】
【従来の技術】従来から、超硬合金はサーメットとなら
び切削工具用材料として使用されており、その構成は炭
化タングステンを主とした硬質相と、コバルトやニッケ
ル等からなる結合相とからなる。
【0003】ところが最近に至り、その切削工具の使用
条件が厳しくなるとともに、精密加工用工具が望まれて
おり、かかる工具用材料として微細な結晶粒子からなる
超硬合金の開発が進められている。例えば、WC−Co
系合金に対してWC結晶粒子の粒成長を抑制するために
VCやCr32等の炭化物を添加することが特公昭62
−56224号にて提案されている。又、超硬合金の特
性からの見地から、合金中に炭素量が少ないために生じ
る金属間化合物(η相)の生成及び遊離炭素の生成を抑
制することが重要であることも知られている。
【0004】更に、超硬合金を基体として、その表面に
セラミックスをコーティングした表面被覆超硬合金も、
基材である超硬合金の強靭さとセラミック被覆の耐摩耗
性とを兼ね備えており、注目されている(例えば特開昭
55−83507号公報、特開平4−275804号公
報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年さ
らなる切削加工の高能率化及び省力化の要望があり、一
層厳しい条件での重切削にと、対応をせまられる傾向に
あるため、上述した手法では充分な性能を維持すること
が困難となりつつあり、さらに優れた耐摩耗性と耐欠損
性を兼ね備えた炭化タングステン基超硬合金の開発が望
まれている。
【0006】そこで、本発明者らは、種々の実験を重ね
た結果、炭化タングステン基超硬合金を構成する炭化タ
ングステン粒子の粒径分布の幅を非常にせまくすること
で、硬さ及び強度を著しく増大させ、かつそれらの特性
が安定して得られることができることを知るに至った。
【0007】本発明は、そのような知見に基づいてなさ
れたもので、その第1の目的は、高硬度及び高強度の超
硬合金を提供することである。第2の目的は、そのよう
な超硬合金を用いて優れた耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備
えた切削工具を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】その手段は、炭化タング
ステンを主成分とする硬質相、鉄属金属のうち1種又は
2種以上からなる結合相及び不可避不純物からなる炭化
タングステン基超硬合金において、上記硬質相が、粒径
0.5〜1.5μmの粒子が硬質相全体のうち90体積
%以上占める粒度分布を有することを特徴とする炭化タ
ングステン基超硬合金にある。
【0009】同じく第2の手段は、炭化タングステンを
主成分とする硬質相、鉄族金属のうち1種又は2種以上
からなる結合相及び不可避不純物からなる基体の表面
に、周期律表の4a,5a,6a族金属及びAlの群か
ら選んだ1種又は2種以上の金属元素の炭化物、窒化
物、酸化物、硼化物及びこれらの化合物の1種の単層又
は2種以上の複数層で構成された皮膜を設けてなる切削
工具において、上記硬質相が、粒径0.5〜1.5μm
の粒子が硬質相全体のうち90体積%以上占める粒度分
布を有することを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工
具上記合金及び基体において望ましいのは、その硬さと
強度が以下の2式を充足する関係にあるものである。
【0010】Hv≧2600−4.0σf H
v:ビッカ−ス硬さ σf ≧200kg/mm2 σf :抗折強度
【作用】硬質相は、主に硬度の向上に寄与し、それによ
り耐摩耗性を向上させる。硬質相を形成する成分として
は、WCの他にTiC、TaC、NbCやそれらの固溶
体が挙げられる。結合相は、難焼結性の硬質相同志を結
合させる焼結助剤として機能し、強度及び靱性を高め、
耐欠損性を向上させる。そして、皮膜は、更に耐摩耗性
を向上させる。
【0011】ここで、炭化タングステン基超硬合金を構
成する硬質相の粒子(以下、「硬質粒子」ともいう)の
粒径は、0.5〜1.5μmであることが望ましく、特
に、0.8〜1.2μmであることが望ましい。従っ
て、それら硬質粒子の粒度分布において、0.5〜1.
5μmの粒径の間に90%以上の粒子が存在しているこ
とが望ましい。これは、粒径が0.5μm以下となる
と、硬度は高くなるものの、粒子間の平均自由行路が小
さくなりすぎて、かえって強度を低下させるためであ
り、1.5μm以上となると、硬度、強度ともに低下す
るためである。又、粒度分布で、粒径0.5〜1.5μ
mの粒子の含有率が90%以下であると、耐摩耗性及び
耐欠損性において、安定な性能が得られないためであ
る。
【0012】又、本発明に係る炭化タングステン基超硬
合金は、その極めて精密に制御された組織を有するた
め、硬度及び強度が極めて高い、優れた特性を示す。そ
のため、結合相の量とともに図1に示す様な硬度と強度
との関係を維持しながら変動し、広範囲な切削条件に対
応できる。
【0013】
【実施例】
−実施例1− 平均粒径0.8μmの炭化タングステン粉末(WC粉
末)を平均粒径2μmのコバルト粉末(Co粉末)と、
表1に示すような割合で混合、成形した後、減圧雰囲気
中1400〜1600℃で焼結した。得られた焼結体
は、炭化タングステンよりなる硬質相がCoよりなる結
合相にて強固に結合したものであった。一方、比較品と
して、表1に示すような組成において、No.5,6,
7は原料を強粉砕し、微細化した後、成形したことを、
No.8,9は焼成条件を、除くほかは全て本発明品と
同じ条件で各焼結体を製造した。
【0014】次に、各試料No.1〜9の平均粒径、硬
質相全体に対する粒径0.5〜1.5μmの粒子の含有
率、ビッカース硬度及び抗折強度を測定した。測定結果
を製造条件と併せて表1に示す。また、ビッカース硬度
と抗折強度との関係を打点した結果が図1である(硬度
及び強度ともに低かったNo.8は、図示を省略し
た)。
【0015】
【表1】 表1において、平均粒径及び粒子含有率の値は、各試料
の組織を電子顕微鏡にて5000倍で観察、画像解析装
置により求めた。抗折強度σは、JIS B−4053
に準じて、3点曲げ試験により求められた値である。
【0016】表1にみられるように、本発明の超硬合金
は、比較例の合金に比べて硬度及び強度ともに高い値を
示した。かくして得られた焼結体のうち、No.1〜7
をCNMG432の工具形状に研磨加工し、切削工具チ
ップを製造し、各々のチップについて、次に示すような
条件で旋削テストを行い切削性能を評価した。
【0017】 切削条件:切削速度V=150(m/min) 送りf=0.25(mm/rev) 切り込みd=0.5(mm) 湿式切削 被削材 :チタンTi ホルダー:C31R−44 旋削テストを行った後、VB摩耗量と切削時間との関係
を打点した結果を図2に示す。
【0018】図2にみられるように、本発明超硬合金に
よる切削工具は、比較例の合金による切削工具に比べ
て、VB摩耗量が少なく、しかも切削時間が長くなるに
つれてその差が顕著であった。よって、表1及び図2の
結果を併せて考察すると、超硬合金の化学組成の如何に
かかわらず、硬質相の粒度分布が、機械的特性及び切削
性能に著しく影響を及ぼすことが判った。
【0019】−実施例2− 実施例1と同一条件で得られた焼結体(No.5を除
く)をCNGA432の工具形状に研磨加工した後、こ
れを基体としてその表面に化学蒸着法(CVD法)によ
り、炭化チタン(TiC)コーティングをその厚さが5
μmとなるように施し、その後、酸化アルミニウム(A
23)コーティングをその厚さが1μmとなるように
施して皮膜を設け、切削工具チップを製造した。上述の
如くして得られた各々のチップについて、次に示すよう
な条件で硬鋼材の旋削テストを行い切削性能を評価し
た。
【0020】 切削条件:切削速度V=150(m/min) 送りf=0.23(mm/rev) 切り込みd=2.0(mm) 湿式切削 被削材 :SNGM8H(φ200×600L[mm]、H
B300) ホルダー:C31R−44 旋削テストを行った後、VB摩耗量と切削時間との関係
を打点した結果を図3に示す。
【0021】図3にみられるように、本発明切削工具
は、比較例の切削工具に比べて、VB摩耗量が少なく、
しかも切削時間が長くなるにつれてその差が顕著であっ
た。よって、表1及び図3の結果を併せて考察すると、
基体の化学組成の如何にかかわらず、硬質相の粒度分布
が、機械的特性及び切削性能に著しく影響を及ぼすこと
が判った。
【0022】−実施例3− 実施例1と同一条件で、本発明品及び比較品の各焼結体
(No.5を除く)を得た。それらの焼結体をSEK4
2Aの工具形状に加工した後、これを基体として物理蒸
着法(PVD法)により、窒化チタン(TiN)コーテ
ィングを厚さ2μmとなるように施して皮膜を設け、切
削工具チップを製造した。上述の如くして得た各チップ
を、次の条件で硬鋼材のフライス切削を行った。
【0023】 切削条件:切削速度V=244(m/min) 送りf=0.23(mm/rev) 切り込みd=2.0(mm) 乾式切削 被削材 :SCM440H(HB240) カッター:SE445R(φ160mm) フライス切削テストの後、VB摩耗量と切削時間との関
係を打点した結果を図4に示す。
【0024】図4にみられるように、本発明切削工具
は、比較例の切削工具に比べて、VB摩耗量が少なく、
しかも切削時間が長くなるにつれてその差が顕著であっ
た。よって、表1、図1、図2及び図3の結果を併せて
考察すると、皮膜のコーティングの有無及び方法の如何
にかかわらず、硬質相の粒度分布が、機械的特性及び切
削性能に著しく影響を及ぼすことが判った。
【0025】
【発明の効果】本発明による炭化タングステン基超硬合
金によれば、切削工具として高送り及び高切込みなどの
重切削に用いた場合に優れた耐摩耗性を示し、又苛酷な
フライス切削に用いた場合にも優れた耐欠損性を示すな
ど、産業上優れた効果を奏するものである。また、硬度
及び強度が高いので、ドリルにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】硬度と強度との関係式を導くグラフである。
【図2】実施例1の旋削テストによるVB摩耗量と切削
時間との関係を打点した結果を示すグラフである。
【図3】実施例2の旋削テストによるVB摩耗量と切削
時間との関係を打点した結果を示すグラフである。
【図4】実施例3のフライス切削テストによるVB摩耗
量と切削時間との関係を打点した結果を示すグラフであ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化タングステンを主成分とする硬質
    相、鉄属金属のうち1種又は2種以上からなる結合相及
    び不可避不純物からなる炭化タングステン基超硬合金に
    おいて、上記硬質相が、粒径0.5〜1.5μmの粒子
    が硬質相全体のうち90体積%以上占める粒度分布を有
    することを特徴とする炭化タングステン基超硬合金。
  2. 【請求項2】 合金の硬さと強度が以下の2式を充足す
    る関係にある請求項1に記載の炭化タングステン基超硬
    合金。 Hv≧2600−4.0σf Hv:ビッカ−
    ス硬さ σf ≧200kg/mm2 σf :抗折強度
  3. 【請求項3】 炭化タングステンを主成分とする硬質
    相、鉄族金属のうち1種又は2種以上からなる結合相及
    び不可避不純物からなる基体の表面に、周期律表の4
    a,5a,6a族金属及びAlの群から選んだ1種又は
    2種以上の金属元素の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物
    及びこれらの化合物の1種の単層又は2種以上の複数層
    で構成された皮膜を設けてなる切削工具において、上記
    硬質相が、粒径0.5〜1.5μmの粒子が硬質相全体
    のうち90体積%以上占める粒度分布を有することを特
    徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
  4. 【請求項4】 基体の硬さと強度が以下の2式を充足す
    る関係にある請求項3に記載の表面被覆超硬合金製切削
    工具。 Hv≧2600−4.0σf Hv:ビッカ−ス
    硬さ σf ≧200kg/mm2 σf :抗折強度
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005052930A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 回転切削工具
JP2007253326A (ja) * 2007-05-25 2007-10-04 Shin Etsu Chem Co Ltd マルチダイヤモンド砥石を使用した希土類磁石のマルチ切断方法

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JP2007253326A (ja) * 2007-05-25 2007-10-04 Shin Etsu Chem Co Ltd マルチダイヤモンド砥石を使用した希土類磁石のマルチ切断方法

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