JPH0726172B2 - 強靭性サ−メツトおよびその製造法 - Google Patents

強靭性サ−メツトおよびその製造法

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JPH0726172B2
JPH0726172B2 JP61188253A JP18825386A JPH0726172B2 JP H0726172 B2 JPH0726172 B2 JP H0726172B2 JP 61188253 A JP61188253 A JP 61188253A JP 18825386 A JP18825386 A JP 18825386A JP H0726172 B2 JPH0726172 B2 JP H0726172B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、すぐれた靱性を有し、特にフライス切削や
ならい切削などの衝撃や大きな負荷を受けるような条件
下で切削工具として用いた場合に、すぐれた切削性能を
著しく長期に亘つて発揮するサーメツトおよびその製造
法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、分散相形成成分としてのW,Mo,V,Nb,Ta,Zr、およ
びHfの金属炭化物(以下、WC,Mo2C,VC,NbC,TaC,ZrC,お
よびHfCで示す)のうちの1種以上:10〜50%、 結合相形成成分としての鉄族金属(Fe,Ni,およびCo)の
うちの1種以上:2〜30%、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としての炭化チ
タン(以下TiCで示す),窒化チタン(以下TiNで示
す),および炭窒化チタン(以下TiCNで示す)のうちの
2種(以下、これらを総称してTiの炭・窒化物という)
および不可避不純物からなる組成(以上重量%、以下単
なる%の表示は重量%を意味する)を有するサーメツト
(以下従来サーメツトという)が知られている。
一方、上記の従来サーメツトは勿論のこと、その他の焼
結材料においても、内部に存在するポアや結合相プール
などの組織的欠陥は少なければ少ないほど良いというの
が常識であり、このためポアや結合相プールのできるだ
け少ない焼結材料を製造するための努力がなされてい
る。
したがつて上記の従来サーメツトにおいても、これを製
造する場合には、原料粉末として、酸素を極力含有しな
い原料粉末を用い、一方原料粉末中に酸素が含有してい
れば、焼結工程で、液相出現温度以下の高温で、かつ高
真空にて十分な脱酸を行なう処理がとられるものである
ため、通常直径が50μm程度のポアや結合相プールが、
サーメツト全体に占める体積率で、多くても0.01%程度
しか存在しないのが現状である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、このようなポアや結合相プールの存在が著しく
低いサーメツトにおいては、これに加わつた衝撃や高負
荷などによつて表面にクラツクが発生した場合、このク
ラツクは内部に向つて急速に伝幡し、しばしば欠損など
の事故の原因となることから、仕上切削のようなごく限
られた分野でしか使用されていないのが現状である。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の
従来サーメツトに着目し、これに強靱性を付与すべく研
究を行なつた結果、その製造に際して、酸素を積極的に
含有させた原料粉末を用い、焼結工程における焼結温度
への加熱過程の初期を、真空中で加熱して原料粉末中の
酸素を酸素単独あるいは原料粉末中の炭素と反応させて
COの形で離脱させ、この離脱反応は圧粉体の表面で活発
に起ることから、脱酸素を完全に行なわない状態で、引
続いて窒素などの不活性雰囲気中で焼結すると、酸素離
脱の激しい表面部に実質的にポアおよび結合相プールの
存在しない緻密な層が形成され、一方内部には酸素ある
いはCOガスによるポアが多く残留したサーメツトが得ら
れるようになり、この場合、表面緻密層の厚み、並びに
ポアの大きさおよび割合は、原料粉末中の酸素含有量
や、真空加熱における加熱最高温度および保持時間によ
つて自由にコントロールすることができ、また、サーメ
ツト内部における結合相プールの形成は、引続いて行な
われる焼結工程における焼結温度を高くしたり、あるい
は焼結時間を長くすることによりポアを結合相形成成分
で埋めることによつて可能となり、さらに通常の条件で
の焼結後に、再焼結やHIP処理を施すことによつても可
能であり、このように内部にポアおよび/または結合相
プールが存在し、表面部が実質的にポアおよび結合相プ
ールの存在しない緻密層で構成されたサーメツトにおい
ては、表面にクラツクが発生してもクラツク先端がサー
メツト内部に分散するポアや結合相プールに達すると、
クラツク伝幡のエネルギーがそこで吸収緩和されること
から、より内部へ伸展することがなく、この結果欠損や
割れの発生が抑制されて、強靱性を示すようになるとい
う知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであつ
て、原料粉末として、いずれの粉末も0.1〜3%の酸素
を含有する、上記の金属炭化物粉末、鉄族金属粉末、Ti
C粉末、TiN粉末、およびTiCN粉末を用い、これら原料粉
末を、 上記金属炭化物粉末のうちの1種以上:10〜50%、 上記鉄族金属粉末のうちの1種以上:2〜30%、 TiC粉末、TiN粉末、およびTiCN粉末のうちの2種:残
り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体に形成した後、 まず、真空中で500〜1200℃の温度に加熱し、この温度
に3時間以下の時間保持するか、あるいは保持せずにポ
アを形成し、 続いて加熱を不活性雰囲気中で行ない、不活性雰囲気
中、1300〜1600℃の温度で焼結することによつて、 分散相形成成分としての金属炭化物のうちの1種以上:2
〜30%、 結合相形成成分としての鉄族金属のうちの1種以上:2〜
30%、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としてのTiC,Ti
N,およびTiCNのうちの2種と不可避不純物からなる組成
を有し、かつ表面部がサーメット厚さの1/100〜30/100
に相当する厚さを有する実質的にポアおよび結合相プー
ルの存在しない緻密層で構成され、残りの内部に0.5〜2
0μmの平均径を有するポアおよび/または結合相プー
ルを0.1〜10体積%の割合で存在させてなる強靱性サー
メツトを製造することに特徴を有するものである。
つぎに、この発明のサーメツトおよびその製造方法にお
いて、成分組成および製造条件を上記の通りに限定した
理由を説明する。
A.成分組成(配合組成) (a)金属炭化物 金属炭化物には、分散相を形成して、耐磨耗性を向上さ
せる作用があるが、その含有量(配合量)が10%未満で
は所望の耐磨耗性向上効果が得られず、一方その含有量
(配合量)が50%を越えると、靱性が低下するようにな
ることから、その含有量(配合量)を10〜50%と定め
た。
(b)鉄族金属 鉄族金属には、結合相を形成して靱性を向上させる作用
があるが、その含有量(配合量)が2%未満では焼結性
が著しく低下し、かつ靱性の低下も著しく、一方その含
有量(配合量)が30%を越えると、硬さおよび強度が低
下するようになることから、その含有量(配合量)を2
〜30%と定めた。
B.表面緻密層の厚さ割合 その厚さ割合が、サーメツト厚さに対する割合で1/100
未満では、サーメツトの強度低下が著しく、一方その厚
さ割合が30/100を越えると、相対的にサーメツトに占め
る緻密組織が多くなりすぎて、クラツクの伸展阻止効果
が損われ、所望のすぐれた靱性を確保することが困難に
なることから、その厚さ割合を1/100〜30/100と定め
た。
C.ポアおよび結合相プールの平均径 その平均径が0.5μm未満では、ポアおよび結合相プー
ルの大きさが小さすぎてクラツクの伸展阻止効果が得ら
れず、一方その平均径が20μmを越えると、サーメツト
に負荷がかかつた場合、ポアや結合相プールに応力が集
中し、逆にクラツクの発生源となるばかりでなく、サー
メツトの強度も低下するようになることから、その平均
径を0.5〜20μmと定めた。
D.ポアおよび結合相プールの体積率 その体積率が0.1%未満では、ポアおよび結合相プール
の割合が少なすぎて、伸展してきたクラツクの先端を直
ちに受けとめることができず、したがつてクラツクの伝
幡阻止効果が十分に発揮されず、一方その体積率が10%
を越えると、ポアおよび結合相プールが多くなりすぎて
サーメツトの強度が極端に低下するようになることか
ら、その体積率を0.1〜10%と定めた。
E.原料粉末の酸素含有量 その酸素含有量が0.1%未満では、サーメツト内部に所
定のポアおよび結合相プールを形成することができず、
この結果クラツク伝幡阻止効果のないものとなり、一方
その酸素含有量が3%を越えると、サーメツトが脱炭さ
れすぎてしまい、この結果焼結性が低下するようになる
ばかりでなく、サーメツト組成が低炭素側にずれるため
にπ相が出現するようになつて強度の著しい低下をもた
らすことから、その酸素含有量を0.1〜3%と定めた。
なお、原料粉末への酸素の含有は、粉末表面を酸化させ
たり、粉末表面に酸化物を吸着させたりするなどの方法
によつて行なわれる。
F.真空中での最高加熱温度および保持時間焼結工程にお
ける昇温過程の真空中での最高加熱温度が500℃未満で
は、脱酸素作用が活発に起らず、焼結後のサーメツト表
面部にポアが残留するようになつて、所望の構造をもつ
たサーメツトを製造することができず、一方その最高加
熱温度が1200℃を越えると、脱酸素が激しくなりすぎ
て、所望のポアをサーメツト内部に形成することができ
なくなることから、その最高加熱温度を500〜1200℃と
定めた。
また、圧粉体の厚さが相対的に薄い場合には、最高加熱
温度に昇温後、この温度に保持することなく、直ちに雰
囲気を不活性雰囲気に代え、焼結温度にまで加熱すれば
よく、したがつてその厚さが増すごとに保持時間を増し
て、焼結後のサーメツトに所定の厚さの表面緻密層が形
成されるようにしてやればよいが、3時間を越えた保持
時間になると、焼結後のサーメツトにおける表面緻密層
の厚さが厚くなりすぎて、クラツク伝幡阻止効果が低下
するようになることから、その保持時間を3時間以下と
定めた。
G.焼結温度 不活性雰囲気中での焼結温度が1300℃未満では十分な焼
結を行なうとができず、一方焼結は1600℃までの温度で
十分に行なうことができることから、焼結温度を1300〜
1600℃と定めた。
〔実施例〕
つぎに、この発明のサーメツトおよびその製造法を実施
例により説明する。
原料粉末として、いずれも0.5〜20μmの範囲内の平均
粒径を有し、かつ所定量の酸素を含有し、あるいはこれ
を含有しない各種のTiC粉末,TiN粉末、TiCN粉末,金属
炭化物粉末,および鉄族金属粉末を用意し、これら原料
粉末をそれぞれ第1表に示される配合組成に配合し、混
合した後、第1表に示される酸素含有量の圧粉体、およ
び酸素を含有しない圧粉体にプレス成形し、ついでこれ
らの圧粉体を同じく第1表に示される条件で真空加熱、
これに引続いての焼結を行なうことによつて本発明法1
〜6,比較法1〜4,および従来法1〜4を実施し、それぞ
れ配合組成と実質的に同一の成分組成を有し、かつ第2
表に示される厚さをもつた本発明サーメツト1〜6,比較
サーメツト1〜4,および従来サーメツト1〜4を製造し
た。
なお、比較法1〜4は、いずれも製造条件のうちのいず
れかの条件(第1表に※印を付す)がこの発明の範囲か
ら外れた条件で行なつたものである。
ついで、この結果得られた各種のサーメツトについて、
表面緻密層の厚さ、内部に形成されたポアおよび/また
は結合相プールの体積率および平均径を測定すると共
に、これを切削チップとして用い、靱性を評価する目的
で、 被削材:SNCM439(硬さ:H300)の角材、 切削速度:140m/min、 送り:0.34mm/rev.、 切込み:2mm、 切削時間:3min、 の条件で鋼角材の断続切削試験を行ない、10本の切刃の
うちの欠損発生数を測定した。これらの測定結果を第2
表に示した。
〔発明の効果〕
第1,2表に示される結果から、本発明法1〜6によつて
製造された本発明サーメツト1〜6は、いずれも従来法
1〜4で製造された従来サーメツト1〜4に比して一段
とすぐれた靱性を示すのに対して、比較法1〜4で製造
された比較サーメツト1〜4に見られるように、製造条
件のうちのいずれかの条件でもこの発明の範囲から外れ
ると、所望のすぐれた靱性を確保することができないこ
とが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、すぐれた靱性
を有するサーメツトを製造することができ、したがつて
この強靱性サーメツトをフライス切削やならい切削など
の衝撃や大きな負荷を受けるような条件下で切削工具と
して用いても、表面部に発生したクラツクは内部に存在
するポアや結合相プールによつて伝幡阻止されることか
ら著しく長期に亘つてすぐれた切削性能を発揮するので
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】分散相形成成分としてのW,Mo,V,Nb,Ta,Z
    r、およびHfの金属炭化物のうちの1種以上:10〜50%、 結合相形成成分としての鉄族金属のうちの1種以上:2〜
    30%、 を含有し、残りが同じく分散相形成成分としての炭化チ
    タン、窒化チタン、および炭窒化チタンのうちの2種と
    不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有するサー
    メットにおいて、 上記サーメットの表面部を、サーメット厚さの1/100〜3
    0/100に相当する厚さを有する実質的にポアおよび結合
    相の存在しない緻密層で構成し、 かつ上記サーメットの残りの内部に、0.5〜20μmの平
    均径を有するポアおよび/または結合相プールを0.1〜1
    0体積%の割合で存在させたことを特徴とする強靱性サ
    ーメット。
  2. 【請求項2】原料粉末として、いずれの粉末も0.1〜3
    重量%の酸素を含有する、W,Mo,V,Nb,Ta,Zr、およびHf
    の金属炭化物粉末、鉄族金属粉末、炭化チタン粉末、窒
    化チタン粉末および炭窒化チタン粉末を用意し、これら
    原料粉末を、重量%で、 上記金属炭化物粉末のうちの1種以上:10〜50%、 上記鉄族金属粉末のうちの1種以上:2〜30%、 上記の炭化チタン粉末、窒化チタン粉末および炭窒化チ
    タン粉末のうちの2種:残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
    体に成形した後、 まず、真空中で500〜1200℃の温度に加熱し、この温度
    に3時間以下の時間保持するか、あるいは保持せず、 続いての加熱を不活性雰囲気中で行ない、不活性雰囲気
    中、1300〜1600℃の温度で焼結することを特徴とする強
    靱性サーメットの製造法。
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KR0140409B1 (ko) * 1994-09-29 1998-06-01 김은영 질화티탄 소결체의 제조 방법
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