JPH0835044A - Sintered hard alloy excellent in machinability - Google Patents

Sintered hard alloy excellent in machinability

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JPH0835044A
JPH0835044A JP18888994A JP18888994A JPH0835044A JP H0835044 A JPH0835044 A JP H0835044A JP 18888994 A JP18888994 A JP 18888994A JP 18888994 A JP18888994 A JP 18888994A JP H0835044 A JPH0835044 A JP H0835044A
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JP
Japan
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mns
particles
less
sintered
grindability
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JP18888994A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Kubo
裕 久保
Hideki Nakamura
秀樹 中村
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PURPOSE:To produce a sintered hard alloy excellent in machinability suitable for various tools, wear resistant parts or the like and furthermore excellent in deflective strength. CONSTITUTION:The structure of a sintered hard allay is formed into the one in which a matrix in which Mn and S to be added are dispersed in the structure as fine MnS particles having <=3mum average particle and having a compsn. contg., by weight, 1.0 to 4.5% C, <=1.5% Si, 3 to 6% Cr, one or two kinds of <=30% W and <=20% Mo so as to satisfy <=45% W+2Mo, 2 to 10% of one or two kinds of V and Nb, <=20% Co, and the balance Fe with inevitable impurities is bonded with one or >= two kinds of particles selected from carbide particles by <=25% to the total weight and 2 to 25% nitrides or carbonitrides by sintering. Thus, the sintered superhard alloy excellent in machinability is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はドリル、エンドミル、ド
リルチップ等の切削工具の素材、金属塑性加工用の型ま
たは工具材料や治具、樹脂成形用の型や工具材料、各種
の刃物、および工業用の耐摩耗部品等として使用され
る、焼結超硬質合金に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to materials for cutting tools such as drills, end mills and drill tips, molds or tool materials and jigs for metal plastic working, molds and tool materials for resin molding, and various blades, and The present invention relates to a sintered cemented carbide used as an industrial wear resistant part or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速度工具鋼の切削工具としての寿命を
向上させる方法として、まず第一に考えられるのが、硬
さの向上である。そのため実際に特公昭55-6096
号、特公昭57-2142号、特開昭57-181367
号、特開昭58-181848号などにHRC71以上
の硬さを示す高硬度合金が開示されている。これらはM
6C炭化物を形成するWおよびMoと、MC炭化物を形
成するV等の合金元素を多量に含んでいるか、あるいは
さらにTiN等の硬質物質を多く含有するものであり、
実用に当たっては高価格化、靭性の低下、被研削性の低
下などが大きな問題となる。これらの不具合を解決する
ものとして、特公平5−75821号、特公平5−75
822号に開示された合金がある。これらに開示された
合金はW、Mo、V等の合金元素、あるいはさらに添加
されるTiN等の硬質物質の含有量が比較的少ないにも
かかわらず、通常の焼入れ、焼戻しによりHRC71以
上の高硬度が得られると言う優れた特徴を持つ焼結硬質
合金である。
2. Description of the Related Art As a method of improving the life of a high speed tool steel as a cutting tool, the first consideration is to improve the hardness. Therefore, in fact, Japanese Patent Publication Sho 55-6096
No. 57/142, JP-A-57-181367
JP-A-58-181848 and the like disclose high hardness alloys having a hardness of HRC71 or higher. These are M
It contains a large amount of alloying elements such as W and Mo that form 6 C carbides and V that forms MC carbides, or contains a large amount of hard substances such as TiN.
In practical use, high price, low toughness, and poor grindability are major problems. To solve these problems, Japanese Patent Publication No. 5-75821 and Japanese Patent Publication No. 5-75
There is an alloy disclosed in No. 822. The alloys disclosed in these documents have a relatively high content of HRC71 or higher due to ordinary quenching and tempering, even though the content of alloying elements such as W, Mo, V, etc., or the content of hard materials such as TiN, etc., which are additionally added is relatively small. It is a sintered hard alloy having an excellent feature that is obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら特公
平5−75821号や特公平5−75822号に記載さ
れた合金も、ドリル、エンドミル、ドリルチップ等の切
削工具、金属塑性加工用の型、工具材料、治具、さらに
樹脂成形用の型、工具材料、また各種刃物、工業用耐摩
耗部品等として使用する時に、熱処理後の研削加工を行
なう際には被研削性が悪いため、高価なボラゾン製砥石
を用いる必要が有り、従来の粉末高速度工具鋼にくらべ
研削コストが非常に大きいので、これ等の合金の被研削
性を向上することが用途拡大のためにも不可欠の条件と
なってきている。そこで本発明の目的は、上記課題に鑑
み、合金の機械的特性を劣化させることなく、熱処理後
の被研削性を大幅に向上した焼結超硬質合金を提供する
ことである。
However, the alloys described in Japanese Patent Publication No. 5-75821 and Japanese Patent Publication No. 5-75822 are also used for cutting tools such as drills, end mills, drill tips, dies for metal plastic working, When used as tool materials, jigs, molds for resin molding, tool materials, various blades, industrial wear resistant parts, etc. Since it is necessary to use a borazon grindstone and the grinding cost is much higher than that of conventional powder high speed tool steel, improving the grindability of these alloys is an essential condition for expanding applications. Is coming. Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sintered cemented carbide having significantly improved grindability after heat treatment without deteriorating the mechanical properties of the alloy.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】鋼の機械的な被加工性を
向上するために、快削性物質を添加する手法は通常の溶
製材料については広く知られており、MnS等を添加し
た快削鋼は機械加工部品等に広く使われている。この場
合MnSは鍛造や圧延等の塑性加工により長く伸びた形
状となるため、特に塑性加工方向と平行な方向の機械的
性質を劣化させるため、添加量はS量で0.2%程度に
限られる。また、高速度工具鋼においても、Sを添加し
た合金がアメリカを中心に開発されている。たとえば、
合金名としてORBIT、AIRKOOL−S、VIS
COUNT20、44、REX M3S−2およびTH
YRAPD3341などが知られており、これらには
0.1〜0.15%のSが添加されている。さらに、粉
末高速度工具鋼においても合金名でクルーシブル社のC
PM REX M3S−2、CPM REX M3HCH
Sなどが提案されており、0.15〜0.27%のSが
添加されている。
[Means for Solving the Problems] In order to improve the mechanical workability of steel, a method of adding a free-cutting substance is widely known for ordinary ingot materials, and MnS and the like are added. Free-cutting steel is widely used for machined parts. In this case, since MnS has a long elongated shape due to plastic working such as forging and rolling, it deteriorates mechanical properties especially in the direction parallel to the plastic working direction. Therefore, the addition amount is limited to about 0.2% in S amount. To be Also, for high speed tool steel, alloys containing S have been developed mainly in the United States. For example,
ORBIT, AIRKOOL-S, VIS as alloy name
COUNT20, 44, REX M3S-2 and TH
YRAPD3341 and the like are known, and 0.1 to 0.15% S is added to these. Furthermore, in powder high speed tool steel, the alloy name is C of Crucible Co.
PM REX M3S-2, CPM REX M3HCH
S and the like have been proposed, and 0.15 to 0.27% S is added.

【0005】しかし、これらの従来の合金の場合、溶製
材はもちろん粉末高速度工具鋼においてもHIPまたは
熱間押出しの後工程として熱間塑性加工工程が必須であ
るため、MnSは塑性加工により長く伸びた形状とな
る。そのため特に塑性加工方向に平行な方向の機械的性
質が劣化し、組織の微細な粉末高速度工具鋼といえども
S添加量はCPM REX M3HCHSの場合の0.2
7%が最大値であり、全てがMnSを形成するとした場
合の、MnS量は0.73%である。一方、粉末焼結品
においても、機械的特性の向上と共に、加工性が問題と
なる場合が増えており、被切削性向上のために快削性元
素を添加する試みがなされており、Adv Powder Metall
Part Mater(1992発行)という名称の文献の245頁にはM
nSが効果が有ることが示されている。さらに特開昭6
0-190553号、特開昭62-167864号等には
Sの添加量としては0.15%以下程度と開示されてい
る。
However, in the case of these conventional alloys, MnS is longer in the plastic working because the hot plastic working step is indispensable as a post-step of HIP or hot extrusion not only in the molten material but also in the powder high speed tool steel. It becomes an elongated shape. As a result, the mechanical properties in the direction parallel to the plastic working direction deteriorate, and even in the case of fine powder high-speed tool steel with a fine structure, the S addition amount is 0.2 in the case of CPM REX M3HCHS.
The maximum value is 7%, and the MnS amount is 0.73% when all are supposed to form MnS. On the other hand, even in the case of powder-sintered products, there are increasing cases where workability becomes a problem as well as improvement of mechanical properties, and attempts have been made to add free-cutting elements to improve machinability. Metall
There is an M on page 245 of the document named Part Mater (published in 1992).
It has been shown that nS is effective. Furthermore, JP-A-6
No. 0-190553 and JP-A No. 62-167864 disclose that the amount of S added is about 0.15% or less.

【0006】そして焼結品の場合、MnSのような快削
性を付与する延伸性の大きい化合物も焼結後に塑性加工
されないため、球状あるいは粒状のままであり、普通の
溶製材料の場合に比べ機械的特性の劣化は少ないという
メリットが有ることがわかった。しかし、これらの従来
技術においては被切削加工性を向上させるためにMnS
が用いられているのであり、被研削性を向上させること
については記載もなく、しかもMnSの添加量について
の記載はあるが、その粒径、分布等にまで言及したもの
はない。
[0006] In the case of a sintered product, a compound having high extensibility such as MnS, which imparts free-cutting property, is not plastically worked after sintering and therefore remains spherical or granular. Compared with this, it was found that there is an advantage that the deterioration of mechanical properties is small. However, in these conventional techniques, in order to improve the machinability of MnS,
However, there is no description about improving the grindability and there is a description about the amount of MnS added, but there is no mention of its particle size, distribution, etc.

【0007】本発明者は上記の課題、すなわち焼結合金
の被研削性を向上するため、従来、主に被切削性を向上
させる目的で使用され、良く知られたMnSを添加する
方法に着目して、種々の組織的な検討を行なったとこ
ろ、微粒のMnSを微細に分散させることにより、合金
の機械的な特性を劣化させることなく、被研削性を大幅
に向上させることが可能なことを見出し、本発明に到達
した。そして、MnSは塑性加工の方向に細長く伸びた
状態では被切削加工性の向上に対しては効果が大きい
が、被研削加工性の向上には、それほど大きな効果はな
く、むしろ球形に近い形状である方がよいことをも併せ
て見出した結果に基づいてなされた発明である。そのた
め本発明においては、鍛造や圧延等の塑性加工を施さな
い焼結合金にMnSを添加して被研削性の優れた合金を
得ることができたのである。
The inventor of the present invention focuses on the above-mentioned problem, that is, the well-known method of adding MnS, which is conventionally used mainly for the purpose of improving the machinability in order to improve the grindability of a sintered alloy. As a result of various structural studies, it was found that by finely dispersing fine MnS particles, it is possible to significantly improve the grindability without deteriorating the mechanical properties of the alloy. And has reached the present invention. And, MnS has a great effect on the improvement of the machinability when it is elongated in the direction of plastic working, but it does not have a great effect on the improvement of the machinability, but rather has a shape close to a sphere. The invention was made based on the results of finding that it is better to have some. Therefore, in the present invention, MnS was added to a sintered alloy that was not subjected to plastic working such as forging or rolling, and an alloy having excellent grindability could be obtained.

【0008】すなわち、本発明は具体的には、平均粒径
3μm以下の微細なMnSが組織中に微細に分散し、重
量%でC 1.0〜4.5%、Si 1.5%以下、Cr 3
〜6%と、W 30%以下とMo 20%以下の1種また
は2種をW+2Moで45%以下、VとNbの1種または
2種を2〜10%、Co 20%以下を含み、残部Feお
よび不可避的不純物からなる組成を有する基地に、全重
量に対して25%以下の炭化物粒子と、全重量に対して
2〜25%窒化物または炭窒化物から選ばれる1種また
は2種以上の粒子とが焼結により結合した組織を有する
ことを特徴とする被研削性に優れた焼結超硬質合金であ
る。
That is, in the present invention, specifically, fine MnS having an average particle diameter of 3 μm or less is finely dispersed in the structure, and C 1.0 to 4.5% by weight and Si 1.5% or less by weight%. , Cr 3
-6%, W 30% or less and Mo 20% or less, 1 or 2 kinds, W + 2Mo, 45% or less, 1 or 2 kinds of V and Nb, 2 to 10%, Co, 20% or less, and the balance In a matrix having a composition of Fe and inevitable impurities, 25% or less of carbide particles based on the total weight and 2 to 25% of the total weight of one or more selected from nitrides or carbonitrides. It is a sintered cemented carbide with excellent grindability, characterized in that it has a structure in which the above-mentioned particles are bonded by sintering.

【0009】本発明においては、炭化物粒子として、周
期律表における4A、5A族の元素の炭化物が使用でき
るが、基地と反応してM6C型となる炭化物ではなく、
実質的にMC型となる炭化物を言うものである。また特
にVの炭化物およびNbの炭化物は、基地中に均一微細
に分散できるという点で他の元素の炭化物より優れてい
る。また本発明において、窒化物粒子または炭窒化物粒
子はTi、Zr、Hf、V、Nb、Taの一群が選ばれ
るものであり、これ等の粒子は特に安定であり基地に固
溶しにくく、均一に分散させることができる。
In the present invention, as the carbide particles, carbides of elements of the 4A and 5A groups in the periodic table can be used, but they are not carbides that react with the matrix to become M 6 C type,
This is a carbide that is substantially MC type. In particular, the carbides of V and Nb are superior to the carbides of other elements in that they can be dispersed uniformly and finely in the matrix. In the present invention, the nitride particles or carbonitride particles are selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, and Ta, and these particles are particularly stable and difficult to form a solid solution in the matrix. It can be dispersed uniformly.

【0010】[0010]

【作用】本発明の焼結超硬質合金は合金の抗折力がMn
S無添加のものに対して80%以上であることを特徴と
するが、これは平均粒径が3μm以下の微細なMnSが
組織中に分散していることによって初めて達成されるも
のである。合金の抗折力がMnS無添加のものに比べ8
0%以上であれば、抗折力が低下しても、実質的に使用
上あまり害はないが、90%以上とすることがより望ま
しい。
The function of the sintered cemented carbide of the present invention is Mn.
It is characterized in that it is 80% or more with respect to that without S added, but this is achieved only by the fact that fine MnS having an average particle size of 3 μm or less is dispersed in the structure. The transverse rupture strength of the alloy is 8 compared to that without MnS added.
If it is 0% or more, even if the transverse rupture strength is lowered, there is practically no harm in use, but it is more preferably 90% or more.

【0011】本発明においては被研削性を向上するため
に平均粒径が3μm以下の微細なMnSを分散すること
を特徴とするが、MnS粒子のうち粒径が2μm以下の
ものが80%以上である場合に特に優れた被研削性が得
られる。このように微細なMnSを分散させることによ
り、合金の機械的特性の劣化を最小限に抑えながら、被
研削性を大幅に改良することが可能となるものである。
従来では不可能であった多量のMnSを組織中に分散さ
せることができるようになり、本発明のような焼結超硬
質合金において、被研削性を大幅に改良することが初め
て可能となるものである。
The present invention is characterized in that fine MnS particles having an average particle size of 3 μm or less are dispersed in order to improve the grindability, and 80% or more of the MnS particles having a particle size of 2 μm or less are dispersed. In this case, particularly excellent grindability can be obtained. By dispersing fine MnS in this way, it becomes possible to significantly improve the grindability while minimizing the deterioration of the mechanical properties of the alloy.
It becomes possible to disperse a large amount of MnS in the structure, which was impossible in the past, and it becomes possible for the first time to significantly improve the grindability in the sintered cemented carbide as in the present invention. Is.

【0012】MnSは粒径が2μm以下のMnS粒子が
全粒子中80%以上であり、かつ1.5μm以下の粒子
が全粒子中の50%以上である時には、合金の特性を劣
化させることなく、さらに優れた被研削性を持つ材料を
得ることができる。またMnS量は添加されたSが全て
MnSを形成するとした場合、従来良く知られた添加量
よりもはるかに多い添加量となり、MnS量が0.5〜
1.5%であるときに、合金の機械的特性を劣化させる
ことなく、優れた被研削性を得ることができるが、これ
はMnSを均一微細に分散させることにより、初めて可
能となるものであり、さらに好ましくはMnS量は0.
75〜1.2%である。
When MnS particles having a particle size of 2 μm or less are 80% or more of all particles and particles of 1.5 μm or less are 50% or more of all particles, the characteristics of the alloy are not deteriorated. Therefore, it is possible to obtain a material having further excellent grindability. Further, the amount of MnS is much larger than the amount well known in the related art, assuming that all of the added S forms MnS.
When it is 1.5%, excellent grindability can be obtained without deteriorating the mechanical properties of the alloy, but this is only possible by uniformly dispersing MnS. And more preferably the MnS content is 0.
It is 75 to 1.2%.

【0013】MnS量が0.5%未満の場合にはMnS
を微細に分散させた場合でも、十分な被研削性を得るこ
とはできず、また、MnS量が1.5%を越えると合金
の機械的特性のかなりの劣化を避けることはできなくな
る。本発明の焼結超硬質合金においては、通常の熱処理
において、HRC71以上という高い硬さを得ることが
できる。特に高い硬さを必要とする用途においては、熱
処理条件の最適化により、HRC72以上の硬さを得る
ことが可能である。MnSの添加により、焼なまし状態
での切削加工性も併せて向上することが可能となる。こ
のような0.5〜1.5%もの多量のMnSを得るため
には、添加するMnとSはそれぞれ重量比でS 0.1
6〜0.60%、Mn 0.4〜1.1%が必要である
が、MnSはMn/S=1.7で結合しているから、M
nとSの比率はMn/S>1.8としておくことが望ま
しい。
When the amount of MnS is less than 0.5%, MnS
In the case of finely dispersing, it is not possible to obtain sufficient grindability, and if the MnS content exceeds 1.5%, it is impossible to avoid a considerable deterioration of the mechanical properties of the alloy. In the sintered cemented carbide of the present invention, it is possible to obtain a high hardness of HRC71 or higher in the ordinary heat treatment. In applications requiring particularly high hardness, it is possible to obtain a hardness of HRC 72 or higher by optimizing the heat treatment conditions. The addition of MnS makes it possible to improve the machinability in the annealed state as well. In order to obtain such a large amount of MnS as 0.5 to 1.5%, the added Mn and S are each S0.1 in weight ratio.
6 to 0.60% and Mn 0.4 to 1.1% are required, but since MnS is bonded at Mn / S = 1.7, M
It is desirable that the ratio of n and S be Mn / S> 1.8.

【0014】本発明において炭化物粒子は焼結にて基地
と結合されるものである。この炭化物を本発明の焼結超
硬質合金に分散させる方法には、基地中の炭化物生成元
素量を増やす方法もあるが、炭化物生成元素であるV、
Nb等は酸化しやすいので、基地となる粉末が酸化して
焼結性を低下することになり好ましくない。また基地中
のV、Nb等の量が多くなると、溶湯の粘度が高くな
り、アトマイズ法により基地となる粉末を製造すること
ができなくなるという問題点もあり、炭化物粉末として
別に添加混合した後焼結するのが好ましい。添加する炭
化物の量は全重量に対して25重量%を超えると、靭性
が低下するため25%以下とする。好ましくは0.5〜
20重量%、さらに好ましくは0.5〜15重量%であ
る。
In the present invention, the carbide particles are those which are bonded to the matrix by sintering. As a method of dispersing this carbide in the sintered cemented carbide of the present invention, there is also a method of increasing the amount of the carbide-forming element in the matrix.
Since Nb and the like are easily oxidized, the powder serving as a base is oxidized and the sinterability is lowered, which is not preferable. In addition, when the amount of V, Nb, etc. in the matrix increases, the viscosity of the molten metal increases, making it impossible to produce a powder serving as a matrix by the atomization method. It is preferable to tie it. If the amount of the added carbides exceeds 25% by weight based on the total weight, the toughness decreases, so the amount is set to 25% or less. Preferably 0.5-
It is 20% by weight, more preferably 0.5 to 15% by weight.

【0015】以下に本発明における各元素の作用および
数値の限定理由について述べる。Cは同時に添加する
W,Mo,Vなどと結合して硬い炭化物を形成し、耐摩耗
性を高める効果がある。また、一部は基地に固溶して基
地の硬さを高くし、耐摩耗性を向上させる効果もある。
したがって、W,Mo,Vなどの炭化物形成元素の添加量
との兼ね合いで最適のC含有量がある。本発明の範囲で
はCが1.0%未満では基地の硬さが十分に得られず、
形成される炭化物量も少ない。逆に4.5%を越えると
靭性が劣化するので、C量は1.0〜4.5%であるこ
とが必要である。Siは脱酸元素として鋼質を改良する
効果がある。また、基地に固溶して基地の硬さを高める
効果もある。しかし、1.5%を越えると靭性が低下す
るのでSiは1.5%以下であることが必要である。
The action of each element and the reason for limiting the numerical values in the present invention will be described below. C combines with W, Mo, V, etc. added at the same time to form a hard carbide, and has the effect of enhancing wear resistance. In addition, some of them have a solid solution in the matrix to increase the hardness of the matrix and also have the effect of improving wear resistance.
Therefore, there is an optimum C content in consideration of the addition amounts of carbide forming elements such as W, Mo, and V. In the range of the present invention, if C is less than 1.0%, the hardness of the matrix cannot be sufficiently obtained,
The amount of carbide formed is also small. On the other hand, if it exceeds 4.5%, the toughness deteriorates, so the C content needs to be 1.0 to 4.5%. Si has the effect of improving the steel quality as a deoxidizing element. It also has the effect of increasing the hardness of the base by forming a solid solution in the base. However, if it exceeds 1.5%, the toughness decreases, so Si must be 1.5% or less.

【0016】Crは炭化物を形成して耐摩耗性を高める
効果があり、さらに基質に固溶して焼入れ性を付与し、
また基地の耐食性も向上させる。Crが3%未満では、
上記の効果が少なく、逆に6%を越えると焼入れ焼戻し
の熱処理によって硬さが得られにくくなるなどの理由で
Crは3〜6%であることが必要である。WおよびMo
は、Cと結合して、M6C型の炭化物を形成し、耐摩耗
性、耐焼付き性を高める。特に、本発明では加工性の観
点から次に述べるVの含有量を低く抑えたので、耐摩耗
性、耐焼付き性の向上にWとMoの効果は重要である。
また、W、Moの一部は基地に固溶した後、焼もどしで
析出硬化し、基地の硬さを高める効果もある。W 30
%以下とMo 20%以下の1種または2種がW+2Mo量
で、45%を越えると靭性が著しく低下するため、W+
2Mo量は45%以下である必要がある。好ましくはW+
2Mo量で18〜40%、さらに好ましくは25〜40
%である。
Cr has the effect of forming carbides to enhance wear resistance, and further forms a solid solution with the substrate to impart hardenability,
It also improves the corrosion resistance of the base. If Cr is less than 3%,
Cr is required to be 3 to 6% for the reason that the above effect is small and conversely if it exceeds 6%, it becomes difficult to obtain hardness by heat treatment for quenching and tempering. W and Mo
Combines with C to form M 6 C type carbides, which enhances wear resistance and seizure resistance. Particularly, in the present invention, since the content of V described below is suppressed from the viewpoint of workability, the effects of W and Mo are important for improving wear resistance and seizure resistance.
Further, some of W and Mo are solid-solved in the matrix and then tempered to precipitate and harden, which also has the effect of increasing the hardness of the matrix. W 30
% Or less and Mo 20% or less in one or two types with a W + 2Mo content, and in excess of 45%, the toughness decreases significantly, so W +
The amount of 2Mo should be 45% or less. Preferably W +
2 Mo amount is 18 to 40%, more preferably 25 to 40
%.

【0017】Coは基地に固溶して基地の硬さを高める
効果がある。しかし、Coが20%を越えると靭性が低
下するのでCoは20%以下とした。VおよびNbは、C
と結合してMC型の炭化物を形成する。この炭化物を微
細かつ均質に分散させると、後述する窒化物および炭窒
化物の粒子とともに耐摩耗性、耐焼付き性を大幅に向上
させることができる。V、Nbの添加量について種々検
討した結果、これを2〜10%とし、後述する窒化物と
炭窒化物粒子の量を2〜30%とした場合に良好な特性
が得られることが判明した。基地中にVやNbの含有量
が2%未満ではその効果が十分でなく、10%を超える
と靭性が低下するため2〜10%とする必要がある。
Co has the effect of increasing the hardness of the matrix by forming a solid solution in the matrix. However, if Co exceeds 20%, the toughness decreases, so Co was set to 20% or less. V and Nb are C
To form MC type carbides. By finely and uniformly dispersing this carbide, it is possible to greatly improve the wear resistance and seizure resistance together with the particles of nitride and carbonitride described later. As a result of various studies on the amounts of V and Nb added, it was found that good characteristics can be obtained when the amount is 2 to 10% and the amount of nitride and carbonitride particles described later is 2 to 30%. . If the content of V or Nb in the matrix is less than 2%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 10%, the toughness decreases, so the content must be 2 to 10%.

【0018】前述したように本発明においては、V、N
bの1種または2種を基地となる粉末中にあらかじめ含
有させておく。さらにVとNbの炭化物粒子の1種また
は2種と、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taの窒化物
粒子または炭窒化物粒子の1種または2種以上を基地と
なる粉末に同時に添加混合して焼結する。上述の炭化
物、窒化物、炭窒化物の粒子を分散させることは本発明
において、重要な構成要件のひとつである。これらを添
加することにより、HRC71以上の高い硬さが得られ
るからである。これらの粒子が2%未満ではこの効果が
十分でなく、逆に25%を越えると、焼結性が低下する
ので、炭化物と窒化物、炭窒化物の1種または2種以上
を合計で2〜25%とする必要がある。なお、窒化物、
炭窒化物としては、Ti,Zr,V,Nb,Hfの化合物が入手
し易く、コストも安価なために最適である。
As described above, in the present invention, V, N
One or two kinds of b are contained in advance in the base powder. Further, one or two kinds of carbide particles of V and Nb and one or more kinds of nitride particles or carbonitride particles of Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta are simultaneously added to the base powder. Mix and sinter. Dispersing the above-mentioned carbide, nitride, and carbonitride particles is one of the important structural requirements in the present invention. This is because by adding these, high hardness of HRC71 or higher can be obtained. If the amount of these particles is less than 2%, this effect is not sufficient, and if it exceeds 25%, the sinterability is reduced. Must be -25%. In addition, nitride,
As carbonitrides, compounds of Ti, Zr, V, Nb, and Hf are suitable because they are easily available and inexpensive.

【0019】[0019]

【実施例】以下本発明を実施例を用いてさらに詳細に説
明する。 (実施例1)表1に示す9種類の鋼組成からなる水アト
マイズ粉末A〜Iを準備し、このアトマイズ粉末に重量
比で平均粒径1〜3μmのVCを2%、TiNを10%
添加し、湿式ボ−ルミルにて混合し、乾燥した後プレス
成形し、1180〜1250℃にて真空焼結を行って焼
結体を作製した。各焼結体については研磨の後、画像解
析によりMnSの平均粒径、粒度分布を求めた。また、
焼結体を焼なまし後、1180〜1240℃にて焼入れ
し、520〜560℃にて焼戻し(1時間×3回)を行
なった。そして、これらの試料につき硬さ(HRC)と
抗折力を測定した。また、同時に作製したテストピ−ス
を用いて、アルミナ砥石を用いた平面研削テストを行い
各焼結体の被研削性を評価した。研削比は、(試料の研
削量)/(砥石の摩耗量)の比で表わしてあり、この値が
大きくなれば被研削性が優れていることになる。この結
果を表2に示す。画像解析した時の組織写真と分析写真
およびそのスケッチ図を図1〜図4に示す。図1〜図4
によれば、本発明に係る合金のMnSは、従来のように
塑性加工を行なって細長く伸びた形状と違って、概ね球
状に近い形状を呈していることがわかる。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples. (Example 1) Water atomized powders A to I composed of nine kinds of steel compositions shown in Table 1 were prepared, and 2% of VC having an average particle diameter of 1 to 3 µm and 10% of TiN were added to the atomized powders in a weight ratio.
The mixture was added, mixed in a wet ball mill, dried, press-molded, and vacuum-sintered at 1180 to 1250 ° C to prepare a sintered body. For each sintered body, after polishing, the average particle size and particle size distribution of MnS were obtained by image analysis. Also,
After annealing the sintered body, it was quenched at 1180 to 1240 ° C. and tempered at 520 to 560 ° C. (1 hour × 3 times). Then, the hardness (HRC) and the transverse rupture strength of these samples were measured. Further, using the test pieces produced at the same time, a surface grinding test was performed using an alumina grindstone to evaluate the grindability of each sintered body. The grinding ratio is expressed by the ratio of (amount of grinding of sample) / (amount of wear of grindstone), and the larger the value, the better the grindability. The results are shown in Table 2. 1 to 4 show a structural photograph, an analytical photograph and a sketch drawing thereof when an image is analyzed. 1 to 4
According to the above, it can be seen that MnS of the alloy according to the present invention has a substantially spherical shape, unlike the conventional elongated shape obtained by plastic working.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表2によれば、平均粒径3μm以下のMn
Sを0.5〜1.5%微細に分散した試料3〜6の場合
に、MnSなしの試料1に比べ2〜3倍の高い被研削性
(研削比)が得られ、かつ、MnSなしの場合に比べ8
0%以上の高い抗折力が得られることが分かる。さらに
MnSの粒度分布に関しては粒径が2μm以下のものが
80%以上の場合に優れた特性が得られ、特に1.5μ
mのものが50%以上の試料3〜5の場合には被研削
性、抗折力がバランスされた材料が得られることが分か
る。
According to Table 2, Mn having an average particle size of 3 μm or less
In the case of Samples 3 to 6 in which S is finely dispersed by 0.5 to 1.5%, high grindability (grinding ratio) 2-3 times higher than that of Sample 1 without MnS, and no MnS is obtained. 8 compared to
It can be seen that a high bending strength of 0% or more can be obtained. Further, regarding the particle size distribution of MnS, excellent properties are obtained when the particle size is 2 μm or less and 80% or more, particularly
It can be seen that in the case of Samples 3 to 5 in which m is 50% or more, a material in which grindability and transverse rupture strength are balanced can be obtained.

【0023】(実施例2)表3に示す5種類の鋼組成か
らなる水アトマイズ粉末J〜Nを準備し、表4に示す平
均粒径1〜3μmの炭化物粒子と窒化物または炭窒化物
を同表に示す割合で湿式ボ−ルミルにて混合し、乾燥し
た後プレス成形し、1180〜1250℃にて真空焼結
を行って焼結体を作製した。各焼結体については研磨の
後、画像解析によりMnSの平均粒径、粒度分布を求め
た。また、得られた焼結体を焼なまし後、1180〜1
240℃にて焼入れし、540〜560℃にて焼戻し
(1時間×3回)を行なった。これらの試料の硬さ(H
RC)と抗折力を測定した。また、同時に作製したテス
トピ−スを用いて、アルミナ砥石を用いた平面研削テス
トを行い各焼結体の被研削性を評価した。
(Example 2) Water atomized powders J to N having five kinds of steel compositions shown in Table 3 were prepared, and carbide particles having an average particle diameter of 1 to 3 μm and nitrides or carbonitrides shown in Table 4 were prepared. The mixture was mixed in a wet ball mill in the ratios shown in the table, dried, press-molded, and vacuum-sintered at 1180 to 1250 ° C to produce a sintered body. For each sintered body, after polishing, the average particle size and particle size distribution of MnS were obtained by image analysis. Moreover, after annealing the obtained sintered body, 1180-1
Quenching was performed at 240 ° C., and tempering (1 hour × 3 times) was performed at 540 to 560 ° C. The hardness of these samples (H
RC) and the transverse rupture strength were measured. Further, using the test pieces produced at the same time, a surface grinding test was performed using an alumina grindstone to evaluate the grindability of each sintered body.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】[0025]

【表4】 [Table 4]

【0026】表3に示す各種組成を持つ、水アトマイズ
粉末を原料とした焼結体の場合にも平均粒径3μm以下
の微細なMnSを分散させると、表4に示すように優れ
た被研削性が得られ、また、代表的な機械的特性であ
る、抗折力においても優れた値が得られることが分か
る。すなわち、MnS量が0.5%未満の試料19と2
0は研削比が3程度しか得られず、また、MnS粒径が
3μmを超えた試料22,23,24は抗折力の比率が
90%以下に低下する。
Even in the case of sintered bodies made of water atomized powder having various compositions shown in Table 3, when fine MnS having an average particle size of 3 μm or less is dispersed, excellent grinding results are obtained as shown in Table 4. It can be seen that good properties are obtained, and an excellent value is also obtained in transverse rupture strength, which is a typical mechanical property. That is, Samples 19 and 2 containing less than 0.5% MnS
In No. 0, only a grinding ratio of about 3 was obtained, and in Samples 22, 23, and 24 in which the MnS particle size exceeded 3 μm, the transverse rupture strength ratio decreased to 90% or less.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、平均粒径3μm以下の
微細なMnSを組織中に分散させることにより、特性の
劣化を最小限に抑えながら、従来では不可能であった多
量のMnSを分散させることができるようになり、本発
明のような硬質粒子を含む焼結超硬質合金の被研削性を
大幅に改良することが初めて可能となった。これによ
り、熱処理後の研削加工が極めて容易になり、加工工数
の大幅低減が可能となるものである。
According to the present invention, by dispersing fine MnS having an average particle size of 3 μm or less in the structure, a large amount of MnS which has been impossible in the past can be obtained while minimizing the deterioration of characteristics. It became possible to disperse, and it became possible for the first time to significantly improve the grindability of the sintered cemented carbide containing hard particles as in the present invention. As a result, the grinding process after the heat treatment becomes extremely easy, and the number of working steps can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の焼結超硬質合金のミクロ組織の一例を
示す金属組織写真である。
FIG. 1 is a metallographic photograph showing an example of a microstructure of a sintered cemented carbide of the present invention.

【図2】本発明の焼結超硬質合金のミクロ組織の一例を
示すスケッチ図である。
FIG. 2 is a sketch diagram showing an example of a microstructure of a sintered cemented carbide of the present invention.

【図3】本発明の焼結超硬質合金の各相の分析結果を示
すX線写真である。
FIG. 3 is an X-ray photograph showing the analysis result of each phase of the sintered cemented carbide of the present invention.

【図4】本発明の焼結超硬質合金の各相の分析結果を示
すスケッチ図である。
FIG. 4 is a sketch diagram showing the analysis results of each phase of the sintered cemented carbide of the present invention.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年12月8日[Submission date] December 8, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図2[Name of item to be corrected] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図2】 [Fig. 2]

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 添加したMnとSが平均粒径3μm以下
のMnS粒子として組織中に均一に分散し、重量%でC
1.0〜4.5%、Si 1.5%以下、Cr3〜6%、
W 30%以下とMo 20%以下の1種または2種をW
+2Moで45%以下、V,Nbの1種または2種を2〜
10%、Co 20%以下を含み、残部Feおよび不可避
的不純物からなる組成を有する基地に、全重量に対して
25%以下の炭化物粒子と、2〜25%の窒化物または炭
窒化物から選ばれる1種または2種以上の粒子とが焼結
により結合した組織を有することを特徴とする被研削性
に優れた焼結超硬質合金。
1. The added Mn and S are uniformly dispersed in the structure as MnS particles having an average particle size of 3 μm or less, and C in weight% is obtained.
1.0-4.5%, Si 1.5% or less, Cr 3-6%,
W 30% or less and Mo 20% or less 1 type or 2 types
45% or less at +2 Mo, 2 or 1 or 2 types of V and Nb
10%, Co 20% or less, with a composition having the composition of balance Fe and inevitable impurities, based on the total weight.
Excellent grindability, characterized by having a structure in which 25% or less of carbide particles and 1 to 2 or more kinds of particles selected from 2 to 25% of nitrides or carbonitrides are bonded by sintering. Sintered super hard alloy.
【請求項2】 重量%でS 0.16〜0.60%、M
n 0.4〜1.1%添加することを特徴とする請求項
1に記載の被研削性に優れた焼結超硬質合金。
2. S 0.16 to 0.60% by weight, M
0.4 to 1.1% of n is added, The sintered superhard alloy excellent in grindability of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 炭化物粒子がVまたはNbを主成分とす
る粒子であることを特徴とする、請求項1または2に記
載の被研削性に優れた焼結超硬質合金。
3. The sintered superhard alloy having excellent grindability according to claim 1, wherein the carbide particles are particles containing V or Nb as a main component.
【請求項4】 窒化物または炭窒化物粒子がTi、Z
r、Hf、V、Nb、Taの群のうちから選ばれること
を特徴とする、請求項1ないし3に記載の被研削性に優
れた焼結超硬質合金。
4. The nitride or carbonitride particles are Ti, Z.
The sintered cemented carbide having excellent grindability according to any one of claims 1 to 3, which is selected from the group consisting of r, Hf, V, Nb, and Ta.
【請求項5】 抗折力がMnSを分散させない焼結超硬
質合金の80%以上であることを特徴とする、請求項1
ないし4のいずれかに記載の被研削性に優れた焼結超硬
質合金。
5. The transverse rupture strength is 80% or more of the sintered cemented carbide which does not disperse MnS.
A sintered cemented carbide having excellent grindability according to any one of 1 to 4.
【請求項6】 抗折力がMnSを分散しない焼結超硬質
合金の90%以上であることを特徴とする、請求項1な
いし4のいずれかに記載の被研削性に優れた焼結超硬質
合金。
6. The sintered super alloy having excellent grindability according to claim 1, wherein the transverse rupture strength is 90% or more of that of a sintered cemented carbide which does not disperse MnS. Hard alloy.
【請求項7】 MnS粒子のうち粒径が2μm以下の粒
子が全粒子中の80%以上であることを特徴とする、請
求項1ないし6のいずれかに記載の被研削性に優れた焼
結超硬質合金。
7. The burnt excellent in grindability according to claim 1, wherein the MnS particles have a particle size of 2 μm or less in an amount of 80% or more of all particles. Bonded super hard alloy.
【請求項8】 MnS粒子のうち粒径が2μm以下の粒
子が全粒子中の80%以上であり、かつ1.5μm以下
の粒子が全粒子中の50%以上であることを特徴とす
る、請求項1ないし6のいずれかに記載の被研削性に優
れた焼結超硬質合金。
8. The MnS particles have a particle size of 2 μm or less in 80% or more of all particles, and a particle size of 1.5 μm or less in 50% or more of all particles. A sintered cemented carbide having excellent grindability according to any one of claims 1 to 6.
【請求項9】 添加されたSが全てMnSを形成すると
して計算するとMnS量が重量%で0.5〜1.5%で
あることを特徴とする、請求項1ないし8のいずれかに
記載の被研削性に優れた焼結超硬質合金。
9. The MnS content is 0.5 to 1.5% by weight, calculated as all of the added S forms MnS, and the MnS content is 0.5 to 1.5%. Sintered super hard alloy with excellent grindability.
【請求項10】 添加されたSが全てMnSを形成する
として計算するとMnS量が重量%で0.75%を越え
1.2%以下であることを特徴とする、請求項1ないし
8のいずれかに記載の被研削性に優れた焼結超硬質合
金。
10. The calculation according to claim 1, wherein all the added S forms MnS, and the amount of MnS is more than 0.75% by weight and 1.2% or less. A sintered cemented carbide having an excellent grindability according to Crab.
【請求項11】 焼入れ焼戻し後HRC71以上の硬さ
を有することを特徴とする、請求項1ないし10のいず
れかに記載の被研削性に優れた焼結超硬質合金。
11. The sintered cemented carbide having excellent grindability according to claim 1, having a hardness of HRC71 or more after quenching and tempering.
【請求項12】 焼入れ焼戻し後HRC72以上の硬さ
を有することを特徴とする、請求項1ないし10のいず
れかに記載の被研削性に優れた焼結超硬質合金。
12. The sintered superhard alloy having excellent grindability according to claim 1, which has a hardness of HRC 72 or more after quenching and tempering.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100437643B1 (en) * 2001-11-30 2004-06-30 가야에이엠에이 주식회사 compositions of manganese sulfide compound an addition for making sintered goods

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