JPH09512308A - サーメットおよびその製造方法 - Google Patents
サーメットおよびその製造方法Info
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- JPH09512308A JPH09512308A JP7527925A JP52792595A JPH09512308A JP H09512308 A JPH09512308 A JP H09512308A JP 7527925 A JP7527925 A JP 7527925A JP 52792595 A JP52792595 A JP 52792595A JP H09512308 A JPH09512308 A JP H09512308A
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、硬質物質の割合95〜75質量%、およびCo結合剤および/またはNi結合剤5〜25質量%を有し、その際硬質物質相が立方晶のB1結晶構造を有する炭窒化物からなり、Ti30〜60質量%、W5〜25質量%、Ta5〜15質量%、このうち70質量%までがNbに置き換えることが可能であり、Mo0〜12質量%、V0〜5質量%、Cr0〜2質量%、Hfおよび/またはZr0〜1質量%を含有し、炭窒化物相内の(C+H)含有率が>80モル%であり、窒素の割合N/(C+N)が0.15〜0.7であり、かつ結合剤相内にAlおよび/または金属のW、Ti、Mo、Vおよび/またはCrが2質量%以内で溶解しているサーメットに関する。測定面積>(0.5×0.5)mm2上のエネルギー分散方式微量分析によって測定可能な、0.01〜3μmの針入深さによって決定される表面層内において、下に存在するサーメットコア領域に対するCo結合剤および/またはNi結合剤含有量が<30質量%、Ti含有量が110〜130質量%、およびW、Taの含有量、ならびに場合によるMo、Nb、Vおよび/またはCrの割合の和が、下に存在するコア領域に対して70〜100質量%であるか、または前記表面層にコア領域に対するTi含有量が100〜120%およびW、Ta、ならびに場合によりMo、Nb、V、Crの含有量の和が80質量%〜110質量%で、Co結合剤および/またはNi結合剤含有量<90質量%が存在する。
Description
【発明の詳細な説明】
サーメットおよびその製造方法
本発明は、硬質物質成分の割合が95〜75質量%、および残りとしてコバル
トおよび/またはニッケルからなる結合剤5〜25質量%を有し、その際硬質物
質相が立方晶のB1結晶構造を有する炭窒化物からなり、Ti30〜60質量%
、W5〜25質量%、Ta5〜15質量%、このうち70質量%までがNbに置
き換えることが可能であり、Mo0〜12質量%、V0〜5質量%、Cr0〜2
質量%、Hfおよび/またはZr0〜1質量%を含有し、炭窒化物相内の(C+
H)含有率が>80モル%であり、窒素の割合N/(C+N)が0.15〜0.7
であり、かつ結合剤相内に2%までAlおよび/または金属のW、Ti、Mo、
Vおよび/またはCrが溶解しているサーメットに関する。硬質物質相は実質的
にコア/シェル構造を有する。
本発明はさらに、相応する構成要素を含有する出発混合物の混合、粉砕、造粒
およびプレス、そして続く焼結による、かかるサーメットの製造方法に関する。
ヨーロッパ特許公開第0344421(A1)号明細書にはサーメットが提案
されており、該サーメットは0.05mmの針入深さを有するコアに対して、サ
ーメットコア内の硬質物質相の平均粒度の0.8〜1.2倍に相当する表面層内の
硬質物質相の平均粒度を有するか、または同じ針入深さでサーメットコアの平均
結合剤含有量の0.7〜1.2倍に相当する結合剤相を有している、または前述の
針入深さにおける硬度がサーメットコアの平均硬度の0.95〜1.1倍であるサ
ーメットを提案している。かかるサーメットの製造には出発混合物を、粉砕、混
合および予備プレスした後焼結させる。その際第1段階で1300℃まで、また
はそれ以下で真空下または不活性ガス下で焼結させ、第2段階で1300℃以上
で0.1〜20トルの窒素圧で焼結させ、かつその際窒素圧を上昇する温度とと
もに上げる必要がある。冷却も同様に窒素の存在下で実施される。
ヨーロッパ特許第0368336(B1)号明細書には、最大硬度を有する領
域が基体表面から5μm〜50μmの深さに存在し、かつ基体表面が最大硬度の
20〜90%を有する、硬質表面層を有するサーメット基体が記載されている。
このサーメットを製造するには、予備プレスした混合物を、はじめに真空下での
1100℃への温度上昇で、続いて窒素雰囲気下での1100℃から1400〜
1500℃の温度範囲への温度上昇で処理し、かつ最後に真空下で焼結させる。
ヨーロッパ特許第0374358(B1)号明細書には、結合剤相7〜20重
量%、およびTi35〜5
9重量%、W9〜29重量%、Mo0.4〜3.5重量%、Ta、Nb、Vおよび
ジルコニウムの金属のうち少なくとも1つの金属4〜24重量%、N25.5〜9
.5重量%、およびC4.5〜12重量%を有する炭化チタン、窒化チタンおよび
/または炭窒化チタンからなる、硬質相を有するサーメットの製造方法が記載さ
れている。該方法では、調製した、混合、乾燥および予備プレスした質量を、温
度を真空中で1350℃に上げ、その際窒素雰囲気を1350℃で1トルに調整
し、窒素部分圧力を1350℃から焼結温度までの温度上昇とともに次第に高め
、その際窒素雰囲気を焼結温度で5トルに調整するように焼結する。
ヨーロッパ特許第0492059(A3)号明細書には、1mm以上の針入深
さにおける硬度がサーメット内部より高く、その際0.5〜3μmの層厚さ内の
結合剤含有量はコア基体に対して最小限に抑えることが可能であるサーメット成
形体が記載されている。該サーメットは、チタンの炭化物、窒化物、酸化物およ
びホウ化物、およびAl2O3からなる、厚さ0.5〜20μmの硬質物質被覆を
有するべきである。かかる成形体を製造するには、未処理製品を真空下でまず1
100℃〜1400℃の温度に加熱し、引き続いて窒素ガスを、圧力が窒素分圧
が5〜10トルにあり、それによって基体表面が脱窒素されるまで導入する。焼
結および引き続いての冷却は、非酸化雰囲気下、例
えば真空または不活性ガス雰囲気下で実施する。引き続き、該成形体にCVDま
たはPVDによって被覆する。
高靭性のサーメットを製造するために、ヨーロッパ特許公開第0499223
(A1)号明細書は、10μmの厚さの表面近くの層内の結合剤の相対的濃度を
サーメットコア内の結合剤の平均含有量の5〜50%に、その下に存在する針入
深さが10μm〜100μmの層では結合剤含有量をサーメットコアに対して7
0〜100%に調整を提案し、その際表面に30kgf/mm2以上の圧応力が
生じる。このために使用される方法では、焼結を5〜30トルの一定の圧力を有
する窒素ガス下で、および冷却を真空下で10〜20℃/分の冷却率で実施する
。
それに対して、ヨーロッパ特許第0515340(A3)号明細書は、結合剤
が、濃縮された表面に近い領域を有するサーメットを記載している。
ヨーロッパ特許公開第0519895(A1)号明細書は、3層の周辺領域を
有するサーメットを開示しており、該サーメットにおいては50μmの深さまで
の第1の層はTiN富裕に、針入深さ50〜150μmの第2の層は結合剤富裕
に、そして150〜400μmの第3の層はサーメットコア内部に対して結合剤
分が少なく形成されている。このために、焼結体をN2および/またはNH3から
なる、場合によりCH4
、CO、CO2と組み合わせた雰囲気内で1100℃〜1350℃で大気圧下ま
たは1.1バール以上の圧力下で1〜25時間処理する。
従来の技術から公知のサーメットは、表面に、斑点状外観から判別可能な種々
の結合剤含有量を有しているか、または結合剤が焼結物基板に付着する傾向を示
し、このことはそれと結び付いた反応のために接触領域内で組成の変化を惹起す
る。従来の技術から公知のサーメットのさらなる欠点は、部分的に高い表面荒さ
、ならびに表面内の結合剤含有量が増大した際の該表面に施される摩耗保護剤層
との悪い付着である。表面のニッケルの割合が高まれば、まずCVD被覆は全く
不可能となる。列記した欠点は、特に切削加工用のカッター挿入物としてのサー
メットの使用に当てはまる。
従って、本発明の課題は、冒頭で述べたサーメットを、表面近くの領域の調整
によって、それが未被覆でまたは1層または多層被覆を有して使用されるかどう
かには関係なく、切削作業に充分に好適であるように改善することにある。
前記課題は、請求項1に記載のサーメットによって解決される。従って、請求
項1に定義された非常に薄いシェル領域を除くと、該サーメットは均質な構造で
存在する。このことは硬質物質相のコア/シェル構造の存在を除外するものでは
ない。
前記課題はさらに請求項2に記載のサーメットによって解決される。
本発明の実施態様は従属請求項3から9に記載してある。
前記の表面層の下に存在するコア領域は、最低でも実質的に1つのコア/シェ
ル構造を有する硬質物質相を有する。それに対して、表面層の硬質物質相はもっ
ぱら均質であるかまたはコア特有のコア/シェル構造で、場合によっては部分的
に存在していてもよい。
本発明のもう1つの実施態様によれば、該サーメットは、表面層の直ぐ下の最
低50μm、最大600μmの深さまで、ISO4505に基づく多孔度≦A0
2および<B02を有する帯域を有し、かつその下に<A8および<B04のコ
アを有している。
特にサーメットを切削作業に使用する際、さらに有利には低い表面荒さはRT
≦6μmまたはRZ≦5となる。有利には表面範囲内の硬度HV30は一定であ
る。
択一的な実施態様によれば、サーメットは0.01〜3μmの深さを有する表
面層に、Coおよび/またはNi結合剤含有量<90質量%を有し、その際コア
領域に対するTi含有量は100〜120%であり、かつW、Taならびに場合
によってはMo、Nb、V、Crの含有量の和は80〜100質量%である。
サーメットは1つまたは複数の、チタンの炭化物ま
たは窒化物および/またはAl2O3からなる、有利にはCVD方法によって施さ
れた摩耗保護層を有していてもよい。
記載のサーメットは請求項10に記載の方法によって製造される。該方法によ
れば、請求項1または3から8に特定した構成要素を含有する混合物を粉砕し、
造粒しかつ予備プレスし、引き続き有利にはグラファイト熱伝導体を有する焼結
炉内で焼結する。プレス後、未処理製品をまず結合剤相の溶融温度まで真空下で
圧力≦10-1ミリバールで加熱し、引き続きさらに1450〜1530℃の焼結
温度まで加熱し、そこで該温度を0.2〜2時間保持し、そして引き続いて成形
体を1200℃まで冷却する。最後の加熱、恒温および冷却は、N2/(N2+C
O)比0.1〜0.9を有するN2およびCOからなる混合気内で、平均値の10
〜80%の平均圧力下で変化させて周期時間40〜240秒間、有利には40〜
180秒間実施される。N2/(N2+CO)比は方程式:
る窒素の比の質量%である]によって決定され、引き続き完全に焼結した成形体
を不活性ガス、例えばアルゴン、窒素下で、または真空雰囲気下で冷却する。
平均圧力は一次関数的関係:
[式中、yは平均圧力(ミリバール)であり、xは結合剤含有量を質量%で表し
たものである]によって決定される。このことは、5質量%の結合剤含有量に対
して6ミリバール±0.6ミリバールの圧力を圧力平均値として意味し、また2
5質量%では圧力20ミリバール±2ミリバールを意味している。
前記のプロセス制御は、圧力平均値は結合剤相の融点からの加熱、焼結および
1200℃までの冷却の全経過を通して一定に保たれるが、圧力のかかる圧力平
均値は周期的に、特に同一形状の偏移によるより高い値およびより低い値に変動
するものと理解されるべきである。変動振幅は正弦状であってものこぎり波状で
あってもよいし、またはそこから派生した形状を有していてもよい。従来の方法
から公知の圧力処理とは異なり、上記の圧力変動のみが、前記形式の薄い均一な
表面層影響を及ぼす。
請求項2から4、または6から8のサーメットの製造実施の変種によれば、焼
結された成形体は焼結後アルゴン下で焼結温度近くでおよび圧力30バール以上
でホットアイソスタチック成形することができる。後続のホットアイソスタチッ
ク成形を経ずに製造された成形体は最大3μm以下の針入深さの表面層で30質
量%未満のかなり減少された結合剤含有量を示すが、引き続きホットアイソスタ
チック成形された成形体は
、部分的により高い結合剤含有量を有するが、しかし該含量はまだサーメット/
コア内の結合剤含有量に対して90%以下である。
第1の実施態様において、サーメット成形体は焼結されただけである。焼結の
際の気体雰囲気の調整は図1および2から明らかである。図面において、
図1は、サーメット内の比N/(C+N)と混合気内のN2/(N2+CO)含
有量の調整との間の直線的関係、および
図2は、出発混合物内もしくはサーメット内の結合金属含有量に対する平均圧
力の調整の依存性を示している。
ト内の相対的窒素含有量を示している。つまり比N/
整を示している。限界値はサーメット/窒素含有量から0.15〜0.7に定めら
れる。その際の混合気の調整は0.1〜0.9に対応する。その間にある全ての値
は、それぞれグラフで示した図から理解可能である。その際、上または下へのそ
れぞれ10%の変動が許容される。それに応じたことが、y座標のyが平均圧力
をバールで、x座標が結合剤含有量xを質量%で示す図2の表示に当てはまる。
結合剤含有量25質量%の際は、調整すべき平均圧力は20ミリバール、結合剤
含有量5質量%の際には6ミリバールである。この際
、ここでも平均値の偏移は10%まで許容される。その際、一定の圧力平均値だ
け、焼結炉内で調整された圧力は、詳細にはそれぞれ上下へ交互に10%以上変
動する。
本発明の第1の実施例においては、以下の出発混合物から出発した(表示は質
量%)。
粉末粒径は1〜2μmであった。このことから窒素含有量3.4質量%および
炭素含有量9.3質量%が得られるので、比N/(N+C)=0.27となる。全
結合剤含有量は13.4質量%である。出発混合物を従来の技術から公知のよう
に、粉砕し、混合しかつ予備プレスした。
引き続き以下の処理工程を適用した:
1.500℃まで脱ろう。
2.500℃から1300℃まで真空下で、加熱速度400℃/hで加熱。
3.1300℃から1480℃までN2およびCOからなる混合気下で加熱、
その際比はN2/(N2+CO)=0.27であった。該焼結温度が達成された後
、該温度および後述の圧力処理を1時間保持し、引き続き焼結体を1480℃か
ら1200℃まで冷却速
度250℃/hで冷却した。1300℃から1480℃への加熱、温度の恒温、
および続く冷却は平均圧力10ミリバールで実施した。その際圧力は周期的に、
周期時間150秒で3ミリバール上下の値(13ミリバールおよび7ミリバール
)に変動した。
4.最後の処理工程としてアルゴン下でのさらなる冷却を続けた。
比較体においても同一の処理工程1、2および4を実施したが、工程3はCO
を注入せずまた調整されたN2圧力を20ミリバールで一定にするという条件付
きで実施した。
焼結後の表面層の分析において、以下の値が確認された:
ホットアイソタクチックプレス成形後の表面層の相応する分析は以下の値をも
たらした:
他の値は全て例1に同じ。
本発明の別の例においては、以下の出発混合物から出発した(表示は質量%)
:
粉末粒径は1〜2μmであった。このことから窒素含有量6.1質量%および
炭素含有量7.2質量%が得られるので、比N/(N+C)=0.46となる。全
結合剤含有量は16.9質量%である。出発混合物を従来の技術から公知のよう
に、粉砕し、混合しかつ予備プレスした。
引き続き以下の処理工程を適用した。
1.500℃まで脱ろう。
2.500℃から1320℃まで真空下で、加熱速度400℃/hで加熱。
3.1320℃から1480℃までN2およびCOからなる混合気下で加熱、
その際比はN2/(N2+CO)=0.54であった。該焼結温度が達成された後
、該温度および後述の圧力処理を1時間保持し、引き続き焼結体を1480℃か
ら1200℃まで冷却速度250℃/hで冷却した。1320℃から1480℃
への加熱、温度の恒温、および続く冷却は平均圧力15ミリバールで実施した。
その際圧力は周期的に、周期時間120秒で5ミリバール上下の値(20ミリバ
ールおよび10ミリバール)に変動した。
4.最後の処理工程としてアルゴン下でのさらなる冷却を続けた。
比較体においても同一の処理工程1、2および4を実施したが、工程3はCO
を注入せずまた調整されたN2圧力を20ミリバールで一定にするという条件付
きで実施した。
焼結後の表面層の分析において、以下の値が確認された:
ホットアイソスタチックプレス成形後の表面層の相応する分析は以下の値をも
たらした:
他の値は全て例3に同じ。
上記実施例によって製造したサーメットにつき以下の切削調査を行った:
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),CN,JP,US
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.硬質物質の割合95〜75質量%、およびCo結合剤および/またはNi 結合剤5〜25質量%を有し、その際硬質物質相が立方晶のB1結晶構造を有す る炭窒化物からなり、Ti30〜60質量%、W5〜25質量%、Ta5〜15 質量%、このうち70質量%までがNbに置き換えることが可能であり、Mo0 〜12質量%、V0〜5質量%、Cr0〜2質量%、Hfおよび/またはZr0 〜1質量%を含有し、炭窒化物相内の(C+N)含有量が>80モル%であり、 窒素の割合N/(C+N)が0.15〜0.7であり、かつ結合剤相内にAl2質 量%以内を含有しているか、および/または金属のW、Ti、Mo、Vおよび/ またはCrが溶解しているサーメットにおいて、測定面積>(0.5×0.5)m m2上のエネルギー分散方式微量分析によって測定可能である、0.01〜3μm の針入深さによって決定される表面層内においてのみ、 1.下に存在するサーメット/コア領域に対するCo結合剤および/または Ni結合剤含有量≦30質量%、 2.下に存在するサーメット/コア領域に相応するTi含有量110〜13 0質量% を有し、その際それぞれ一方はサーメット/コア内に かつ他方は表面層内に、同程度の結合金属分布が存在し、 3.W、Taの含有量、ならびに場合によるMo、Nb、Vおよび/または Crの割合の和が、0.01〜3μmの厚さの表面層内で、下に存在するサーメ ット/コア領域に対して70〜100質量%であることを特徴とする、サーメッ ト。 2.硬質物質の割合95〜75質量%、およびCo結合剤および/またはNi 結合剤5〜25質量%を有し、その際硬質物質相が立方晶のB1結晶構造を有す る炭窒化物からなり、Ti30〜60質量%、W5〜25質量%、Ta5〜15 質量%、このうち70質量%までがNbに置き換えることが可能であり、Mo0 〜12質量%、V0〜5質量%、Cr0〜2質量%、Hfおよび/またはZr0 〜1質量%を含有し、炭窒化物相内の(C+N)含有量が>80モル%であり、 窒素の割合N/(C+N)が0.15〜0.7であり、かつ結合剤相内にAl2質 量%以内を含有しているか、および/または金属のW、Ti、Mo、Vおよび/ またはCrが溶解サーメットにおいて、エネルギー分散方式微量分析によって測 定可能な、0.01〜3μmの針入深さを有する表面層内のCo結合剤および/ またはNi結合剤含有量が、コア領域に対するTi含有量が100〜120%で 、その下に存在する層に対して<90質量%であり、かつW、Ta、ならびに場 合によりMo、Nb、V、Crの含有量の和が80質量%〜110質量%である ことを特徴とする、サーメット。 3.表面層の下に存在するコア領域が少なくとも実質的に、コア/シェル構造 を有する硬質物質相を有する、請求項1または2記載のサーメット。 4.表面層内に硬質物質成分相がもっぱら均質に存在する、請求項1から3ま でのいずれか1項記載のサーメット。 5.表面層の直ぐ下から、最低50μm、最大600μmの深さまで領域が、 多孔度≦A02および<B02(ISO4505に基づく)、およびその下に存 在するコアにおいて<A08およびB04を有する、請求項1、3または4まで のいずれか1項記載のサーメット。 6.成形体が連続多孔度≦A02および<B02を有する、請求項2、3また は4までのいずれか1項記載のサーメット。 7.表面荒さRT≦6μm、またはRZ≦5μmを有する、請求項1から6まで のいずれか1項記載のサーメット。 8.表面領域内の硬度HV30が一定である、請求項1から7までのいずれか 1項記載のサーメット。 9.Tiの炭化物または窒化物および/またはAl2O3からなる1層以上の被 覆を、有利にはCVD方 法によって施されている、請求項1から8までのいずれか1項記載のサーメット 。 10.相応する構成要素を含有する出発混合物の混合、粉砕、造粒およびプレ ス成形、および引き続いての有利にはグラファイト熱伝導体を有する焼結炉内で の焼結による請求項1または3から9までのいずれか1項記載のサーメットの製 造方法において、結合剤相の融点まで真空下で圧力≦10-1ミリバールで加熱し 、結合剤相の溶融温度から焼結温度までさらに加熱し、該焼結温度で0.2〜2 時間恒温し、および引き続いて1200℃への冷却、その際さらなる加熱、恒温 および冷却をN2/(N2+CO)比0.1〜0.9を有するN2およびCOからな る混合気内で、平均値の10%〜80%の平均圧力下で交互に、40〜240秒 、有利には40〜180秒の周期時間で実施し、その際平均圧力は、一次関数的 関係: [式中、yは平均圧力(ミリバール)であり、xは結合剤含有量を質量%で表し たものである]によって決 て決定され、かつ引き続いてアルゴン、窒素のような不活性ガス下または真空下 で冷却することを特徴とする、サーメットの製造方法。 11.融点周辺(Ts±80℃)での加熱の際、窒素を導入して圧力を0.2ミ リバールに調節する、請求項10記載の製造方法。 12.プレス成形体をまず真空下で圧力≦0.1ミリバールで1020℃に加 熱し、その後1020℃から1370℃へ加熱する過程で、窒素を導入して圧力 を0.2ミリバールに調節する、請求項10記載の製造方法。 13.焼結後にアイソスタチックプレス成形をアルゴン下で焼結温度近くの温 度で、30バール以上の圧力で実施する、請求項2から4または6から8または 10から12までのいずれか1項記載のサーメットの製造方法。
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DE4415454.2 | 1994-05-03 | ||
DE4423451.1 | 1994-07-05 | ||
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JPH09512308A true JPH09512308A (ja) | 1997-12-09 |
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