JPS58189345A - 強靭サ−メツトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は靭性及び耐熱耐摩耗性に優れた切削工具用サー
メットの製造方法に関する。

サーメットはセラミックと金属とからなる複合材料であ
り、セラミックの耐熱性、高硬度と金属の強度、靭性と
を併有するとされ、各種切削工具、摩擦材料、自己ｒＡ
″／ＩＲ材料、装飾材料等に広く応用されているもので
ある。

特に切削工具としては従来、炭化チタンと金属ニッケル
との組み合わせ、炭化チタン及び窒化チタンと金属ニッ
ケルとの組み合わせを主体とした工具が使用されてきて
いる。特にセラミック成分として炭化チタンと窒化チタ
ンとの組み合わせを採用した場合炭化チタンのみと比較
しで＾温硬さ、熱伝導率が改善された。

しかし、上記セラミック成分として炭化チタンと窒化チ
タンを組み合わせると、窒化チタン力（金属成分とのぬ
れが悪いため靭性あるいは耐摩耗性が満足できる程の改
善がなされなかった。この問題点を解決するものとして
、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化ニオブ、タン
グステン、モ１ノブデン、窒化アルミニウム等を炭化チ
タン及び窒化チタンと組み合わせてセラミック成分とし
、鉄族金属を金属成分としてサーメットを成形したもの
（特許出願公開昭和５４年第３０２０９Ｍ）力（開発さ
れ、優れた切削特性、機械的特性等を有することが知ら
れている。

しかしながら、上記のようにサーメットに窒化アルミニ
ウム等を配合したことにより切削特性、機械的特性が向
上したとはいえ、サーメットの製造■稈における真空焼
結の際、窒化チタンが窒素を分解発生してボアや巣等の
欠陥が発生し強度が低下するという現象が生じていた。

更にこの現象は窒化チタンの配合により焼結温度を上昇
させる必負があることからも促進される形となった。そ
の上窒化チタン自体、鉄族金属とのぬれが悪いためボア
が多く従って強度低下の原因となっており、窒化アルミ
ニウム等の配合で強化しても十分な強度が得にクク、特
に重切削や衝撃の大きいフライス切削、断続切削にはほ
とんど使用されていない状態であり、高速切削に用いた
場合にも耐摩耗性、耐塑性変形性にも難があった。

本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意研究の結果
、窒化チタン等の窒化物を配合した炭化チタン系サーメ
ットに窒化アルミニウムと共に炭素を配合する方法を用
いることにより、従来の欠点を解消するサーメットが得
られることを見い出し、本発明を完成した。

即ち、本発明の要旨とするところは、次の成分＜ａ　＞
　　元素周期律表の■ａ及びｖａ族金属窒化物から選ば
れた１種又は２種以上：５〜３０重量％ （ｂ）、ＶＩａ族金属及び該金属炭化物から選ばれた１
種又は２種以上：３〜４０重鰻％ （Ｃ）　　鉄族金属から選ばれた１種又は２種以上＝４
．７〜３０重量％ （ｄ　）　　窒化アルミニウム二〇、３〜１０重量％（
ｅ　）　　炭化チタン及び不可避不純物：残部以上の（
ａ　）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ　）及び（ｅ）成分から
なるサーメット用船未配合物に対して、該配合物１００
体積部（各添加元素の密度より求めた計算値、以下同じ
）について０．５〜１０体積部の割合の炭素粉末を添加
混合し、成形焼成することを特徴とする強靭す下メット
の製造方法にある。

ここにおいて元素周期律表のＩＶａ族とは元素記号で表
わすとＴｉ、Ｚｒ及びＨｆから成る族、Ｖａ族とはＶ、
Ｎｂ及び７ａから成る族、Ｖｌａ族とはＣｒ　、ＭＯ及
びＷから成る族及び鉄族金属とはＦｅ　、ＧＯ及びＮｉ
からなる族を意味する。

本発明に使用される成分の内、ＩＶａ族金属の窒化物と
しては、化学式Ｔｉ　Ｎ、Ｚｒ　Ｎ、Ｈｆ　Ｎで表され
るもの、’Ｊａ族金属の窒化物としては化学式ＶＮ、Ｎ
ｂ　Ｎ、Ｔａ　Ｎで表わされるもの、Ｖｉａ族金属とし
てはクロム、モリブデン、タングステン、Ｖｌａ族金属
炭化物としては化学式ＣｒａＣ２、Ｃｒ７　Ｃｓ、Ｍｏ
　２Ｇ、ＭＯＣ１Ｗ２Ｃ，ＷＣで表わされるもの、鉄族
金属としては鉄、コバルト、ニッケル、窒化アルミニウ
ムとしては化学式Ａ立Ｎ１：表わされるもの、炭化チタ
ンとしては化学式ＴｉＣで表わされるもの及び炭素とし
てはチャンネルブラック、サーマルブラック、ファーネ
スブラック、アセチレンブラック等の通常のカーボンブ
ラックが使用可能である。

上記成分の内、炭素は結合金属中に溶解し、結合金属中
に同じく溶解したＴｉが析出時にこれと結合しＴｉＣと
なって炭化物、炭窒化物、窒化物粒子表面に析出する。

これにより濡れ性も改善され、焼結温度を下げ、強度も
向上し、又耐摩耗性も向上するという作用があり、その
含有鎖は、仝配合物中の窒化物１００体積部について０
．５〜１０体積部が好ましく、０．５体積部未満では上
記作用効果が薄れ、１０体積部を越えると耐摩耗性が低
下する。

又、■ａ及びｖａ族金属窒化物は合金の粒成艮抑鮎作用
の他に耐クレータ摩耗性の改善作用があり、その含有量
は５〜３０％が好ましく、５％未満では上記作用効果が
薄れ、３０％を越えると耐摩耗性が低下する。

又、■ａ鉄族金属びこれらの炭化物はセラミックの硬質
相と金属の結合相とのぬれ性を改善する効果があり、そ
の含有量は３〜４０％（重量％以下同じ）が好ましく、
３％未満では上記作用効果が薄れ、４０％を越えると炭
化チタン粒子の周辺にできる複炭窒化物の相が脆くなり
合金の強度や耐酸化性が低下する。更に相対的に炭化チ
タンの醋が減少し耐摩耗性が低下する。

又、鉄族金属は結合相としての効果を果し、その含有量
は４．７％〜３０％が好ましく、４．７％未１’ｒは合
金の強度が低下し、３０％を越えると合金の硬度が低下
し、耐摩耗性が悪化する。

又、窒化アルミニウムは硬質相と結合相とのぬれ性を大
幅に向上させ、又、焼結温度を下げる効果があり、その
含有量は０．３〜１０％が好ましく、０．３％未満では
上記効果が十分でなく、１０％を越えると強度や切削特
性が低下する。

更に上述した成分に加えて硬質相としての炭化チタン及
び不可避不純物が残部を占め、これらの成分を主体に本
発明に使用されるサーメット用船未配合物が構成されて
いるが、炭化チタンの一部をＩＶ　ａ及びＶａ族金属炭
化物で置換するとサーメットの硬質相と結合相とのぬれ
性を向上させるばかりでなく耐熱性をも向上させること
が可能である。ぞの含有量は元の炭化チタンの間の４０
％以下が好ましく、置換量が４０％を越えると上記の効
果が薄れると共に、相対的に炭化チタンの鏝も減少する
ので、炭化チタンの特性である耐摩耗性が低下する。

次に使用される各成分の性状は、混合及び成形の容易さ
から粉末状のものが用いられ、一般にぞの粒径は１０μ
以下のものが用いられる。又、各成分は単一でなく、炭
化物と炭化物、炭化物と窒化物あるいは窒化物と窒化物
の固溶体の形で用いてもよい。

上記の原料を用いて成形されたサーメットを焼成する方
法は、通常サーメット製造に採用されているいくつかの
方法を用途に応じて、適宜選択できる。例えば、セラミ
ック粉末と金属粉末とを混合し、湿式で混合したものは
乾燥後に、冷間で金型を用い加圧して賦形し、次いで焼
結する冷開成形焼結法、溶媒と共に泥漿を作り石膏型の
ような多孔質型に鋳込んで成形乾燥し、次いで焼結する
鋳込み成形焼結法、セラミック粉末を予めバインダ及び
ｆｌｌ滑剤と共に混合し成形及び１次焼結して多孔質焼
結体を製造しこれに金属を溶浸させる溶浸法、金属及び
セラミック粉末をプラスチックバインダと共に混合し割
出成形後バインダをとばし焼結する射出成形焼結法、そ
の他焼結時に圧力を加えるホットプレス法、ＨＩＰ法、
ＣＡＰ法等の焼成方法が採用可能である。これらの焼結
は一般に人気中あるいは不活性、又は還元性ガス中で１
２５０〜１８００℃、０．１〜３時間でなされる。

以上詳述した如く本発明方法を用い上記各成分を焼結製
造させたサーメットは窒化チタンを初めとするＩＶａあ
るいはＶａ族金属の窒化物を含有する炭化チタン系サー
メットに窒化アルミニウムと共に炭素を配合したことに
より、窒化物を含む硬質相と結合相金属とのぬれ性が大
幅に改善され、焼結温度も窒化チタンを数％〜数十％添
加した従来の号−メットに比べて大幅に低下する。その
ためボアが少なく微細組織のサーメット焼結体が得られ
る。更に、本発明方法を用いて製造されたサーメットは
機械的特性、切削特性に優れ従来のサーメット工具では
使用が限定されていた重切削や衝撃の大きいフライス切
削、断続切削、切削時に応用の大きさや方向の変化する
倣い切削に優れた特性を示し、又、耐摩耗性、耐塑性変
形性の著しい向上により、高速切削にも十分な性能を発
揮するものである。

次に本発明の実施例により具体的に説明する。

実施例１ 切削工具用焼結合金原料として市販されている第１表の
原料粉末を使用し、これらの原料粉末を第２表及び第５
表に示す各試料Ｎｏ、成分組成に配合し、この配合物を
ステンレス製ボールミルと超硬ボールとを用い湿式混合
した。次いでこの混合物を乾燥後、プレス圧２ｔ／ａＡ
で成形し、爽空中温度１３００〜１３５０℃で１時間焼
結を行って得た切削工具用チップについて抗折力（ＴＲ
８）と硬変を測定した。その後、５ＮＰ４３２の寸法に
研磨して第３表に示す切削条件で切削試験を行った。得
られた結果を各実施例の組成と共に第２表に併記した。

尚、比較例のサーメットも同方法で作成し同様な測定を
行い第２表に併記した。但し比較例の試料Ｎｏ、１−１
０については焼結部１１３５０℃以下では焼結不可能で
あったので、別に１４２０℃で焼結を行った。

第２表のアセチレンブラックのＶＯＷ％（各添加元素の
密度より求めた計算値、以下同じ）は配合物全体に対す
るアセチレンブラックの割合を示す。

全窒化物のｖｏｊ１％とアセチレンブラックの全窒化物
１００体積部に対する割合は第５表に示す。

１ 以上の結果から、ＩＶａ族金属炭化物としてＷＣ及びＭ
Ｏ２Ｃの合計量が４５％と大量に配合された比較例の試
料１−８は、硬度の点では本発明のものとほとんど同じ
であるけれども抗折力（ＴＲ８）が低く、切削試験にお
ける摩耗膳が多く、チップ欠損までの切削回数の少ない
ものであり不満足な性能であった。又、逆に■ａ族金属
炭化物としてＭＯ２Ｃが１％である比較例の試料１−９
はＴＲ８及び硬度が低く、切削試験においても摩耗鑞が
多く、チップの欠損までの切削回数も極端に少なかった
。又、窒化アルミニウム及び炭素を全く含まない比較例
の試料１−１０も同様に不満足な性能であり、特に、チ
ップ欠損までの切削回数が少なかった。

実施例２ 同様に第１表の原料粉末を使用し、第４表及び第５表に
示す各実施例の成分組成に配合し、その後、前記実施例
１〜７と同じ工程で切削工具用チップを得、同様に抗折
力（ＴＲ８）と硬度を測定し、第６表に示す切削条件で
切削試験を行った。

得られた結果を各実施例の組成と共に第４表に併記した
。尚、比較例のサーメットも同方法で作成し同様な測定
を行い第４表に併記した。但し、比較例６については焼
結温度１３５０℃以下では焼結不可能であったので、別
に１４５０℃で１時間焼結処理を行った。全窒化物のＶ
ＯＷ％とアセチレンブラックの全窒化物１００体積部に
対する割合は第５表に示す。

第５表 以上の結果から、ＩＶ　ａあるいはＶａ族金属窒化物と
してＴｉＮ及びＮｂＮの合計が４１％と人聞に配合され
た比較例の試料２−６は〒Ｒ８では優れるが、硬度が低
く、切削試験の摩耗量及び塑性変形量が大きく、不満足
な性能であった。更に、窒化アルミニウム及び炭素を全
く含まない比較例の試料２−７は、硬度が低く、切削試
験の摩耗―及び塑性変形量は極端に大きく、不満足な性
能であった。

又、本発明の試料２−１と比較例の試料２−７とは、は
とんど同一の組成であるが窒化アルミニウム及び炭素を
配合した試料２−１の方は１３４０℃で焼結でき、前記
の如＜１４５０℃でなければ焼結しない試料２−７より
かなり低温ぐ焼結し、本発明は、省エネルギーにも貢献
するものである。

代理人　弁理士　足立　勉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）　　元素周期律表のｌ’％ｌａ及びＶａ族金属窒
   化物から選ばれた１種又は２種以上：５〜３０重麺％ （ｂ）　　ＶＩａ族金属及び該金属炭化物から選ばれた
   １種又は２種以上＝３〜４０重齢％ （Ｃ）　　鉄族金属から選ばれた１種又は２種以上：４
   ．７〜３０重量％ （ｄ）　　窒化アルミニウム：０．３〜１０重量％（ｅ
   　）　　炭化チタン及び不可避不純物：残部以上の（ａ
   　）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ　＞及び（ｅ　）成分から
   なるサーメット用船未配合物に対して、該配合物中の窒
   化物１００体積部について０．５〜１０体積部の割合の
   炭素粉末を添加混合し、成形焼成することを特徴とする
   強靭サーメットの製造方法。 ２　（ｅ）成分中、炭化チタンの４０％以下がＩＶａ及
   びｖａ族金属炭化物から選ばれた１種又は２種以上によ
   って置換されたものである特許請求の範囲第１項記載の
   強靭サーメットの製造方法。 ３　（ａ）成分が化学式Ｔｉ　Ｎ、Ｚｒ　Ｎ１ＨｆＮ、
   ＶＮｌＮｂ　Ｎ及びＴａＮから選ばれた１種又は２種以
   上、（ｂ）成分が化学式Ｃｒ　１Ｍｏ　、Ｗ。 ＭＯ２Ｃ及びＷＣから選ばれた１種又は２種以上及び（
   Ｃ）成分が化学式Ｎｉ５Ｃｏから選ばれた１種又は、２
   種以上である特許請求の範囲第１項若しくは第２項記載
   の強靭サーメットの製造方法。