JPS58213843A - 高強度サ−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】 この発明は、耐摩耗性に富むとともに靭性が極めて高く
、倣い切削および断続切削等の負荷の高い切削を高速で
行なうことができる高強度サーメットの製造法に関する
ものである。

近年、機械工作の分野においては、生産能率向上のため
に高速切削作業の採用が増大して来ているが、高速切削
においては高い摩擦熱が発生することから工具の刃先が
高温にさらされ、したがって、ＷＣを主成分とする超硬
合金工具を使用したのでは、酸化したり塑性変形を起し
、工具寿命が著しく短かく、良好な作業性を確保できな
いものであった。

従来、このような苛酷な条件下で使用される工具材料と
しては、Ｔ１の炭化物および窒化物（以下、ＴｉＣおよ
びＴｉＮで示す）のいずれか、あるいは両者を主成分と
するサーメットが知られていた。

このような成分組成のサーメットは、確かに、耐摩耗性
や耐変形性にすぐれたものではあったが、一般の切削工
具として使用するには靭性面に不安がちり、特に倣い切
削や断続切削に適用すると切刃の欠損を生じやすいとい
う問題点を有していたので、その用途は負荷の軽い仕上
切削に限定されているのが実情である。

本発明者等は、上述のような観点から、切削工具として
の従来のサーメットの耐摩耗特性を維持しつつ、しかも
すぐれた靭性を兼ね備えた素材を得るべく研究を行なっ
た結果、以下（ａ）〜（ｄ）に示す如き知見を得たので
ある。すなわち、 （ａ）　　従来のＴｉＣおよびＴｉＮの一方まだは両方
を主成分としているサーメットは、その出発原料として
、ＴＩ　Ｃ＋　ＴｉＮ、およびＷＣ等の主要原料粉末、
あるいは該主要原料粉末を高温で固溶したＴｉ（ＣＮ）
や（Ｔｉ、Ｗ）（ＣＮ）等の固溶体粉末を用い、これに
Ｃｒ族およびＦｅ族の結合金属粉末を加えたものを混合
し、プレス成形し、焼結して製造されていたが、このよ
うなサーメットの主成分であるところの、ＴｉＣやＴｉ
Ｎ粉末の粒度は、市販されているものの中で最も細かい
ものであっても１．０μｍを少々上まわる程度のもので
あり、しかも加熱によって粒成長を起しやすいものであ
るから、市販原料をそのまま使用したのでは微細組織で
靭性の高いサーメットを得ることができないこと、（ｂ
）　　上記主要原料粉末あるいはこれらの固溶体粉末を
強粉砕し、さらに粒成長抑制のためにＴａＣ。

ＮｂＣ、Ｖ　Ｃ等の化合物を添加して焼結を行なっても
、上記粒成長抑制剤はＷＣＣ超超硬合金場合のような効
果は々く、このような方法で合金を作成するとサーメッ
トの合金組織はむしろ粒成長を起してしまい、靭性低下
を引き起すこと、（ｃ）シかしながら、チタン酸化物と
、ジルコニウム酸化物およびハフニウム酸化物の１種ま
たは２種と、タングステン酸化物およびモリブデン酸化
物の１種または２種と、炭素とを粉砕・混合し、窒素雰
囲気下で同時に還元炭窒化すると、容易に１．０μｍ以
下の（Ｔｉ　、　ＩＶＬ　１Ｍ２　）　（ＣＮ　）粉末
〔但し、ＭｌはＺｒおよびＨｆの１種または２種、Ｍ２
はＷおよびＭｏの１種まだは２種〕を得ることができ、
この粉末を原料として、これに結合金属を加えて焼　　
　結すると、得られるサーメットは粒成長を起しにくく
、１．０μｍ以下の完全固溶した（Ｔｉ２Ｍ１９Ｍ２）
（ＣＮ）相が分散した組織を有するものとなるとと０ そして、このようにして得られたサーメットは高速切削
時にすぐれた耐摩耗性を示すことはもちろん、倣い切削
および断続切削等の負荷の高い切削でも欠損を生ずるこ
となく、従来の、ＴｉＣ＋ＴｉＮ　、Ｔｉ　（ＣＮ　）
等を主成分とするサーメットに比べて、靭性が著しく向
上すること、 （ｄ）　　上記（ｃ）項に記載した（Ｔｉ　、　Ｍｌ　
、　Ｍ２）　（ＣＮ）粉末と同一組成の粉末を、市販の
Ｔｉｃ、ＴｉＮ。

ＷＣｌおよびＭ　ｏ　２　Ｃ粉末を原料として作り、こ
れにＷ　＋　Ｍｏ　＋　Ｃｏ　＋　Ｎｉ等の粉末からな
る結合相を加えて焼結しても、得られたサーメットの合
金組織は粒成長を起し、１．０μｍ以上の粒子となって
しまって靭性が低下するようになること。

したがって、この発明は上記知見にもとづいてなされた
ものであり、 チタン酸化物と、ジルコニウム酸化物およびシ・フニウ
ム酸化物の１種または２種と、タングステン酸化物およ
びモリブデン酸化物の１種またけ２種と、炭素とを、粉
砕・混合し、窒素雰囲気中で加熱することによって、１
．０μｍ以下の粒径の複合炭窒化物を得、ついで、これ
に結合金属として、ＷおよびＭｏ粉末の１種以上：５〜
２０重量％、ＣｏおよびＮｉ粉末の１種以上：５〜２５
重量％、を加えて、混合後、プレス成形し、焼結するこ
とによって、１．０μｍ以下の完全固溶した複合炭窒化
物分散相と結合相とからなる組織を有する高強度サーメ
ットを製造することに特徴を有するものである。

なお、この発明の高強度サーメットの製造に使用する酸
化物原料並びに炭素は、格別のものを使用する必要はな
く、市販のもので十分である。また、還元・窒化の際の
加熱温度や、焼結の際の加熱温度は、酸化物の還元や窒
化処理に採用されている通常の温度で十分であることは
もちろんのことである。

つぎに、この発明の高強度サーメットを製造する際に添
加する結合金属の添加割合、および複合炭窒化物粉末や
複合炭窒化物分散相の粒度を上述のように限定した理由
を説明する。

■ＷおよびＭ。

これらの成分は、（’Ｊ’ｉ　、　ＦＶＩＩ　１Ｍ２　
）　（ＣＮ　）相〔但し、肌はＺｒおよびＨｆの１種ま
たは２種、■はＷおよびＭｏの１方または両者である〕
と、Ｆｅ族金属のぬれ性を改善し、サーメットの耐摩耗
性および靭性を向上させる作用があるが、その含有量が
５重量係未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方２０重量％を越えると（Ｔ１＋　Ｍｌ　＋　Ｎ２　）
　（ＣＮ）相の周囲に析出して粒成長を起し、ひいては
、サーメットの耐摩耗性および靭性を低下させるように
なることから、その含有量を５〜２０重量係と定めた。

■　ＣｏおよびＮｉ これらの成分には、サーメットの靭性を向上させる作用
があるが、その含有量が５重量係未満では、所望の効果
を得ることができず、一方２５重量裂を越えるとサーメ
ットの耐摩耗性が低下するようになることから、その含
有量を５〜２５重量係と定めだ。

■　複合炭窒化物粉末、および複合炭窒化物分散相の粒
度 チタン酸化物、タングステン酸化物、およびモリブデン
酸化物を同時に還元炭窒化して得られた（　Ｔ＋　、　
Ｒ／Ｌ　、　Ｎ２）　（ＣＮ　）粉末は、微細でかつ焼
結時に粒成長を起しにくいため、合金組織が１．０μｍ
以下のサーメットを容易に得ることができるが、炭窒化
温度を２０００°Ｃ以上の高温にし、サーメットの焼結
温度も１５００°Ｃ以上の高温にすると、合金組織は若
干粒成長を起し、１．０μｍを越えるようになる。

このようにして作成した（　ＴＩ　＋　：Ｎ’Ｌ　＋に
）（ＣＮ）の粒度が１．０μｍを越えるサーメットは靭
性に劣るため、複合炭窒化物分散相の粒度、すなわちサ
ーメットの合金組織が１．０μｍ以下となるように定め
だ。そして、酸化物を還元・窒化して得られた複合炭窒
化物粉末の粒度を、■。０μｍ以下としだのも同様の理
由からで、該粉末の粒度が１．０μｍを越えると、所望
粒度の合金組織を得ることができなくなるからである。

また、この発明方法で高強度サーメットを製造するに際
して、結合相中、あるいは複合炭窒化物相中に以下に示
すような成分を含有せしめると、それぞれの成分に応じ
た性能を有するサーメットが得られるのである。

（１）結合相中にＡｌを３重量％以下の範囲で含有せし
めると、Ｎ１ａＡｆｆ１等の金属間化合物が析出し、結
合相が強化される。

（２）結合相中にＣｒ　、　Ｆｅを各々３重量％以下の
範囲で含有せしめると、結合相が固溶強化される。

（３）　　（Ｔｉ　、Ｍｌ、Ｎ２　）　（ＣＮ　）中に
、０２およびＢを各々１モル係以下の範囲で含有させる
と、分散相の耐摩耗性が向上する。

（４）　　（Ｔｉ、Ｍｌ２Ｍ２）（ＣＮ）のＴｉ成分の
３０モルチ以下を、Ｔａおよび歯の１種または２種で置
換せしめても、その特性に変化を来たさない。

（５）　　（Ｔｉ、Ｍｌ、１１４）（ＣＮ）以外の分散
相として、３重量％以下の■ａ族、■ａ　　族の炭化物
並びに窒化物を添加しても、サーメットの特性に悪影響
はない。

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

実施例　ｌ ＴｉＯ２粉末：　５９．６重量係、Ｚ　ｒ　０２粉末：
１．０重量係、Ｗ　Ｏ３粉末：１３．２重量係、Ｃ粉末
：２６．２重量係となるように各粉末を配合し、これら
の粉末をボールミルにて５時間、湿式で粉砕・混合し、
乾燥後、この混合粉末を高周波炉においてＮ２気流中で
１９００°Ｃに加熱し、２時間保持して還元・炭窒化を
行なった。

このようにして得られた粉末は、平均粒度が０．８０　
ＩＩ　ｍで、（Ｔｉ　Ｏ，９１２Ｚｒ　ｏ、ｏｌＷ　０
．０７　　）（Ｃ０，６２Ｎ０．３８　）の組成のもの
であった（但し、モル比で示した）。

該粉末に、Ｍｏ粉末およびＮｉ粉末を加えて、湿式で粉
砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を１０ｋｇ／−の圧
力でプレス成形した。ついで、これを真空焼結炉にて１
４３０°Ｃで２時間保持して焼結し、（Ｔｉ　Ｏ，９２
Ｚｒ　ｏ、０１　Ｗｏ、０７）　（Ｃ０，６２Ｎｏ、３
８　）−９重量％Ｍｏ　−１２重量％Ｎｉの組成からな
るサーメット（以下本発明サーメット１という）を作製
した。

また、比較の目的で、上記の同一の組成を有してはいる
が、（Ｔｉ　、Ｚｒ＋Ｗ）（ＣＮ）粉末ではなく　、Ｔ
ｉＣ、ＴｉＮ　、ＺｒＣおよびＷＣの主要原料粉末にＭ
ｏ　、　ＮｉおよびＣｏを加えて、本発明サーメット１
と同様な方法で製造したサーメット（以下、比較サーメ
ット１という）も作成した。

つぎに、本発明サーメットと比較サーメットをＸ線回折
で調べたところ、両者の差は確認できなかったが、合金
組織は本発明サーメット１が１．０μｍ以下の（Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｗ）（ＣＮ）相を有しているのに対し、比較サー
メットは３．０〜５．０μｍの粗い粒子が点在し、その
結果、第１表に示されるごとく、本発明サーメットは比
較サーメット１に対して、硬さ、抗折力ともにすぐれた
測定値を有していた。

さらに、本発明サーメット１と比較サーメット１の焼結
体を５ＮＰ４３２の形状に研磨し、第２−１１＝ １２− 表に示した条件にて連続切削試験と断続切削試駆を行な
い、連続切削試験においては切刃のフラン数をチェック
した。そして、これらの結果も第１表に併せて示した。

第１表に示される結果からも、本発明サーメット１は比
較サーメット１に比べて、耐摩耗性は同等であるが、耐
欠損性（靭性）は著しくすぐれていることがわかる。

実施例　２ Ｔｉ０２粉末：５１．９重量％、ＺｒＯ２粉末：４．７
重量％、Ｗ　０３粉末：　１７．７重量％、Ｃ粉末：２
５．７重量％となるように各粉末を配合し、これらの粉
末をが一ルミルにて５時間、湿式で粉砕・混合し、乾燥
後、この混合粉末を高周波炉においてＮ２気流中で１９
００℃に加熱し、２時間保持して還元・炭窒化を行なっ
た。

このようにして得られた粉末は、平均粒度が０．８５μ
ｍで、（Ｔｉ　Ｅ？、ｓｉ’　Ｚｒ　６：ｏ５Ｗ６：１
ｏ’）（Ｃ０，７０Ｎ　Ｏ，３０）の組成のものであっ
た。

該粉末に、Ｍｏ粉末、Ｎｉ粉末およびＣｏ粉末を加えて
湿式で粉砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を１０ｋｇ
／ｍｎｔの圧力でプレス成形した。ついで、これを真空
焼結炉にて１４００℃で１．５時間保持して焼結し、（
Ｔｉｏ、８□Ｚｒｏ、。５Ｗｏ、□。）（ｃｏ、７６Ｎ
ｏ、３６）−１２重量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ−１０重量
％Ｃｏの組成からなるサーメット（以下、本発明サーメ
ット２という）を作製した。

また、比較の目的で、上記（Ｔｉｏ、５ｓＺｒｏ、ｏｓ
　Ｗｏ、１ｏ　）　（Ｇｏ、７ｏＮｏ、３ｏ　）粉末、
Ｍｏ粉末、Ｎｉ粉末およびＣｏ粉末に加えて、ＴａＣ粉
末、ＮｂＣ粉末およびＶＣ粉末を配合し、これを焼結し
て下記組成を有する比較サーメット２〜４を作製した。

比較サーメット２　：（Ｔｉｏ、ａｓ　　Ｚｒｏ、ｏｓ
　　Ｗｏ、１ｏ）（ＣＯ，７０Ｎ　ｏ、ａｏ　）　−１
０重量％ＴａＣ−１２重量％Ｍｏ−６重量％ Ｎｉ　−：　１０重量％Ｃｏ、 比較サーメット３　：　　（Ｔｉｏ、ａｓＺｒｏ、ｏ５
Ｗｏ、ｔｏ　）（Ｃ０，７ＯＮｏ、３０）−１０重量％
Ｎｂ　Ｃ− １２重量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ− １０重量％Ｃｏ　。

比較サーメット４　：（Ｔｉｏ、５５Ｚｒｏ、ｏ５Ｗ０
．１０）（Ｃ０，７ＯＮｏ、ａｏ）−５重量係ＶＣ−１
２ 重量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ−１’０ 重量％ｃｏ。

さらに、これとは別に、本発明サーメット２と同一の粉
末を使用し、同一の組成を有してはいるが、焼結を１６
００℃という高温で１時間保持し、（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ）
（ＣＮ）相が１．．５〜５゜Ｏμ７７１に粒成長を起し
た比較サーメット５を作製した。

つぎに、本発明サーメット２と比較サーメット２〜５の
硬さおよび抗折力を測定し、その結果を第３表に示した
。また、これらのサーメットを用いて第４表に示される
条件にて切削試験を行ない、実施例１と同様なチェック
を行なった結果も、第３表に併せて表示した。

得られた本発明サーメット２は、１．０μｍ以下の（Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｗ）（ＣＮ）相を有していたが、比較サーメ
ット２〜４は（Ｔｉ　、Ｚｒ、　Ｗ）　（ＣＮ）相１５
− が２．０〜４．５μｍに粒成長しており、比較サーメッ
ト５は上述のように１．５〜５．０１１ｍに粒成長して
いるので、第３表に示される結果においても、本発明サ
ーメット２は比較サーメット２〜５に比べて、硬さや耐
摩耗性は同等であるが抗折力にはるかにすぐれ、しかも
耐欠損性も著しく高い結果を示している。

実施例　３ ＴｉＯ２粉末、ＺｒＯ２粉末、ＨｆＯ□粉末、ＷＯａ末
、Ｍ。

０３粉末およびＣ粉末を用いて、実施例１と同様な方法
で第５表に示される固溶体粉末を作成した。

また、比較の目的で、市販品であるところの粒度の大き
い固溶体粉末を購入し、その組成も第５表に示した。

第５表に示される原料粉末に、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ｃｒ
粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮ１ＡＡ粉末を加え
て、実施例１と同様な方法で第６表に示される組成のサ
ーメットを作製した。

このようにして得られた本発明サーメット３〜１０と、
比較サーメット６〜８について、硬さお１７− よび抗折力を測定して、同じく第６表にその結果を併記
した。

本発明のサーメットは１．０μｍ以下の分散相を有して
いたが、比較サーメット６〜８は２．０〜４．０μｍの
粗い粒子が大半であり、その結果、第６表に示されるよ
うに、本発明サーメットは比較サーメットに比べて硬さ
が若干高く、抗折力が大幅にすぐれていて、本発明サー
メットが高強度を有していることが確認された。

上述のように、この発明によれば、すぐれだ耐摩耗性と
靭性とを併せ持つ高強度サーメットを生産性良く製造す
ることができ、得られた製品は、高速切削や断続切削に
使用しても、すぐれた切削性能を長時間に亘って維持子
ることができるなど、工業上有用な効果がもたらされる
のである。

出願人　　三菱金属株式会社（ほか１名）代理人　　富
　　１）　和　　夫 １９− ２２７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チタン酸化物と、ジルコニウム酸化物およびハフニウム
   酸化物の１種または２種と、タングステン酸化物および
   モリブデン酸化物の１種または２種と、炭素とを、粉砕
   ・混合し、窒素雰囲気中で加熱することによって、１．
   ０μｍ以下の粒径の複合炭窒化物を得、ついで、これに
   結合金属として、ＷおよびＭｏ粉末の１種以上：５〜２
   ０重量％、ｃｏおよびＮｉ粉末の１種以上：５〜２５重
   量％、を加えて、混合後、プレス成形し、焼結すること
   を特徴とする、１．０μｍ以下の完全固溶した複合炭窒
   化物分散相と結合相とからなる組織を有する高強度サー
   メットの製造方法。