JPS5823457B2 - 強靭サ−メット - Google Patents

強靭サ−メット

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JPS5823457B2
JPS5823457B2 JP52095531A JP9553177A JPS5823457B2 JP S5823457 B2 JPS5823457 B2 JP S5823457B2 JP 52095531 A JP52095531 A JP 52095531A JP 9553177 A JP9553177 A JP 9553177A JP S5823457 B2 JPS5823457 B2 JP S5823457B2
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resistance
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高い強度と靭性をもち、耐摩耗性耐熱性、
および耐食性にもすぐれたサーメットに関するものであ
る。
従来、炭化チタン(以下TiCで示す)基サーメットの
靭性、耐熱性、および耐食性を向上させるための研究が
種々行なわれてきており、近年に至って窒化チタン(以
下TiNで示す)または炭窒化チタン(以下T1CN
で示す)を含有させたTiC基サーメットが開発される
ようになった。
すなわち前記TiNは遷移金属窒化物中、窒化ジルコニ
ウム(以下ZrNで示す)と共に最も安定した窒化物で
あり、また高温強度にすぐれ、高い硬度(マイクロビッ
カース硬さで1950 kg、/ma )をもち、さら
に耐食性においてもTiCに比べて格段にすぐれた特性
をもつものであり、このTiN(またはTiCN)をT
iC基サーメットに添加含有させると焼結時における硬
質相の粒成長が著しく抑制され、強いてはサーメットの
靭性向上がはかれるものと解される。
しかしながら、TiN(またはTiCN)を含有したT
iC基サーメットにおいては、TiN(またはTiCN
)含有によって硬質相の結合相に対するぬれ性が劣化す
る傾向が現われるのを避けることができない。
本発明者等は、上述のような観点から、サーメットにお
ける、硬質相自体の強度向上、硬質相の結合相に対する
ぬれ性の改善、および結合相自体の高温特性の向上をは
かることを目的として種々研究を行なった結果、 (a) 硬質相構成成分としてTiCおよびTiN(
TiCとTiNの固溶相も含む)を含有するサーメット
に比較的少量の炭化ジルコニウム(以下ZrCで示す)
を含有させると、硬質相の硬さが高くなり、この結果サ
ーメットの耐摩耗性が向上するようになること。
例えば、硬質相がTiC+10重量%TiNで構成され
た焼結体は、マイクロビッカース硬さ2400′kg/
−を示すのに対して、硬質相がTiC→lO重量%T
i N+ 1重量’% Z r Cで構成された焼結体
は、マイクロビッカース硬さ2950ゆ/rru?tを
示すこと。
(b) TaCおよびNbCは、これ自体TiCおよ
びTiNに比して高い高温強度をもつことから、切削時
に刃先がかなりの高温になると考えられる高速切削工具
などの製造に適用されるサーメットにTaCおよびNb
Cを含有させることはきわめて有用であること。
(c) W、 Mo 、およびこれらの炭化物(以下
WC。
Mo2Cで示す)を、TiC基サーメットに添加含有さ
せると、硬質相と結合相とのぬれ性が向上するよう(こ
なること。
(d) 従来一般に窒化アルミニウム(以下A7Nで
示す)は鉄族金属とのぬれ性が悪いものと考えられてい
たが、TiNと共存させるとぬれ性が非常に良好となり
、しかもAANのうちの一般のAAが結合相中に固溶し
、特に結合相の主成分がNiである場合にはAANのA
Aが前記結合相中に固溶すると共に、Niとの整合析出
粒子であるr’t’g (N t 5A13 (T i
) )を析出してサーメットを強化することから、Ti
N含有のサーメットにAANを含有させると靭性および
耐摩耗性が向上するようになること。
以上(a)〜(d)項に示される知見を得たのである。
この発明は、上言改口見にもとすいてなされたものであ
って、サーメットの硬質相を、 TiN:10〜25%、 W、Mo+WC,およびM O2Cのうちの1種または
2種以上:10〜30係、 ZrC: 0.2〜5.0%、 AlN:0.1〜5.0%、 3〜50饅をTaCおよびNbCのいずれか、または両
方で置換した’ric:残り、 からなる組成で構成し、同結合相を、 鉄族金属のうちの1種または2種以上および不可避不純
物で構成し、上記硬質相と結合相との相対割合を、 硬質相ニア0へ95飴、 結合相:5〜30%、 (以上重量係)としたサーメットにして、このサーメッ
トは、常温特性は勿論のこと、特に高温においてすぐれ
た耐塑性変形性、耐摩耗性、および耐衝撃性を示し、し
たがって熱発生の大きい切削用工具や、熱間ロール、さ
らには通常の耐摩、耐食部品の製造に使用するのに適す
るものであることに特徴を有する1、 ついで、この発明のサーメットにおいて、成分組成範囲
を上述のように限定した理由を説明する6囚 硬質相 ■ TiNの含有量 TiNには、TiNの粒成長抑制作用のほかに、切削工
具として使用した場合に、相手材との摩擦係数の減少に
もとづく耐摩耗性、特に耐クレーター摩耗性の改善作用
があるが、その含有量が10係未満では前記作用に所望
の効果が確保できず、一方25%を越えて含有させると
結合相とのぬれ性が低下するようになってサーメットの
強度低下をもたらし、さらには耐摩耗性も低下するよう
になることから、その含有量を10〜25係と定めた。
■ W、Mo、およびこれらの炭化物の含有量これらの
成分には、上述のように結合相と硬質相とのぬれ性を改
善する作用があるが、10係未満の含有では前記作用に
所望の効果が得られず、一方30チを越えて含有させる
と耐酸化性および耐摩耗性が低下するようになることか
ら、その含有量を10〜30係と定めた。
■ ZrCの含有量 上述のように、ZrC成分には、硬質相の硬さを向上さ
せると共に、硬質相と結合相との粒界強度を向上させる
作用があるが、その含有量が6.2係未満では前記作用
に所望の効果が得られないので0.21以上の含有が必
要であるが、5.0%を越えて含有させると結合相との
ぬれ性が低下し、サーメットの靭性低下をまねくように
なるので5.0 %を越えて含有させてはならない。
■ klHの含有量 AlN成分には、焼結性を改善すると共に、上述のよう
にサーメットを析出強化して靭性゛および耐摩耗性を改
善する作用があるが、その含有量が0.1 %未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方5.0係を越え
て含有させると、鉄族金属とklとの金属間化合物が形
成するようになってサーメットが脆化するようになるこ
とから、その含有量を0.1〜5.0%と定めた。
■ TiCにおけるTaCおよびNbCの置換量TaC
およびNbC成分には、TiCのもつ高温強度を一段と
向上させると共に、その一部が結合相中に固溶してこれ
を固溶硬化する作用があるが、TiCに対する置換量が
3%未満では前記作用に所望の改善効果がみられず、一
方50係を越えて置換するとサーメツトの耐摩耗性およ
び耐酸化性が劣化するようになることから、その置換量
(含有量)を3〜50係と定めた。
■ 硬質分散相の含有量 硬質分散相はサーメットにすぐれた耐摩耗性および耐熱
性を付与するのに不可欠な構成相であるが、その含有量
が70係未満では所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方95%を越えて含有させると結合相とのぬれ性
が悪くなってサーメット中に空孔が多く残留するように
なり、この結果靭性低下をもたらすので、その含有量を
70〜95係と定めた。
(B) 結合相 [有] 結合相の含有量 その含有量が5係未満では、所望の靭性を確保すること
ができず、一方30係を越えて含有させると相対的に硬
質相の含有量が少なくなって耐摩耗性が劣化するように
なることから、その含有量を5〜30係と定めた。
つぎに、この発明のサーメットを実施例により比較例と
対比しながら説明する。
原料粉末として、それぞれ平均粒径:1〜2μmを有す
る、(Ti、Ta)C粉末(T i/Ta =80/2
0 )、(Ti、Nb )C粉末(T i/Nb −6
0/40)、(Ti 、Ta、Nb)、C粉末(T i
/Ta/Nb=55/4015 )、TiC粉末、およ
びTiN粉末、さらに平均粒径:1.2pmのwc粉末
、同0.6μmのW粉末、同1.0μmのMO2C粉床
、同0.7pmのMo粉末、同1.5μmのNi粉床、
同1.o、、、mのCo粉床、同3.0μmのFe粉床
、同1.5μmのZrC粉末。
および平均粒径: l OOmesh以下のAAN 粉
床を用意し、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、ボールミルにて粉砕混合した後、
0.7 ton/C11!Lの成形圧にて圧粉体に成形
し、ついで、この圧粉体を真空中、温度:1430℃に
1時間保持の条件で焼結することによって、実質的に配
合組成と同一の成分組成をもつた本発明サーメット1〜
11と、従来TiC基サーメットとして知られている比
較サーメット1〜3をそれぞれ製造した。
つぎに、この結果得られた本発明サーメソl−1〜11
および比較サーメット1〜3について、ロックウェル硬
さくAスケール)および抗折力を測定すると共に、組織
を観察し、さらに以下に示す条件で乾式連続切削試験お
よび乾式断続切削試験を行ない、前記連続切削試験では
切刃のフランク摩耗幅(逃げ面摩耗幅)とクレータ−摩
耗深さくすくい面摩耗深さ)を測定し、また前記断続切
削試験では6本の試験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。(a) 乾式連
続切削試験条件 被削材:SNCM−8、 切削速度二220 m/mvt、 送り速度: 0.45mm/ rev、、切込み:1.
5mm。
切削時間:10mη、 チップ形状: 5NP432(ホーニング:O,lX−
25°)。
(b) 乾式断続切削条件 被削材:SNCM−8、 切削速度:100m/mvl、 送り速度: 0.3mm1 rev、、 切込み:1.5mm、 切削時間:5mm、 チップ形状: 5NP432(ホーニング:0.lX−
25°)。
第1表および第2表に示される結果から明らかなように
、本発明サーメット1〜11は、いずれも連続切削にお
けるフランク摩耗幅およびクレータ−摩耗深さとも比較
サーメット(従来サーメット)1〜3に比してきわめて
低い値を示し、さらに断続切削における切刃欠損の割合
でも本発明サーメット1〜11の方が一段と良好な結果
を示しており、このように本発明サーメット1〜11は
、特にすぐれた耐摩耗性および靭性をもつと共に、耐酸
化性も兼ね備えているので、低速切削から高速切削まで
の幅広い領域に亘っての切削は云うに及ばず、フライス
切削などの重切削にも適した特性を具備しているのであ
る。
上述のように、この発明のサーメットは、常温特性もさ
ることながら、特に高温においてすぐれた耐クリープ性
、耐摩耗性、および耐衝撃性を示すことから、熱発生の
犬永い高速切削用工具や、熱間鍛造用ダイスおよび熱間
圧延用ロールなどの製造に使用するの(こ適し、さらに
すぐれた耐食性をもっことから腐食にさらされる環境下
の構造部品の製造にも適するなど工業上有用な特性をも
つのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化チタン=10〜25係、 W、Mo、およびこれらの炭化物のうちの1種または2
    種以上=10〜30係、 炭化シルコニウム二〇、2〜5.0%、 窒素アルミニウム二〇、1〜5.0係、 3〜50係を炭化タンタルおよび炭化ニオブのいずれか
    、または両方で置換した炭化チタン:残り、 からなる硬質相ニア0〜95係と、 鉄族金属のうちの1種または2種以上および不可避不純
    物からなる結合相:5〜30%と、(以上重量係)から
    なる組成をもらことを特徴とする強靭サーメット。
JP52095531A 1977-08-11 1977-08-11 強靭サ−メット Expired JPS5823457B2 (ja)

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US06/554,168 US4514224A (en) 1977-08-11 1983-11-22 Tough carbide base cermet

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