JPS586775B2 - Cermet for cutting - Google Patents

Cermet for cutting

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JPS586775B2
JPS586775B2 JP576877A JP576877A JPS586775B2 JP S586775 B2 JPS586775 B2 JP S586775B2 JP 576877 A JP576877 A JP 576877A JP 576877 A JP576877 A JP 576877A JP S586775 B2 JPS586775 B2 JP S586775B2
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JP
Japan
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cutting
cermet
content
carbonitrides
solid solution
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JP576877A
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Japanese (ja)
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英和 土井
賢一 西垣
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高速切削のみならず、フライス切削などの
重切削に適用した場合にもすぐれた切削性能を示すサー
メットに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a cermet that exhibits excellent cutting performance not only in high-speed cutting but also in heavy cutting such as milling.

従来、切削用サーメットとしては、炭化チタン(以下T
iCで示す)を主成分とするものが主流を占めていたが
、最近では窒化チタン(以下TiNで示す)を主成分と
するものや、前記のTiCを主成分とするサーメットの
TiCの1部をTiNで置換したものおよび炭窒化チタ
ン(以下TiCNで示す)を主成分とするものなどが発
表されている。
Conventionally, titanium carbide (hereinafter T
Previously, cermets mainly composed of titanium nitride (hereinafter referred to as TiN) were the main component, and cermets containing TiC as the main component have recently been introduced. Examples include those in which TiN is substituted for TiN, and those in which titanium carbonitride (hereinafter referred to as TiCN) is the main component.

しかしながら、上記のTiCを主成分とするサーメット
は、その靭性がWC基合金などより劣っており、また上
記の主成分であるTiCの1部をTiNで置換したサー
メットおよびTiCNを主成分としたサーメットにおい
ては、ボア(小孔)や巣などの合金欠陥の発生は少ない
が、硬質相の主体がTiCであるために本質的な強度改
善はなされておらず、しかも靭性も未だ十分なものとは
なっていない。
However, the above-mentioned TiC-based cermets are inferior in toughness to WC-based alloys, etc., and cermets in which a part of the above-mentioned main component TiC is replaced with TiN and TiCN-based cermets Although alloy defects such as bores and cavities are less likely to occur in the alloy, since the hard phase is mainly TiC, there has been no substantial improvement in strength, and the toughness is still not sufficient. is not.

さらに、上記のTiN主成分のサーメットにおいては、
ボアや巣などの合金欠陥が原因で結合相に十分な強度を
得ることができず、特に高温における強度低下が著しい
Furthermore, in the above TiN-based cermet,
Due to alloy defects such as bores and cavities, sufficient strength cannot be obtained in the binder phase, and the strength decreases particularly at high temperatures.

このようなことから、上記のいずれのサーメットも衝撃
の加わる切削形態においては、切削工具として満足な使
用を期待することができないのが現状である。
For this reason, the current situation is that none of the above-mentioned cermets can be expected to be used satisfactorily as a cutting tool in cutting forms where impact is applied.

本発明者等は、上述のような観点から、常温および高温
において高い強度をもつと共に、すぐれた靭性、耐フラ
ンク摩耗性、耐クレーター性、および耐酸化性をもち、
特に切削工具として使用するのに適したサーメットを得
べく研究を行った結果、 (1)硬質相の主体を、Ta,Nb、およびZrの炭窒
化物のうちの1種または2種以上=5〜50重量係を含
有し、残りがTiCNからなり、N/C重量比: 1/
10〜2/1をもった複数固溶炭窒化物で構成すると、
合金製造における真空焼結の際に分解窒素の発生がきわ
めて減少するので合金欠陥がなく、しかも耐摩耗性に富
むと共に、固溶強化され、強靭化されたサーメットが得
られること。
From the above-mentioned viewpoints, the present inventors have discovered that the material has high strength at room temperature and high temperature, as well as excellent toughness, flank wear resistance, crater resistance, and oxidation resistance.
As a result of research to obtain a cermet particularly suitable for use as a cutting tool, we found that: (1) The main part of the hard phase is one or more of Ta, Nb, and Zr carbonitrides = 5 ~50% by weight, the rest consists of TiCN, N/C weight ratio: 1/
When composed of multiple solid solution carbonitrides with a ratio of 10 to 2/1,
The generation of decomposed nitrogen during vacuum sintering in alloy production is extremely reduced, so that a cermet which has no alloy defects, is rich in wear resistance, and is solid solution strengthened and toughened.

(2)炭化タングステン(以下WCで示す)、金属タン
グステン(W)、炭化モリブデン(Mo2C)、および
金属モリブデン(Mo)のうちの1種または2種以上を
添加含有させると、硬質相の主体である上記複数固溶炭
窒化物の粒成長が抑制されると共に、Alと鉄属金属か
らなる結合相とのぬれ性が改善されて焼結性が向上する
こと。
(2) When one or more of tungsten carbide (hereinafter referred to as WC), metallic tungsten (W), molybdenum carbide (Mo2C), and metallic molybdenum (Mo) is added and contained, the main part of the hard phase becomes Grain growth of certain of the plurality of solid solution carbonitrides is suppressed, and the wettability of Al and a binder phase made of ferrous metals is improved, thereby improving sinterability.

以上(1)および(2)項に示す知見を得たのである。The findings shown in sections (1) and (2) above were obtained.

したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、サーメットを、重量%で、 (a)W,Mo、およびこれらの炭化物からなる群のう
ちの1種または2種以上:10〜40%、(b)Ta,
Nb、およびZrの炭窒化物からなる群のうちの1種ま
たは2種以上:5〜50%含有し、残りがTiCNから
なる組成をもち、N/C重量比:1/10〜2/1をも
つ複数固溶炭窒化物:30〜85%、 (c)Al:0.05〜3%、 (a)鉄属金属および不可避不純物:4.95〜27%
、から構成すると共に、上記(a)および(b)成分で
硬質相を、上記(c)および(d)成分で結合相を形成
したことに特徴を有するものである。
Therefore, the present invention has been made based on the above findings, and the present invention is based on the above-mentioned findings, and includes a cermet containing (a) one or more of the group consisting of W, Mo, and carbides of these: 10% by weight; ~40%, (b) Ta,
Contains one or more of the group consisting of carbonitrides of Nb and Zr: 5 to 50%, with the remainder consisting of TiCN, N/C weight ratio: 1/10 to 2/1 Multiple solid solution carbonitrides with: 30-85%, (c) Al: 0.05-3%, (a) Iron metals and inevitable impurities: 4.95-27%
, and is characterized in that the components (a) and (b) above form a hard phase, and the components (c) and (d) above form a binder phase.

つぎに、この発明のサーメットにおいて、成分組成およ
びN/C重量比を上述のように限定した理由を述べる。
Next, the reason for limiting the component composition and N/C weight ratio as described above in the cermet of the present invention will be described.

(1)複数固溶炭窒化物 ■N/C重量比 その重量比が2/1を越えるとCに対するNの量が多く
なり過ぎてサーメット製造における真空焼結の際に窒素
の分解発生が起ってポアや巣などの欠陥が発生1るよう
になり、強度が低下するようになるので前記上限以下の
N/C比にしなければならない。
(1) Multiple solid solution carbonitrides ■ N/C weight ratio If the weight ratio exceeds 2/1, the amount of N relative to C becomes too large and nitrogen decomposition occurs during vacuum sintering in cermet manufacturing. As a result, defects such as pores and cavities will occur and the strength will decrease, so the N/C ratio must be below the upper limit.

しかし1/10未満のN/C比にすると、Nに対するC
の量が多くなりすぎて窒化物のもつすぐれた耐クレータ
ー性および耐熱亀裂性を確保することができなくなるの
で前記下限値以上のN/C比にしなければならない。
However, if the N/C ratio is less than 1/10, C to N
If the amount of nitride becomes too large, it becomes impossible to ensure the excellent crater resistance and thermal cracking resistance of the nitride, so the N/C ratio must be greater than the lower limit value.

■Ta,Nb、およびZrの炭窒化物の含有量これらの
成分の炭窒化物には、サーメットを固溶強化する作用が
あるが、その含有量が5%未満では、前記作用に所望の
効果が得られないので5%以上の含有が必要であり、5
0%を越えて含有させると耐摩耗性が劣化するようにな
るので50%を越えて含有させてはならない。
■Content of carbonitrides of Ta, Nb, and Zr Carbonitrides of these components have the effect of solid solution strengthening of the cermet, but if the content is less than 5%, the desired effect is not achieved. cannot be obtained, so it is necessary to contain 5% or more.
If the content exceeds 0%, wear resistance will deteriorate, so the content should not exceed 50%.

■複数固溶炭窒化物の含有量 その含有量が30%未満では、耐摩耗性に富み、しかも
固溶強化され、高靭性化されたサーメットを得ることが
できないので、30%以上の含有が必要である。
■Content of multiple solid solution carbonitrides If the content is less than 30%, it will not be possible to obtain a cermet with high wear resistance, solid solution strengthening, and high toughness. is necessary.

しかし85%を越えて含有させると、相対的に結合相の
含有量が少なくなり過ぎてサーメット自体が脆くなって
使用に供し得なくなるので85%を越えて含有させては
ならない。
However, if the content exceeds 85%, the binder phase content becomes relatively too small and the cermet itself becomes brittle and cannot be used. Therefore, the content should not exceed 85%.

(2)W,Mo、およびこれらの炭化物の含有量その含
有量が10%未満では、複数固溶炭窒化物の粒成長抑制
およびこれの結合相とのぬれ性、さらにサーメット製造
時における焼結性に所望の改善効果が得られないので前
記下限値以上の含有が必要である。
(2) Content of W, Mo, and these carbides If the content is less than 10%, the grain growth of multiple solid solution carbonitrides is suppressed, the wettability of this with the binder phase, and sintering during cermet manufacturing. Since the desired effect of improving properties cannot be obtained, it is necessary to contain the above lower limit or more.

しかし40%を越えて含有させると硬質相形成の際に複
数固溶炭窒化物から分解窒素が発生しやすくなり、この
結果ポアや巣ができやすくなって強度が低下すると共に
、耐摩耗性も劣化するようになるので前記上限値を越え
て含有させてはならない。
However, if the content exceeds 40%, decomposed nitrogen is likely to be generated from multiple solid solution carbonitrides during hard phase formation, and as a result, pores and cavities are likely to be formed, resulting in a decrease in strength and wear resistance. The content should not exceed the above upper limit because it will cause deterioration.

(3)Alの含有量 結合相中にAlを含有させると、Ni3Al(Ti)型
の金属間化合物が微細に析出して結合相の強化がはかれ
るが、その含有量が0.05%未満では前記強化を十分
にはかることができず、一方3%を越えて含有させると
NiAl,CoAl、およびFeAlなどの脆化相が析
出1るようになって好ましくないことから、その含有量
を0.05〜3%と定めた。
(3) Al content When Al is included in the binder phase, Ni3Al(Ti) type intermetallic compounds are finely precipitated and the binder phase is strengthened, but if the content is less than 0.05%, the binder phase is strengthened. The above-mentioned strengthening cannot be sufficiently achieved, and on the other hand, if the content exceeds 3%, brittle phases such as NiAl, CoAl, and FeAl will precipitate, which is undesirable. It was set at 0.05 to 3%.

(4)鉄属金属の含有量 その含有量が4.95%未満では、所望の靭性を確保す
ることができないので前記下限値以上の含有が必要であ
るが、27%を越えて含有させると耐摩耗性が劣化する
ようになるので前記上限値を越えて含有させてはならな
い。
(4) Content of ferrous metals If the content is less than 4.95%, the desired toughness cannot be secured, so the content must exceed the lower limit value above, but if the content exceeds 27% The content should not exceed the above upper limit as this will deteriorate the wear resistance.

なお、この発明のサーメット製造に際して用いられる上
記複数固溶炭窒化物形成のための原料は、例えば、 a TiCと、Ta,Nb、およびZrのうちの1種ま
たは2種以上の成分の炭化物との混合物、あるいはこれ
らの炭化物混合物を高温処理して得られた複炭化物を、
高温の窒素雰囲気中で反応させて固溶体化する方法、 b TiとTa,NbおよびZrのうちの1種または2
種以上の金属、これらの炭化物、窒化物、および炭窒化
物、さらに炭素の中からN/C重量比:1/10〜2/
1をもった複数固溶炭窒化物を形成するように適当量配
合し、高温の真空雰囲気または不活性雰囲気中で反応さ
せて固溶させる方法、 などの方法によって調製することができる。
The raw materials for forming the plurality of solid solution carbonitrides used in the production of the cermet of the present invention include, for example, a carbide of one or more of TiC, Ta, Nb, and Zr; or a double carbide obtained by high temperature treatment of a mixture of these carbides,
A method of reacting in a high temperature nitrogen atmosphere to form a solid solution, b Ti and one or two of Ta, Nb and Zr
N/C weight ratio: 1/10 to 2/2 of metals, their carbides, nitrides, carbonitrides, and carbon
It can be prepared by a method such as mixing an appropriate amount so as to form a plurality of solid solution carbonitrides having 1 and reacting in a high-temperature vacuum atmosphere or an inert atmosphere to form a solid solution.

ついで、この発明のサーメットを実施例により比較サー
メットと対比しながら説明する。
Next, the cermet of the present invention will be explained based on examples and compared with comparative cermets.

第1表に示す成分組成をもつように、それぞれ平均粒径
1〜2μをもつ複数固溶炭窒化物粉末、TiC粉末、T
iN粉末、およびTiCN粉末、さらに同1.2μのW
C粉末、同1.0μのW粉末、同1.0μのMo2C粉
末、同0.6μのMo粉末、同1.0μのNi粉末、同
1.5μのNi−Al合金粉末、および同1.0μのC
o粉末を適当量配合し、ボールミル中で粉砕混合した後
、真空中で温度1400℃に1時間保持して焼結し、本
発明サーメット1〜3と比較サーメット1〜3とを製造
した。
Multiple solid solution carbonitride powder, TiC powder, T
iN powder, TiCN powder, and 1.2μ W
C powder, W powder of 1.0μ, Mo2C powder of 1.0μ, Mo powder of 0.6μ, Ni powder of 1.0μ, Ni-Al alloy powder of 1.5μ, and 1. 0μ C
After blending an appropriate amount of o powder and pulverizing and mixing in a ball mill, the mixture was sintered by maintaining the temperature in a vacuum at 1400° C. for 1 hour to produce cermets 1 to 3 of the present invention and comparative cermets 1 to 3.

この結果得られた本発明サーメット1〜3と比較サーメ
ット1〜3の特性を第2表に示した。
The properties of the cermets 1 to 3 of the present invention and comparative cermets 1 to 3 obtained as a result are shown in Table 2.

ついで、上記本発明サーメット1〜3および上記比較サ
ーメット1〜3に関して、以下に示す切削条件で乾式連
続切削試験および乾式断続切削試験を行ったところ、第
3表に示す結果が得られた。
Next, dry continuous cutting tests and dry interrupted cutting tests were conducted on the cermets 1 to 3 of the present invention and the comparative cermets 1 to 3 under the cutting conditions shown below, and the results shown in Table 3 were obtained.

■乾式連続切削条件 被削材・・・JIS・SNCM−8、 切削速度・・・220m/mm、 送り速度・・・0.45mm/rev、 切込み・・・2.0mm、 切削時間・・・10分、 チップ形状・・・JIS・SNP432(ホーニング:
0.I×25°)。
■Dry continuous cutting conditions Work material...JIS/SNCM-8, Cutting speed...220m/mm, Feed rate...0.45mm/rev, Depth of cut...2.0mm, Cutting time... 10 minutes, Chip shape: JIS/SNP432 (Honing:
0. I×25°).

■乾式断続切削条件 被削材・・・JIS・SNCM−8、 切削速度・・・100m/mm、 送り速度・・・0.3mm/rev、 切込み・・・1.5mm、 切削時間・・・5分、 チップ形状・・・JIS・SNP432(ホーニング0
.I×25°)。
■Dry interrupted cutting conditions Work material...JIS/SNCM-8, Cutting speed...100m/mm, Feed rate...0.3mm/rev, Depth of cut...1.5mm, Cutting time... 5 minutes, Chip shape: JIS/SNP432 (honing 0
.. I×25°).

第3表に示す結果から明らかなように、連続切削におけ
るフランク摩耗巾およびクレータ深さ共lこ比較サーメ
ットに比して本発明サーメットは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においても本
発明サーメットの方が一段と良好な結果を示している。
As is clear from the results shown in Table 3, the flank wear width and crater depth in continuous cutting are extremely low in the cermet of the present invention compared to the comparative cermet, and the percentage of cutting edge breakage in interrupted cutting is extremely low. The cermet of the present invention also showed much better results.

このように、この発明のサーメットは、特にすぐれた耐
クレーター性および靭性をもち、しかも耐酸化性も兼ね
備えているので、低速切削から高速切削までの巾広い領
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。
As described above, the cermet of the present invention has particularly excellent crater resistance and toughness, and also has oxidation resistance, so it can be used for cutting over a wide range from low speed cutting to high speed cutting. First, it has characteristics suitable for heavy cutting such as milling.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a)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=10〜40転 (b)Ta,Nb、およびZrの炭窒化物のうちの1種
または2種以上を5〜50%含有し、残りが炭窒化チタ
ンで構成されると共に、N/C重量比:1/10〜2/
1をもった複数固溶炭窒化物:30〜85% 、 (c)Al:0.05 〜3%、 (d)鉄属金属および不可避不純物:4.95〜27%
、(以上重量%)からなり、 上記(a)および(b)成分で硬質相を、上記(c)お
よび(d)成分で結合相を形成したことを特徴とする切
削用サーメット。
[Claims] 1 (a) W, Mo, and one or more of these carbides = 10 to 40 rotations (b) One of Ta, Nb, and Zr carbonitrides Or, it contains 5 to 50% of two or more types, and the rest is composed of titanium carbonitride, and the N/C weight ratio: 1/10 to 2/
1: multiple solid solution carbonitrides: 30-85%, (c) Al: 0.05-3%, (d) ferrous metals and unavoidable impurities: 4.95-27%
, (at least % by weight), wherein the components (a) and (b) form a hard phase, and the components (c) and (d) form a bonding phase.
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