JPS59123738A - タングステン基サ−メツト - 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、高強度および高硬度を有し、さらに耐摩耗
性、耐塑性変形性、および耐衝撃性にもすぐれ、しだが
って、これらの特性が要求される高速切削や、高送り切
削および深切り込み切削などの重切削に用いられる切削
ニーとして、さらに熱間圧延ロール、熱間線引ロール６
熱間圧縮ダイス、熱間鍛造ダイス、および熱間押出しパ
ンチなどの比較的長時間高温にさらされる熱間加工用工
具として使用した場合にすぐれた性能を発押するタング
ステン（゛以下Ｗで示す）基サーメノトニ関するもので
ある。

従来、硬質相がＴ１とＷの複合金属炭窒化物（以下、（
Ｔｉ、　Ｗ　）　ＣＮで示す）で構成され、一方結合相
がＷ−Ｍｏ合金で構成されたサーメットが提案されてい
る。しかし、この従来サーメノトハ、製造に際して、２
０００℃を越える温度での焼結が必要であるため、構成
成分である（Ｔｉ、　Ｗ　）　ＣＮやＷに粒成長が起る
ことから、比較的靭性が低く、かつ耐酸化性にも劣るも
のであった。したがって、この従来サーメットは、特に
靭性および耐酸化性が要求される鋼などの重切削や高速
切削には用いられていないのが現状である。

そこで、本発明者等は、上記の高強度および高硬度を有
し、かつ耐摩耗性および耐塑性変形性にすぐれた従来サ
ーメットに、靭性および耐酸化性を竹馬すべく研究を行
なった結果、サーメットを５重量％で、 （Ｔｉ、　Ｗ　）　Ｃｌぐ　ｌ○〜５０係。

酸化アルミニウム（以下、　Ａ９２０３で示す）０．２
５〜５　％。

酸化イツトｌ）ラム（以下、Ｙ２Ｏ３で示す）、０２５
〜５％。

ＶＪおよび不Ｉｊｊ避不純物、残シ。

からなる組成で４１４成すると、このサーメットにおい
ては、硬質相形成成分としてのＡｆｌ　２０３とＹ２Ｏ
３の共存によって、焼結が一段と促進されるようになる
ことから、低温で完全焼結体が得られるようになり、し
かもこのように低〆晶焼結が６丁能であることから、硬
質イ目形成成分としての（Ｔｉ、Ｗ）ＣＮと結合相形成
成分としてのＷの粒成長が起らず。

むしろこのＡ！ｊ２０ａとＹ２Ｏ，の両成分によって微
細化が促進されるようになって、サーメットの靭性およ
び耐衝撃［生が一段と向上するようになると共に、耐酸
化性も向上したものになり、この結果前記サーメットは
、高強度および高硬度、さらにすぐれた耐摩耗性および
耐塑性変形性に加えて、すぐれた靭ｉ生、耐衝撃性、お
よび耐酸化性を具備するようになるという知見を得たの
である。

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、以下に成分組成範囲を−に記のとお９に限定した理
由を説明する。

（ａ）　　（Ｔｉ、　Ｗ）ＣＮ この成分は、主体硬質相形成成分であって、耐摩耗性を
付与する作用を有し、またＷとの焼結性も極めて良好で
、高温特性にもすぐれているが、その含有量がｌＯ重量
襲未満では、（Ｔｉ、　Ｗ）ＣＮ相はＷマトリックス中
にスケルトンを作ることなく均一に分散してしまって、
所望の耐摩耗性およμ耐塑性変形性を確保することがで
きず、一方５０重量矛を越えて含有させると、Ｗマトリ
ックスの量が少なくなりすぎる結果、靭性が不足するよ
うになることから、その含有量をｌ○〜５０重量饅と定
めた。

（ｂ）　　ＡＱ２０３およびＹ２Ｏ３ これらの成分は、そのほとんどがＷマトリックス中に均
一に分散して焼結性を向」ニさせると共に、硬質相およ
び結合相の粒成長を抑制し、もって靭性および耐衝撃性
を向上させるほか、耐酸化性を改善する作用を有するが
、その含有量がそれぞれ０２５重箱チ未満では、前記作
用に所望の効果が得られず、一方それぞれ、５重量％を
越えて含有させると耐塑性変形性が劣化するようになる
ことから、その含有量を、そ汎ぞれＡＣ２０３，０に、
５〜５楚、　Ｙ２Ｏ３，０２５〜５％と定めた。

なお、この発明のヅーーメノトにおける′・、・は、そ
の一部が硬質相に同浴するが、大部分は結合）Ｌｌとし
て存在して硬質相と強固に結合し、サーメットにＪＶ２
０３およびＹ２Ｏ３との共存においてすぐれた靭性（耐
衝撃性）を付与する作用を有する成分である。

また、この発明のＷ基す−メットは、不す１避不純物と
してに、４Ｑ、　Ｃｒ　１　Ｆ’ｅ　＋隅、Ｃ○、’Ｐ
、ｅなどのうちの１種以上を含有しても、それぞれの成
分の含有量が１％以下であればサーメットの特性が何ら
損なわれるものではない。

さらに、この発明のＷ基す−メットは、原料粉末として
用意した（Ｔｉ、　ＶＪ　）　ＣＮ粉末、　　ＡＱ２０
３粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、およびＮ粉末を、所定の配合組
成に配合し、通常の条件で湿式混合し、乾燥し、成形し
て圧粉体とした後、真空中、アルゴンまたは窒素雰囲気
中、温度：１８００〜２５００℃で常圧焼結するなどの
方法によって製造することができ、さらに必要に応じて
アルゴンまたは窒素雰囲気中、温度、１６００−２００
０℃、圧カニ　１０００〜２０００　ａｔ？＋１の条件
で熱間静水圧プレス処理を行なってもよい。

つき゛に、との発明の■Ｊ基サーメットを実施例により
具体的に説明する。

実施例　Ｊ 原料粉末として、平均粒径　１５μｍを有する完全固溶
体の（’Ｉ’ｉｏ、ｓ５−’／ｉ’ｏユ５）（Ｃ０，７
０１寸０３０）粉末（括弧内の数値は原子比を示す。以
下同じ）、同０５μｍのＡ１４ｚ○３粉末、同０．５　
ｆｉ　ｍ　１７）Ｙｚｏｚ粉末、同Ｑ、　３　ノｉ　ｍ
のＷ粉末を用意し、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、ホ゛−ルミルにて’ｉ’　
２　ｌｌ１１間湿式混合し、乾燥した後、］　、５　ｋ
ｇ／　ｍｒ４の圧力にてプレス成形して圧粉体とし、つ
いでとの圧粉体を７６０ｔｏｒｒのＡｒ雰囲気中、２０
００〜２，３００℃の範囲内の所定湿度に２［時間保持
の条件にて焼結することによって、実質的に配合組成と
１ｉ−６−の成分組成をもった本発明サーメット１〜４
および比較サーメット１　、　２をそれぞれ製造した。

なお、 ついで、この結果得られた本発明サーメノｔ４〜４およ
び比較チー２′ソト］、２の硬さく０ツクウェル硬さＡ
スケール）および抗折力を測定すると共に、これよりＦ
）　ｉｔ’、　ｐ　４３３の形状をもつ切削チップを切
出し、 破削拐　ＳＮＣＭ−８（硬さ　■弓Ｂ２４０　）、切削
速度　２］○ｍ／ｍｖｎ、 送り　ａ、３ｍａ／ｒｅｖ　　、 切込み　２聴、 切削１１ノＪ間　］、　Ｏｍｉｎ、 の条件での高速連続切削試験、および、被剛材　ＳＮＣ
Ｍ−８（硬さ　凸２７０）、切削速度：　１２０　ｍ　
／ｍｒｖ、 送り　○４５騒／　ｒｅｖ−１ 切込み、３顧、 切削時間　３　ｍｍ、 の条件での断続切削試験を行ない、」二言己高速連続切
削試験では、切刃の逃げ面摩耗中冨とり−くい面摩耗深
さを測定し、また上記断続切口］］試１（倹では１０個
の試験切刃のうち、その刃先に欠損カー発Ｊ＝した切刃
数を測定した。これらの測定結果を第１表（で示した。

また、比較の目的で、ＩＳＯのＰＩＯり゛レードのＷ　
Ｃ基間硬合金製切削チップ（す、下従来切削チップｌと
いう）およびＴｉＣ−１０％ＭＯ−１５％Ｎ１の組成（
以上重量％）を有するサーメツト製切削チップ（以下従
来切削チップ２という）についても上記の切削条件で切
口１］試験をイボない、この結果も第１表に示した。

第１表に示されるように、本発明サーメノ）１〜４は、
いずれも高硬度および高靭・訃を有し、いずれの切削試
験でもすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を示すのに対し
て、ＡＬ２０３および￥２０３を含有しない比９サーメ
ット１は、靭性および耐酸化性が劣るものであるために
、高速連続切削試験では酸化による境界摩耗とクレータ
−摩耗の急激な発達により５分で切刃に欠損が生し切削
不能となり、断続切削試験では靭性不足のためほとんど
の切刃に欠損が発生するものであった。また（Ｔｉ、Ｗ
）ＣＮの含有量がこの発明の範囲から高い方に外れた比
較サーメット２は、すぐれた耐摩耗性を示すものの、靭
性（耐衝撃性）が劣るものであるため、断続切削試験で
はほとんどの切刃に欠損が発生した。

さらに従来切削チップ１．２は、耐摩耗性および靭性（
耐衝撃性）とも劣るものであった。

実施例　２ 原料粉末として、実施例１で用いた原料粉末のほかに、
平均粒径、１．５μｍを有する完全固溶体の（Ｔｉｏ７
５φ、’０２５）（Ｃｏ５ｏＮｏｚｏ）粉末、同１．８
μｍの（Ｔｉｏ７ｏＷｏ３ｏ）（Ｃｏ７ｏＮｏ、ａｏ　
）粉末、および同２０μｍの（Ｔｉｏ、５ｏＷｏ２ｏ）
（Ｃｏ、５ｏＮｏ２ｏう粉末を用意し、これら原料粉末
を、第２表に示される配合組成に配合した後、実施例１
におけると同一の条件で混合し、成形して圧粉体とし、
ついでそれぞれ第２表に示される雰囲気中、温度：　２
０００℃に２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った本発明サ
ーメット、５〜１５をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明サーメット５〜１５に
ついて、硬さおよび抗折力を測定すると共に、これより
５ＮＰ４３３の形状をもった切削チップを切出し、さら
に比較の目的で用意した１８０のＰ３０グレードのＷＣ
Ｃ超超硬合金製切削チップ以下従来切削チップ３という
）と共に、被削材：ＳＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２６０）
、切削速度　：ｈｘｏｍ／訓、 送り：０．８朋／ｒｅｖ　、 切込み、４問、 切削時間Ｈ１０ｍｍ、 の条件での高送り連続切削試験、および被削材：ＳＮＣ
Ｍ−８（硬さ：ＨＢ２’ｉ’Ｏ）、切削速度：　１１０
　ｍ　ｌ、ｍ１ｎ５送ｔ）　：　０．４５　ｍｙｎ／　
ｒｅｖ、、切込み３Ｍ、 切削時間：３ｍ１ｎ、 の条件での断続切削試験を行ない、実施例１におけると
同様に、それぞれ切刃の逃げ面摩耗幅およびすくい面摩
耗深さ、並びに欠損切刃数を測定した。これらの測定結
果を第２表に合せて示した。

第２表に示される結果から、本発明サーメット５〜１５
は、いずれも高硬度および高靭性を有し、高送り連続切
削および断続切削においてすぐれた切削性能を示すのに
対して、従来切削チップ３は靭性（耐衝撃性）が本発明
サーメットと同等であるものの、耐塑性変形性が劣るた
めに高送９連続切削試験では２５分で切削不能と々つた
。

実施例　３ 原料粉末として、実施例１で用いたＡＡ　２０３粉末。

Ｙ２Ｏ３粉末、およびＷ粉末のほかに、平均粒径。

１．５μｍを有する完全固溶体の（Ｔｉｏ、５ｏＷｏｚ
ｏ）（Ｃｏ、７ＯＮ０．３０）粉末、さらに不純物とし
て、同０８μｍのＭｏ粉末、同２．５　μｍのＮｉ粉末
、同１．２μｍのＣＯ粉末、および同３０μｍのＲｅ粉
末を用意し、これら　。

原料粉末を第３表に示される配合組成に配合した後、実
施例］におけると同一の条件で混合し、乾燥し、成形し
て圧粉体となし、ついでこれらの圧粉体を、３００ｔＯ
ｒｒの窒素雰囲気中で、それぞれ第３表に示される温度
に２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った本発明サーメット１
６〜２４および比較サーメット３〜５をそれぞれ製造し
た。

つき゛に、これらの本発明サーメット１６〜２４および
比較サーメット３〜５について、涙さおよび靭性を測定
すると共に、これよ、！７８Ｎ？４３３の形状をもった
切削チップを切出し、さらに比較の目的で用意したＩＳ
ＯのＰ４０グレードの〜ＶＣ基超基台硬合金製切削チッ
プ下従来切削チップ４という）と共に、 被削材、Ｓｌ・丁ＣＭ−８（硬さ　ＨＢ２６０）、切削
速度　７０　ｍ　１ｍ１７＋、 送１）　：　０．７　ｍｙｎ／　ｒｅｖ、切込み　１０
ｒｆＬｍ、 切削時間　ＩＱＩＵＩ＋、 の条件での高送り連続切削試験、および被削材、Ｓ〕で
ＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２７０）、切削速度、９０ｍ１ｍ
１ｎ、 送り　０．５　＋ｏ＋／　ｒｅｖ、　。

切込み、３關、 切削時間　３　ｍｉａ、 の条件での断続切削試験を行ない、実施例］におけると
同様に、それぞれ切刃の逃げ面摩耗幅およびすくい面摩
耗深さ、並びに欠損切刃数を測定した。これらの測定結
果を第３表に合せて示し念。

第３表に示される結果から、本発明ヅーーメソト１６〜
２４は、いずれも高硬度および高靭性を示し、高送り連
続切削および断続切Ａｉ」のいずれの切削試験でもすぐ
れた切削性能を示し、特に本発明サーメノｌ−２１−２
４に見られるように、Ｍｏ、　ｉ’ゴ１゜Ｃｏ、または
Ｒｅなとの不純物が含有しても、その含有量が１％以下
であればサーメット特性にほとんど影響を及ぼさないこ
とが明らかである。これに対して、ＡＱ２０５の含有量
がこの発明の範囲から高い方に外れた比較サーノソ）　
３．　　（Ｔｉ、　　Ｗ　）ＣＮの含有量がこの発明の
範囲から低い方に外れた比較サーメット４．および不純
物の含有量が１％を越えて高い比較サーメット５におい
ては、いずれも靭性が不足し、きわめて悪い切削性能し
か示さないことが明らかである。また、従来切削チップ
４は、靭性（耐衝撃性）が本発明サーメットと同等であ
るものの、耐塑性変形性に劣るため高送り連続切削試験
では０５分で切削不能となった。

上述のように、この発明の−Ｖ基サーメットは、すぐれ
た靭性（耐衝撃性）および耐酸化性を有すると共に、高
強度および高硬度（耐摩耗性）を有し、さらに耐塑性変
形性にもすぐれているので、これらの特性が要求される
高速切削や重切削に切削工具として用いた場合にすぐれ
た切削性能を示し、さらに熱間圧延ロール、熱間線引ロ
ール、熱間圧縮ダイス、熱間鍛造ダイス、および熱間押
出しパンチなどの比較的長時間高温にさらされる熱間加
工用工具として用いた場合にもすぐれた性能を長期に亘
って発揮するなど工業上有用な特性を有するのである。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　外１名昭イ［）５９
年２月１０日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示 特願昭５７−２３０４．０９号 ２、発明の名称 タングステン基サーメット ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 Ｔ）０１　電話　（０３）　２３３−１６７６・１６７
７自　　　発 ６、補正の夕・ｊ象 、／・、、、ｐ−゛ 明細書の発明の詳細な説明の欄　　　　／”　ｐ／２、
−、−１１１１、Ｊ□− ７補止の内容　　別紙の通ｒ、　　　　　　　シ阜４Ｌ
ｊ〜（１）　　明細書、第１０頁、発明の詳細な説明の
項、末行、 「（Ｔｉｏ、ｓｏ　Ｗｏ、２０　）　（Ｃ０，８ＯＮＯ
２０）　Ｊとあるを、 「（Ｔ１０日０ＷＯ２０）　（Ｃ０６ＯＮＯ４０）　Ｊ
と訂正する。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 硬質相形成成分としてのＴ１とＷの複合金属炭窒化物：
   ｌＯ〜５０重量係、 同じく酸化アルミニウム、０２５〜５重量楚、同じく酸
   化イツトリウム、０２５〜５重量飴、結合相形成成分と
   しての１７７および不可避不純物：残り、 からなる組成を有することを特徴とする靭性および耐酸
   化性にすぐれたタングステン基サーメット。