JPS599140A - 高温特性のすぐれた切削工具用焼結材料の製造法 - 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、すぐれた高部特性を有し、特にこれらの特
性が要求される高速切削や高送り切削に切削工具として
使用した場合にすぐれた切削性能を発揮する焼結拐料の
製造法に関するものである。

一般に、鋼の切削加工に際して、切削速度を速くしたり
、送り量を多くしたりすると、切削工具の刃先温度が１
一病し、刃先が摩耗よりは、むしろ高温に原因する塑性
変形によって使用寿命に至る場合が多く、この傾向は、
近年の高速切削化および高能率切削化によって増々強く
なり゛っつある。

しかしながら、現在実用に供されている、分散相が主ど
して炭１ヒタングステン（以）’　ｌ＃　Ｃて示す）や
炭化チタン（以１”’ｌ’ｉｃで示す）で構成され、一
方粘合拝Ｉが主として鉄族金属で構成されている％ｌ、
ｌ　（’４基超硬合金やＴｉＣ基ザーメットは、刃先温
度が１０００℃を越えると急救に軟化するようになるた
めに、これらの超硬合金やサーメットは勿論のこと、こ
れらの表面に硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金や
表面被覆サーメットにおいても、その使用条件は刃先温
度が１０００℃を若Ｔ−］二廻る稈度に制限されている
。一方、酸イしアルミニウムを主成分とするセラミック
は、高温において高硬度とすぐれた耐酸化性を示すこと
から、高速切削用の９ノ削工具として実用に供されては
いるが、その刃先は耐摩耗性に欠け、信頼性の不十分な
ものであるため、高速切削に際しては低い送り量で使用
されているのが現状である。

貝Ｈ料として、高融点金属であるＷの素地中に、Ｗおよ
び′Ｊ゛１の炭化物を層状に分散させた組織を有する鋳
造合金（例えｄ、米国特許第ニー’＝　６９０９６２号
明細書参照）が提案され、注目されたが、この鋳造合金
は、融点か２７００℃と著しく高く、しかもｖｊ造金合
金あるために形状刊与が困カＦ′″Ｃあるばかりでなく
、耐酸化性および耐衝撃性も不十分であることから、広
く実用化されるには至っていない。

上とて、本発明者等は、−１−述のような観点から、高
速切削や高送り切削がｄ■能なすぐれた高温特性を有す
る切削に具用拐ネー１、すなわち耐摩耗性、耐塑＋１１
変形性、　１ＴｌｉＪ酸化性、および耐衝撃性にすぐれ
た切削工り、Ｌを粉末冶金法を用いて製造すべく研究を
行なった結果、Ｕ’　ｊ　Ｃ粉末、窒化チタン（以下’
１’　ｊ　１４で示す）粉末、炭化ジルコニウム（以１
”ＺｒＣで示す）粉末、炭化・・フニウム（り下１（ｆ
　Ｃで示す）粉末、およびこれら２種以上の複合固溶体
粉末。

さらに１例０粉末　＋ｐ　ｊ粉末、　ＭＯ−Ｔｉ合金粉
末を使用し、これら原ｉ１１粉末を、重ｉ％で、 Ｔ　ｊＣ’、　２〜３０％、 ”Ｊ’　ｔＮ　：　２〜２０％、 ７、ｒＣおよび［ＩｆＣのうちの１種または２種、２〜
３０％、 ＩｙｌＯおよび’Ｉ’＋：４０〜８５％。

からなり、かつ’ｆ’　ｉ　／　（Ｍｏ　＋Ｔ　ｊ、　
）の重量比：ＯＯ］〜０２を満足する配合組成に配合し
、混合し、プレス成形して圧粉体どした後、との圧粉体
を非酸１ヒ性雰囲気中、１８００〜２６００℃の温度範
囲内の湿度で完全固溶体化焼結し、引続いて１２００〜
Ｊ　’７００℃のン晶度範囲内の温度て炭窒化物析出処
理を行なうと、分散相が、Ｔ１と１・ＡＯと炭素と窒素
とを主成分とする著しく微細な炭窒化物（目と、７．ｒ
およびＪｉｆのうちの１種または２種と炭素と窒素とを
主成分とする同じく微細な炭窒化物相とからなり、−・
方結合相がＭｏとＴ１を主成分とする合金相からなる組
織をもった焼結材ネ１が得られ、この結果の焼結＠石は
、すぐれた高温特性、ずなわぢすぐれた耐摩耗性、耐塑
性変形性、耐酸化性、および耐衝撃性を有し、したがっ
てこの焼結４ｇ　Ｉ’ｌをすＪ削工具として使用した場
合、従来のＷ（ｌ基超硬合金や゛Ｌ’ｉＣ基ザーメノト
による切削領域ての切削は勿論のこと、これらの月末１
ては切削が実用」゛、困難であった高速切削および高送
り切削でもすぐれた切削性能を発揮するという知見を得
たのである。

この発明は、１記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以トに配合組成、固溶体化焼結温度。

および炭窒化物析出温度を−１−記の通りに限定した理
由を説明する。

Ａ、配合組１戊 （ａ）　　’Ｌ’ｌＣ、’Ｉ’ｊＮ　、　ＺｒＣ、およ
びｆｌｆｔ、’これらの成分は、焼結時に完全固溶体を
形成し、引続いての炭窒化物析出処理において微細な炭
窒化物相として析出して分散相を形成し、もって利才１
の耐摩耗性と耐衝撃性を白土させる作用をもつが、その
配合険がいずれも２％未満では炭窒化物用の量、が少な
ずきて所望のすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を確保す
ることができず、一方’Ｉ”ｊ（’：３０％、　　Ｔｉ
Ｎ　：　２０　％、　　ＺｒＣおよび／またはＨｆ　Ｃ
、３０％を越えた配合量にすると、分散相を形成する炭
窒（ヒ物相の量が多くなりすぎて利オ；１の耐衝撃性が
劣１ヒするようになることがら、その配合量を、’ＪＪ
Ｃ：　２〜３０　％、　　Ｔｊ、Ｎ：　２〜２０％、　
ＺｒＣおよび／または＋１ｒｃ　：　２〜３０硲と定め
た。

（ｂｌ　　ｒ・４０およびＪ”Ｉ Ｍｎの一部は焼結中に前記分散相中に拡散するが、残り
の大部分は］゛１ど合金を形成し、この結果の１旬−’
Ｌ’１合金は焼結性向−１−に寄力し、もって材料の耐
衝撃性を向上、させる作用があるが、重量比で、’ｌ’
　】／　（１−，４ｏ　＋’Ｊ−，’　ｉ　）が０．０
１未満では相対的に′１゛１の割合が少なずぎて、焼結
性改善に寄１．ｉするＭ　ｏ　−’Ｊ、’　ｉ合金を形
成することがてきず、一方その重量比が０２を越えると
１・、１０に比してｌ’ｉの割合が多くなりずぎ、Ｍ　
（１−’、１’　ｉ合金の融点が低十し、これが原因で
材ネ１０月ｎ１」摩耗性および耐塑性変形性が劣化する
ようになることから、Ｍｒ）と′Ｊ゛］の相対割合を、
”　１／　（Ｍ　□−４−’、１．’ｊ　）の重量比で
００１〜０２と定めた。

また、１．４ｏと′１゛１の合計配合量を４０〜８５％
と定めたのは、その配合量が４０％未満では（目対的に
１ｌｌＩ−Ｉ衝撃性が劣化するようになり、−・方その
配合量が８５％を越えると、逆に耐摩耗性が劣化するよ
うになるという理由によるものである。

１（完全固溶体化焼結温度 その温度が１．８　Ｃ１（：１　℃未満では焼結時に完
全固溶体組織とはならず、この結果焼結後の炭窒化物析
出処理工程で微細な炭窒化物相を形成することができな
いので、所望の耐摩耗性および耐衝撃性を僅（’ｐ’、
することができず、一方その温度が２６００℃を越える
と、相同的に′■゛１の」が多い場合には液世楕が多く
なりすぎて形状保持が困＃ｆ−になることから、その湿
度を１８００〜２６００　℃と定めた。

（′　炭窒１ヒ物析出処理需度 その温度が１２００℃未満では分解析出する炭窒化物の
計が少なずぎて所望の耐摩耗性および耐衝撃性を確保す
ることができず、一方その温度が１７００℃を越えても
所望の量の炭窒化物を分解析出させることができないこ
とから、その温度を１２００〜１７００℃と定めた。

なお、この発明の方法によって製造された切削土Ｖ占＋
＋１焼結利料は、それ自体単独で用いることができるが
、従来のＷ　Ｃ基超硬合金や゛［′〕Ｃ基ザーメノトな
どを基体として用い、この基体士、に重ね合わせた状態
で、例えば１０　　ｔｏｒ＋−の真空中、温度１１３　
′７０℃に３０分間保持して両名を接合して複合利とし
、この複合材の状態で用いてもよく、この場合は一段と
耐衝撃性が増大するようになるものである。

また、上記のこの発明の方法によって製造された焼結月
月の単体あるいは複合材の表面に、通常の化学蒸着法を
用いて、周期律表の４ａ、、５ａ、。

および６ａ族金属の炭（ヒ物、窒化物、および酸化物、
並びにこれらの２種以上の固溶体、さらに酸化アルミニ
ウム、酸化ツルコニウムのうちの１種のｉｌ、ｉ層また
は２種以」−４の複層からなる硬質被覆層を０５〜１５
／１７１１の平均層厚で被暇し、この状態で切削工具と
して用いると一段とすぐれた耐摩耗・［１１および耐酸
化性を示すようになるものである。

つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。

実施例 原料粉末として、平均粒径　ｌＯμ７＋１を有する’、
１’　ｉ　（：粉末、同１．．５　ｉｌ　ｍの’ｌ’　
ｊ　Ｌｌ粉末、同］−，５）ｉ　ｍのＺｒＣ粉末、同２
．０　ｉｌ　ｍのＩ−＋ｆＣ：粉末、同１．．５７１　
ｍを有する複合固溶体粉末としての”」’ｌ（Ｃｏ６Ｎ
ｏ、ａ）粉末。

同］、、　５　ｉｌ　ｍのりＪ’ｊ　ｏ２５ＦＩｉ’ｏ
７５）　Ｃ粉末、同１５μｍの（１”１ｏ６Ｚｒｎａ　
）（（’ｏ７Ｎｏ３）粉末、同１．．　Ｏ／ｆ　ｍのｔ
ｔ、４ｎ粉末、同一３２．５メツツユの゛１゛１粉末、
および同１、、５　）ｉ　ｍのＭ　（１−’ｌ’　］合
金（”Ｉ’］／　ｌ＼、４ｎ　４−　’Ｉ’ｉ　：　０
．２　）粉末を用意し、これら原Ｉｔ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７２
時時間式混合し、乾燥した後、］、　５　ｋｇ／ｍａ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
を水素気流中、温度、８００℃に」時間保持して予備焼
結処理した後、雰囲気Ｂ力を］　Ｏ”　１．ｎｒｒとし
た真空炉を用い、それぞれ第１表に示される条イ１で完
全固溶体化焼結および炭窒化物析出処理を行ない、この
場合焼結温度から炭窒化物析出流度までの冷却は７００
℃／））ｒの冷却速度で行なうことによって本発明焼結
利才１−１〜１６および比較焼＋１′、ｌｌｌ利オ；１
」〜１２をそれぞれ製造した。なお・、比較焼８１１１
１利′ｌ′１１〜［：？は、いずれも配合イ、１１１戊
および製造条／ＩｌのうりのいずＪＬかの条（′１（第
１表に※印をｆ、］シたもの）かこの発明の範囲から外
れた％（１て製造したものである。

つきに、この結果得られた本発明＋ｔ’ｌｋ＋、’、旧
１１ｔ〜１（もおよび比較・〔（■結４」月Ｌ　−１１
シ゛のそｊｌそｔ１か１゛］、３′“＋゛４３２の形状
をもった切削チッソを作製し、被削セ　Ｊ　］　！−Ｎ
−＞；　ｌ・＋ｔ−＋−８（プリネル陣さ２２０　）、
切削速１！５　：　２　ｏ　Ｏｍ　７ｍｍ　、送り　（
島がｍｍ　／　ｒｐ□−・、切込み　゛２ｍｍ、９Ｊ削
時間　レ−）ノＩの条１′１ての連続高速ｊｊｌノ削試
、も・ｊ）１　　被削Ｈ：　、１１　＋二・ニー：　Ｉ
ｆ　ｔ”１・１−８（ブリネル映さ　２．５０　）　、
　　切削速度　１１．、）　Ｑｍ　／　ｍｉｎ　、送り
：　ＩＪ　’１０　ｍｍ／”””’切込み　：）ｍｍ、
切削時間　］−□　ｉ、＞のそ（’ｌての連続高送り切
削、ｉＪ（験。

並びに被削４４８！し：１・、１−ｓ（］８リネル硬さ
　２８（つ）、切削速１ｔＪ　：　１．　Ｏｎ　ｍ　７
ｍｍ　、送り：　０．２６５ｍＢ／ｒＱｖ、。

切込み：２ｍｒａ、鳴り削時間、：３分の条件その断続
切削試験を行ない、曲記連続高速ｔ’ＪＪ削試、験ち・
Ｊ：ひ連摩耗幅とすくい面摩耗深さとを測定し、試験ヂ
ノ：）”　：　：）個の・１１均値を算出し、またｔｌ
ｌｉ続切削試切削試験験１．ＩＪ刃数　１０貼１のうぢ
の欠］を発生切刃数を測定した。とれらの結果を第１表
に示した。なお、第１表には、比較の目的でいずれも従
来公知の酸１し一アルミニウム基セラミック利ネｌ　、
　ｌ’　Ｉ　Ｃ基す−メット４」月、およびＷ（シ基超
硬合金４Ａ木１　（ｐ　１ｏグ【／−Ｍ　）の同一条件
での切削試験結果も合せて示し／、二１、 第１表に示さ１１る結果から、本発明焼結Ｈ才」■−１
（べは、従来月＋１および比較焼結相１）１１〜１２に
比し−Ｃ一段と４−ぐれた切削性能を小ずことが明１１
）かである。

１述の」、うに、この発明の方法によれば、高搗！ｈ十
ノ１、すなわち耐摩耗性、耐塑性変形性、耐酸化性、お
よび耐衝撃性にすぐれた焼結拐料を製造することができ
、したがってこの結果の焼結材料を前記の高ン晶特性が
要求される高速切削や高送り切削にすＪ削土５４として
用いた場合にＫＬ＜すぐれた切削性能を発揮ずろのであ
る。

出願人　　Ｔ：、菱金属株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原゛（′１粉末として、炭化チタン粉末、窒化チタン粉
   末１　炭化ツルコニウム粉末、炭１ヒノ・フニウム粉末
   、モ・よびこれら２種１ν、」−の複合固溶体粉末、さ
   らにｌ・１（・粉末、ＴＩ粉末、　Ｍｏ　−’Ｉ’　ｊ
   合金粉末を使用し、こ〕Ｌら原料粉末を、重阻係で、 炭（ヒブータン°２〜３０％、 窒化チタン　２〜２０％、 炭化ツルコニウムおよび炭（ヒ・・コニウムのうちの１
   種または２種、２〜３０％、 ＩＡｏおよび”Ｉ’＋　：　４０〜８５％、からなり、
   かつＪ、’ｉ／（↑Ｊｏ　＋　’Ｉ”ユ）の重量比：０
   ．０１〜（）２を満足する配合組成に配合し、混合し、
   ブレス１戊形して汁粉体とした後、仁の月初体を非酸化
   性雰囲気中、］、　８００〜２６００℃のｉ′晶度範囲
   内の温度で完全固溶体化焼結し、引続いて１２００〜１
   ７００℃の温度範囲内の温度で炭窒化物析出処理を行な
   うことによって、分散１目が、’］、’＋とＩｖｉｎと
   炭素と窒素とを主成分とする炭室１ヒ物相と、Ｚｒおよ
   びｆｌｆのうちの１種または２種と炭素と窒素とを主］
   戊分とする炭窒化物用とからなり、一方結合相がＭａと
   １゛１を主成分とする合金相からなる組織を有する焼結
   材料を製造することを特徴とする特許性のすぐれた切削
   工具用焼結利料の製造法。