JPS601380B2 - 高温特性のすぐれた切削工具用材料 - Google Patents

高温特性のすぐれた切削工具用材料

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JPS601380B2
JPS601380B2 JP11082381A JP11082381A JPS601380B2 JP S601380 B2 JPS601380 B2 JP S601380B2 JP 11082381 A JP11082381 A JP 11082381A JP 11082381 A JP11082381 A JP 11082381A JP S601380 B2 JPS601380 B2 JP S601380B2
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oxygen
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泰次郎 杉澤
寛範 吉村
賢一 西垣
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた高濠特性を有し、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使用した場合に
すぐれた性能を発揮する切削工具用材料に関するもので
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上
昇し、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、近年の高速切削
化および高能率切削化によって、この傾向は増々強くな
っている。
しかしながら、現在実用に供されている炭化タングステ
ンや炭化チタンなどを硬質相とし、鉄族金属(Fe、N
i、Co)を結合相とする籍硬合金やサーメットは、刃
先温度が1000qoを越えると急激に軟化するように
なるため、これらの超硬合金やサーメット、さらにはこ
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℃を若干上廻る程度に制限されている。
なかでも、酸化アルミニウムを主成分としたセラミック
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、高速切削工具として実用に供されているが「この
セラミックでも刃先の高温における安定性に欠け、信頼
性の不十分なものであるため、低い送り量の条件でのみ
使用されているのが実情である。そこで、本発明者等は
、上述のような観点から、高速切削や高送り切削が可能
な高温特性にすぐれた切削工具用材料を得べ〈研究を行
なった結果、‘a} 硬質相を、Tiを主成分とする化
合物相と、ZrおよびHfのうちの1種または2種を主
成分とする化合物相と、NbおよびTaのうちの1種ま
たは2種を主成分とする化合物相との微細な3相から構
成し、一方結合相を、Wを主成分とする高融点金属相で
構成した組織とすると、高温において高硬度、高鰍性、
およびすぐれた耐酸化性を示し、この結果安定した高速
切削および高送り切削が可能となり、かつ、この組織は
「Ti:2.5〜34.0%、ZておよびHfのうちの
1種または2種:3.7〜64.0%、NbおよびTa
のうちの1種または2種:1〜31%、酸素:0.01
〜1.3%、C:1.2〜9.3%を含有し、残りが基
本的にWと不可避不純物からなり、しかも、原子比で、
条件式:〔TW(Zr、Hf)x(Nb、Ta)yW,
−w−x−y〕。
〔〇uC,一u〕Z(ただし、w/(w+x):0.3
〜0.8、(w十x十y):0.3〜0.8 y:0.
01〜0.2、u:0.005〜0.1、z:0.2〜
0.7)、を満足する組成(以上重量%)とすることに
よって得られること。
{b} さらにMoを1〜18%の範囲で含有させると
、材料特性を何らそこなうことなく、材料比重並びにコ
ストの低減化がはかれること。
{CI さらに、また鉄族金属(Fe、Ni、Co)の
うちの1種または2種以上を1〜5%の範囲で含有させ
ると、焼結性が一段と改善されるようになること。
以上ta}〜{cに示される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、以下に成分組成および条件式を上記の通りに限定し
た理由を説明する。A 成分組成 (a)Tj Tiは炭素および酸素などと結合して、硬質相を構成す
る3相のうちの1相の化合物相を形成し、材料に高硬度
を付与せしめて、材料の耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量が2.5%未満では、材料の凝結工程
での固溶状態からの冷却過程で、所望の量の微細なTi
を主成分とする化合物相が析出分離せず、したがって高
硬度を確保することができず、一方34.0%を越えて
含有させると相対的に硬質相が多くなりすぎて鞠性が劣
化するようになることから、その含有量を2.5〜34
.0%と定めた。
‘b} ZrおよびHf これらの成分もTiと同様に炭素および酸素などと結合
して硬質相を構成する3相のうちの1相の化合物相を形
成して材料の耐摩耗性を向上せしめる作用があるが、そ
の含有量が3.7%未満では、固溶状態からの冷却に際
して所定量のZrおよびmを主成分とする化合物相が析
出分離せず(Tj系化合物相とZrおよび/またはHf
系化合物相が同時に析出した場合に硬質相は微細となる
)、したがって材料に高硬度を付与せしめることができ
ず、一方64.0%を越えて含有すると、Tiと同様鋤
性劣化をきたすようになることから、その含有量を3.
7〜64.0%と定めた。
{c} NbおよびTa これらの成分もTi、Zr、およびHfと同様に硬質相
を構成する3相のうちの1相の化合物相を形成し、特に
耐酸化性を著しく向上させる作用があるが、その含有量
が1%未満では所望のすぐれた耐酸化性を確保すること
ができず、一方31%を越えて含有させると、轍性が低
下するようになることから、その含有量を1〜31%と
定めた。
肌酸素 酸素は上記の通りTi、Zr、Hf、Nb、およびTa
と結合して化合物相を形成し、特に炭窒酸化物を形成し
て材料の硬度および耐酸化性を上げる作用があるが、そ
の含有量が0.01%未満では相対的に炭窒化物量が多
くなって、切削時の被削村との溶着性が増し、耐摩耗性
が劣化するようになり、一方1.3%を越えて含有させ
ると、硬質相が粗大化し易くなって級性が劣化し、かつ
硬さ低下をきたすようになることから、その含有量を0
.01〜1.3%と定めた。
{e}炭素 上記の通り炭素は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、場
合によってはWと結合して硬質相を構成する炭化物およ
び炭酸化物を形成し、耐摩耗性および耐酸化性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が1.2%未満では所定
の量および硬さの硬質相を確保することができず、一方
9.3%を越えて含有させると、相対的に硬質相に比し
て結合相の割合が少なくなり過ぎ、靭性が劣化するよう
になることから、その含有量を1.2〜9.3%と定め
た。
{fー MoMo成分には、材料の比重を下げ、かつ材
料のもつ特性を何らそこなうことなく、相対的にW含有
量を低下せしめてコストの低減をはかることのできる作
用があるが、その含有量が1%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方18%を越えて含有させると、
高温特性の全体的劣化をもたらすようになることから、
その含有量を1〜18%と定めた。
■ 鉄族金属鉄族金属には、材料の焼絹性を一段と向上
せしめる作用があるが、その含有量が1%未満では所望
の暁鯖性向上効果が得られず、一方5%を越えて含有さ
せると、高温特性が劣化するようになることから、その
含有量を1〜5%と定めた。
B 条件式 【a’(w十×十y)の原子比 (w+x十y)の原子比が0.3未満では、硬質相の量
が結合相に比して少なくなり過ぎて所望の高硬度、すな
わちすぐれた耐摩耗性並びにすぐれた耐酸化性を確保す
ることができず、一方逆にその原子比が0.8を越える
と、相対的に結合相の量が少なくなり過ぎて所望の高級
性を確保することができなくなることから、(w+x+
y)の原子比を0.3〜0.8%と定めた。
{b} w/(w+x)の原子比 w/(w+x)の比が、原子比で0.3禾満では、相対
的にTiを主成分とする化合物相の析出量が、Zrおよ
び/またはHfを主成分とする化合物相に比して少なく
なり過ぎ、硬質相の微細化に寄与するTj系化合物とZ
rおよび/またはHf系化合物の共存が実質的に不可能
となり、この結果硬質相はZて、Hf、Nb、Taを主
成分とする化合物相主体となり、微細構造を維持するこ
とができなくなって硬度および靭性の低下をきたし、一
方、この比が0.8を越えると、逆にZrおよび/また
はHfを主成分とする化合物相の量がTiを主成分とす
る化合物相に比して少なくなりすぎ、同様な理由で微細
構造を確保することができなくなることから、その原子
比を0.3〜o.8と定めた。
【c)yの原子比 yの原子比が0.01禾満では、上記のようにNbおよ
び/またはTa系化合物相の量が少な過ぎて所望のすぐ
れた耐酸化性を確保することができず、一方0.2を越
えた原子比になると、実質的に靭性劣化をきたすように
なることから、その原子比を0.01〜0.2と定めた
{d} uの原子比uの原子比が0.005未満では、
硬質相を構成する化合物相における酸素含有量が炭素含
有量に比して低くなりすぎ、酸素不足をきたして所望の
耐熱性を確保することができず、したがって切削時に被
削材に溶着するようになり、一方この比が0.1を越え
ると、炭素に比して酸素の量が多くなりすぎ、硬質相の
粗大化をきたすようになって所望の高硬度および高鋤性
を確保することができなくなることから、その原子比を
0.005〜0.1と定めた。
{d) zの原子比この値はTi、Zr、Hf、および
必要に応じて含有させたMo、鉄族金属と、炭素および
酸素との割合を定めたもので、この値が0.2%未満で
は、相対的に硬質相の量が少なくなりすぎて、所望の高
硬度を確保することができず、一方この値が0.7を越
えると、炭素および酸素の量が多くなりすぎ、結合相を
構成するWまでが炭化物を形成するようになって結合相
量の不足をきたし、鰍性が劣化するようになることから
、この比を0.2〜0.7%と定めた。
つぎに、この発明の切削工具用材料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1.0ム肌のT℃粉末(酸素
:0.3%含有)、同1.0ぷ机のZrC粉末(酸素:
0.2%含有)、同1.0〃肌のHfC粉末(酸素:0
.15%含有)、同1.1仏ののNbC粉末(酸素0.
2%含有)、同1.0〃肌のTaC粉末(酸素:0.1
5%含有)、同0.8山肌のW粉末(酸素:0.05%
含有)、同0.8r肌のMo粉末(酸素:0.1%含有
)、同2仏ののFe粉末(酸素:0,4%含有)、同1
.1山肌のNi粉末(酸素:0.3%含有)、および同
1.0仏肌のCo粉末(酸素:0.3%含有)を用意し
、これら原料粉末を所定割合に配合し、ボールミルにて
混合し、1000kg/仇の圧力でプレスして圧粉体を
成形し、ついでこの圧粉体を、1oo〜10‐2ton
の圧力を有する真空中、温度:2100q0に1時間保
持した後、2100qoから1000『0の範囲を20
0qC/hrの冷却速度で冷却することによって、実質
的に第1表に示される最終成分組成および条件式(第1
表の式中、MはMo、Fe、Ni、Co)を有する本発
明材料1〜21および比較材料1〜10をそれぞれ製造
した。
なお、比較材料1〜10は、いずれも構成成分のうちの
いずれかの成分(第1表には※印で表示)がこの発明の
範囲から外れた組成をもつものである。S 船 職 S 船 船 この結果得られた本発明材料1〜21および比較材料1
〜10のロックウェル硬さ(Aスケール)および抗折力
を測定すると共に、これよりSNP432の形状をもっ
た切削チップを取り出し、被削材:SNCM−8(HB
320)、切削速度:150m/min、切込み:2側
、送り:0.7側′rev.の条件で切削試験を行ない
、逃げ面摩耗が0.3側に至るまでの切削時間を測定し
、合せて刃先状況も観察した。
これらの結果を第2表にまとめて示した。第2表 第2表に示される結果から、本発明材料1〜21はいず
れも高硬度および高劉性を有し、かつすぐれた切削性能
を示すものであるのに対して、比較材料1〜10は、こ
れらの特性のうち少なくともいずれかの特性が劣ったも
のになっている。
上述のように、この発明の材料は、高硬度と高靭‘性、
さらにすぐれた耐酸化性を有し、しかもこれらの特性は
、硬質相が微細な3相横造をもち、結合相が高融点金属
であるWを主成分とする金属相で構成されているので高
温においても確保され、したがって、これを切削工具と
して使用し、かつ高速切削および高送り切削を適用した
場合にもすぐれた切削性能を安定的に長期に亘つて発揮
するなど工業上有用な特性を有するのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Ti:2.5〜34.0%、ZrおよびHfのうち
    の1種または2種:3.7〜64.0%、NbおよびT
    aのうちの1種または2種:1〜31%、酸素:0.0
    1〜1.3%、C:1.2〜9.3%、Wおよび不可避
    不純物:残りからなる組成(以上重量%)を有し、かつ
    原子比で、〔Tiw(Zr、Hf)x(Nb、Ta)y
    W_1_−w_−x_−y〕・〔OuC_1_−u〕z
    、(ただし、w/(w+x):0.3〜0.8、(w+
    x+y):0.3〜0.8、y:0.01〜0.2、u
    :0005〜0.1、z:0.2〜0.7)、の条件式
    を満足し、さらに硬質相が、Tiを主成分とする化合物
    相と、ZrおよびHfのいずれか、または両方を主成分
    とする化合物相と、NbおよびTaのいずれか、または
    両方を主成分とする化合物相と微細な3相からなり、一
    方結合相がWを主成分とする高融点金属相からなる組織
    を有することを特徴とする高温特性のすぐれた切削工具
    用材料。 2 Ti:2.5〜34.0%、ZrおよびHfのうち
    の1種または2種:3.7〜64.0%、NbおよびT
    aのうちの1種または2種:1〜31%、酸素0.01
    〜1.3%、C:1.2〜9.3%、Mo:1〜18%
    、Wおよび不可避不純物:残りからなる組成(以上重量
    %)を有し、かつ原子比で、〔Tiw(Zr、Hf)x
    (Nb、Ta)y(W、Mo)_1_−_w_−_x_
    −_y〕・〔OuC_1_−u〕z、(ただし、w/(
    w+x):0.3〜0.8、(w+x+y):03〜0
    .8、y:0.01〜0.2、u:0.005〜0.1
    、z:0.2〜0.7)、の条件式を満足し、さらに硬
    質相が、Tiを主成分とする化合物相と、ZrおよびH
    fのいずれか、または両方を主成分とする化合物相と、
    NbおよびTaのいずれか、または両方を主成分とする
    化合物相との微細な3相からなり、一方結合相がwを主
    成分とする高融点金属相からなる組織を有することを特
    徴とする高温特性のすぐれた切削工具用材料。 3 Ti:2.5〜34.0%、ZrおよびHfのうち
    の1種または2種:3.7〜64.0%、NbおよびT
    aのうちの1種または2種:1〜31%、酸素0.01
    〜1.3%、C:1.2〜9.3%、鉄族金属(Fe、
    Ni、Co)のうちの1種または2種以上:1〜5%、
    Wおよび不可避不純物:残りからなる組成(以上重量%
    )を有し、かつ原子比で、〔Tiw(Zr、Hf)x(
    Nb、Ta)y(W、Fe、Ni、Co)_1_−_w
    _−_x_−_y〕・〔OuC_1_−u〕z、(ただ
    し、w/(w+x):0.3〜0.8、(w+x+y)
    :0.3〜0.8、y:0.01〜0.2、u:000
    5〜0.1、z:0.2〜0.7)、の条件式を満足し
    、さらに硬質相が、Tiを主成分とする化合物相と、Z
    rおよびHfのいずれか、または両方を主成分とする化
    合物相と、NbおよびTaのいずれか、または両方を主
    成分とする化合物相との微細な3相からなり、一方結合
    相がWを主成分とする高融点金属相からなる組織を有す
    ることを特徴とする高温特性にすぐれた切削工具用材料
    。 4 Ti:2.5〜34.0%、ZrおよびHfのうち
    の1種または2種:3.7〜64.0%、NbおよびT
    aのうちの1種または2種:1〜31%、酸素:0.0
    1〜1.3%、C:1.2〜9.3%、Mo:1〜18
    %、鉄族金属(Fe、Ni、Co)のうちの1種または
    2種以上:1〜5%、Wおよび不可避不純物:残りから
    なる組成を有し、かつ原子比で、〔Tiw(Zr、Hf
    )x(Nb、Ta)y(W、Mo、Fe、Ni、Co)
    _1_−_w_−_x_−_y〕・〔OuC_1_−u
    〕z、(ただし、w/(w+x):0.3〜0.8、(
    w+x+y):0.3〜0.8、y:0.01〜0.2
    、u:0.005〜0.1、z:0.2〜0.7)、の
    条件式を満足し、さらに硬質相が、Tiを主成分とする
    化合物相と、ZrおよびHfのいずれか、または両方を
    主成分とする化合物相と、NbおよびTaのいずれか、
    または両方を主成分とする化合物相との微細な3相から
    なり、一方結合相がWを主成分とする高融点金属相から
    なる組織を有することを特徴とする高温特性のすぐれた
    切削工具用材料。
JP11082381A 1981-07-17 1981-07-17 高温特性のすぐれた切削工具用材料 Expired JPS601380B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61160792U (ja) * 1985-03-29 1986-10-04
JPH0720943U (ja) * 1992-11-19 1995-04-18 常三郎 内田 停止溝付廻転軸使用の懸垂具

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JPS61160792U (ja) * 1985-03-29 1986-10-04
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