JPS60152650A - 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法Info
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- JPS60152650A JPS60152650A JP59008154A JP815484A JPS60152650A JP S60152650 A JPS60152650 A JP S60152650A JP 59008154 A JP59008154 A JP 59008154A JP 815484 A JP815484 A JP 815484A JP S60152650 A JPS60152650 A JP S60152650A
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- Japan
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- tungsten
- hard alloy
- sintered hard
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐摩耗性にすぐれ、かつ高温特性にすぐれ、
しかも強靭性の焼結硬質合金および該合金の製造方法に
関するものである。
しかも強靭性の焼結硬質合金および該合金の製造方法に
関するものである。
近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料なども高速
切削用あるいは高送り用のものが要求され、現在これら
に対応して工具材料はＴＩＣ基およびＴｉＮ基サーメッ
トが主に供されている。
切削用あるいは高送り用のものが要求され、現在これら
に対応して工具材料はＴＩＣ基およびＴｉＮ基サーメッ
トが主に供されている。
しかし、上記した工具材料は、いずれもが鉄族金属を多
く含有させ、これを結合相としているため高送り切削ま
たは高速切削において刃先が摩耗するというより、むし
ろ刃先が温度」１昇することによって塑性変形がおこり
寿命が短かくなるという問題点がある。
く含有させ、これを結合相としているため高送り切削ま
たは高速切削において刃先が摩耗するというより、むし
ろ刃先が温度」１昇することによって塑性変形がおこり
寿命が短かくなるという問題点がある。
上記した問題点を幾分でも解決する意味で高温での塑性
変形の少ない材料、例えば酸化アルミニウムを主体とし
たセラミック工具も使用されているが、これらは本質的
に材料強度が低く欠損が生じ易く、また熱伝導が低いた
めに熱衝撃に弱いという問題点があり、その使用範囲が
限定されているのが現状である。
変形の少ない材料、例えば酸化アルミニウムを主体とし
たセラミック工具も使用されているが、これらは本質的
に材料強度が低く欠損が生じ易く、また熱伝導が低いた
めに熱衝撃に弱いという問題点があり、その使用範囲が
限定されているのが現状である。
また、鉄族金属を結合相とした場合、前々記したような
不具合が防ぎ得ないことからタングステンやモリブデン
を結合相とした焼結合金も開発されつ＼あるが、これら
は２０００℃以上の高温で焼結したり、あるいはホット
プレス法によって得られるもので生産性がきわめて悪い
ものであるのと焼結性から考えてタングステンまたはモ
リブデンの含有量が多くなり前々記の不具合の解決には
いたっていない。
不具合が防ぎ得ないことからタングステンやモリブデン
を結合相とした焼結合金も開発されつ＼あるが、これら
は２０００℃以上の高温で焼結したり、あるいはホット
プレス法によって得られるもので生産性がきわめて悪い
ものであるのと焼結性から考えてタングステンまたはモ
リブデンの含有量が多くなり前々記の不具合の解決には
いたっていない。
本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもので、高温で
の機械的特性にすぐれ、かつ耐摩耗性と強靭性を兼ね備
え高速切削や高送り切削が可能な鉄族金属を含まない焼
結硬質合金および該合金の製造方法を提供することを目
的とするものである。
の機械的特性にすぐれ、かつ耐摩耗性と強靭性を兼ね備
え高速切削や高送り切削が可能な鉄族金属を含まない焼
結硬質合金および該合金の製造方法を提供することを目
的とするものである。
本発明の第１の要旨は、重量比で炭化タングステンが５
〜８５％、炭化チタンが５〜８０％。
〜８５％、炭化チタンが５〜８０％。
窒化チタン５〜８０％の混合物または相互化合物とタン
グステンの金属相が０．１〜１０％存在し、かつ窒素が
少なくとも０．５〜１５％含有した焼結硬質合金で、第
２の要旨は、重量比で炭化タングステン５〜８５％、炭
化チタン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％からなる圧
粉体を真空中で加熱して前記窒化チタンの一部を脱窒さ
せ、これによって該炭化タングステンを脱炭させて合金
中にタングステンを析出させる製造方法である。
グステンの金属相が０．１〜１０％存在し、かつ窒素が
少なくとも０．５〜１５％含有した焼結硬質合金で、第
２の要旨は、重量比で炭化タングステン５〜８５％、炭
化チタン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％からなる圧
粉体を真空中で加熱して前記窒化チタンの一部を脱窒さ
せ、これによって該炭化タングステンを脱炭させて合金
中にタングステンを析出させる製造方法である。
以下、本発明について具体的に述べる。
種々の実験によって炭化タングステン５〜８５９６、炭
化チタン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％からなる圧
粉体を１〜１０” ｍｍＨｇの真空下で、１３００℃以
上の温度を加えて加熱焼結するとタングステンの析出に
よって、これが焼結相となって高度な高温緒特性を有す
る焼結硬質合金が得られることを見いだしたのである。
化チタン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％からなる圧
粉体を１〜１０” ｍｍＨｇの真空下で、１３００℃以
上の温度を加えて加熱焼結するとタングステンの析出に
よって、これが焼結相となって高度な高温緒特性を有す
る焼結硬質合金が得られることを見いだしたのである。
すなわち、その理由は窒化チタンまたはタングステンと
チタンの複合炭窒化物は、真空中に＝ ３− おいて焼結すると脱窒し、このように脱窒したＴ ｉ
Ｎ ｓ−、は結合窒素量が減少すると不安定なものとな
り、その周囲に炭素や酸素または窒素があると安定した
化合物を形成する。したがって窒化チタンから炭素をと
ってＴ１ＣＮとなし、一方、炭化タングステンは炭素を
とられＷ２Ｃを経由してタングステンになり、（Ｗ、Ｔ
ｉ）ＣＮ −Ｎ２→Ｗ＋（Ｗ 、Ｔｉ）’ＣＮの反応に
よってタングステンを析出することを見いだしたのであ
る。
チタンの複合炭窒化物は、真空中に＝ ３− おいて焼結すると脱窒し、このように脱窒したＴ ｉ
Ｎ ｓ−、は結合窒素量が減少すると不安定なものとな
り、その周囲に炭素や酸素または窒素があると安定した
化合物を形成する。したがって窒化チタンから炭素をと
ってＴ１ＣＮとなし、一方、炭化タングステンは炭素を
とられＷ２Ｃを経由してタングステンになり、（Ｗ、Ｔ
ｉ）ＣＮ −Ｎ２→Ｗ＋（Ｗ 、Ｔｉ）’ＣＮの反応に
よってタングステンを析出することを見いだしたのであ
る。
この焼結硬質合金の製法は在来の真空焼結炉によってお
こない得るもので、その条件は、圧粉体を１〜１０−３
ｍｍＨｇの真空下において温度１３００〜１５００℃に
加熱して、該圧粉体中のタングステンの一部を析出させ
た後、さらに１５００〜１７００℃に昇温させて焼結す
ることによって高温特性にすぐれた硬質体が得られる。
こない得るもので、その条件は、圧粉体を１〜１０−３
ｍｍＨｇの真空下において温度１３００〜１５００℃に
加熱して、該圧粉体中のタングステンの一部を析出させ
た後、さらに１５００〜１７００℃に昇温させて焼結す
ることによって高温特性にすぐれた硬質体が得られる。
このようにしてタングステンを析出させ、これを結合相
としたので、高強度であるばかりでなく高温での軟化や
塑性変形の少ない焼結硬４− 質合金が得られ、しかも比較的低温で、かつ特殊な装置
を用いる必要がないので容易に製造が可能で品質的にも
コスト的にも有利な焼結硬質合金となる。
としたので、高強度であるばかりでなく高温での軟化や
塑性変形の少ない焼結硬４− 質合金が得られ、しかも比較的低温で、かつ特殊な装置
を用いる必要がないので容易に製造が可能で品質的にも
コスト的にも有利な焼結硬質合金となる。
次に本発明合金の限定理由について説明する。
この硬質合金において炭化タングステンは、これが脱炭
してタングステンを析出するので不可欠であり、その含
有量は５ｗｔ％を下回ると所望のタングステンが析出せ
ず、したがって該合金は所期の靭性を示さず切削用利料
として不適格なものとなるし、これが８５ｗｔ％を越え
ると、これに対応して窒化チタンの量が不足してタング
ステンの析出が難しく充分な合金強度が得られない。
してタングステンを析出するので不可欠であり、その含
有量は５ｗｔ％を下回ると所望のタングステンが析出せ
ず、したがって該合金は所期の靭性を示さず切削用利料
として不適格なものとなるし、これが８５ｗｔ％を越え
ると、これに対応して窒化チタンの量が不足してタング
ステンの析出が難しく充分な合金強度が得られない。
炭化チタンは、焼結中においてタングステンと窒化チタ
ンと反応してＴ１ＣＮあるいは（Ｗ。
ンと反応してＴ１ＣＮあるいは（Ｗ。
Ｔｉ）ＣＮを形成して焼結を促進するが、その量が８０
ｗｔ％を越えたり５ｗｔ％を下回ると焼結性が悪くなる
。
ｗｔ％を越えたり５ｗｔ％を下回ると焼結性が悪くなる
。
また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化りングステン
の炭素と結合し、その結果タングステンを析出させるも
のであるから、この合金中には不可欠である。しかし、
その量が５ｗｔ％を下回るとタングステンを充分に析出
しないし、８０Ｗｔ９６を越えると、これに対応してタ
ングステン量が不足するので適当でない。
の炭素と結合し、その結果タングステンを析出させるも
のであるから、この合金中には不可欠である。しかし、
その量が５ｗｔ％を下回るとタングステンを充分に析出
しないし、８０Ｗｔ９６を越えると、これに対応してタ
ングステン量が不足するので適当でない。
なお、前記した成分中の炭化チタンの８０ｗｔ％までを
ＺｒＣ，ＨｆＣおよびＶＣＳＮｂＣまたはＭ ０２Ｃ，
ＣＴａＣ２の１種か２種以上と置換して用いてもよい。
ＺｒＣ，ＨｆＣおよびＶＣＳＮｂＣまたはＭ ０２Ｃ，
ＣＴａＣ２の１種か２種以上と置換して用いてもよい。
特にＺｒＣ，ＨｆＣ５ＶＣ，Ｃｒ３Ｃ２で置換すると高
硬度で高靭性の焼結合金が得られ、ＴａＣで置換すると
靭性の高い該合金が得られる。
硬度で高靭性の焼結合金が得られ、ＴａＣで置換すると
靭性の高い該合金が得られる。
また、前々記した成分中の窒化チタンの８０ｗｔ％まで
をＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＴａＮ。
をＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＴａＮ。
ＮｂＮの１種または２種以上と置換させても上記同様の
効果を有し好ましい焼結硬質合金となる。
効果を有し好ましい焼結硬質合金となる。
しかして、前記した焼結硬質合金の炭化物および窒化物
は該合金中で、それぞれ単独で存在してもよいし、複合
固溶体であってもよい。また焼結中に析出するタングス
テンの金属相は、この合金の結合相の役目を果たし靭性
を高める要因となるが、その量は帆１ｗｔ％を下回ると
所望する靭性が得られず、そしてｌＱｗｔ％を越えるも
のを析出させようとすると焼結条件すなわち高温で長時
間の加熱が必要となり、生産性に問題を有するばかりで
なく靭性が低下したり、この合金の特性である硬度や耐
摩耗性が低下するので好ましくない。
は該合金中で、それぞれ単独で存在してもよいし、複合
固溶体であってもよい。また焼結中に析出するタングス
テンの金属相は、この合金の結合相の役目を果たし靭性
を高める要因となるが、その量は帆１ｗｔ％を下回ると
所望する靭性が得られず、そしてｌＱｗｔ％を越えるも
のを析出させようとすると焼結条件すなわち高温で長時
間の加熱が必要となり、生産性に問題を有するばかりで
なく靭性が低下したり、この合金の特性である硬度や耐
摩耗性が低下するので好ましくない。
しかも、窒素は、窒化物、炭窒化物として合金中に存在
するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金中に残存する窒
素量の下限をＱ、５ ｗ ｔ％とする。なお、この値を
下回ると合金の靭性が低下するし、ｌＱｗｔ％を越える
と本発明による組成または焼結条件ではタングステンの
析出が僅少となり結合相としては適当でなくなる。これ
らの理由についてはＴｉＣ基サーメットよりもＴｉＮ基
サーメットの方が靭性がすぐれているのと同様に窒化物
の特性が大きく！響してい ７− るものと推考する。
するが、焼結中に脱窒せしめ、この合金中に残存する窒
素量の下限をＱ、５ ｗ ｔ％とする。なお、この値を
下回ると合金の靭性が低下するし、ｌＱｗｔ％を越える
と本発明による組成または焼結条件ではタングステンの
析出が僅少となり結合相としては適当でなくなる。これ
らの理由についてはＴｉＣ基サーメットよりもＴｉＮ基
サーメットの方が靭性がすぐれているのと同様に窒化物
の特性が大きく！響してい ７− るものと推考する。
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。
。
実施例１
原料として、市販する粒度が約０．６μの炭化タングス
テン粉末とＣ／Ｎ比の異なる粒度１〜１に示した組成に
よって配合したものを通常の湿式ボールミル混合をおこ
ない、これを金型成形して圧粉体を得た後、これを真空
焼結炉内において真空下で加熱した。その条件は真空値
が１０−” ｍｍＨｇで１３００℃で約３０分、ツソい
て１６００℃で約３０分加熱して本発明による硬質合金
を得た。また比較のために表−１に示した本発明による
合金の試料Ａ１，５，９と同じ組成の圧粉体を１００ｔ
ｏｒｒ の窒素雰囲気中で焼結して比較試料１．２．３
とすると共に同じく本発明合金と比較する目的で本発明
合金の組成範囲外とした試料４〜８をつ（った。
テン粉末とＣ／Ｎ比の異なる粒度１〜１に示した組成に
よって配合したものを通常の湿式ボールミル混合をおこ
ない、これを金型成形して圧粉体を得た後、これを真空
焼結炉内において真空下で加熱した。その条件は真空値
が１０−” ｍｍＨｇで１３００℃で約３０分、ツソい
て１６００℃で約３０分加熱して本発明による硬質合金
を得た。また比較のために表−１に示した本発明による
合金の試料Ａ１，５，９と同じ組成の圧粉体を１００ｔ
ｏｒｒ の窒素雰囲気中で焼結して比較試料１．２．３
とすると共に同じく本発明合金と比較する目的で本発明
合金の組成範囲外とした試料４〜８をつ（った。
８−
この試料４〜８のものは本発明合金と同じ焼結条件であ
る。
る。
これによって得た各試料を抗折力、ヴイッカース硬さく
荷重５００り）およびヴイッカース圧痕から生じるクラ
ック長さから破壊靭性値（荷重１０＃ｐ）をめて同表−
１に示した。ましているものについては、Ｘ線分析装置
付走査電顕（Ｘ、Ｍ、Ａ）で組織観察をおこない、その
組織写真より析出タングステン量を計算し、合せて試料
のＮ２量も分析し、その結果を示した。
荷重５００り）およびヴイッカース圧痕から生じるクラ
ック長さから破壊靭性値（荷重１０＃ｐ）をめて同表−
１に示した。ましているものについては、Ｘ線分析装置
付走査電顕（Ｘ、Ｍ、Ａ）で組織観察をおこない、その
組織写真より析出タングステン量を計算し、合せて試料
のＮ２量も分析し、その結果を示した。
表−１から明らかなように本発明合金は、硬さおよび抗
折力と共に破壊靭性値も非常に高い値を示しており高靭
性であることがわかる。これに対して窒素雰囲気下で焼
結した比較試料１〜３はタングステンの析出がなく抗折
力は高い値を示したもの＼破壊靭性はきわめて低いもの
であった。また同じようにおこなった組成の異なる比較
試料４〜８はほとんど焼結により収縮せず未焼結体であ
った。
折力と共に破壊靭性値も非常に高い値を示しており高靭
性であることがわかる。これに対して窒素雰囲気下で焼
結した比較試料１〜３はタングステンの析出がなく抗折
力は高い値を示したもの＼破壊靭性はきわめて低いもの
であった。また同じようにおこなった組成の異なる比較
試料４〜８はほとんど焼結により収縮せず未焼結体であ
った。
実施例２
原料粉末として実施例１と同様のタングステン粉末と炭
窒化チタン粉末および粒度が１〜２μの炭化物を用いて
表−２の組成となるように配合したものを実施例１と同
様の製法（た＼゛し加熱条件は１６００℃Ｘ １ ｈｒ
）によって本発明による試料１４〜２３を得た。
窒化チタン粉末および粒度が１〜２μの炭化物を用いて
表−２の組成となるように配合したものを実施例１と同
様の製法（た＼゛し加熱条件は１６００℃Ｘ １ ｈｒ
）によって本発明による試料１４〜２３を得た。
また窒素雰囲気中で本発明による試料中の１６．１８と
同組成の比較試料９，１０と本発明の範囲外にある組成
の試料１１．１２を得た。
同組成の比較試料９，１０と本発明の範囲外にある組成
の試料１１．１２を得た。
１１−
邸 ♂ 。 。 。 、 。 ０ １１’） ＬＱ Ｉ
Ｊ） 。 。 、 。 。
Ｊ） 。 。 、 。 。
しＶ畳云０１ ｉ品−一ねし４６〜
ＲＩｌ 。 、 。 。 。 、 。 、 。 、 。
。 。 。
顧 ＼−■の０のヘー〜＋−１１Ｎの一〇二 −−−−
″−′″ ″ ″ ″− 鏝ず塁蓋蓋蓋蓋蒸某畳蓋蓋某墓；〜 １ ノ Ｐ １ Σ δ 占 Ｏ＋、ｌ） 〉 ２ − − ３ 工 電 。
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８ −− ０ 寓
上峠”
ンＩヂ 。
斥野 −一一一一〜〜−−〜−一
１２−
の一部を４ａ、５ａおよび６ａ族の炭化物で置換しても
前記同様の効果が得られ、特に炭化タンタルで置換する
と抗折力および破壊靭性値がなお、窒化チタンを窒化タ
ンタルで置換したものも効果を有するものであった。
前記同様の効果が得られ、特に炭化タンタルで置換する
と抗折力および破壊靭性値がなお、窒化チタンを窒化タ
ンタルで置換したものも効果を有するものであった。
実施例３
在来の窒化チタン基サーメットと炭化チタン基サーメッ
トと酸化アルミ被覆合金Ａ、Ｂ、Ｃおよび本発明合金１
．５．９と比較合金１．２゜３より５ＮＧ４３２のチッ
プを製作し、３５５Ｃ材のフライス切削をおこなった。
トと酸化アルミ被覆合金Ａ、Ｂ、Ｃおよび本発明合金１
．５．９と比較合金１．２゜３より５ＮＧ４３２のチッ
プを製作し、３５５Ｃ材のフライス切削をおこなった。
その切削条件はＶ＝ ２００ ｍ／ｍｉ、、 ｄ ＝
２．Ｏｍｔｎ、ｆ −０、１５ｍｍ／ ｒ 、切削中６
Ｑｔｎｍで長さ５ｏｏｍｍの被削材を切削した。
２．Ｏｍｔｎ、ｆ −０、１５ｍｍ／ ｒ 、切削中６
Ｑｔｎｍで長さ５ｏｏｍｍの被削材を切削した。
その結果を表−３に示した。
表−３
表−３に示した如く、本発明合金は耐摩耗性および耐欠
損性にすぐれていることが明らがである。
損性にすぐれていることが明らがである。
１５−
１７一
Claims (2)
- （１）重量比で炭化タングステン５〜８５％、炭化チタ
ン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％の混合物または相
互化合物とタングステンの金属相が０．１〜１０％存在
し、かつ窒素が０．５〜１５％含有したことを特徴とす
る耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金。 - （２）重量比で炭化タングステン５〜８５％、炭化チタ
ン５〜８０％、窒化チタン５〜８０％からなる圧粉体を
真空中で加熱して前記窒化チタンの一部を脱窒させ、こ
れによって該炭化タングステンを脱炭させてタングステ
ンを析出させることを特徴とする耐摩耗性と高温特性に
優れた焼結硬質合金の製造方法。 １−
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59008154A JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59008154A JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152650A true JPS60152650A (ja) | 1985-08-10 |
| JPH0517298B2 JPH0517298B2 (ja) | 1993-03-08 |
Family
ID=11685400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59008154A Granted JPS60152650A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 耐摩耗性と高温特性に優れた焼結硬質合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152650A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005096071A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Sandvik Ab | 切削工具インサート及びその製造方法 |
| JP2009220260A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-10-01 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆工具及び被覆工具の製造方法 |
| CN102126025A (zh) * | 2011-02-22 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种表层脱碳WC-Co梯度硬质合金预制体的制备工艺 |
-
1984
- 1984-01-19 JP JP59008154A patent/JPS60152650A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005096071A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Sandvik Ab | 切削工具インサート及びその製造方法 |
| JP4713119B2 (ja) * | 2003-09-24 | 2011-06-29 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | 切削工具インサート及びその製造方法 |
| KR101279282B1 (ko) * | 2003-09-24 | 2013-06-26 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 절삭 공구 |
| JP2009220260A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-10-01 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆工具及び被覆工具の製造方法 |
| CN102126025A (zh) * | 2011-02-22 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种表层脱碳WC-Co梯度硬质合金预制体的制备工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0517298B2 (ja) | 1993-03-08 |
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