JPS60208438A - 切削工具用超硬質焼結合金の製造法 - 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、結合金属をきわめて少量含南した状態で高
硬度かつ高強度を南し、しかも、これらの特性が要求さ
れる重速切削用切削工具として使用した場合にすぐれた
性能を発揮する超硬質焼結合金の製造法に関するもので
ある。

従来、切削工具材料としては、ＷＣ−Ｃｏ系およびＷＣ
−Ｔｉｃ　−ＴａＣ−Ｃｏ系超硬合金が広く用いられて
いるが、これら従来の工具劇料の合金特性は主に結合金
属であるＣｏの含肩量によって決まり、Ｃ０の量が多く
なると、超硬合金の強度（抗折力）Ｖｉ内向上るが硬さ
が低下し、逆にＣＯの量が少ｌくなると、硬さは向上す
るが強度（抗折力）が低下するという相反する４＋性を
有しているため、日本工業規格では切削工具用超硬合金
のＣｏＪｉ、は４〜２０重ｆチＫ、定められており、市
販の超硬合金Ｖｉ史に狭い範囲のＣｏ量に限定されてい
る。

しかりへ例えば切削加工の分野では近年、加工能率同士
のため、高速９Ｊ削化が＃肘されているが、上記のＷＣ
Ｃ超超硬合金即ち、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金もＷｅ　−’
ｌ’ｉｃ　−ＴａＣ−Ｇｏ系超超硬合金＾速切１り用の
切ｑ＋＋工具として用いた場合、耐摩耗性が十分でない
ために満足な工具寿命を示さないものであった。

そこで、ＷＣＣ超超硬合金耐摩耗性を同士させるために
Ｃｏｌを減する工夫が種々検討いれたが、いずれの］人
においてもＣＯを３に１％以下にすると合金の硬さは向
上するが、合金組織中に小孔が発生し、強吸がハしく低
ドしてしまい、実用に供せなかった。

そｊｔで、高速切削用工具相料としてＡ　１２０３を主
成分とするセラミックスが検討されたが、　Ａｌ！ｏｓ
基セラミックスは低強度（抗折カニ５０〜８０に９／ｄ
）のため、利用ゆ０囲がｉＡ＋鉄切削の一部に限定され
ていた。

ノ１ｊノ１では、史（て強度のＮらいセラミックスの研
究がｔｒ；＆われ、ε＜＋３Ｎ＜を主成分とするセラミ
ックスが開冗ｐｈているが、このセラミックスでも、抗
折力はたかだか１０　（Ｊ　ｋｓ＋／ｉｊ　ｌｉｉ区で
イ）る。

そこて、本発明渚らは、上記セラミックスよりも高強度
で、しかも、最も広く利用づれているＣｏ蓋が７〜８重
量％のＷＣＣ超超硬合金匹敵する強度と、高い硬度を有
する超硬質焼結合金を製造すべく研究を行なった結果、
組成式：　（Ｍ、Ｗ）（Ｃ。

Ｎ）を有する襟合金輌炭窒化物固溶体（たたし、Ｍ　：
　’ｌ’ｉ　、　Ｚｒ　、およびＨｆのうちのＩ　ＩＩ
Ｉまたは２種り、上）と炭化タングステン（以下、ＷＣ
で示す。）ときわめて少量のＣｏとからなり、特定の配
合組成を有する成形体を、真空中ではなく窒５に雰囲気
中で焼結することＫより、硬さがロックウェルＡ６？さ
く以下、ＨＲＡで示す。）で９２．５以上で、しかも小
孔がきわめて少なく抗折力が１５０ｋｐ／＋ａＪＪＪ上
という、高硬度かつ高強度の超硬質焼結合金を製造でき
、しかも、この合金を高速切削用工具等として使用した
場合、すぐれた性能を承すという篤くべき事実を確認し
た。

この発明は、上記知見に基いてなされた、高硬度および
高強度を有する切削工具用超硬質焼結合金の製造法であ
り、 原料粉末として、組成式：　（Ｍ、Ｗ）（Ｃ，Ｎ）を有
する枚合金楓炭窒化物固溶体粉末（ただし、Ｍ：ｉ’ｌ
、Ｚｒ、およびＨｆのうちの１秒またＶｉ２　ｆｊｌｌ
ｐｔ、上）、炭化タングステン粉末、およびＣｏ　粉末
を相段し、これら原料狗末を、１１１本１％で、初合金
ト仄♀化物１ｉ’＝Ｊ　？ｉ！体杓末：２０〜９０チ。

炭化タングステン粉末：１０〜８（）チ。

Ｃｏ粉末、０．５〜３％ からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧ｖ
Ｊ体に成Ｊト、シた抜、窒素豚囲気中で貌、結すること
を乍′ｌ′ｈ・とするものである。

↓゛Ｊ下、このイしＬＩＪＪの構成１に説明する。

（１）原２１　ｔ’ｌ末の粒度 初合金し′ａ炭望（１−セフ固溶体粉末、Ｗ　ＣＩｓ＋
末ともに得られる合金のわＩす１力を向上させるために
は、粉末の粒度が細かい方が望ましい。例えは、複合金
石炭窒化物固溶体粉末の平均９径ｌ−１Ｏ，５〜５．０
μｍ。

ＷＣ粉末の平均粒径は０．５〜５．０μｍが好ましい。

そして、Ｃｏ粉末は０．５〜３．０μｍの平均粒径であ
ることが望ましい。

（：１）配合組成 （ａ）（Ｍ　、Ｗ　）（Ｃ、Ｎ　） この成分は、この発明により製造づれる合金の第１の硬
質分散相形成成分であって、窒化芒れることによシ組成
が変化し、合金の焼結性を向上させ、緻密な焼結体とし
、合金の抗折力を向上ζせる。又、固溶体が金属分とし
てｉ’ｉ、ＺｒおよびＨｆのｌｆｆ１ｉまたは２種以上
を必須成分とするので、それ自体高硬度であるため、合
金の硬さを向上させる作用を有する。その含有蓋が２０
重１条未満では前記の所望の効果が得られず、一方、９
０３ｉｌチを越えると、合金の抗折力が低下するように
なることから、その含有量を２０〜９０重！＃チと定め
た。

（ｂ）　Ｗ　Ｃ ＷＣはこの発明により得られる合金の第２の硬質分散相
形成成分であって、前記（Ｍ、Ｗ）（Ｃ。

Ｎ）がスケルトンを作ることを阻害し、硬貢相形成成分
の分散を良くし、合金の抗折力を向上させる作用を有す
るが、その含有蓋が１０重ｊｔ％未満では前記の所望の
効果が得られず、一方、８０重おうを越えると、切１１
１１時等の耐摩耗性が９（下するようになることから、
その金山お“ｋｌＯ〜８０重＠チと犀めた。

（ｃｏｃ。

Ｃｏ１１、この発明においては、従来のＷＣＣ超超硬合
金中のＣｏのよう−に結合金へという役割よシは、むし
ろ触媒的な役割を果し、合金の主成分である前記（Ｍ、
Ｗ）（Ｃ，Ｎ）の窒化による固溶体組成の変化を起こし
やすくして、合金の焼結性を著しく向上壊せ、合金の抗
折力を大巾に改善する効果を有するので、従来のＷＣＣ
超超合金含有されているＣｏｆｉよりも少ない含有−で
効果を発揮するのである。

その含有員が０．５’ｉＬｉチ未満では上記の効果が十
分でなく、一方、３重ｉ％を越えると硬さが低下し、切
削時等の耐摩耗性も低下して、従来のＷＣ基ｂｔｔψ合
金と耐摩耗性における差がなくなるので、その含有Ｉｉ
１を（）、５〜３重１％と定めた。

この発明に訃いては、上０ｃ３成分の他に、ＷＣの粒成
長抑制剤としてＷＣＣ超超硬合金添加されているＴａＣ
、ＮｂＣ、ＶＣ、Ｃｒ５Ｃｘ等を２１１Ｍ％まで配合し
てもよい。

０１１）混合 混合は通常の条件、例えば、ボールミルで７２時時間式
（例えばアルコール中）粉砕混合することによって行わ
れる。

翰成形 粉末混合物を乾燥した後、１０〜３０吟／、ｊの圧力で
プレス成形して圧粉体とする。

役フ焼結 焼結は、複合金属炭窒化物置Ｍ体全窒化させ、その組成
を変化させ、合金の焼結性を改善するために、窒素雰囲
気中で行なうことが必要である。

窒素圧は帆０１気圧以上が好ましい。０．０１気圧未満
では複合金籾炭窒化物固溶体の窒化が十分に進まないか
らである。

そして、焼結温度は１４００〜１８０Ｏ℃が好ましい。

１４００℃未満では、未焼結で、焼結体中に大東が多数
残存して、合金の抗折力が低下してし壕うからであり、
逆に、１８００℃を超えると、合金中の（Ｍ、Ｗ）（Ｃ
，Ｎ）とＷｅが粒成長を起し、むし折力が低下してしま
うからである。

次に、実施例及び比較例湛びｌ’ｌ考例によって、この
発明の構成及び効果を詳細に脱明する。

実ＪＭ０１１１及び比較例 原料粉末として、平均粒径１．５μｒｎを有する各１中
の（Δ１．　ｗ　）（Ｃ、Ｎ　）　（ただし、Ｍ：Ｔｉ
ｄ沖址音・ひ−１−１ｆ−のう−ぢ−の・」−沖−ま−
・た−は−２−陣考こｔ−）・粉末、同（）、８μｍの
髪νＣ粉末、同１．２μｍのＣｏ粉末を用意し、これら
原料わＪ末をそｉｌぞれ第１表に示されるｒｌ＋“合組
成に配合し、ボールミルにて７２時＋１１１湿式イ・を
砕ｄζ合し、乾燥した後、１５　ｋｙ／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０．
１気Ｊｔ−の窒素雰囲気中でそれぞれ第１表に示される
ｕｎ　ＩＬに２時ｂＵ保持して焼結することＫよつ−Ｃ
トド元元金合金１〜１３よび比較合金１〜４を製外１．
シた。なお、比較合金１〜４け、本発明の配合組成範囲
から少なくとも１成分が夕１れている（※で示す８、）
ものである。

ついで、これらの合金の有孔度、ｆｉｎ　Ａおよび抗折
力を測定し、第１表に合せて示した。

有効度は超硬工具協会規格にもとすいて表示しである。

更に、比較の目的で配合組成はこの発明の範囲内である
もの（比較合金５という〕、結合金属の少ないＷＣＣ超
超硬合金ある９９％ＷＣ−１％ＣＯ超硬合金（比較合金
６という）及び９７％ＷＣ−３％Ｃｏ超硬合金（比較合
金７という）、並びに９３％ＷＣ−７％Ｃｏ超硬合金（
従来合金１という）及びＰＩＯ相当の６８％ＷＣ−２０
％ＴｉＣ−５％ＴａＣ−７％ＣＯ超硬合金（従来合金２
という）を、真空中（１０ｔｏｒｒ　）Ｋｉ１表に示し
た焼結温度で２時間保持の条件で製造し、有孔度、）Ｉ
ＲＡ及び拐折力を測定し、これらの結果も第１表に示し
た。

第１表の（Ｍ、Ｗ）（、Ｃ，Ｎ）の欄において、例えば
、Ｔｉｃ：３０．ｉ”ｉＮ：２５．ＷＣ：４５とは、Ｔ
ｉＣ：　３０　ＴｊＬＪＩ：％　、　ＴｉＮ　：　２５
重量ｓおよびＷＣ：　４５重量楚からなる配合組成のも
のをＮ！気流中で、１９００℃以上の温度に加熱するこ
とにより、固溶させて得られたものを表わす（第１表の
他のもの及び第２表についても同様である）。

第１表に示されるように、本発明合金１〜１３はＨＲＡ
　９２．５以上の高い硬さと、従来合金２に匹敵する抗
折力１５０　ｋｐ／−以上の＾い強度を兼ね備えた合金
であるのに対し、ＣＯがこの発明の配合組成範囲よりも
少ない比較合金１は硬さは高いがわ１．折力が低く、逆
に多い比較合金２は抗折力は高いが硬さが低く、ＣＭ、
Ｗ）（Ｃ、Ｎ）とＷＣがこの発明の配合組成範囲から外
れた比較合金３゜４−１硬さは高いが、抗折力が伏〈本
発明合金に比べ劣っている。ぞして、配合組成はこの発
明の範囲内であるが窒素中ではなく真空中で焼結する比
較合金５は硬さは本発明合金に比べやや劣っている程度
だが、抗折力が低く、この発明が窒素中で焼結すること
により、きわめて少量のＣｏの配合佃であっても小孔が
きわめて少なく抗折力の大きい合金が１０られること＊
ｍ伺けている。又、比較合金６．７は同−ｃｏ気の本発
明合金と比べると、硬さが低く４）を折力は大巾ＷＣ低
い。それから、従来合金１は抗折力は、きわめて高いが
、硬さが本発明合金よシも大巾に低い。又、従来合金２
は抗折力では本発明合金と同等であるが、硬さは大巾に
低い。

以上より、この発明によシ製造づれる合金は従来のＷＣ
Ｃ超超硬合金比べて硬度と強度の両方において高い特性
を有していることがわかる。

実施例２ 原料粉末として、平均粒径１，０μｍの各種の（ト）。

Ｗ）（Ｃ，Ｎ）（ただし、Ｍ　：　’Ｎ　、　Ｚｒおよ
びＨｆのうちの１種またＶｉ２稙以上）粉末、同種８μ
ｍのＷＣ粉末、同１．２μｍのＣｏ粉末を用急し、これ
ら原料粉末をそれぞれ第２表に示される配合組成で配合
し、ボールミルにて７２時時間式粉砕混合し、乾燥した
後、１５　ｋｙ／ｍＡ　の圧力にてプレス成形して圧粉
体とし、ついで、との圧粉体を第２表に示される窒素圧
の焼結雰囲気及び焼結紐度で２時間保持して焼結するこ
とＫよって、本発明合金１４〜２８を段進した。

ついで、これらの合金の有孔度、ＨＲＡ、抗折力を測定
し、第２表に合せで示した。

お考例 夾施９１１１の本発明合金１〜１３と比較合金１〜７と
従来合金１〜２および実施例２の本発明台金１４〜２８
から、ＪＩＳψ５ＮＰ４３２の形状の切０り用千ツデを
製作しく粒下、それぞれ本発明切Ａｌｌチツフ゛１〜２
８、比較切１１１１チツｆ１〜７及び従来切削チツｆ１
〜２と言う。）、下にの条件での鋼の重速連続切削試験
、 被削相：ＳＮＣＭ８（ブリネル６ の丸棒 切削速度：２５０ｍ１分 送り　：０．３ｍ／回転 切込み　、１− 切削時間：１０分 ならひＫ、下記の条件での鋼の高速連続切削試験被削胴
：　ＳＮＣＭ８　（ブリネル硬享：２６０）の自相 切削速度：２００ｍ１分 送り　＋　０．２　５■／回転 切込み　：２鰭 切削時開：３分 を行ない、上記高速連続切削試験では切刃のにげ面摩耗
幅とすくい面摩耗深さを測定し、又、上記高速断続切削
試験では１０個の切刃のうち何個の切刃に欠損が起るか
を胸査した。それらの結果をｍ３表に示す。

また、比較の目的で、ＴｉＣ基サーメット（組成ニア４
％１’ＩＣ　−　１　０％ＭｏｚＣ　１６％Ｎｉ（組Ｏ
））。

Ａ４ｚＯｓ基セラミックス（組成７０％Ａｔ２０ｓ　−
　３　０％Ｔｉｃ　（重量％））およびＳｔ３Ｎ４基セ
ラミックス（組成９０％ＳｉｓＮ４５％Ａｌｔｏｓ　３
％ＡｔＮ　−２％Ｙ１０８　（亀ｆＩＬ％））も同様に
、ＪＩＳ・ＳＮＰ４３２の形状の切削用チップとしく以
下、それぞれ従来切削チツｆ３．４及び５と言う。）、
それらを用いて同様に切削試験を行ない、結果を第３表
に示した。

第３表に示されたように、本発明合金１〜２８は上記高
速連続切削試験および高速断続切削試験において優れた
切削性能を有しているが、比較合舎２，４，６及び７並
ひに従来合金１，２．３及び５（特に、比較合金６及び
７並びに従来合金Ｉ。

２．３及び５）は１Ｍバれ性に劣り、父、比較合金１．
３，４，５，６及び７並ひにや１来合金４及び５は切刃
の欠Ｊ７ｉ　Ｂ　ＩＣ劣つｆｃものである。

不発ＩＪＪ合金は、子連のよう◆ζ、商硬度および高強
度型・イ］しているので、発熱の市いＭ速切ｆｊ！Ｉで
、すぐれたｌｉＩ′ｉ町・耗（−（および耐欠払（’Ｉ
　ｔｌ−示すことが確統さｉまた。同４．１に、本発明
合金ｌよ、耐摩耗工具とくに、１．′ｌム、１で使用す
る剛１ｉｉ耗」−共、セ１１え口、熱間タイス、熱＋ｌ
ｌｊロールイ・・７に使用した川ぞ、にも、すぐｉした
銅凧１１’ｊ性およＯ−開１欠ｌｉｔ　ｔ’ｌ−を発撞
するものである。

出願人　三次企にハ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原料粉末として、組成式：（Ｍ、Ｗ）（Ｃ，Ｎ）を有す
   る快合金へ炭窒化物固溶体粉末（ただし、Ｍ：１Ｍ、Ｚ
   ｒ、およびＨｆのうちの１種または２ａｉ以上）、炭化
   タングステン粉末、およびｃｏ粉末を用清し、これらｉ
   料粉末を、亀輩斧で、 抜合金おる炭窒化物固溶体粉末：２０〜９０％。 炭化タングステン粉末：１０〜８０％。 Ｃｏ８）禾：（１，５〜３％ からなる配合組成に配合し、運営の条件で混合し、圧粉
   体に成形した後、窒素雰囲気中で焼結することを特徴と
   する高硬丸および高強度を有する切削工具用超使賀焼結
   合金の製造法。