JPS6056781B2 - 切削工具および熱間加工工具用サ−メツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高靭性および高硬度を有し、さらにすぐ
れた耐摩耗性、耐塑性変形性、および耐衝撃性を有し、
したがつて、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
る切削工具として、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
工工具として使用した場合にすぐれた性能を発揮する結
合相がＷで構成されたサーメットに関するものである。

近年、加工能率向上のために高速切削化や高送り切削
化が検討されているが、切削速度を高くしたり、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、むしろ高温に起因する塑性変形によつ
て使用寿命に至る場合が多い。 しカルながら、現在実
用に供されている硬質相が主として炭化タングステン（
以下ＷＣで示す）や炭化チタン（以下ＴｉＣて示す）て
構成され、一方結合相が主として鉄族金属て構成されて
いるＷＣ基超硬合金やＴｉＣ基サーメットは、刃先温度
が１０００℃を越えると急激に軟化するようになるため
に、これらのＷＣ基超硬合金やＴｉＣ基サーメットは勿
論のこと、これらの表面に硬質被覆層を形成したものに
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。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に
すぐれた耐塑性変形性および耐衝撃性、さらに耐摩耗性
が要求される鋼などの高速切削や重切削に切削工具とし
て使用するのに適した材料を開発すべく研究を行なつた
結果、原料粉末として、ＴｉとＷの複合金属炭窒化物固
溶体（以下、（Ｔ１、Ｗ）ＣＮて示す）粉末、Ｔｉと、
Ｗと、元素周期律表の？族金属のうちの１種または２種
以上との複合金属炭窒化物固溶体（以下、（Ｔｌ．Ｗ、
？族）ＣＮで示す）粉末、さらに酸化マグネシウム（以
下ＭｇＯで示す）粉末およびＷ粉末、さらに必要に応じ
て炭素粉末を用意し、これら原料粉末を、（ＴｉｌＷ）
ＣＮ粉末および（Ｔｉ．．Ｗ．．５ｌｌ族）ＣＮ粉末の
うちの１種または２種：１０〜６５％、ＭｇＯ：０．５
〜１０％、 Ｗ粉末：残り、 からなる配合組成に配合して、さらに必要に応じて炭素
粉末：０．１〜２％を配合し、この配合粉末を通常の条
件で混合し、ブレス成形して圧粉体とし、ついでこの圧
粉体を１気圧以上の窒素雰囲気中て焼結すると、焼結時
に、（Ｔｉ．．Ｗ）ＣＮ粉末および（Ｔｉ．Ｗ．５ａ族
）ＣＮ粉末が窒化されて析出したＣ成分、あるいは必要
に応じて配合した炭素粉末がＭｇＯ粉末およびＷ粉末と
反応し、この場合、Ｃ成分あるいは炭素粉末とＭｇＯと
の反応は５Ｍｇ０を実質的に減少させるが、この反応に
よつて焼結性が一段と向上するようになり、またＣ成分
あるいは炭素粉末とｗとの反応によつて硬質のＷ２Ｃを
形成することから、硬質相形成成分として、（Ｔｉ．．
Ｗ）ＣＮおよび；（Ｔｊ．Ｗ．．５２ｌ族）ＣＮのうち
の１種または２種：１０〜６５％、同じく硬質相形成成
分として、Ｗ２Ｃ：２〜４０％、同じく硬質相形成成分
として、ＭｇＯ：０．０１〜（１％、を含有し、残りが
結合相形成成分としてのＷと不可避不純物からなる組成
（以上、％は重量％を示し、以下に示す％も同じ）をも
つたサーメットが得られるようになり、この結果のサー
メットにお；いては、（Ｔｌ，．Ｗ）ＣＮおよび（Ｔｉ
．Ｗｌ？族）ＣＮによつてすぐれた耐摩耗性と耐塑性変
形性が確保され、またＷ２Ｃによつて一段とすぐれた耐
摩耗性が確保され、さらにＭｇＯおよびＷによつてすぐ
れた耐衝撃性が確保されるようになるといｉ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つ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。

ａ） （Ｔｉ，．Ｗ）ＣＮおよび（Ｔｉ．Ｗ．．５ａ族
）ＣＮこれらの成分は、主体硬質相形成成分であつて、
サーメットの耐摩耗性および耐塑性変形性を向上させる
作用をもつが、その含有量が１０％未満ではｗ素地中の
スケルトンを形成することなく均一に分散してしまつて
前記作用に所望の効果が得られず、一方６５％を越えて
含有させると、相対的に素地を形成するＷ量が減少し、
靭性が劣化するようになることから、その含有量を１０
〜６５％と定めた。

ｂ）Ｗ２Ｃ Ｗ２Ｃ成分も硬質相形成成分てあつて、サーメットの耐
摩耗性を一段と向上させる作用をもつが、その含有量が
２％未満では前記作用に所望の向上効果を確保すること
がてきず、一方４０％を越えて含有させると、耐衝撃性
が劣化するようになることから、その含有量を２〜４０
％と定めた。

ｓ）ＭｇＯ ＭｇＯ成分は、その大半が焼結時に、（Ｔｌ、Ｗ）ＣＮ
および（Ｔ１、Ｗ．．５ａ族）ＣＮより析出したＣ成分
、あるいは別途配合したＣ粉末と反応して焼結性を改善
し、かつその僅かな量が硬質相形成成分としてサーメッ
ト中に残留して耐衝撃性を著しく向上させる作用をもつ
が、その含有量が０．０１％未満ては、所望の耐衝撃性
を確保することができないばかりでなく、焼結時におけ
る焼結性改善効果も不十分となり、一方１％を越えて含
有させると、サーメットの耐塑性変形性が低下するよう
になると共に、サーメット中に巣が形成され易くなつて
耐衝撃性も劣化するようになることから、その含有量を
０．０１〜１％と定めた。

ｉ）Ｗおよび不可避不純物 Ｗ成分は、その一部が硬質相に固溶するが、大部分は結
合相として存在して硬質相と強固に結合し、サーメット
にすぐれた耐衝撃性を付与する作用を有するものてある
。

また、不可避不純物としてＭＯ．，Ｃｒ，，Ｆｅ，．Ｎ
ｉ，．ＣＯ．．Ｒｅ，．ＰｔｌおよびＰｄなどのうちの
１種または２種以上を含有する場合があるが、その含有
量がそれぞれ１％以下であれば、サーメット特性が何ら
損なわれるものではない。つぎに、この発明のサーメッ
トを実施例により具体例に説明する。

実施例１ 原料粉末として、平均粒径：１．５μｍを有する完全固
溶体の（ＴｌＯ．８５ＷＯ．ｌ５）（ＣＯ．７ＯＮＯ．
３Ｏ）粉末、同１．５μｍを有する完全固溶体の（Ｔｌ
Ｏ・７５Ｗ０・１５Ｔａ０・１０）（ＣＯ・７０Ｎ０・
３０）粉末（以上）粉末括弧内の数値は原子比を示す、
以下同じ）、同０．４μｍ（７）ＭｇＯ粉末、および同
０．８μｍ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、ボールミルにて
冗時間湿式粉砕混合し、乾燥した後、１５ｋｇ１ｄの圧
力にてブレス成形して圧粉体とし、ついでこの圧粉体を
１．洩圧の窒素雰囲気中で、それぞれ第１表に示される
温度に２時間保持の条件て焼結することによつて、同じ
く第１表に示される成分組成をもつた本発明サーメット
１〜１９および比較サーメット１〜４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１〜１９お
よび比較サーメット１〜４について、硬さ（ロックウェ
ル硬さ）と抗折力を測定すると共に、これよりＪＩＳＩ
ＳＮＰ４３３の形状をもつた切削チップを切出し、被削
材：ＪＩＳ−ＳＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２４Ｏ）、切削
速度：２００Ｗ１．Ｉｍｉｎ１送 りニ０．３５ｗｒｍ
Ｉｒｅｖ．、 切込み：２Ｔｆｒｍ１ 切削時間：１０ｎ１１ｎ、 の条件での高速連続切削試験、並びに、 被削材：ＪＩＳ−ＳＮＣＭ−８（硬さ：ＨＩ３２７Ｏ）
、切削速度：１２０ｎ１．１ｍｉｎ、送 りニ０．４ｗ
＄Ｔｌｒｅｖ．、 切込み：３悶、 “切削時間：３Ｔ１１１ｎ、 の条件での断続切削試験を行ない、上記高速連続切削試
験では、切刃の逃げ面摩耗幅およびすくい面摩耗深さを
測定し、また上記断続切削試験ではｗ個の試験切刃のう
ち、その刃先に欠損が発生した切刃数を測定した。

これらの測定結果を第２表に示した。また、比較の目的
で、ＩＳＯ（１）ＰｌＯグレードのＷＣ基超硬合金製切
削チップ（以下従来チップ１という）、およびＴｉＣ−
１０％ＭＯ−１５％Ｎｉの組成を有するＴｉＣ基サーメ
ット製切削チップ（以ｌ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削試験を行ない、この結果
も第２表に示した。第２表に示される結果から、本発明
サーメット１〜１９は、いずれも高硬度および高靭性を
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、ＭｇＯを含有しない比較サー
メット１、３は、焼結性が悪く、耐衝撃性に劣り、特に
断続切削試験では全切刃に欠損が発生し、また（Ｔｉ．
．Ｗ）ＣＮおよび（Ｔｉ，．Ｗ．．Ｔａ）ＣＮの含有量
がそれぞれこの発明の範囲から高い方に外れた比較サー
メット２、４は、比較的すぐれた耐摩耗性を示すものの
、靭性が劣るものであるためため、断続切削試験ではほ
とんどの切刃に欠損が発生することが明らかである。

さらに、従来切削チップ１、２は、本発明サーメットに
比して耐摩耗性および耐衝撃性に劣るものであるために
、これに比して劣つた切削性能を示すものであつた。実
施例２ 原料粉末として、平均粒径：１．５μｍを有する完全固
溶体の（ＴｌＯ．７５ＷＯ．２５）（ＣＯ．８ＯＮＯ．
２Ｏ）粉末（第３表では（ａ）粉末で示す）、同１．５
μｍを有する完全固溶体の（ＴｌＯ．８５ＷＯ．ｌ５）
（ＣＯ．７ＯＮＯ．。

）粉末（同じく（ｂ）粉末で示す）、同１．８μｍを有
する完全固溶体の（ＴｌＯ．７ＯＷＯ．３Ｏ）（ＣＯ．
７ＯＮＯ．３Ｏ）粉末（同門じく（Ｃ）粉末で示す）、
同２．０ｐｍ，を有する完全固溶体の（ＴｌＯ．．ＷＯ
．２Ｏ）（ＣＯ．６ＯＮＯ．４Ｏ）粉末（同（ｄ）粉末
で示す）、同２．０μｍを有する完全固溶体の（ＴｌＯ
．６５ＷＯ．Ｔ．ＴａＯ．ｌＯ）（ＣＯ．８ＯＮＯ．２
Ｏ）粉末（同（１）粉末で示す入同１．８μ瓦を有する
完全固溶体の）（ＴｌＯ・７５Ｗ０・１５Ｖ０・１０）
（ＣＯ・７０Ｎ０・３０）粉末（同（２）粉末で示す）
、同１．５μｍを有する完全固溶体の（ＴｌＯ・７５Ｗ
０・１５Ｎ０・１０）（ＣＯ・７０Ｎ０・３０）粉末（
同（３）粉末で示す）、同１．５μｍを有する完全固溶
体の（ＴｌＯ・７５Ｗ０・１５Ｔａ０・１０） （Ｃ
Ｏ・７０Ｎ０・３０）粉末（同、（４）粉末で示す）、
同０．４μｍ（７）ＭｇＯ粉末、および同０．８μｍ（
７）Ｗ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１におけると同一の条
件で湿式粉砕混合し、乾燥し、成形して圧粉体とし、つ
いて同じく第３表に示される窒素雰囲気圧力および温度
で焼結して同じく第３表に示される成分組成をもつた本
発明サーメット２０〜３０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２０〜３３につい
て、硬さおよび抗折力を測定すると共に、これよりＪＩ
Ｓ−ＳＮＰ４３３の形状をもつた切削チップを切出し、
さらに比較の目的で用意した■ＳＯのＰ３Ｏグレードの
ＷＣ基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：ＪＩＳ−ＳＮＣＭ−８（硬さ：
ＨＢ２６Ｏ）、切削速度：１００ｍ１ｍｉｎ、送 りニ
０．８５？Ｉｒｅｖ．、 切込み：４ｗ！ｔ１ 切削時間：１０ｒＴ１１ｎ． の条件での高送り連続切削試験、並びに、被削材：ＪＩ
Ｓ−ＳＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２７Ｏ）、切削速度：１
００ＷＩ，Ｉｍｉｎ１送 りニ０．４５ＷＩ１１ｒｅＶ
．、 切込み：３Ｔｎ！ｎ１ 切削時間：３ｎ１１ｎ、 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、前者の試験ては刃先の逃げ面摩耗幅とすくい面
摩耗深さ、また後者の試験では欠損切刃の割合を測定し
た。

これらの測定結果を第４表に示した。第４表に示される
結果から明らかなように、本発明サーメット２０〜３３
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は特に耐塑性変形性に劣るた
めに高送り連続切削試験では２．紛で切削不能となるも
のであつた。

実施例３ 原料粉末として、実施例１で用いたＭｇＯ粉末およびｗ
粉末のほかに、平均粒径：１．５ｐ几を有する完全固溶
体の（ＴｌＯ．８ＯＷＯ．２Ｏ）（ＣＯ．７ＯＮＯ．３
Ｏ）粉末、同１．２ｐ几を有する完全固溶体の（ＴｌＯ
・７０Ｗ０・１０Ｔａ０・１０Ｎ尾１０）（ＣＯ・７０
Ｎ０−３０）粉末〜および同２０μｍのカーボンブラッ
ク、さらに不可避不純物の影響を知る目的で、同０．８
μｍ（７）ＭＯ粉末、同２．５μｍのＮｉ粉末、同１．
２μｍ（７）ＣＯ粉末、および同３．０μｍ（７）Ｒｅ
粉末を用意し、これら原料粉末を第５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湿
式粉砕混合し、乾燥し、成形して圧粉体とし、ついで、
これらの圧粉体を、同じく第５表に示される条件にて焼
結することによつて、同じく第５表に示される成分組成
をもつた本発明サーメット３４〜５２および比較サーメ
ット５〜１１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３４〜５２
および比較サーメット５〜１１について、硬さおよび抗
折力を測定すると共に、これよりＪＩＳ・ＳＮＰ４３３
の形状をもつた切削チップを切出し、さらに比較の目的
で用意したＩＳＯＯ）Ｐ４ＯグレードのＷＣ基超硬合金
製切削チップ（以下従来切削チップ４という）と共に、
被削材：ＳＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２６Ｏ）、切削速度
：６０７ＴＬ１ｍｉｎ、送 りニ０．７ｗ！Ｎｌｒｅｖ
．、 切込み：１０ＴｆｒＩｎ１ 切削時間：３ｒｒ１ｉｎ１ の条件での高送り連続切削試験、並びに、被削材：ＳＮ
ＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２７Ｏ）、切削速度：８０ＷＬＩ
ｍｉｎ１送 りニ０．５Ｔ！ｒ！ＮｌｒｅＶ．、 切込み：３ｒｎｍ１ 切削時間：３ｒｎｉｎ１ 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６表に示した。第６表に示される
結果から、本発明サーメット３４〜５２は、いずれも高
硬度および高靭性を有し、いずれの切削試験てもすぐれ
た切削性能を発揮し、特に本発明サーメット４６〜４９
および５２に見られるように、ＭＯ．．Ｎｉ．．ＣＯｌ
またはＲｅなどの不純物を含有しても、その含有量がそ
れぞれ１％以下であればサーメット特性にほとんど悪影
響を及ぼさないことが明らかである。

これに対して、ＭｇＯ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５、８、（Ｔｌ，．Ｗ）Ｃ
Ｎ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６、硬質相形成成分としてのＷ２Ｃを含有しな
い比較サーメット９、さらに不純物たるＮｉ，．ＣＯｌ
およびＭＯの含有量がそれぞれ１％を越えて高い比較サ
ーメット７、１０、１１、においては、いずれも靭性不
足が原因で、きわめて悪い切削性能しか示さず、また従
来切削チップ４は、比較的すぐれた耐衝撃性をもつもの
の、耐塑性変形性に劣るために高送り連続切削試験では
１分で切削不能に至るものてあつた。上述のように、こ
の発明のサーメットは、高硬度および高靭性を有し、か
つ耐摩耗性、耐塑性変形性、および耐衝撃性にもすぐれ
ているので、これらの特性が要求される鋼の高速切削や
重切削など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、さらには熱間押出し
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)

【特許請求の範囲】
1. １ 硬質相形成成分として、ＴｉとＷの複合金属炭窒化
   物固溶体、およびＴｉと、Ｗと、元素周期律表の５ａ族
   金属のうちの１種または２種以上との複合金属炭窒化物
   固溶体のうちの１種または２種：１０〜６５％、同じく
   硬質相形成成分として、Ｗ＿２Ｃ：２〜４０％、同じく
   硬質相形成成分として、酸化マグネシウム：０．０１〜
   １％、を含有し、残りが結合相形成成分としてのＷと不
   可避不純物からなる組成（以上重量％）を有することを
   特徴とする切削工具および熱間加工工具用サーメット。