JPS61195950A - 高硬度および高靭性を有する切削工具用サ−メツト - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高硬度と高靭性を有し、特に切削工具とし
て用いた場合に、すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示し、
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するサーメットＬ
：関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

従来、切削工具用サーメットとして、硬質分散相の主要
部が炭化チタン（以下ＴｉＣで示す）で構成され、一方
結合相の主要部がＮｉおよびＣｏのうちのいずれか、ま
たは両方で構成されたＴｉＣ基サーメットが知られてい
るが、このＴｉＣ基サーメットは高硬度をもつものの、
靭性の劣るものであるため、靭性が要求される切削条件
下での使用では欠損を起して実用に耐えないものである
。

また、近年、高硬度および高靭性を有する切削工具用サ
ーメットとして、硬質分散相の主要部が炭窒化チタン（
３２１下Ｔ１ＣＮで示Ｔ）で構成され、一方結合相の主
要部が、同様にＮｉおよびＣｏのいずれか、または両方
で構成されたＴ１ＣＮ基サーメットも提案されているが
、このＴ１ＣＮ基サーメットは焼結性の劣るものである
ため、性質のバラツキが大きく、信頼性の劣るものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで１本発明者等は、上述のような観点から、高硬度
と高靭性を有し、かつ性質のバラツキがなく、シかも切
削工具として用いた場合にすぐれた切削性能を発揮する
サーメットを開発すべく研究を行なった結果、 原料粉末として、ＴｉＣ粉末、炭化タンタル（以下Ｔａ
Ｃで示″ｆ）粉末、炭化タングステン（以下。

ＷＣで示す）粉末、炭化ニオブ（以下ＮｂＣで示す）粉
末、および炭化モリブデン（以下Ｍｏ、Ｃで示す）粉末
、並びζ：これらの２種以上の固溶体粉末、さらに窒化
チタン（以下ＴｉＮで示す）粉末、窒化タンタル（以下
ＴａＮで示す）粉末、窒化ニオブ（以下ＮｂＮで示す）
粉末、Ｎｉ粉末、およびＣＯ粉末を用意し、これら原料
粉末を所定の配合組成に配合し、通常の条件で混合し、
圧粉体をプレス成形した後。

この圧粉体を、液相が出現するまで真空雰囲気とし、液
相出現後は０．１〜ｌ　Ｑ　ｔｏｒｒの範囲内の圧力を
有する窒素雰囲気とする条件で焼結すると、硬質分散相
が、いずれも７０〜９０重量憾の有芯構造を有する。

偽）　　Ｔｉと、Ｔａ、Ｗの複合炭窒化物（ｂ）　　Ｔ
ｉと、　ＴａおよびＮｂ（ただしＮｂはＴａの５０原子
係以下）と、Ｗの複合炭窒化物。

（ｅ）　　Ｔｉと、　Ｔａと、ＷおよびＭｏ　（ただし
ＭｏはＷの５０原子係以下）の複合炭窒化物。

（ｄ）　　Ｔｔと、ＴａおよびＮｂ（ただしＮｂはＴａ
の５０原子係以下）と、ＷおよびＭｏ　（ただしＭｏは
Ｗの５０原子憾以下）の複合炭窒化物。

以上−）〜（ｄ）のうちのいずれか】種からなり。

一方、残りの１０〜３０重量係の結合相が、重量％で、 Ｔｉ：０．３〜５％、 Ｔａ−またはＴａとＮｂ　（ただしＮｂはＴａの５０４
以下）＝０．１〜２４゜ Ｗ、またはＷとＭｏ　（ただしＭｏはＷの５０ｔ６以下
）二１〜７．５４　。

を固溶含有し、残りがＮｉおよびＣｏのうちのいずれか
、または両方と不可避不純物からなる組成を有する合金
で構成され、かつ。

上記硬質分散相を、組成式： ％式％） で現わした場合、原子比で、 ａ＋β＋γ＝１．　　　　ｘ＋ｙ；１゜０．６０≦α≦
０．９４．　　　　０．８５≦２≦１．０゜０．０１≦
β≦０．２０．　　　　０．６５≦Ｘ≦０．８０゜０．
０５≦γ≦０．２０．　　　　０．２０≦ｙ≦０．３５
゜を満足すると共に。

上記硬質分散相の有芯構造を構成する芯部が、原子係で
。

Ｔｉ　：　４０〜４９．９％、 ＴＪＬ、またはＴａとＮｂ　（ただしＮｂはＴａの５０
係以下）：０．１　〜５９１゜ Ｗ、またはＷとＭｏ（ただしＭｏはＷの５０係以下）＝
０．１〜３％、 Ｃ：３５〜４８県。

Ｎ：２〜１５％、 からなる組成を有し、一方向周辺部は、同じく原子係で
、 Ｔｉ：２５〜４７．５％、 Ｔａ、またはＴａとＮｂ（ただしＮｂはＴａの５０％以
下）：０．５〜１２．５％、 Ｗ、またはＷとＭｏ　（ただしＭｏはＷの５０憾以下）
＝２〜１２．５係。

Ｃ：２５〜４２．５’ｌ。

Ｎニア、５〜２５４、 からなる組成を有し、さらに。

Ｔｉの含有量は芯部の方が周辺部よりも高く、Ｗの含有
量は周辺部の方が芯部よりも高い濃度分布、並びに芯部
の方が周辺部よりも高いＣ含有量の粒子の方が相対的に
多く１周辺部の方が芯部よりも高いＮ含有量の粒子の方
が相対的（；多い粒子分布をもったサーメットが得られ
、この結果のサーメットは、高硬度および高靭性を有し
、かつ良好な焼結性をもつので性質上のバラツキがなく
、したがって、これを切削工具として用いた場合には、
すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を安定して発揮するという
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っ
て、以下にサーメットにおける限定理由を説明する。

（ω　硬質分散相および結合相の含有量硬質分散相には
、サーメットの硬さを向上させて、耐摩耗性を著しく改
善する作用があるが、その割合がサーメットに占める割
合で７０重量憾未満では、相対的に結合相の割合が３０
重量係を越えて多くなり過ぎ、サーメットの耐摩耗性が
著しく低下するようになり、一方その割合が同じくサー
メットに占める割合で９０重量係を越えると、相対的に
結合相の割合が１０重量係未満となって。

サーメットの耐欠損性が著しく低下するようになること
から、その割合をサーメット全体に占める割合で７０〜
９０重量係と定めた。

（ロ）硬質分散相の組成式におけるαの値Ｔｉは硬質分
散相の主体成分であると共に、主にこれの芯部を形成し
てサーメットの硬さを向上させ、もって耐摩耗性を向上
させる作用をもつが、その割合が硬質分散相の金属成分
に占める割合（原子比）で０．６０未満では、所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方その割合が同０．
９４を越えると、サーメットの靭性が低下して耐欠損性
の劣化を招くようになることから、Ｔｉの硬質分散相の
金属成分（α＋β＋ｒ＝１）に占める割合。

すなわちαの値を、原子比で０．６０〜０．９４と定め
た。

（ｃ）　　硬質分散相の組成式におけるβの値Ｔａも硬
質分散相を形成する成分で、Ｔａの含有（＝よってサー
メットの耐酸化性が向上するようになるが、その割合が
同じく硬質分散相の金属成分に占める割合（原子比）で
０．０１未満では所望の耐酸化性向上効果が得られず、
一方その割合が同０．２０を越えると硬質分散相の軟化
をもたらし、サーメットの耐摩耗性が低下するようにな
ることから、　Ｔａの硬質分散相の金属成分に占める割
合。

すなわちβの値を、原子比で０．０１〜０．２０と定め
た。

なお、Ｔａの一部を５０原子−以下の範囲でＮｂで置換
してもサーメットの特性が損なわれることがないので、
Ｔａとの共存においてＮｂの含有が許容される。

に）硬質分散相の組成式におけるｒの値Ｗも同じく硬質
分散相の形成成分で、主にこれの周辺部に多く存在して
サーメットの耐欠損性（靭性）を向上させる作用をもつ
が、その割合が同じく硬質分散相の金属成分に占める割
合（原子比）で０．０５未満では、所望の耐欠損性向上
効果が得られず、一方その割合が同０．２０を越えると
硬質分散相の硬さが低下して、サーメットの耐摩耗性が
低下するようになることから、Ｗの硬質分散相の金属成
分に占める割合、すなわちｒを原子比で０．０５〜０．
２０と定めた。

なお％ＷもＴａと同様（二、その一部を５０原子−以下
の範囲でＭｏで置換してもサーメットの特性に悪影響を
及ぼさないのでｓ　Ｍｏの共存が許容される。

（ｅ）　　硬質分散相の組成式におけるＸおよびｙの値 Ｃ成分およびＮ成分は共に硬質分散相を構成する成分で
あって、Ｃ成分は、硬質分散相の硬さを向上さ′せ、も
ってサーメットの耐摩耗性を向上させる作用をもつが、
その割合がＣおよびＮの合計（ｘ＋ｙ＝１）に占める割
合（原子比）で０．６５未満では所望のすぐれた耐摩耗
性を確保することができず、一方その割合が同０．８０
を越えると、硬質分散相が硬くなりすぎ、サーメットの
耐欠損性が低下するようになるものであり、またＮ成分
は、硬質分散相の粒成長を抑制して、サーメットの靭性
（耐欠損性）を向上させる作用をもつが、その割合が同
０．２０未満では所望のすぐれた耐欠損性を確保するこ
とができず、一方その割合が同０．３５を越えると、サ
ーメットの耐摩耗性が低下するようになることから、Ｃ
およびＮ成分の割合、すなわちＸおよびｙの値を、それ
ぞれ：ｘ：０．６５〜０．８０．７　：　０．２０〜０
．３５と定めた。

（ｆｌ　硬質分散相の組成式における記の値２の値は、
それぞれ硬質分散相を構成するＣおよびＮ成分の合計に
対する同金属成分の合計の割合（原子比）を示すが、そ
の値が０．８５未漕では。

サーメットの耐欠損性の低下が著しいので、２の下限値
を０．８５と定めた。なお、２の上限値が化学量論組成
の１．０でもサーメットの特性が損なわれることがない
ので、その上限値を１．０と定めた。

また、２の値は、主にサーメット中のＮ量と焼結雰囲気
の窒素分圧によって決り、サーメット中のＮ量が多く、
焼結雰囲気の窒素分圧が低いほど２の値は小さくなり、
この結果サーメットの耐摩耗性は向上するが１反面耐欠
損性は低下するようになるものである。

＠　硬質分散相の芯部および周辺部の組成硬質分散相の
組成式におけるα、β、およびｒ。

並びＥ　Ｘ　＋　７　ｍおよび２の値が、それぞれ上記
の条件を満足すると、必然的に芯部の組成が、Ｎ子鴫で
。

Ｔｉ　：　４０〜４９．９ｔｌＩ。

Ｔａ、またはＴａ＋Ｎｂ：０．１〜５４゜Ｗ、またはＷ
＋Ｍｏ　：　０．１〜３％　。

Ｃ：　３５〜４８傷　。

Ｎ　：　２〜１５　係　。

となり、同じく周辺部の組成が。

Ｔｉ　：　２５〜４７．５憾。

Ｔａ　ｅまたはＴａ　＋　Ｎｂ　：　０．５〜１２．５
　％　。

Ｗ、またはＷ＋Ｍｏ　：　２〜１２．５４　。

Ｃ：２５〜４２．５係。

Ｎニア、５〜２５４゜ となるものであり、したがってα、βｅ　ｒ　ｅ　Ｘ　
＊ｙ、および２の値のいずれかでも上記の範囲から外れ
ると、芯部および周゛辺部の組成は上記の範囲から外れ
るようＣ：なって、サーメットの耐摩耗性および耐欠損
性の少なくともいずれかが低下するようになるのである
。

翰　結合相の組成 （１）　　Ｔｉ Ｔ１成分は、結合相の素地に固溶して、サーメットの耐
摩耗性（硬さ）を向上させる作用をもつが、その含有量
が、結合相に占める割合で０．３憾未満では所望の耐摩
耗性を確保することができず、一方その含有量が同割合
で５憾を越えると結合相が脆化するようになって、サー
メットの耐欠損性が低下するようになることから、その
含有量を、結合相（二占める割合（以下同じ）で、０．
３〜５４と定めた。

■　Ｔ＆ Ｔａ成分も結合相に固溶して、サーメットの耐酸化性を
向上させる作用をもつが、その含有量が０．１憾未満で
は所望の耐酸化性が得られず、一方その含有量が２１を
越えると、Ｔ１と同様に結合相に脆化が起り、サーメッ
トの耐欠損性が低下するようになることから、その含有
量を０．１〜２嘔と゛定めた。

なお、　Ｔａの一部が５０憾以下の範囲で隅で置換され
てもサーメット特性に変化は現われないので。

励のＴａとの共存が許容される。

（３）　　Ｗ Ｗ成分も同様に結合相に固溶し、サーメットの耐塑性変
形性を向上させる作用をもつが、その含有量がｌ’１未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が７．５憾を越えると、脆化傾向が現われるようにな
ってサーメットの耐欠損性が低下するようになることか
ら、その含有量を１〜７．５憾と定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明のサーメットを実施例により具体的に
説明する。

原料粉末として、平均粒径：１．２μｍを有するＴａＣ
粉末、同１．５ｐｒｎのＴｉＮ粉末、同１．１　ｐｍの
ＴａＣ粉末、同１．ＯｌｔｍのＮｂＣ粉末、同０．８μ
ｍのＷＣ粉末。

同１．０μｍのＭｏ、Ｃ粉末、同２．２　ｐｍのＮｉ粉
末、および同１．２ｐｒｎのＣｏ粉末を甫意し、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７２時時間式混合し、乾燥した後。

１５に／−の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついで、こ
の圧粉体に、１０−”ｔｏｒｒの真空中で、１３３０〜
１４３０℃の範囲内の所定の液相出現温度まで加熱した
後、その雰囲気を０．１〜１０　ｔｏｒｒ　　の範凹円
の所定の窒素分圧を有する窒素雰囲気にかえ、この窒素
雰囲気中にて１４３０〜１４６０℃の範囲内の所定の最
高温度まで加熱し、この最高温度に１時間保持の条件で
焼結を施すことによって。

本発明サーメット１〜３０および比較サーメット１〜８
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１〜３０お
よび比較サーメット１〜８について、通常の分析方法、
並びにｇ、Ｐ’、Ｍ、Ａ、（電子プローブマイクロアナ
ライザー）を用いて、成分組成の分析を行なったところ
、それぞれ第２表および第３表に示される結果を示し、
かついずれのサーメットも硬質分散相が有芯構造を有す
るものであった。なお、硬質分散相の芯部および周辺部
の組成は５個の硬質分散相を測定した結果の平均値で示
した。

また、比較サーメット１〜８は、いずれも組成がこの発
明の範囲から外れたものである。

つぎに、本発明サーメット１〜３ｏおよび比較サーメッ
ト１〜８について、耐摩耗性を評価する目的でロックウ
ェル硬さくＡスケール）を、また耐欠損性（靭性）を評
価する目的で抗折力をそれぞれ測定し、さらに、これを
切削工具として用い。

被剛材：　ＳＮ０Ｍ４３９　（硬さ：ＨＢ２６０）の丸
棒。

切削速度：　１６０　ｍ／ｍｉｎ　。

送り：　０．３　ｖｍ　／　ｒｅｖ、　＊切込み＝１．
５調。

切削時間：１５ｍ１ｎ。

の条件での鋼の連続切削試験、並びに、被剛材：　ＳＮ
０Ｍ４３９　（硬さ：ＨＢ２８０）の角材。

切削速度：　１４０　ｍ／　ｍｉｎ　。

送り：　０．２６　ｗｓ／　ｒｅｖ、　。

切込み＝２調。

切削時間：３ｍ１ｎ・ の条件での鋼の断続切削試験を行ない、鋼の連続切削試
験では切刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深さを測定し
、また鋼の断続切削試験では、試験切刃数＝１０個のう
ちの欠損発生切刃数を測定した。これらの測定結果を第
４表に示した。また。

第４表には、比較の目的で、いずれも市販のＴＩＣＩＣ
−メット（以下従来サーメット１という）およびＴ１Ｃ
Ｎ基サーメット（以下従来サーメット２という）の同一
条件での切削試験結果を示した。

〔発明の効果〕

第１〜４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１〜３０は、いずれも高硬度および高
靭性を有し、かつ切削試験では従来サーメットに比して
一段とすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示すのに対して、
この発明の範囲から外れた組成を有する比較サーメット
１〜８は、硬さおよび靭性のうちの少なくともいずれか
が低く、これに伴って切削試験でも劣った切削結果しか
示さないものである。

上述のように、この発明のサーメットは、高硬度および
高靭性を有するので、特にこれらの特性が要求される切
削工具として用いた場合に、著しく長期に亘って丁ぐれ
た切削性能を発揮するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 硬質分散相が、いずれも７０〜９０重量％の有芯構造を
   有する、 （ａ）Ｔｉと、Ｔａと、Ｗの複合炭窒化物、（ｂ）Ｔｉ
   と、ＴａおよびＮｂ（ただしＮｏ、はＴａの５０原子％
   以下今と、Ｗの複合炭窒化物、 （ｃ）Ｔｉと、Ｔａと、ＷおよびＭｏ（ただしＭｏはＷ
   の５０原子％以下）の複合炭窒化物、 （ｄ）Ｔｉと、ＴａおよびＮｂ（ただしＮｂはＴａの５
   ０原子％以下）と、ＷおよびＭｏ（ただしＭｏはＷの５
   ０原子％以下）の複合炭窒化物、 以上（ａ）〜（ｄ）のうちのいずれか１種からなり、一
   方、残りの１０〜３０重量％の結合相が、重量％で、 Ｔｉ：０．３〜５％、 Ｔａ、またはＴａとＮｂ（ただしＮｂはＴａの５０％以
   下）：０．１〜２％、 Ｗ、またはＷとＭｏ（ただしＭｏはＷの５０％以下）：
   １〜７．５％、 を固溶含有し、残りがＮｉおよびＣｏのうちの１種また
   は２種と不可避不純物からなる組成を有する合金で構成
   されたサーメットにして、 上記硬質分散相を、組成式： ｛Ｔｉ＿α（Ｔａ、Ｎｂ）＿β（Ｗ、Ｍｏ）＿γ｝（Ｃ
   ｘＮｙ）ｚで現わした場合、原子比で、 α＋β＋γ＝１、ｘ＋ｙ＝１、 ０．６０≦α≦０．９４、０．８５≦ｚ≦１．０、０．
   ０１≦β≦０．２０、０．６５≦ｘ≦０．８０、０．０
   ５≦γ≦０．２０、０．２０≦ｙ≦０．３５、を満足す
   ると共に、 上記硬質分散相の有芯構造を構成する芯部は、原子％で
   、 Ｔｉ：４０〜４９．９％、 Ｔａ、またはＴａとＮｂ（ただしＮｂはＴｉの５０％以
   下）：０．１〜５％、 Ｗ、またはＷとＭｏ（ただしＭｏはＷの５０％以下）：
   ０．１〜３％、 Ｃ：３５〜４８％、 Ｎ：２〜１５％、 からなる組成を有し、一方同周辺部は、同じく原子％で
   、 Ｔｉ：２５〜４７．５％、 Ｔａ、またはＴａとＮｂ（ただしＮｂはＴａの５０％以
   下）：０．５〜１２．５％、 Ｗ、またはＷとＭｏ（ただしＭｏはＷの５０％以下）：
   ２〜１２．５％、 Ｃ：２５〜４２．５％、 Ｎ：７．５〜２５％、 からなる組成を有し、さらに、 Ｔｉの含有量は芯部の方が周辺部よりも高く、Ｗの含有
   量は周辺部の方が芯部よりも高い濃度分布、並びに芯部
   の方が周辺部よりも高いＣ含有量の粒子の方が相対的に
   多く、周辺部の方が芯部よりも高いＮ含有量の粒子の方
   が相対的に多い粒子分布をもつことを特徴とする高硬度
   および高靭性を有する切削工具用サーメット。