JPS616254A

JPS616254A - 高硬度高靭性窒化粉末ハイス

Info

Publication number: JPS616254A
Application number: JP59128287A
Authority: JP
Inventors: Nobuyasu Kawai; 河合　伸泰; Minoru Hirano; 稔平野; Hajime Enosaka; 榎阪　肇; Hirofumi Fujimoto; 藤本　弘文
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1986-01-11
Also published as: SE458769B; US4671930A; SE8503019L; SE8503019D0

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）本発明は、粉末冶金法によって得られる高速度鋼（以下
、粉末ハイスという。）に係り、より詳しくは、耐凝着
摩耗性に優れた高硬度・高耐摩耗性の粉末ハイスに関す
る。

（従来の技術）近年素形材加工に際し、高精度化、低コスト化が要求さ
れ、また被加工材の高硬度化或いは加工速度の高速度化
など加工条件が一層苛酷なものとなり、このため切削工
具では高速度鋼（ハイス）工具から超硬合金への転換が
進みつつある。しかし、機械加工の容易さと靭性を要求
される精密工具では高硬度高靭性ハイス工具及びコーテ
ィングハイス工具が今後も使用されると考えられている
。

現在、高硬度（ＨＲＣ６５〜７０）のハイスとして、Ａ
ＩＳＩ−Ｍ４０シリーズが開発されており、該鋼種は、
硬さを高めるためにｃｏを５重量％（以下、単に％と記
述する。）以上添加し、かつ０％を高めると共に、靭性
の低下を防止するため７％を下げたものである。一方、
ハイスの化学組成としてＮを加え、ハイスの諸性能を一
層向上させるという試みが、特開昭５４−１１８１０号
〜同５４−１１８１３号において展開され、窒化粉末ハ
イスとして注目されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、叙上の高硬度ハイスは、熔解法で製造す
るため炭化物の偏析が生じ易く、また熱処理条件が厳し
く、更に熱間加工性が悪い上に、■含有量が低いため耐
凝着摩耗性も良くない。一方、前記の窒化粉末ハイスに
おいては、熱処理−ヒの問題、或いは靭性等の機械的性
質への悪影響を伴うことなしに切削性情の改善が図られ
たものの、耐凝着摩耗性の点において難がある。また、
より苛酷な切削条件に耐えるべく、より高硬度、高抗折
力を有する粉末ハイスへの要望も強い。

本発明は、斯る問題点に鑑みなされたものであって、耐
凝着摩耗性に優れると共に熱間加工性にも優れた高硬度
、高靭性粉末ハイスを提供することを目的としたもので
ある。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するため、下記の手段を講しる。

即ち、粉末ハイスの化学組成を重量％で、Ｃ：次式を満
足するＮ（％）Ｃｅｑ　　→−０．１５≦Ｃ＋−Ｎ≦Ｃｅｑ　　＋０．
３５但し、Ｃｅｑ　＝０．１９＋０．０１７（Ｗ　−Ｂ
Ｍｏ）　＋０．２２Ｖ」二式において、Ｎ、Ｗ、Ｍｏ及
び■は夫々鋼中の含有量（％）Ｃｒ：　３〜５　％　　　Ｖ　：　６．０〜Ｂ、５％Ｍ
ｏ：　　４〜７．５％　　　ｃｏ＝　５〜１５　％Ｗ：
　５〜７　％　　　Ｎ：０．２〜１．７％残部実質的に
Ｆｅとし、かつ（Ｗ＋２Ｍｏ）を１５〜〜２０％とする
。

（実施例）本発明の窒化粉末ハイスは、叙上の成分元素より構成さ
れるが、これらの成分元素の組成範囲につき、以下限定
理由を述べると共に、具体的実施例を掲げて説明する。

Ｃは、Ｃｒｓ　Ｍｏ％　Ｗ、■等の炭化物形成元素と密
接な関係を有し、高速度鋼の硬度、抗折力等に大きな影
響を与える。その為Ｃ含有量については炭化物形成元素
、特にＭｏｌＷ、Ｖの配合量との関連を考慮して規定す
べきであるとされており、例えば「鉄と鋼」　（第４５
巻第５％第５１１〜５１６頁）には、Ｃｅｑ　＝Ｏ，１９＋０．０１７（Ｗ＋２Ｍｏ）＋０．
２２Ｖの関係式が提示されており、Ｗ、Ｍｏ及び■との
関連を考慮せずにＣ含有量を決定することは当分野にお
いて実質的に採用され得ないところである（尚上式はＣ
ｒを約４％で固定したときの計算式である）。また、後
述するようにＮ含有量をも考慮して決定される。

Ｎは合金元素的に見ればＣと類似している点があり、特
に両者の原子量は夫々１２．１４と小さく、鋼に対して
はいずれも侵入型の原子であるから、安定な合金化合物
を生成し易い。その為Ｎを多（含有させようとする本発
明の主旨の下では、Ｎ含有量を単独で調整するよりも、
Ｃ量とＮ量を相関させて両者含有量を設定すべきである
との結論に到達した。

この線に沿って一定の結論を得る目的で次に述べる様な
実験を行った。

第１表に示す様な合金組成からなる粉末鋼をガスアトマ
イズ法で製造し、これを窒化処理した後いわゆるＨＩＰ
によって緻密化されたビレットを得た。これを供試材と
して最高熱処理硬さ及び抗折力を求めたところ、第１．
２図に示す様な結果が得られた。

尚第１表において ΔＣ＝　（Ｃ＋−Ｎ）　−Ｃｅｑと置いたのは、前述の如くＣとＮが当分野において略同
効元素と考えられ、原子量の違いを換算すれば対等と見
做し得たからである。

次　　　　　　　　　葉第１図及び第２図より、ΔＣが０．１５％〜０．３５％
で高硬度（ｌＩ　ＲＣ６９以１−）、高靭性（抗折力２
７０ｋｇ／ｍｎ（以上）確保されることが判明した。

更に、第１表のＡＩ、Ａ３、八〇を素材とするバイトを
試作し、Ｓ　Ｎ　ＣＭ４３９を被削材として切削試験を
行なったところ、バイトのクレータ摩耗深さは第３図に
示す様な結果を示した。尚切削条件は下記の通りとした
。

切削速度：２０ｍ／分　　切削長＝２００１１１切込み
　：１．５　　龍　　　送り　：０．２曹鳳／ｒｅν１
ｆＩｌ＊剤　：　無し第３図に見られる通り、クレータ摩耗深さが小さいのは
Ｎ含有量が０．２％以上のものに限られ、Ｎ含有量が０
．０７％のもの（八〇）では硬さが略同等であるＡ３に
対してクレータ摩耗が約２倍になった。

また、Ｎは■と結合して、ハナジうム窒化物（ＶＮ）を
形成するため、■含有量とバランスして含有する必要が
ある。ＶＮ中のＮの１１割合は０．２であり、本発明の
場合、後述するようにＶの最大含有量は８．５％である
ので、Ｎ含有量の上限は８．５　Ｘｏ、２−１．７％と
なる。１．７％を越えて含有されても効果はなく、逆に
疲労特性の低下を招来し好ましくない。

Ｃｒは高温における軟化及び酸化を防止するのに有効で
ある。３％未満では前記の効果が少なく、一方５％を越
えると、前記の効果を有するが、靭性の低下を生じ好ま
しくない。

Ｗ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）は硬度確保のため所定の値に規定
される。Ｗ当量が１５％未満ではＨＲＣ６９以上の硬度
の確保が困難となり、一方２０％を越えると絞りが低下
し、熱間加工性が著しく悪化する。また、Ｗが５％未満
では、靭性が低下し、一方７％を越えると耐熱性が低下
し好ましくない。

ＭｏはＷとバランスして含有されるが、本発明の場合、
Ｍｏが４％未満では、耐熱性が低下し、一方７．５％を
越えると靭性が低下し好ましくない。

■は耐摩耗性付与のため含有され、６％未満で耐摩耗性
が低下し、一方８．５％を越えると、■の炭窒化物が粗
大化し、絞り値が急に低下する。

Ｃｏは硬度向上のため含有され、５％未満ではこの効果
が少なく、一方１５％を越えると靭性が著しく低下し好
ましくない。

Ｗ当量、Ｖ、Ｃｏの含有量による機械的性質を調べるた
め、第２表に示す合金組成からなる粉末鋼及び既述の第
１表Ａ３の粉末鋼をガスアトマイズ法で製造し、これを
窒化処理した後、ＨＩＰによって緻密化したビレットを
作成し、硬さ、抗折力、絞り（１０５０℃、高温高速引
張試験による）等を調べた。その結果を第４〜９図に示
す。

次　　　　　　　　　　　　葉第４図及び第５図は、Ｗ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）と硬さ、絞
りとの関係を示す図であり、本発明に係るＡ３　（Ｗ当
量：　１７．６５％）及びＡ８（Ｗ当量：　１６．０５
％）は、硬さＨＲＣ６９以上、絞り８０％以上と良好な
値を示しているが、Ｗ当量が規定値以下の１２．８３％
のＡ７は硬さが１（ＲＣ６９以下と低く、一方Ｗ当量が
規定値以上の２１．５０％の八〇は硬さが良好なるも絞
りが急激に低下している。

第６図及び第７図は、■含有量と比摩耗量、絞りとの関
係を示す図であり、本発明に係るＡ３（Ｖニア、３％）
及びＡｌｌ　（Ｖ　：　６．３３％）は、比摩耗量０．
３　Ｘｌ０−’　ｍｎｆ／ｋｇｍ以下、絞り８０９／６
以上と良好な値を示しているが、■が規定値以下の４．
９６％のＡＩＯは比摩耗量が多く、一方■が規定値以上
の９゜５１％の八１２は比摩耗量が良好なるも絞りが急
激に低下している。尚、比摩耗量は、大越式摩耗試験に
より、相手材ＳＮＣＭ４３９、最終薄型６．３ｋｇ、摩
ｔｉｔ　距ｒＡｔ　４００　ｍ　、　無ＨＨ１ｔ％Ｅ擦
速度０．３　ｖａ　／　秒”？：　測定したものである
。

第８図及び第９図は、ＣＯ含有量と硬さ、抗折力との関
係を示した図であり、本発明に係るＡ３　（Ｃ。

：　８．１０％）及びＡ１４（Ｃｏ：１３．０１％）は
、硬さＨＲＣ７０以上、抗折力２８０　ｋｇ／ｌ１ｎ（
以上と良好な値を示しているが、Ｇｏが規定値以下の２
．９６％のＡ１３は抗折力は良好なるも硬さが若干不足
ぎみで、Ｃｏが規定値以上の２０．１２％のＡｌ１は硬
さが良好なるも抗折力が著しく低い。

（発明の効果）以上述べた通り、本発明の窒化粉末ハイスは、０％をＮ
％、Ｃｅｑとの関連の下に規定し、他の合金成分も所定
の値に規定したから、耐凝着摩耗性に優れると共に、熱
間加工性も良好であり、かつ超硬合金に近い硬さのＨＲ
Ｃ６９以上、抗折力２７０ｋｇ７ｍａｒ以上の高硬度、
高靭性の特性を付与せしめることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はΔＣと硬さとの関係を示す図、第２図はΔＣと
抗折力との関係を示す図、第３図は切削試験におけるク
レータ摩耗深さを示す図、第４図はＷ当量と硬さとの関
係を示す図、第５図はＷ当量２量と絞りとの関係を示す図、第６図は■含有量と比摩耗
量との関係を示す図、第７図は■含有量と絞りとの関係
を示す図、第８１！ＩはＣＯ含有量と硬さとの関係を示
す図、第９図はＣＯ含有量と抗折力との関係を示す図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１、化学組成が重量％で、Ｃ：次式を満足する量（％）Ｃｅｑ＋０．１５≦Ｃ＋１２／１４Ｎ≦Ｃｅｑ＋０．３
５但し、Ｃｅｑ＝０．１９＋０．０１７（Ｗ＋２Ｍｏ）
＋０．２２Ｖ上式において、Ｎ、Ｗ、Ｍｏ及びＶは夫々鋼中の含有量（％）Ｃｒ：３〜５％Ｍｏ：４〜７．５％Ｗ：５〜７％Ｖ：６．０〜８．５％Ｃｏ：５〜１５％Ｎ：０．２〜１．７％残部実質的にＦｅからなり、かつ（Ｗ＋２Ｍｏ）が１５
〜２０％であることを特徴とする高硬度高靭性窒化粉末
ハイス。