JPS6240413B2 - - Google Patents
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- JPS6240413B2 JPS6240413B2 JP54143683A JP14368379A JPS6240413B2 JP S6240413 B2 JPS6240413 B2 JP S6240413B2 JP 54143683 A JP54143683 A JP 54143683A JP 14368379 A JP14368379 A JP 14368379A JP S6240413 B2 JPS6240413 B2 JP S6240413B2
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Description
本発明は従来の炭化タングステン（WC）基超
硬合金、炭化チタン（TiC）基、若しくは炭窒化
チタン（TiCN）基サーメツトなどの硬質工具材
料に関するものであり、特にTiC、TiN、TiCN
またはTiCNOなどのTi系硬質物を含有する高耐
摩耗硬質工具材料に関するものである。 近年の著しい自動化あるいは加工速度の増加に
より工具の突発的な欠損防止は無論のこと、工具
の長寿命化が特に要求されるようになつた。この
工具長寿命化すなわち工具の耐摩耗性向上の要求
に対応し、工具材料、なかでも超硬合金、サーメ
ツトなどの硬質工具材料においては、TiC、TiN
あるいTiOなどのTi系硬質物の担う役割が非常に
重要なものになつてきている。この理由として上
記Ti系硬質物が化学的安定性に優れているこ
と、あるいは高い硬さを有することなど、材料と
して望ましい固有の特性を有していることの他
に、粒度あるいは周辺組織の調整などのTi系硬
質物の利用技術の向上がある。しかしながら、よ
り一層耐摩耗性を改善するためには、微細組織な
どの利用技術も重要なことであり、更には硬質物
自体の特性、例えば硬さを更に増加させる必要が
ある。 本発明者は、この点に関して研究を進めた結
果、TiおよびHfの固溶体炭化物〔（Ti・Hf）
Ｃ〕、窒化物〔（Ti・Hf）Ｎ〕または炭窒化物
〔（Ti・Hf）（CN）〕などがTiC等の単独時より優
れた硬さを有することを発見した。すなわち、従
来超硬合金あるいはサーメツトなどにおいてTiC
等は、主として他炭化物あるいは窒化物、酸化物
などの固溶体｛例えば、TiおよびＷの固溶体炭
化物（Ti・Ｗ）Ｃ、あるいはTi、ＷおよびTaの
固溶体炭酸窒化物（Ti・Ｗ・Ta）（CNO）な
ど｝で用いられていたが、本願発明者らは、これ
ら固溶体硬質物において更にHfを固溶させるこ
とにより、優れた硬さを有することを見出し、広
く超硬合金、サーメツトなどへ利用した場合、優
れた耐摩耗性として現われることを見出し、本願
発明を成したものである。 本発明は基本的に重量比で70〜99％のａ、
ａおよびａ族遷移元素の炭化物、窒化物、酸化
物およびAl2O3からなる群から選ばれた２種以上
から構成された硬質物と、鉄族金属のうちの１種
または２種以上から構成された結合物からなる材
料であつて、該硬質物はTiおよびHfを含有し、
それらがHf／Ti＋Hfのモル比0.2〜0.8の範囲で固
溶体硬質物で存在することを特徴とする硬質工具
材料である。 尚、必要に応じて該結合物の0.01〜70重量％を
焼結性、耐熱性などの改善に効果のあるMo、
Al、Ag、Cr、Cu、Ｗ、MgO、希土類酸化物の
うちの１種または２種以上で置換することによつ
ても、より一層優れた耐摩耗性を見出し、本発明
に至つたものである。 本発明は従来の超硬合金、サーメツトなどの硬
質工具材料組成物のうちのTi系硬質化合物を、
Ti−Hf系硬質化合物に置換することを特徴とす
るものであるから、本発明における硬質物には、
従来の硬質工具材料に用いられる難融点、硬質化
合物全てを含むものである。すなわち、それらは
ａ、ａ、ａ遷移元素の炭化物、窒化物、酸
化物およびAl2O3などである。ただし、本発明に
おいては、硬質物にはTiおよびHfを必ず含有す
るものである。また、このTiおよびHfからなる
硬質物の他の硬質物との量比は特に限定されな
い。すなわち、実施例でも述べるようにTi系硬
質物は通常99〜70％であるからである。 第１図はTiCに対するHfCのモル比を種々の比
率とした（Ti・Hf）Ｃ系硬質物をホツトプレス
法で作成し、それらの硬さを測定した結果の一例
を示すものである。ホツトプレスの条件は最高温
度2000℃、保持時間３時間、加圧力0.2t／cm2、雰
囲気カーボンモールド中10-4Torrである。マイ
ロビツカース硬さ測定の荷重は400ｇである。第
１図から明らかなようにHf／Ti＋Hfのモル比が
0.85以下の（Ti・Hf）ＣはTiCの単独のときより
高い硬さ値を示す。しかし、切削工具などに利用
したときにはHf／Ti＋Hfのモル比が0.2以下では
顕著な効果が現われなかつた。また0.8以上で
は、かえつて摩耗が進行する傾向があつた。従つ
て、Hf／Ti＋Hfのモル比は0.2〜0.8とするのが実
用的であるが、より望ましくは0.3〜0.7の範囲で
ある。また本発明において、結合物の含有量は耐
蝕工具用材料などの用途の場合には１〜５％程
度、切削工具用材料として用いる場合には３〜15
％程度、また耐摩・耐衝撃工具用材料として用い
る場合には、６〜30％とするのが良い。すなわ
ち、本発明において結合物の含有量は１〜30％で
ある。 また該結合物の0.01〜70重量％を焼結性、耐熱
性などを向上させるためにMo、Al、Ag、Cr、
Cu、Ｗ、MgO、希土類酸化物のうちの１種また
は２種以上で置換ささると一層の耐摩耗性の性能
向上が計れる。これらの含有量は結合物と置換量
との組合せにより、適正な範囲があるが、置換量
の最大例はサーメツトであり、これはNiを結合
物とし焼結性および機械的性能向上に効果ある
Moを70％まで添加させる場合である。従つて、
本発明において焼結性、耐熱性などを向上させる
元素化合物の含有量は、結合物中の70％までとす
る。また結合物中のMo、Al、Ag、Cr、Cu、
Ｗ、MgO、希土類酸化物のうちの１種または２
種以上で置換する場合0.01重量％以下では、置換
時の焼結性、耐熱性の改善に効果がないので、置
換量は0.01〜70重量％とした。 以下に本発明を実施例に基づき詳述する。 実施例 １ 市販の平均粒度２μのTiCおよびHfC粉末を等
モル量および理論量に必要なカーボン量を秤量
し、これらをアルコールによる湿式ボールミル混
合後、乾燥し、引き続いて1900℃、１時間
10-3Torr下で固溶化処理を行なつた。得られた
固溶体炭化物を２μまでボールミルにより粉砕
し、（Ti・Hf）Ｃ粉末を調整した。この固溶体炭
化物と、市販の１〜２μのWC、TaCおよびCo粉
末、更に比較のための市販の（Ti・Ｗ）Ｃ粉末
を用いて、JIS P20相当の超硬合金を作成した。 本実施例の組成は、WC−10（Ti・Hf）Ｃ−
10TaC−8Coであり、比較例は（Ti・Hf）Ｃの代
わりに（Ti・Ｗ）Ｃを用いてTiの含量を調整し
たものである。 これら両者を次の切削条件で切削を行なつた。 被削材：SCM−３（Hs≒40） 切削速度：140ｍ／min 送 り：0.3mm／rev 切込み：2.0mm その結果、比較例すなわち通常の超硬合金は、
50〜60分で平均フランク摩耗が0.3mmに達したの
に比べ、本発明工具材料は、平均フランク摩耗が
0.3mmに達するまでの切削時間は80〜90分であ
り、約1.5倍の切削寿命を有していることが判明
した。 実施例 ２ 市販の２〜３μのTiC、HfC、TiNおよびTiO2
粉末を用いて、理論量が（Ti0.5Hf0.5）（Ｃ0.7Ｎ0.
３）、（Ti0.5Hf0.5）（Ｃ0.7Ｎ0.2Ｏ0.1）に成るよう
に
秤量し、実施例１と同様の方法で混合粉を得た。
これを1700℃、30分真空後、窒素ガスまたはCo
かつ分圧を調整して固溶体炭窒化物粉および固溶
体酸炭窒化物を得、これを更に２μまで粉砕して
原料とした。 上記固溶体粉末1.0μのAl2O3粉末、市販のTi
（Ｃ0.7Ｎ0.3）粉末、TaC粉末、WC粉末および−
325メツシユのNi粉末を用いて第１表に示す組成
の材料が得られるように混合し、1400℃で焼結を
行なつた。このときの試料形状は超硬工具協会規
格の（CIS規格）のSNP432である。
硬合金、炭化チタン（TiC）基、若しくは炭窒化
チタン（TiCN）基サーメツトなどの硬質工具材
料に関するものであり、特にTiC、TiN、TiCN
またはTiCNOなどのTi系硬質物を含有する高耐
摩耗硬質工具材料に関するものである。 近年の著しい自動化あるいは加工速度の増加に
より工具の突発的な欠損防止は無論のこと、工具
の長寿命化が特に要求されるようになつた。この
工具長寿命化すなわち工具の耐摩耗性向上の要求
に対応し、工具材料、なかでも超硬合金、サーメ
ツトなどの硬質工具材料においては、TiC、TiN
あるいTiOなどのTi系硬質物の担う役割が非常に
重要なものになつてきている。この理由として上
記Ti系硬質物が化学的安定性に優れているこ
と、あるいは高い硬さを有することなど、材料と
して望ましい固有の特性を有していることの他
に、粒度あるいは周辺組織の調整などのTi系硬
質物の利用技術の向上がある。しかしながら、よ
り一層耐摩耗性を改善するためには、微細組織な
どの利用技術も重要なことであり、更には硬質物
自体の特性、例えば硬さを更に増加させる必要が
ある。 本発明者は、この点に関して研究を進めた結
果、TiおよびHfの固溶体炭化物〔（Ti・Hf）
Ｃ〕、窒化物〔（Ti・Hf）Ｎ〕または炭窒化物
〔（Ti・Hf）（CN）〕などがTiC等の単独時より優
れた硬さを有することを発見した。すなわち、従
来超硬合金あるいはサーメツトなどにおいてTiC
等は、主として他炭化物あるいは窒化物、酸化物
などの固溶体｛例えば、TiおよびＷの固溶体炭
化物（Ti・Ｗ）Ｃ、あるいはTi、ＷおよびTaの
固溶体炭酸窒化物（Ti・Ｗ・Ta）（CNO）な
ど｝で用いられていたが、本願発明者らは、これ
ら固溶体硬質物において更にHfを固溶させるこ
とにより、優れた硬さを有することを見出し、広
く超硬合金、サーメツトなどへ利用した場合、優
れた耐摩耗性として現われることを見出し、本願
発明を成したものである。 本発明は基本的に重量比で70〜99％のａ、
ａおよびａ族遷移元素の炭化物、窒化物、酸化
物およびAl2O3からなる群から選ばれた２種以上
から構成された硬質物と、鉄族金属のうちの１種
または２種以上から構成された結合物からなる材
料であつて、該硬質物はTiおよびHfを含有し、
それらがHf／Ti＋Hfのモル比0.2〜0.8の範囲で固
溶体硬質物で存在することを特徴とする硬質工具
材料である。 尚、必要に応じて該結合物の0.01〜70重量％を
焼結性、耐熱性などの改善に効果のあるMo、
Al、Ag、Cr、Cu、Ｗ、MgO、希土類酸化物の
うちの１種または２種以上で置換することによつ
ても、より一層優れた耐摩耗性を見出し、本発明
に至つたものである。 本発明は従来の超硬合金、サーメツトなどの硬
質工具材料組成物のうちのTi系硬質化合物を、
Ti−Hf系硬質化合物に置換することを特徴とす
るものであるから、本発明における硬質物には、
従来の硬質工具材料に用いられる難融点、硬質化
合物全てを含むものである。すなわち、それらは
ａ、ａ、ａ遷移元素の炭化物、窒化物、酸
化物およびAl2O3などである。ただし、本発明に
おいては、硬質物にはTiおよびHfを必ず含有す
るものである。また、このTiおよびHfからなる
硬質物の他の硬質物との量比は特に限定されな
い。すなわち、実施例でも述べるようにTi系硬
質物は通常99〜70％であるからである。 第１図はTiCに対するHfCのモル比を種々の比
率とした（Ti・Hf）Ｃ系硬質物をホツトプレス
法で作成し、それらの硬さを測定した結果の一例
を示すものである。ホツトプレスの条件は最高温
度2000℃、保持時間３時間、加圧力0.2t／cm2、雰
囲気カーボンモールド中10-4Torrである。マイ
ロビツカース硬さ測定の荷重は400ｇである。第
１図から明らかなようにHf／Ti＋Hfのモル比が
0.85以下の（Ti・Hf）ＣはTiCの単独のときより
高い硬さ値を示す。しかし、切削工具などに利用
したときにはHf／Ti＋Hfのモル比が0.2以下では
顕著な効果が現われなかつた。また0.8以上で
は、かえつて摩耗が進行する傾向があつた。従つ
て、Hf／Ti＋Hfのモル比は0.2〜0.8とするのが実
用的であるが、より望ましくは0.3〜0.7の範囲で
ある。また本発明において、結合物の含有量は耐
蝕工具用材料などの用途の場合には１〜５％程
度、切削工具用材料として用いる場合には３〜15
％程度、また耐摩・耐衝撃工具用材料として用い
る場合には、６〜30％とするのが良い。すなわ
ち、本発明において結合物の含有量は１〜30％で
ある。 また該結合物の0.01〜70重量％を焼結性、耐熱
性などを向上させるためにMo、Al、Ag、Cr、
Cu、Ｗ、MgO、希土類酸化物のうちの１種また
は２種以上で置換ささると一層の耐摩耗性の性能
向上が計れる。これらの含有量は結合物と置換量
との組合せにより、適正な範囲があるが、置換量
の最大例はサーメツトであり、これはNiを結合
物とし焼結性および機械的性能向上に効果ある
Moを70％まで添加させる場合である。従つて、
本発明において焼結性、耐熱性などを向上させる
元素化合物の含有量は、結合物中の70％までとす
る。また結合物中のMo、Al、Ag、Cr、Cu、
Ｗ、MgO、希土類酸化物のうちの１種または２
種以上で置換する場合0.01重量％以下では、置換
時の焼結性、耐熱性の改善に効果がないので、置
換量は0.01〜70重量％とした。 以下に本発明を実施例に基づき詳述する。 実施例 １ 市販の平均粒度２μのTiCおよびHfC粉末を等
モル量および理論量に必要なカーボン量を秤量
し、これらをアルコールによる湿式ボールミル混
合後、乾燥し、引き続いて1900℃、１時間
10-3Torr下で固溶化処理を行なつた。得られた
固溶体炭化物を２μまでボールミルにより粉砕
し、（Ti・Hf）Ｃ粉末を調整した。この固溶体炭
化物と、市販の１〜２μのWC、TaCおよびCo粉
末、更に比較のための市販の（Ti・Ｗ）Ｃ粉末
を用いて、JIS P20相当の超硬合金を作成した。 本実施例の組成は、WC−10（Ti・Hf）Ｃ−
10TaC−8Coであり、比較例は（Ti・Hf）Ｃの代
わりに（Ti・Ｗ）Ｃを用いてTiの含量を調整し
たものである。 これら両者を次の切削条件で切削を行なつた。 被削材：SCM−３（Hs≒40） 切削速度：140ｍ／min 送 り：0.3mm／rev 切込み：2.0mm その結果、比較例すなわち通常の超硬合金は、
50〜60分で平均フランク摩耗が0.3mmに達したの
に比べ、本発明工具材料は、平均フランク摩耗が
0.3mmに達するまでの切削時間は80〜90分であ
り、約1.5倍の切削寿命を有していることが判明
した。 実施例 ２ 市販の２〜３μのTiC、HfC、TiNおよびTiO2
粉末を用いて、理論量が（Ti0.5Hf0.5）（Ｃ0.7Ｎ0.
３）、（Ti0.5Hf0.5）（Ｃ0.7Ｎ0.2Ｏ0.1）に成るよう
に
秤量し、実施例１と同様の方法で混合粉を得た。
これを1700℃、30分真空後、窒素ガスまたはCo
かつ分圧を調整して固溶体炭窒化物粉および固溶
体酸炭窒化物を得、これを更に２μまで粉砕して
原料とした。 上記固溶体粉末1.0μのAl2O3粉末、市販のTi
（Ｃ0.7Ｎ0.3）粉末、TaC粉末、WC粉末および−
325メツシユのNi粉末を用いて第１表に示す組成
の材料が得られるように混合し、1400℃で焼結を
行なつた。このときの試料形状は超硬工具協会規
格の（CIS規格）のSNP432である。
【表】
得られた切削チツプで下記切削条件で実施例１
と同様の方法で平均フランク摩耗VB＝0.3mmまで
の寿命時間を求めたところ表１に併記した通りで
あり、比較材料は30分で寿命に達したのに比べ、
本発明材料は45分、50分および70分まで切削が可
能であつた。 切削条件 被削材：SCM−３（HS≒40） 切削速度：200ｍ／min 送 り：0.3mm／rev 切込み：2.0mm 実施例 ３ 実施例１と同様な方法で作成した平均粒度4.5
μの（Ti0.5Hf0.5）Ｃ粉末、市販の−325メツシユ
のTiC粉末、平均粒度3.5μのWC粉末、−325メツ
シユCo、Ni粉末、−325メツシユ以下のMo粉末、
Al粉末、Ag粉末、Cr粉末、Cu粉末、Ｗ粉末、
MgO粉末および希土類酸化物としてY2O3を用い
て第２表に示す組成のものを混合、焼結し、線材
用ガイドローラを作成した。
と同様の方法で平均フランク摩耗VB＝0.3mmまで
の寿命時間を求めたところ表１に併記した通りで
あり、比較材料は30分で寿命に達したのに比べ、
本発明材料は45分、50分および70分まで切削が可
能であつた。 切削条件 被削材：SCM−３（HS≒40） 切削速度：200ｍ／min 送 り：0.3mm／rev 切込み：2.0mm 実施例 ３ 実施例１と同様な方法で作成した平均粒度4.5
μの（Ti0.5Hf0.5）Ｃ粉末、市販の−325メツシユ
のTiC粉末、平均粒度3.5μのWC粉末、−325メツ
シユCo、Ni粉末、−325メツシユ以下のMo粉末、
Al粉末、Ag粉末、Cr粉末、Cu粉末、Ｗ粉末、
MgO粉末および希土類酸化物としてY2O3を用い
て第２表に示す組成のものを混合、焼結し、線材
用ガイドローラを作成した。
【表】
【表】
線材通過速度33ｍ／SEC、線材温度約1000℃
の条件下で使用した結果、本発明材料は目標の
5000ton線材通過後もなお表面部肌荒れ、亀裂が
少なく良好であつたのに比べ、サーメツトの比較
材料は2500ton通過後、表面部の亀裂が著しく、
これ以上の使用に不可と見なされる状態にあつ
た。また超硬の比較材料は5000tonの線材通過後
肌荒れが若干多く観察された。従つて、本発明材
料による計量のサーメツトガイドローラーは優秀
な性能を有することが分かつた。 以上の詳述の如く、本発明硬質工具材料は優れ
た耐摩耗性を有し、超硬工具、耐摩工具などの長
寿命を計ることが出来るため、工業上極めて有用
なものである。
の条件下で使用した結果、本発明材料は目標の
5000ton線材通過後もなお表面部肌荒れ、亀裂が
少なく良好であつたのに比べ、サーメツトの比較
材料は2500ton通過後、表面部の亀裂が著しく、
これ以上の使用に不可と見なされる状態にあつ
た。また超硬の比較材料は5000tonの線材通過後
肌荒れが若干多く観察された。従つて、本発明材
料による計量のサーメツトガイドローラーは優秀
な性能を有することが分かつた。 以上の詳述の如く、本発明硬質工具材料は優れ
た耐摩耗性を有し、超硬工具、耐摩工具などの長
寿命を計ることが出来るため、工業上極めて有用
なものである。
第１図は（Ti・Hf）ＣにおけるHfC／Ti＋HfC
のモル比と硬さの変化の相関を示すものである。
のモル比と硬さの変化の相関を示すものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基本的にａ、ａおよびａ遷移元素の炭
化物、窒化物、酸化物およびAl2O3からなる群か
ら選ばれた２種以上から構成される硬質物と、１
〜30重量％の鉄族金属のうちの１種または２種以
上から構成される結合物とからなるものにおい
て、上記硬質物はHf／Ti＋Hfのモル比が0.2〜0.8
の範囲であるようなTiとHfの固溶体硬質物を含
有していることを特徴とする硬質工具材料。 ２ 基本的にａ、ａおよびａ族遷移元素の
炭化物および窒化物、酸化物およびAl2O3からな
る群から選ばれた２種以上から構成される硬質物
と、１〜30重量％の鉄族金属のうちの１種または
２種以上から構成される結合物とからなるものに
おいて、上記硬質物は、Hf／Ti＋Hfのモル比が
0.2〜0.8の範囲であるようなTiとHfの固溶体硬質
物を含有し、上記結合物の0.01〜70重量％を
Mo、Al、Ag、Cr、Cu、Ｗ、MgO、希土類酸化
物のうちの１種または２種以上で置換したことを
特徴とする硬質工具材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14368379A JPS5669349A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Hard tool material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14368379A JPS5669349A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Hard tool material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5669349A JPS5669349A (en) | 1981-06-10 |
| JPS6240413B2 true JPS6240413B2 (ja) | 1987-08-28 |
Family
ID=15344511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14368379A Granted JPS5669349A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Hard tool material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5669349A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0169054A3 (en) * | 1984-07-18 | 1987-12-16 | The University Of Newcastle Upon Tyne | Composite materials and products |
| JP4940687B2 (ja) * | 2006-02-17 | 2012-05-30 | パナソニック株式会社 | 電気掃除機用吸込具及び電気掃除機 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS515805A (en) * | 1974-07-03 | 1976-01-19 | Tomofumi Ono | Shamenchiniokeru shibaharikoho |
-
1979
- 1979-11-06 JP JP14368379A patent/JPS5669349A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS515805A (en) * | 1974-07-03 | 1976-01-19 | Tomofumi Ono | Shamenchiniokeru shibaharikoho |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5669349A (en) | 1981-06-10 |
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