JPS6245290B2

JPS6245290B2 -

Info

Publication number: JPS6245290B2
Application number: JP57119404A
Authority: JP
Inventors: Taijiro Sugisawa; Hironori Yoshimura; Kenichi Nishigaki
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1987-09-25
Also published as: JPS599140A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた高温特性を有し、特にこ
れらの特性が要求される高速切削や高送り切削に
切削工具として使用した場合にすぐれた切削性能
を発揮する焼結材料の製造法に関するものであ
る。一般に、鋼の切削加工に際して、切削速度を速
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
高温に原因する塑性変形によつて使用寿命に至る
場合が多く、この傾向は、近年の高速切削化およ
び高能率切削化によつて増々強くなりつつある。しかしながら、現在実用に供されている、分散
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で示す）で構成さ
れ、一方結合相が主として鉄族金属で構成されて
いる。WC基超硬合金やTiC基サーメツトは、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、これらの超硬合金やサーメツトは勿
論のこと、これらの表面に硬質被覆層を形成した
表面被覆層超硬合金や表面被覆サーメツトにおい
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。一方、酸化アルミニ
ウムを主成分とするセラミツクは、高温において
高硬度とすぐれた耐酸化性を示すことから、高速
切削用の切削工具として実用に供されてはいる
が、その刃先は耐摩耗性に欠け、信頼性の不十分
なものであるため、高速切削に際しては低い送り
量で使用されているのが現状である。また、近年、高速切削が高送り切削用の切削工
具材料として、高融点金属であるＷの素地中に、
ＷおよびTiの炭化物を層状に分散させた組織を
有する鋳造合金（例えば米国特許第3690962号明
細書参照）が提案され、注目されたが、この鋳造
合金は、融点が2700℃と著しく高く、しかも鋳造
合金であるために形状付与が困難であるばかりで
なく、耐酸化性および耐衝撃性も不十分であるこ
とから、広く実用化されるに至つていない。そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高速切削や高送り切削が可能なすぐれた高温
特性を有する切削工具用材料、すなわち耐摩耗
性、耐塑性変形性、耐酸化性、および耐衝撃性に
すぐれた切削工具を粉末治金法を用いて製造すべ
く研究を行なつた結果、TiC粉末、窒化チタン
（以下TiNで示す）粉末、炭化ジルコニウム（以
下ZrCで示す）粉末、炭化ハフニウム（以下HfC
で示す）粉末、およびこれら２種以上の複合固溶
体粉末、さらにMo粉末、Ti粉末、Mo−Ti合金粉
末を使用し、これら原料粉末を、重量％で、 TiC：２〜30％、 TiN：２〜20％、 ZrCおよびHfCのうちの１種または２種：２〜
30％、 MoおよびTi：40〜85％、からなり、かつTi／（Mo＋Ti）の重量比：0.01
〜0.2を満足する配合組成に配合し、混合し、プ
レス成形して圧粉体とした後、この圧粉体を非酸
化性雰囲気中、1800〜2600℃の温度範囲内の温度
で完全固溶体化焼結し、引続いて1200〜1700℃の
温度範囲内の温度で炭窒化物析出処理を行なう
と、分散相が、TiとMoと炭素と窒素とを主成分
とする著しく微細な炭窒化物相と、ZrおよびHf
のうちの１種または２種と炭素と窒素とを主成分
とする同じく微細な炭窒化物相とからなり、一方
結合相がMoとTiを主成分とする合金相からなる
組織をもつた焼結材料が得られ、この結果の焼結
材料は、すぐれた高温特性、すなわちすぐれた耐
摩耗性、耐塑性変形性、耐酸化性、および耐衝撃
性を有し、したがつてこの焼結材料を切削工具と
して使用した場合、従来のWC基超硬合金やTiC
基サーメツトによる切削領域での切削は勿論のこ
と、これらの材料では切削が実用上困難であつた
高速切削および高送り切削でもすぐれた切削性能
を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
のであつて、以下に配合組成、固溶体化焼結温
度、および炭窒化物析出温度を上記の通りに限定
した理由を説明する。Ａ配合組成 (a) TiC、TiN、ZrC、およびHfC これらの成分は、焼結時に完全固溶体を形
成し、引続いての炭窒化物析出処理において
微細な炭窒化物相として析出して分散相を形
成し、もつて材料の耐摩耗性と耐衝撃性を向
上させる作用をもつが、その配合量がいずれ
も２％未満では炭窒化物相の量が少なすぎて
所望のすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を確
保することができず、一方TiC：30％、
TiN：20％、ZrCおよび／またはHfC：30％
を越えた配合量にすると、分散相を形成する
炭窒化物相の量が多くなりすぎて材料の耐衝
撃性が劣化するようになることから、その配
合量を、TiC：２〜30％、TiN：２〜20％、
ZrCおよび／またはHfC：２〜30％と定め
た。 (b) MoおよびTi Moの一部は焼結中に前記分散相中に拡散
するが、残りの大部分はTiと合金を形成
し、この結果のMo−Ti合金は焼結性向上に
寄与し、もつて材料の耐衝撃性を向上させる
作用があるが、重量比で、Ti／（Mo＋Ti）
が0.01未満では相対的にTiの割合が少なすぎ
て、焼結性改善に寄与するMo−Ti合金を形
成することができず、一方その重量比が0.2
を越えるとMoに比してTiの割合が多くなり
すぎ、Mo−Ti合金の融点が低下し、これが
原因で材料の耐摩耗性および耐塑性変形性が
劣化するようになることから、MoとTiの相
対割合を、Ti／（Mo＋Ti）の重量比で0.01
〜0.2と定めた。また、MoとTiの合計配合量を40〜85％と
定めたのは、その配合量が40％未満では相対
的に材料における分散相の量が多くなりすぎ
て材料の耐衝撃性が劣化するようになり、一
方その配合量が85％を越えると、逆に耐摩耗
性が劣化するようになるという理由によるも
のである。Ｂ完全固溶体化焼結温度その温度が1800℃未満では焼結時に完全固溶
体組織とはならず、この結果焼結後の炭窒化物
析出処理工程で微細な炭窒化物相を形成するこ
とができないので、所望の耐摩耗性および耐衝
撃性を確保することができず、一方その温度が
2600℃を越えると、相対的にTiの量が多い場
合には液相量が多くなりすぎて形状保持が困難
になることから、その温度を1800〜2600℃と定
めた。Ｃ炭窒化物析出処理温度その温度が1200℃未満では分解析出する炭窒
化物の量が少なすぎて所望の耐摩耗性および耐
衝撃性を確保することができず、一方その温度
が1700℃を越えても所望の量の炭窒化物を分解
析出させることができないことから、その温度
を1200〜1700℃と定めた。なお、この発明の方法によつて構造された切削
工具用焼結材料は、それ自体単独で用いることが
できるが、従来のWC基超硬合金やTiC基サーメ
ツトなどを基体として用い、この基体上に重ね合
わせた状態で、例えば10^-2torrの真空中、温度：
1370℃に30分間保持して両者を接合して複合材と
し、この複合材の状態で用いてもよく、この場合
は一段と耐衝撃性が増大するようになるものであ
る。また、上記のこの発明の方法によつて製造され
た焼結材料の単体あるいは複合材の表面に、通常
の化学蒸着法を用いて、周期律表の4a、5a、およ
び6a族金属の炭化物、窒化物、および酸化物、並
びにこれらの２種以上の固溶体、さらに酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウムのうちの１種の単層
または２種以上の複層からなる硬質被覆層を0.5
〜15μｍの平均層厚で被覆し、この状態で切削工
具として用いると一段とすぐれた耐摩耗性および
耐酸化性を示すようになるものである。つぎに、この発明の方法を実施例により具体的
に説明する。実施例原料粉末として、平均粒径：1.0μｍを有する
TiC粉末、同1.5μｍのTiN粉末、同1.5μｍのZrC
粉末、同2.0μｍのHfC粉末、同1.5μｍを有する
複合固溶体粉末としてのTi（Ｃ₀.₆Ｎ₀.₄）粉末、
同1.5μｍの（Ti₀.₂₅Hf₀.₇₅）Ｃ粉末、同1.5μｍの
（Ti₀.₆Zr₀.₄）（Ｃ₀.₇Ｎ₀.₃）粉末、同1.0μｍのMo
粉末、同−325メツシユのTi粉末、および同1.5μ
ｍのMo−Ti合金（Ti／Mo＋Ti：0.2）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72時間湿式
混合し、乾燥した後、15Kg/mm²の圧力にてプレス
成形して圧粉体とし、ついでこの圧粉体を水素気
流中、温度：800℃に１時間保持して予備焼結処
理した後、雰囲気圧力を10^-2torrとした真空炉を
用い、それぞれ第１表に示される条件で完全固溶
体化焼結および炭窒化物析出処理を行ない、この
場合焼結温度から炭窒化物析出温度までの冷却は
700℃/hrの冷却速度で行なうこ

【表】

【表】とによつて本発明焼結材料１〜16および比較焼結
材料１〜12をそれぞれ製造した。なお、比較焼結
材料１〜12は、いずれも配合組成および製造条件
のうちのいずれかの条件（第１表に※印を付した
もの）がこの発明の範囲から外れた条件で製造し
たものである。つぎに、この結果得られた本発明焼結材料１〜
16および比較焼結材料１〜12のそれぞれから、
SNP432の形状をもつた切削チツプを作製し、被
削材：JIS・SNCM−８（ブリネル硬さ：220）、
切削速度：200m/min、送り：0.3mm/rev.、切込
み：２mm、切削時間：10分の条件での連続高速切
削試験、被削材：JIS・SNCM−８（ブリネル硬
さ：250）、切削速度：100m/min、送り：0.70
mm/rev.、切込み：５mm、切削時間：10分の条件
での連続高送り切削試験、並びに被削材：SNCM
−８（ブリネル硬さ：280）、切削速度：100m/m
ｉｎ、送り：0.265mm/rev.、切込み：２mm、切削時
間：３分の条件での断続切削試験を行ない、前記
連続高速切削試験および連続高送り切削試験では
チツプ切刃における逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗
深さとを測定し、試験チツプ：５個の平均値を算
出し、また断続切削試験では試験切刃数：10個の
うちの欠損発生刃数を測定した。これらの結果を
第１表に示した。なお、第１表には、比較の目的
でいずれも従来公知の酸化アルミニウム基セラミ
ツク材料、TiC基サーメツト材料、およびWC基
超硬合金材料（P10グレード）の同一条件での切
削試験結果も合せて示した。第１表に示される結果から、本発明焼結材料１
〜16は、従来材料および比較焼結材料１〜12に比
して一段とすぐれた切削性能を示すことが明らか
である。上述のように、この発明の方法によれば、高温
特性、すなわち耐摩耗性、耐塑性変形性、耐酸化
性、および耐衝撃性にすぐれた焼結材料を製造す
ることができ、したがつてこの結果の焼結材料を
前記の高温特性が要求される高速切削や高送り切
削に切削工具として用いた場合に著しくすぐれた
切削性能を発揮するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１原料粉末として、炭化チタン粉末、窒化チタ
ン粉末、炭化ジルコニウム粉末、炭化ハフニウム
粉末、およびこれら２種以上の複合固溶体粉末、
さらにMo粉末、Ti粉末、Mo−Ti合金粉末を使用
し、これら原料粉末を、重量％で、炭化チタン：２〜30％、窒化チタン：２〜20％、炭化ジルコニウムおよび炭化ハフニウムのうち
の１種または２種：２〜30％、 MoおよびTi：40〜85％、からなり、かつTi／（Mo＋Ti）の重量比：0.01
〜0.2を満足する配合組成に配合し、混合し、プ
レス成形して圧粉体とした後、この圧粉体を非酸
化性雰囲気中、1800〜2600℃の温度範囲内の温度
で完全固溶体化焼結し、引続いて1200〜1700℃の
温度範囲内の温度で炭窒化物析出処理を行なうこ
とによつて、分散相が、TiとMoと炭素と窒素と
を主成分とする炭窒化物相と、ZrおよびHfのう
ちの１種または２種と炭素と窒素とを主成分とす
る炭窒化物相とからなり、一方結合相がMoとTi
を主成分とする合金相からなる組織を有する焼結
材料を製造することを特徴とする高温特性のすぐ
れた切削工具用焼結材料の製造法。