JPS63219547A - 切削工具用の合金 - 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〕 本発明は、塑性変形と摩耗とに対する抵抗性を改良した
主成分としてチタンを含有する炭窒化物超硬質合金に関
する。

〔従来技術〕

チタン炭化物基合金はスチールの仕上加工に使用されて
きているが、幾つかの重要な特性に制約があるためにそ
の適用に限界があることが判明している。

ＴｉＣ基切削切削工具度とタフネスはＷＣＣ切切削工具
り一般的に可成り低いために、一段と高送り速度の及び
／或いは断続切削のためにＴｉＣ基切削切削工具用する
ことには限界がある。塑性変形に対する抵抗も、一般的
に云って、良好ではなく、一段と高い切削速度と送り速
度における使用に重大な限界がある。　　ＴｉＣ基切削
切削工具熱伝導性がＷＣ基工具に較べこれまた非常に低
く、その結果として熱クランクの発生が重大な問題とな
る。

これらの問題は、合金添加物としてＴｉＮを含有させる
ことによりある程度は克服できた。ＴｉＮはグレンサイ
ズを減じると、強度とタフネスを改良させる。またＴｉ
Ｎは、切削工具の熱伝導性を高め、熱クランクに対する
抵抗を改良する。塑性変形に対する抵抗も、バインダ相
の高度の合金化（固溶体の硬質化）、その他幾つかの理
由から改良される。しかし、充分な塑性変形に対する抵
抗が充分ではないことが今なお多くの適用分野で主要な
問題となっている。

ｔｌｓＰ３，９７１，６５６は炭窒化物が周期律表の■
族金属に富み、且つ窒素に乏しい相によって囲まれたチ
タンと窒素に富んだコアから成る二相混合体の構造の焼
結炭窒化物合金を開示している。　ｕｓｐ４．１２０．
７１９はタンタルを窒化物或いは炭窒化物として加えた
結果としてタンタルがバインダ相と接触している構造の
超硬質炭窒化物合金を開示している。０２３４１８４０
３（西独特許）は、少（ともＴ　ａ　Ｃ＋ＮｂＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＷＣ，ＴｉＣ及び或いはＴｉＮの１つの固溶体とＴ
ｉＮ相とＣｏ及び／或いはＮｉのバインダ相によって囲
まれたＴｉＣコアを有する硬質相から成る構造の炭窒化
物合金を、教示している。ＪＰ５７−１６９０５８　（
特許公開公報）はＴｉＣ（及び／或いはＴｉＮ）、Ｔａ
Ｃ（及び／或いはＮｂＣ）、ＷＣ（及び／或いはＭｏｚ
Ｃ）及び５νｏｆ、％より小なる鉄族バインダ金属から
成る硬質相を９５ｖｏｌ、％より多量に含有する焼結硬
質合金を開示している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述の不利益に関し、特には塑性変形に
対する抵抗に関して特性が改良（向上）した超硬質炭窒
化物合金（ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄ
ｅ）を提供することにある。

以下余白 〔発明の構成、作用、効果〕 本発明によれば、７５〜９５ｗ、　ｔ、％の硬質炭窒化
物成分と３〜２５ｗ、ｔ、％、好ましくは５〜２０ｗ、
ｔ。

％のバインダ金属を含んで成る超硬質炭窒化物合金であ
って、前記硬質成分が主金属成分としてのチタン、１０
〜４０ｗ、ｔ、％、好ましくは２０〜３０ｗ、ｔ、％の
タングステンとモリブデンの１方或いは両方及び３〜２
５ｗ、ｔ、％、好ましくは５〜１５ｗ、ｔ、％のタンタ
ル及び炭素と窒素の非金属成分を含んで成り、この非金
属成分中の窒素の割合が５〜４〇−０ｔ８％、好ましく
は１５〜３５御、ｔ０％であり、バインダ金属が鉄、コ
バルト及びニッケルから成る群から選択された少くとも
１つの元素である超硬質合金が提供される。

この合金は、更に２０ｗ、ｔ、％まで、好ましくは４〜
１０ｗ、ｔ、％のバナジウム炭化物と１ｗ、ｔ、％まで
の、好ましくは０．１〜０，４ｗ、ｔ、％のアルミニウ
ムを含んで成ることができる。

この合金の炭窒化物成分は貧窒素富チタン及びタンタル
相と富■族金属冨窒素相を含んで成る二相混合体である
。この二相混合体は冨チタン及びタンタル相が富■族金
属相により囲まれてバインダ合金とで主インタフェース
を形成した構造を有している。この周期律表中の第■族
金属はＣｒ、Ｍ。

及びＷを含んでいる。

本発明の採り得る別の態様では、ＴａがＮｂと全部又は
１部を置換されている。上記特徴を有する超硬質炭窒化
物は従来の超硬質炭窒化物に較べ、摩耗と塑性変形に対
する両方の抵抗が改良されている。

ＴｉＣ基超基質硬質炭化物合金って、ぬれ特性（ｗｅｔ
ｔｉｎｇ）を向上させるためにＷＣ、Ｍｏ、Ｃ等の他の
炭化物を添加したものは、一般に殆んど不変のＴｉＣコ
ア（芯）及びバインダ合金と共に主インタフェースを形
成する冨ＷＣ及びＭＯ□Ｃリム（枠）から成る二相構造
を有している。しかしながら、後者の相は固溶体であっ
て、焼結中にグレンが成長する傾向にあり、その結果む
しろ大きなグレンサイズが得られる。これは強度と耐摩
耗特性を阻害するものである。

ＴｉＮの添加は、バインダと接触している第二の相が今
やバインダ相に溶解する傾向に乏しい炭窒化物から成る
という主たる理由から、ＴｉＣ基炭窒化物のグレン成長
をトラスチックに減じる。従って、ＴｉＮは合金の強度
と破壊しん性（タフネス）に有利な影響力を有している
。またＴｉＮはＴｉＣより高い熱伝導性を有している結
果、所定の切削データにおいて、合金の熱伝導性は高ま
り、これが切刃温度を低下させ、且つ一段と平坦な温度
分布をもたらす。

それ故に、ＴｉＮは熱クランクに対する抵抗、溶体／拡
散摩耗等の温度制御摩耗メカニズム及び塑性変形に対す
る抵抗に好ましい影響を発揮する。

Ｍｏ、ＣとＷＣは合金の強度を向上させる硬質相のぬれ
特性を改良する。モリブデンとタングステンもバインダ
合金の固溶体強化により塑性変形の性行を減退させる。

ＶＣとＡｌは、本発明合金の組成に加えた場合にフラン
ク摩耗抵抗を改良することを示した。

塑性変形抵抗を一層向上させるには、硬質成分の役割を
研究することが必須である。それは・ＴｉＣ原材料から
のＴｉとＣに冨んだ中心コアとその他の合金成分に富ん
だ炭窒化物を必須成分とした第二相により囲まれている
。ＴｉＣコアは、従って硬質成分の大きな体積割合を占
める。

切削工具の高温における塑性変形はバインダ相と硬質相
の両者で生じる。ＴｉＣの硬度はむしろ低く、室温では
逆であるが高温度ではＷＣより大きく劣る。

本発明の目的は、換言すれば、ＴｉＣコアの熱硬度（ｈ
ｏｔ　ｈａｒｄｎｅｓｓ）を改良することによって塑性
変形に対する抵抗を向上させることにある。

Ｔａが上述のようにグレンのコア中にＴｉに加えて存在
するならば、塑性変形抵抗が著しく増加するという驚く
べき事実を発見した。Ｔａの１部はＮｂで置換してもよ
い。

グレンサイズは一般に５μｍより小であるが、２μｍよ
り小なるグレンが大勢を占める。

本発明は、更に第１図〜第３図によって説明される。こ
れらの図は４　、０００倍率のバックスキアツタードエ
レクトロンモード（ｂａｃｋ　５ｃａｔｔｅｒｅｄｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ　ｍｏｄｅ）を用いた合金のＳＥＭ（走査
電子顕微鏡）写真である。

第１図は従来合金の写真であり、その中の（Ａ）はＴｉ
Ｃ基コアを示す。第２図と第３図は本発明合金の写真で
あり、その中の（Ｂ）は（Ｔｉ、Ｔａ。

Ｎｂ）Ｃ基コアを示し、（Ｃ）は（Ｔｉ　　、Ｔａ）Ｃ
基コアを示している。

第１図〜第３図はＴｉＣ基コアの数が、合金ＴｉＣ粉末
を用いたときに劇的に減少することを示している。Ｔｉ
Ｃ基コアは黒く見え、（Ｔｉ　　、Ｔａ）Ｃ基と（Ｔｉ
　　、Ｔａ　　、Ｎｂ）Ｃ基のコアは後者の平均原子数
が一層多いことに起因して灰色に見える。

本発明のＴｉの炭化物と窒化物を含んで成る焼結合金の
製造方法は、ＴｉＣと（Ｔａ　　、Ｎｂ）Ｃ及び／或い
はＴａＣの粉末の第１混合物を結果の第１生成物が（Ｔ
ｉ　　、Ｔａ）Ｃ或いは（Ｔｉ　　、　Ｔａ　　、　Ｎ
ｂ）Ｃの固溶体を含有するように加熱処理し、次いでこ
の第１生成物を粉砕して粉末にし、更にこの粉末を周期
律表中の■族、Ｖ族及び■族から選択した金属（好まし
くはＴｉ　　、Ｗ、Ｖ、Ｍｏ）の炭化物及び／或いは窒
化物及びバインダとしてのＣｏ　　。

Ｎｉ及びＦｅの１又は２以上の金属粉末と混合し、得ら
れた混合粉末を加圧成形してから公知の方法で焼結する
工程を含んで成る。

〔実施例〕

肛 本発明に係わる固溶体粉末は、Ｔ１Ｃｓ　　（Ｔａ　　
。

Ｎｂ）Ｃ８Ｑ／２０及びＴａＣの粉末を用い、これを先
ず機械的に混合してから２４５０℃で水素雰囲気で２．
５時間熱処理することにより調製された。得られた生成
物を、次に粉砕して５μｍより小のグレンサイズの粉末
にした。この粉末のＸ線回折分析は得られた固溶体が（
Ｔｉ　　、Ｔａ　　、Ｎｂ）Ｃに関し４．３３人及び（
Ｔｉ　　、Ｔａ）Ｃに関し４．３４人の格子パラメータ
を有する単−相であることを示していた。

貫１ タングステン炭化物、モリブデン炭化物、タンタル−ニ
オブ炭化物（８０／２０ｗ、ｔ、％）、チタン−タンク
ルーニオブ炭化物（８０／　１６／　４　ｗ、　ｔ、％
）（例１）及びチタン−タンタル炭化物（８０／２０ｗ
、ｔ、％）（例１）及びバインダとして働く鉄族金属を
下記の表１跡す割合で用いた。この組成の粉末を混合し
てから、超硬質炭化物合金のボールを用いたボールミル
処理を３０時間行い、それを乾燥させてから加圧成形し
、次いで１４１０℃で９０分間真空中で焼結した。

以下余白 表−」− ＷＣ：：　　　　　　　　　　　　１６．３　　−−−
−→ＭＯ２Ｃ９，５−−ｍ−→ ＴｉＣ３７，５７，７１５，１ （Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ（８０／２０）　　　　　　−２９，
７（Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ（８０／１６／４）　　　　
　　　３７．１　　　−（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ（８０／２０
）　　　　　　　７．３　　　　−　　　　−ＴｉＮ　
　　　　　　　　　　　　　　１２．０　　−−−一→
ＶＣ４，０−−一−→ Ｃｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　７．９　　−
−−一→Ｎｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　５．
５　　−−一−→ＨＶ３　　　　　　　　　　　　　　
１５９８　　　１６１５　　　１５９９第１図、第２図
、及び第３図は上記サンプルｌ。

２及び３の微細構造を夫々示している。

貫１ 第２例と実質的に同じ方法で工具チップを表２に従った
組成で、且つ１４３０℃の焼結温度により調製された。

ＷＣｌ６．２　−−−一→ ＭｏｚＣ９，５−−−一→ ＴｉＣ３０，３２，０９，０ （Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ（８０／２０）　　　　　−２８，４
（Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ（８０／１６／４）　　　−３
５，４−（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ（８０／２０）　　　　　７
．１　　　−　　　−ＴｉＮ　　　　　　　　　　　　
１５．９　−　　−−ｖｃ　　　　　　　　　　　　　
ｓ、ｏ　　−−−一→Ｃｏ　　　　　　　　　　　　７
．８　−−−一→Ｎｉ　　　　　　　　　　　　　５．
２　−−−一→肛 例２の組成サンプルを用い、切削速度３７０ｍ／分、送
り速度０．２０＋＋ｎ／回転及び切削深さ１．５　ｍ１
ｍの条件でスチール５Ｓ２５４１を工作して、その切削
工具寿命の比較評価を行った。

工具のインサートタイプはＴＮＭＧ１６０４０Ｂ　−Ｏ
Ｆであった。工具寿命評価規準は塑性変形による二次切
刃においての小さな破壊に起因した工作物の表面仕上不
良である。平均工具寿命は９回の試験で評価した。

サンプル　　　　工具寿命、分 ｌ　（従来品）６．０ ２　　　　　　　　　１０．６ ３　　　　　　　　　１３．５ 例ｊ、 工具５ＮＧＮ１２０４０４を組成サンプル４．５及び６
から製造し、これで切削速度５００ｍ／分、送り速度０
．１５ｍ／回転及び切削深さ９．５　ｍの条件でスヂー
ル５Ｓ２５４１を工作した。

工具寿命の評価規準は主切刃の先行した塑性変形に起因
する破壊であった。平均工具寿命は７回の異なる試験で
評価された。

サンプル　　　　工具寿命、分 ４　（従来品）３４９ ５７．３ ６　　　　　　　　　１０．０ 例４と例５から、本発明の組成、サンプル２．３．５及
びＧは塑性変形に対して抵抗が増大していることが確認
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超硬質炭窒化物合金の微細構造を示す４
０００倍率の電子顕微鏡写真、第２図及び第３図は本発
明に係る超硬質炭窒化物合金の第１図に対応する写真で
ある。 図において： （Ａ）・・・ＴｉＣ基コア、 （Ｂ）＝　（Ｔｉ　　、Ｔａ　　、Ｎｂ）Ｃｌコア、（
Ｃ）−（Ｔｉ　　、Ｔａ）Ｃ基コア。 以下余白 手続補正書（方式） 昭和６３年３り／７日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第２９２１８８号 ２、　発明の名称 切削工具用の合金 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　サンドピック　アクティエボラーグ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、
補正命令の日付 昭和６３年２月２３日（発送日） ６、補正の対象 １）明細書の「図面の簡単な説明」の欄２）図面 ７、補正の内容 １）明細書第１６頁の第９行〜第１２行の「第１図は〜
である。」を下記の通り補正する。 「第１図は従来の超硬質炭窒化物合金の金属組織を示す
４０００倍率の電子顕微鏡写真及び第２図と第３図は本
発明に係る超硬質炭窒化物合金の金属組織を示す第１図
に対応する写真である。」２）図面の浄書（内容に変更
なし） ８、添附書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主金属性成分としてのチタン、１０〜４０ｗ．ｔ．
   ％のタングステン及び／或いはモリブデン、３〜２５ｗ
   ．ｔ．％のタンタル及び非金属成分の炭素と窒素を含む
   ７５〜９７ｗ．ｔ．％の炭窒化物硬質成分と３〜２５ｗ
   ．ｔ．％のバインダ金属を含有し、非金属成分中の窒素
   割合が５〜４０ｗ．ｔ．％であり、バインダ金属が鉄、
   コバルト及びニッケルから成る群から選択された少くと
   も１元素である切削工具用合金において、 炭窒化物合金成分が貧窒素富チタン・タンタル相と富窒
   素富VI族（周期律表中の）金属相の二相混合体であり、
   該二相混合体は該富チタン・タンタル相が該富VI族金属
   相により囲まれた構造を有し、且つ該バインダ金属と主
   インタフェースを形成していることを特徴とする切削工
   具用合金。 ２、該合金が更に最大２０ｗ．ｔ．％までのバナジウム
   炭化物を含有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の切削工具用合金。 ３、該合金が更に最大１ｗ．ｔ．％までのアルミニウム
   を含有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   と第２項のいづれか１項に記載の切削工具用合金。 ４、該タンタルが全部又は１部ニオブと置換されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   づれか１項に記載の切削工具用合金。 ５、該合金がＷＣ等の他の硬質単一相成分を含有してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
   いづれか１項に記載の切削工具用合金。 ６、Ｔｉ、Ｔａ及び／或いはＮｂの炭窒化物を含有する
   切削工具用合金の製造方法において、ＴｉＣと（Ｔａ、
   Ｎｂ）Ｃ及び／或いはＴａＣの粉末の混合物を加熱処理
   して（Ｔｉ、Ｔａ）Ｃ或いは（Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ）Ｃの
   固溶体を含有する生成物にして、この生成物を粉砕し、
   得られた粉末をVI族、Ｖ族及びVI族（周期律表の）から
   選択した金属の炭化物及び／或いは窒化物及びバインダ
   としてのＣｏ＿１Ｎｉ及びＦｅの１又は２以上を粉末状
   で混合し、次いで加圧成形してから焼結することを特徴
   とする切削工具用合金の製造方法。