JPS63227739A - 高靭性サーメット - 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】 本発明は、高速切削が可能な切削工具の材料として好適
な高靭性サーメット及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、
クロム、ジルコニウム等の周期律表のｆｆａ。

Ｖａ、　Ｖｌａ族から選ばれた少なくとも１種の遷移金
属の複炭窒化物を硬質相とし、これをニッケルやコバル
ト等の耐熱性金属の結合相で結合したサーメットが切削
工具材料として用いられるようになった。

かかるサーメットは、従来のタングステン、チタン、タ
ンタル等の複炭化物を硬質相とし、これをニッケルやコ
バルト等の金属で結合した焼結硬質合金に比較して、耐
熱疲労靭性が著しく改善されているので、従来の焼結硬
質合金では殆ど不可能でありタングステンカーバイドを
主成分とする所謂超硬合金しか使用されなかうた領域に
まで用途が拡大されつつある。

しかし、切削工具の分野において益々高速切削が要望さ
れている現在、上記サーメットには高速切削において工
具のすくい面に生じるクレータ−摩耗が極めて進行し易
いという欠点がある。クレータ−摩耗はサーメットの硬
質相が粒子単位で掘り起されて脱落していく現象である
。一般に、クレータ−摩耗は組織を粗くすることにより
改善されるが、組織を粗くするほどサーメットの硬度は
低下するので、この改善方法にはおのずと限界があった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はかかる従来の事情に鑑み、切削工具として高速
切削時のクレータ−摩耗を低減することのできる高靭性
サーメットを提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高靭性サーメットは、チタンを主成分としタン
グステンを必須成分とする周期律表のｒＶ　ａ　ｓＶａ
、　ｌａ族から選ばれた少なくとも２種の遷移金属の複
炭窒化物からなる硬質相と、ニッケル及びコバルト並び
に不可避的不純物を含む結合相とかうなり、結合相中の
ニッケルとコバルトの重量比Ｎ１／　（Ｎｉ−１−Ｃｏ
）が０．３〜０．８であり、全体に含有される窒素と炭
素の原子比Ｎ／（Ｃ！＋Ｎ）が０．３〜０．６であって
、黄色ないし褐色の粒子が存在しないか又は存在しても
０．０１体積％以下であることを特徴とする０ 上記高靭性サーメットの製造は、窒素と炭素の原子比Ｎ
／（０＋Ｎ）が０．３〜０．６となるように混合した硬
質相を構成する各遷移金属の窒化物、炭化物又は炭窒化
物の混合物を予め窒素雰囲気中で固溶体化処理すること
によりチタンを主成分としタングステンを必須成分とす
る複炭窒化物を生成せしめ、該複炭窒化物の粉末にニッ
ケルとコバルトの重量比Ｎｉ７’　（Ｎｉ＋Ｃｏ）が０
．３〜０．８となるようにニッケル及びコバルト粉末を
混合し、窒素雰囲気中で焼結する方法により行なう。

尚、原料粉末にはその製造過程で混入される鉄等の不可
避的不純物が特性に影響しない範囲で含まれて良く、又
通常行なわれている如く焼結性を向上させる為に炭素粉
末を混合することができる。

〔作用〕

本発明者等はチタン、タンタル、モリブデン、タングス
テン等の周期律表のｒｖａＳＶａ、　Ｖｌａ族から選ば
れた少なくとも１種の遷移金属の複炭窒化物を硬質相と
し、これをニッケルやコバルト等の耐熱性金属の結合相
で結合したサーメットのクレータ−摩耗を研究するため
、サーメットにビッカース硬度計の圧子で亀裂を生じさ
せ、その伝播経路を調べた結果、硬質相と結合相との間
を亀裂が伝播していることを確認した。そこで硬質相と
結合相との界面強度を向上させることによってサーメッ
トの耐クレーター摩耗性が改善できると確信し、結合金
属であるニッケル及びコバルトと硬質相との親和性を調
べた。

その結果、ニッケルはチタンを主成分とする炭窒化物に
対して親和性が強いが、タングステンカーバイドに対す
る親和性は低く、チタンについてはこの逆の親和性であ
ることが判明した。従って、結合相のニッケルとコバル
トの重量比Ｎ１／　（Ｎ　１＋ｃ　ｏ）が高いほどＷａ
に対する親和性が低下し、逆にこの値が低いほどＴ１を
主成分とする炭窒化物に対する親和性が低下し、クレー
タ−摩耗が発生し易くなるものと考えられる。

従来市販のサーメットでは、結合相のニッケルとコバル
トの重量比Ｎ１／　（Ｎｉ＋ｃｏ）は０〜１．０の範囲
で種々あるが、いずれも満足できる耐クレーター性を有
してはいない。

そこで、本発明者等はサーメットの強度向上に不可欠の
成分であるＷＣをＷａ粉末のま＼使用せず、Ｔｉ０Ｎそ
の他の硬質物質粉末と共に焼結温度以上の温度で固溶体
化処理してＴ１を主成分とする複炭窒化物とし、この複
炭窒化物の粉末をＮ１及びｃｏ粉末と混合して焼結した
結果、硬質相がＮ１に高い親和性を示すことを見出し本
発明を完成したものである。

ニッケルとコバルトの重量比Ｎ１／　（Ｎ　ｉ　＋　Ｏ
ｏ）は高い方が好ましいが、この値が０．８を超えると
サーメットの硬度が低下し、０．３未満では界面強度の
増強による耐クレーター摩耗性の改善が得られない。又
、サーメットにおいては含有窒素量が多いほど焼結性が
低下することが知られているが、本発明方法によれば窒
素含有量が多くても焼結性が良好であり、窒素と炭素の
原子比Ｎ／（０＋Ｎ）を０．３〜０．６の範囲とするこ
とができる。この値が０．３未満ではサーメットの靭性
が低下し、０．６を超えるとサーメットの耐摩耗性が低
下する。

但し、サーメットの靭性及び強度の改善効果を得るため
には、窒素が硬質相内に均一に分散していることが重要
である。従来からの含窒素焼結硬質合金では、窒素の偏
析のために光学顕微鏡により硬質相組織内に黄色ないし
褐色の粒子が観察できる。この黄色ないし褐色の粒子は
チタンの窒化物か炭窒化物であって、この粒子が現われ
る限り窒素の高濃度部分では分解によるボアが発生しや
丁く、低濃度部分では窒素含有による効果が充分に発揮
されない等、特性が劣化することが判った。

ところが、本発明方法によれば窒素を均一に分散させる
ことができ、黄色ないし褐色の粒子が存在しなくなる。

又、原料のＶａ族元素の炭化物又は炭窒化物も黄色ない
し褐色を呈するが、本発明方法の固溶体化処理によって
黄色ないし褐色の粒子は消滅する。尚、黄色ないし褐色
の粒子は存在しても０．０１体積％以下ならば強度や靭
性の改善効果に何ら影響を与えない。

更に、実質的にモリブデンを含まない組織とすることで
、サーメットの性能を更に一層向上させることが可能で
ある。

又、本発明方法によればサーメット中の窒素含有量を増
や丁ことができるが、一般的に窒素含有量が増えてくる
と砥石によるサーメットの被研削性が低下する。ところ
が、本発明者等は結合相中に固溶する硬質相成分が少な
いほど被研削性が良好になる事実を発見した。そこで、
結合金属であるコバルト及びニッケルの純度を示すパラ
メーターとして飽和磁気量を採り上げ、サーメットの飽
和磁気量と被研削性の関係について検討した。純ＣＯの
飽和磁気量は２０２０ガウ７．（Ｇ）ｃＩｌｌＴ／ｇ及
び純Ｎ１のそれは６８０■／ｇであって、これらを含有
するサーメットの飽和磁気量はＣＯ又はＮ１の重量分率
が減るほど、若しくはＣＯ又はＮ１の純度が低下するほ
ど減少する。そして、サーメット中のコバルト含有ＪＩ
Ａ重量％及びニッケル含有量Ｂ重量％と、サーメットの
飽和磁気量Ｏガウスｃｍ／ｇとノ間ニ、Ｃ≧０．７３Ｘ
　（２０，２ＸＡ＋６．８ＸＢ）の関係が成立する場合
に、サーメットが良好な被研削性を発揮することが判明
した。

サーメットの飽和磁気量を制御する方法としては、■原
料粉末に混合する炭素量を調整する方法、■焼結雰囲気
を炭素や窒素とする方法、■原料粉末中に金属状チタン
や、チタンの炭化物又は窒化物の粉末を混合する方法な
どがある。

〔実施例〕

実施例１ 市販の平均粒径２　ｐｍのＴｉ（ＯＮ）粉（０７Ｎ比５
１５）７０重量％と、はぼ同一粒径のＴａＣ粉１０重量
％及びｗａ　粉２０重量％とをボールミルにて１０時間
混合し、窒素分圧４００　ｔｏｒｒの窒素気流中で１８
００　Ｃで１時間の固溶体化処理を行なってで１を主成
分とする複炭窒化物（ＴｉＴａＷ）　ＯＮを形成した。

この複炭窒化物はＸ線回折によってＴａＣ及びｗＣのピ
ークが消滅していることが確認できた。

この複炭窒化物をボールミルで２０時間粉砕した後、１
００メツシユ以下のＮ１粉及びＣｏ粉を添加して第１表
の試料１〜７に示す配合とし、更に溶剤を加え湿式ボー
ルミルで２０時間混合した。得られた混合粉末にカンフ
ァーを３重量％加え、２を膚で型押し成形した。この圧
粉体を窒素分圧１０　ｔｏｒｒの窒素気流中で１５００
　ｔＺ’で１時間焼結した０ 得られた各試料について光学顕微鏡で黄色ないし褐色の
粒子が存在するか否か観察したところ、比較例の試料６
〜８に黄色粒子の存在が確認された０ 各試料１〜７のサーメットについて、硬度（Ｈｖ）及び
破壊靭性（Ｋ　ａ）並びに強度（−）を測定子す ると共に、第２表の切削条件１でのクレータ−摩耗深さ
く鴎）及び逃げ面摩耗量（關）、切削条件２でのチップ
破損率（□□□を夫々測定しその結果を第３表に示した
。本発明のサーメット（試料２〜４）は比較例（試料１
及び５〜７）に対し、特に耐クレータ摩耗性及び靭性に
優れることが判った。

実施例２ 実施例１と同様にして第１表の試料８〜１０のサーメッ
トを製造した。但し、Ｔｉ（Ｃ！Ｎ）粉末のＣ／Ｎ比率
を下記三例の如く変えることによって複炭窒化物（Ｔｉ
Ｔａ″Ｗ）Ｃ！ＮのＮ／　（０＋Ｎ）を変化させた。

ａ　・・Ｏ／Ｎ比３／７（試料８） ｂ・・Ｃ／Ｎ比７／３（試料　９） ｃ　＝　Ｃ／Ｎ比４７６（試料１０） 各試料について実施例１と同様に特性ないし切削性能を
測定し、その結果を第３表に示した。

本発明のサーメット（試料１０）に対して、窒素の多い
比較例のサーメット（試料８）は耐摩耗性が劣り、窒素
の少ない比較例のサーメット（試料９）は靭性に劣るこ
とが判った。

第　　　２　　　表 第　　　３　　　表 （註）試料のＸ印は比較例である。

実施例３ 下記配合（重量％）により夫々遷移金属の複炭窒化物を
実施例１と同様に製造した。

ｄ・・８０ＴｉＯＮ−２０ＷＣ（試料１１）ｅ　・・７
２ＴｉＯＮ−２０ＷＯ−８Ｍｏ　Ｏ（試料１２）ｆ　・
・６４ＴｉＯＮ−８ＴａＯ−２０ＷＣ−８Ｍｏ　Ｃ（試
料１３．１４）ｇ　・・６４Ｔ１ＯＮ−８ＴａＯ−１８
ＷＯ−８Ｍｏ　Ｃ−２ＺｒＮ　（試料１５）ｈ　・・６
４ＴｉＯＮ−８ＮｂＣ−１８ＷＯ−８Ｍｏ　Ｃ−２Ｚｒ
Ｎ　（試料１６）製造した複炭窒化物を実施例１と同様
にして第４表の配合の試料を作成した。

各試料の特性及び切削性能を実施例１と同様に測定し、
その結果を第５表に示した。複炭窒化物の組成を変えて
も同様の効果が認められた。又、前記したＭｏを含まな
いサーメット（試料３）の方がＭＯを含むサーメット（
試料１４）よりも、優れた切削性能を有することが判る
。

第　　４　　表　（重量％） 第　　　５　　　表 実施例４ 実施例１及び３にて製造した試料３．１３及び１４と同
一組成であるが、原料粉末中に混合するＣ粉末量を変え
ることによって飽和磁気量を変化させた試料を夫々製造
し、下記条件で研削テストを実施して法線方向の研削抵
抗Ｆｎを求めた結果を第６表に示した。

ナ 砥石ニレジンボンドダイヤ砥石（２００）研削方法：表
面プランジ研削 研削速度：　４０　！Ｑ／１１＠１０ 送　　　　リ　　　　：　　　０．２０１１％’ｓｅｃ
切り込み：０．０２１１１１ 第　　　　６　　　表 （註）試料の×印は比較例である。

〔発明の効果〕 本発明によれば、切削工具として高速切削時の耐クレー
ター摩耗性に優れ、被研削性にも優れた高靭性サーメッ
トを提供することができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタンを主成分としタングステンを必須成分とす
   る周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族から選ばれた少なくと
   も２種の遷移金属の複炭窒化物からなる硬質相と、ニッ
   ケル及びコバルト並びに不可避的不純物を含む結合相と
   からなり、結合相中のニッケルとコバルトの重量比Ｎｉ
   ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）が０．３〜０．８であり、全体に含有
   される窒素と炭素の原子比Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）が０．３〜０
   ．６であつて、黄色ないし褐色の粒子が存在しないか又
   は存在しても０．０１体積％以下であることを特徴とす
   る高靭性サーメット。
2. （２）サーメット中のコバルト含有量Ａ重量％及びニッ
   ケル含有量Ｂ重量％と、サーメットの飽和磁気量Ｃガウ
   スｃｍ＾３／ｇとが、Ｃ≧０．７３×（２０．２×Ａ＋
   ６．８×Ｂ）の関係を満たすことを特徴とする、特許請
   求の範囲（１）項記載の高靭性サーメット。
3. （３）モリブデンを実質的に含まないことを特徴とする
   、特許請求の範囲（１）項又は（２）項に記載の高靭性
   サーメット。
4. （４）チタンを主成分としタングステンを必須成分とす
   る周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族から選ばれた少なくと
   も２種の遷移金属の複炭窒化物からなる硬質相と、ニッ
   ケル及びコバルト並びに不可避的不純物を含む結合相と
   からなるサーメットの製造方法において、窒素と炭素の
   原子比Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）が０．３〜０．６となるように混
   合した硬質相を構成する各遷移金属の窒化物、炭化物又
   は炭窒化物の混合物を予め窒素雰囲気中で固溶体化処理
   して上記複炭窒化物とし、該複炭窒化物の粉末にニッケ
   ルとコバルトの重量比Ｎｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）が０．３〜
   ０．８となるようにニッケル及びコバルト粉末を混合し
   、窒素雰囲気中で焼結することを特徴とする高靭性サー
   メットの製造方法。