JPS63286549A - 耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン基焼結合金 - 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、耐摩耗工具部品又は切削工具部品に適する強
度、耐摩耗性及び＃塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化
チタン基焼結合金に関するものである。

（従来の技術） 一般に、炭化タングステンに比較して炭化チタンは、鉄
族金属との親和性に乏しく、又耐酸化性にすぐれている
。このらの理由から、特に鉄系材料を切削するための切
削工具部品用には、ＷＣ基焼結合金に代り、ＴｉＣを主
成分としたＴ　ｉ　Ｃ基焼結合金が実用化されている。

しかしながら、ＴｉＣ基焼結合金は、ＷＣ基焼結合金に
比較して強度が低く、しかも高温における＃塑性変形性
が劣るという問題がある。これらの問題点の解決法とし
て窒素を含有したＴｉＣ基焼結合金が多数提案されてい
る。窒素を含有したＴｉＣ基焼結合金の代表例としては
、特開昭４９−７８８０９号公報及び特公昭５Ｅｌ−５
１２０１号公報がある。

（発明が解決しようとする問題点） 特開昭４９−７８６０９号公報は、重量％で、炭化タン
グステン１５〜３０％、窒化チタンを炭化チタンに対し
て、１／１０〜１／１添加して窒化チタンと炭化チタン
の合計で３０〜６０％、炭化モリブデン１５〜２０％と
　コバルト、ニッケル、鉄の鉄族金属１０〜２０％の成
分からなることを特徴とする切削超硬質焼結合金である
。この特開昭４９−７８８０９号公報の合金は、ＴｉＣ
を主成分とする組成に窒化チタンを添加することにより
固溶体粒子の粒成長を抑制して微細結晶粒にし、その結
果、窒素無含有のＴｉＣ基焼結合金に比べて高硬度で、
耐摩耗性が向上しているものである。また、窒化チタン
が炭化チタンに比べて熱衝撃抵抗が大きいことから、窒
素無含有のＴ　ｉ　Ｃ基焼結合金に比較して耐熱衝撃性
が改善されているものである。シ′かしながら、特開昭
４９−７８６０９号公報の合金は、窒素無含有のＴｉＣ
基焼結合金と同様に炭化チタンを核に持つ有核組織であ
るために結晶粒の微細化が顕著でなく、しかも高温にお
ける＃塑性変形性が劣るという問題がある。

特公昭５Ｂ−５１２０１号公報は、窒素を含有したＴｉ
Ｃ基焼結合金で、チタン及び窒素に富む炭窒化物固溶体
と、第６族金属成分に富むが窒素に乏しいもう１つの硬
質相により成る２相混合物であり、２相混合物は微細構
造を形成し、チタン及び窒素に富む炭窒化物相が第６族
金属に富むが窒素に乏しい相に包囲され、結合剤合金と
の主界面を形成していることを特徴とするものである。

この特公昭５Ｇ−５１２０１号公報の合金は、窒素無含
有のＴｉＣ基焼結合金と異なり、チタン及び窒素に富む
炭窒化物相を芯部にしたものであることから微細結晶粒
になっており、このために耐摩耗性９強度及び耐熱変形
性などの合金特性がすぐれているものである。しかしな
がら、この特公昭５６−５１２０１号公報の合金は、ス
ビノダル領域内に含まれる選択された組成で、スピノダ
ル反応を利用して作製するものであるために、出発原料
粉末、焼結時に用いる焼結炉及び焼結雰囲気などの製造
条件の制御を従来の粉末冶金法と異なり非常に厳しくし
なければ作製できないという問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、ＴｉとＷとを含有する炭化物を芯部とし、この
芯部が炭窒化物の外周部で包囲されてなる有芯構造の硬
質相を焼結合金中に形成させたもので、耐摩耗性２強度
及び高温における耐塑性変形性のすぐれた窒素含有の炭
化チタン基焼結合金の提供を目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、窒素を含有したＴｉＣ基焼結合金の基本
系であるＴ　ｉ　Ｃ−Ｔ　ｉ　Ｎ−Ｍｏ２　Ｃ−Ｎｉ系
合金に、他の各種の炭化物を添加し、その添加炭化物の
役割について検討していた所、特に、窒化チタンと炭化
モリブデンとの合計量に対する炭化タングステン量を適
量添加し、焼結時の雰囲気制御によっては、弛度化物の
添加に比較して合金゛組織が著しく微細になり、しかも
高温硬さが改良され、高強度で、切削時の耐刃先変形性
にすぐれるという知見を得たものである。この知見に基
づいて、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明の耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭
化チタン基焼結合金は、Ｎｉ及び／又はＣｏでなる結合
相３〜１８ｖｔ％と、残り硬質相と不可避不純物とから
なり、該硬質相は７〜３４ｗｔ％の窒化チタンと、４〜
２４．５ｗｔ％の炭化タングステンと４〜！２．５ｗｔ
％の炭化モリブデンと残り炭化チタンとからなる組成で
あって、かつ該硬質相はＴｉとＷとを含有した複合炭化
物の芯部をＴｉとＷとＭｏとを含有した複合炭窒化物の
外周部で包囲してなる第１硬質相を０．４〜７マａｎ％
含有していることを特徴とするものである。

この本発明の＃塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタ
ン基焼結合金における硬質相は、具体的には、（Ｔｉ、
Ｗ）Ｃの複合炭化物でなる芯部を（Ｔｉ　、Ｗ、Ｍｏ）
（Ｃ、Ｎ）の複合炭窒化物でなる外周部で包囲された第
１硬質相が０．４〜７マ０又％含有しているものである
。この第１硬質相を除いた、残りの硬質相は、例えばＴ
ｉＣの炭化物でなる芯部を（Ｔｉ　、Ｗ、Ｍｏ）（Ｃ，
Ｎ）の複合炭窒化物でなる外周部で包囲された第２硬質
相、（Ｔｉ　、Ｗ）（Ｃ、Ｎ）の複合炭窒化物でなる芯
部を（Ｔｉ　、Ｗ、Ｍｏ）（Ｃ、Ｎ）の複合炭窒化物で
なる外周部で包囲された第３硬賀相、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の
炭窒化物でなる芯部を（Ｔｉ　、Ｗ、Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ）
の複合炭窒化物でなる外周部で包囲された第４硬質相、
又はＴｉＮの窒化物でなる芯部を （Ｔｉ　、Ｗ、Ｍｏ）（Ｃ、Ｎ）の複合炭窒化物でなる
外周部で包囲された第５硬質相などを挙げることができ
る。特に、易焼結性及び焼結合金の耐塑性変形性から、
硬質相は、第１硬質相と第２硬質相とからなることが好
ましいものである。これらの硬質相を構成している芯部
及び外周部は、化学量論組成又は非化学量論組成でなっ
ているものである。この硬質相として含有している第１
硬質相の平均粒径が０．１〜１．５ｇｍであると１強度
及び耐塑性変形性にすぐれる傾向にあることから、特に
好ましいものである。また、第１硬質相を除いた。残り
の硬質相の平均粒径が３ｇｍ以下、好ましくは１．０ｐ
ｍ以下であると焼結合金の諸性性がすぐれる傾向になる
。

本発明の＃塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン基
焼結合金における結合相は、Ｎｆ及び／又はＣｏでなる
もので、他に硬質相を構成している元素、特にＭｏどＣ
が０．１％以下の不純物程度に固溶している場合もある
。

次に、本発明の耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チ
タン基焼結合金において、数値限定した理由を以下に述
べる。

結合相が３ｗｔ％未満になると、相対的に硬質相が９７
ｗｔ％を超えて多くなるために難焼結性になる。このた
めに、緻密で強度の高い合金を得るのが困難になる。逆
に、結合相が１８ｗｔ％を超えて多くなると、相対的に
硬質相が８２ｗｔ％２ｗｔ％未満めに耐摩耗性が低下す
る。このために、結合相は、３〜１８ｗｔ％と定めたも
のである。

硬質相中の窒化チタンが７ｗｔ％未満になると、硬質相
全体が粗粒化の傾向を示し、耐摩耗性が低下する。逆に
、窒化チタンが３４ｗｔ％を超えて多くなると、難焼結
性になり、緻密な焼結合金を得るのが困難になる。この
ために、硬質相中の窒化チタンは、７〜３４ｗｔ％と定
めたものである。

硬質相中の炭化タングステンが４ｗｔ％未満になると、
（Ｔｉ、Ｗ）Ｃを芯部とする第１硬質相が０．４マ０文
％未満となって、硬質相を粗粒化し、耐摩耗性及び耐塑
性変形性の低下となる。逆に、炭化タングステンが２４
．５ｗｔ％を超えて多くなると、硬質相中に炭化タング
ステンが析出し、硬質相の微細化を阻害して、強度を低
下する。このために、硬質相中の炭化タングステンは、
４〜２４．５贅ｔ％と定めたものである。

硬質相中の炭化モリブデンが４ｗｔ％未満になると、９
？１焼結性になり、緻密な焼結合金を得るのが困難にな
る。逆に、炭化モリブデンが１２．５ｗｔ％を超えて多
くなると、硬質相を形成している外周部が粗大化して、
強度低下となる。このために、硬質相中の炭化モリブデ
ンは、４〜１２．５ｗｔ％と定めたものである。

硬質相中の第１硬質相が０．４マ０文％未満になると、
硬質相が粗粒化し、強度及び耐塑性変形性を低下する。

逆に、第１硬質相が７マ０文％を超えて多くなると炭化
タングステンが析出し、硬質相の微細化を阻害して強度
及び耐塑性変形性を低下する。このために、硬質相中の
第１硬質相は。

０．４〜７ｖｏｌ％と定めたものである。

本発明の耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン基
焼結合金を作製するには、出発原料粉末に平均粒径が３
１Ｌｍ以下のものを用いて、有機溶媒中で湿式混合粉砕
し、この混合粉砕粉末を従来の粉末冶金法における成形
方法でもって成形した後、必要に応じて脱脂処理後、真
空中で１４００〜１５００℃の温度で保持して焼結すれ
ばよい。

特に、焼結合金中に第１硬質相を形成させるために重要
なことは、成形後の圧粉体に付着又は固溶している酸素
量をできるだけ少なくシ、焼結時の液相発生までの昇温
中は、Ｎ２　　、Ｎ２−Ｃｏ。

Ｎ２−Ｎ２又はＮ２−Ｃｏ　　Ｎ２　（７）減圧状カス
雰囲気にし、次いで液相発生から焼結完了までを少し高
真空にするのがよい。

（作用） 本発明の＃塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン基
焼結合金は、第１硬質相が硬質相全体の結晶を微細にす
る作用をし、特に第１硬質相中の芯部に固溶しているＷ
が第１硬質相の結晶を微細にする作用をしているもので
ある。また、本発明の焼結合金は、第１硬質相の存在に
より、室温及び高温での硬さの向上、耐摩耗性、耐酸化
性並びに高温における耐塑性変形性にすぐれるという作
用をもたらしてるものである。

（実施例） 実施例１ 平均粒径１ｐｍのＷＣ粉末、平均粒径１〜３ｐＬｍの各
種炭化物粉末、窒化物粉末、Ｎｉ粉末及びＣｏ粉末を出
発原料として用いて、第１表の各試料を配合した。この
第１表の各試料をステンレス製容器、超硬合金性ポール
を用いてヘキサン溶媒中で４０時間混合した後、パラフ
ィン混合、乾燥及び１　ｔｏｎ／ｃｍ２圧力で成形した
０次に、成形圧粉体を真空炉に設置して、Ｉ　Ｘ　１０
１Ｔｏｒｒの真空にした後、Ｎ２−Ｃｏの減圧ガス中で
１３５０℃まで昇温し、次いで５　Ｘ　１０−２Ｔｏｒ
ｒの真空中、１４００〜１５００℃で１時間保持にて焼
結した。こうした得た本発明の焼結合金の室温での硬さ
、１０００℃での硬さ、室温での抗折力を測定し、その
結果を第２表に示した。また、各焼結合金をＸ線マイク
ロアナライザー、走査型電子顕微鏡により組織観察し、
特に第１硬質相の平均粒径及びその含有量を求めて第２
表に併記した。

尚、比較品として、焼結条件が５　Ｘ　１０１Ｔｏｒｒ
の真空中の他は、上述と同様に行って得た比較品も第１
表及び第２表に併記した。

第　　　　　３　　　　　表 （発明の効果） 以上の結果、本発明の＃塑性変形性にすぐれた窒素含有
炭化チタン基焼結合金は、第１硬質相の存在してない焼
結合金及び本発明から外れた焼結合金等の比較合金に比
べて、硬さが僅かに高くなり、抗折力強度が約５〜３０
％向上し、鋼切削時における逃げ面摩耗量が約２／３〜
１／３に減少し、鋼切削時における塑性変形性が約１／
２〜１／７に減少するという効果がある。

このことから、本発明の焼結合金は、従来の炭化チタン
基焼結合金により用いられている旋削工具領域用の切削
工具部品及びあまり衝撃力が加わらない＃摩耗工具部品
の他に、さらに高速領域又は高送り領域用の切削工具部
品、フライス用切削工具部品、エンドミルやドリル等の
穴あけ工具用の切削工具部品、磁気テープ、紙、金属箔
板等の切断工具部品又はダイヤモンド、ＣＢＮ　。

Ｔｉｃ、ＴｉＮ、Ａ文２０３等の被覆層を形成させるた
めの基材としても応用できる産業上有用な材料である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ及び／又はＣｏでなる結合相３〜１８ｗｔ％
   と、残り硬質相と不可避不純物とからなり、該硬質相は
   ７〜３４ｗｔ％の窒化チタンと４〜２４．５ｗｔ％の炭
   化タングステンと４〜１２．５ｗｔ％の炭化モリブデン
   と残り炭化チタンとからなる組成であって、かつ該硬質
   相はＴｉとＷとを含有した複合炭化物の芯部をＴｉとＷ
   とＭｏとを含有した複合炭窒化物の外周部で包囲してな
   る第１硬質相を０．４〜７ｖｏｌ％含有していることを
   特徴とする耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン
   基焼結合金。
2. （２）上記硬質相は、上記第１硬質相を０．４〜７ｖｏ
   ｌ％と、残り炭化チタンの芯部をＴｉとＷとＭｏとを含
   有した複合炭窒化物の外周部で包囲してなる第２硬質相
   とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン基焼結合
   金。
3. （３）上記第１硬質相は、平均粒径が０．１〜１．５μ
   ｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の耐塑性変形性にすぐれた窒素含有炭化チタン
   基焼結合金。