JPS6334217B2

JPS6334217B2 -

Info

Publication number: JPS6334217B2
Application number: JP6457082A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yamamoto; Junichiro Suzuki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-16
Publication date: 1988-07-08
Also published as: JPS58181845A

Description

【発明の詳細な説明】

発明の目的［産業上の利用分野］本発明は靭性及び耐熱耐摩耗性に優れた切削工
具用サーメツトに関する。［従来の技術］サーメツトはセラミツクと金属とからなる複合
材料であり、セラミツクの耐熱性、高硬度と金属
の強度、靭性とを併有するとされ、各種切削工
具、摩擦材料、自己潤滑材料、装飾材料等に広く
応用されているものである。特に切削工具としては従来、炭化チタンと金属
ニツケルとの組み合わせ、炭化チタン及び窒化チ
タンと金属ニツケルとの組み合わせを主体とした
工具が使用されてきている。特にセラミツク成分
として炭化チタンと窒化チタンとの組み合わせを
採用した場合炭化チタンのみと比較して高温硬
さ、熱伝導率が改善されたものである。しかし、上記セラミツク成分として炭化チタン
と窒化チタンを組み合わせると、窒化チタンが金
属成分とのぬれが悪いため靭性あるいは耐摩耗性
が満足できる程の改善がなされなかつた。この問
題点を解決するものとして、炭化ジルコニウム、
炭化タンタル、炭化ニオブ、タングステン、モリ
ブデン、窒化アルミニウム等を炭化チタン及び窒
化チタンと組み合わせてセラミツク成分とし、鉄
族金属を金属成分としてサーメツトを成形したも
の（得許出願公開昭和54年第30209号）が開発さ
れ、優れた切削特性、機械的特性等を有すること
が知られている。［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記のようにサーメツトに窒化
アルミニウム等を配合したことにより切削特性、
機械的特性が向上したとはいえ、合金の製造工程
における真空焼結の際、窒化チタンが窒素を分解
発生してポアや巣等の合金欠陥が発生し強度が低
下するという現象が生じていた。更にこの現象は
窒化チタンの配合により焼結温度を上昇させる必
要があることからも促進される形となつた。その
上窒化チタン自体、鉄族金属とのぬれが悪いため
ポアが多く、従つて強度低下の原因となつてお
り、窒化アルミニウム等の配合で強化しても十分
な強度が得にくく、特に重切削や衝撃の大きいフ
ライス切削、断続切削にはほとんど使用されてい
ない状態であり、高速切削に用いた場合にも耐摩
耗性、耐塑性変形性にも難があつた。発明の構成本発明者らは上記の問題点を解決すべく鋭意研
究の結果、窒化チタン等の窒化物を配合した炭化
チタン系サーメツトに更に炭化アルミニウムを配
合することにより、従来の欠点を解消できること
を見い出し、本発明を完成した。［問題点を解決するための手段］即ち、本発明の要旨とするところは、次の成分 (a) 元素周期律表のａ及びａ族金属窒化物か
ら選ばれた１種又は２種以上：５〜30重量％ (b) ａ族金属及び該金属炭化物から選ばれた１
種又は２種以上：３〜40重量％ (c) 鉄族金属から選ばれた１種又は２種以上：
2.85〜30重量％ (d) 炭化アルミニウム：0.15〜８重量％ (e) 炭化チタン：25.5重量％以上の残部を主成分とすることを特徴とする強靭サーメツト
にある。ここにおいて元素周期律表のａ族とは
元素記号で表わすとTi、Zr及びHfから成る族、
Va族とはＶ、Nb及びTaから成る族、ａ族と
はCr、Mo及びＷから成る族及び鉄族金属とは
Fe、Co及びNiからなる族を意味する。本発明に使用される成分の内、ａ族金属の窒
化物としては、化学式TiN、ZrN、HfNで表さ
れるもの、Va族金属の窒化物としては化学式
VN、NbN、TaNで表わされるもの、ａ族金
属としてはクロム、モリブデン、タングステン、
ａ族金属炭化物としては化学式Cr₃C₂、Cr₇C₃、
Mo₂C、MoC、W₂C、WCで表わされるもの、鉄
族金属としては鉄、コバルト、ニツケル、炭化ア
ルミニウムとしては化学式Al₄C₃で表わされるも
の及び炭化チタンとしては化学式TiCで表わされ
るものが本発明のサーメツト組成成分として適用
可能である。［作用・効果］上記成分の内、ａ及びVa族金属窒化物は合
金の粒成長抑制作用の他に耐クレータ摩耗性の改
善作用があり、その含有量は５〜30％の範囲でな
くてはならず、５％未満では上記作用効果が薄
れ、30％を越えると耐摩耗性が低下する。又、ａ族金属及びこれらの炭化物はセラミツ
クの硬質相と金属の結合相とのぬれ性を改善する
効果があり、その含有量は３〜40％の範囲でなく
てはならず、３％未満では上記作用効果が薄れ、
40％を越えると炭化チタンの周辺にできる複炭窒
化物の相が脆くなり合金の強度や耐酸化性が低下
する。更に相対的に炭化チタンの量が減少し耐摩
耗性が低下する。又、鉄族金属は結合相としての効果を果し、そ
の含有量は2.85％〜30％の範囲でなくてはなら
ず、2.85％未満では合金の強度が低下し、30％を
越えると合金の硬度が低下し、耐摩耗性が悪化す
る。又、炭化アルミニウムは硬質相と結合相とのぬ
れ性を大幅に向上させ、又、焼結温度を下げる効
果があり、その含有量は0.15〜８％の範囲でなく
てはならず、0.15％未満では上記効果が十分でな
く、８％を越えると強度や切削特性が低下する。更に上述した成分に加えて硬質相としての炭化
チタンが25.5重量％以上の残部を占め、これらの
成分を主成分として本発明のサーメツトが構成さ
れている。炭化チタンが25.5重量％未満では耐摩
耗性が低下する。この他に不可避不純物も含まれ
るが、更にａ及びVa族金属炭化物を含ませた
場合、硬質相と結合相とのぬれ性を向上させるば
かりでなく耐熱性をも向上させることが可能であ
る。その含有量は炭化チタンの量の67％以下が好
ましく、含有量が67％を越えると上記の効果が薄
れると共に、相対的に炭化チタンの量も減少する
ので、炭化チタンの特性である耐摩耗性が低下す
る。次にサーメツト製造にあたつて使用される各成
分は、混合及び成形の容易さから粉末状のものが
用いられ、一般にその粒径は10μ以下のものが用
いられる。又、各成分は単一でなく、炭化物と炭
化物、炭化物と窒化物あるいは窒化物と窒化物の
固溶体の形で用いてもよい。上記の原料を用いて成形されたサーメツトを製
造する方法は、通常サーメツト製造に採用されて
いるいくつかの方法を用途に応じて、適宜選択で
きる。例えば、セラミツク粉末と金属粉末とを混
合し、湿式で混合したものは乾燥後に、冷間で金
型を用い加圧して賦形し、次いで焼結する冷間成
形焼結法、溶媒と共に泥漿を作り石膏型のような
多孔質型に鋳込んで成形乾燥し、次いで焼結する
鋳込み成形焼結法、セラミツク粉末を予めバイン
ダ及び潤滑剤と共に混合し成形及び１次焼結して
多孔質焼結体を製造しこれに金属を溶浸させる溶
浸法、金属及びセラミツク粉末をプラスチツクバ
インダと共に混合し射出成形後バインダをとばし
焼結する射出成形焼結法、その他焼結時に圧力を
加えるホツトプレス法、HIP法、CAP法等の方
法が採用可能である。これらの焼結は一般に不活
性又は還元性ガス中で1250〜1800℃、0.1〜３時
間でなされる。以上詳述した如く上記各成分を用い焼結製造さ
れた本発明のサーメツトは窒化チタンを初めとす
るａあるいはVa族金属の窒化物を含有する炭
化チタン系サーメツトに炭化アルミニウムを配合
したことにより、窒化物を含む硬質相と結合相金
属とのぬれ性が大幅に改善され、焼結温度も窒化
チタンを数％〜数十％添加した従来のサーメツト
に比べて大幅に低下する。そのためポアが少なく
微細組織のサーメツト焼結体が得られる。更に、
本発明のサーメツトは機械的特性、切削特性に優
れ従来のサーメツト工具では使用が限定されてい
た重切削や衝撃の大きいフライス切削、断続切
削、切削時に応用の大きさや方向の変化する倣い
切削に優れた特性を示し、又、耐摩耗性、耐塑性
変形性の著しい向上により、高速切削にも十分な
性能を発揮するものである。次に本発明の実施例により具体的に説明する。［実施例］実施例１切削工具用焼結合金原料として市販されている
第１表の原料粉末を使用し、これらの原料粉末を
を第２表に示す各試料No.成分組成に配合し、この
配合物をステンレス製ボールミルと超硬ボールと
を用い湿式混合した。次いでこの混合物を乾燥
後、プレス圧２t/で成形し、真空中温度1300〜
1350℃で１時間焼結を行つて得た切削工具用チツ
プについて抗折力（TRS）と硬度を測定した。
その後、SNP432の寸法に研磨して第３表に示す
切削条件で切削試験を行つた。得られた結果を各
実施例の組成と共に第２表に併記した。尚、比較
例のサーメツトも同方法で作成し同様な測定を行
い第２表に併記した。但し比較例の試料No.１−10
については焼結温度1350℃以下では焼結不可能で
あつたので、別に1420℃で焼結を行つた。

【表】

【表】以上の結果から、ａ族金属炭化物としてWC
及びMo₂Cの合計量が45％と(b)成分が40％を越え
て大量に配合された比較例の試料１−８は、硬度
の点では本発明のものとほとんど同じであるけれ
ども抗折力（TRS）が低く、切削試験における
摩耗量が多く、チツプ欠損までの切削回数の少な
いものであり不満足な性能であつた。又、逆に
ａ族金属炭化物としてMo₂Cが１％と(b)成分が３
％未満の比較例の試料１−９はTRS及び硬度が
低く、切削試験においても摩耗量が多く、チツプ
の欠損までの切削回数も極端に少なかつた。又、
(d)成分である炭化アルミニウムを全く含まない比
較例の試料１−10も同様に不満足な性能であり、
特に、チツプ欠損までの切削回数が少なかつた。
又、(a)成分が５％未満である比較例の試料１−11
及び(c)成分が2.85未満である比較例の試料１−12
は硬度及び摩耗量は問題ないがチツプ欠損までの
切削回数が少なかつた。又、(c)成分が30％を越え
る比較例の試料１−13、(d)成分が８％を越える比
較例の試料１−14及び(e)成分の割合が25.5未満で
ある比較例の試料１−15は硬度、摩耗量、テツプ
欠損までの切削回数ともに不満足であり、特に試
料１−13の切削試験における結果は極端に低い性
能であつた。実施例２同様に第１表の原料粉末を使用し、第４表に示
す各実施例の成分組成に配合し、その後、前記実
施例１〜７と同じ方法で切削工具用チツプを得、
同様に抗折力（TRS）と硬度を測定し、第５表
に示す切削条件で切削試験を行つた。得られた結
果を各実施例の組成と共に第４表に併記した。
尚、比較例のサーメツトも同方法で作成し同様な
測定を行い第４表に併記した。但し、比較例６に
ついては焼結温度1350℃以下では焼結不可能であ
つたので、別に1450℃で１時間焼結処理を行つ
た。

【表】

【表】以上の結果から、ａあるいはVa族金属窒化
物としてTiN及びNbNの合計が41％と大量に配
合された比較例の試料２−６はTRSでは優れる
が、硬度が低く、切削試験の摩耗量及び塑性変形
量が大きく、不満足な性能であつた。又、逆に
ａ及びVa族金属窒化物を含まない比較例の試料
２−７は硬度が低く、又TRSにおいてはかなり
低く、切削試験の摩耗量及び塑性変形量は極端に
大きく、不満足な性能であつた。更に、炭化アル
ミニウムを全く含まない比較例の試料２−８は、
硬度、切削試験は上記試料２−７より更に悪い性
能であつた。又、本発明の試料２−１と比較例の試料２−８
とは、ほとんど同一の組成であるが炭化アルミニ
ウムを配合した試料２−１の方は1340℃で焼結で
き、前記の如く1450℃でなければ焼結しない試料
２−８よりかなり低温で焼結し、本発明は、省エ
ネルギーにも貢献するものである。

Claims

【特許請求の範囲】１次の(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)成分を主成分とす
ることを特徴とする強靭サーメツト。 (a) 元素周期律表のａ及びａ族金属窒化物か
ら選ばれた１種又は２種以上：５〜30重量％ (b) ａ族金属及び該金属炭化物から選ばれた１
種又は２種以上：３〜40重量％ (c) 鉄族金属から選ばれた１種又は２種以上：
2.85〜30重量％ (d) 炭化アルミニウム：0.15〜８重量％ (e) 炭化チタン：25.5重量％以上の残部２ (a)成分が化学式TiN、ZrN、HfN、VN、
NbN及びTaNから選ばれた１種又は２種以上、
(b)成分が化学式Cr、Mo、Ｗ、Mo₂C及びWCから
選ばれた１種又は２種以上及び(c)成分が化学式
Ni、Coから選ばれた１種又は２種以上である特
許請求の範囲第１項記載の強靭サーメツト。