JPS6339649B2

JPS6339649B2 -

Info

Publication number: JPS6339649B2
Application number: JP58088699A
Authority: JP
Inventors: Hironori Yoshimura; Junichi Toyama
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1988-08-05
Also published as: US4636252A; DE3418403C2; JPS59229431A; DE3418403A1

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高靭性と高硬度を有し、特に切削
工具として用いた場合にすぐれた耐衝撃性と耐摩
耗性を示すサーメツトの製造法に関するものであ
る。従来、一般に、炭化チタン（以下TiCで示す）
を主成分とするTiC基サーメツトが切削工具材料
として用いられているが、このTiC基サーメツト
は比較的靭性の劣るものであるため、このTiC基
サーメツトの靭性向上をはかる種々の研究がなさ
れており、この中で、窒化チタン（以下TiNで
示す）を含有させたTiC基サーメツトが注目され
ている。このTiN含有のTiC基サーメツトの靭性
向上は、TiNが遷移金属の窒化物中、窒化ジル
コニウムと並んで最も安定な窒化物であると共
に、高硬度（マイクロビツカース硬さで、約1950
Kg／mm²）をもつことと相まつて、焼結時における
粒成長抑制作用をもつことによるものである。しかし、このTiN含有のTiC基サーメツトにお
いては、TiNの含有量が多い場合、これを真空
焼結すると、焼結時にTiNが分解し、分解した
窒素がポアとなつてサーメツト中に残存し、所定
の靭性向上がはかれないことから、高々10〜20重
量％（以下％は重量％を示す）のTiNを含有さ
せることができるにすぎず、この程度の10〜20％
のTiN含有では十分満足する靭性向上をはかる
ことができないのが現状である。そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、すぐれた靭性を確保すべく多量にTiNを含
有し、かつ焼結時にTiNの分解がないサーメツ
トを製造すべく研究を行なつた結果、 TiN：25〜50％、 TiC：10〜30％、 Ta、Nb、およびZrの炭化物（以下、それぞれ
TaC、NbC、およびZrCで示す）のうちの１種ま
たは２種以上：５〜25％、炭化タングステン（以下WCで示す）、または
WCと炭化モリブデン（以下Mo₂Cで示す）：10〜
25％、 NiとAl、またはNiとCoとAl（以下、これらを
総称して結合金属という）：7.5〜25％、からなる
配合組成を有する混合粉末よりプレス成形した圧
粉体を、 0.1〜10torrの範囲内の圧力を有する窒素雰囲
気中、1400〜1550℃の範囲内の温度で焼結する
と、この結果得られたサーメツトは、その硬質分
散相が、有芯構造のNaCl型固溶体相と、TiN相
との２相構造をもち、TiNがNaCl型固溶体相と、
TiN相との両方に分散することから、TiNの含
有量が25〜50％ときわめて高いにもかかわらず、
焼結時にポア発生の原因となるTiN分解が起ら
ず、しかも硬質分散相を構成するNaCl型固溶体
相とTiN相は互いに粒成長抑制作用をもつこと
から、靭性のきわめてすぐれたものとなり、また
少量のAlの含有によつてNi₃Al（Ti）からなる組
成の微細粒子が結合相中に分散析出するようにな
ることから、結合相強度が向上し、しかして、こ
のサーメツトを切削工具として用いると、すぐれ
た耐衝撃性と耐摩耗性を示す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、以下に製造条件を上記の通りに限定
した理由を説明する。Ａ配合組成 (a) TiN TiNには、上記の通り、TiN自身が高硬
度をもつことと相まつて、サーメツトの靭性
を向上させる作用があるが、その配合量が25
％未満では、サーメツト中にTiN相が存在
しなくなり、この結果サーメツトの靭性およ
び耐摩耗性はTiN相の存在するものに比し
て劣つたものになり、一方50％を越えて配合
させると、焼結時に分解が起るようになつ
て、サーメツト中にポアが残存するようにな
り、サーメツトの靭性劣化が著しくなること
から、その配合量を25〜50％と定めた。 (b) TiC TiCには、TiC自身が高硬度をもつことか
ら、サーメツトの耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その配合量が10％未満では、相対
的にNaCl型固溶体相の割合が少なすぎて所
望のすぐれた耐摩耗性を確保することができ
ず、一方30％を越えて配合させると、硬質分
散相中にTiC相が存在するようになつて粒成
長抑制効果が低下し、靭性低下をもたらすよ
うになることから、その配合量を10〜30％と
定めた。 (c) WCおよびMo₂C これらの成分には、NaCl型固溶体相中に
固溶して、粒成長を抑制し、もつてサーメツ
トの靭性を向上させる作用があるが、その配
合量が10％未満では、所望の粒成長抑制作用
が得られず、一方25％を越えて配合すると、
硬質分散相中にWC相が存在するようになつ
てサーメツトの耐摩耗性が低下するようにな
ることから、その配合量を10〜25％と定め
た。 (d) TaC、NbC、およびZrC これらの成分には、サーメツトの耐塑性変
形性を向上させる作用があるが、その配合量
が５％未満では前記作用に所望の向上効果が
得られず、一方25％を越えて配合すると、サ
ーメツトの耐摩耗性が低下するようになるこ
とから、その配合量を５〜25％と定めた。 (e) 結合金属これらの成分には、サーメツトの結合相を
形成して、サーメツトの靭性を向上させる作
用があるが、その配合量が7.5％未満では所
望のすぐれた靭性を確保することができず、
一方25％を越えて配合すると、相対的に結合
相が多くなりすぎて、サーメツトの耐摩耗性
が劣化するようになることから、その配合量
を7.5〜25％と定めた。なお、Alの配合量と
しては0.1〜１％が好ましい。Ｂ焼結雰囲気圧力焼結雰囲気は窒素雰囲気が好ましいが、その
焼結雰囲気圧力が0.1torr未満では、TiNの分
解量が多くなつて、サーメツト中に硬質分散相
としてTiN相が存在しなくなるため、サーメ
ツトに耐摩耗性向上効果が現われず、一方
10torrを越えた雰囲気圧力で焼結すると、サー
メツトの表面に窒化層が形成するようになり、
耐衝撃性が低下するようになることから、焼結
雰囲気圧力を0.1〜10torrと定めた。Ｃ焼結温度焼結温度が1400℃未満では、焼結が十分集行
せず、サーメツトにポアが残存して、サーメツ
トの靭性が低下するようになり、一方焼結温度
が1550℃を越えても、焼結時におけるTiNの
分解が激しくなつて、分解窒素ガスによるポア
がサーメツト中にできやすくなり、サーメツト
の靭性が低下するようになることから、焼結温
度を1400〜1550℃と定めた。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：1.5μｍを有する
TiN粉末、同2.0μｍのTiC粉末、同1.0μｍのTaC
粉末、同1.4μｍのNbC粉末、同2.2μｍのZrC粉末、
同0.8μｍのWC粉末、同1.0μｍのMo₂C粉末、同
1.2μｍのCo粉末、同2.5μｍのNi粉末、および同
2.7μｍのNi−Al合金（Al：31％含有）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
粉砕混合し、乾燥した後、15Kg／mm²の圧力にて圧
粉体にプレス成形し、ついで同じく第１表に示さ
れる条件にて焼結することによつて本発明法１〜
17および比較法１〜13をそれぞれ実施した。な
お、比較法１〜13は、いずれも製造条件のうちの
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実施されたもの
である。

【表】

【表】つぎに本発明法１〜17によつて得られたサーメ
ツト（以下本発明サーメツト１〜17という）およ
び比較法１〜13によつて得られたサーメツト（以
下比較サーメツト１〜13という）について、その
組織を観察したところ、第２表に示される結果を
示した。また、第１図および第２図に、本発明法２によ
つて製造された本発明サーメツト２の走査電子顕
微鏡による組織写真（4000倍）と透過電子顕微鏡
による組織写真（20000倍）をそれぞれ示した。本発明サーメツト２は、第１図に示されるよう
に硬質分散相が有芯構造のNaCl型固溶体相と
TiN相（有芯構造を示さない黒い部分）の２相
構造組織を有し、また第２図に示されるように結
合相がNiとAl、またはNiとCoとAlからなる素地
の中にNi₃Al（Ti）の組成を有する微細粒子（白
い斑点部分）が分散した組織をもつことが明らか
である。この第１図および第２図に示される組織は、本
発明サーメツト１、および３〜17でも観察され
た。これに対して、比較サーメツト２〜５、および
７〜13では、本発明サーメツトと同様な組織が観
察されたが、これ以外の比較サーメツト１、６で
は、第２表に示されるように異つた組織を示すも
のであつた。さらに、本発明サーメツト１〜17および比較サ
ーメツト１〜13について、ポア発生状況
（ASTM規格）、ロツクウエル硬さ（Ａスケー
ル）、および靭性を評価する目的で抗折力を測定
すると共に、被削材：JIS・SNCM−８（硬さ：H_B240）、切削速度：200ｍ／min.、送り：0.36mm／rev.、切込み：２mm、切削時間：10min.、の条件での鋼丸棒連続切削試験、および被削材：JIS・SNCM−８（硬さ：H_B270）、切削速度：140ｍ／min.、送り：0.3mm／rev.、切込み：２mm、切削時間：3min.、の条件での鋼角材断続切削試験を行ない、上記連
続切削試験では切刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩
耗深さを測定し、上記断続切削試験では試験切刃
数：10本のうちの欠損発生切刃数を測定した。こ
れらの測定結果を第２表に示した。また、第２表
には、比較の目的でいずれも市販のTiC基サーメ
ツト（以下従来サーメツト１という）および TiN：15％含有のTiC基サーメツト（以下従来サ
ーメツト２という）の同一条件での切削試験結

【表】

【表】果を示した。第２表に示される結果から、本発明サーメツト
１〜17は、いずれも高硬度と高靭性を有し、かつ
切削試験ではすぐれた耐摩耗性と耐衝撃性を示す
のに対して、比較サーメツト１〜13および従来サ
ーメツト１、２は、これらの特性のうち少なくと
もいずれかの特性が劣つたものになつており、特
に結合金属の配合量がこの発明の範囲から高い方
に外れた比較サーメツト７を除いて、いずれも劣
つた断続切削試験結果しか示さないことが明らか
である。上述のように、この発明の方法によれば、高硬
度と高靭性を具備し、しかも切削工具として用い
た場合には、きわめてすぐれた耐摩耗性と耐衝撃
性を示すサーメツトを製造することができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明サーメツト２の走査電子顕微鏡
による組織写真、第２図は同じく本発明サーメツ
ト２の透過電子顕微鏡による組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１窒化チタン：25〜50％、炭化チタン：10〜30％、 Ta、Nb、およびZrの炭化物のうちの１種また
は２種以上：５〜25％、炭化タングステン、または炭化タングステンと
炭化モリブデン：10〜25％、 NiとAl、またはNiとCoとAl：7.5〜25％、からなる配合組成（以上重量％）を有する混合粉
末よりプレス成形した圧粉体を、 0.1〜10torrの範囲内の圧力を有する窒素雰囲
気中、1400〜1550℃の範囲内の温度で焼結するこ
とを特徴とする、硬質分散相が有芯構造のNaCl
型固溶体相と窒化チタン相の２相構造組織を有
し、一方結合相がNiとAl、またはNiとCoとAlか
らなり、かつその中にNi₃Al（Ti）の組成をもつ
た微細粒子が分散した組織を有する切削工具用高
靭性サーメツトの製造法。