JPS6343454B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6343454B2
JPS6343454B2 JP57145890A JP14589082A JPS6343454B2 JP S6343454 B2 JPS6343454 B2 JP S6343454B2 JP 57145890 A JP57145890 A JP 57145890A JP 14589082 A JP14589082 A JP 14589082A JP S6343454 B2 JPS6343454 B2 JP S6343454B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
atomic
powders
composite metal
cutting
Prior art date
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Expired
Application number
JP57145890A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5935644A (en
Inventor
Taijiro Sugisawa
Hironori Yoshimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP57145890A priority Critical patent/JPS5935644A/en
Publication of JPS5935644A publication Critical patent/JPS5935644A/en
Publication of JPS6343454B2 publication Critical patent/JPS6343454B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、すぐれた高温特性、すなわち高強
度および高硬度,さらにすぐれた耐摩耗性,耐塑
性変形性,および耐衝撃性を有し、特にこれらの
特性が要求される高速切削や高送り切削に切削工
具として使用した場合にすぐれた切削性能を発揮
する焼結硬質材料の製造法に関するものである。 一般に、鋼の切削加工に際して、切削速度を速
くしたり、送り量を多くしたりすると、切削工具
の刃先温度が上昇し、刃先が摩耗よりは、むしろ
高温に原因する塑性変形によつて使用寿命に至る
場合が多く、この傾向は、近年の高速切削化およ
び高能率切削化によつて増々強くなりつつある。 しかしながら、現在実用に供されている分散相
が主として炭化タングステン(以下WCで示す)
や炭化チタン(以下TiCで示す)で構成され、一
方結合相が主として鉄族金属(Fe,Ni,および
Co)で構成されているWC基超硬合金やTiC基サ
ーメツトは、刃先温度が1000℃を越えると急激に
軟化するようになるために、これらの超硬合金や
サーメツトは勿論のこと、これらの表面に硬質被
覆層を形成した表面被覆超硬合金や表面被覆サー
メツトにおいても、その使用条件は刃先温度が
1000℃を若干上廻る程度に制限されている。一
方、酸化アルミニウム(以下Al2O3で示す)を主
成分とするセラミツクは、高温において高硬度と
すぐれた耐酸化性を示すことから、高速切削用切
削工具として実用に供されてはいるが、その刃先
は耐摩耗性に欠け、信頼性の不十分なものである
ため、高速切削に際しては、低い送り量で使用さ
れているのが現状である。 また、近年、高速切削や高送り切削用の切削工
具材料として、高融点金属であるWと、Wおよび
Tiの炭化物とが層状に分散した組織を有する鋳
造合金(例えば米国特許第3690962号明細書参照)
が提案され、注目されたが、この鋳造合金は、融
点が2700℃と著しく高く、しかも鋳造合金である
ために形状付与が困難であるばかりでなく、耐衝
撃性も不十分であることから、広く実用化される
には至つていない。 さらに、上記の鋳造合金と同様の組成をを有す
る合金を通常の粉末冶金法で製造しようとする試
みもなされたが、W成分は焼結性が著しく悪く、
この結果緻密な焼結材料が得にくいことから、切
削工具として全く実用に供することができないも
のであつた。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、従来切削工具として用いられているWC基超
硬合金やTiC基サーメツト,Al2O3基セラミツク,
さらにこれらの表面に硬質被覆層を形成したもの
などの切削領域では勿論のこと、これらの切削工
具材料では実用上切削が困難であつた高速切削や
高送り切削において、すぐれた切削性能を発揮す
る切削工具材料を製造すべく研究を行なつた結
果、 主要原料粉末として、化学式:(Ti,M1
M2)・(C,N)または{(Ti,M3),M1
M2}・(C,N)を有する複合金属炭窒化物粉末
ただし、M1:1〜25原子%のHfおよびZrのうち
の1種または2種、M2:10〜40原子%のWおよ
びMoのうちの1種または2種、M3:Tiに対す
る割合で0.5〜30原子%のTa,Nb,およびVの
うちの1種または2種以上にして、残りが40〜80
原子%のTiからなり、かつCとNの割合がC:
50〜90原子%、N:10〜50原子%からなる)と、
W粉末およびMo粉末のうちの1種または2種と
を配合し、この配合粉末より通常の粉末冶金法に
したがつて圧粉体を成形した後、この圧粉体に、
窒素を含有する雰囲気中、1100〜1600℃の温度範
囲内の温度に加熱保持の窒化処理を施すと、前記
複合金属炭窒化物粉末が窒化されて、これが微細
化されると共に、WCおよび炭化モリブデン(以
下Mo2Cで示す)のうちの1種または2種と、遊
離炭素が析出するようになり、ついでこの窒化処
理した圧粉体を、真空中あるいは窒素を含有する
雰囲気中、1800〜2700℃の温度範囲内の温度に加
熱保持の条件で焼結すると、前記の析出した
WC,Mo2C,および遊離炭素はきわめて活性に
富んだものであるために焼結が著しく促進される
ようになることから、緻密な焼結材料が得られ、
しかもこの結果の焼結材料は、素地中に完全固溶
体となつた微細な複合金属炭窒化物が均一に分散
した組織をもつものとなり、さらにこの焼結材料
に、真空中あるいは窒素を含有する雰囲気中、
1300〜1700℃の温度範囲内の温度に加熱保持の条
件で複合金属炭窒化物固溶体分解処理を施して、
前記複合金属炭窒化物固溶体を、TiとMaとCと
Nとを主成分とする炭窒化物相と、M1とCとN
とを主成分とする炭窒化物相とに分解し、これら
の微細な2相が素地中に均一に分散した組織をも
つものとすると、この結果の焼結材料は、高強度
および高硬度を有し、かつ耐摩耗性,耐塑性変形
性,および耐衝撃性のすぐれたものとなり、した
がつてこの焼結硬質材料を、通常の切削領域は勿
論のこと、高速切削や高送り切削に切削工具とし
て用いた場合にすぐれた切削性能を長期に亘つて
発揮する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、 原料粉末として、分散相形成成分たる化学式:
(Ti,M1,M2)(C,N)または{(Ti,M3),
M1,M2}・(C,N)を有する複合金属炭窒化物
粉末(ただしM1:1〜25原子%のHfおよびZrの
うちの1種または2種、M2:10〜40原子%のW
およびMoのうちの1種または2種、M3:Tiに
対する割合で0.5〜30原子%のTa,Nb,および
Vのうちの1種または2種以上にして、残りが40
〜80原子%のTiからなり、かつCとNの割合が
C:50〜90原子%、N:10〜50原子%からなる)、
同じく結合相形成成分たるW粉末,Mo粉末,Al
粉末,Ti粉末,Si粉末,鉄族金属粉末,および
白金族金属粉末を用意し、これら原料粉末を、重
量%で、 (a) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り, (b) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記Al粉末,Ti粉末,Si粉末,および鉄族
金属粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜
5%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り, (c) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記白金族金属粉末のうちの1種または2種
以上:0.1〜2%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り, (d) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記Al粉末,Ti粉末,Si粉末,および鉄族
金属粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜
5%, 上記白金族金属粉末のうちの1種または2種
以上:0.1〜2%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り, 以上(a)〜(d)のいずれか、からなる配合組成に配
合し、混合した後、圧粉体にプレス成形し、つい
で前記圧粉体に、窒素を含有する雰囲気中、1100
〜1600℃の温度範囲内の温度に加熱保持の窒化処
理を施して上記複合金属炭窒化物粉末を窒化し、
これを微細化すると共に、炭化タングステンおよ
び炭化モリブデンのうちの1種または2種と、遊
離炭素を析出させ、ついでこの窒化処理した圧粉
体に、真空中あるいは窒素を含有する雰囲気中、
1800〜2700℃の温度範囲内の温度に加熱保持の焼
結処理を施して、素地中に完全固溶体となつた微
細な複合金属炭窒化物が均一に分散した組織を有
する焼結材料を形成し、引続いてこの焼結材料
に、真空中あるいは窒素を含有する雰囲気中、
1300〜1700℃の温度範囲内の温度に加熱保持の複
合金属炭窒化物固溶体分解処理を施して、前記複
合金属炭窒化物固溶体を、TiとM2とCとNとを
主成分とする炭窒化物相と、M1とCとNとを主
成分とする炭窒化物相とに分解し、これらの微細
な2相が素地中に均一に分散した組織を有する切
削工具用焼結硬質材料を製造する方法に特徴を有
するものである。 つぎに、この発明の方法において、製造条件を
上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) 複合金属炭窒化物粉末 (1) M1の割合 M1成分には、材料の耐塑性変形性を高める作
用があるが、その割合が、複合金属炭窒化物粉末
を構成する全金属成分に対する割合で1原子%未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の割合が同25原子%を越えると、材料の耐衝撃性
が劣るようになることから、その割合を1〜25原
子%と定めた。 (2) M2の割合 M2成分には、材料の耐衝撃性を高める作用が
あるが、その割合が、同じく複合金属炭窒化物粉
末を構成する全金属成分に対する割合で10原子%
未満では所望の効果が得られず、一方その割合が
同40原子%を越えると、材料の耐摩耗性が低下す
るようになることから、その割合を10〜40原子%
と定めた。 (3) M3の割合 M3成分には、材料の耐塑性変形性を一段と向
上させる作用があるので、この特性が要求される
場合に、原料粉末として化学式:{(Ti,M3),
M1,M2}(C,N)を有する複合金属炭窒化物
粉末を使用するが、その割合が、Tiに対する割
合で0.5原子%未満では所望の耐塑性変形性向上
効果が得られず、一方同じくTiに対する割合で
30原子%を越えると、材料の耐摩耗性が低下する
ようになることから、その割合をTiに対する割
合で0.5〜30原子%と定めた。 (4) Tiの割合 Ti成分は、複合金属炭窒化物粉末の主要成分
で、材料の耐摩耗性を向上させる作用をもつが、
その割合が、複合金属炭窒化物粉末を構成する全
金属成分に対する割合で40原子%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その割合が同80
原子%を越えると、材料の耐衝撃性が低下するよ
うになることから、その割合を40〜80原子%と定
めた。 (5) Cの割合 C成分には、材料の耐摩耗性を高める作用があ
るが、その割合が、Nに対する割合で50原子%未
満では相対的にN成分が多くなりすぎて所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方その割合
が、同90原子%を越えると、N成分が少なくなり
すぎて耐衝撃性が低下するようになることから、
その割合を50〜90原子%と定めた。 (6) Nの割合 N成分には、材料の耐衝撃性を高める作用があ
るが、その割合が、Cに対する割合で10原子%未
満では、上記のようにC成分が90原子%を越えて
多くなり、所望の耐衝撃性を確保することができ
ず、一方その割合が、同50原子%を越えるとC成
分が50原子%未満となつてしまい、所望の耐摩耗
性を確保することができなくなることから、その
割合を10〜50原子%と定めた。 (b) 複合金属炭窒化物粉末の配合量 その配合量が20%未満では、焼結硬質材料にお
ける炭窒化物相の量が少なすぎて所望の高硬度並
びにすぐれた耐摩耗性および耐塑性変形性を確保
することができず、一方70%を越えた配合量にす
ると、相対的に材料中の結合相の量が少なくなり
すぎて耐衝撃性が劣化するようになることから、
その配合量を20〜70%と定めた。 (c) Al,Ti,Si,鉄族金属(Fe,Ni,Co)(以
下これらを総称して耐衝撃性向上成分という)
の粉末配合量 これらの成分には材料の耐衝撃性を一段と向上
させる作用があるので、特に耐衝撃性が要求され
る場合に必要に応じて配合されるが、その配合量
が0.5%未満では所望の耐衝撃性向上効果が得ら
れず、一方5%を越えて配合すると、耐摩耗性お
よび耐塑性変形性に低下傾向が現われるようにな
ることから、その配合量を0.5〜5%と定めた。 (d) 白金族金属の粉末配合量 これらの成分には、焼結を一段と促進させて、
材料をより一層緻密化し、もつて強度を上昇させ
る作用があるので、より一層の高強度が要求され
る場合に必要に応じて配合されるが、その配合量
が0.1%未満では所望の強度向上効果が得られず、
一方2%を越えて含有させてもより一段の強度向
上は見られず、経済性を考慮して、その含有量を
0.1〜2%と定めた。 (e) 窒化処理温度 その温度が1100℃未満では、上記のように原料
粉末である複合金属炭窒化物粉末の微細化、並び
に焼結性向上効果の著しい活性なWC,Mo2C,
および遊離炭素の析出が不十分であることから、
焼結材料に十分満足する耐摩耗性,耐塑性変形
性,および耐衝撃性を付与することができず、一
方、その温度が1600℃を越えると、焼結が進行し
始めて圧粉体の窒化が十分に行なわれなくなり、
この結果複合金属炭窒化物粉末の微細化をはかる
ことができなくなることから、窒化処理温度を
1100〜1600℃と定めた。 (f) 焼結温度 その温度が1800℃未満では、十分な焼結を行な
うことができず、この結果焼結材料に巣が残存す
るようになつて耐衝撃性が劣化するようになり、
一方その温度が2700℃を越えると、WとTiとC
からなる液相が発生し、形状維持が困難になるこ
とから、焼結温度を1800〜2700℃と定めた。 (g) 複合金属炭窒化物固溶体分解処理温度 その温度が1300℃未満では、分解析出する炭窒
化物相の量が少なすぎて、微細にして硬質の炭窒
化物相が均一に分散した組織を得ることができ
ず、一方その温度が1700℃を越えても炭窒化物相
の分解析出が抑制されるようになつて所望の量の
炭窒化物相を分解析出させることが困難になるこ
とから、その分解処理温度を1300〜1700℃と定め
た。 なお、この発明の方法によつて製造された焼結
硬質材料は、それ自体を単独で切削工具として用
いることもできるが、これを、結合相を多く含ん
だ靭性の高いWC基超硬合金やサーメツト、さら
に高速度鋼などと接合して複合材として使用して
もよい。また、この焼結硬質材料の単体あるいは
複合材の表面に、上記の従来公知の硬質被覆層、
すなわち周期律表の4a,5a,および6a族金属の
炭化物,窒化物,および酸化物,並びにこれらの
2種以上の固溶体,さらにAl2O3のうちの1種の
単層,あるいは2種以上の複層からなる硬質被覆
層を化学蒸着法などを用いて0.5〜15μmの平均層
厚で形成した状態で使用してもよく、この場合に
は一段とすぐれた耐摩耗性を示すようになるもの
である。 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、いずれも1.5μmの平均粒径を
有し、かつそれぞれ第1表に示される組成を有す
る各種の複合金属炭窒化物粉末、さらに同じく
1.0μmのW粉末,同0.8μmのMo粉末,いずれも
同2.5μmの耐衝撃性向上成分粉末,並びにいずれ
も同3.0μmの白金族金属粉末を用意し、これら原
料粉末を第1表に示される配合組成に配合し、ボ
ールミルにて72時間湿式混合し、乾燥した後、15
Kg/mm2の圧力にてプレス成形して圧粉体とし、つ
いでこの圧粉体をそれぞれ第1表に示される条件
で、窒化処理,焼結,および固溶体分解析出処理
を行なうことによつて本発明材料1〜26を製造し
た。また比較の目的で窒化処理および固溶体分解
析出処理のいずれか、または両方を行なわない以
外は同一の条件にて比較材料1〜26を製造し、さ
らに製造条件のうち、原料粉末としての複合金属
炭窒化物粉末の組成だけがこの発明の範囲から外
れた条件で比較材料27〜33を製造した。 ついで、この結果得られた本発明材料1〜26お
よび比較材料1〜33のそれぞれから、SNP432の
形状をもつた切削チツプを作製し(以下本発明材
料チツプ1〜26および比較材料チツプ
This invention has excellent high-temperature properties, that is, high strength and hardness, as well as excellent wear resistance, plastic deformation resistance, and impact resistance, and is particularly suitable for high-speed cutting and high-feed cutting where these properties are required. The present invention relates to a method for manufacturing a sintered hard material that exhibits excellent cutting performance when used as a cutting tool. Generally, when cutting steel, increasing the cutting speed or increasing the feed rate causes the temperature of the cutting tool's cutting edge to rise, and the cutting tool's service life is shortened due to plastic deformation caused by high temperatures rather than wear. In many cases, this tendency is becoming stronger due to the recent advances in high-speed cutting and high-efficiency cutting. However, the dispersed phase currently in practical use is mainly tungsten carbide (hereinafter referred to as WC).
and titanium carbide (hereinafter referred to as TiC), while the binder phase is mainly composed of iron group metals (Fe, Ni, and
WC-based cemented carbide and TiC-based cermet, which are composed of Co), rapidly soften when the cutting edge temperature exceeds 1000°C. Even with surface-coated cemented carbide and surface-coated cermet with a hard coating layer formed on the surface, the usage conditions are such that the temperature of the cutting edge is
The temperature is limited to slightly above 1000℃. On the other hand, ceramics whose main component is aluminum oxide (hereinafter referred to as Al 2 O 3 ) exhibits high hardness and excellent oxidation resistance at high temperatures, so they have been put into practical use as cutting tools for high-speed cutting. The cutting edge lacks wear resistance and is unreliable, so it is currently used at a low feed rate during high-speed cutting. In addition, in recent years, high melting point metals W, W and
A cast alloy having a structure in which Ti carbide is dispersed in layers (for example, see US Pat. No. 3,690,962)
was proposed and attracted attention, but this cast alloy has a significantly high melting point of 2700°C, and since it is a cast alloy, it is difficult to give it a shape, and its impact resistance is also insufficient. It has not yet been widely put into practical use. Furthermore, attempts have been made to manufacture alloys with the same composition as the above-mentioned cast alloys using normal powder metallurgy, but the W component has extremely poor sinterability.
As a result, it was difficult to obtain a dense sintered material, so that it could not be put to practical use as a cutting tool at all. Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the inventors of the present invention have developed materials such as WC-based cemented carbide, TiC-based cermet, Al 2 O 3- based ceramic,
Furthermore, it exhibits excellent cutting performance not only in cutting areas where a hard coating layer is formed on the surface of these materials, but also in high-speed cutting and high-feed cutting, which are difficult to cut in practice with these cutting tool materials. As a result of conducting research to produce cutting tool materials, we found that the main raw material powders have the chemical formula: (Ti, M 1 ,
M 2 )・(C, N) or {(Ti, M 3 ), M 1 ,
Composite metal carbonitride powder having M 2 }・(C,N) However, M 1 : 1 to 25 atomic % of one or two of Hf and Zr, M 2 : 10 to 40 atomic % of W and Mo, one or more of Ta, Nb, and V in a ratio of 0.5 to 30 atomic % to M 3 :Ti, and the remainder is 40 to 80 atomic %.
Consisting of atomic % of Ti, and the ratio of C and N is C:
(consisting of 50 to 90 atom%, N: 10 to 50 atom%),
After blending one or two of W powder and Mo powder and forming a green compact from this blended powder according to a normal powder metallurgy method, this green compact has the following properties:
When the nitriding treatment is carried out by heating and holding at a temperature within the temperature range of 1100 to 1600°C in a nitrogen-containing atmosphere, the composite metal carbonitride powder is nitrided and refined, and WC and molybdenum carbide are (hereinafter referred to as Mo 2 C) and free carbon begin to precipitate, and then this nitrided compact is heated for 1800 to 2700 in a vacuum or in an atmosphere containing nitrogen. When sintered under conditions of heating and holding at a temperature within the temperature range of ℃, the above-mentioned precipitated
Since WC, Mo 2 C, and free carbon are extremely active, sintering is significantly accelerated, resulting in a dense sintered material.
Moreover, the resulting sintered material has a structure in which fine composite metal carbonitrides, which have become a complete solid solution, are uniformly dispersed in the matrix. During,
Composite metal carbonitride solid solution decomposition treatment is performed under conditions of heating and holding at a temperature within the temperature range of 1300 to 1700℃,
The composite metal carbonitride solid solution has a carbonitride phase containing Ti, Ma, C, and N as main components, and M 1 , C, and N.
The resulting sintered material has high strength and high hardness. It also has excellent wear resistance, plastic deformation resistance, and impact resistance. Therefore, this sintered hard material can be cut not only in normal cutting areas but also in high-speed cutting and high-feed cutting. They found that when used as a tool, it exhibits excellent cutting performance over a long period of time. This invention has been made based on the above knowledge, and uses the chemical formula of the dispersed phase forming component as a raw material powder:
(Ti, M 1 , M 2 ) (C, N) or {(Ti, M 3 ),
Composite metal carbonitride powder having M 1 , M 2 }・(C, N) (M 1 : 1 to 25 atomic % of one or two of Hf and Zr, M 2 : 10 to 40 atoms) %W
and Mo, one or more of Ta, Nb, and V at a ratio of 0.5 to 30 atomic % to M 3 :Ti, and the remainder is 40
~80 atomic% of Ti, and the ratio of C and N is C: 50 to 90 atomic%, N: 10 to 50 atomic%),
W powder, Mo powder, and Al, which are also binder phase forming components
Prepare powder, Ti powder, Si powder, iron group metal powder, and platinum group metal powder, and divide these raw material powders in weight%: (a) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, the above W powder and one or two of the above Mo powders: the remainder; (b) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%; one of the above Al powders, Ti powders, Si powders, and iron group metal powders; Or 2 or more types: 0.5~
5%, one or two of the above W powder and Mo powder: remainder, (c) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, one or more of the above platinum group metal powders : 0.1 to 2%, one or two of the above W powder and Mo powder: the remainder, (d) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, the above Al powder, Ti powder, Si powder, and One or more types of iron group metal powder: 0.5~
5%, one or more of the above platinum group metal powders: 0.1 to 2%, one or two of the above W powder and Mo powder: the remainder, any of the above (a) to (d) After mixing, it is press-molded into a green compact, and then the green compact is heated at 1100 °C in an atmosphere containing nitrogen.
Nitriding the composite metal carbonitride powder by performing a nitriding treatment with heating and holding at a temperature within the temperature range of ~1600°C,
At the same time, one or two of tungsten carbide and molybdenum carbide and free carbon are precipitated, and then the nitrided green compact is subjected to a vacuum or an atmosphere containing nitrogen.
A sintering process is performed by heating and holding at a temperature within the temperature range of 1800 to 2700℃ to form a sintered material with a structure in which fine composite metal carbonitrides are uniformly dispersed as a complete solid solution in the matrix. , the sintered material is subsequently subjected to vacuum or nitrogen-containing atmosphere,
A composite metal carbonitride solid solution decomposition treatment is performed at a temperature within the temperature range of 1300 to 1700°C to convert the composite metal carbonitride solid solution into carbon whose main components are Ti, M2 , C, and N. A sintered hard material for cutting tools that is decomposed into a nitride phase and a carbonitride phase whose main components are M1 , C, and N, and has a structure in which these two fine phases are uniformly dispersed in the base material. It is characterized by the method of manufacturing it. Next, the reason why the manufacturing conditions are limited as described above in the method of the present invention will be explained. (a) Composite metal carbonitride powder (1) Ratio of M 1 The M 1 component has the effect of increasing the plastic deformation resistance of the material, but its proportion is higher than that of all the metals constituting the composite metal carbonitride powder. If the proportion of the components is less than 1 atomic %, the desired effect cannot be obtained, while if the proportion exceeds 25 atomic %, the impact resistance of the material will be poor. It was set at 25 atomic percent. (2) Ratio of M 2 The M 2 component has the effect of increasing the impact resistance of the material, but its ratio is 10 atomic % to the total metal components constituting the composite metal carbonitride powder.
If the proportion is less than 40 atomic percent, the desired effect cannot be obtained, and on the other hand, if the proportion exceeds 40 atomic percent, the wear resistance of the material will decrease.
It was determined that (3) Ratio of M 3 The M 3 component has the effect of further improving the plastic deformation resistance of the material, so when this property is required, the chemical formula: {(Ti, M 3 ),
A composite metal carbonitride powder having M 1 , M 2 }(C, N) is used, but if the ratio thereof to Ti is less than 0.5 atomic %, the desired effect of improving plastic deformation resistance cannot be obtained. On the other hand, in the same proportion to Ti,
If it exceeds 30 atomic %, the wear resistance of the material decreases, so the ratio was determined to be 0.5 to 30 atomic % relative to Ti. (4) Ratio of Ti Ti component is the main component of composite metal carbonitride powder, and has the effect of improving the wear resistance of the material.
If the proportion is less than 40 atomic percent of the total metal components constituting the composite metal carbonitride powder, the desired effect cannot be obtained;
If it exceeds atomic percent, the impact resistance of the material decreases, so the proportion was set at 40 to 80 atom percent. (5) Ratio of C The C component has the effect of increasing the wear resistance of the material, but if the ratio is less than 50 atomic % relative to N, the N component becomes relatively too large and the desired wear resistance cannot be achieved. On the other hand, if the ratio exceeds 90 atomic percent, the N component becomes too small and the impact resistance decreases.
The proportion was set at 50 to 90 atomic percent. (6) Ratio of N The N component has the effect of increasing the impact resistance of the material, but if its ratio is less than 10 atomic % relative to C, the C component exceeds 90 atomic % as mentioned above. If the proportion exceeds 50 at%, the C component will be less than 50 at%, making it impossible to secure the desired impact resistance. Therefore, the ratio was set at 10 to 50 atomic percent. (b) Compounding amount of composite metal carbonitride powder If the compounding amount is less than 20%, the amount of carbonitride phase in the sintered hard material is too small to achieve the desired high hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. On the other hand, if the blending amount exceeds 70%, the amount of binder phase in the material becomes relatively too small and the impact resistance deteriorates.
The blending amount was set at 20-70%. (c) Al, Ti, Si, iron group metals (Fe, Ni, Co) (hereinafter collectively referred to as impact resistance improving components)
These ingredients have the effect of further improving the impact resistance of the material, so they are added as necessary when particularly impact resistance is required, but if the amount is less than 0.5%, The desired effect of improving impact resistance cannot be obtained, and if the amount exceeds 5%, the wear resistance and plastic deformation resistance tend to decrease, so the amount added is set at 0.5 to 5%. Ta. (d) Powder blending amount of platinum group metals These ingredients have the ability to further accelerate sintering.
It has the effect of making the material more dense and increasing its strength, so it is added as necessary when even higher strength is required, but if the amount is less than 0.1%, it will not improve the desired strength. no effect,
On the other hand, even if the content exceeds 2%, no further improvement in strength is observed, and considering economic efficiency, the content should be reduced.
It was set at 0.1-2%. (e) Nitriding temperature If the temperature is less than 1100℃, as mentioned above, the composite metal carbonitride powder used as the raw material powder becomes finer, and the active WC, Mo 2 C, which has a remarkable effect of improving sinterability,
and insufficient precipitation of free carbon,
It is not possible to impart sufficient wear resistance, plastic deformation resistance, and impact resistance to the sintered material. On the other hand, if the temperature exceeds 1600℃, sintering begins to progress and the green compact becomes nitrided. is not done enough,
As a result, it becomes impossible to refine the composite metal carbonitride powder, so the nitriding temperature is
The temperature was set at 1100-1600℃. (f) Sintering temperature If the temperature is less than 1800°C, sufficient sintering cannot be performed, and as a result, cavities remain in the sintered material and impact resistance deteriorates.
On the other hand, when the temperature exceeds 2700℃, W, Ti and C
The sintering temperature was set at 1,800 to 2,700°C because a liquid phase consisting of 300°C would occur, making it difficult to maintain the shape. (g) Composite metal carbonitride solid solution decomposition treatment temperature If the temperature is less than 1300℃, the amount of carbonitride phase separated is too small, resulting in a structure in which fine and hard carbonitride phases are uniformly dispersed. On the other hand, even if the temperature exceeds 1700℃, the separation of the carbonitride phase is suppressed, making it difficult to separate out the desired amount of the carbonitride phase. Therefore, the decomposition temperature was set at 1300-1700°C. The sintered hard material produced by the method of the present invention can be used as a cutting tool by itself, but it can be used with WC-based cemented carbide, which has high toughness and contains a large amount of binder phase. It may also be used as a composite material by joining with cermet, high speed steel, etc. Further, on the surface of this sintered hard material alone or composite material, the above-mentioned conventionally known hard coating layer,
That is, carbides, nitrides, and oxides of metals from Groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table, solid solutions of two or more of these, and a single layer of one of Al 2 O 3 or two or more of them. It may be used in a state where a hard coating layer consisting of multiple layers is formed with an average layer thickness of 0.5 to 15 μm using chemical vapor deposition method, etc., and in this case, it will show even better wear resistance. It is. Next, the method of the present invention will be specifically explained using examples. Examples As raw material powders, various composite metal carbonitride powders each having an average particle size of 1.5 μm and having the compositions shown in Table 1, and the same
A 1.0 μm W powder, a 0.8 μm Mo powder, a 2.5 μm impact resistance improving component powder, and a 3.0 μm platinum group metal powder were prepared, and these raw powders are shown in Table 1. After wet mixing in a ball mill for 72 hours and drying,
The powder is press-formed at a pressure of Kg/ mm2 , and then the green compact is subjected to nitriding, sintering, and solid solution separation treatment under the conditions shown in Table 1. Inventive materials 1 to 26 were produced. In addition, for comparison purposes, comparative materials 1 to 26 were manufactured under the same conditions except that nitriding treatment and/or solid solution separation precipitation treatment were not performed. Comparative materials 27-33 were produced under conditions where only the composition of the carbonitride powder was outside the scope of this invention. Next, cutting chips having the shape of SNP432 were prepared from each of the resulting inventive materials 1 to 26 and comparative materials 1 to 33 (hereinafter referred to as inventive material chips 1 to 26 and comparative material chips).

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 (※印:本発明範囲外)
[Table] (*marked: outside the scope of the present invention)

【表】【table】

【表】【table】

【表】 1〜33という)、以下に示す条件にて切削試験、
すなわち、 (a) 連続高速切削試験(以下高速試験という) 被削材:JIS・SNCM―8(硬さ:HB240),切
削速度:220m/mm,送り:0.4mm/rev.,切込
み:2mm,切削時間:10分。 (b) 連続高送り切削試験(以下高送り試験とい
う) 被削材:JIS・SNCM―8(硬さ:HB240),切
削速度:100m/mm,送り:0.8mm,切込み:5
mm,切削時間:10分。 (c) 断続切削試験(以下断続試験という) 被削材:JIS・SNCM―8(硬さ:HB280),切
削速度:100m/mm,送り:0.4mm/rev.,切込
み:2mm,切削時間:3分。 を行ない、上記の高速試験および高送り試験では
試験切刃:5個の逃げ面摩耗巾とすくい面摩耗深
さを測定し、その平均値を算出し、また断続試験
では10個の試験切刃のうち、その刃先に欠損が発
生した切刃数を測定した。これらの結果を第2表
にISO・P10グレードのWC基超硬合金製切削チ
ツプ(従来チツプ1という)およびTiC―Ni―
Moサーメツト(Ni:15%,Mo:10%含有)製
切削チツプ(以下従来チツプ2という)の同一条
件での切削試験結果とともに示した。 第2表に示される結果から、本発明材料チツプ
1〜26は、高速切削,高送り切削,および断続切
削のいずれにおいても、窒化処理および固溶体分
解析出処理のいずれか、または両方を行なわない
比較材料チツプ1〜26、並びに原料粉末としての
複合金属炭窒化物粉末の組成がこの発明の範囲か
ら外れた比較材料チツプ27〜33、および従来チツ
プ1,2に比してきわめてすぐれた切削性能を示
す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、高強
度および高硬度を有し、かつ耐摩耗性,耐塑性変
形性,および耐衝撃性のすぐれた焼結硬質材料を
製造することができ、したがつてこの焼結硬質材
料をこれらの特性が要求される高速切削や高送り
切削などに切削工具として実用的に用いることが
可能であり、しかもこの場合きわめてすぐれた切
削性能を著しく長期に亘つて発揮するなど工業上
有用な効果がもたらされるのである。
[Table] 1 to 33), cutting test under the conditions shown below,
That is, (a) Continuous high-speed cutting test (hereinafter referred to as high-speed test) Work material: JIS/SNCM-8 (Hardness: H B 240), Cutting speed: 220m/mm, Feed: 0.4mm/rev., Depth of cut: 2mm, cutting time: 10 minutes. (b) Continuous high-feed cutting test (hereinafter referred to as high-feed test) Work material: JIS/SNCM-8 (hardness: H B 240), cutting speed: 100 m/mm, feed: 0.8 mm, depth of cut: 5
mm, cutting time: 10 minutes. (c) Intermittent cutting test (hereinafter referred to as intermittent test) Work material: JIS/SNCM-8 (Hardness: H B 280), Cutting speed: 100m/mm, Feed: 0.4mm/rev., Depth of cut: 2mm, Cutting Time: 3 minutes. In the high-speed test and high-feed test mentioned above, the flank wear width and rake face wear depth of five test cutting edges were measured, and the average value was calculated. Among them, the number of cutting edges in which chipping occurred was measured. These results are shown in Table 2 for cutting chips made of ISO/P10 grade WC-based cemented carbide (conventionally referred to as chip 1) and TiC-Ni-
The results are shown together with the cutting test results of a Mo cermet (containing 15% Ni, 10% Mo) cutting chip (hereinafter referred to as conventional chip 2) under the same conditions. From the results shown in Table 2, the present invention material chips 1 to 26 do not undergo nitriding treatment and/or solid solution separation treatment in any of high-speed cutting, high-feed cutting, and interrupted cutting. Extremely superior cutting performance compared to comparative material chips 1 to 26, comparative material chips 27 to 33 whose composition of composite metal carbonitride powder as raw material powder is outside the scope of the present invention, and conventional chips 1 and 2. It is clear that As described above, according to the method of the present invention, it is possible to produce a sintered hard material that has high strength and hardness, and has excellent wear resistance, plastic deformation resistance, and impact resistance. Therefore, it is possible to practically use this sintered hard material as a cutting tool for high-speed cutting and high-feed cutting that require these characteristics, and in this case, it is possible to maintain extremely excellent cutting performance over a significantly long period of time. This brings about industrially useful effects, such as increased energy consumption.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 原料粉末として、分散相形成成分たる化学
式:(Ti,M1,M2)(C,N)または{(Ti,
M3),M1,M2)}(C,N)を有する複合金属炭
窒化物粉末(ただしM1:1〜25原子%のHfおよ
びZrのうちの1種または2種,M2:10〜40原子
%のWおよびMoのうちの1種または2種,M3
Tiに対する割合で0.5〜30原子%のTa,Nb,お
よびVのうちの1種または2種以上にして、残り
が40〜80原子%のTiからなり、かつCとNの割
合がC:50〜90原子%、N:10〜50原子%からな
る),結合相形成成分たるW粉末,Mo粉末,Al
粉末,Ti粉末,Si粉末,鉄族金属粉末,および
白金族金属粉末を用意し、これら原料粉末を、重
量%で、 (a) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り、 (b) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記Al粉末,Ti粉末,Si粉末,および鉄族
金属粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜
5%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り、 (c) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記白金族金属粉末のうちの1種または2種
以上:0.1〜2%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り、 (d) 上記複合金属炭窒化物粉末:20〜70%, 上記Al粉末,Ti粉末,Si粉末,および鉄族
金属粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜
5%, 上記白金族金属粉末のうちの1種または2種
以上:0.1〜2%, 上記W粉末およびMo粉末のうちの1種また
は2種:残り、 以上(a)〜(d)のいずれか、からなる配合組成に配
合し、混合した後、圧粉体にプレス成形し、 ついで前記圧粉体に、窒素を含有する雰囲気
中、1100〜1600℃の温度範囲内の温度に加熱保持
の窒化処理を施し、 この窒化処理した圧粉体に、真空中あるいは窒
素を含有する雰囲気中、1800〜2700℃の温度範囲
内の温度に加熱保持の焼結処理を施し、 引続いてこの焼結材料に、真空中あるいは窒素
を含有する雰囲気中、1300〜1700℃の温度範囲内
の温度に加熱保持の複合金属炭窒化物固溶体分解
処理を施すことを特徴とする切削工具用焼結硬質
材料の製造法。
[Claims] 1. As a raw material powder, the chemical formula of the dispersed phase forming component is: (Ti, M 1 , M 2 ) (C, N) or {(Ti,
M 3 ), M 1 , M 2 )} (C, N) composite metal carbonitride powder (M 1 : 1 to 25 atomic % of one or two of Hf and Zr, M 2 : 10 to 40 atomic% of one or two of W and Mo, M3 :
The ratio of Ta, Nb, and V to Ti is 0.5 to 30 atomic % of one or more of Ta, Nb, and V, and the remainder is 40 to 80 atomic % of Ti, and the ratio of C and N is C: 50. ~90 atomic%, N: 10 to 50 atomic%), W powder as binder phase forming components, Mo powder, Al
Prepare powder, Ti powder, Si powder, iron group metal powder, and platinum group metal powder, and divide these raw material powders in weight%: (a) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, the above W powder and one or two of the above Mo powders: the remainder; (b) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%; one of the above Al powders, Ti powders, Si powders, and iron group metal powders; Or 2 or more types: 0.5~
5%, one or two of the above W powder and Mo powder: remainder, (c) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, one or more of the above platinum group metal powders : 0.1 to 2%, one or two of the above W powder and Mo powder: the remainder, (d) the above composite metal carbonitride powder: 20 to 70%, the above Al powder, Ti powder, Si powder, and One or more types of iron group metal powder: 0.5~
5%, one or more of the above platinum group metal powders: 0.1 to 2%, one or two of the above W powder and Mo powder: the remainder, any of the above (a) to (d) After mixing, the powder is press-molded into a green compact, and the green compact is heated and maintained at a temperature within the temperature range of 1100 to 1600°C in an atmosphere containing nitrogen. The nitrided green compact is subjected to a sintering process in which the nitrided compact is heated and maintained at a temperature within the temperature range of 1800 to 2700°C in a vacuum or in a nitrogen-containing atmosphere, and then this sintering process is performed. A sintered hard material for cutting tools, characterized in that the material is subjected to composite metal carbonitride solid solution decomposition treatment in a vacuum or nitrogen-containing atmosphere at a temperature within the temperature range of 1300 to 1700°C. Manufacturing method.
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