JPWO2018198719A1 - Cutting tools - Google Patents

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Abstract

切削工具は、第1硬質相、結合相およびAl2O3を含む焼結体を含む。第1硬質相はWCからなる。結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含む。Al2O3は、焼結体中に分散している。The cutting tool includes a sintered body including a first hard phase, a binder phase, and Al2O3. The first hard phase consists of WC. The binder phase includes, as main components, a first metal composed of at least one selected from Co and Ni, and further includes a second metal composed of at least one selected from Al and W, and C. Al2O3 is dispersed in the sintered body.

Description

本発明は、切削工具に関する。本出願は、2017年4月26日に出願した日本特許出願である特願2017−086857号および2017年11月29日に出願した国際特許出願PCT/JP2017/042850に基づく優先権を主張する。当該特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。   The present invention relates to a cutting tool. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-086857 filed on April 26, 2017 and International Patent Application No. PCT / JP2017 / 042850 filed on November 29, 2017. The entire contents described in the patent application are incorporated herein by reference.

高い硬度が要求される製品として、たとえば切削工具がある。このような製品に用いられる硬質材料(焼結体)としては、超硬合金、サーメットなどが知られている。   Products requiring high hardness include, for example, cutting tools. As hard materials (sintered bodies) used for such products, cemented carbides, cermets and the like are known.

ここで、切削工具等は高温に曝される場合が多く、高温では焼結体の摩耗が促進され、製品として所望される長さの寿命を達成できなくなる場合がある。このため、切削工具等に用いられる焼結体には、高温での耐摩耗性が求められる。   Here, cutting tools and the like are often exposed to high temperatures. At high temperatures, wear of the sintered body is promoted, and it may not be possible to achieve a desired life of a product. Therefore, a sintered body used for a cutting tool or the like is required to have wear resistance at a high temperature.

超硬合金に高温での耐摩耗性を付与するために、たとえば、特許文献1(特開平9−125229号公報)には、超硬合金に高温での耐摩耗性に優れた被膜を形成する技術が開示されている。特許文献2(特開2014−208889号公報)には、WCからなる硬質粒子と、(Co,Ni)3(Al,W,V,Ti)で表される金属相とを含む焼結体が開示されている。In order to impart high-temperature wear resistance to a cemented carbide, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-125229) discloses that a film having excellent wear resistance at high temperatures is formed on a cemented carbide. Techniques are disclosed. Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-208889) discloses a sintered body containing hard particles composed of WC and a metal phase represented by (Co, Ni) 3 (Al, W, V, Ti). It has been disclosed.

特開平9−125229号公報JP-A-9-125229 特開2014−208889号公報JP 2014-208889 A

本開示の一態様に係る切削工具は、第1硬質相、結合相およびAlを含む焼結体を含む。第1硬質相はWCからなる。結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含む。Alは、焼結体中に分散している。A cutting tool according to an aspect of the present disclosure includes a sintered body including a first hard phase, a binder phase, and Al 2 O 3 . The first hard phase consists of WC. The binder phase includes, as main components, a first metal composed of at least one selected from Co and Ni, and further includes a second metal composed of at least one selected from Al and W, and C. Al 2 O 3 is dispersed in the sintered body.

図1は、切削工具の評価に関する参考図である。FIG. 1 is a reference diagram relating to evaluation of a cutting tool.

[本開示が解決しようとする課題]
しかし、最近は、特に耐熱合金など、難削材への加工ニーズが高まっており、切削速度の向上も求められている。このため、切削工具には、より高温での耐摩耗性が求められる。特許文献1の技術では、被膜が剥がれてしまうと、たとえば焼結体中の結合相(金属コバルト等)の軟化等により急激に耐摩耗性が低下して、すぐに超硬合金が寿命に達してしまうため、特許文献1の技術はこのようなニーズに対して十分ではない。このため、焼結体の母材自体の高温での耐摩耗性を更に向上させることが望まれる。
[Problems to be solved by the present disclosure]
However, recently, there has been a growing need for processing difficult-to-cut materials such as heat-resistant alloys, and an improvement in cutting speed is also required. For this reason, cutting tools are required to have higher wear resistance at higher temperatures. In the technique of Patent Document 1, when the coating is peeled off, the wear resistance is rapidly reduced due to, for example, softening of a binder phase (metal cobalt or the like) in the sintered body, and the cemented carbide immediately reaches the end of its life. Therefore, the technique of Patent Document 1 is not sufficient for such needs. For this reason, it is desired to further improve the wear resistance of the base material of the sintered body itself at high temperatures.

したがって、本開示の目的は、高温での耐摩耗性が向上した切削工具を提供することである。   Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a cutting tool having improved wear resistance at high temperatures.

[本開示の効果]
上記によれば、高温での耐摩耗性が向上した切削工具を提供することができる。
[Effects of the present disclosure]
According to the above, a cutting tool with improved wear resistance at high temperatures can be provided.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様が列記して説明される。
[Description of Embodiment of the Present Disclosure]
First, embodiments of the present disclosure are listed and described.

なお、本明細書において「A〜B」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上B以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Bにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とBの単位とは同じである。   In this specification, the notation in the form of “A to B” means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), where no unit is described in A, and only the unit is described in B , A and B are the same.

〔1〕本開示の一態様に係る切削工具は、第1硬質相、結合相およびAlを含む焼結体を含む。第1硬質相はWCからなる。結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含む。Alは、焼結体中に分散している。上記焼結体は、高温での耐摩耗性が向上している。焼結体の高温での耐摩耗性の向上により、切削工具の長寿命化が可能となる。[1] A cutting tool according to an aspect of the present disclosure includes a sintered body including a first hard phase, a binder phase, and Al 2 O 3 . The first hard phase consists of WC. The binder phase includes, as main components, a first metal composed of at least one selected from Co and Ni, and further includes a second metal composed of at least one selected from Al and W, and C. Al 2 O 3 is dispersed in the sintered body. The sintered body has improved wear resistance at high temperatures. By improving the wear resistance of the sintered body at a high temperature, the life of the cutting tool can be extended.

〔2〕結合相は、下記式で表される化合物相を含んでいることが好ましい。
(Co,Ni)(Al,W)
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕これにより、焼結体は、特に高温で高硬度を維持することが可能となる。
[2] The binder phase preferably contains a compound phase represented by the following formula.
(Co, Ni) x (Al , W) y C z
[Wherein (Co, Ni) is at least one selected from Co and Ni, (Al, W) is at least one selected from Al and W, and x, y and z are atomic weight ratios. It is. This allows the sintered body to maintain high hardness particularly at high temperatures.

〔3〕xは0.73以上0.95以下であり、yは0.04以上0.25以下であり、zは0.003以上0.15以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   [3] x is preferably 0.73 or more and 0.95 or less, y is 0.04 or more and 0.25 or less, and z is preferably 0.003 or more and 0.15 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

〔4〕xは0.75以上0.93以下であり、yは0.05以上0.2以下であり、zは0.005以上0.1以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   [4] x is preferably 0.75 or more and 0.93 or less, y is 0.05 or more and 0.2 or less, and z is preferably 0.005 or more and 0.1 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

〔5〕xは0.8以上0.9以下、yは0.06以上0.15以下、zは0.01以上0.05以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   [5] It is preferable that x is 0.8 or more and 0.9 or less, y is 0.06 or more and 0.15 or less, and z is 0.01 or more and 0.05 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

〔6〕焼結体は、さらに第2硬質相を含んでいることが好ましい。第2硬質相は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群より選ばれる1種以上の金属と、窒素、炭素、硼素および酸素からなる群より選ばれる1種以上の元素と、からなる化合物、または、該化合物の固溶体(ただし、WCを除く)からなる。ここで、第1硬質相は、第2硬質相より体積比率が大きい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   [6] The sintered body preferably further contains a second hard phase. The second hard phase is at least one metal selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W, and at least one metal selected from the group consisting of nitrogen, carbon, boron and oxygen. And a solid solution of the compound (excluding WC). Here, the first hard phase has a larger volume ratio than the second hard phase. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

〔7〕Alは、焼結体中に1体積%以上15体積%以下含まれることが好ましい。この場合、高温での耐摩耗性の向上効果がより確実に得られ、焼結体の強度の低下を抑制する効果が期待される。[7] Al 2 O 3 is preferably contained in the sintered body in an amount of 1% by volume to 15% by volume. In this case, the effect of improving the wear resistance at a high temperature can be more reliably obtained, and the effect of suppressing a decrease in the strength of the sintered body is expected.

〔8〕Alは、円相当径の平均値が0.1μm以上2μm以下であり、かつその標準偏差が0.05μm以上0.25μm以下であることが好ましい。この場合、焼結体の硬度が向上する効果が期待される。また、焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。[8] Al 2 O 3 preferably has an average circle equivalent diameter of 0.1 μm or more and 2 μm or less, and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.25 μm or less. In this case, the effect of improving the hardness of the sintered body is expected. Further, an effect of suppressing a decrease in toughness of the sintered body is expected.

〔9〕Alは、円相当径の平均値が0.2μm以上1μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.15μm以下であることが好ましい。この場合、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待される。また、焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。[9] It is preferable that Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1 μm or less and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.15 μm or less. In this case, the effect of further improving the hardness of the sintered body is expected. Further, an effect of suppressing a decrease in toughness of the sintered body is expected.

〔10〕Alは円相当径の平均値が0.3μm以上0.5μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.1μm以下であることが好ましい。この場合、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待される。また、焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。[10] It is preferable that Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.1 μm or less. In this case, the effect of further improving the hardness of the sintered body is expected. Further, an effect of suppressing a decrease in toughness of the sintered body is expected.

〔11〕Alは、粒子間距離の平均値が1μm以上3μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。この場合、硬度靱性バランスが保たれる効果が期待される。[11] Al 2 O 3 preferably has an average value of the inter-particle distance of 1 μm or more and 3 μm or less, and a standard deviation of 0.5 μm or more and 1.5 μm or less. In this case, the effect of maintaining the balance of hardness and toughness is expected.

〔12〕焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比(O/C比)が0.015以上0.061以下であることが好ましい。ここの場合、〔8〕と〔11〕を満たすことが期待される。   [12] The ratio of the mass of O to the mass of C contained in the sintered body (O / C ratio) is preferably 0.015 or more and 0.061 or less. In this case, it is expected that [8] and [11] are satisfied.

〔13〕焼結体中の酸素の含有量が0.1質量%以上0.4質量%以下であることが好ましい。この場合、焼結体の硬度の向上効果と欠損の抑制効果が期待される。   [13] The content of oxygen in the sintered body is preferably from 0.1% by mass to 0.4% by mass. In this case, the effect of improving the hardness of the sintered body and the effect of suppressing defects are expected.

〔14〕結合相は、格子定数が3.65Å以上4.0Å以下であることが好ましい。この場合、より高温で焼結体の高い硬度を維持する効果と、焼結体の欠損を抑制する効果と、が期待される。   [14] The binder phase preferably has a lattice constant of 3.65 ° or more and 4.0 ° or less. In this case, the effect of maintaining the high hardness of the sintered body at a higher temperature and the effect of suppressing the loss of the sintered body are expected.

〔15〕WCは、平均粒子径が0.1μm以上3μm以下であることが好ましい。この場合、焼結体の欠損を抑制する効果が期待される。   [15] The WC preferably has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 3 μm or less. In this case, the effect of suppressing the loss of the sintered body is expected.

〔16〕焼結体中の結合相の含有率が2質量%以上10質量%未満であることが好ましい。この場合、焼結体の欠損を抑制する効果と、焼結体の高温硬度の低下を抑制する効果が期待される。   [16] The content of the binder phase in the sintered body is preferably 2% by mass or more and less than 10% by mass. In this case, an effect of suppressing the loss of the sintered body and an effect of suppressing a decrease in the high-temperature hardness of the sintered body are expected.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と記される)が説明される。ただし、以下の説明は、本開示を限定するものではない。また、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のものに限定されるものではない。
[Details of Embodiment of the Present Disclosure]
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the following description does not limit the present disclosure. Further, in the present specification, when a compound or the like is represented by a chemical formula, unless otherwise specified, the atomic ratio includes all conventionally known atomic ratios, and is not necessarily limited to a stoichiometric range.

<切削工具>
本実施形態に係る切削工具は、下記の焼結体を含む。なお、切削工具としては、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどを例示することができる。
<Cutting tools>
The cutting tool according to the present embodiment includes the following sintered body. Cutting tools include drills, end mills, replaceable cutting tips for drills, replaceable cutting tips for end mills, replaceable cutting tips for milling, replaceable cutting tips for turning, metal saws, and gear cutting tools. , Reamer, tap, and the like.

また、焼結体の表面には被膜を備えてもよい。これにより、切削工具において被膜の特性を付与させることができる。   Further, a coating may be provided on the surface of the sintered body. This makes it possible to impart the characteristics of the coating to the cutting tool.

被膜としては、7×10-6/K以上9×10-6/K以下の熱膨張係数を有する被膜を用いることが好ましく、Ti、Al、Cr、Si、Hf、Zr、Mo、Nb、Ta、VおよびWからなる群より選ばれた一種以上の金属の窒化物または炭窒化物からなることがより好ましい。As the coating, it is preferable to use a coating having a coefficient of thermal expansion of 7 × 10 −6 / K or more and 9 × 10 −6 / K or less. Ti, Al, Cr, Si, Hf, Zr, Mo, Nb, Ta , V and W are more preferably made of a nitride or carbonitride of one or more metals selected from the group consisting of:

さらに被膜は、1000℃以上の耐酸化性を有することが好ましい。ここで、「1000℃以上の耐酸化性を有する」とは、被覆層を熱分析−示差熱・熱重量同時測定(TG/DTA:Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis)装置により、大気中で評価を行ない、重量増加が生じた温度が1000℃以上であることを意味する。このような耐酸化性を有する被覆層を構成する組成の好適な例としては、AlTiSiN、AlCrN、TiZrSiN、CrTaN、HfWSiN、CrAlN等を挙げることができる。   Further, the coating preferably has an oxidation resistance of 1000 ° C. or higher. Here, “having an oxidation resistance of 1000 ° C. or more” means that the coating layer is evaluated in the atmosphere by a thermal analysis-simultaneous differential thermal / thermogravimetric (TG / DTA) apparatus. Means that the temperature at which the weight increase occurs is 1000 ° C. or higher. Preferable examples of the composition constituting such a coating layer having oxidation resistance include AlTiSiN, AlCrN, TiZrSiN, CrTaN, HfWSiN, CrAlN, and the like.

上記のような被膜は、PVD法およびCVD法のいずれによっても形成することができるが、PVD法により形成されることが好ましい。この場合、より緻密で、亀裂が生じ難い被膜を形成することができる。特に、被膜と焼結体との密着性が格段に向上する点で、カソードアークイオンプレーティング法を用いることが好ましい。   The above film can be formed by any of the PVD method and the CVD method, but is preferably formed by the PVD method. In this case, it is possible to form a denser film that is less likely to crack. In particular, it is preferable to use the cathode arc ion plating method in that the adhesion between the coating and the sintered body is significantly improved.

<焼結体>
本実施形態に係る焼結体は、第1硬質相、結合相およびAlを含む。焼結体は、これらを含む限り、これら以外の成分を含んでいてもよい。第1硬質相はWCからなる。Alは、焼結体中に分散している。
<Sintered body>
The sintered body according to the present embodiment includes a first hard phase, a binder phase, and Al 2 O 3 . The sintered body may contain components other than these as long as it contains them. The first hard phase consists of WC. Al 2 O 3 is dispersed in the sintered body.

結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含む。なお、「主成分」とは、結合相を構成する成分のうち、最も配合割合(質量%)の大きな成分を意味する。このように、上記焼結体は、結合相中にCを含有する。このため、固溶強化によって結合相の高温硬度が向上することで、焼結体の高温での耐摩耗性が向上する。   The binder phase includes, as main components, a first metal composed of at least one selected from Co and Ni, and further includes a second metal composed of at least one selected from Al and W, and C. The “main component” means a component having the largest blending ratio (% by mass) among the components constituting the binder phase. Thus, the sintered body contains C in the binder phase. For this reason, the high-temperature hardness of the binder phase is improved by solid solution strengthening, and the wear resistance of the sintered body at high temperatures is improved.

また、硬質相と結合相から成る超硬合金において、結合相が金属Coではなく耐熱合金(Co基超合金、Ni基超合金など)から構成される。耐熱合金はジェットエンジン、ガスタービン等、高温で使用される部品に用いられている材料であり高温での耐熱性に優れている。さらに、上記焼結体は、WCよりも硬度の高いAlを含んでいる。これらによって、焼結体そのものの硬度が向上している。Further, in a cemented carbide comprising a hard phase and a binder phase, the binder phase is made of a heat-resistant alloy (such as a Co-based superalloy or a Ni-based superalloy) instead of metal Co. Heat-resistant alloys are materials used for components used at high temperatures, such as jet engines and gas turbines, and have excellent heat resistance at high temperatures. Further, the sintered body contains Al 2 O 3 having a higher hardness than WC. As a result, the hardness of the sintered body itself is improved.

第1硬質相と結合相とは、焼結体中に分散された状態で含まれることが好ましい。これにより焼結体の高温での耐摩耗性が向上する。ここで、分散された状態とは、第1硬質相と結合相とが接しており、同種の相同士の接触が比較的少ない状態で、焼結体中に存在することを言う。   It is preferable that the first hard phase and the binder phase are contained in a state of being dispersed in the sintered body. Thereby, the wear resistance of the sintered body at a high temperature is improved. Here, the dispersed state means that the first hard phase and the binder phase are in contact with each other, and the phase of the same kind is present in the sintered body in a state of relatively little contact between the phases.

結合相は、下記式で表される化合物相を含んでいることが好ましい。
(Co,Ni)(Al,W)
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
なお、結合相中には、酸素が含まれて(固溶して)いてもよい。
The binding phase preferably contains a compound phase represented by the following formula.
(Co, Ni) x (Al , W) y C z
[Wherein (Co, Ni) is at least one selected from Co and Ni, (Al, W) is at least one selected from Al and W, and x, y and z are atomic weight ratios. It is. ]
Note that oxygen may be contained (solid-solved) in the binder phase.

このような焼結体は、結合相中〔第1金属(Co,Ni)および第2金属(Al,W)からなるマトリックス相(γ相)中〕に、(Co,Ni)(Al,W)で表される化合物相を含むことで、焼結体は、特に高温で高硬度を維持することが可能となる。Such a sintered body contains (Co, Ni) x (Al, W) in the binder phase [in the matrix phase (γ phase) composed of the first metal (Co, Ni) and the second metal (Al, W)]. W) by including a compound phase represented by y C z, the sintered body, it is possible to particularly maintaining high hardness at elevated temperatures.

xは0.73以上0.95以下であり、yは0.04以上0.25以下であり、zは0.003以上0.15以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   It is preferable that x is 0.73 or more and 0.95 or less, y is 0.04 or more and 0.25 or less, and z is 0.003 or more and 0.15 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

xは0.75以上0.93以下であり、yは0.05以上0.2以下であり、zは0.005以上0.1以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   It is preferable that x is 0.75 or more and 0.93 or less, y is 0.05 or more and 0.2 or less, and z is 0.005 or more and 0.1 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

xは0.8以上0.9以下、yは0.06以上0.15以下、zは0.01以上0.05以下であることが好ましい。焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待されるためである。   It is preferable that x is 0.8 or more and 0.9 or less, y is 0.06 or more and 0.15 or less, and z is 0.01 or more and 0.05 or less. This is because an improvement in the wear resistance of the sintered body at high temperatures is expected.

焼結体は、さらに第2硬質相を含んでいることが好ましい。第2硬質相は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群より選ばれる1種以上の金属と、窒素、炭素、硼素および酸素からなる群より選ばれる1種以上の元素と、からなる化合物、または、該化合物の固溶体(ただし、WCを除く)からなる。ここで、第1硬質相は、第2硬質相より体積比率が大きい。   It is preferable that the sintered body further includes a second hard phase. The second hard phase is at least one metal selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W, and at least one metal selected from the group consisting of nitrogen, carbon, boron and oxygen. And a solid solution of the compound (excluding WC). Here, the first hard phase has a larger volume ratio than the second hard phase.

結合相は、第2硬質相よりも第1硬質相との方が親和性が高いため、第1硬質相の体積比率が第2硬質相より大きいことで、焼結体の耐摩耗性等が向上し、焼結体の高温での耐摩耗性の向上が期待される。   Since the binder phase has higher affinity with the first hard phase than with the second hard phase, the volume ratio of the first hard phase is larger than that of the second hard phase, so that the abrasion resistance and the like of the sintered body are improved. It is expected that the sintered body will have improved wear resistance at high temperatures.

Alは、焼結体中に1体積%以上15体積%以下含まれることが好ましい。Alの量が少なすぎると、高温での耐摩耗性の向上効果が得られない可能性がある。一方、Alの量が多すぎると、焼結体の強度が低下し欠損が生じやすくなる。このため、Alの含有率が上記の範囲である場合に、高温での耐摩耗性の向上効果がより確実に得られ、焼結体の強度の低下を抑制する効果が期待される。Preferably, Al 2 O 3 is contained in the sintered body in an amount of 1% by volume or more and 15% by volume or less. If the amount of Al 2 O 3 is too small, the effect of improving wear resistance at high temperatures may not be obtained. On the other hand, if the amount of Al 2 O 3 is too large, the strength of the sintered body is reduced and defects are likely to occur. For this reason, when the content of Al 2 O 3 is in the above range, the effect of improving the wear resistance at high temperatures is more reliably obtained, and the effect of suppressing the decrease in the strength of the sintered body is expected. .

Alは、円相当径の平均値が0.1μm以上2μm以下であり、かつその標準偏差が0.05μm以上0.25μm以下であることが好ましい。Alが微細であることにより、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待される。一方、Alが微細すぎると、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなるため、上記の範囲において焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。Al 2 O 3 preferably has an average circle equivalent diameter of 0.1 μm or more and 2 μm or less, and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.25 μm or less. When Al 2 O 3 is fine, an effect of further improving the hardness of the sintered body is expected. On the other hand, if Al 2 O 3 is too fine, the toughness of the sintered body is reduced and defects are liable to occur, so that the effect of suppressing the decrease in toughness of the sintered body in the above range is expected.

Alは、円相当径の平均値が0.2μm以上1μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.15μm以下であることが好ましい。Alが微細であることにより、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待される。一方、Alが微細すぎると、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなるため、上記の範囲において焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。Al 2 O 3 preferably has an average circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1 μm or less, and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.15 μm or less. When Al 2 O 3 is fine, an effect of further improving the hardness of the sintered body is expected. On the other hand, if Al 2 O 3 is too fine, the toughness of the sintered body is reduced and defects are liable to occur, so that the effect of suppressing the decrease in toughness of the sintered body in the above range is expected.

Alは円相当径の平均値が0.3μm以上0.5μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.1μm以下であることが好ましい。Alが微細であることにより、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待される。一方、Alが微細すぎると、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなるため、上記の範囲において焼結体の靭性の低下が抑制される効果が期待される。It is preferable that Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less, and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.1 μm or less. When Al 2 O 3 is fine, an effect of further improving the hardness of the sintered body is expected. On the other hand, if Al 2 O 3 is too fine, the toughness of the sintered body is reduced and defects are liable to occur, so that the effect of suppressing the decrease in toughness of the sintered body in the above range is expected.

Alは、粒子間距離の平均値が1μm以上3μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。結合相が均一に分散されていることで、硬度靱性バランスが保たれる効果が期待される。粒子間距離が1〜3μmから外れると、結合相の分散度合が偏り、欠損が生じやすくなる。なお、粒子間距離とは、Al粒子のそれぞれに対して1つずつ設定されるものである。任意の一のAl粒子における「粒子間距離」は、該Al粒子の重心点と、該重心点から最も近い位置に重心点を有する他のAl粒子との距離である。そして「粒子間距離の平均値」とは、全ての「粒子間距離」の平均値である。Al 2 O 3 preferably has an average value of the interparticle distance of 1 μm or more and 3 μm or less, and a standard deviation of 0.5 μm or more and 1.5 μm or less. By uniformly dispersing the binder phase, the effect of maintaining the balance of hardness and toughness is expected. When the distance between the particles is out of the range of 1 to 3 μm, the degree of dispersion of the binder phase is biased, so that defects tend to occur. The inter-particle distance is set for each of the Al 2 O 3 particles. "Interparticle distance" in any one of Al 2 O 3 particles, the distance between the center of gravity of the Al 2 O 3 particles, and other Al 2 O 3 particles having a center of gravity to the position nearest the heavy center point It is. The “average value of the distance between particles” is the average value of all the “distances between particles”.

焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比(O/C比)が0.015以上0.061以下であることが好ましい。この範囲においてAlが均一に分散析出し、〔8〕と〔11〕を満たすことが期待される。The ratio of the mass of O to the mass of C contained in the sintered body (O / C ratio) is preferably 0.015 or more and 0.061 or less. In this range, Al 2 O 3 is expected to be uniformly dispersed and precipitated, and satisfy [8] and [11].

焼結体中の酸素の含有量が0.1質量%以上0.4質量%以下であることが好ましい。酸素の含有量が0.1質量%以下だとAlが析出せず硬度が向上しない可能性がある。酸素の含有量が0.4質量%以上だと、Alが凝集して、欠損が生じやすくなる可能性がある。このため、酸素の含有量が上記の範囲である場合に、焼結体の硬度の向上効果と欠損の抑制効果が期待される。It is preferable that the content of oxygen in the sintered body is 0.1% by mass or more and 0.4% by mass or less. If the oxygen content is 0.1% by mass or less, Al 2 O 3 may not precipitate and the hardness may not be improved. If the oxygen content is 0.4% by mass or more, Al 2 O 3 may aggregate to easily cause defects. For this reason, when the oxygen content is in the above range, an effect of improving the hardness of the sintered body and an effect of suppressing defects are expected.

結合相は、格子定数が3.65Å以上4.0Å以下であることが好ましい。結合相の格子定数が3.65Å以上である場合、Cが固溶し、歪が生じることで、より高温において高い硬度の維持が可能となる。結合相の格子定数が4.0Åより大きい場合、歪が大きくなり、結合相内に亀裂が生じて欠損が生じる可能性がある。このため、結合相の格子定数が上記の範囲である場合、より高温で焼結体の高い硬度を維持する効果と、焼結体の欠損を抑制する効果と、が期待される。   The binder phase preferably has a lattice constant of 3.65 ° or more and 4.0 ° or less. When the lattice constant of the binder phase is 3.65 ° or more, C forms a solid solution and generates strain, so that high hardness can be maintained at a higher temperature. If the lattice constant of the binder phase is greater than 4.0 °, the strain will increase, and cracks may occur in the binder phase, resulting in loss. For this reason, when the lattice constant of the binder phase is in the above range, an effect of maintaining the high hardness of the sintered body at a higher temperature and an effect of suppressing the loss of the sintered body are expected.

WCは、平均粒子径が0.1μm以上3μm以下であることが好ましい。平均粒子径が0.1μm以下である場合、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じる可能性がある。一方、平均粒子径が5μm以上である場合、焼結体の強度が低下して、欠損が生じやすくなる可能性がある。このため、WCの平均粒子径が上記の範囲である場合に、焼結体の欠損を抑制する効果が期待される。   The WC preferably has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 3 μm or less. When the average particle size is 0.1 μm or less, the toughness of the sintered body is reduced, and there is a possibility that defects may occur. On the other hand, when the average particle diameter is 5 μm or more, the strength of the sintered body is reduced, and there is a possibility that defects are easily generated. For this reason, when the average particle diameter of WC is in the above range, the effect of suppressing the loss of the sintered body is expected.

焼結体中の結合相の含有率が2質量%以上10質量%未満であることが好ましい。結合相の含有率が2質量%より少ない場合、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなる可能性がある。結合相の含有率が10質量%より多い場合、焼結体の高温硬度が低下しやすくなる可能性がある。このため、結合相の含有率が上記の範囲にある場合、焼結体の欠損を抑制する効果と、焼結体の高温硬度の低下を抑制する効果が期待される。   It is preferable that the content of the binder phase in the sintered body is 2% by mass or more and less than 10% by mass. When the content of the binder phase is less than 2% by mass, the toughness of the sintered body is reduced, and there is a possibility that defects are easily generated. When the content of the binder phase is more than 10% by mass, the high-temperature hardness of the sintered body may be easily reduced. Therefore, when the content of the binder phase is in the above range, an effect of suppressing the loss of the sintered body and an effect of suppressing a decrease in the high-temperature hardness of the sintered body are expected.

なお、焼結体が、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相(合金粉末)およびAlを含むこと、並びに、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相またはAlの体積含有率、WC(第1硬質相)の平均粒子径、Alの円相当径または粒子間距離、および、結合相の組成等は、次のようにして確認することができる。The sintered body contains a hard phase (first hard phase and second hard phase), a binder phase (alloy powder) and Al 2 O 3 , and a hard phase (first hard phase and second hard phase). ), The volume content of the binder phase or Al 2 O 3 , the average particle diameter of WC (first hard phase), the equivalent circle diameter of Al 2 O 3 or the distance between the particles, and the composition of the binder phase are as follows. Can be confirmed as follows.

まず、焼結体の任意の断面を含む試料を作製する。断面の作製には、集束イオンビーム装置、クロスセクションポリッシャ装置等を用いることができる。次に、加工された断面をSEM(Scanning Electron Microscope)にて10000倍で撮像して、10視野分の電子画像を得る。次に、付属のEPMA(Electron Probe Micro−Analysis)またはEDX(Energy Dispersive X−ray spectrometry)を用いて、各電子画像中の所定領域(12μm×9μm)について、元素マッピングを行う。   First, a sample including an arbitrary cross section of the sintered body is prepared. For producing the cross section, a focused ion beam device, a cross section polisher device, or the like can be used. Next, the processed cross section is imaged at a magnification of 10000 by SEM (Scanning Electron Microscope) to obtain an electronic image for 10 fields of view. Next, element mapping is performed on a predetermined area (12 μm × 9 μm) in each electronic image using an attached EPMA (Electron Probe Micro-Analysis) or EDX (Energy Dispersive X-ray spectrum).

得られた元素マッピングに基づいて、WCを含む領域を第1硬質相とし、WCを含まない領域であり、かつ第1金属(Ni,Co)および第2金属(Al,W)およびCを含む領域を結合相とし、AlおよびOを含む領域をAlとする。これにより、焼結体が硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相およびAlを含むことが確認される。また元素マッピングから、結合相の組成および焼結体における結合相の割合(体積%)が決定される。なお、焼結条件によっては、硬質相および結合相以外に、空孔が存在する場合がある。Based on the obtained elemental mapping, a region containing WC is a first hard phase, a region not containing WC, and containing a first metal (Ni, Co), a second metal (Al, W) and C. The region is a binder phase, and the region containing Al and O is Al 2 O 3 . This confirms that the sintered body contains the hard phase (the first hard phase and the second hard phase), the binder phase, and Al 2 O 3 . The composition of the binder phase and the ratio (volume%) of the binder phase in the sintered body are determined from the element mapping. Note that, depending on the sintering conditions, pores may be present in addition to the hard phase and the binder phase.

さらに画像解析ソフト(「Mac−View I」、株式会社マウンテック製)により、焼結体中に点在するAlの円相当径(粒子の面積と同一の面積を持つ仮想円の直径)の平均値とその標準偏差、またWCの平均粒子径が算出される。なお各値は、10視野にて分析された結果の平均値である。Further, using image analysis software (“Mac-View I”, manufactured by Mountech Co., Ltd.), the equivalent circle diameter of Al 2 O 3 scattered in the sintered body (diameter of a virtual circle having the same area as the particle area) And its standard deviation, and the average particle diameter of WC are calculated. In addition, each value is an average value of the results analyzed in 10 visual fields.

また硬質相(第1硬質相および第2硬質相)を構成する化合物の組成、および、WC(第1硬質相)および化合物の各割合(質量%)は、焼結体を粉砕し、ICP発光分光分析法により、粉砕物における各元素の含有割合を求め、これに基づいて各成分の組成比を試算することにより確認することができる。   The composition of the compounds constituting the hard phase (the first hard phase and the second hard phase), and the respective proportions (% by mass) of the WC (the first hard phase) and the compound are determined by pulverizing the sintered body, and illuminating the ICP. The content ratio of each element in the pulverized material can be determined by spectroscopic analysis, and the composition ratio of each component can be confirmed by trial calculation based on this.

なお、焼結体におけるWCの含有割合は比較的高く、このため、WC同士が隣接する領域が多く存在する。隣接するWC同士は、元素マッピングの結果とSEM画像から得られる反射電子像によって、区別することができる。反射電子像において、各WCの結晶方位の違いに起因した色の相違(濃淡)が観察されるためである。   The content ratio of WC in the sintered body is relatively high, and therefore, there are many regions where WCs are adjacent to each other. Adjacent WCs can be distinguished from each other by the result of element mapping and the backscattered electron image obtained from the SEM image. This is because in the backscattered electron image, a color difference (shade) due to a difference in crystal orientation of each WC is observed.

<焼結体の製造>
本開示の一実施形態においては、まず、第1金属(Co,Ni)および第2金属(Al,W)を原料として使用し、アトマイズ、アーク溶解、プラズマ処理などにより、結合相を作製する。
<Manufacture of sintered body>
In one embodiment of the present disclosure, first, a bonding phase is prepared by using a first metal (Co, Ni) and a second metal (Al, W) as raw materials, by atomizing, arc melting, plasma processing, or the like.

なお、結合相粉末を作製する際には、第1金属(Co,Ni)および第2金属(Al,W)以外に、V、Ti、Nb、Ta、B、Cなどを添加しても良い。   When preparing the binder phase powder, V, Ti, Nb, Ta, B, C, etc. may be added in addition to the first metal (Co, Ni) and the second metal (Al, W). .

得られた結合相は、例えばビーズミルやボールミル、ジェットミルなどによって粉砕されて、結合相粉末となる。結合相粉末の平均粒子径は、0.3〜3μmであることが好ましい。ビーズミル/ボールミルに用いるビーズ/ボールとしては、例えば粒径0.1〜3mmのアルミナ製、窒化ケイ素製、超硬合金製ビーズ/ボールが挙げられ、分散媒としては、例えばエタノールやアセトン、液体窒素が挙げられる。ビーズミル/ボールミルによる処理時間は、例えば30分〜200時間である。ビーズミル/ボールミルにより得られたスラリーは、例えば大気中で乾燥させる。時間をかけて粉砕し、かつ大気中で乾燥させることにより空気中の酸素が吸着し焼結時、吸着酸素と結合相中のAlが反応し、Alを析出させることができる。また、他の方法として、ジェットミルで粉砕する場合、粉砕ガス源として空気を用い、粉砕時間を長くとることによっても酸素が吸着した結合相粉末を得ることができる。後述するように、Al粉末を直接添加することによってもAlが分散した焼結体を得ることができるが、本手法のようにAlを析出させる方が、よりAlの粒径を微細にすることができ好ましい。The obtained binder phase is pulverized by, for example, a bead mill, a ball mill, a jet mill, or the like to obtain a binder phase powder. The average particle size of the binder phase powder is preferably 0.3 to 3 μm. Examples of the beads / balls used in the bead mill / ball mill include alumina / silicon nitride / hard metal alloy beads / balls having a particle size of 0.1 to 3 mm. Examples of the dispersion medium include ethanol, acetone, and liquid nitrogen. Is mentioned. The processing time by the bead mill / ball mill is, for example, 30 minutes to 200 hours. The slurry obtained by the bead mill / ball mill is dried, for example, in the atmosphere. By pulverizing over time and drying in the air, oxygen in the air is adsorbed, and at the time of sintering, the adsorbed oxygen reacts with Al in the binder phase to precipitate Al 2 O 3 . As another method, when pulverizing with a jet mill, a binder phase powder in which oxygen is adsorbed can also be obtained by using air as a pulverizing gas source and lengthening the pulverizing time. As described later, a sintered body in which Al 2 O 3 is dispersed can be obtained by directly adding Al 2 O 3 powder, but it is more preferable to precipitate Al 2 O 3 as in the present method. The particle diameter of Al 2 O 3 can be reduced, which is preferable.

次に、得られた結合相粉末を、別途準備したWC粉末、および、必要に応じて第2硬質相粉末と、アトライター、ボールミル、乳鉢等によって混合する。この時、結合相中に含まれるC量を考慮して、適切なCを添加する。   Next, the obtained binder phase powder is mixed with a separately prepared WC powder and, if necessary, a second hard phase powder using an attritor, a ball mill, a mortar or the like. At this time, appropriate C is added in consideration of the amount of C contained in the binder phase.

混合は、大気に開放した状態で行われる。これにより、混合物中に酸素が取り込まれる。焼結体(硬質材料)中にアルミナ(Al)を均一に分散させる目的で、酸素が十分かつ均一に混合物中に取り込まれるように、混合時間は、好ましくは6〜20時間である。Mixing is performed in a state open to the atmosphere. Thereby, oxygen is taken into the mixture. The mixing time is preferably 6 to 20 hours so that oxygen is sufficiently and uniformly incorporated into the mixture for the purpose of uniformly dispersing alumina (Al 2 O 3 ) in the sintered body (hard material). .

ボールミルに用いるボールとしては、例えばアルミナ製、窒化ケイ素製もしくは超硬合金製の直径3mmのボールが挙げられ、分散媒としては例えばエタノールやアセトン、液体窒素が挙げられる。処理時間は、例えば3〜20時間である。混合により得られたスラリーを、例えば大気中で乾燥させることにより混合粉末が得られる。混合の際、焼結体中に分散したAlとしてAl微粉末(0.01〜0.5μm)を添加しても良い。Examples of the ball used in the ball mill include a ball made of alumina, silicon nitride, or a cemented carbide having a diameter of 3 mm. Examples of the dispersion medium include ethanol, acetone, and liquid nitrogen. The processing time is, for example, 3 to 20 hours. The mixed powder is obtained by, for example, drying the slurry obtained by mixing in the atmosphere. Upon mixing, the Al 2 O 3 dispersed in the sintered body Al 2 O 3 may be added to the fine powder (0.01 to 0.5 [mu] m).

得られた混合粉末を、例えば、超硬合金製の金型(Taカプセルなど)に入れ、プレスすることにより加圧成形体を得る。プレスの圧力は好ましくは10MPa〜16GPaであり、例えば、100MPaである。次に、加圧成形体を真空中で焼結する。焼結の温度は好ましくは1000〜1800℃である。焼結時間は、例えば、1時間程度である。ここで、例えば、焼結時、400℃でのキープ時間を30分〜5時間にすることで、成形体に含まれるCを脱離させ、最終的に焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比(C/O比)が所望の値になるように制御する。これにより、第1硬質相(WC)と結合相とが緻密に焼結され、且つ微細Alが焼結体中に析出することで、高温での耐摩耗性が向上した焼結体を形成することができる。The obtained mixed powder is put into, for example, a mold (Ta capsule or the like) made of cemented carbide and pressed to obtain a press-formed body. The pressure of the press is preferably 10 MPa to 16 GPa, for example, 100 MPa. Next, the compact is sintered in a vacuum. The sintering temperature is preferably 1000-1800 ° C. The sintering time is, for example, about one hour. Here, for example, by keeping the sintering time at 400 ° C. for 30 minutes to 5 hours, C contained in the compact is desorbed, and finally the mass of C contained in the sintered body Is controlled so that the ratio of the mass of O to (C / O ratio) becomes a desired value. As a result, the first hard phase (WC) and the binder phase are densely sintered, and fine Al 2 O 3 is precipitated in the sintered body, thereby improving the wear resistance at high temperatures. Can be formed.

更に、焼結後の冷却速度を、例えば、2〜20℃/分にする。それにより、下式で表される化合物相が析出する。
(Co,Ni)(Al,W)
〔式中、(Co,Ni)は第1金属であり、(Al,W)は第2金属であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
その後、例えば、1400℃で1000atmの条件で1時間の熱間静水圧成形(HIP:Hot Isostatic Pressing)処理を行なうことにより、焼結体(合金)を得ることができる。
Further, the cooling rate after sintering is, for example, 2 to 20 ° C./min. Thereby, a compound phase represented by the following formula is precipitated.
(Co, Ni) x (Al , W) y C z
[Wherein (Co, Ni) is the first metal, (Al, W) is the second metal, and x, y and z are atomic weight ratios. ]
Thereafter, a sintered body (alloy) can be obtained by performing hot isostatic pressing (HIP) processing at 1400 ° C. and 1000 atm for 1 hour, for example.

なお、WCの平均粒子径は0.1〜10μmであることが好ましく、焼結体(硬質材料)中のWCの含有率は50〜99体積%であることが好ましい。このような粒径範囲と組成範囲である場合、得られる焼結体の硬度がより高くなることが期待されるからである。なお、WCの平均粒子径は、上述の元素マッピングおよび画像解析ソフトを用いた方法により測定することができる。   The average particle diameter of WC is preferably 0.1 to 10 μm, and the content of WC in the sintered body (hard material) is preferably 50 to 99% by volume. This is because if the particle size and the composition are in such ranges, the hardness of the obtained sintered body is expected to be higher. The average particle diameter of WC can be measured by the above-described method using element mapping and image analysis software.

また、本実施形態の焼結体は、不可避不純物(B、N、O等)を本開示の効果を損なわない範囲で含んでいてもよい。また、本実施形態の焼結体は、その組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常層を含んでいてもよい。   Further, the sintered body of the present embodiment may include unavoidable impurities (B, N, O, etc.) as long as the effects of the present disclosure are not impaired. Further, the sintered body of the present embodiment may include an abnormal layer called free carbon or η phase in its structure.

以下、実施例を挙げて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail with reference to examples, but the present disclosure is not limited thereto.

<実施例1〜50>
42.5Co−40Ni−10W−7.5Al(原子%)の組成で金属粉を混合し、アトマイズ法により、結合相を作製した。(実施例1〜50で使用した金属粉は全て同じである。)
得られた結合相を、粒径1μmの超硬ボールを用いてビーズミルにより粉砕した。得られたスラリーを大気中で乾燥させ、結合相粉末を得た。
<Examples 1 to 50>
A metal powder having a composition of 42.5Co-40Ni-10W-7.5Al (atomic%) was mixed, and a bonding phase was produced by an atomizing method. (All the metal powders used in Examples 1 to 50 are the same.)
The obtained binder phase was pulverized by a bead mill using a carbide ball having a particle diameter of 1 μm. The obtained slurry was dried in the air to obtain a binder phase powder.

得られた結合相粉末と、表1および表2に記載された組成の硬質粒子(第1硬質相および第2硬質相)およびカーボン粉末とを、直径3.5mmの超硬合金製のボールとエタノールと共に、大気開放型のアトライターに投入し混合した。アトライターの混合時間は、表1および表2に記載のとおりである。得られたスラリーを大気中で乾燥させ、混合粉末を得た。   The obtained binder phase powder, hard particles (first hard phase and second hard phase) having the compositions shown in Tables 1 and 2, and carbon powder were mixed with a cemented carbide ball having a diameter of 3.5 mm. Along with ethanol, the mixture was charged into an open-air attritor and mixed. The mixing time of the attritor is as shown in Tables 1 and 2. The obtained slurry was dried in the air to obtain a mixed powder.

混合粉末を超硬合金製の金型に充填して、100MPaの圧力でプレスすることにより、加圧成形体を得た。   The mixed powder was filled in a cemented carbide mold and pressed at a pressure of 100 MPa to obtain a pressed compact.

この加圧成形体を表1および表2に記載の焼結条件で、1450℃で1時間焼結した。この時、水素雰囲気で400℃のキープ時間を表1および表2のように設定することで、成形体に含まれるCを脱離させ、最終的に焼結体に含まれるC/O比を表3および表4になるようにコントロールした。更に、冷却速度を表1および表2に記載のように調整した。それにより、(Co、Ni)(Al、W)で表される化合物相が析出した。The compact was sintered at 1450 ° C. for 1 hour under the sintering conditions shown in Tables 1 and 2. At this time, by setting the keeping time at 400 ° C. in a hydrogen atmosphere as shown in Tables 1 and 2, C contained in the compact was desorbed, and finally the C / O ratio contained in the sintered compact was reduced. It controlled so that it might become Table 3 and Table 4. Further, the cooling rate was adjusted as described in Tables 1 and 2. Thereby, (Co, Ni) x ( Al, W) y compound phase represented by C z precipitated.

その後、1400℃で1000atmの条件で1時間の熱間静水圧成形(HIP:Hot Isostatic Pressing)処理を行なうことにより、焼結体(硬質材料)を得た。   Thereafter, a sintered body (hard material) was obtained by performing hot isostatic pressing (HIP) at 1400 ° C. and 1000 atm for 1 hour.

<比較例1>
アトライターによる混合時に、密閉式のアトライターを用いることで、混合物の酸化を抑制させた。また、その混合後に得られたスラリーは、窒素雰囲気中で乾燥させた。また、焼結条件は、真空で、1450℃、1時間とした。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は実施例と同様にして、焼結体を得た。
<Comparative Example 1>
At the time of mixing by the attritor, the oxidation of the mixture was suppressed by using a closed attritor. The slurry obtained after the mixing was dried in a nitrogen atmosphere. The sintering was performed at 1450 ° C. for 1 hour under vacuum. The mixing ratio of the binder phase and the conditions for preparation were as shown in Table 2. Except for this, a sintered body was obtained in the same manner as in the example.

<比較例2〜3>
焼結条件は真空で1450℃1時間焼結した。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は実施例と同様にして、焼結体を得た。
<Comparative Examples 2-3>
The sintering was performed at 1450 ° C. for 1 hour in a vacuum. The mixing ratio of the binder phase and the conditions for preparation were as shown in Table 2. Except for this, a sintered body was obtained in the same manner as in the example.

<比較例4>
42.5Co−40Ni−10W−7.5Al(原子%)の金属粉の代わりに、粒子径が1.2μmの金属Co粉を用いた。また、結合相の配合比および作成の条件は、表2に示すとおりとした。それ以外の点は、比較例1と同様にして、焼結体を得た。
<Comparative Example 4>
Instead of the metal powder of 42.5Co-40Ni-10W-7.5Al (atomic%), a metal Co powder having a particle diameter of 1.2 μm was used. The mixing ratio of the binder phase and the conditions for preparation were as shown in Table 2. Otherwise, a sintered body was obtained in the same manner as in Comparative Example 1.

(切削工具の作製)
上記の各実施例および各比較例で得られた焼結体(硬質材料)を、ワイヤー放電加工により切断して仕上げ加工し、先端ノーズR0.8mmの切削工具を作製した。
(Production of cutting tools)
The sintered body (hard material) obtained in each of the above Examples and Comparative Examples was cut by wire electric discharge machining and finished to produce a cutting tool having a tip nose R of 0.8 mm.

Figure 2018198719
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Figure 2018198719
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<切削工具の評価>
上記で作製した各実施例および各比較例の切削工具のそれぞれについて、下記の切削条件でインコネル(登録商標)718(商品名、インコネル社製)を被削材としてNC旋盤で切削試験を行い、0.2km切削後の切削工具の逃げ面の摩耗量(μm)と境界摩耗量(μm)を測定した(図1参照)。
切削速度:50m/分
切り込み量:0.2mm
送り量:0.1mm/rev
切削油:あり
<Evaluation of cutting tools>
For each of the cutting tools of each of the examples and comparative examples prepared above, a cutting test was performed on an NC lathe using Inconel (registered trademark) 718 (trade name, manufactured by Inconel) under the following cutting conditions. The wear amount (μm) and the boundary wear amount (μm) of the flank of the cutting tool after 0.2 km cutting were measured (see FIG. 1).
Cutting speed: 50m / min Cutting depth: 0.2mm
Feed amount: 0.1mm / rev
Cutting oil: Yes

<焼結体の物性評価>
焼結体が、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相(合金粉末)およびAlを含むこと、並びに、硬質相(第1硬質相および第2硬質相)、結合相またはAlの体積含有率、および、結合相の組成等は、上述の実施形態で説明した方法と同様にして測定された。
<Evaluation of physical properties of sintered body>
The sintered body contains a hard phase (first hard phase and second hard phase), a binder phase (alloy powder) and Al 2 O 3 , and a hard phase (first hard phase and second hard phase); The volume content of the binder phase or Al 2 O 3 , the composition of the binder phase, and the like were measured in the same manner as in the method described in the above embodiment.

焼結体中の酸素量およびC量は、焼結体を粉砕し、ICP発光分光分析法により測定された。   The amount of oxygen and the amount of C in the sintered body were measured by crushing the sintered body and ICP emission spectroscopy.

結合相の格子定数は、TEM観察の制限視野におけるEDS分析および電子線回折像により特定した。なお、TEMとして、JEM−2100F/Cs(日本電子(株)製)を用いた。Csコレクタとして、CESCOR(CEOS社製)を用いた。EDS機として、JED2300 Series ドライSD60GV検出器(日本電子(株)製)を用いた。TEM観察条件は、加速電圧:200kV、プローブサイズ:0.13nmとした。   The lattice constant of the binder phase was specified by EDS analysis and an electron diffraction image in a restricted area of TEM observation. Note that JEM-2100F / Cs (manufactured by JEOL Ltd.) was used as the TEM. CESCOR (manufactured by CEOS) was used as a Cs collector. As an EDS machine, a JED2300 Series dry SD60GV detector (manufactured by JEOL Ltd.) was used. The TEM observation conditions were as follows: acceleration voltage: 200 kV, probe size: 0.13 nm.

Figure 2018198719
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※1 境界摩耗は、強度低下や欠損、粒子脱落により摩耗が大になる部分。   * 1 Boundary wear is a part where the wear increases due to a decrease in strength, chipping, or falling off of particles.

Figure 2018198719
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※2 刃先が欠損していたため測定不可。
※3 刃先が欠損していたため測定不可。
※4 刃先が欠損していたため測定不可。
※5 0.1km切削した時点で刃先が欠損していたため、試験を中止した。
* 2 Cannot be measured because the cutting edge is missing.
* 3 Measurement is not possible because the cutting edge is missing.
* 4 Cannot be measured because the cutting edge is missing.
* 5 The test was stopped because the cutting edge was defective at the time of cutting 0.1 km.

表3および表4に示される結果から、本開示の切削工具である実施例1〜50は、高温での耐摩耗性が向上していることが分かる。   From the results shown in Tables 3 and 4, it can be seen that the cutting tools of Examples 1 to 50 of the present disclosure have improved wear resistance at high temperatures.

実施例1〜10の結果から、結合相が、式:
(Co,Ni)(Al,W)
〔式中、(Co,Ni)は第1金属であり、(Al,W)は第2金属であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
で表される化合物相を含んでいる場合において、xは73原子%以上95原子%以下であり、yは4原子%以上25原子%以下であり、zは0.3原子%以上15原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性がより向上していることが分かる。また、xは75原子%以上93原子%以下であり、yは5原子%以上20原子%以下であり、zは0.5原子%以上10原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性がさらに向上していることが分かる。また、xは80原子%以上90原子%以下、yは6原子%以上15原子%以下、zは1原子%以上5原子%以下であるときに、高温での耐摩耗性が最も向上していることが分かる。
From the results of Examples 1 to 10, the binder phase is represented by the formula:
(Co, Ni) x (Al , W) y C z
[Wherein (Co, Ni) is the first metal, (Al, W) is the second metal, and x, y and z are atomic weight ratios. ]
In the case of containing the compound phase represented by the formula, x is 73 atom% to 95 atom%, y is 4 atom% to 25 atom%, and z is 0.3 atom% to 15 atom%. It can be seen that the abrasion resistance at a high temperature is further improved when: When x is 75 atomic% or more and 93 atomic% or less, y is 5 atomic% or more and 20 atomic% or less, and z is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, the wear resistance at a high temperature is high. It can be seen that the properties are further improved. Further, when x is 80 atomic% or more and 90 atomic% or less, y is 6 atomic% or more and 15 atomic% or less, and z is 1 atomic% or more and 5 atomic% or less, the wear resistance at a high temperature is most improved. You can see that there is.

実施例11および12の結果から、焼結体が、第2硬質相を含んでいる場合でも、第1硬質相が第2硬質相より体積比率が大きい場合は、高温での耐摩耗性が向上することが分かる。実施例50の結果から、第2硬質相を含んでいる方が、第2硬質相を含んでいない場合より高温での耐摩耗性が向上することが分かる。   From the results of Examples 11 and 12, even when the sintered body contains the second hard phase, when the first hard phase has a larger volume ratio than the second hard phase, the wear resistance at high temperatures is improved. You can see that From the results of Example 50, it can be seen that the case where the second hard phase is included has higher wear resistance at high temperatures than the case where the second hard phase is not included.

実施例13および14の結果から、焼結体中のAlの含有率が少なすぎると、高温での耐摩耗性の向上効果が得られない可能性があると考えられる。一方、実施例48および49の結果から、焼結体中のAlの含有率が多すぎると、焼結体の強度が低下して、欠損が生じやすくなると考えられる。From the results of Examples 13 and 14, it is considered that if the content of Al 2 O 3 in the sintered body is too small, the effect of improving the wear resistance at high temperatures may not be obtained. On the other hand, from the results of Examples 48 and 49, it is considered that if the content of Al 2 O 3 in the sintered body is too large, the strength of the sintered body is reduced and defects are likely to occur.

実施例15〜17の結果から、Alが微細であることにより、更に焼結体の硬度が向上する効果が期待されるが、一方で、Alが微細すぎると、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなると考えられる。一方、実施例43〜47の結果から、Alの径が大きすぎると、焼結体の強度が低下して欠損が生じやすくなると考えられる。From the results of Examples 15 to 17, by Al 2 O 3 is fine, the effect to further improve the hardness of the sintered body is expected, on the other hand, when the Al 2 O 3 is too fine, sintered It is considered that the toughness of the body is reduced and defects are likely to occur. On the other hand, from the results of Examples 43 to 47, it is considered that if the diameter of Al 2 O 3 is too large, the strength of the sintered body is reduced and defects are likely to occur.

実施例18および19の結果から、焼結体中に含まれるAlの粒子間距離が小さすぎると、結合相の分散度合が偏り、欠損が生じやすくなると考えられる。一方、実施例41および42の結果から、焼結体中に含まれるAlの粒子間距離が大きすぎると、焼結体の強度が低下し、欠損が生じやすくなると考えられる。From the results of Examples 18 and 19, it is considered that if the interparticle distance of Al 2 O 3 contained in the sintered body is too small, the degree of dispersion of the binder phase is biased and defects are likely to occur. On the other hand, from the results of Examples 41 and 42, it is considered that if the distance between the particles of Al 2 O 3 contained in the sintered body is too large, the strength of the sintered body is reduced and defects are likely to occur.

実施例20および21の結果、並びに、実施例22および23の結果から、焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比(O/C比)が小さ過ぎる場合、焼結体中の酸素の含有量(合金酸素量)が少な過ぎる場合は、Alが少ないため、高温での耐摩耗性が低下すると考えられる。一方、実施例37および38の結果、並びに、実施例39および40の結果から、焼結体中の酸素の含有量(合金酸素量)が多すぎる場合、および、焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比(O/C比)が大きすぎる場合は、Alが凝集し、欠損が生じやすくなると考えられる。From the results of Examples 20 and 21 and the results of Examples 22 and 23, when the ratio of the mass of O to the mass of C contained in the sintered body (O / C ratio) is too small, If the oxygen content (alloy oxygen content) of the alloy is too small, it is considered that the wear resistance at high temperatures is reduced due to the small amount of Al 2 O 3 . On the other hand, from the results of Examples 37 and 38, and the results of Examples 39 and 40, when the oxygen content (alloy oxygen content) in the sintered body is too large, When the ratio of the mass of O to the mass of O (O / C ratio) is too large, it is considered that Al 2 O 3 aggregates and defects are likely to occur.

実施例24および25の結果から、結合相の格子定数が小さいと高温での耐摩耗性が低下すると考えられる。一方、実施例35および36の結果から、結合相の格子定数が大きすぎると、Cの固溶による歪が大きくなり、結合相内に亀裂が生じて欠損が生じやすくなると考えられる。   From the results of Examples 24 and 25, it is considered that when the lattice constant of the binder phase is small, the abrasion resistance at high temperatures is reduced. On the other hand, from the results of Examples 35 and 36, it is considered that if the lattice constant of the binder phase is too large, the strain due to the solid solution of C increases, and cracks are generated in the binder phase to easily cause defects.

実施例26および27の結果から、WCの平均粒子径が小さいと、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなると考えられる。一方、実施例33および34の結果から、WCの平均粒子径が大きすぎると、焼結体の強度が低下して、欠損が生じやすくなると考えられる。   From the results of Examples 26 and 27, it is considered that, when the average particle diameter of WC is small, the toughness of the sintered body is reduced, and defects are likely to occur. On the other hand, from the results of Examples 33 and 34, it is considered that if the average particle diameter of WC is too large, the strength of the sintered body is reduced and defects are likely to occur.

実施例28〜32の結果から、結合相の含有率が少なすぎると、焼結体の靱性が低下して、欠損が生じやすくなり、一方で、結合相の含有率が多すぎると、焼結体の高温硬度が低下しやすくなると考えられる。   From the results of Examples 28 to 32, if the content of the binder phase is too small, the toughness of the sintered body is reduced and defects are easily caused. On the other hand, if the content of the binder phase is too large, It is considered that the high-temperature hardness of the body tends to decrease.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present disclosure is defined by the terms of the claims, rather than the embodiments described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Claims (16)

第1硬質相、結合相およびAlを含む焼結体を含む切削工具であって、
前記第1硬質相はWCからなり、
前記結合相は、主成分としてCoおよびNiから選択される少なくとも1種からなる第1金属を含み、さらに、AlおよびWから選択される少なくとも1種からなる第2金属と、Cと、を含み、
前記Alは、前記焼結体中に分散している、切削工具。
A cutting tool including a sintered body including a first hard phase, a binder phase, and Al 2 O 3 ,
The first hard phase comprises WC;
The binder phase includes, as main components, a first metal composed of at least one selected from Co and Ni, and further includes a second metal composed of at least one selected from Al and W, and C. ,
The cutting tool, wherein the Al 2 O 3 is dispersed in the sintered body.
前記結合相は、下記式で表される化合物相を含む、請求項1に記載の切削工具。
(Co,Ni)(Al,W)
〔式中、(Co,Ni)はCoおよびNiから選択される少なくとも1種であり、(Al,W)はAlおよびWから選択される少なくとも1種であり、x、yおよびzは原子量比率である。〕
The cutting tool according to claim 1, wherein the binder phase includes a compound phase represented by the following formula.
(Co, Ni) x (Al , W) y C z
[Wherein (Co, Ni) is at least one selected from Co and Ni, (Al, W) is at least one selected from Al and W, and x, y and z are atomic weight ratios. It is. ]
前記xは0.73以上0.95以下であり、前記yは0.04以上0.25以下であり、前記zは0.003以上0.15以下である、請求項2に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 2, wherein the x is 0.73 or more and 0.95 or less, the y is 0.04 or more and 0.25 or less, and the z is 0.003 or more and 0.15 or less. . 前記xは0.75以上0.93以下であり、前記yは0.05以上0.2以下であり、前記zは0.005以上0.1以下である、請求項3に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 3, wherein the x is 0.75 or more and 0.93 or less, the y is 0.05 or more and 0.2 or less, and the z is 0.005 or more and 0.1 or less. . 前記xは0.8以上0.9以下、前記yは0.06以上0.15以下、前記zは0.01以上0.05以下である、請求項4に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 4, wherein the x is 0.8 or more and 0.9 or less, the y is 0.06 or more and 0.15 or less, and the z is 0.01 or more and 0.05 or less. 前記焼結体は、さらに第2硬質相を含み、
前記第2硬質相は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群より選ばれる1種以上の金属と、窒素、炭素、硼素および酸素からなる群より選ばれる1種以上の元素と、からなる化合物、または、該化合物の固溶体(ただし、WCを除く)からなり、
前記第1硬質相は、前記第2硬質相より体積比率が大きい、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の切削工具。
The sintered body further includes a second hard phase,
The second hard phase is at least one metal selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W, and at least one metal selected from the group consisting of nitrogen, carbon, boron and oxygen. A compound consisting of the above elements and a solid solution of the compound (excluding WC),
The cutting tool according to any one of claims 1 to 5, wherein the first hard phase has a larger volume ratio than the second hard phase.
前記Alは、前記焼結体中に1体積%以上15体積%以下含まれる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の切削工具。The cutting tool according to claim 1, wherein the Al 2 O 3 is contained in the sintered body in an amount of 1% by volume or more and 15% by volume or less. 前記Alは、円相当径の平均値が0.1μm以上2μm以下であり、かつその標準偏差が0.05μm以上0.25μm以下である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の切削工具。8. The method according to claim 1, wherein the Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.1 μm or more and 2 μm or less and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.25 μm or less. 9. Cutting tool according to the item. 前記Alは、円相当径の平均値が0.2μm以上1μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.15μm以下である、請求項8に記載の切削工具。The cutting tool according to claim 8, wherein the Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.2 μm or more and 1 μm or less, and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.15 μm or less. 前記Alは、円相当径の平均値が0.3μm以上0.5μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.05μm以上0.1μm以下である、請求項9に記載の切削工具。The cutting tool according to claim 9, wherein the Al 2 O 3 has an average circle equivalent diameter of 0.3 μm or more and 0.5 μm or less and a standard deviation of 0.05 μm or more and 0.1 μm or less. . 前記Alは、粒子間距離の平均値が1μm以上3μm以下であり、かつ、その標準偏差が0.5μm以上1.5μm以下である、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の切削工具。11. The Al 2 O 3 according to claim 1, wherein an average value of a distance between particles is 1 μm or more and 3 μm or less, and a standard deviation thereof is 0.5 μm or more and 1.5 μm or less. 12. The cutting tool according to 1. 前記焼結体中に含まれるCの質量に対するOの質量の比が0.015以上0.061以下である、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 11, wherein a ratio of a mass of O to a mass of C contained in the sintered body is 0.015 or more and 0.061 or less. 前記焼結体中の酸素の含有量が0.1質量%以上0.4質量%以下である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 12, wherein the content of oxygen in the sintered body is 0.1% by mass or more and 0.4% by mass or less. 前記結合相は、格子定数が3.65Å以上4.0Å以下である、請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 13, wherein the bonding phase has a lattice constant of 3.65 ° or more and 4.0 ° or less. 前記WCは、平均粒子径が0.1μm以上3μm以下である、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 14, wherein the WC has an average particle size of 0.1 µm or more and 3 µm or less. 前記焼結体中の前記結合相の含有率が2質量%以上10質量%未満である、請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の切削工具。   The cutting tool according to any one of claims 1 to 15, wherein the content of the binder phase in the sintered body is 2% by mass or more and less than 10% by mass.
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