KR20190072497A - 초경 합금 및 절삭 공구 - Google Patents
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Abstract
탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상과 Co를 포함하는 결합상을 갖는 초경 합금으로서, 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의, 100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 WC/WC 계면으로 규정하고, 상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에, 비율(Nt/Na)이 0.9 이상인, 초경 합금.
Description
본 발명은 초경 합금 및 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2017년 12월 11일에 출원한 일본 특허 출원인 특허 출원 제2017-236855호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
종래부터 탄화텅스텐(WC)을 주성분으로 하는 경질상과, 철족 원소를 주성분으로 하는 결합상을 구비하는 초경 합금이 절삭 공구의 소재에 이용되고 있다. 절삭 공구에 요구되는 특성에는 강도(예컨대, 항절력), 인성(예컨대, 파괴 인성), 경도(예컨대, 비커스 경도), 내소성 변형성, 내마모성 등이 있다.
예컨대, 일본 특허 공개 제2004-256852호 공보(특허문헌 1)에 기재되는 초경 합금에서는, 결합상 중에 크롬을 함유시키며, 이 결합상 중의 크롬 농도를 탄화텅스텐 입자와의 계면을 향하여 점차 증가하는 조직으로 함으로써, 경도 및 강도의 향상을 도모하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2005-068515호 공보(특허문헌 2)에 기재되는 미립 초경 합금에서는, 주로 Co로 이루어지는 결합상과 주로 WC로 이루어지는 경질 분산상의 계면 근방 및 경질 분산상 사이의 계면 근방에 Ta를 농화시킴으로써, 인성의 향상을 도모하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2017-088917호 공보(특허문헌 3)에 기재된 초경 합금에서는, 그 표면부에 TiC 및 TaC 등의 화합물(그 고용체도 포함함)인 β상이 존재하지 않고, 실질적으로 탄화텅스텐 입자와 결합상(철족 금속)으로 이루어지는 층을 형성함으로써, 내결손성의 향상을 도모하고 있다.
본 개시에 따른 초경 합금은,
탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상과, Co를 포함하는 결합상을 갖는 초경 합금으로서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의,
100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 WC/WC 계면으로 규정하고,
상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에,
비율(Nt/Na)이 0.9 이상이다.
본 개시에 따른 절삭 공구는 상기 본 개시에 따른 초경 합금을 기재로서 포함한다.
도 1은 본 실시형태에 관하는 초경 합금의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2a는 WC/WC 계면에 있어서의 선분석의 방법을 설명하는 모식도이다.
도 2b는 WC/WC 계면에 있어서의 선분석의 결과를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 2a는 WC/WC 계면에 있어서의 선분석의 방법을 설명하는 모식도이다.
도 2b는 WC/WC 계면에 있어서의 선분석의 결과를 나타내는 그래프의 일례이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
최근, 절삭 가공에 있어서 피삭재의 난삭화(難削化)가 진행되어, 가공 형상도 보다 복잡화되는 등, 절삭 공구의 사용 조건이 과혹해지고 있다. 이 때문에, 절삭 공구의 기재로서 이용되는 초경 합금에 대해서도 여러 가지의 특성의 향상이 요구되고 있다. 특히 높은 인성을 구비하는 초경 합금이 요구되고 있다.
그래서, 본 개시는 인성이 우수한 초경 합금을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 개시는 인성이 우수한 절삭 공구를 제공하는 것을 별도의 목적의 하나로 한다.
[본 개시의 효과]
상기 초경 합금 및 상기 절삭 공구는 인성이 우수하다.
[본 발명의 실시형태의 설명]
먼저 본 개시의 일양태의 내용을 열기하여 설명한다.
[1] 본 개시의 일양태에 따른 초경 합금은,
탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상과, Co를 포함하는 결합상을 갖는 초경 합금으로서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의,
100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 WC/WC 계면으로 규정하고,
상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에,
비율(Nt/Na)이 0.9 이상이다.
상기 초경 합금은 WC/WC 계면의 총수에 대하여, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수가 미리 정해진 비율로 존재함으로써, 인성이 우수하여, 열적 충격에 의한 균열이 억제된다. 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면에서는, WC/WC 계면을 구성하는 탄화텅스텐 입자끼리의 접착 강도가 높아져 있다고 생각된다. 즉, 상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에, 비율(Nt/Na)이 0.9 이상임으로써, 초경 합금 전체로서 탄화텅스텐 입자끼리의 접착 강도가 높아진다. 그 결과, 상기 초경 합금은 인성이 향상되어 열적 충격에 의한 균열에 대한 내성도 향상된다고 추측된다.
[2] 상기 비율(Nt/Na)은 0.94 이상이다. 이와 같이 규정함으로써, 더욱 인성이 우수한 초경 합금이 된다.
[3] 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 0.5 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 초경 합금을 절삭 공구의 재료로서 이용한 경우, 절삭 공구로서의 경도 및 인성의 밸런스를 확보할 수 있다.
[4] 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여,
상기 제1 경질상의 면적 비율은 70％∼95％이고,
상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 5％∼30％이고,
상기 제1 경질상의 면적 비율 및 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합은 100％이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 초경 합금을 절삭 공구의 재료로서 이용한 경우, 절삭 공구로서의 경도 및 인성의 밸런스를 확보할 수 있다.
[5] 상기 초경 합금은 텅스텐과, 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소와, C, N, O 및 B에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 화합물로 이루어지는 제2 경질상을 가지며,
상기 제2 경질상에 있어서의, 상기 텅스텐 및 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 총량에 대한, 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 질량 비율이 20 질량％ 이상 100 질량％ 미만이다. 이와 같이 규정함으로써 상기 초경 합금은, 초경 합금의 경도를 유지하면서, 열적 충격 또는 기계적 충격에 의한 균열의 발생을 억제하여 또한 내산화성 및 피삭재와의 내반응성을 향상시킬 수 있다.
[6] 상기 제2 경질상은 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소로서, 적어도 Cr을 포함한다. 이와 같이 규정함으로써 상기 초경 합금은 초경 합금의 강도가 더 향상되어, 열적 충격 또는 기계적 충격에 의한 균열의 발생을 억제할 수 있다.
[7] 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여,
상기 제1 경질상의 면적 비율 및 상기 제2 경질상의 면적 비율의 합은 70％∼95％이고,
상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 5％∼30％이고,
상기 제1 경질상의 면적 비율, 상기 제2 경질상의 면적 비율 및 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합은 100％이다. 이와 같이 규정함으로써, 상기 초경 합금을 절삭 공구의 재료로서 이용한 경우, 상기 초경 합금은 절삭 공구로서의 경도 및 인성의 밸런스를 확보할 수 있다.
[8] 본 개시의 일양태에 따른 절삭 공구는 상기 [1]∼[7] 중 어느 하나에 기재된 초경 합금을 기재로서 포함한다. 상기 절삭 공구는 인성이 우수한 초경 합금을 기재에 구비함으로써, 보다 엄격한 절삭 조건에 대응한 가공 또는 장수명화 등을 실현할 수 있다.
[9] 상기 절삭 공구는 상기 기재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 경질막을 더 구비한다. 기재의 표면에 경질막을 구비함으로써, 절삭 공구의 내마모성 등을 개선할 수 있다. 따라서, 상기 절삭 공구는 더욱 엄격한 절삭 조건에의 대응 또는 추가적인 장수명화 등을 실현할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
본 발명의 실시형태의 상세를 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니다. 여기서, 본 명세서에 있어서 「A∼B」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에 있어서 단위의 기재가 없고, B에 있어서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예컨대 「TiC」 등과 같이, 구성 원소의 비가 한정되어 있지 않은 조성식(화학식)에 의해 화합물을 나타낸 경우에는, 그 조성식(화학식)은 종래 공지의 모든 조성(원소비)을 포함하는 것으로 한다. 이때 조성식(화학식)은 화학 양론 조성뿐만 아니라, 비화학 양론 조성도 포함하는 것으로 한다. 예컨대 「TiC」의 조성식(화학식)에는 화학 양론 조성 「Ti1C1」뿐만 아니라, 예컨대 「Ti1C0.8」과 같은 비화학 양론 조성도 포함된다. 이것은 「TiC」 이외의 화합물의 기재에 대해서도 동일하다.
〔초경 합금〕
본 실시형태의 초경 합금은,
탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상과 Co를 포함하는 결합상을 갖는 초경 합금으로서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의,
100 ㎚ 이상의 대향면 길이를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 WC/WC 계면과 규정하고,
상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에,
비율(Nt/Na)이 0.9 이상이다.
≪제1 경질상≫
제1 경질상은 탄화텅스텐(이하, 「WC」라고 표기하는 경우가 있음) 입자로 이루어진다. 여기서, 탄화텅스텐에는 「순수한 WC(불순물 원소가 일체 함유되지 않은 WC, 불순물 원소가 검출 한계 미만이 되는 WC도 포함함)」뿐만 아니라, 「본원 발명의 효과를 손상시키지 않는 한에 있어서, 그 내부에 다른 불순물 원소가 의도적 또는 불가피하게 함유되는 WC」도 포함된다. 탄화텅스텐에 함유되는 불순물의 농도(불순물을 구성하는 원소가 2종류 이상인 경우는, 이들의 합계 농도)는 상기 탄화텅스텐 및 상기 불순물의 총량에 대하여 5 질량％ 이하이다.
(탄화텅스텐 입자의 평균 입경)
초경 합금 중에 있어서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 0.5 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1.0 ㎛ 이상 4.8 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 초경 합금 중에 있어서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 0.5 ㎛ 이상임으로써, 인성이 높아, 기계적인 충격 및 열적인 충격에 의한 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다. 또한, 내균열 전파성이 향상됨으로써, 균열의 전파가 억제되어, 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다. 한편, 상기 평균 입경은 5.0 ㎛ 이하임으로써, 경도가 높아, 절삭 시의 변형이 억제되기 때문에, 마모 또는 결손을 억제할 수 있다.
여기서 초경 합금 중에 있어서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면을 경면 가공하고, 그 가공면을 현미경으로 촬영하고, 그 촬영 화상을 화상 해석함으로써 구해진다. 구체적으로는 촬영 화상으로부터, 개개의 탄화텅스텐 입자의 입경(Heywood 직경: 등면적 원상당 직경)을 산출하여, 그 평균값을 탄화텅스텐 입자의 평균 입경으로 한다. 측정하는 탄화텅스텐 입자의 수는 적어도 100개 이상으로 하고, 더욱 200개 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 초경 합금에 있어서, 복수의 시야로 상기 화상 해석을 행하여, 그 평균값을 탄화텅스텐 입자의 평균 입경으로 하는 것이 바람직하다. 화상 해석을 행하는 시야의 수는 5시야 이상인 것이 바람직하고, 7시야 이상인 것이 보다 바람직하고, 10시야 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20시야 이상인 것이 더욱 보다 바람직하다. 하나의 시야는 예컨대 세로 20 ㎛×폭 20 ㎛의 정방형이어도 좋다.
경면 가공의 방법으로서는 예컨대, 다이아몬드 페이스트로 연마하는 방법, 집속 이온 빔 장치(FIB 장치)를 이용하는 방법, 크로스 섹션 폴리셔 장치(CP 장치)를 이용하는 방법 및 이들을 조합한 방법 등을 들 수 있다. 가공면을 금속 현미경으로 촬영하는 경우에는, 가공면을 무라카미 시약(Murakami's reagent)으로 에칭하는 것이 바람직하다. 현미경의 종류로서는, 금속 현미경, 주사형 전자 현미경(SEM) 등을 들 수 있다. 현미경으로 촬영한 촬영 화상을 컴퓨터에 취입하고, 화상 해석 소프트웨어를 이용하여 해석하여, 평균 입경 등의 각종 정보를 취득한다. 이때, 제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자, 후술하는 Co를 포함하는 결합상 및 후술하는 제2 경질상의 각각은, 색의 농담으로 상기 촬영 화상으로부터 식별할 수 있다. 화상 해석 소프트웨어로서는, 화상 해석 식입도 분포 소프트웨어(가부시키가이샤 마운텍사 제조 「Mac-View」)를 적합하게 이용할 수 있다.
(제1 경질상의 면적 비율)
본 실시형태에 따른 초경 합금은 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여, 상기 제1 경질상의 면적 비율이 70％∼95％인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 경질상의 면적 비율 및 후술하는 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합이 100％이다. 상기 제1 경질상의 면적 비율은 예컨대, 전술한 탄화텅스텐 입자의 평균 입경을 구할 때와 마찬가지로, 초경 합금의 임의의 가공면을 현미경으로 촬영하고, 그 촬영 화상을 화상 해석함으로써 구해진다. 즉, 미리 정해진 시야 중의 탄화텅스텐 입자를 특정하여, 화상 처리에 의해 특정된 탄화텅스텐 입자의 면적의 합을 산출하고, 이것을 시야의 면적으로 나눔으로써 산출하는 것이 가능하다. 또한, 동일 초경 합금에 있어서, 복수의 시야(예컨대, 5시야 이상)로 상기 화상 해석을 행하고, 그 평균값을 제1 경질상의 면적 비율로 하는 것이 바람직하다. 상기 화상 처리에는 화상 해석식 입도 분포 소프트웨어(가부시키가이샤 마운텍사 제조 「Mac-View」)를 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 「미리 정해진 시야」는 전술한 탄화텅스텐 입자의 평균 입경을 구할 때의 시야와 동일하여도 좋다.
≪결합상≫
결합상은 제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자끼리, 후술하는 제2 경질상을 구성하는 화합물끼리, 또는 제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자와 제2 경질상을 구성하는 화합물을 결합시키는 상이다. 결합상은 코발트(Co)를 포함한다.
여기서, 「결합상은 코발트(Co)를 포함한다」란, 결합상의 주성분이 Co인 것을 의미한다. 「결합상의 주성분이 Co」란, Co를 포함하는 결합상의 조성, 즉 「Co를 포함하는 결합상」에 대한 「『Co를 포함하는 결합상』 중에 포함되는 Co」의 질량 비율이 50 질량％ 이상 100 질량％ 이하인 것을 의미한다.
「Co를 포함하는 결합상」에 대한 「『Co를 포함하는 결합상』 중에 포함되는 Co」의 질량 비율은 SEM-EDS에 의해 측정할 수 있다.
(Co를 포함하는 결합상의 면적 비율)
본 실시형태에 따른 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여, 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 5％∼30％인 것이 바람직하다. 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율을 전술의 범위로 하고, 또한 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역(WC/WC 계면)의 수의 비율을 증대시킴으로써, 초경 합금에 차지하는 제1 경질상(결합상보다 고경도의 상)의 체적 비율을 상승시켜 초경 합금 전체로서의 경도를 높게 하고, 또한, 제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자 사이의 결합 강도가 높은 부분을 많게 하여 탄화텅스텐 입자 사이의 계면으로부터의 균열 발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, 더욱 인성이 우수한 초경 합금이 된다.
또한, Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 제1 경질상의 면적 비율의 측정과 같이 미리 정해진 시야 중의 「Co를 포함하는 결합상」을 특정하여, 그 「Co를 포함하는 결합상」의 면적의 합을 산출하고, 이것을 미리 정해진 시야의 면적으로 나눔으로써 산출하는 것이 가능하다. 또한, 동일 초경 합금에 있어서, 복수의 시야(예컨대, 5시야 이상)로 상기 화상 해석을 행하여, 그 평균값을 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율로 하는 것이 바람직하다.
상기 결합상을 구성하는 그 밖의 원소로서는 예컨대, 니켈(Ni), 철(Fe), 알루미늄(Al) 등을 들 수 있다. 상기 그 밖의 원소는 단독으로 이용하여도 좋고, 복수를 조합하여 이용하여도 좋다. 또한, 결합상은 제1 경질상의 성분 원소인 텅스텐, 탄소, 또는 그 밖의 불가피한 성분 원소를 포함하고 있어도 좋다. Co를 포함하는 결합상을 구성하는 그 밖의 원소는 Co를 포함하는 결합상으로서의 기능(제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자끼리, 제2 경질상을 구성하는 화합물끼리, 또는 제1 경질상을 구성하는 탄화텅스텐 입자와 제2 경질상을 구성하는 화합물을 결합시키는 기능)을 손상시키지 않는 범위에서, 결합상에 포함되는 것이 허용된다.
또한, 결합상은 크롬(Cr) 및 바나듐(V) 중 적어도 한쪽을 포함하고 있어도 좋다. 이들 원소는 상기 탄화텅스텐 입자의 제조상의 불가피 불순물 또는 필요에 따라 초경 합금의 제조 과정 있어에서 이용되는 입자 성장 억제제 등에 유래하여 포함될 수 있다. 이들 원소가 결합상 중에 존재하는 경우, 결합상에 고용된 상태로 존재한다고 생각된다.
≪WC/WC 계면≫
본 실시형태에 따른 「WC/WC 계면」이란, 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의, 100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 의미한다. 이하, 도 1을 이용하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 초경 합금의 구조를 나타내는 모식도이다. 상기 모식도는 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면을 나타내고 있다. 탄화텅스텐 입자(10a)는, 탄화텅스텐 입자(10b, 10c 및 10d) 각각과, 대향면 길이(Lab, Lac 및 Lad)(이하, 이들을 통합하여 「대향면 길이(L)」라고 표기하는 경우가 있음)를 가지고 인접하는 위치에 있다. 「대향면 길이(L)」란, 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자끼리가 대향하는 표면의 길이를 의미한다. 도 1에 있어서, 상기 대향면 길이(Lab, Lac 및 Lad)는 각각 100 ㎚ 이상이다. 상기 대향면 길이(L)의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 5.0 ㎛ 이하인 것을 들 수 있다. 또한, 각각의 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(Xab, Xac 및 Xad)(이하, 이들을 통합하여 「거리(X)」라고 표기하는 경우가 있음)는 5 ㎚ 이하이다. 상기 거리(X)의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 0 ㎚ 이상이어도 좋다. 또한, WC/WC 계면에서는, 그 전체에 걸쳐 상기 탄화텅스텐 입자끼리가 대향하는 표면이 평행이다. 그 때문에, WC/WC 계면 전체에 걸쳐 상기 거리(X)는 거의 일정하다. 본 실시형태에 있어서의 「WC/WC 계면」은 전술한 바와 같이 정의되는 바, 도 1에 있어서의 탄화텅스텐 입자(10a)와, 탄화텅스텐 입자(10b, 10c 및 10d) 각각이 대향하는 영역(20ab, 20ac 및 20ad)은 모두 WC/WC 계면이고(이하, 「WC/WC 계면(20ab)」 등으로 표기하는 경우가 있음), 그 총수(Na)는 3이다. 또한, 탄화텅스텐 입자(10b)와 탄화텅스텐 입자(10c)의 표면 사이의 거리(X)는 5 ㎚를 넘지만 일례이고, WC/WC 계면으로서 카운트되지 않는다.
도 1에 있어서의 WC/WC 계면(20ab, 20ac 및 20ad)의 각각에 대해서 더욱 설명한다. WC/WC 계면(20ab 및 20ac)은 상기 거리(Xab 및 Xac)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면이다. 즉, 도 1에 있어서의 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수(Nt)는 2이다. 이러한 WC/WC 계면에는 결합상, 나아가서는 결합상에 포함되는 Co가 존재하기 때문에, Co를 통해 탄화텅스텐 입자끼리의 접착 강도가 향상된다. 또한, WC/WC 계면에 결합상, 나아가서는 결합상에 포함되는 Co가 존재함으로써, 초경 합금의 인성이 향상된다.
한편, WC/WC 계면(20ad)은 상기 거리(Xad)가 1 ㎚ 미만인 WC/WC 계면의 일례이다. 이러한 WC/WC 계면에는 결합상, 나아가서는 결합상에 포함되는 Co가 존재하지 않거나, 존재한다고 해도 극히 미량일 확률이 높다. 그 때문에, WC/WC 계면(20ad)에 있어서의 탄화텅스텐 입자끼리의 접착 강도는 전술한 WC/WC 계면(20ab 및 20ac)보다 저하하는 경향이 있다. 또한, 이러한 상기 거리(X)가 1 ㎚ 미만인 WC/WC 계면이 많으면, 초경 합금의 인성이 저하하는 경향이 있다.
(비율(Nt/Na))
본 실시형태에 있어서, 상기 초경 합금의 인성을 향상시키는 관점에서, WC/WC 계면의 총수(Na)에 대한, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수(Nt)의 비율(Nt/Na)은 0.9 이상이고, 더욱 0.94 이상인 것이 바람직하다. 상기 비율(Nt/Na)의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 1.0 이하여도 좋다. 여기서, 「상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높다」란, 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가, 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값을 넘는 농도인 것을 나타낸다. 이 경우, 보다 바람직하게는 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가, 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값±1 at%의 범위를 벗어나는 농도(즉, 상기 Co의 원자 농도의 평균값+1 at%를 넘는 농도, 이하 동일함)이고, 더욱 바람직하게는 상기 Co의 원자 농도의 평균값±2 at%의 범위를 벗어나는 농도이고, 더욱 보다 바람직하게는 상기 Co의 원자 농도의 평균값±3 at%의 범위를 벗어나는 농도이다. 또한, 상기에서 예시한 도 1에 있어서의 Na, Nt는 각각 3, 2이기 때문에, 비율(Nt/Na)은 2/3=0.67로 계산된다.
(WC/WC 계면의 카운트 방법)
WC/WC 계면의 카운트 방법은 예컨대 이하와 같이 행해진다.
먼저, 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면을, 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용하여 저배율로 관찰한다. 여기서, 상기 단면은 상기 초경 합금의 임의의 위치를 절단하여, 절단면에 전술한 경면 가공을 실시함으로써 형성할 수 있다. 저배율의 관찰에 있어서, WC/WC 계면은 탄화텅스텐 입자끼리가 접촉하고 있는 것 같이 관찰된다. 그래서, 탄화텅스텐 입자끼리가 접촉하고 있는 것 같이 관찰되는 영역을 WC/WC 계면의 후보 영역으로서 카운트하고, 상기 후보 영역이 적어도 100개 포함되는 시야(정방형)가 되도록 현미경의 배율을 설정한다. 그와 같은 배율은 예컨대 4000배이다. 또한, 하나의 시야는 예컨대 세로 20 ㎛×폭 20 ㎛의 정방형이다. 하나의 시야에 있어서의 WC/WC 계면의 관찰 및 후술하는 선분석은 적어도 50부분, 바람직하게는 100부분 행한다. 이것을 상기 초경 합금의 표면(후술하는 경질막을 구비하고 있는 경우는, 상기 경질막을 제외한 초경 합금의 표면) 및 상기 초경 합금의 내부(무게 중심)의 단면에서 각각 적어도 2시야 이상, 바람직하게는 5시야 이상, 보다 바람직하게는 10시야 이상으로 행한다. 후술하는 측정 방법에서, 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 것을 WC/WC 계면으로서 카운트한다.
(WC/WC 계면에 있어서의 거리(X)의 측정 방법)
상기 거리(X)는 예컨대 이하의 방법으로 측정한다.
먼저, WC/WC 계면의 후보 영역의 하나에 착안하여, 고배율(예컨대, 200만배)로 관찰한다. 다음에, 탄화텅스텐 입자끼리[제1 탄화텅스텐 입자(WC1) 및 제2 탄화텅스텐 입자(WC2)]가 대향하는 면의 중심을 지나며 또한 상기 대향하는 면에 대하여 수직이 되는 방향을 따라, 에너지 분산 분광 분석법(EDS법)을 이용하여 선분석을 행한다(도 2a). 또한, 탄화텅스텐 입자끼리가 대향하는 면 사이의 거리는, 상기 대향하는 면의 어떤 위치여도 같은 정도이기 때문에, 상기 대향하는 면의 중심뿐만 아니라 그 이외의 임의의 점을 지나며 또한 상기 대향하는 면에 대하여 수직인 되는 방향을 따라 선분석을 행하여도 지장이 없다. 도 2b는 WC/WC 계면에 있어서의 선분석의 결과를 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은 선분석을 행하는 데 있어서 편의상 설정한 원점으로부터의 거리(㎚)를 나타내고 있다. 또한, 좌우의 종축은 각각 텅스텐(W)(우측의 종축) 및 Co(좌측의 종축)의 원자 농도(at%)의 정량값을 나타내고 있다. 이 그래프에 기초하여, Co의 원자 농도가 낮은 영역을 탄화텅스텐 입자의 영역, Co의 원자 농도가 높은 영역을 Co를 포함하는 결합상의 영역으로서 판별하여, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)를 구한다. 예컨대, 먼저 도 2b에 있어서, 탄화텅스텐 입자(WC1 및 WC2)의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값±2 at%의 범위를 탄화텅스텐 입자의 영역(제1 탄화텅스텐 입자의 영역 및 제2 탄화텅스텐 입자의 영역)으로 판단하고, 상기 평균값±2 at%를 벗어나는 범위(즉, 상기 평균값+2 at%를 넘는 범위)를, Co를 포함하는 결합상이 존재하는 영역으로서 판단한다. 그리고 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 영역과 상기 결합상이 존재하고 있는 영역의 경계면으로부터, 상기 제2 탄화텅스텐 입자의 영역과 상기 결합상이 존재하고 있는 영역의 경계면까지의 거리를, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)로서 구한다. 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값의 산출 방법은 후술한다. 도 2b에 나타내는 측정 결과의 경우, 거리(X)는 3.5 ㎚로 계산되고, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 영역이 WC/WC 계면이라고 판단할 수 있다. 동일한 방법으로, 다른 WC/WC 계면의 후보 영역도 관찰 및 선분석을 행함으로써, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X) 및 Co의 원자 농도를 측정하여, 상기 Na 및 상기 Nt를 카운트한다. 마지막으로 카운트한 상기 Na 및 상기 Nt에 기초하여 비율(Nt/Na)을 산출한다. 이와 같이 하여, 복수 부분의 시야(예컨대, 5시야 이상)에 있어서의 관찰, 선분석 등에 기초하여 얻어진 파라미터를, 상기 임의의 단면 또는 표면의 전체를 반영한 파라미터로서, 이하, 취급하는 것으로 한다.
(탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값의 산출 방법)
본 실시형태에 따른 「탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값」이란, WC/WC 계면 또는 그 후보 영역(이하, 「WC/WC 계면 등」이라고 표기함)을 구성하는 표면을 갖는 제1 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값과, WC/WC 계면 등을 구성하는 표면을 갖는 제2 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값의 평균값을 의미한다.
상기 제1 탄화텅스텐 입자 및 상기 제2 탄화텅스텐 입자 각각의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값은, 전술한 선분석의 측정 결과(예컨대, 도 2b에 나타내는 결과)를 이용하여 산출한다. 즉, 먼저, 상기 제1 탄화텅스텐 입자(WC1)의 내부의 영역으로서, WC/WC 계면 등에 있어서의 Co의 원자 농도의 피크값을 나타내는 위치로부터 미리 정해진 거리(예컨대, 50 ㎚) 떨어진 지점을 기준점으로 하여, 그 기준점으로부터 더욱 멀어지는 방향으로 위치하는 영역을 특정한다. 다음에 특정한 상기 영역으로부터 임의의 3점의 Co의 원자 농도를 추출하여 이들 3점의 평균값을 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값으로 한다. 또한, 상기 영역으로부터 임의의 3점의 Co의 원자 농도를 추출하는 데 있어서는, 일견하여 이상값이라고 생각되는 점은 선택하지 않는 것으로 한다.
동일한 순서에 따라, 상기 제2 탄화텅스텐 입자(WC2)의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값을 산출한다. 마지막으로, 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값과, 상기 제2 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값의 평균값을 산출한다. 다른 WC/WC 계면 등에 있어서도, 동일한 순서에 따라 「탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값」을 구한다.
≪제2 경질상≫
본 실시형태에 따른 초경 합금은 상기 제1 경질상과는 조성이 상이한 제2 경질상을 더 가지고 있어도 좋다. 제2 경질상은 「텅스텐을 포함하는 복수종의 금속 원소」와, 「C, N, O 및 B에서 선택되는 1종 이상의 원소」를 포함하는 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 「텅스텐」(W)과, 「텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소」와, 「C, N, O 및 B에서 선택되는 1종 이상의 원소」를 포함하는 화합물(복합 화합물)로 이루어지는 것을 들 수 있다. 주기율표 4족 원소로서는, 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등을 들 수 있다. 주기율표 5족 원소로서는, 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 등을 들 수 있다. 주기율표 6족 원소로서는, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 들 수 있다. 화합물이란, 주로 텅스텐을 포함하는 복수종의 금속 원소의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 산화물, 붕화물 등이다.
상기 제2 경질상에 있어서의, 상기 텅스텐 및 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 총량에 대한, 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 질량 비율이 20 질량％ 이상 100 질량％ 미만인 것이 바람직하다.
제2 경질상은 상기 화합물의 1종 이상으로 이루어지는 화합물상 또는 고용체상이다. 여기서 「화합물상 또는 고용체상」이란, 이러한 상을 구성하는 화합물이 고용체를 형성하고 있어도 좋고, 고용체를 형성하지 않고 개개의 화합물로서 존재하고 있어도 좋은 것을 나타낸다.
구체적인 제2 경질상으로서는, (W,Ti)C, (W,Ti)N, (W,Ti)(C,N), (W,Ti,Nb)C, (W,Ti,Nb)N, (W,Ti,Nb)(C,N), (W,Cr)C, (W,Cr)N, (W,Cr)(C,N), (W,Ti,Ta)C, (W,Ti,Ta)N, (W,Ti,Ta)(C,N), (W,Nb,Ta)C, (W,Nb,Ta)N, (W,Nb,Ta)(C,N), (W,Zr)C, (W,Zr)N, (W,Zr)(C,N) 등을 들 수 있다. 여기서, 예컨대 「(W,Ti)C」라는 표기는 W와 Ti를 포함하는 복탄화물, WC와 TiC의 고용체, 또는 이들 양방인 것을 의미하고, 그 조성(원소비)은 종래 공지의 모든 조성을 포함하는 것으로 한다. 이때의 조성식은 화학 양론 조성뿐만 아니라, 비화학 양론 조성도 포함하는 것으로 한다. 예컨대, 전술한 「(W,Ti)C」가 W와 Ti를 포함하는 복탄화물을 포함하는 경우, 그 복탄화물의 조성식에는 「W0. 7Ti0 . 3C1 .2」 등의 비화학 양론 조성도 포함된다. 이것은 「(W,Ti)C」 이외의 표기에 대해서도 동일하다. 본 실시형태의 다른 측면에 있어서, 상기 제2 경질상은 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소로서, 적어도 Cr을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 초경 합금이 제2 경질상을 더 갖는 경우, 전술한 제1 경질상의 면적 비율은 제1 경질상(탄화텅스텐 입자)과 제2 경질상을 합한 면적 비율로서 설정된다. 즉, 상기 초경 합금이 제2 경질상을 더 갖는 경우, 상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여, 상기 제1 경질상의 면적 비율 및 제2 경질상의 면적 비율의 합이 70％∼95％인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 경질상의 면적 비율, 상기 제2 경질상의 면적 비율 및 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합이 100％이다. 제2 경질상의 면적 비율은 제1 경질상의 면적 비율의 측정과 마찬가지로, 미리 정해진 시야 중의 「제2 경질상」을 특정하고, 그 「제2 경질상」의 면적의 합을 산출하여, 이것을 미리 정해진 시야의 면적으로 나눔으로써 산출하는 것이 가능하다. 또한, 동일한 초경 합금에 있어서, 복수의 시야(예컨대, 5시야 이상)로 상기 화상 해석을 행하여, 그 평균값을 제2 경질상의 면적 비율로 하는 것이 바람직하다.
초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여, 제2 경질상의 면적 비율이 5％ 이상 10％ 이하인 것이 바람직하다. 제2 경질상의 면적 비율을 이 범위에 들어가게 함으로써 상기 초경 합금은, 초경 합금의 경도를 유지하면서, 열적 충격 또는 기계적 충격에 의한 균열의 발생을 억제하며 또한 내산화성 및 피삭재와의 내반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 경질상의 면적 비율이 상한값보다 커진 경우, 초경 합금의 강도가 내려가, 인성이 저하한다.
〔초경 합금의 제조 방법〕
본 실시형태의 초경 합금은 대표적으로는, 원료 분말의 준비 공정⇒혼합 공정⇒성형 공정⇒소결 공정⇒냉각 공정이라고 하는 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 이하, 각 공정에 대해서 설명한다.
≪준비공정≫
준비 공정은 초경 합금을 구성하는 재료의 모든 원료 분말을 준비하는 공정이다. 원료 분말로서는, 제1 경질상이 되는 탄화텅스텐 입자, 결합상이 되는 Co의 입자를 필수적인 원료 분말로서 들 수 있다. 또한, 필요에 따라 제2 경질상이 되는 화합물 구성 분말, 입자 성장 억제제 등을 준비하여도 좋다.
(탄화텅스텐 입자)
원료로서의 상기 탄화텅스텐 입자는 특별히 제한은 없지만, 통상보다 고온에서 탄화한 탄화텅스텐 입자(이하, 「고온 탄화 WC 입자」라고 하는 경우가 있음)를 포함하는 것이 바람직하다. 고온 탄화 WC 입자는 통상의 온도로 탄화한 탄화텅스텐 입자보다 원료의 시점에 있어서 입계의 수가 적다. 이러한 고온 탄화 WC 입자와 결합상이 되는 Co의 입자를 함께 소결함으로써 생성되는 초경 합금은, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 1 ㎚ 미만인 WC/WC 계면의 비율이 감소한다. 그 때문에, 상기 초경 합금에 있어서의 Co가 침입하고 있는 WC/WC 계면의 비율이 증가하여, 초경 합금의 인성이 더욱 향상된다.
고온에 의한 탄화 처리(이하, 「고온 탄화 처리」라고 하는 경우가 있음)란, 대표적으로는, 1900℃∼2150℃의 온도에서 2시간∼8시간 유지하여 텅스텐의 탄화를 행하는 처리이다. 고온 탄화 처리 후는, 탄화 온도(1900℃∼2150℃)로부터 1200℃∼1500℃까지 2℃/min∼8℃/min의 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 고온 탄화 WC 입자는 시판되어 있는 WC 입자를 이용하여도 좋고, 예컨대 얼라이드마테리얼사 제조의 「유니폼 텅스텐 카바이드 파우더」 시리즈 등을 들 수 있다.
원료로서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 1.0 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2.4 ㎛ 이상 16 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 원료로서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 1.0 ㎛ 이상임으로써, 초경 합금으로 하였을 때, 인성이 높아, 기계적인 충격 및 열적인 충격에 의한 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다. 또한, 내균열 전파성이 향상됨으로써, 균열의 전파가 억제되어, 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다. 한편, 상기 평균 입경은 20 ㎛ 이하임으로써, 초경 합금으로 하였을 때, 경도가 높아, 절삭 시의 변형이 억제되기 때문에, 마모 또는 결손을 억제할 수 있다.
여기서 원료로서의 상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 마이크로트랙사 제조의 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정한 값이다.
(Co 입자)
원료로서의 상기 Co의 입자(이하, 「Co 입자」라고 하는 경우가 있음)는 미립 또한 구형인 것이 바람직하다. 상기 Co 입자의 평균 입경은 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.4 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 원료로서의 상기 Co 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 이하임으로써, 액상 소결 시에 Co의 응집체의 형성을 억제하여, WC/WC 계면에의 침투가 촉진된다. 그 결과, 얻어지는 초경 합금은 인성이 높아, 기계적 및 열적인 충격에 의한 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다. 또한, 내균열 전파성이 향상됨으로써, 균열의 전파가 억제되어, 치핑 또는 결손을 억제할 수 있다.
여기서 원료로서의 상기 Co 입자의 평균 입경은 마이크로트랙사 제조의 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정한 값이다.
(화합물 구성 분말)
화합물 구성 분말로서는, 이하의 2개의 패턴이 생각된다. 첫번째는 제2 경질상을 구성하는 화합물의 구성 원소를 개개에 포함하는 화합물 분말 또는 개개의 구성 원소 분말을 이용하는 패턴이다. 이 첫번째 패턴의 경우, 후술하는 소결 공정에 있어서, 각 분말의 구성 원소의 일부가 일단 결합상 중에 용해하여, 각 분말의 구성 원소가 복합된다. 그 후, 냉각에 의해 복합 화합물로서 석출한다. 예컨대, 원료 분말로서, 탄화텅스텐 입자, TiC 분말을 이용하면, 소결 시에 WC와 TiC의 일부가 각각 용해하여 복합되어, 복합 화합물인 (W,Ti)C로서 석출되는 경우가 있다. 이 (W,Ti)C가 제2 경질상(복합 화합물상)이다. 이러한 원료 분말로서는, 그 외에도, Cr3C2, NbC, ZrC, TiN, TaC 등을 들 수 있다.
두번째는 원료 분말로서 상기 복합 화합물의 분말(복합 화합물 분말)을 이용하는 패턴이다. 이 두번째 패턴의 경우, 후술하는 소결 공정에 있어서도 원료 분말의 형태(즉, 복합 화합물의 형태)를 유지한 채로 존재한다. 예컨대, 원료 분말로서, (W,Ti)C 분말을 이용한 경우, (W,Ti)C 분말이 특히 과도하게 포함되면 소결 후도 그 형태를 유지한 채로 존재하는 경우가 있다. 이 (W,Ti)C가 제2 경질상(복합 화합물상)이다.
초경 합금 중에 입도가 균질한 제2 경질상을 균일적으로 분산하는 조건의 하나로서, 화합물 구성 분말은 미립, 또한 입도가 균질한 것을 이용하는 것을 들 수 있다. 그렇게 함으로써, 후술하는 소결 공정에 있어서, 제2 경질상을 미세 또한 분산화할 수 있다. 화합물 구성 분말의 평균 입경은 예컨대, 0.1 ㎛ 이상 1.5 ㎛ 미만의 범위로 하는 것을 들 수 있다. 원료에 이용하는 화합물 구성 분말의 평균 입경이 작을수록, 최종적으로 얻어지는 초경 합금 중의 제2 경질상의 평균 입경이 작아진다. 원료에 이용하는 화합물 구성 분말의 평균 입경이 클수록, 최종적으로 얻어지는 초경 합금 중의 제2 경질상의 평균 입경이 커진다. 원료에 이용하는 화합물 구성 분말의 평균 입경은, 더욱 0.2 ㎛ 이상 1.4 ㎛ 이하, 특히 0.3 ㎛ 이상 1.3 ㎛ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 화합물 구성 분말은 시판품을 분쇄/분급함으로써, 미립 또한 입도가 균질한 분말이 얻어진다.
≪혼합 공정≫
혼합 공정은 준비 공정에서 준비한 각 원료 분말을 혼합하는 공정이다. 혼합 공정에 의해, 각 원료 분말이 혼합된 혼합 분말이 얻어진다. 또한, 혼합할 때의 원료(예컨대, 탄화텅스텐 입자, Co 입자 등)의 질량 비율은 상기 면적 비율에 대응하는 비율로 되어 있다. 혼합 공정에 이용하는 장치에는 공지의 장치를 이용할 수 있다. 예컨대, 아트리토(attritor), 회전 볼 밀 및 비드 밀 등을 이용할 수 있다. 초경 합금 중에 있어서의 WC/WC 계면의 총수(Na)에 대한, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수(Nt)의 비율을 늘리는 조건의 하나로서, 혼합은 입계를 포함하는 탄화텅스텐 입자의 비율을 낮게 하여, 각 원료가 균일하게 또한 응집이 발생하지 않는 것 같은 혼합 조건으로 행하는 것을 들 수 있다. 그와 같은 혼합 조건의 일례로서는, 아트리토를 이용한 경우, 회전수: 300 rpm 이상 500 rpm 이하, 혼합 시간: 30분 이상 300분 미만으로 하는 것을 들 수 있다. 회전수는 고속 회전이 바람직하고, 보다 바람직하게는 350 rpm 이상, 더욱 바람직하게는 450 rpm 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 회전수의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 500 rpm 이하, 400 rpm 이하, 또는, 350 rpm 이하로 하는 것을 들 수 있다. 혼합 시간은 짧은 쪽이 바람직하고, 보다 바람직하게는 180분 이하, 더욱 바람직하게는 120분 이하로 하는 것을 들 수 있다. 아트리토에 의한 혼합의 조건은 습식 혼합이어도 건식 혼합이어도 좋다. 또한, 혼합은 물, 에탄올, 아세톤, 이소프로필알코올 등의 용매 중에서 행하여도 좋다. 혼합은 폴리에틸렌글리콜, 파라핀 왁스 등의 바인더와 함께 행하여도 좋다.
혼합 공정 후, 필요에 따라 혼합 분말을 조립(granulation)하여도 좋다. 혼합 분말을 조립함으로써, 후술하는 성형 공정 시에 다이 또는 금형에 혼합 분말을 충전하기 쉽다. 조립에는 공지의 조립 방법을 적용할 수 있고, 예컨대, 스프레이 드라이어 등의 시판의 조립기(granulator)를 이용할 수 있다.
≪성형 공정≫
성형 공정은 혼합 공정에서 얻어진 혼합 분말을 미리 정해진 형상으로 성형하여, 성형체를 얻는 공정이다. 성형 공정에 있어서의 성형 방법 및 성형 조건은 일반적인 방법 및 조건을 채용하면 좋고, 특별히 가리지 않는다. 미리 정해진 형상으로서는, 예컨대, 절삭 공구 형상(예컨대, 날끝 교환형 절삭 팁의 형상)으로 하는 것을 들 수 있다.
≪소결 공정≫
소결 공정은 성형 공정에서 얻어진 성형체를 소결하여, 소결체를 얻는 공정이다. 상기 소결 공정은 Co를 포함하는 결합상의 액상이 출현하고 나서 충분한 시간을 들여 소결하는 것이 바람직하다. 이와 같이 소결함으로써, Co를 포함하는 결합상의 액상이 WC/WC 계면에 충분히 침입하여, 탄화텅스텐 입자의 입자 성장이 촉진된다. 그 결과, 탄화텅스텐 입자끼리의 네킹(necking)이 강화된다. 구체적으로는, 소결 온도는 1400℃ 이상 1450℃ 이하인 것이 바람직하다. 소결 시간은 2시간 이상 5시간 이하인 것이 바람직하고, 2시간 이상 4시간 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 소결 온도까지의 승온 속도는 예컨대, 1250℃ 이후 1450℃까지를 1℃/min∼3℃/min으로 하는 것이 바람직하다. 상온 이후 1250℃까지의 승온 속도는 특별히 제한은 없지만, 예컨대, 1℃/min∼30℃/min으로 하는 것을 들 수 있다.
소결 시의 분위기는 특별히 한정되지 않고, N2 가스 분위기 또는 Ar 등의 불활성 가스 분위기로 하는 것을 들 수 있다. 또한, 소결 시의 진공도(압력)는 바람직하게는 10 ㎪ 이하, 보다 바람직하게는 5 ㎪ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎪ 이하로 하는 것을 들 수 있다.
또한, 소결 공정은 소결 시에 가압할 수 있는 소결 HIP(신터 힙) 처리를 행하여도 좋다. HIP 조건은 예컨대, N2 가스 분위기 또는 Ar 등의 불활성 가스 분위기 중, 온도: 1300℃ 이상 1350℃ 이하, 압력: 5 MPa 이상 200 MPa 이하로 하는 것을 들 수 있다.
≪냉각 공정≫
냉각 공정은 소결 완료 후의 소결체를 냉각하는 공정이다. Co를 포함하는 결합상의 액상의 WC/WC 계면에의 침입이 촉진되는 조건의 하나로서, 냉각 과정에 있어서, 소결 온도로부터 Co를 포함하는 결합상의 액상 고화 온도까지 서서히 냉각하는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 소결 온도(1400℃ 이상 1450℃ 이하)부터 1200℃ 이상 1250℃ 이하까지 방랭(냉각 속도 2℃/min 정도)에 의해 냉각한다. 소결 온도로부터 방랭에 의해 냉각함으로써, Co를 포함하는 결합상의 액상의 WC/WC 계면에의 침입이 촉진된다. 소결체의 온도가 1200℃ 이상 1250℃ 이하까지 냉각된 후는, 가압 냉각하여도 좋다.
냉각 시의 분위기는 특별히 한정되지 않고, N2 가스 분위기 또는 Ar 등의 불활성 가스 분위기로 하는 것을 들 수 있다. 냉각 시의 압력은 특별히 한정되지 않고, 가압하여도 좋고 감압하여도 좋다. 상기 가압 시의 압력은 예컨대, 400 ㎪ 이상 500 ㎪ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 또한, 냉각 시의 진공도(압력)는 예컨대, 100 ㎪ 이하로 하고, 바람직하게는 10 ㎪ 이상 50 ㎪ 이하로 하는 것을 들 수 있다.
<절삭 공구, 내마모 공구 및 연삭 공구>
본 실시형태의 초경 합금은 전술한 바와 같이 우수한 인성을 갖기 때문에, 절삭 공구, 내마모 공구 및 연삭 공구의 기재로서 이용할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 절삭 공구는 상기 초경 합금을 기재로서 포함한다. 또한, 본 실시형태의 내마모 공구 및 연삭 공구는 상기 초경 합금을 기재로서 포함한다.
본 실시형태의 초경 합금은 종래 공지의 절삭 공구, 내마모 공구 및 연삭 공구에 폭넓게 적용 가능하다. 이러한 공구로서는 다음과 같은 공구를 예시할 수 있다. 절삭 공구로서는, 예컨대, 절삭 바이트, 드릴, 엔드 밀, 프라이스 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭 팁, 메탈 소오, 기어 컷팅 공구, 리머 또는 탭 등을 예시할 수 있다. 또한 내마모 공구로서는, 예컨대, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠 또는 드레서 등을 예시할 수 있다. 또한 연삭 공구로서는, 예컨대 연삭 지석 등을 예시할 수 있다.
본 실시형태의 초경 합금은 이들 공구의 전체를 구성하고 있어도 좋고, 일부를 구성하는 것이어도 좋다. 여기서 「일부를 구성한다」란, 예컨대 절삭 공구의 경우에, 임의의 기재의 미리 정해진 위치에 본 실시형태의 초경 합금을 납땜하여 날끝부로 하는 양태 등을 나타내고 있다.
≪경질막≫
본 실시형태에 따른 절삭 공구는 상기 기재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 경질막을 더 구비하여도 좋다. 본 실시형태에 따른 내마모 공구 및 연삭 공구는 상기 기재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 경질막을 더 구비하여도 좋다. 경질막의 조성은 주기율표 4족의 금속 원소, 주기율표 5족의 금속 원소, 주기율표 6족의 금속 원소, 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)에서 선택되는 1종 이상의 원소와, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 및 붕소(B)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 화합물을 들 수 있다. 예컨대, Ti(C,N), Al2O3, (Ti,Al)N, TiN, TiC, (Al,Cr)N 등을 들 수 있다. 그 외에, 입방정 질화붕소(cBN) 및 다이아몬드형 카본 등도, 경질막의 조성으로서 적합하다. 이러한 경질막은 화학적 증착(CVD)법 및 물리적 증착(PVD)법 등의 기상법에 따라 형성할 수 있다. 경질막이 CVD법에 따라 형성되어 있으면, 기재와의 밀착성이 우수한 경질막을 얻기 쉽다. CVD법으로서는, 예컨대, 열 CVD법 등을 들 수 있다. 경질막이 PVD법에 따라 형성되어 있으면, 압축 잔류 응력이 부여되어, 경질막의 인성을 높이기 쉽다.
본 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서의 경질막은 기재에 있어서의 날끝이 되는 부분과 그 근방에 피복되어 있는 것이 바람직하고, 기재의 표면 전체에 피복되어 있어도 좋다. 또한, 경질막은 단층이어도 다층이어도 좋다. 경질막의 두께는 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 더욱 1.5 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하인 것을 들 수 있다.
실시예
[시험예]
〔시험예 1〕
시험예 1에서는, 하기 표 1의 조성 No.A-2a에 나타내는 조성의 원료에 대하여, 제조 조건을 변경하여 여러 가지의 초경 합금을 제작하였다. 그 후, 얻어진 초경 합금으로 이루어지는 기재를 구비하는 절삭 공구(날끝 교환형 절삭 팁)를 제작하여, 그 평가를 행하였다.
≪시료의 제작≫
원료 분말로서, 표 1의 조성 No.A-2a에 나타내는 조성 및 평균 입경의 분말을 준비하였다(준비 공정). 표 1 중, 제1 경질상인 탄화텅스텐 입자의 「종류」 및 결합상인 Co 입자의 「종류」의 난의 알파벳 표기는 이하의 시료를 나타내고 있다.
탄화텅스텐 입자의 종류
a: 고온에서 탄화 처리를 실시한 탄화텅스텐 입자(가부시키가이샤 얼라이드마테리얼 제조, 상품명: 유니폼 텅스텐 카바이드 파우더, WC60S)
b: 종래의 온도로 탄화 처리를 실시한 탄화텅스텐 입자(가부시키가이샤 얼라이드마테리얼 제조, 상품명: 유니폼 텅스텐 카바이드 파우더, WC60)
Co 입자의 종류
c: 프리포트코발트사 제조의 조대 입자(coarse particle) 제품(상품명: 「코발트 분말」 R 시리즈, 평균 입경 3 ㎛)
d: 프리포트코발트사 제조의 미립 시리즈(상품명: 「코발트 분말」 S 시리즈, S80, 평균 입경 0.7 ㎛)
또한, 탄화텅스텐 입자의 「종류」의 표기에 있어서의 괄호에 병기한 숫자는 탄화텅스텐 입자의 평균 입경(㎛)을 나타내고 있다. 상기 평균 입경은 마이크로트랙사 제조의 입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정한 값이다. 표 1의 「잔부」란, 원료 분말의 전체를 100 질량％로 하는 데 필요로 한 양을 의미한다.
즉, 조성 No.A-2a의 원료에 있어서, 탄화텅스텐(이하, 「WC」라고 하는 경우가 있음) 분말은 고온에서 탄화 처리를 실시한 탄화텅스텐 입자(가부시키가이샤 얼라이드마테리얼 제조, 상품명: 유니폼 텅스텐 카바이드 파우더, WC60S, 평균 입경 6.3 ㎛)를 이용하였다. Co 입자는 프리포트코발트사 제조의 미립 시리즈(상품명: 「코발트 분말」 S 시리즈, S80, 평균 입경 0.7 ㎛)를 이용하였다. 원료 분말의 평균 입경은 마이크로트랙사 제조의 입도 분포 장치(상품명: MT3300EX)를 이용하여 구하였다.
각 분말을 시판의 아트리토(니폰코크스고교사 제조, 상품명: MA01SC)를 이용하여 조립용의 바인더(폴리에틸렌글리콜 시리즈/도쿄가세이고교 가부시키가이샤 제조 또는 파라핀 왁스 시리즈/야마케이산교 가부시키가이샤 제조) 및 용매(하야시쥰야쿠고교 가부시키가이샤 제조, 상품명: 에탄올)와 함께 혼합하여, 혼합 분말을 제작하였다(혼합 공정). 혼합 조건은 표 2에 기재된 회전수(rpm) 및 시간(hour)으로 하였다. 혼합 후, 혼합 분말을 스프레이 드라이 건조하여 조립 분말(granulated powder)로 하였다.
얻어진 조립 분말을 프레스 성형하여, 형식 번호 SEET13T3AGSN-G(스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조)(날끝 교환형 절삭 팁)의 형상의 성형체를 제작하였다(성형 공정).
얻어진 성형체를 소결로에 넣고, 진공 중, 표 2에 기재된 시간(승온 1250℃→)으로 1250℃로부터 1400℃까지 승온하고, 그 후 표 2에 기재된 시간(유지 1400℃) 동안 1400℃를 유지하여 소결하였다(소결 공정).
소결 완료 후, Ar 가스 분위기 중(방랭 시는 500 ㎪, 그 이외의 때는 400 ㎪), 1400℃로부터 1250℃까지 표 2에 기재된 방법(냉각→1250℃)으로 냉각하였다(냉각 공정).
≪시료의 관찰≫
(탄화텅스텐 입자의 평균 입경의 산출)
제작한 시료 No.C-1∼C-8의 초경 합금 기재(각 시료)의 날끝부를 절단하여 경면 가공하고, 그 후 아르곤 이온 빔에 의해 이온 밀링 가공하여, 이들 단면을 현미경용 관찰 시료로 하였다.
이 관찰 시료의 가공면을 주사형 전자 현미경(SEM)(니혼덴시사 제조)에 의해 2000배 정도의 배율로 촬영하여, 반사 전자 화상을 취득하였다. 이 촬영은 각 시료에 대하여, 상기 가공면의 외측 및 상기 가공면의 중심의 각각을 10시야씩 행하였다.
각 시료에 있어서, 1시야에 대해, 탄화텅스텐 입자 300개 이상에 대해서, 화상 해석식 입도 분포 소프트웨어(가부시키가이샤 마운텍사 제조 「Mac-View」)를 이용하여, 개개의 입자의 입경(Heywood 직경)을 구하고, 계 10시야에 있어서의 소결 후의 탄화텅스텐 입자의 평균 입경을 산출하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상, Co를 포함하는 결합상 각각의 면적 비율의 산출)
화상 해석식 입도 분포 소프트웨어(가부시키가이샤 마운텍사 제조 「Mac-View」)를 이용하여, 각 시료의 가공면에 있어서의 탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상, Co를 포함하는 결합상 각각의 면적 비율을 구하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값 및 WC/WC 계면에 있어서의 거리(X)의 산출)
먼저, 상기 각 시료의 가공면을 투과형 전자 현미경(TEM)(니혼덴시사 제조)을 이용하여 4000배의 배율로 관찰하였다. 이때 세로 20 ㎛×폭 20 ㎛의 정방형을 1시야로 하였다. 1시야 내에 있어서의, 인접하는 탄화텅스텐 입자끼리가 100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 접촉하고 있는 것 같이 관찰되는 영역을 WC/WC 계면의 후보 영역으로서 카운트한 바, 358개였다. 상기 각 시료의 표면 및 상기 각 시료의 내부(무게 중심)의 단면을 상기 가공면으로 하여 이러한 관찰을 각각 10시야 행하였다.
다음에, 전술한 WC/WC 계면의 후보 영역의 하나에 주목하여, 200만배의 배율로 관찰하였다. 그 후 상기 후보 영역에 대해서, 탄화텅스텐 입자끼리가 대향하는 면의 중심을 지나며 또한 상기 대향하는 면에 대하여 수직이 되는 방향을 따라, 에너지 분산 분광 분석법(EDS법)을 이용하여 선분석을 행하였다. 선분석에는 니혼덴시사 제조의 TEM을 이용하였다. 얻어진 선분석의 결과에 기초하여 그래프를 작성하였다(예컨대, 도 2b). 상기 그래프에 있어서, 횡축은 선분석을 행하는 데 있어서 편의상 설정한 원점으로부터의 거리(㎚)를 나타내는 것으로 하였다. 또한, 종축은 각각 W(오른쪽 종축) 및 Co(왼쪽 종축)의 원자 농도(at%)의 정량값을 나타내는 것으로 하였다.
상기 그래프로부터 WC/WC 계면의 후보 영역을 구성하는 표면을 갖는 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값을 산출하였다. 즉, 먼저, WC/WC 계면의 후보 영역을 구성하는 표면을 갖는 제1 탄화텅스텐 입자의 내부의 영역으로서, WC/WC 계면의 후보 영역에 있어서의 Co의 원자 농도의 피크값을 나타내는 위치로부터 50 ㎚ 떨어진 지점을 기준점으로 하여, 그 기준점으로부터 더욱 멀어지는 방향에 위치하는 영역을 특정하였다. 다음에 특정한 상기 영역으로부터 임의의 3점의 Co의 원자 농도를 추출하여 이들 3점의 평균값을 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값으로 하였다. 또한, 상기 영역으로부터 임의의 3점의 Co의 원자 농도를 추출하는 데 있어서는, 일견하여 이상값이라고 생각되는 점은 선택하지 않는 것으로 하였다.
동일한 순서에 따라, WC/WC 계면의 후보 영역을 구성하는 표면을 갖는 제2 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값을 산출하였다. 마지막으로, 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값과, 상기 제2 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값의 평균값을 산출하여, 「탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값」으로 하였다.
전술한 결과에 기초하여, 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값±2 at%의 범위를 탄화텅스텐 입자의 영역으로 판단하였다. 또한, 상기 평균값±2 at%를 벗어나는 범위(즉, 상기 평균값+2 at%를 넘는 범위)를 Co를 포함하는 결합상이 존재하고 있는 영역으로 판단하였다. 그리고, 상기 제1 탄화텅스텐 입자의 영역과 상기 결합상이 존재하고 있는 영역의 경계면으로부터, 상기 제2 탄화텅스텐 입자의 영역과 상기 결합상이 존재하고 있는 영역의 경계면까지의 거리를, 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)로서 구하였다. 예컨대, 도 2b에 나타내는 그래프에서는, 거리(X)는 3.5 ㎚였다.
(비율(Nt/Na)의 산출)
동일한 방법으로, 다른 WC/WC 계면의 후보 영역도 관찰, 선분석을 행함으로써, 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값 및 상기 거리(X)를 측정하였다. 그 후, 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 WC/WC 계면의 총수(Na) 및 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수(Nt)를 카운트하였다. 본 실시예에서는 「상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값」보다 높은 원자 농도를, 전술한 Co의 원자 농도의 평균값±2 at%의 범위를 벗어나는 농도(Co의 원자 농도의 평균값+2 at%를 넘는 농도)로 정의하였다. 그리고, 상기 정의에 해당하는 WC/WC 계면의 수를 Nt로서 카운트하였다. 마지막으로 카운트한 Na 및 Nt에 기초하여 비율(Nt/Na)을 산출하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
≪절삭 시험≫
각 시료의 표면에 공지의 PVD법의 1종인 이온 플레이팅법으로 경질막을 형성하였다. 경질막은 두께 4 ㎛의 TiAlN막으로 하였다.
각 시료(날끝 교환형 절삭 팁)를 이용하여, 이하에 나타내는 절삭 조건으로 실제로 절삭 시험을 행하였다.
(절삭 조건)
피삭재: S50C, φ20의 구멍이 10 ㎜ 등간격으로 나 있는 블록재
절삭 속도(Vc): 200 m/min
이송량(f): 0.4 ㎜/rev
절입량(ap): 2.0 ㎜
쿨런트: 건식(DRY)
평가는 피삭재를 300 ㎜×10패스 가공하고, 결손에 이르기까지의 절삭 거리(최대값 3000 ㎜)를 8회 측정하여, 그 평균값으로 판정하였다. 그 결과를 표 3에 더불어 나타낸다. 표 3에 있어서의 평가에 대해서, 이하의 기준으로 S, A, B의 순위를 붙였다.
Nt/Na
S: 0.95 이상 1.0 이하
A: 0.9 이상 0.95 미만
B: 0.9 미만
절삭 평가
S: 절삭 거리가 2500 ㎜ 이상
A: 절삭 거리가 2000 ㎜ 이상 2500 ㎜ 미만
B: 절삭 거리가 2000 ㎜ 미만
표 3의 결과로부터, 혼합 공정은 고속 회전(300 rpm 이상)이며 또한 단시간(30분 이상 300분 미만)으로 행하는 편이 비율(Nt/Na) 및 절삭 평가가 양호한 것을 알 수 있었다. 또한, 소결 공정 및 냉각 공정은 모두 긴 시간을 들인 쪽이, 비율(Nt/Na) 및 절삭 결과가 양호한 것을 알았다.
표 3의 결과로부터, 비율(Nt/Na)이 0.9 이상이면, 절삭 거리가 2000 ㎜ 이상인 양호한 결과가 되어, 인성이 향상하며 내결손성이 우수한 것을 알았다. 또한, 비율(Nt/Na) 및 절삭 평가는 상관하는 것이 나타났다.
〔시험예 2〕
시험예 2에서는, 여러 가지 조성의 초경 합금을 제작하고, 이들 각각의 초경 합금으로 이루어지는 기재를 구비하는 절삭 공구(날끝 교환형 절삭 팁)를 제작하여, 그 평가를 행하였다. 먼저, 원료 분말로서 상기 표 1에 나타내는 조성 및 평균 입경의 분말을 각각 준비하였다. 그 후, 표 2에 나타내는 제조 조건 No.B-4의 조건으로, 혼합 공정, 성형 공정, 소결 공정 및 냉각 공정을 행하여 초경 합금을 제조하였다. 단, 조성 No.A-2d 및 A-2e의 원료에 대해서는, 각각 혼합 시간을 1시간 및 4.5시간으로 하여 초경 합금을 제조하였다. 또한, 표 1에 있어서의 제2 경질상으로서 이용된 원료 분말은 각각 이하의 제품을 이용하였다.
TiC: 가부시키가이샤 얼라이드마테리얼 제조, 상품명: 티타늄 카바이드 파우더, OR06
NbC: 미츠이킨조쿠사 제조, 상품명: NbC(Ta-free)
ZrC: 가부시키가이샤 얼라이드마테리얼 제조, 상품명: 지르코늄카바이드 파우더, OV25
TiN: H.C.Starck사 제조, 상품명: 질화티탄(TiN)
TaC: 미츠이킨조쿠사 제조, 상품명: TaC(Nb-free)
각 시료에 있어서, 시험예 1과 동일하게 화상 해석식 입도 분포 소프트웨어(가부시키가이샤 마운텍사 제조 「Mac-View」)를 이용하여, 소결 후의 탄화텅스텐 입자의 평균 입경과, 탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상, Co를 포함하는 결합상 및 제2 경질상 각각의 면적 비율을 산출하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 시험예 1과 동일하게 각 시료에 있어서의 비율(Nt/Na)을 구하였다. 그 결과를 표 4에 더불어 나타낸다.
표 4의 결과로부터, 고온에서 탄화 처리를 실시한 탄화텅스텐 입자와, 평균 입경이 0.7 ㎛인 Co 입자를 이용한 시료 No.D-1, D-2a, D-2d, D-2e 및 D-3∼D-10의 시료는 비율(Nt/Na)이 0.9 이상이며 양호한 초경 합금인 것을 알았다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10a, 10b, 10c, 10d 탄화텅스텐 입자, 20ab, 20ac, 20ad WC/WC 계면, Lab, Lac, Lad 탄화텅스텐 입자의 대향면 길이, X, Xab, Xac, Xad 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리.
Claims (9)
- 탄화텅스텐 입자로 이루어지는 제1 경질상과 Co를 포함하는 결합상을 갖는 초경 합금으로서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 있어서의,
100 ㎚ 이상의 대향면 길이(L)를 가지고 인접하는 상기 탄화텅스텐 입자의 표면 사이의 거리(X)가 5 ㎚ 이하인 영역을 WC/WC 계면으로 규정하고,
상기 WC/WC 계면의 총수를 Na로 하고, 상기 거리(X)가 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이며 또한 상기 WC/WC 계면에 있어서의 Co의 원자 농도가 상기 탄화텅스텐 입자의 내부에 있어서의 Co의 원자 농도의 평균값보다 높은 WC/WC 계면의 수를 Nt로 하였을 때에,
비율(Nt/Na)이 0.9 이상인, 초경 합금. - 제1항에 있어서,
상기 비율(Nt/Na)는 0.94 이상인, 초경 합금. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 탄화텅스텐 입자의 평균 입경은 0.5 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인, 초경 합금. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여,
상기 제1 경질상의 면적 비율은 70％∼95％이고,
상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 5％∼30％이고,
상기 제1 경질상의 면적 비율 및 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합은 100％인, 초경 합금. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
텅스텐과 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소와, C, N, O 및 B에서 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 화합물로 이루어지는 제2 경질상을 더 가지며,
상기 제2 경질상에 있어서의, 상기 텅스텐 및 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 총량에 대한, 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소의 질량 비율이 20 질량％ 이상 100 질량％ 미만인, 초경 합금. - 제5항에 있어서,
상기 제2 경질상은 상기 텅스텐을 제외한 주기율표 4족 원소, 5족 원소 및 6족 원소에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소로서, 적어도 Cr을 포함하는, 초경 합금. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 초경 합금의 임의의 표면 또는 임의의 단면에 대하여,
상기 제1 경질상의 면적 비율 및 상기 제2 경질상의 면적 비율의 합은 70％∼95％이고,
상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율은 5％∼30％이고,
상기 제1 경질상의 면적 비율, 상기 제2 경질상의 면적 비율 및 상기 Co를 포함하는 결합상의 면적 비율의 합은 100％인, 초경 합금. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 초경 합금을 기재로서 포함하는, 절삭 공구.
- 제8항에 있어서,
상기 기재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 경질막을 더 구비하는, 절삭 공구.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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