WO2023188871A1 - 焼結体、及び切削工具 - Google Patents

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WO2023188871A1
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sintered body
mass
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less
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恵人 小嶋
健太郎 山本
亮二 豊田
Original Assignee
Ｎｔｋカッティングツールズ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/04—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides

Definitions

  • the present disclosure relates to a sintered body and a cutting tool.
  • Cutting tools using cemented carbide or cermet as a base material which have a hard phase mainly composed of tungsten carbide or titanium carbonitride and a binder phase mainly composed of iron group elements, are known (for example, patented (See Reference 1).
  • cutting tools based on cemented carbide or cermet generally have excellent fracture resistance, but because they use metals with relatively low melting points such as Co and Ni as the binder phase, the plasticity of the tool may deteriorate under high-speed machining. Deformations may occur. Therefore, such cutting tools are not suitable for high-speed machining. Therefore, wear resistance can be improved by using a material with a high melting point for the binder phase so that plastic deformation does not occur even under high-speed machining, but when considering application to tools used in various machining methods, Improvement in fracture resistance is also required.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a sintered body and a cutting tool that have excellent wear resistance and chipping resistance under high-speed machining.
  • the present disclosure can be realized as the following forms.
  • the main component is TiN, TiC, TiCN, or (Ti, M) (C, N) (M is one or more elements selected from the elements belonging to Groups 4 to 6 of the periodic table (excluding the Ti element)) hard particles, a bonded phase containing at least one of Co and Ni;
  • a sintered body comprising: The bonding phase further includes at least one selected from Mo and W, A sintered body containing an intermetallic compound of Co and/or Ni and Mo and/or W.
  • the bonded phase is Contains only Co of Co and Ni, only Mo of Mo and W, further includes Re,
  • the Co content is 45% by mass or more and 90% by mass or less
  • the content of Mo is 5% by mass or more and 50% by mass or less
  • the content of Re is 5% by mass or more and 50% by mass or less
  • a cutting tool comprising the sintered body according to [1] or [2] as a base material, and a coating layer formed on the surface of the base material.
  • the sintered body With excellent wear resistance and chipping resistance under high-speed processing.
  • a hard phase mainly composed of a Ti compound that has excellent reaction resistance to iron (Fe) and hardness
  • the sintered body has excellent wear resistance.
  • at least one selected from Mo and W in the binder phase mainly composed of Co or Ni the heat resistance of the binder phase itself can be improved.
  • the sintered body contains an intermetallic compound of Co and/or Ni and Mo and/or W, the sintered body has excellent plastic deformation resistance.
  • the binder phase contains only Co of Co and Ni, only Mo of Mo and W, and further contains Re, and the total content of Co, Mo, and Re is taken as 100%
  • the amount of Co When the content is 45% by mass or more and 90% by mass or less, the Mo content is 5% by mass or more and 50% by mass or less, and the Re content is 5% by mass or more and 50% by mass or less.
  • the sintered body of the present disclosure in a cutting tool, a cutting tool with excellent wear resistance and chipping resistance can be provided.
  • a coating layer is formed on the surface of a cutting tool, it is possible to harden the surface and suppress oxidation of the base material covered with the coating layer, so that the wear resistance of the cutting tool can be further improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • Sintered body (1) Structure of sintered body
  • the sintered body is made of TiN, TiC, TiCN, or (Ti, M) (C, N) (M is an element belonging to groups 4 to 6 of the periodic table (Ti element). (excluding)); and a binder phase containing at least one of Co (cobalt) and Ni (nickel).
  • the bonding phase further includes at least one selected from Mo (molybdenum) and W (tungsten).
  • the sintered body contains an intermetallic compound of Co and/or Ni and Mo and/or W.
  • the hard particles are selected from TiN, TiC, TiCN, or (Ti, M) (C, N) (M is an element belonging to Groups 4 to 6 of the periodic table (excluding the Ti (titanium) element).
  • the main component is one or more types of Here, the term "main component" means that the Ti compound is 60% by volume or more when the hard particles are 100% by volume.
  • M is at least one selected from Ta (tantalum), Nb (niobium), W (tungsten), V (vanadium), Cr (chromium), Zr (zirconium), Mo (molybdenum), and Hf (hafnium). Elements are preferred.
  • the composition ratio of the elements constituting the hard particles is not particularly limited.
  • the hard particles may be particles of a single composition or may be particles containing multiple components (for example, particles with a core-rim structure).
  • the composition ratio of the elements constituting TiC, TiN, TiCN, (Ti, M) (C, N) is not particularly limited.
  • the ratio of C and N in TiCN is not limited, and the ratio of C and N may be non-stoichiometric, and only one type of hard particles or multiple types of hard particles may be present.
  • the composition ratio XTi of titanium and the composition ratio XM of the metal element M are preferably in the range of 0.40 to 0.95 in the ratio expressed by (XTi/(XTi+XM)), and 0.50 to The range of 0.95 is more preferable, and the range of 0.70 to 0.95 is even more preferable.
  • the content rate (volume %) of each substance in the sintered body can be calculated by determining the amount of each element by fluorescent X-ray analysis or the like.
  • the content of hard particles in the sintered body is not particularly limited. From the viewpoint of increasing wear resistance and plastic deformation resistance, the hard particles are 65% by volume or more and 95% by volume or less when the total of hard particles, binder phase, and dispersed particles described below are 100% by volume. It is preferable that the content of the hard particles is 75% by volume or more and 90% by volume or less, and it is even more preferable that the content of the hard particles is 80% by volume or more and 85% by volume or less.
  • the bonded phase contains at least one of Co and Ni.
  • the binder phase contains at least one of Co and Ni, the bond between particles in the hard particles and the dispersed particles described below can be strengthened. Therefore, the wear resistance and fracture resistance of the sintered body can be improved.
  • the bonded phase further contains at least one selected from Mo and W.
  • the bonded phase contains only Co of Co and Ni, only Mo of Mo and W, and further contains Re.
  • Mo dissolves in solid solution in the hard particles, and serves as an intermediate layer between the hard particles and the binder phase to improve the fracture resistance of the sintered body.
  • Re which is a high melting point metal
  • the binder phase high temperature softening of the binder phase can be further suppressed. Therefore, the sintered body becomes difficult to be plastically deformed.
  • the Co content is 45% by mass or more and 90% by mass or less
  • the Mo content is 5% by mass or more and 50% by mass or less
  • the Re content is 5% by mass or more and 50% by mass or less.
  • Co content By setting the Co content to 45% by mass or more, fracture resistance can be improved.
  • Mo content By setting the Mo content to 5% by mass or more, plastic deformation resistance and wear resistance can be improved.
  • Mo serves as a generation source of Co 3 Mo, which will be described later.
  • Re content By setting the Re content to 5% by mass or more, plastic deformation resistance and wear resistance can be improved.
  • Re content By setting the Re content to 50% by mass or less, fracture resistance can be improved.
  • the sintered body contains a binder phase of 3% by volume or more and 10% by volume or less, when the total of hard particles, binder phase, and dispersed particles described below is 100% by volume.
  • the content of the binder phase is preferably 5% by volume or more and 8% by volume or less.
  • Intermetallic compound Contains an intermetallic compound of Co and/or Ni and Mo and/or W.
  • the intermetallic compounds include a compound of Co and Mo, a compound of Co and W, a compound of Ni and Mo, a compound of Ni and W, a compound of Co, Ni, and Mo, and a compound of Co and Ni. and W, a compound of Co, Mo, and W, a compound of Ni, Mo, and W, and a compound of Co, Ni, Mo, and W.
  • the intermetallic compound is preferably Co 3 Mo or Co 3 W.
  • the sintered body preferably contains dispersed particles containing Al (aluminum).
  • the dispersed particles containing Al exist dispersedly in the sintered body and suppress the grain growth of the hard particles.
  • particles containing Al will also be referred to as dispersed particles.
  • the dispersed particles include particles made of one or more of Al nitrides, oxides, and oxynitrides. For example, it is shown that the particles are composed of one or more of AlN particles (aluminum nitride particles), Al 2 O 3 particles (aluminum oxide particles), and AlON particles (aluminum oxynitride particles).
  • the dispersed particles are preferably AlN particles.
  • AlN particles can increase the thermal conductivity and reduce the coefficient of thermal expansion of a cutting tool using a sintered body. Therefore, by including AlN particles as dispersed particles, better wear resistance and chipping resistance can be exhibited under high-speed machining, and the life of the tool can be improved.
  • the content of dispersed particles is not particularly limited.
  • the content of the dispersed particles is preferably 5% by volume or more and 20% by volume or less, and more preferably 5% by volume or more and 10% by volume or less, when the entire sintered body is 100% by volume. If the content of the dispersed particles is within this range, it is possible to suppress diffusion wear during high-speed machining, thereby increasing the wear resistance of the tool. In addition, even if the firing temperature during manufacturing increases due to the higher melting point (heat resistance) of the binder phase, the growth of hard particles can be effectively suppressed and the structure can be refined, which improves the wear resistance of tools. Fracture resistance can be improved.
  • Method for manufacturing a sintered body The method for manufacturing a sintered body is not particularly limited. An example of a method for producing a sintered body is shown below.
  • Raw materials The following raw material powders are used as raw materials.
  • Ti carbonitride-based raw material powder ⁇ One or more raw material powders selected from TaC powder (tantalum carbide powder), NbC powder (niobium carbide powder), and WC powder (tungsten carbide powder), or a solid solution powder thereof.
  • Raw material powders such as AlN powder (aluminum nitride powder), Al2O3 powder (aluminum oxide powder), raw material powders such as Co powder, Ni powder, Re powder, Mo powder, W powder, etc.
  • Raw material powders are weighed to a predetermined mixing ratio.
  • a raw material powder, a coccule (eg, Al 2 O tricoccite ), and a solvent (eg, acetone) are placed in a container (eg, a resin pot, etc.) and mixed and pulverized.
  • the obtained slurry is dried in a hot water bath to obtain a dry mixed powder.
  • the sintered body 2 is produced by firing in an atmosphere. Atmosphere firing is performed under an Ar or N2 atmosphere. The formation of intermetallic compounds between Co and/or Ni and Mo and/or W is controlled by the cooling rate during firing.
  • a cutting tool 1 is formed using the sintered body 2 described above.
  • the shape of the cutting tool 1 is not particularly limited.
  • the sintered body 2 can be made into the cutting tool 1 by finishing its shape and surface by at least one of cutting, grinding, and polishing. Of course, if these finishes are not required, the sintered body 2 may be used as the cutting tool 1 as it is.
  • the cutting tool 1 may have a sintered body 2 as a base material, and a coating layer 7 may be formed on the surface of the base material.
  • the coating layer 7 is made of at least one material selected from carbides, nitrides, oxides, carbonitrides, carbonates, oxynitrides, and carbonitrides of titanium, zirconium, chromium, and aluminum, although not particularly limited thereto. Preferably, it consists of a species of compound.
  • At least one compound selected from carbides, nitrides, oxides, carbonitrides, carbonates, oxynitrides, and carbonitrides of titanium, zirconium, chromium, and aluminum is not particularly limited, but TiN , TiAlN, TiCrAlN, and CrAlN are suitable examples. From the viewpoint of oxidation resistance and lubricity, Cr-based materials (eg, TiCrAlN, CrAlN) are more preferred.
  • the form of the covering layer 7 may be a single layer film or a laminated film in which a plurality of films are laminated.
  • the thickness of the covering layer 7 is not particularly limited.
  • the thickness of the coating layer 7 is preferably 0.02 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less from the viewpoint of wear resistance.
  • Experimental Examples 1, 3, and 5 to 19 are examples, and Experimental Examples 2 and 4 are comparative examples.
  • experimental examples are indicated using “No.”.
  • “*” is added, such as "*2" it indicates that it is a comparative example.
  • Co/Ni in the column of binder phase component ratio means that either Co or Ni is included in the binder phase.
  • Mo/W means that either Mo or W is contained in the bonded phase.
  • Raw material powder The raw material powder shown below was used.
  • Ti carbonitride raw material powder Average particle size 1.5 ⁇ m or less
  • NbC powder Average particle size 1.5 ⁇ m or less
  • Al 2 O 3 powder Average particle size 0.7 ⁇ m or less
  • Co powder Average particle size 5.0 ⁇ m or less
  • Ni powder Average particle size 5.0 ⁇ m or less
  • Re powder Average particle size 5.0 ⁇ m or less
  • Mo powder Average particle size 5.0 ⁇ m or less
  • W powder Average particle size 5.0 ⁇ m or less
  • intermetallic compounds between Co and/or Ni and Mo and/or W was controlled by the cooling rate during primary firing. Specifically, intermetallic compounds were generated by setting the cooling rate to 15°C/min or less until the firing temperature was 1000°C.
  • the sintered bodies and cutting tools had excellent wear resistance and chipping resistance under high-speed machining. According to such a cutting tool, the cutting speed of steel material machining can be improved, and the efficiency of cutting can be improved.

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Abstract

高速加工下において耐摩耗性及び耐欠損性に優れた焼結体及び切削工具を提供する。　焼結体（２）は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、又は（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）（Ｍは周期表の４～６族に属する元素（Ｔｉ元素を除く）から選ばれる１種以上）を主成分とする硬質粒子と、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種を含む結合相と、を含む。結合相は、さらにＭｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種を含む。焼結体（２）は、Ｃｏ及び／又はＮｉと、Ｍｏ及び／又はＷとの金属間化合物を含む。

Description

焼結体、及び切削工具
　本開示は、焼結体、及び切削工具に関する。
　炭化タングステンやチタン炭窒化物を主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える超硬合金やサーメットを基材として用いた切削工具が知られている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２００８／１４６８５６号
　ところで、超硬合金やサーメットを基材とする切削工具は一般的に耐欠損性に優れるが、結合相にＣｏやＮｉ等の比較的低融点な金属を用いるため、高速加工下では工具の塑性変形が生じ得る。そのため、このような切削工具は、高速加工に向いていない。そこで、結合相に高融点の材料を用いて、高速加工下でも塑性変形が生じないように耐摩耗性を向上させることができるが、様々な加工手法で用いられる工具への適用を考慮すると、耐欠損性の向上も求められる。
　本開示は、上記実情を鑑みてなされたものであり、高速加工下において耐摩耗性及び耐欠損性に優れた焼結体及び切削工具を提供することを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
　〔１〕ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、又は（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）（Ｍは周期表の４～６族に属する元素（Ｔｉ元素を除く）から選ばれる１種以上）を主成分とする硬質粒子と、
　Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種を含む結合相と、
を含む焼結体であって、
　前記結合相は、さらにＭｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種を含み、
　Ｃｏ及び／又はＮｉと、Ｍｏ及び／又はＷとの金属間化合物を含む焼結体。
　〔２〕前記結合相は、
　Ｃｏ及びＮｉのうちのＣｏのみを含み、 Ｍｏ及びＷのうちのＭｏのみを含み、さらにＲｅを含み、
　Ｃｏの含有率は、４５質量％以上９０質量％以下であり、
　Ｍｏの含有率は、５質量％以上５０質量％以下であり、
　Ｒｅの含有率は、５質量％以上５０質量％以下であり、
　Ｃｏ、Ｍｏ及びＲｅの合計の含有率は１００質量％である〔１〕に記載の焼結体。
　〔３〕〔１〕又は〔２〕に記載の焼結体を用いた切削工具。
　〔４〕〔１〕又は〔２〕に記載の焼結体を基材とし、前記基材の表面に被覆層を形成した切削工具。
　本開示によれば、高速加工下において耐摩耗性及び耐欠損性に優れた焼結体を提供できる。
　鉄（Ｆｅ）に対する耐反応性と硬度に優れるＴｉ化合物を主成分とした硬質相を含むことで、耐摩耗性に優れた焼結体となる。また、Ｃｏ又はＮｉを主成分とする結合相にＭｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１種を含むことで、結合相自体の耐熱性を向上できる。その結果、高速加工下においても耐摩耗性と耐塑性変形性に優れた焼結体が得られる。加えて、焼結体は、Ｃｏおよび／またはＮｉと、Ｍｏおよび／またはＷとの金属間化合物を含むことで、耐塑性変形性に優れた焼結体となる。
　結合相が、Ｃｏ及びＮｉのうちのＣｏのみを含み、 Ｍｏ及びＷのうちのＭｏのみを含み、さらにＲｅを含み、Ｃｏ、Ｍｏ及びＲｅの含有量の合計を１００％とした時に、Ｃｏの含有率は、４５質量％以上９０質量％以下であり、Ｍｏの含有率は、５質量％以上５０質量％以下であり、Ｒｅの含有率は、５質量％以上５０質量％以下である場合には、耐摩耗性及び耐塑性変形性を高めることができる。
　本開示の焼結体を切削工具に供することで、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた切削工具を提供できる。
　切削工具の表面に被覆層が形成されている場合には、表面を硬質化するとともに被覆層に覆われた基材の酸化を抑制できるため、切削工具の耐摩耗性をより一層向上できる。
焼結体（切削工具）の一例の斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。
　以下、本開示を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。
１．焼結体
（１）焼結体の構成
　焼結体は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、又は（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）（Ｍは周期表の４～６族に属する元素（Ｔｉ元素を除く）から選ばれる１種以上）を主成分とする硬質粒子と、Ｃｏ（コバルト）及びＮｉ（ニッケル）の少なくとも１種を含む結合相と、を含む。結合相は、さらにＭｏ（モリブデン）及びＷ（タングステン）から選ばれる少なくとも１種を含む。焼結体は、Ｃｏ及び／又はＮｉと、Ｍｏ及び／又はＷとの金属間化合物を含む。
（２）硬質粒子
　硬質粒子は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、又は（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）（Ｍは周期表の４～６族に属する元素（Ｔｉ（チタン）元素を除く）から選ばれる１種以上）を主成分とする。ここで「主成分」とは、硬質粒子を１００体積％とした場合に、Ｔｉ化合物が６０体積％以上であることを意味する。Ｍは、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｈｆ（ハフニウム）から選択される少なくとも１種の元素が好ましい。中でも、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｗ（タングステン）から選択される少なくとも１種の元素がより好ましく、Ｔａ及び／又はＮｂであることがさらに好ましい。なお、硬質粒子を構成する元素の組成比は、特に限定されない。
　硬質粒子は、単一組成の粒子であっても良いし、複数成分を含む粒子（例えばコアリム構造の粒子）であってもよい。ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）を構成する元素の組成比は、特に限定されない。例えば、ＴｉＣＮにおけるＣ、Ｎの比率は限定されず、ＣやＮは非化学量比でもよく、硬質粒子は、１種のみ存在してもよく、複数種存在していてもよい。複数種存在しているとは、元素Ｍが異なる（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）粒子が共に存在していることを意味するほか、元素Ｍは同一であるが、粒子を構成するＴｉ，Ｍ，Ｃ，Ｎの組成比が異なる（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）粒子が共に存在していることも意味する。
　なお、炭素の組成比ＸＣと窒素の組成比ＸＮとは、被削材に含まれる鉄に対する耐反応性の観点から、（ＸＮ／（ＸＣ＋ＸＮ））で表される比率において、０．１０～０．９０の範囲が好ましく、０．２０～０．８０の範囲がより好ましく、０．３０～０．７０の範囲が更に好ましい。
　チタンの組成比ＸＴｉと金属元素Ｍの組成比ＸＭとは、硬度の観点から、（ＸＴｉ／（ＸＴｉ＋ＸＭ））で表される比率において０．４０～０．９５の範囲が好ましく、０．５０～０．９５の範囲がより好ましく、０．７０～０．９５の範囲が更に好ましい。
　焼結体における各物質の含有率（体積％）は、蛍光Ｘ線分析法等により各元素の量を求めることで算出できる。
　焼結体における硬質粒子の含有率は、特に限定されない。硬質粒子は、耐摩耗性及び耐塑性変形性を高める観点から、硬質粒子、結合相、及び後述する分散粒子の合計を１００体積％としたとき、硬質粒子が６５体積％以上９５体積％以下であることが好ましく、硬質粒子が７５体積％以上９０体積％以下であることがより好ましく、硬質粒子が８０体積％以上８５体積％以下であることが更に好ましい。
（３）結合相
　結合相は、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種を含む。結合相がＣｏ及びＮｉの少なくとも１種を含むことで、硬質粒子及び後述する分散粒子における粒子間の結合を強化することができる。そのため、焼結体の耐摩耗性及び耐欠損性を高めることができる。
　結合相は、さらにＭｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種を含む。これらを含むことで、結合相の高温軟化を抑制できるため、焼結体が組成変形し難くなる。
（４）結合相に関する要件
　結合相は、Ｃｏ及びＮｉのうちのＣｏのみを含み、Ｍｏ及びＷのうちのＭｏのみを含み、さらにＲｅを含むことが好ましい。Ｍｏは硬質粒子中に固溶し、これが硬質粒子と結合相の中間層として焼結体の耐欠損性を高めることができる。また、高融点金属であるＲｅを結合相中に更に含むことで、結合相の高温軟化をより一層抑制できる。そのため、焼結体が塑性変形し難くなる。
　Ｃｏ、Ｍｏ及びＲｅの合計の含有率を１００質量％としたとき、Ｃｏの含有率が４５質量％以上９０質量％以下であり、Ｍｏの含有率が５質量％以上５０質量％以下であり、Ｒｅの含有率が５質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。このような構成によって、焼結体の耐摩耗性及び耐塑性変形性を高めることができる。なお、結合相には、Ｃｏ及びＭｏの他に別途不純物が含まれていてもよい。
　Ｃｏの含有率を４５質量％以上とすることで、耐欠損性を高めることができる。Ｍｏの含有率を５質量％以上とすることで、耐塑性変形性及び耐摩耗性を高めることができる。Ｍｏの含有率を５０質量％以下とすることで、耐欠損性を高めることができる。Ｍｏは、後述するＣｏ３Ｍｏの生成源となる。Ｒｅの含有率を５質量％以上とすることで、耐塑性変形性及び耐摩耗性を高めることができる。Ｒｅの含有率を５０質量％以下とすることで、耐欠損性を高めることができる。
　焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性を高める観点から、硬質粒子、結合相、及び後述する分散粒子の合計を１００体積％としたとき、結合相が３体積％以上１０体積％以下であることが好ましく、結合相が５体積％以上８体積％以下であることが更に好ましい。
（５）金属間化合物
　Ｃｏ及び／又はＮｉと、Ｍｏ及び／又はＷとの金属間化合物を含む。金属間化合物は、具体的には、ＣｏとＭｏとの化合物、ＣｏとＷとの化合物、ＮｉとＭｏとの化合物、ＮｉとＷとの化合物、ＣｏとＮｉとＭｏとの化合物、ＣｏとＮｉとＷとの化合物、ＣｏとＭｏとＷとの化合物、ＮｉとＭｏとＷとの化合物、ＣｏとＮｉとＭｏとＷとの化合物である。金属間化合物は、Ｃｏ３Ｍｏ、Ｃｏ３Ｗが好ましい。焼結体は、このような金属間化合物を含むことで、耐塑性変形性を高めることができる。
（６）Ａｌを含む粒子（分散粒子）
　焼結体は、Ａｌ（アルミニウム）を含む分散粒子を含むことが好ましい。Ａｌを含む分散粒子は、焼結体中に分散して存在し、硬質粒子の粒成長を抑制する。以下、Ａｌを含む粒子を分散粒子とも称する。
　分散粒子は、Ａｌの窒化物、酸化物、及び酸窒化物のうちの１種以上からなる粒子が例示される。例えば、ＡｌＮ粒子（窒化アルミニウム粒子）、Ａｌ２Ｏ３粒子（酸化アルミニウム粒子）、及びＡｌＯＮ粒子（酸窒化アルミニウム粒子）のうちの１種以上からなることが示される。
　分散粒子は、ＡｌＮ粒子であることが好ましい。ＡｌＮ粒子は、焼結体を用いてなる切削工具の熱伝導率を増加させ、熱膨張率を低下できる。よって、分散粒子としてＡｌＮ粒子を含むことで、高速加工下においてより優れた耐摩耗性と耐欠損性を発揮でき、工具の寿命が向上する。
　分散粒子の含有率は、特には限定されない。分散粒子の含有量は、焼結体全体を１００体積％とした場合に、５体積％以上２０体積％以下が好ましく、５体積％以上１０体積％以下が更に好ましい。分散粒子の含有率がこのような範囲であれば、高速加工下における拡散摩耗を抑制できるため、工具の耐摩耗性を高めることができる。また、結合相の高融点化（耐熱化）に伴い製造時の焼成温度が高温化しても、硬質粒子の粒成長を効果的に抑制でき、組織細分化が図れるため、工具の耐摩耗性と耐欠損性を高めることができる。
２．焼結体の製造方法
　焼結体の製造方法は特に限定されない。焼結体の製造方法の一例を以下に示す。
（１）原料
　原料として次の原料粉末を使用する。
・Ｔｉ炭窒化物系原料粉末
・ＴａＣ粉末（炭化タンタル粉末）、ＮｂＣ粉末（炭化ニオブ粉末）、及びＷＣ粉末（炭化タングステン粉末）から選択される１種以上の原料粉末、またはこれらの固溶体粉末
・ＡｌＮ粉末（窒化アルミニウム粉末）、Ａｌ２Ｏ３粉末（酸化アルミニウム粉末）等の原料粉末
・Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末、Ｒｅ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末等の原料粉末
（２）焼成用粉末の準備
　原料粉末を所定の配合割合になる様に秤量する。容器（例えば樹脂ポット等）の中に、原料粉末、球石（例えばＡｌ２Ｏ３球石）、及び溶媒（例えばアセトン）を入れて混合粉砕する。得られたスラリーは湯煎乾燥にて処理し、乾燥混合粉末を得る。
（３）焼成
　乾燥混合粉をプレス成型後、雰囲気焼成を行って焼結体２を作製する。雰囲気焼成は、Ａｒ又はＮ２雰囲気下で行う。Ｃｏおよび／またはＮｉと、Ｍｏおよび／またはＷとの金属間化合物の生成については、焼成時の冷却速度によって制御する。
３．切削工具
　図１及び図２に示すように、切削工具１は、上記焼結体２を用いてなる。切削工具１の形状は、特に限定されない。
　焼結体２は、切削、研削、及び研磨の少なくとも１つの加工法によって形状や表面の仕上げを行って、切削工具１とすることができる。もちろん、これらの仕上げが不要であれば、焼結体２をそのまま切削工具１として用いてもよい。
　切削工具１は、焼結体２を基材として、基材の表面に被覆層７が形成されていてもよい。被覆層７は、特に限定されないが、例えば、チタン、ジルコニウム、クロム及びアルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、及び炭窒酸化物より選択される少なくとも１種の化合物からなることが好ましい。被覆層７が形成されると、切削工具１の表面硬度が増加すると共に、被覆層７に覆われた基材の酸化を抑制できるため、切削工具１の耐摩耗性を向上できる。
　チタン、ジルコニウム、クロム及びアルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、及び炭窒酸化物より選択される少なくとも１種の化合物としては、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＮ、ＣｒＡｌＮが好適な例として挙げられる。耐酸化性及び潤滑性の観点から、Ｃｒ系（例えばＴｉＣｒＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ）が、より好ましい。
　被覆層７の形態は、単層膜であっても、複数の膜が積層した積層膜であってもよい。
　被覆層７の厚みは、特に限定されない。被覆層７の厚みは、耐摩耗性の観点から、０．０２μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。
　なお、明細書に記載の種々の数値範囲は、それぞれそれらの上限値と下限値を任意に組み合わせることができ、それら全ての組み合わせが好ましい数値範囲として本明細書に記載されているものとする。
　以下、実施例により本開示を更に具体的に説明する。
　なお、実験例１，３，５～１９は実施例であり、実験例２，４は比較例である。
　表において、実験例を「Ｎｏ．」を用いて示す。また、表において「※２」のように、「※」が付されている場合には、比較例であることを示している。
１．実験例１～１９
　実験例１～１９の各焼結体を作製し、これらの各焼結体を加工して、実験例１～１９の各切削工具とした。表１に示す配合組成では、含まれる成分の合計が１００体積％となっている。表１中、実験例１の配合塑性の「（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）－９％ＡｌＮ－５％（Ｃｏ，Ｍｏ）」は、（Ｔｉ，Ｎｂ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＮ、（Ｃｏ，Ｍｏ）がそれぞれ８６体積％、９体積％、５体積％含まれていることを意味している。
　表１中、実験例１，２は、配合組成にＲｅが記載されておらず、配合にＲｅが含まれていない。
　表１中、結合相成分比の欄の「Ｃｏ／Ｎｉ」は、Ｃｏ及びＮｉのいずれかが結合相に含まれることを意味している。同様に、「Ｍｏ／Ｗ」は、Ｍｏ及びＷのいずれかが結合相に含まれることを意味している。例えば、実験例１はＣｏ及びＮｉのうちＣｏが結合相に含まれ、実験例１１は、Ｃｏ及びＮｉのうちＮｉが結合相に含まれている。
（１）原料粉末
　以下に示す原料粉末を用いた。
　Ｔｉ炭窒化物系原料粉末：平均粒径１．５μｍ以下
　ＮｂＣ粉末：平均粒径１．５μｍ以下
　Ａｌ２Ｏ３粉末：平均粒径０．７μｍ以下
　ＡｌＮ粉末：平均粒径０．７μｍ以下
　Ｃｏ粉末：平均粒径５．０μｍ以下
　Ｎｉ粉末：平均粒径５．０μｍ以下
　Ｒｅ粉末：平均粒径５．０μｍ以下
　Ｍｏ粉末：平均粒径５．０μｍ以下
　Ｗ粉末：平均粒径５．０μｍ以下
（２）焼結体（実験例１～１９）の作製
　原料粉末を用いて混合粉末を調製し、混合粉末にアセトンを入れて、７２ｈｒ粉砕・混合した。粉砕・混合後、得られたスラリーを湯煎乾燥することで、アセトンの抜気を行い、乾燥混合粉末を調製した。得られた乾燥混合粉末を用いて、プレス成型後、雰囲気焼成を行って焼結体を作製した。雰囲気焼成の条件は、焼成温度１５５０℃～１７５０℃、Ａｒ又はＮ２雰囲気下であった。なお、緻密化し難いもの（実験例１４）に関しては、適宜ＨＩＰ処理を施した。ＨＩＰ処理の条件は、１５５０℃、１５０ＭＰａ、Ａｒ雰囲気下であった。各実験例の配合組成（ｖｏｌ％）、焼成温度、及び昇温速度を表１に示す。
　Ｃｏおよび／またはＮｉと、Ｍｏおよび／またはＷとの金属間化合物の生成については、一次焼成時の冷却速度によって制御した。具体的には、焼成温度１０００℃までの冷却速度を１５℃／ｍｉｎ以下とすることで金属間化合物を生成させた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

（３）切削工具の作製
　実験例１～１９の焼結体を、所定の寸法となるように研磨加工し、切削工具を作製した。実験例１７～１９の焼結体にコーティングを施した。
（４）金属間化合物の確認
　得られた試料について、工具の表面（逃げ面）においてＸＲＤ分析を行い、上記金属間化合物の有無を確認した。
（５）炭素鋼に対する耐摩耗性能評価試験
（５．１）試験条件
　各切削工具を用いて、切削試験を行った。試験条件は下記の通りである。
・チップ形状：ＣＮＭＮ１２０４０８Ｔ００５２０
・被削材：Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ）
・切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：３．０ｍｍ
・送り量：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．
・切削環境：乾式施削試験
（５．２）評価
　評価結果を表１に併記する。下記項目を寿命判定基準として寿命に至るまでの切削距離にて評価を行った。切削距離１ｋｍの加工時までに塑性変形がなかった場合に、合格とした。逃げ面を基準面として刃先の変形量が０．１０ｍｍを超過した場合に、「塑性変形」を生じたと判定した。
　切削距離１ｋｍの加工時のＶＢ摩耗量を評価した。
（６）評価結果
（６．１）金属間化合物の有無について
　実験例１，２を比較検討する。金属間化合物がない実験例２は塑性変形しており、不合格であった。金属間化合物がある実験例１は塑性変形しておらず、合格であった。金属間化合物を含まない実験例２では耐塑性変形性が劣るのに対し、金属間化合物を含む実験例１では耐塑性変形性が向上した。
（６．２）結合相の組成について
　実験例１，３，５～７を比較検討する。結合相にＲｅを含まない実験例１は摩耗量が０．１３ｍｍであった。結合相にＲｅを含み、以下の要件（ａ）を満たす実験例３，５～７は摩耗量が０．０４ｍｍ～０．０８ｍｍであった。
・要件（ａ）：Ｃｏ、Ｍｏ及びＲｅの合計の含有率を１００質量％としたとき、Ｃｏの含有率が４５質量％以上９０質量％以下であり、Ｍｏの含有率が５質量％以上５０質量％以下であり、Ｒｅの含有率が５質量％以上５０質量％以下である。
　結合相にＲｅを含み、上記要件（ａ）を満たすことで、塑性変形が生じないことに加え、工具の摩耗量が低減した。
（６．３）分散粒子の有無について
　実験例５，８～１３を比較検討する。分散粒子（Ａｌを含む粒子）を含まない実験例８は摩耗量が０．１５ｍｍであった。分散粒子を含む実験例５，１３は摩耗量がそれぞれ０．０４ｍｍ、０．０７ｍｍであった。焼結体は、Ａｌを含む分散粒子を含むことで工具の摩耗量が低減した。
　分散粒子がＡｌＮ粒子である実験例５は摩耗量が０．０４ｍｍであった。分散粒子がＡｌ２Ｏ３粒子である実験例１３は摩耗量が０．０７ｍｍであった。分散粒子としてＡｌ２Ｏ３粒子よりもＡｌＮ粒子を含む方が、耐摩耗性を向上できた。
　焼結体全体を１００体積％とした場合の分散粒子の含有量がそれぞれ９体積％、５体積％、２０体積％である実験例５，９，１２は、摩耗量がそれぞれ０．０４ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０９ｍｍであった。分散粒子の含有量が５体積％以上２０体積％以下とすることで、高い耐摩耗性を示した。
（６．４）結合相の成分について
　結合相にＣｏ、Ｒｅ、Ｍｏを含む実験例９は摩耗量が０．０５ｍｍであった。結合相にＣｏ、Ｒｅ、Ｗを含む実験例１０は摩耗量が０．１０ｍｍであった。結合相にＮｉ、Ｒｅ、Ｍｏを含む実験例１１は摩耗量が０．０９ｍｍであった。焼結体は、結合相成分にＣｏ及びＮｉのどちらを含んでも、高い耐摩耗性を示した。焼結体は、結合相成分にＭｏ及びＷのどちらを含んでも、高い耐摩耗性を示した。
（６．５）結合相の量について
　硬質粒子、結合相、及び分散粒子の合計を１００体積％としたとき、結合相がそれぞれ５体積％、３体積％、８体積％、１０体積％である実験例３，１４～１６は、摩耗量がそれぞれ０．０８ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．１６ｍｍであった。結合相が３体積％以上１０体積％以下であることで、十分な工具性能（高い耐摩耗性）を示した。
　実験例１，３，５～１９では、高速加工下において耐摩耗性及び耐欠損性に優れた焼結体及び切削工具となった。このような切削工具によれば、鋼材加工の切削速度を向上でき、切削加工の高能率化を図ることができる。
　本開示は上記で詳述した実施形態に限定されず、本開示の請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。
１　…切削工具
２　…焼結体
７　…被覆層

Claims (4)

  1. 　ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、又は（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）（Ｍは周期表の４～６族に属する元素（Ｔｉ元素を除く）から選ばれる１種以上）を主成分とする硬質粒子と、
    　Ｃｏ及びＮｉの少なくとも１種を含む結合相と、
    を含む焼結体であって、
    　前記結合相は、さらにＭｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種を含み、
    　Ｃｏ及び／又はＮｉと、Ｍｏ及び／又はＷとの金属間化合物を含む焼結体。
  2. 　前記結合相は、
    　Ｃｏ及びＮｉのうちのＣｏのみを含み、 Ｍｏ及びＷのうちのＭｏのみを含み、さらにＲｅを含み、
    　Ｃｏの含有率は、４５質量％以上９０質量％以下であり、
    　Ｍｏの含有率は、５質量％以上５０質量％以下であり、
    　Ｒｅの含有率は、５質量％以上５０質量％以下であり、
    　Ｃｏ、Ｍｏ及びＲｅの合計の含有率は１００質量％である請求項１に記載の焼結体。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の焼結体を用いた切削工具。
  4. 　請求項１又は請求項２に記載の焼結体を基材とし、前記基材の表面に被覆層を形成した切削工具。
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JPH05171335A (ja) * 1991-12-16 1993-07-09 Toshiba Tungaloy Co Ltd 異層表面調質焼結合金及びその製造方法
JPH1192852A (ja) * 1997-09-19 1999-04-06 Toshiba Tungaloy Co Ltd 粒内金属分散強化ｗｃ含有超硬合金およびその製法

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