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JP2002326108A - 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製切削ドリル - Google Patents

高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製切削ドリル

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Publication number
JP2002326108A
JP2002326108A JP2001133908A JP2001133908A JP2002326108A JP 2002326108 A JP2002326108 A JP 2002326108A JP 2001133908 A JP2001133908 A JP 2001133908A JP 2001133908 A JP2001133908 A JP 2001133908A JP 2002326108 A JP2002326108 A JP 2002326108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbide
cutting
phase
cemented carbide
abrasion resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001133908A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Kishino
淳 岸野
Satoshi Takahashi
高橋  慧
Kazuki Okada
一樹 岡田
Toshiyuki Yanai
俊之 谷内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2001133908A priority Critical patent/JP2002326108A/ja
Publication of JP2002326108A publication Critical patent/JP2002326108A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬
合金製切削ドリルを提供する。 【解決手段】 超硬合金製切削ドリルを、質量%で、C
o:8〜10%、組成式:(W1-YTiY)C(ただし、
原子比で、Yは0.3〜0.6を示す)を有するWとT
iの複合炭化物:20〜30%、炭化ニオブ:5〜10
%、炭化タングステン:残り、からなる配合組成を有す
る圧粉体の焼結体にして、走査型電子顕微鏡による組織
観察で、分散相が、炭化タングステン相と、WとTiと
Nbの複合炭化物相とからなり、かつ結合相がCo−W
系合金からなる組織を有する炭化タングステン基超硬合
金で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた高温硬
さを有し、したがって高熱発生を伴なう鋼や鋳鉄などの
高速切削加工に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を発揮
する超硬合金製切削ドリル(以下、超硬ドリルという)
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、超硬ドリルとしては、炭
化タングステン基超硬合金(以下、単に超硬合金とい
う)製のものが多く提案されており、かつこれが例えば
図1(a)に概略正面図で、同(b)に溝形成部の概略
横断面図で示される形状を有し、各種の鋼や鋳鉄などの
被削材の穴あけ切削加工などに用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の穴あけ切
削加工などの切削加工に対する省力化および省エネ化、
さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工
は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にある
が、従来提案されている各種の超硬ドリルにおいては、
これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加工に
用いた場合には問題はないが、これを高速切削条件で用
いると、穴あけ切削加工時に発生する高熱によって、特
に切刃面を含む先端部および溝形成部の薄肉部(切刃部)
の高温硬さの著しい低下をきたし、この結果摩耗進行が
著しく促進されるようになることから、比較的短時間で
使用寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、すぐれた高温硬さを有する超硬
ドリルを開発すべく研究を行った結果、原料粉末とし
て、炭化タングステン(以下、WCで示す)粉末、組成
式:(W 1-YTiY)C(ただし、原子比で、Yは0.3
〜0.6を示す)を有するWとTiの複合炭化物[以
下、(W,Ti)Cで示す]粉末、炭化ニオブ(以下、
NbCで示す)粉末、およびCo粉末を用いて、配合組
成を、質量%で(以下、%は質量%を示す)、 Co:8〜10%、 (W,Ti)C:20〜30%、 NbC:5〜10%、 WC:残り、 としてなる圧粉体の焼結体からなる超硬合金で超硬ドリ
ルを構成すると、この超硬ドリルは、これを構成する超
硬合金が、分散相として、WC相と共に、すぐれた高温
硬さを有するWとTiとNbの複合炭化物[以下、
(W,Ti,Nb)Cで示す]相が共存し、かつ結合相
が、焼結時にCo中へ分散相を形成するWCの一部の主
にW成分が固溶し、これによってすぐれた高温強度を具
備するようになるCo−W系合金で構成された組織をも
つものとなることから、これを高熱発生を伴なう高速切
削加工に用いても、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発
揮する、という研究結果を得たのである。。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、 Co:8〜10%、 (W,Ti)C:20〜30%、 NbC:5〜10% WC:残り、 からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体にして、走査
型電子顕微鏡による組織観察で、分散相が、WC相と、
(W,Ti,Nb)C相とからなり、かつ結合相がCo
−W系合金からなる組織を有する超硬合金で構成してな
る、高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬ドリル
に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明の超硬ドリルにおいて、
これを構成する超硬合金(焼結体)の配合組成を上記の
通りに限定した理由を説明する。 (a)Co Co成分には、焼結性を向上させ、かつ焼結体の常温強
度を向上させる作用があるが、その配合割合が8%未満
では、前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
配合割合が10%を越えると、高速切削時の切刃部の摩
耗が急激に進行するようになることから、その配合割合
を8〜10%と定めた。
【0007】(b)(W,Ti)C (W,Ti)Cは、焼結時にNbCと結合して、高い高
温硬さを有する(W,Ti,Nb)Cを形成し、これが
分散相として存在して超硬ドリルの高温硬さを著しく向
上させる作用をもつが、その配合割合が20%未満で
は、(W,Ti,Nb)C相の形成が不十分で、所望の
すぐれた高温硬さを確保することができず、一方その配
合割合が30%を越えると、分散相として存在する
(W,Ti,Nb)C相の割合が多くなり過ぎて、切刃
部に欠けやチッピング(微小欠け)が発生し易くなるこ
とから、その配合割合を20〜30%と定めた。また、
(W,Ti)CのTi成分には、焼結時における(W,
Ti)CのNbCとの結合を促進し、もって分散相とし
てNbC相が存在しないようにする作用があるが、その
割合(Y値)がWとの合量に占める割合で、原子比で
0.3未満では前記作用に所望の効果が得られず、さら
に形成された(W,Ti,Nb)C相に十分な高温硬さ
を確保することができず、一方その割合(Y値)が同じ
く0.6を越えると、焼結後に形成された(W,Ti,
Nb)C相自体の強度が急激に低下し、これが原因で切
刃部に欠けやチッピングが発生し易くなることから、そ
の割合(Y値)を、原子比で0.3〜0.6と定めた。
【0008】(c)NbC NbCには、上記の通り焼結時に(W,Ti)Cと結合
して、(W,Ti,Nb)C相を形成し、もって超硬ド
リルの高温硬さを著しく向上させる作用があるが、その
配合割合が5%未満では、形成された(W,Ti,N
b)C相に十分な高温硬さを確保することができず、一
方その配合割合が10%を越えると、(W,Ti,N
b)C相におけるNb成分の割合が多くなり過ぎて、自
体の強度が急激に低下し、これが原因で切刃部に欠けや
チッピングが発生し易くなることから、その配合割合を
5〜10%と定めた。
【0009】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の超硬ドリルを
実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平均
粒径:3.0μmを有するWC粉末、同1.8μmの
(W0.7Ti0.3)C粉末、同1.9μmの(W0.5Ti
0.5)C粉末、同2.0μmの(W0.4Ti0.6)C粉
末、同1.2μmのNbC粉末、おとび同1.8μmの
Co粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表1に示
される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセ
トン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、
100MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス
成形し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気中、7
℃/分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲内の所
定の温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉冷の条
件で焼結して、直径が8mm、13mm、および26m
mの3種の超硬合金丸棒焼結体を形成し、さらに前記の
3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表1に示される
組合せで、溝形成部の直径×長さをそれぞれ6mm×1
3mm、10mm×22mm、および20mm×45m
mの寸法とすることにより、図1(a)に概略正面図
で、同(b)に溝形成部の概略横断面図で示される形状
を有する本発明超硬ドリル1〜12をそれぞれ製造し
た。
【0010】また、比較の目的で、表2に示される通
り、配合組成を、高温硬さに影響を及ぼす(W,Ti)
CおよびNbCのいずれかの配合割合がこの発明の範囲
から外れた配合組成とする以外は同一の条件で、比較超
硬ドリル1〜12をそれぞれ製造した。
【0011】なお、本発明超硬ドリル1〜12および比
較超硬ドリル1〜12について、走査型電子顕微鏡およ
びオージェ分光分析装置を用いて、その組織を観察した
ところ、いずれもWC相と、(W,Ti,Nb)C相の
分散相と、Co−W系合金の結合相からなる組織を示し
た。
【0012】つぎに、上記本発明超硬ドリル1〜12お
よび比較超硬ドリル1〜12のうち、本発明超硬ドリル
1〜4および比較超硬ドリル1〜4については、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・SCM440の板材、 切削速度:80m/min、 送り:0.2mm/rev、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ加工試験、本発明超
硬ドリル5〜8および比較超硬ドリル5〜8について
は、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・SCM440の板材、 切削速度:90m/min、 送り:0.25mm/rev、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、本発
明超硬ドリル9〜12および比較超硬ドリル9〜12に
ついては、 被削材:100mm×250の平面寸法、50mmの厚
さを有するJIS・SCM440の板材、 切削速度:100m/min、 送り:0.3mm/rev、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、をそ
れぞれ行い、いずれの湿式(水溶性切削油使用)高速穴
あけ加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3m
mに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果
を表3にそれぞれ示した。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】
【発明の効果】表1〜3に示される結果から、本発明超
硬ドリル1〜12は、いずれもすぐれた高温硬さを有す
ることから、鋼の穴あけ切削加工を高い発熱を伴う高速
で行っても、すぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってす
ぐれた切削性能を発揮するのに対して、比較超硬ドリル
1〜12に見られる通り配合成分である(W,Ti)C
およびNbCのいずれかの配合割合がこの発明の範囲か
ら低い方に外れると、十分な高温硬さが得られないこと
から、摩耗進行が速く、一方反対に高い方に外れると、
切刃部に欠けやチッピングが発生し、いずれの場合も比
較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上述
のように、この発明の超硬ドリルは、各種の鋼や鋳鉄な
どの通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に高速穴
あけ切削加工においてもすぐれた耐摩耗性を発揮し、使
用寿命の延命化を可能にするものであるから、穴あけ切
削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十
分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は超硬ドリルの概略正面図で、(b)は
同溝形成部の概略横断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 一樹 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 (72)発明者 谷内 俊之 茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地 三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 Fターム(参考) 3C037 CC09

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、 Co:8〜10%、 組成式:(W1-YTiY)C(ただし、原子比で、Yは
    0.3〜0.6を示す)を有するWとTiの複合炭化
    物:20〜30%、 炭化ニオブ:5〜10%、 炭化タングステン:残り、 からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体にして、走査
    型電子顕微鏡による組織観察で、分散相が、炭化タング
    ステン相と、WとTiとNbの複合炭化物相とからな
    り、かつ結合相がCo−W系合金からなる組織を有する
    炭化タングステン基超硬合金で構成したこと、を特徴と
    する高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する超硬合金製
    切削ドリル。
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