JP2010222650A - cermet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切削工具の構成材料に適したサーメット、及びこのサーメットを基材とする被覆サーメット工具に関する。特に、耐欠損性に優れると共に、被削材の加工面の品位に優れた切削加工が可能な切削工具が得られるサーメットに関するものである。 The present invention relates to a cermet suitable for a constituent material of a cutting tool, and a coated cermet tool based on this cermet. In particular, the present invention relates to a cermet that provides a cutting tool that is excellent in fracture resistance and capable of performing cutting with excellent quality of the work surface of a work material.
従来、切削工具の基材材料として、炭化チタン(TiC)や炭窒化チタン(Ti(C,N))を主たる硬質相とし、コバルト(Co),ニッケル(Ni)といった鉄族元素で結合したサーメットが利用されている。特許文献1では、単相構造の粒子と、芯部が周辺部に覆われた有芯構造の粒子とを硬質相とするサーメットを開示している。特許文献2,3では、芯部と、芯部を覆う周辺部とを有する有芯構造の粒子を硬質相とするサーメットを開示している。
Conventionally, as a base material for cutting tools, titanium carbide (TiC) or titanium carbonitride (Ti (C, N)) is the main hard phase, and cermet bonded with iron group elements such as cobalt (Co) and nickel (Ni). Is being used.
サーメットを基材とするサーメット工具は、炭化タングステン(WC)を主たる硬質相とする超硬合金からなる工具と比較して、一般に耐摩耗性に優れ、被削材の加工面(仕上げ面)が美麗であるものの、靱性が低く、耐欠損性に劣る。そのため、突発的な欠損が生じ易く、工具寿命が安定しない。近年、切削加工において被削材の加工面の品位を更に向上すると共に、サーメット工具の弱点である耐欠損性を向上して、工具寿命を安定化することが求められている。 Cermet tools based on cermets are generally superior in wear resistance and have a machined surface (finished surface) of the work material compared to tools made of cemented carbide with tungsten carbide (WC) as the main hard phase. Although it is beautiful, it has low toughness and inferior fracture resistance. Therefore, sudden breakage is likely to occur and the tool life is not stable. In recent years, it has been demanded to further improve the quality of the work surface of a work material in cutting and to improve the fracture resistance, which is a weak point of a cermet tool, and to stabilize the tool life.
硬質相が、周辺部を有していない単相構造の粒子から構成されている従来のサーメットでは、結合相との濡れ性が悪く、耐欠損性に劣る。 In the conventional cermet in which the hard phase is composed of particles having a single-phase structure having no peripheral portion, the wettability with the binder phase is poor and the fracture resistance is poor.
硬質相が有芯構造の粒子から構成されている従来のサーメットでは、芯部と周辺部との境界を通って亀裂が進展し易く、この亀裂により、耐欠損性の低下を招く。特に、芯部が微細であると、亀裂の進展を抑制することが困難であり、耐欠損性の向上が難しい。 In conventional cermets in which the hard phase is composed of cored structure particles, cracks tend to propagate through the boundary between the core and the peripheral part, and this cracking leads to a reduction in fracture resistance. In particular, if the core is fine, it is difficult to suppress the progress of cracks, and it is difficult to improve fracture resistance.
そこで、本発明の目的の一つは、耐欠損性に優れると共に、加工面の品位に優れた切削加工が可能な切削工具の構成材料に適したサーメットを提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記サーメットからなる基材を具える被覆サーメット工具を提供することにある。 Then, one of the objectives of this invention is providing the cermet suitable for the constituent material of the cutting tool which is excellent in a fracture resistance, and can perform the cutting process excellent in the quality of the processing surface. Another object of the present invention is to provide a coated cermet tool comprising a substrate made of the cermet.
本発明者らは、サーメット中に特定の範囲で硬質相が存在し、かつこの硬質相を構成する粒子として、組成や形態の異なる4種の粒子が存在する場合、高い耐摩耗性を有すると共に、耐欠損性及び耐溶着性の著しい向上が望めるとの知見を得た。また、耐溶着性などを向上することで、被削材の面品位をも向上することができる。本発明は、上記知見に基づき、硬質相の含有量、及び4種の硬質相を規定する。 The present inventors have a high wear resistance when a hard phase exists in a specific range in the cermet and four kinds of particles having different compositions and forms exist as the particles constituting the hard phase. In addition, the inventors have found that remarkable improvement in fracture resistance and welding resistance can be expected. Further, the surface quality of the work material can be improved by improving the welding resistance. Based on the above findings, the present invention defines the content of the hard phase and the four hard phases.
本発明のサーメットは、周期律表4,5,6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの固溶体からなる群から選択される1種以上の化合物からなる硬質相が鉄族金属を主成分とする結合相により結合されてなるサーメットである。このサーメットは、上記硬質相を70質量%以上97質量%以下含有し、残部が実質的に結合相からなる。また、このサーメットは、上記硬質相として、以下の第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相を含有する。
第1硬質相:炭窒化チタン(Ti(C,N))の単相のみからなる、又はTi(C,N)の周囲の一部がチタン(Ti)と、周期律表4,5,6族金属(但し、Tiを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体で覆われている硬質相である。
第2硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相である。上記芯部がTi(C,N)から構成され、上記周辺部が、Tiと、周期律表4,5,6族金属(但し、Tiを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体から構成されている。
第3硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相である。上記芯部及び上記周辺部は、同一の元素から構成されており、少なくともTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体から構成されている。また、上記芯部のW濃度が上記周辺部のW濃度よりも大きい。
第4硬質相:Tiと、周期律表4,5,6族金属(但し、Tiを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体からなる単相構造の硬質相である。
In the cermet of the present invention, the hard phase composed of one or more compounds selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides, and their solid solutions of the
First hard phase: consists of a single phase of titanium carbonitride (Ti (C, N)), or part of the periphery of Ti (C, N) is titanium (Ti), periodic table 4, 5, 6 It is a hard phase covered with a composite carbonitride solid solution with one or more metals selected from group metals (excluding Ti).
Second hard phase: a hard phase having a core structure including a core portion and a peripheral portion covering the entire periphery of the core portion. The core is composed of Ti (C, N), and the peripheral portion is composed of Ti and one or more metals selected from
Third hard phase: a hard phase having a core structure including a core part and a peripheral part covering the entire periphery of the core part. The said core part and the said peripheral part are comprised from the same element, and are comprised from the composite carbonitride solid solution containing Ti and W at least. Further, the W concentration in the core portion is larger than the W concentration in the peripheral portion.
Fourth hard phase: A hard phase having a single-phase structure composed of a composite carbonitride solid solution of Ti and one or more metals selected from
本発明サーメットは、硬質相を特定量含有すると共に、この硬質相として、上記第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相が共存していることで、第1硬質相〜第4硬質相のそれぞれが果たす機能を併せ持つことができる。具体的には、本発明サーメットは、高硬度な硬質相が存在することで耐摩耗性に優れると共に、結合相との濡れ性に優れる硬質相が存在することで、結合相との良好な濡れ性を維持したり、結合相が均一的に存在する組織としたりすることができ、この組織の均一化による耐摩耗性の向上や耐欠損性の向上を望むことができる。かつ、本発明サーメットは、熱特性に優れる硬質相が存在することで熱伝導性を向上することができ、熱的亀裂の抑制や耐溶着性の向上をも望める。このように本発明サーメットは、優れた耐摩耗性を有すると共に、耐欠損性及び耐溶着性の著しい向上を図ることができる。そのため、本発明サーメットにより構成される切削工具は、摩耗や欠損が生じ難いことから、工具寿命の安定化や延命化を図ることができる上に、溶着が生じ難いことで、美麗な加工面を得ることができ、被削材の加工面の品質向上を望める。以下、本発明をより詳細に説明する。 The cermet of the present invention contains a specific amount of a hard phase, and the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase coexist as the hard phase. Each of the functions of the hard phase to the fourth hard phase can be performed. Specifically, the cermet of the present invention has excellent wear resistance due to the presence of a hard phase having a high hardness, and good wetting with the binding phase due to the presence of a hard phase excellent in wettability with the binding phase. The structure can be maintained, and the structure in which the binder phase exists uniformly can be obtained, and improvement of wear resistance and defect resistance can be expected by homogenizing the structure. In addition, the cermet of the present invention can improve thermal conductivity due to the presence of a hard phase having excellent thermal characteristics, and can also be expected to suppress thermal cracking and improve welding resistance. As described above, the cermet of the present invention has excellent wear resistance and can significantly improve the fracture resistance and welding resistance. For this reason, the cutting tool constituted by the cermet of the present invention is less likely to be worn or chipped, so that the tool life can be stabilized and the life can be extended. The quality of the machined surface of the work material can be improved. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<サーメット>
《全体組成》
本発明サーメットは、70質量%以上97質量%以下の硬質相と、残部が結合相及び不可避的不純物により構成される。不可避的不純物は、原料に含有したり、製造工程で混入したりする、酸素やppmオーダーの金属元素が挙げられる。
<Cermet>
<Overall composition>
The cermet of the present invention is composed of a hard phase of 70% by mass or more and 97% by mass or less, and the balance is composed of a binder phase and inevitable impurities. Inevitable impurities include oxygen and metal elements in the order of ppm, which are contained in the raw material or mixed in the manufacturing process.
《硬質相》
[組成]
硬質相は、周期律表4,5,6族金属から選ばれる少なくとも1種の金属元素と炭素(C)及び窒素(N)の少なくとも1種の元素との化合物、即ち、上記金属元素の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの固溶体から選択される少なくとも1種を含む。特に、本発明サーメットは、チタン炭窒化物(Ti(C,N))及びチタン(Ti)を含む炭窒化物固溶体を少なくとも含有するTi(C,N)基サーメットである。硬質相の含有量が97質量%を超えると、結合相が少な過ぎることから耐欠損性が著しく低下し、70質量%未満であると、結合相が多過ぎることから硬度が著しく低下し、耐摩耗性が劣化する。硬質相のより好ましい含有量は、80質量%以上90質量%以下である。
《Hard phase》
[composition]
The hard phase is a compound of at least one metal element selected from
また、硬質相は、上述した第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相という組成や形態が異なる4種を含有する。具体的には、Ti(C,N)系の硬質相及びTiを含むその他の組成の硬質相、並びに単相構造の硬質相及び有芯構造の硬質相を含有する。上記4種の硬質相の存在状態は、走査型電子顕微鏡(SEM)による顕微鏡写真の濃淡により容易に判別できる。 Further, the hard phase contains four kinds of different compositions and forms, such as the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase. Specifically, it contains a Ti (C, N) -based hard phase and a hard phase having other composition including Ti, a single-phase hard phase, and a hard phase with a core structure. The presence state of the four hard phases can be easily discriminated by the density of micrographs taken with a scanning electron microscope (SEM).
(第1硬質相)
第1硬質相を構成する粒子は、実質的にTi(C,N)のみからなる単相構造の粒子、又はTi(C,N)の周囲の一部をTiと、Ti以外の周期律表4,5,6族金属から選択された1種以上の金属の複合炭窒化物固溶体で覆われた粒子、つまり、Ti(C,N)の周囲が上記複合炭窒化物固溶体により完全に覆われていない粒子である。第1硬質相は、後述する第3硬質相及び第4硬質相と比較してTiを多く含むことにより、硬度が高く、かつ被削材に汎用される鋼との反応性が低い。従って、サーメット中に第1硬質相が存在することで、特に、耐摩耗性及び耐溶着性の向上を達成することができる。
(First hard phase)
The particles constituting the first hard phase are particles having a single phase structure substantially consisting of only Ti (C, N), or a part of the periphery of Ti (C, N) is Ti and a periodic table other than Ti. Particles covered with a composite carbonitride solid solution of one or more metals selected from
(第2硬質相)
第2硬質相を構成する粒子は、芯部が実質的にTi(C,N)からなり(原子割合で芯部全体の95%以上をTi(C,N)が占める)、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部が、Tiと、Ti以外の周期律表4,5,6族金属から選択された少なくとも1種の金属との複合炭窒化物固溶体で構成される有芯構造の粒子である。周辺部の具体的な組成は、例えば、(Ti,W,Mo)(C,N),(Ti,W,Nb)(C,N),(Ti,W,Mo,Nb)(C,N),(Ti,W,Mo,Nb,Zr)(C,N)などが挙げられる。第2硬質相は、第1硬質相と異なり、芯部の周囲の全体に亘って結合相と良好な濡れ性を有する周辺部が存在することから、サーメット中の巣の発生を低減して組織の均質化を図ることで、硬度を安定化させることができる。また、上記組織の均質化により、耐欠損性といった靭性の更なる向上が望める。従って、サーメット中に第2硬質相が存在することで、特に、耐摩耗性及び耐欠損性の効果を安定させることができる。
(Second hard phase)
The particles constituting the second hard phase are substantially composed of Ti (C, N) in the core (Ti (C, N) occupies 95% or more of the entire core by atomic ratio). Particles with a core structure in which the periphery covering the entire periphery is composed of a composite carbonitride solid solution of Ti and at least one kind of metal selected from
(第3硬質相)
第3硬質相を構成する粒子は、芯部及び周辺部とが同一の元素から構成された有芯構造の粒子であり、少なくともTi及びWを含む複合炭窒化物固溶体からなる。かつ、この粒子は、芯部のW濃度が周辺部のW濃度よりも大きい。具体的な組成は、例えば、(Ti,W)(C,N)、(Ti,W,Mo)(C,N)、(Ti,W,Nb)(C,N)、(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)などが挙げられる。第3硬質相は、第1硬質相や第2硬質相と比較してWを多く含有することで、高い硬度を維持したまま、熱伝導率の向上が望めることから、熱的強度、耐熱亀裂性、耐欠損性、耐塑性変形性を向上することができる。
(3rd hard phase)
The particles constituting the third hard phase are core-structured particles in which the core portion and the peripheral portion are composed of the same element, and are composed of a composite carbonitride solid solution containing at least Ti and W. In addition, the W concentration in the core portion of this particle is larger than the W concentration in the peripheral portion. Specific compositions include, for example, (Ti, W) (C, N), (Ti, W, Mo) (C, N), (Ti, W, Nb) (C, N), (Ti, W, Mo, Nb) (C, N) and the like. The third hard phase contains more W than the first hard phase and the second hard phase, and it can be expected to improve thermal conductivity while maintaining high hardness. , Fracture resistance, and plastic deformation resistance can be improved.
(第4硬質相)
第4硬質相を構成する粒子は、Tiと、Ti以外の周期律表4,5,6族金属から選択された少なくとも1種の金属との複合炭窒化物固溶体で構成される単相構造の粒子である。この粒子は、第3硬質相と異なり、芯部と周辺部との明確な境界を有しておらず、粒子全体が一様な組成からなる。第4硬質相を構成するTi以外の金属として、代表的にはWが挙げられる。第4硬質相の具体的な組成は、例えば、(Ti,W)(C,N)、(Ti,W,Mo)(C,N)、(Ti,W,Nb)(C,N)、(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)が挙げられる。特に、第4硬質相がWを含んでいる場合、第3硬質相のようにW濃度に大きな変化が見られず(Wの分布が見られず)、第4硬質相の全体に亘って均一的にWが存在する。そのため、サーメット中に第4硬質相が存在することで、硬度が若干低下するものの、硬度が一様になって硬質相内での亀裂進展が起こり難い上に、熱伝導率の向上が望めることから、耐熱亀裂性及び耐欠損性を向上することができる。
(4th hard phase)
The particles constituting the fourth hard phase have a single-phase structure composed of a composite carbonitride solid solution of Ti and at least one metal selected from
硬質相が実質的に第1硬質相及び第2硬質相のみで構成される場合、耐欠損性を向上することが難しい。硬質相が実質的に第1硬質相及び第3硬質相のみで構成される場合、結合相との濡れ性が悪くなるため、巣が発生し易くなり、耐欠損性が悪い。硬質相が実質的に第1硬質相及び第4硬質相のみで構成される場合も結合相との濡れ性が悪いことから巣が発生し易くなり、十分な硬度が得られなくなると共に耐欠損性が悪い。 When the hard phase is substantially composed of only the first hard phase and the second hard phase, it is difficult to improve the fracture resistance. When the hard phase is substantially composed only of the first hard phase and the third hard phase, the wettability with the binder phase is deteriorated, so that nests are likely to be generated and the fracture resistance is poor. Even when the hard phase is substantially composed only of the first hard phase and the fourth hard phase, the wettability with the binder phase is poor, so nests are likely to occur, and sufficient hardness cannot be obtained and fracture resistance is obtained. Is bad.
硬質相が実質的に第2硬質相及び第3硬質相のみで構成される場合、従来からの問題である芯部と周辺部との境界を通る亀裂の進展を抑制することが困難であり、期待する耐欠損性が得られない。硬質相が実質的に第2硬質相及び第4硬質相のみで構成される場合、耐欠損性の向上が望めない。 When the hard phase is substantially composed only of the second hard phase and the third hard phase, it is difficult to suppress the progress of cracks that pass through the boundary between the core and the peripheral part, which is a conventional problem, The expected fracture resistance cannot be obtained. When the hard phase is substantially composed only of the second hard phase and the fourth hard phase, improvement in fracture resistance cannot be expected.
硬質相が実質的に第1硬質相及び第2硬質相及び第3硬質相で構成され、第4硬質相を含有しない場合、Wを含有する第3硬質相の存在割合が相対的に増加する。Wが多く存在すると、切削中に被削材(特に鋼)と反応し易く、溶着が生じ易くなる。そのため、被削材の加工面の劣化を招く。つまり、上記第1硬質相、第2硬質相、及び第3硬質相に加えて、第4硬質相が存在することで、被削材の加工面の品位(光沢性)に優れると共に、この優れた品位を安定して保持することができる。 When the hard phase is substantially composed of the first hard phase, the second hard phase, and the third hard phase, and does not contain the fourth hard phase, the proportion of the third hard phase containing W is relatively increased. . When a large amount of W is present, it tends to react with the work material (particularly steel) during cutting, and welding tends to occur. Therefore, the work surface of the work material is deteriorated. In other words, in addition to the first hard phase, the second hard phase, and the third hard phase, the presence of the fourth hard phase improves the quality (glossiness) of the work surface of the work material, and this excellent Can maintain stable quality.
硬質相が実質的に第1硬質相及び第2硬質相及び第4硬質相で構成され、第3硬質相を含有しない場合、熱伝導率の向上は望めるものの、硬度の低下を引き起こし、亀裂が進展し易くなることから、欠損発生率が高くなる。つまり、上記第1硬質相、第2硬質相、及び第4硬質相に加えて、第3硬質相が存在することで、熱伝導率を更に向上して、熱的亀裂やこの亀裂の進展を低減して、耐欠損性を効果的に向上することができる。 When the hard phase is substantially composed of the first hard phase, the second hard phase, and the fourth hard phase and does not contain the third hard phase, although it can be expected to improve the thermal conductivity, it causes a decrease in hardness and cracks occur. Since it progresses easily, the defect occurrence rate increases. In other words, in addition to the first hard phase, the second hard phase, and the fourth hard phase, the presence of the third hard phase further improves the thermal conductivity, thereby preventing thermal cracks and the progress of these cracks. It is possible to reduce and effectively improve the fracture resistance.
硬質相が実質的に第2硬質相及び第3硬質相及び第4硬質相で構成され、第1硬質相を含有しない場合、第1硬質相が存在することで望める耐摩耗性及び耐溶着性の向上の効果が得られ難く、特に被削材の加工面の光沢性に劣る。 When the hard phase is substantially composed of the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase and does not contain the first hard phase, the wear resistance and welding resistance that can be expected by the presence of the first hard phase. It is difficult to obtain the effect of improvement, and particularly the gloss of the processed surface of the work material is inferior.
硬質相が実質的に第1硬質相及び第3硬質相及び第4硬質相で構成され、第2硬質相を含有しない場合、即ち、サーメット中の硬質相の主成分であるTi(C,N)系の硬質相が第1硬質相のみである場合、上述のように結合相との濡れ性が極端に悪くなって巣が発生し易いことから、機械的特性の劣化を招く。 When the hard phase is substantially composed of the first hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase and does not contain the second hard phase, that is, Ti (C, N, which is the main component of the hard phase in the cermet When the hard phase of the) system is only the first hard phase, the wettability with the binder phase becomes extremely poor as described above, and nests are likely to be generated, resulting in deterioration of mechanical properties.
本発明サーメットは、第1硬質相及び第2硬質相に加えて、特に、第3硬質相と第4硬質相とが同時に存在することにより、熱的強度を維持しつつ、鋼との反応を抑制させることが可能となる。そのため、本発明サーメットを基材とする切削工具は、熱的な塑性変形にする耐性の向上、及び耐熱亀裂性の向上、並びに耐溶着性の向上が望めることから、被削材の加工面の性状を向上することができると期待される。 The cermet of the present invention, in addition to the first hard phase and the second hard phase, in particular, due to the simultaneous presence of the third hard phase and the fourth hard phase, the reaction with the steel while maintaining the thermal strength. It can be suppressed. Therefore, the cutting tool based on the cermet of the present invention can be expected to improve the resistance to thermal plastic deformation, improve the thermal crack resistance, and improve the welding resistance. It is expected that the properties can be improved.
[粒径]
硬質相は、粗大な粒子と微細な粒子、特に、粒径が1μm以下の微粒と、粒径が1μm超3μm以下の粗粒とが混在していることが好ましい。更に、硬質相の総面積に対して60%以上90%以下の硬質相が上記粗粒からなり、硬質相の残部が上記微粒からなることが好ましい。また、上記粗粒は、上記第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相で構成され、上記微粒は、実質的に第1硬質相及び第2硬質相から構成されていることが好ましい。
[Particle size]
The hard phase is preferably a mixture of coarse particles and fine particles, particularly fine particles having a particle size of 1 μm or less and coarse particles having a particle size of more than 1 μm and 3 μm or less. Furthermore, it is preferable that a hard phase of 60% or more and 90% or less with respect to the total area of the hard phase is made of the coarse particles, and the remainder of the hard phase is made of the fine particles. The coarse particles are composed of the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase, and the fine particles are substantially composed of the first hard phase and the second hard phase. It is preferable that
このような混粒組織では、粗大な粒子間につくられる隙間を埋めるように微細な粒子が存在することで、硬度の向上や破壊靱性の向上を図ることができる。粗大な粒子の粒径が1μm超、かつ微細な粒子の粒径が1μm以下であることで、粗大な粒子間に十分な隙間が設けられ、この隙間に微細な粒子が介在できるため、上述した硬度の向上や破壊靭性の向上の効果が得られる。また、粗大な粒子の粒径が3μm以下であることで、粒子間に存在する結合相が過剰にならず、大きな結合相プールが存在することによる硬度の低下や破壊靭性の劣化を低減できる。微細な粒子の粒径は特に0.1μm以上0.8μm以下が好ましい。 In such a mixed grain structure, the presence of fine particles so as to fill a gap formed between coarse particles can improve hardness and fracture toughness. Since the particle size of the coarse particles is more than 1 μm and the particle size of the fine particles is 1 μm or less, a sufficient gap is provided between the coarse particles, and the fine particles can intervene in the gap. The effect of improving hardness and fracture toughness can be obtained. Further, when the particle size of coarse particles is 3 μm or less, the binder phase existing between the particles does not become excessive, and the decrease in hardness and the deterioration of fracture toughness due to the presence of a large binder phase pool can be reduced. The particle size of the fine particles is particularly preferably 0.1 μm or more and 0.8 μm or less.
また、上記粗粒の面積率が60%以上であることで、適度に粗粒が存在するため、亀裂の進展を抑制する効果が大きく、靭性を高められ、90%以下であることで、粗大な粒子間につくられる隙間に微細な粒子が十分に存在して、硬度の向上や亀裂の進展を抑制することができる。更に、微細な粒子が適度に存在することで、サーメットの最表面の面粗さを小さくすることができ、優れた切削性能が得られる。上記粗粒の面積率のより好ましい範囲は、70%以上85%以下である。更に、微細な粒子の総面積に対して、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくはほぼ全てが第1硬質相及び第2硬質相から構成されることで、高硬度で微細なTi(C,N)が十分に存在して、耐摩耗性を高められる。本発明で規定する粒径、面積、及び面積率の求め方は後述する。 In addition, since the area ratio of the coarse grains is 60% or more, the coarse grains are present appropriately, so that the effect of suppressing the progress of cracks is large, and the toughness is enhanced. Fine particles are sufficiently present in the gaps formed between the fine particles, so that the improvement in hardness and the progress of cracks can be suppressed. Furthermore, since fine particles are present appropriately, the surface roughness of the outermost surface of the cermet can be reduced, and excellent cutting performance can be obtained. A more preferable range of the area ratio of the coarse particles is 70% or more and 85% or less. Further, the total area of the fine particles is 80% or more, preferably 90% or more, and more preferably almost all of them are composed of the first hard phase and the second hard phase. (C, N) is sufficiently present to improve wear resistance. The method for obtaining the particle size, area, and area ratio defined in the present invention will be described later.
硬質相の粒子の粒径及び面積率の調整は、例えば、原料粉末の大きさや添加量、製造条件(粉砕時間や焼結条件など)を調整することで行える。粉砕時間を長くすると、サーメット中の硬質相粒子が微細になる傾向にあり、焼結温度が高いと、サーメット中の硬質相粒子が粗大になる傾向にある。また、粉砕時間を長くして粉末を微細にしても、焼結温度を高くすると、粒子が成長して粗大な硬質相粒子が存在することもある。 The particle size and area ratio of the hard phase particles can be adjusted, for example, by adjusting the size and amount of the raw material powder and the production conditions (such as grinding time and sintering conditions). When the pulverization time is lengthened, the hard phase particles in the cermet tend to be fine, and when the sintering temperature is high, the hard phase particles in the cermet tend to be coarse. Even if the pulverization time is lengthened and the powder is made fine, if the sintering temperature is increased, the particles may grow and coarse hard phase particles may be present.
硬質相の総面積に対して、粒径が1μm超3μm以下(粗粒)の第1硬質相の面積率をS1、粒径が1μm超3μm以下(粗粒)の第2硬質相の面積率をS2とするとき、(S1+S2)が0.1以上0.5以下を満たすことが好ましい。(S1+S2)が0.1以上であると、被削材と溶着し難く、被削材の表面に微小なムシレが発生することを低減して、被削材の加工面の性状を向上することができる上に、耐溶着性の向上により溶着による摩耗を低減して、工具の耐摩耗性を向上することができる。また、(S1+S2)が0.5以下であることで、高硬度化による靭性の低下を抑制し、欠けやチッピングを起こり難くすることができる。(S1+S2)のより好ましい範囲は、0.3以上0.5以下である。 The area ratio of the first hard phase with a particle size of more than 1μm and 3μm or less (coarse) is S1, and the area ratio of the second hard phase with a particle size of more than 1μm and 3μm or less (coarse) with respect to the total area of the hard phase When S is S2, (S1 + S2) preferably satisfies 0.1 or more and 0.5 or less. When (S1 + S2) is 0.1 or more, it is difficult to weld to the work material, and it is possible to reduce the occurrence of minute rashes on the work material surface, and to improve the properties of the work surface of the work material. In addition, the wear resistance of the tool can be improved by reducing the wear due to welding by improving the welding resistance. In addition, when (S1 + S2) is 0.5 or less, a decrease in toughness due to the increase in hardness can be suppressed, and chipping and chipping can hardly occur. A more preferable range of (S1 + S2) is 0.3 or more and 0.5 or less.
また、粒径が1μm超3μm以下(粗粒)の第3硬質相の面積率をS3、及び粒径が1μm超3μm以下(粗粒)の第4硬質相の面積率をS4とするとき、S1/(S1+S2)が0.1以上0.4以下であり、かつS3/(S3+S4)が0.4以上0.9以下を満たすと、耐摩耗性と耐欠損性との両立が更に図れると共に、被削材の面光沢をより向上できる。このとき、S1/(S1+S2)のより好ましい範囲は、0.3以上0.4以下であり、S3/(S3+S4)のより好ましい範囲は、0.7以上0.9以下である。 In addition, when the area ratio of the third hard phase having a particle size of more than 1 μm and 3 μm or less (coarse) is S3, and the area ratio of the fourth hard phase having a particle diameter of more than 1 μm and 3 μm or less (coarse) is S4, When S1 / (S1 + S2) is 0.1 or more and 0.4 or less and S3 / (S3 + S4) is 0.4 or more and 0.9 or less, both wear resistance and fracture resistance can be further achieved, and the surface gloss of the work material can be improved. It can be improved. At this time, a more preferable range of S1 / (S1 + S2) is 0.3 or more and 0.4 or less, and a more preferable range of S3 / (S3 + S4) is 0.7 or more and 0.9 or less.
粒径が1μm以下(微粒)の第1硬質相の面積をSS1、粒径が1μm以下(微粒)の第2硬質相の面積をSS2とするとき、SS1/(SS1+SS2)が0.5以上0.9以下であることが好ましい。SS1/(SS1+SS2)が0.5以上であると、微小な第1硬質相が第2硬質相よりも多く存在することで、耐摩耗性の著しい向上が望める。また、SS1/(SS1+SS2)が0.9以下であると、微細な硬質相のうち、第1硬質相の占める割合が過剰にならず、微細な第1硬質相が過剰に存在することによる濡れ性の低下、この濡れ性の低下に伴う微小な巣の発生により、硬度の劣化を引き起こす可能性が抑制できる。SS1/(SS1+SS2)のより好ましい範囲は、0.55以上0.7以下である。 When the area of the first hard phase with a particle size of 1 μm or less (fine particles) is SS1, and the area of the second hard phase with a particle size of 1 μm or less (fine particles) is SS2, SS1 / (SS1 + SS2) is 0.5 or more and 0.9 The following is preferable. When SS1 / (SS1 + SS2) is 0.5 or more, the minute first hard phase is present more than the second hard phase, so that it is possible to significantly improve the wear resistance. Also, if SS1 / (SS1 + SS2) is 0.9 or less, the proportion of the first hard phase in the fine hard phase does not become excessive, and wetting due to the presence of the fine first hard phase in excess The possibility of causing the deterioration of hardness can be suppressed by the generation of minute nests accompanying the decrease in the wettability and the decrease in the wettability. A more preferable range of SS1 / (SS1 + SS2) is 0.55 or more and 0.7 or less.
サーメットの総面積(硬質相+結合相)に対して、第3硬質相の面積と第4硬質相の面積との合計の面積率が40%よりも大きいことが好ましい。この場合、熱特性が安定することから、耐熱亀裂性が向上し、引いては耐欠損性を向上することができる。特に、これら第3硬質相及び第4硬質相は、上述のように概ねが粗粒であることが好ましい。 It is preferable that the total area ratio of the area of the third hard phase and the area of the fourth hard phase is larger than 40% with respect to the total area of the cermet (hard phase + binding phase). In this case, since the thermal characteristics are stabilized, the thermal cracking resistance is improved, and thus the fracture resistance can be improved. In particular, the third hard phase and the fourth hard phase are preferably roughly coarse as described above.
《結合相》
結合相は、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)という鉄族金属から選ばれた少なくとも1種の金属を主成分とする。「主成分」とは、結合相が実質的に上記鉄族金属の中から選ばれた1種以上の金属のみで構成される場合、又は、上記鉄族金属の中から選ばれた1種以上の金属に上述した硬質相の構成元素を、結合相の総質量に対して0.1質量%以上20質量%以下固溶した合金、即ち、結合相の80質量%以上が鉄族金属から構成される場合とする。結合相が硬質相の構成元素を固溶している場合、固溶強化により、靭性を向上することができ、耐欠損性を高められる傾向にある。また、結合相は、Co及びNiの少なくとも一方が主成分(結合相の総質量の80質量%以上)であると、硬質相との濡れ性が高い上に耐食性に優れることから、切削工具の構成材料により好ましいサーメットになる。
<< Binder Phase >>
The binder phase is mainly composed of at least one metal selected from iron group metals such as cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni). “Main component” means that the binder phase is substantially composed of only one or more metals selected from the above iron group metals, or one or more selected from the above iron group metals. An alloy in which the constituent elements of the hard phase described above are dissolved in 0.1% by mass to 20% by mass with respect to the total mass of the binder phase, that is, 80% by mass or more of the binder phase is composed of iron group metal. Suppose. When the binder phase is a solid solution of the constituent elements of the hard phase, the toughness can be improved and the fracture resistance tends to be increased by solid solution strengthening. In addition, since at least one of Co and Ni is a main component (80 mass% or more of the total mass of the binder phase), the binder phase has high wettability with the hard phase and excellent corrosion resistance. It becomes a preferable cermet by a constituent material.
結合相にNi及びCoの双方を含有する場合、特に、結合相中のNiとCoとの存在質量比(Coの質量に対するNiの質量の比)をNi/Coとするとき、Ni/Coが0.7以上1.5以下であることが好ましい。Ni/Coが0.7以上1.5以下を満たすことで、濡れ性の低下を低減して高い靭性を維持できると共に、硬度の低下を低減して、高い強度を維持することができる。特に好ましいNi/Coは、0.8以上1.2以下である。Ni/Coの調整は、例えば原料に用いるCo粉末やNi粉末の添加量を調整することで行える。 In the case where the binder phase contains both Ni and Co, particularly when the mass ratio of Ni and Co in the binder phase (the ratio of the mass of Ni to the mass of Co) is Ni / Co, Ni / Co is It is preferably 0.7 or more and 1.5 or less. When Ni / Co satisfies 0.7 or more and 1.5 or less, a decrease in wettability can be reduced and high toughness can be maintained, and a decrease in hardness can be reduced and high strength can be maintained. Particularly preferable Ni / Co is 0.8 or more and 1.2 or less. Ni / Co can be adjusted, for example, by adjusting the amount of Co powder or Ni powder added to the raw material.
[その他の含有元素]
本発明サーメットは、モリブデン(Mo)を含有していてもよい。Moを含有する場合、特に第2硬質相が形成され易くなる傾向にある。そのため、硬質相と結合相との濡れ性を高められることから、硬質相を構成する粒子の周囲に結合相が十分に存在することができ、靭性を向上できる。Moの含有量は、0.01質量%以上2.0質量%以下が好ましい。Moの含有量が0.01質量%以上であると、上述のようにサーメット全体として濡れ性を向上して、硬度や靭性を向上でき、2.0質量%以下とすることで、第1硬質相が形成され難くなって相対的に第2硬質相,第3硬質相が多くなることを抑制できる。そのため、従来からの課題である硬質相の芯部と周辺部との境界を通る亀裂の進展を抑制して、期待する耐欠損性を得ることができる。Moのより好ましい含有量は、0.5質量%以上1.5質量%以下である。Moを含有していなくてもよい。
[Other elements]
The cermet of the present invention may contain molybdenum (Mo). When Mo is contained, the second hard phase tends to be formed particularly easily. Therefore, since the wettability between the hard phase and the binder phase can be improved, the binder phase can sufficiently exist around the particles constituting the hard phase, and the toughness can be improved. The Mo content is preferably 0.01% by mass or more and 2.0% by mass or less. When the Mo content is 0.01% by mass or more, as described above, the cermet as a whole can improve the wettability and improve the hardness and toughness. By setting the content to 2.0% by mass or less, the first hard phase is formed. It can be suppressed that the second hard phase and the third hard phase are relatively increased. Therefore, it is possible to obtain the expected fracture resistance by suppressing the progress of cracks passing through the boundary between the core portion and the peripheral portion of the hard phase, which is a conventional problem. A more preferable content of Mo is 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less. It may not contain Mo.
<サーメット工具>
《基材》
上記構成を具える本発明サーメットは、上述のように4種の硬質相を具えることで、耐摩耗性だけでなく、耐欠損性及び耐溶着性にも優れ、良好な仕上げ面が望まれる切削工具(サーメット工具)の基材材料に好適に利用することができる。
<Cermet tool>
"Base material"
The cermet of the present invention having the above-described configuration is excellent not only in wear resistance but also in chipping resistance and welding resistance by providing the four hard phases as described above, and a good finished surface is desired. It can be suitably used as a base material for a cutting tool (cermet tool).
《硬質膜》
上記基材は、その表面の少なくとも一部に被覆された硬質膜を具えてもよい。硬質膜は、少なくとも刃先及びその近傍に具えることが好ましく、基材表面の全面に亘って具えていてもよい。硬質膜は、1層でも多層でもよく、合計厚さは1〜20μmが好ましい。硬質膜の形成方法は、熱CVD法といった化学蒸着法(CVD法)、アークイオンプレーティング法といった物理蒸着法(PVD法)のいずれも利用できる。
《Hard film》
The base material may include a hard film coated on at least a part of its surface. The hard film is preferably provided at least at the blade edge and in the vicinity thereof, and may be provided over the entire surface of the substrate. The hard film may be a single layer or multiple layers, and the total thickness is preferably 1 to 20 μm. As a method for forming the hard film, either a chemical vapor deposition method such as a thermal CVD method (CVD method) or a physical vapor deposition method such as an arc ion plating method (PVD method) can be used.
硬質膜の組成は、周期律表4,5,6族の金属,アルミニウム(Al),及びシリコン(Si)からなる群から選択される1種以上の元素と、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)及び硼素(B)からなる群から選択される1種以上の元素との化合物、即ち、上記金属などの元素の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、及びこれらの固溶体からなる化合物、立方晶窒化ホウ素(cBN)、ダイヤモンド、及びダイヤモンドライクカーボン(DLC)からなる群から選択される1種以上が挙げられる。具体的な膜質は、Ti(C,N),Al2O3,(Ti,Al)N,TiN,TiC,(Al,Cr)Nなどが挙げられる。
The composition of the hard film is one or more elements selected from the group consisting of metals of
<サーメットの製造方法>
サーメットは、一般に、原料の準備→原料の粉砕及び混合→成形→焼結という工程で製造される。本発明サーメットは、後述する原料粉末を用い、粉砕及び混合時間や焼結条件を調整することで、製造することができる。
<Method for producing cermet>
The cermet is generally produced by a process of raw material preparation → grinding and mixing of raw materials → molding → sintering. The cermet of the present invention can be produced by using the raw material powder described later and adjusting the grinding and mixing time and sintering conditions.
《原料の準備》
原料には、周期律表4,5,6族金属から選ばれる少なくとも1種の金属と、炭素(C)及び窒素(N)の少なくとも1種の元素との化合物からなる化合物粉末と、結合相を構成する粉末、代表的には鉄族金属粉末とを用いる。これらの粉末として、微細な粉末と比較的粗大な粉末とを用いることで、上述のような粗粒と微粒とが混合された硬質相を有するサーメットが得られ易い。粉末の大きさは、硬質相の粒子の大きさを考慮して適宜選択するとよい。
<Preparation of raw materials>
The raw material includes a compound powder comprising a compound of at least one metal selected from
第1硬質相及び第2硬質相を生成するためには、例えば、Ti(C,N)粉末を用いる。Ti(C,N)粉末は、従来、スポンジTiを出発材料として生成されたものがあるが、特に、TiO2を出発材料として生成されたTi(C,N)粉末を用いると、微粒の第1硬質相を形成し易い傾向にある。また、上述のようにMoを含有する化合物粉末を合わせて用いると、第2硬質相を形成し易い傾向にある。第3硬質相を生成するためには、Wを含む粉末、例えば、WC粉末を用いる。第4硬質相を生成するためには、TiとTiを除く周期律表4,5,6族金属とを含有した化合物粉末、例えば、(Ti,W)(C,N)粉末を用いる。このような化合物粉末を用いることで、第4硬質相の粒子、即ち、TiとTiを除く周期律表4,5,6族金属とが均一的に固溶した単相構造の粒子が得られ易い。
In order to generate the first hard phase and the second hard phase, for example, Ti (C, N) powder is used. Some Ti (C, N) powders are conventionally produced using sponge Ti as a starting material.In particular, when Ti (C, N) powder produced using TiO 2 as a starting material is used,
《粉砕及び混合》
粉砕時間を長くすると、粉末を微細にすることができ、サーメット中に微細な硬質相粒子を生成し易い傾向にある。但し、粉砕時間が長過ぎると、再凝集したり、微細になり過ぎて核となる化合物が形成され難くなったりする恐れがある。好ましい粉砕及び混合時間は、12時間以上36時間以下である。
<Crushing and mixing>
When the pulverization time is lengthened, the powder can be made fine, and fine hard phase particles tend to be easily generated in the cermet. However, if the pulverization time is too long, re-aggregation may occur, or it may become too fine to form a core compound. A preferable grinding and mixing time is 12 hours or more and 36 hours or less.
《焼結》
焼結温度を高くし過ぎると、硬質相を構成する粒子が成長して、サーメット中に粗大な粒子が多く存在し易くなったり、特に第4硬質相の粒子を生成し難くなったりする恐れがある。そのため、焼結温度は、1400℃以上1600℃以下が好ましい。また、焼結工程において、焼結温度を所定の時間保持して加熱した成形体を冷却する際、真空、又はアルゴン(Ar)といった不活性ガス雰囲気で冷却することが好ましい。不活性ガス雰囲気の場合、特に、665Pa以上6650Pa以下の比較的低圧とすることが好ましい。また、冷却速度を速くする、具体的には10℃/min以上とすると、第4硬質相を生成し易い傾向にある。
<Sintering>
If the sintering temperature is too high, the particles constituting the hard phase may grow, making it easy for many coarse particles to be present in the cermet, and in particular, making it difficult to form the fourth hard phase particles. is there. Therefore, the sintering temperature is preferably 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. Further, in the sintering step, when cooling the heated compact while maintaining the sintering temperature for a predetermined time, it is preferable to cool in a vacuum or an inert gas atmosphere such as argon (Ar). In the case of an inert gas atmosphere, a relatively low pressure of 665 Pa or more and 6650 Pa or less is particularly preferable. Further, when the cooling rate is increased, specifically, 10 ° C./min or more, the fourth hard phase tends to be easily generated.
本発明被覆サーメット工具は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れる上に、被削材の加工面の品位に優れる切削加工が可能である。本発明サーメットは、このような工具の構成材料に好適に利用することができる。 The coated cermet tool of the present invention is excellent in wear resistance and fracture resistance, and in addition, can perform cutting with excellent quality of the work surface of the work material. The cermet of the present invention can be suitably used as a constituent material for such a tool.
<試験例>
サーメットからなる切削工具を作製し、サーメットの組成、組織、及び切削工具の切削性能を調べた。
<Test example>
A cutting tool made of cermet was prepared, and the composition, structure, and cutting performance of the cutting tool were examined.
切削工具は、以下のように作製した。まず、原料粉末として、以下のものを用意した。
(1) 平均粒径0.7μmのTi(C,N)粉末
このTi(C,N)粉末は、TiO2を出発原料として生成された粉末であり、C/N比が1/1である。
(2) 平均粒径0.8μmのTi(C,N)粉末、及び平均粒径3.0μmのTi(C,N)粉末
これらのTi(C,N)粉末はいずれも、スポンジTiを出発原料として生成された粉末であり、C/N比が1/1である。表1では、これらのTi(C,N)粉末を「s-TiCN」と記載する。
(3) 平均粒径2.8μmの(Ti,W)(C,N)粉末
この(Ti,W)(C,N)粉末は、Ti(C,N)粉末に予めWを固溶させた粉末であり、C/N比が1/1である。
(4) 平均粒径0.5〜3.0μmのWC粉末,NbC粉末,TaC粉末,Mo2C粉末,Ni粉末,Co粉末
これらの粉末は、いずれも市販の粉末である。
用意した上記原料粉末を表1に示す配合割合(質量%)となるように秤量・配合し、粉末No.1〜12を用意した。
The cutting tool was produced as follows. First, the following were prepared as raw material powder.
(1) Ti (C, N) powder having an average particle size of 0.7 μm This Ti (C, N) powder is a powder produced using TiO 2 as a starting material and has a C / N ratio of 1/1.
(2) Ti (C, N) powder with an average particle size of 0.8 μm and Ti (C, N) powder with an average particle size of 3.0 μm These Ti (C, N) powders all use sponge Ti as a starting material. The produced powder has a C / N ratio of 1/1. In Table 1, these Ti (C, N) powders are described as “s-TiCN”.
(3) (Ti, W) (C, N) powder with an average particle size of 2.8 μm This (Ti, W) (C, N) powder is a powder obtained by previously dissolving W in Ti (C, N) powder. And the C / N ratio is 1/1.
(4) WC powder, NbC powder, TaC powder, Mo 2 C powder, Ni powder, Co powder having an average particle size of 0.5 to 3.0 μm These powders are all commercially available powders.
The prepared raw material powders were weighed and blended so as to have the blending ratio (mass%) shown in Table 1, and powder Nos. 1 to 12 were prepared.
用意した各粉末をアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に、ステンレス製のポットに装入し、粉砕及び混合(湿式)を行った。表2に各試料の作製に用いた原料粉末No.、粉砕・混合時間(時間)を示す。粉砕及び混合後、乾燥して得られた混合粉末にパラフィンを少量添加した後、金型を用いて98MPaの圧力でプレス成型して、CNMG120408形状の成形体を作製した。 Each prepared powder was charged into a stainless steel pot together with an acetone solvent and a cemented carbide ball, and pulverized and mixed (wet). Table 2 shows the raw material powder No. used for the preparation of each sample and the pulverization / mixing time (hours). A small amount of paraffin was added to the mixed powder obtained by pulverization and mixing and then dried, and then press molded at a pressure of 98 MPa using a mold to produce a CNMG120408 shaped compact.
得られた各成形体をそれぞれ450℃に加熱してパラフィンを除去した後、真空中で室温から1250℃まで昇温し、表3に示す条件でその後の焼結(冷却工程も含む)を行い、焼結体を得た。 Each molded body obtained was heated to 450 ° C. to remove paraffin, then heated from room temperature to 1250 ° C. in a vacuum, and then sintered (including the cooling step) under the conditions shown in Table 3. A sintered body was obtained.
得られた各焼結体のそれぞれについて任意の断面をとり、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により5000倍に拡大して観察した。その結果、各焼結体の観察視野にはそれぞれ、黒色の粒子、黒色の粒子の周囲の一部が灰色の領域に覆われている粒子(以下、これら二つの粒子を合わせて黒単粒子と呼ぶ)、黒色の粒子の周囲の全体が灰色の領域に覆われている粒子(以下、この粒子を黒芯二重粒子と呼ぶ)、白色の粒子の周囲の全体が灰色の領域で覆われている粒子(以下、この粒子を白芯二重粒子と呼ぶ)、及び灰色の粒子(以下、この粒子を灰色粒子と呼ぶ)の少なくとも1種の粒子が確認された。試料No.1〜19の焼結体では、図1に示すように黒単粒子(第1硬質相1)、黒芯二重粒子(第2硬質相2)、白芯二重粒子(第3硬質相3)、及び灰色粒子(第4硬質相4)の4種類の粒子が観察された。第1硬質相1は、黒色の粒子のみからなるものと、黒色の粒子の一部が灰色の領域(周辺部1b)で覆われているものがあり、第2硬質相2は、芯部2aが黒色、周辺部2bが灰色、第3硬質相3は、芯部3aが白色、周辺部3bが灰色に見える。粒子間には、結合相10が存在する。一方、試料No.100〜105の焼結体では、黒単粒子、黒芯二重粒子、白芯二重粒子、及び灰色粒子のうち少なくとも一つが観察されなかった。
An arbitrary cross section was taken for each of the obtained sintered bodies, and the cross section was observed with a scanning electron microscope (SEM) magnified 5000 times. As a result, in the observation field of each sintered body, black particles, particles in which a part of the periphery of the black particles is covered with a gray region (hereinafter, these two particles are combined into a black single particle). ), Particles that are entirely covered with a gray area around the black particles (hereinafter referred to as black core double particles), and those around the white particles are covered with a gray area. At least one kind of particles (hereinafter referred to as white core double particles) and gray particles (hereinafter referred to as gray particles) was confirmed. In the sintered bodies of sample Nos. 1 to 19, as shown in FIG. 1, black single particles (first hard phase 1), black core double particles (second hard phase 2), white core double particles (third Four types of particles, hard phase 3) and gray particles (fourth hard phase 4), were observed. The first
上記各粒子の組成をTEM-EDX分析により調べたところ、黒単粒子は、Ti(C,N)、黒芯二重粒子の芯部がTi(C,N)、芯部を覆う周辺部がTiとW,Nb,Ta及びMoの1種以上の金属とを含む複合炭窒化物固溶体、白芯二重粒子は、TiとWとNb,Ta及びMoの1種以上の金属とを含む複合炭窒化物固溶体であって、芯部のW濃度がこの芯部を覆う周辺部よりも高いもの、灰色粒子は、TiとWとNb,Ta及びMoの1種以上の金属とを含む複合炭窒化物固溶体により構成されていた。また、灰色粒子は、芯部と周辺部との明確な境界が見られなかった。なお、硬質相の成分分析は、TEM-EDX分析の他、EPMA,蛍光X線,ICP-AESなどを用いて行うことができる。 When the composition of each particle was examined by TEM-EDX analysis, the black single particle was Ti (C, N), the core part of the black core double particle was Ti (C, N), and the peripheral part covering the core part was Composite carbonitride solid solution containing Ti and one or more metals of W, Nb, Ta and Mo, white core double particle is a composite containing Ti and W and one or more metals of Nb, Ta and Mo Carbonitride solid solution having a core W concentration higher than that surrounding the core, gray particles are composite carbon containing Ti, W and one or more metals of Nb, Ta, and Mo It was composed of a nitride solid solution. The gray particles did not show a clear boundary between the core and the peripheral part. The component analysis of the hard phase can be performed using EPMA, fluorescent X-ray, ICP-AES, etc. in addition to TEM-EDX analysis.
上記粒子間には、結合相が存在しており、TEM-EDX分析により調べたところ結合相は、実質的にCo及びNiにより構成されていた。試料の中には、硬質相の構成元素が結合相に数質量%程度固溶されているものが存在した。また、分析した結果、焼結体中のCoの含有量は、原料のCo粉末の添加量とほぼ同じであり、焼結体中のNiの含有量は、原料のNi粉末の添加量と比較して0.2〜0.3%程度減少する傾向にあった。このことから、各試料(焼結体)中の硬質相の含有量は、原料に用いたCo粉末及びNi粉末の添加量を除いた量(86質量%程度)にほぼ等しいと言える。更に、結合相中に存在するNiとCoとの存在質量比Ni/Coを求めた。その結果を表2に示す。また、ICP分析により、各試料(焼結体)のMoの含有量(質量%)を調べた。その結果も表2に示す。 A bonded phase was present between the particles, and as a result of investigation by TEM-EDX analysis, the bonded phase was substantially composed of Co and Ni. In some samples, constituent elements of the hard phase were dissolved in the binder phase by about several mass%. Also, as a result of analysis, the Co content in the sintered body is almost the same as the additive amount of the raw material Co powder, and the Ni content in the sintered body is compared with the additive amount of the raw material Ni powder. And tended to decrease by about 0.2 to 0.3%. From this, it can be said that the content of the hard phase in each sample (sintered body) is almost equal to the amount (about 86 mass%) excluding the added amount of Co powder and Ni powder used as raw materials. Furthermore, the mass ratio Ni / Co of Ni and Co present in the binder phase was determined. The results are shown in Table 2. Further, the Mo content (% by mass) of each sample (sintered body) was examined by ICP analysis. The results are also shown in Table 2.
上記SEMの断面観察像(5000倍)を用いて、各試料(焼結体)の観察視野に存在する全ての粒子について粒径を求めた。粒径は、Martin径(一定方向から粒子を平面に投影したときの粒子の投影面積を二等分する線分の長さ)とした。具体的には、焼結体の断面を観察した顕微鏡写真を利用し、当該顕微鏡写真に存在する粒子の面積を二等分する線分の長さを粒径とした。有芯構造の粒子は、周辺部を含んだ状態で粒径を求めた。その結果、いずれの試料も、粒径が3μm超である粒子がほとんど観察されず、硬質相は、実質的に粒径が3μm以下である粒子により構成されていた。 Using the SEM cross-sectional observation image (5000 times), the particle size was determined for all particles present in the observation field of each sample (sintered body). The particle diameter was defined as the Martin diameter (the length of a line segment that bisects the projected area of the particle when the particle is projected onto a plane from a certain direction). Specifically, a micrograph obtained by observing a cross section of the sintered body was used, and the length of a line segment that bisects the area of the particles present in the micrograph was defined as the particle size. The particle diameter of the cored structure particles was determined in a state including the peripheral portion. As a result, in each sample, particles having a particle size of more than 3 μm were hardly observed, and the hard phase was composed of particles having a particle size of substantially 3 μm or less.
断面観察像(5000倍)について得られた粒径(上述のMartin径)を利用して、各粒子の面積をそれぞれ求めた。また、第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相のそれぞれについて、粒径が1μm超3μm以下である粒子の合計面積(以下、これらの合計面積をそれぞれ、粗粒面積(1),粗粒面積(2),粗粒面積(3),粗粒面積(4)と呼ぶ)、第1硬質相について粒径が1μm以下である粒子の合計面積(以下、この合計面積を微粒面積(1)と呼ぶ)、第2硬質相について粒径が1μm以下である粒子の合計面積(以下、この合計面積を微粒面積(2)と呼ぶ)をそれぞれ求めた。粗粒面積(1),粗粒面積(2),粗粒面積(3),粗粒面積(4),微粒面積(1),及び微粒面積(2)の合計を硬質相の総面積とし、硬質相の総面積に対する粗粒面積(1)〜(4)の合計割合、即ち粗粒面積率「粗粒/硬質相全体」(%)を表4に示す。また、硬質相の総面積に対する粗粒面積(1),粗粒面積(2),粗粒面積(3),粗粒面積(4),微粒面積(1),及び微粒面積(2)のそれぞれの面積率(%)を表4に示す。硬質相の総面積に対する粗粒面積(1)の面積率をS1、粗粒面積(2)の面積率をS2,粗粒面積(3)の面積率をS3,粗粒面積(4)の面積率をS4とし、このときの(S1+S2)、S1/(S1+S2)、S3/(S3+S4)を求めた。その結果を表4に示す。更に、微粒面積(1)をSS1、微粒面積(2)をSS2とするとき:SS1/(SS1+SS2)、サーメット全体(硬質相+結合相)の面積(ここでは観察像の視野面積)に対する第3硬質相の面積と第4硬質相の面積の合計面積の面積率:(第3+第4)/(サーメット全体)を求めた。その結果も表4に示す。なお、第3硬質相や第4硬質相が存在した試料のいずれも、第3硬質相の粒子や第4硬質相の粒子の粒径が概ね1μm超であり、粒径が1μm以下である第3硬質相の粒子や第4硬質相の粒子がほとんど観察されなかった。 The area of each particle was determined using the particle diameter (the above-mentioned Martin diameter) obtained for the cross-sectional observation image (5000 times). In addition, for each of the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase, the total area of the particles having a particle size of more than 1 μm and 3 μm or less (hereinafter, these total areas are respectively rough. (Referred to as grain area (1), coarse grain area (2), coarse grain area (3), coarse grain area (4)), the total area of grains having a grain size of 1 μm or less for the first hard phase (hereinafter referred to as this The total area was referred to as the fine particle area (1)), and the total area of the particles having a particle diameter of 1 μm or less for the second hard phase (hereinafter, this total area is referred to as the fine particle area (2)). The total of the coarse phase area (1), coarse grain area (2), coarse grain area (3), coarse grain area (4), fine grain area (1), and fine grain area (2) is the total area of the hard phase, Table 4 shows the total ratio of the coarse grain areas (1) to (4) with respect to the total area of the hard phase, that is, the coarse grain area ratio “coarse grains / total hard phase” (%). Also, the coarse area (1), coarse area (2), coarse area (3), coarse area (4), fine area (1), and fine area (2) with respect to the total area of the hard phase Table 4 shows the area ratio (%). The area ratio of the coarse grain area (1) to the total area of the hard phase is S1, the area ratio of the coarse grain area (2) is S2, the area ratio of the coarse grain area (3) is S3, and the coarse grain area (4) area. The rate was S4, and (S1 + S2), S1 / (S1 + S2), and S3 / (S3 + S4) at this time were determined. The results are shown in Table 4. Furthermore, when the fine particle area (1) is SS1 and the fine particle area (2) is SS2, it corresponds to the area of SS1 / (SS1 + SS2) and the entire cermet (hard phase + binder phase) (here, the field of view of the observed image) The area ratio of the total area of the area of the third hard phase and the area of the fourth hard phase: (third + fourth) / (whole cermet) was obtained. The results are also shown in Table 4. Note that in any of the samples in which the third hard phase and the fourth hard phase existed, the particle diameters of the particles of the third hard phase and the particles of the fourth hard phase are generally more than 1 μm and the particle diameter is 1 μm or less. 3 hard phase particles and 4th hard phase particles were hardly observed.
得られた各焼結体の表面にそれぞれ平面研磨処理及び刃先処理を施して、CNMG120408形状のブレーカ付き切削チップ(切削工具)を作製した。得られた各切削チップを用いてそれぞれ、以下の表5に示す条件で切削試験(いずれも旋削加工)を行い、耐摩耗性、耐欠損性、加工面の面粗さを調べた。その結果を表6に示す。面粗さRaは、JIS B 0601(2001)に準じて測定した。 The surface of each of the obtained sintered bodies was subjected to planar polishing treatment and blade edge treatment, respectively, to produce a cutting tip (cutting tool) with a breaker having a shape of CNMG120408. Each of the obtained cutting tips was subjected to a cutting test (all turned) under the conditions shown in Table 5 below, and the wear resistance, fracture resistance, and surface roughness of the processed surface were examined. The results are shown in Table 6. The surface roughness Ra was measured according to JIS B 0601 (2001).
表6に示すように、第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、及び第4硬質相の全てが存在する試料No.1〜19は、上記4種のうちのいずれかが存在しない試料No.100〜105と比較して、耐摩耗性に優れる上に、耐欠損性にも優れることが分かる。かつ、これらの試料No.1〜19は、被削材の加工面の面粗さRaが小さく、加工面の面品位が高いことが分かる。 As shown in Table 6, sample Nos. 1 to 19 in which all of the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase exist, any one of the above four types exists. It can be seen that it is excellent in wear resistance as well as in chipping resistance as compared with sample Nos. Moreover, it can be seen that these sample Nos. 1 to 19 have a small surface roughness Ra of the processed surface of the work material and a high surface quality of the processed surface.
試料No.1〜19のうち、特に、粗粒粒子の面積率が60%以上90%以下を満たすと、硬度の向上や破壊靱性の向上により、耐摩耗性や耐欠損性に更に優れる傾向にあることが分かる。また、試料No.1〜19のうち、特に、(S1+S2)が0.1以上0.5以下を満たす試料や、S1/(S1+S2)が0.1以上0.4以下かつS3/(S3+S4)が0.4以上0.9以下を満たす試料は、表面粗さRaが更に小さくなる傾向にあり、面品位に優れることが分かる。試料No.1〜19のうち、特に、SS1/(SS1+SS2)が0.5以上0.9以下を満たす試料は、耐摩耗性により優れる傾向にあることが分かる。また、試料No.1〜19のうち、特に、(第3+第4)/(サーメット全体)が40%超である試料は、靭性に優れることが分かる。 Among sample Nos. 1 to 19, especially when the area ratio of coarse particles satisfies 60% or more and 90% or less, it tends to be more excellent in wear resistance and fracture resistance due to improved hardness and fracture toughness. I understand that there is. Samples Nos. 1 to 19 that satisfy (S1 + S2) in the range of 0.1 to 0.5, or samples that satisfy S1 / (S1 + S2) in the range of 0.1 to 0.4 and S3 / (S3 + S4) in the range of 0.4 to 0.9. It can be seen that the surface roughness Ra tends to be further reduced and the surface quality is excellent. It can be seen that among samples Nos. 1 to 19, in particular, samples satisfying SS1 / (SS1 + SS2) of 0.5 or more and 0.9 or less tend to be more excellent in wear resistance. Moreover, it turns out that the sample whose (3 + 4) / (whole cermet) exceeds 40% among samples No. 1-19 is excellent in toughness.
試料No.1〜19の切削チップの表面に、アークイオンプレーティング法により(Ti,Al)N膜(厚さ4μm)を形成した被覆チップを形成し、表5に示す試験条件で耐摩耗性試験を行った。その結果、いずれの試料も、硬質膜が無い場合と比較して、耐摩耗性により優れていた。
A coated tip with a (Ti, Al) N film (
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、原料粉末の組成や平均粒径、硬質相の各粒子の存在状態、硬質膜の組成や厚さを適宜変更することができる。 The above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention, and is not limited to the above-described configuration. For example, the composition and average particle diameter of the raw material powder, the presence state of each particle of the hard phase, and the composition and thickness of the hard film can be appropriately changed.
本発明サーメットは、切削工具の素材に好適に利用することができる。本発明被覆サーメット工具は、旋削加工、フライス切削加工、特に、鋼の切削に好適に利用することができる。 The cermet of the present invention can be suitably used as a cutting tool material. The coated cermet tool of the present invention can be suitably used for turning, milling, particularly steel cutting.
1 第1硬質相 1b 周辺部 2 第2硬質相 2a,3a 芯部 2b,3b 周辺部
3 第3硬質相 4 第4硬質相 10 結合相
1 1st
3 3rd
Claims (9)
前記硬質相を70質量%以上97質量%以下含有し、残部が実質的に結合相からなり、
前記硬質相は、以下の第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、第4硬質相を含有することを特徴とするサーメット。
第1硬質相:炭窒化チタンの単相のみからなる、又は炭窒化チタンの周囲の一部がチタンと、周期律表4,5,6族金属(但し、チタンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体で覆われている単相構造の硬質相
第2硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相であり、前記芯部が炭窒化チタンから構成され、前記周辺部が、チタンと、周期律表4,5,6族金属(但し、チタンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体から構成されている硬質相
第3硬質相:芯部と、この芯部の周囲の全体を覆う周辺部とを具える有芯構造の硬質相であり、前記芯部及び前記周辺部は、同一の元素から構成されており、少なくともチタン及びタングステンを含む複合炭窒化物固溶体から構成され、前記芯部のタングステン濃度が前記周辺部のタングステン濃度よりも大きい硬質相
第4硬質相:チタンと、周期律表4,5,6族金属(但し、チタンを除く)から選択された1種以上の金属との複合炭窒化物固溶体からなる単相構造の硬質相 A hard phase composed of one or more compounds selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides and solid solutions of Group 4, 5, 6 metals of the periodic table, and a bonded phase whose main component is an iron group metal A cermet combined by
The hard phase is contained in an amount of 70% by mass or more and 97% by mass or less, and the balance substantially consists of a binder phase.
The cermet characterized in that the hard phase contains the following first hard phase, second hard phase, third hard phase, and fourth hard phase.
1st hard phase: consists of only a single phase of titanium carbonitride, or a part around the titanium carbonitride is selected from titanium and metals in groups 4, 5, and 6 of the periodic table (excluding titanium) Hard phase with a single-phase structure covered with a composite carbonitride solid solution with more than one kind of metal.Second hard phase: Core structure with a core part and a peripheral part covering the entire periphery of the core part. It is a hard phase, the core part is composed of titanium carbonitride, and the peripheral part is one or more metals selected from titanium and Group 4, 5, 6 metals (excluding titanium) of the periodic table A hard phase composed of a composite carbonitride solid solution with a third hard phase: a hard phase having a core structure including a core portion and a peripheral portion covering the entire periphery of the core portion, the core portion And the peripheral portion is composed of the same element, and is composed of a composite carbonitride solid solution containing at least titanium and tungsten, Hard phase in which the tungsten concentration in the part is larger than the tungsten concentration in the peripheral part. Fourth hard phase: one or more metals selected from titanium and Group 4, 5, 6 metals (excluding titanium) in the periodic table Hard phase with single-phase structure consisting of composite carbonitride solid solution
前記粗粒は、前記第1硬質相、前記第2硬質相、前記第3硬質相、及び前記第4硬質相で構成され、
前記微粒は、実質的に前記第1硬質相及び前記第2硬質相から構成されていることを特徴とする請求項1に記載のサーメット。 The hard phase of 60% or more and 90% or less with respect to the total area of the hard phase is composed of coarse particles having a particle size of more than 1 μm and 3 μm or less, and the remaining hard phase is composed of fine particles having a particle size of 1.0 μm or less,
The coarse particles are composed of the first hard phase, the second hard phase, the third hard phase, and the fourth hard phase,
2. The cermet according to claim 1, wherein the fine particles are substantially composed of the first hard phase and the second hard phase.
前記結合相中のNiとCoとの存在質量比をNi/Coとするとき、Ni/Coが0.7以上1.5以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のサーメット。 The cermet contains nickel (Ni) and cobalt (Co) in the binder phase,
The cermet according to any one of claims 1 to 6, wherein Ni / Co is 0.7 or more and 1.5 or less when the mass ratio of Ni and Co in the binder phase is Ni / Co. .
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