JPH02131803A - 耐欠損性のすぐれた耐摩耗性サーメット製切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に苛酷な条件下での鋼などの断続切削や
、高送りおよび高切り込みなどの重切削に用いた場合に
、すぐれた耐欠損性を示し、かつ耐摩耗性にもすぐれた
サーメット製切削工具に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭５４−　Ｈ９８１５号公報に記載さ
れるように、重量％で（以下％は重ユ％を示す）、結合
相形成成分として、ＣｏおよびＮｉのうちの１種または
２種を５〜３０９６含有し、残りが分散相形成成分とし
てのＴ１と、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，ＨｆおよびＺｒの
うちの１種または２種以上との複合炭窒化物〔以下、（
ＴｉＭ）ＣＮで示す〕、および不ｎＪ避不純物からなる
組成を有し、 かつ、表面部に、最表面が最高硬さを有する表面硬質層
を形成してなるサーメット製切削工具が知られており、
このサーメット製切削工具を、例えば鋼などの高速切削
に用いた場合にすぐれた耐摩耗性を示し、さらにこのサ
ーメット製切削工具が、所定の配合組成を存する圧粉体
の焼結を、ＣＯやＣＨ４などを含存する浸炭性雰囲気中
で、液相出現温度以下の所定温度まで昇温し、ついで、
焼結保持開始温度までの昇温と、これから焼結保持終了
温度までの間を少なくとも真空雰囲気中で行なうことに
よって製造されることも良く知られるところである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来サーメット製切削工具は、上記のよ
うに鋼の高速切削ではすぐれた耐摩耗性を示すものの、
これを靭性や耐衝撃性が要求される断続切削や重切削な
どに用いた場合には、切刃に欠損やチッピングが発生し
、実用に供することができないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上記の従来サーメット製切削工
具に着目し、これのもつすぐれた耐摩耗性を保持した状
態で、さらにこれにすぐれた耐欠損性を付与せしめるべ
く研究を行なった結果、サーメット製切削工具を製造す
るに際して、所定の配合組成を有する圧粉体を、 （ａ）　　原料粉末のＴｉＮやＴｉＣＮ粉末が分解して
脱窒を開始する温度以下の所定の温度（以下第１昇温温
度という）までを通常の真空や不活性ガスなどの非酸化
性雰囲気中で昇温し、 （ｂ）　　上記第１昇温温度から液相出現温度以上の所
定の温度（以下第２昇温温度という）までを、真空など
の脱窒雰囲気およびＣＯ２ガス含有雰囲気などの脱炭雰
囲気のいずれか、または両方の雰囲気を用いて昇温し、 （Ｃ）　　ついで、少なくとも上記第２昇温温度から焼
結保持開始温度までの昇温と、これから焼結保持終了温
度までの間を窒素雰囲気とし、（ｄ）　　冷却を非酸化
性雰囲気で行ない、（ｅ）　　かつ、焼結保持終了温度
から、少なくとも液相が固相に変化して液相が消える温
度までを、３０℃／ｓｉｎ以下の冷却速度で冷却する、
以上（ａ）〜（ｅ）の条件で焼結すると、工具断面にお
ける最高硬さが最表面より２〜５０ｍの範囲内の深さ位
置にあり、さらに最表面が前記最高硬さの６０〜９０％
に相当する硬さを有する表面硬質層を有するサーメット
製切削工具が形成されるようになり、この結果得られた
サーメット製切削工具は、表面硬質層における最高硬さ
より１０〜４０９６の割合で低い硬さを有する最表面に
よってすぐれた耐欠損性が確保され、また最表面から２
〜５０μｍの範囲内の深さ位置にある最高硬さによって
すぐれた耐摩耗性が確保されるようになり、高速切削は
勿論のこと、断続切削や重切削においても欠損やチッピ
ングの発生なく、すぐれた性能を長期に亘って発揮する
ようになるという知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、 結合相形成成分としてのＣｏおよびＮｉのうちの１種ま
たは２種＝５〜３０％、 を含Ｈし、残りが分散相形成成分としてのＮ／（Ｃ十Ｎ
）原子比：０．３　〜０．７を有する（　（Ｔｉ　．Ｍ
）ＣＮ）と不可避不純物からなる組成を有し、 かつ工具断面における最高硬さが最表面より２〜５０湘
の範囲内の深さ位置にあり、さらに最表面が前記最高硬
さの６０〜９０％に相当する硬さを有する表面硬質層を
有する耐欠損性のすぐれた耐摩耗性サーメット製切削工
具に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のサーメット製切削工具において、数
値条件を上記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）　　ＣｏおよびＮｉの含有量 これら成分には、工具の靭性を向上させる作用があるが
、その含有量が５％未満では所望の高靭性を確保するこ
とができず、一方その含有量が３０％を越えると、硬さ
が低下し、耐摩耗性が低下するようになることから、そ
の含有量を５〜３０９６と定めた。

（ｂ）　　（Ｔｉ　，Ｍ）ＣＮのＮ／　（Ｃ＋Ｎ）原子
比（Ｔｉ　，Ｍ）ＣＮにおけるＣとＮの相対割合は、サ
ーメットの焼結性および工具の硬さ分布に影響を及ぼす
ものであって、その原子比が０．３未満では、相対的に
Ｃ量に比してＮＥＩが少なくなりすぎ、この場合には焼
結条件との関係において最高硬さが最表面方向に移動す
るようになり、２〜５０１ｌＩｍの範囲内の深さ位置に
最高硬さを保持することはできなくなり、一方その原子
比が０．７を越えると、これとは逆にＮｆｆｉが多くな
りすぎて焼結性が低下するようになり、所望の高靭性を
確保することができなくなることから、その原子比を０
．３〜０．７と定めた。

（ｃ）　　最高硬さの深さ位置 その深さ位置が２μ一より浅いと所望の耐欠損性を確保
することができず、一方その深さ位置が５０伽を越えて
深くなると表面硬質層による耐摩耗性向上効果が現われ
る前に切刃の摩耗が進行しすぎて、切削性能が低下する
ようになることから、その深さ位置を２〜５０１ＩＭと
定めた。

（ｄ）　　最表面硬さ 最表面硬さが最大硬さの９０％に相当する硬さを越えて
高いと、最高硬さと最表面硬さの硬度差が小さすぎて所
望の耐欠損性を確保することができず、一方最表面硬さ
が最高硬さの６０％に相当する硬さ未満になると、最表
面部の進行が速くなり、工具寿命が短命化するようにな
ることから、工具の最表面硬さを最高硬さの６０〜９０
％に相当する硬さと定めた。

なお、この発明のサーメット製切削工具の表面硬質層に
おける最高硬さの深さ位置は、主に（Ｔｉ　，Ｍ）ＣＮ
のＮ／　（Ｃ＋Ｎ）原子比および焼結条件によって調整
することができるものであり、例えば、Ｎ／　（Ｃ＋Ｎ
）の値が大きくなればなるほど、すなわちＮ量が増すほ
ど、最裔硬さは内方（深い位置）に移動するようになり
、かつこれに伴って最表面硬さも低くなり、また焼結時
の昇温過程における第１昇温温度から第２昇温温度まで
の脱炭雰囲気あるいは脱窒雰囲気中での昇温速度を遅く
したり、途中保持するなどして脱炭脱窒の度合を大きく
すると、最高硬さ位置は工具内方に移動し、逆に脱炭脱
窒の度合を小さくすると、最表面側に移動し、この場合
最表面硬さも最高硬さの移動に応じて変化するようにな
るものであり、この当然の結果として最高硬さ位置が最
表面に近づけば近づくほど最表面硬さが上昇するように
なるものである。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明のサーメット製切削工具を実施例によ
り具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも１〜！．５ＩＩｔａの範囲内
の所定の・１也均粒径を有するＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末
、ｗｃ粉末、Ｍ　Ｏ　２　Ｃ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ
粉末、ＨｆＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｌ
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルにて７２時間湿式混
合し、乾燥した後、ＩＳＯ規格Ｓ　ＮＭ（；　１２０３
０８に則した形状の圧粉体にプレス成形し、ついでこれ
らの圧粉体を、 （ａ）　　常温から１１００℃（第１昇温温度）までを
１０’ｔｏｒｒの真空雰囲気中で昇温し、（ｂ）　　１
１００℃から１３５０℃（第２昇温温度）までをｔｏｔ
ｏｒｒのＣ　Ｏ　２ガス雰囲気中で昇温し、（ｅ）　　
１３５０℃から１４５０℃（焼結保持開始温度）までの
昇温、この焼結温度に１時間保持、および前記焼結温度
から常温までの冷却を、ＩＯＬｏｒｒの窒素雰囲気中で
行ない、 （ｄ）　　かつ上記（ｅ）の冷却過程における焼結温度
から１２００℃までの冷却を１５℃／一ｉｎの冷却速度
で行なう、 以上（ａ）〜（ｄ）の条件にて焼結することにより、そ
れぞれ第１表に示される特性をもった本発明サーメット
製切削工具１〜ｌ３を製造し、また比較の目的で、上記
圧粉体を、 （１）常温から１２５０℃までを１００ｔｏｒｒのＣＯ
ガス雰囲気中で昇温し、 （２）　　１２５０℃から１４５０℃（焼結保持開始温
度）までの昇温、この焼結温度に１時間保持、および前
記焼結温度から常温までの冷却を、ＩＯ−２Ｌｏｒｒの
真空雰囲気中で行なう、 以上（＋）および（２）の条件で焼結することにより、
同じく第１表に示される特性をもった従来サーメット製
切削工具１〜ｌ３をそれぞれ製造した。

なお、上記実施例では、原料粉末として、単体成分の炭
化物および窒化物を用いた場合について述べたが、単体
成分の炭窒化物や、複数成分の複合炭化物固溶体、複合
窒化物固溶体、さらに複合炭窒化物固溶体を用いてもよ
いことは勿論である。

ついで、この結果得られた各種のサーメット製切削工具
について、耐欠損性を評画する目的で、被削材：　ＪＩ
Ｓ　−　ＳＮＣＭ４３９　（硬さ：ｌｌＢ２７０）の角
材、切削速度二１５０　ｍ／ｓｉｎ　． 切込み＝３ｍ■、 送　　　り＝０．５龍／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件で鋼の乾式断続切削試験を行ない、ｌＯ本の試験
切刃数のうちの欠損発生切刃数を測定し、さらに耐摩耗
性を評価する目的で、 被削材：　ＪＩＳ　−　ＳＮＣＭ４３９　（硬さ：Ｈａ
　２７０）の丸棒、切削速度：　３００　ｍ／ｓｉｎ　
ｓ 切込み：２ｍｍｘ 送　　　り：　０．３　＋１１１， 切削時間：２０分、 の条件で鋼の乾式連続高速切削試験を行ない、切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。これらの結果を第１表に示した
。

〔発明の効果〕 第１表に示される結果から、最高硬さが最表面から所定
深さ内方に存在する本発明サーメット製切削工具１〜１
３は、いずれも最高硬さが最表面に存在する従来サーメ
ット製切削工具１〜１３と同等のすぐれた耐摩耗性を示
し、かつこれより一段とすぐれた耐欠損性を示し、切削
工具としてすぐれた性能を発揮することが明らかである
。

上述のように、この発明のサーメット製切削工具は、す
ぐれた耐欠損性を有するので、鋼などの苛酷な条件ドで
の断続切削や、高送りおよび高切込みなどの蚤切削など
に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮するばかりでな
く、耐摩耗性にもすぐれているので、鋼などの高速切削
に用いた場合にもすぐれた性能を著しく長期に亘って発
揮するなど工業上白゜用な効果をもたらすものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）結合相形成成分として、ＣｏおよびＮｉのうちの
   １種または２種を５〜３０重量％含有し、残りが、分散
   相形成成分としてのＮ／（Ｃ＋Ｎ）原子比：０．３〜０
   ．７を有するＴｉと、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｒ、お
   よびＺｒのうちの１種または２種以上との複合炭窒化物
   、および不可避不純物からなる組成を有し、 かつ工具断面における最高硬さが最表面より２〜５０μ
   ｍの範囲内の深さ位置にあり、さらに最表面が前記最高
   硬さの６０〜９０％に相当する硬さを存する表面硬質層
   を有することを特徴とする耐欠損性のすぐれた耐摩耗性
   サーメット製切削工具。