JPH03202402A - Combined hard alloy material - Google Patents
Combined hard alloy materialInfo
- Publication number
- JPH03202402A JPH03202402A JP33998389A JP33998389A JPH03202402A JP H03202402 A JPH03202402 A JP H03202402A JP 33998389 A JP33998389 A JP 33998389A JP 33998389 A JP33998389 A JP 33998389A JP H03202402 A JPH03202402 A JP H03202402A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- volume
- weight
- less
- hard alloy
- alloy material
- 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
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 29
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 12
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 iron group metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 36
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 2
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
この発明は、切削工具等の材料として用いられる複合硬
質合金材に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to a composite hard alloy material used as a material for cutting tools and the like.
[従来の技術]
切削工具等の材料として最も一般的には高速度工具鋼ま
たは超硬合金が用いられている。[Prior Art] High-speed tool steel or cemented carbide is most commonly used as a material for cutting tools and the like.
高速度工具鋼は、主としてCrSMo、W、V。High-speed tool steels are mainly made of CrSMo, W, and V.
COおよびCを合金成分として含有し、Feをマトリッ
クスとする合金鋼である。高速度工具鋼においては、各
合金成分を調整することにより、工具材料に適した特性
を調整すると同時に、熱処理によってもその特性を変化
させることができる。It is an alloy steel containing CO and C as alloy components and having Fe as a matrix. In high-speed tool steel, by adjusting each alloy component, properties suitable for the tool material can be adjusted, and at the same time, the properties can be changed by heat treatment.
一般的に高速度工具鋼は優れた靭性を有するため、高い
信頼性が要求される切削工具の材料として用いられてい
る。高速度工具鋼の製造方法としては、溶解鋳造法や、
アトマイズ粉を熱間静水圧プレス処理(HIP、Hot
1sostatic pressing)等によ
って固める粉末冶金法が広く用いられている。Generally, high-speed tool steel has excellent toughness and is therefore used as a material for cutting tools that require high reliability. Manufacturing methods for high-speed tool steel include melt casting,
The atomized powder is subjected to hot isostatic pressing (HIP, Hot
Powder metallurgy methods are widely used in which solidification is performed by, for example, 1sostatic pressing.
また、上記のように靭性に優れた高速度工具鋼に耐摩耗
性を付加するために、炭化物や窒化物の量を増加させる
方法が提案されている。たとえば、特開昭55−583
50号公報、特開昭58−181848号公報には、高
速度工具鋼粉末と炭化物、窒化物等の粉末とを混合して
焼結する方法が、マトリックス中に炭化物や窒化物の量
を増加させる方法として提案されている。さらに、特公
昭60−18742号公報には、高速度工具鋼のマトリ
ックス中に極めて微細なTiN粒子を分散させた材料が
提案されている。特開昭60−2648号公報、特開昭
61−179845号公報には、マトリックス中に極め
て微細なTiN粒子が分散させられた高速度工具鋼と、
高速度工具鋼等の合金鋼とが複合された工具材料が提案
されている。Furthermore, in order to add wear resistance to high-speed tool steel which has excellent toughness as described above, a method has been proposed in which the amount of carbides and nitrides is increased. For example, JP-A-55-583
No. 50 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-181848 disclose a method of mixing and sintering high-speed tool steel powder with powders such as carbides and nitrides to increase the amount of carbides and nitrides in the matrix. has been proposed as a method to do so. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 60-18742 proposes a material in which extremely fine TiN particles are dispersed in a matrix of high-speed tool steel. JP-A-60-2648 and JP-A-61-179845 disclose a high-speed tool steel in which extremely fine TiN particles are dispersed in a matrix;
Tool materials composited with alloy steels such as high-speed tool steels have been proposed.
一方、超硬合金は、WC,TiC,TaC5Nbc等の
炭化物をCo’PNiをベースとして焼結した合金であ
る。この超硬合金は、靭性という面では高速度工具鋼に
劣るが、高摩耗性に優れているため、高速切削において
その特徴を発揮する工具材料となる。超硬合金も、その
組成によって工具材料として適した特性を調整すること
ができるが、さらにその硬質相の粒径を適宜変えること
によってもその特性を調整することができる。なお、超
硬合金は、原材料としての粉末を混合、プレス、焼結す
る一連の工程からなる粉末冶金的な手法によって製造さ
れ得る。On the other hand, cemented carbide is an alloy obtained by sintering carbides such as WC, TiC, TaC5Nbc, etc. using Co'PNi as a base. Although this cemented carbide is inferior to high-speed tool steel in terms of toughness, it has excellent high abrasion resistance, making it a tool material that exhibits its characteristics in high-speed cutting. The properties of cemented carbide suitable for use as a tool material can be adjusted by changing its composition, but the properties can also be adjusted by appropriately changing the grain size of its hard phase. Note that cemented carbide can be manufactured by a powder metallurgy method consisting of a series of steps of mixing, pressing, and sintering powder as a raw material.
[発明が解決しようとする課題]
上述のように、高速度工具鋼は靭性に優れるものの、耐
摩耗性が不十分であるため、高速切削に適した工具用材
料として用いることは困難である。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, although high-speed tool steel has excellent toughness, it has insufficient wear resistance, so it is difficult to use it as a tool material suitable for high-speed cutting.
高速度工具鋼の耐摩耗性を向上させるためには、合金成
分を増し、マトリックス中の炭化物の量を増加させるこ
とが通常の手法として用いられる。In order to improve the wear resistance of high speed tool steels, increasing the alloying content and increasing the amount of carbides in the matrix are commonly used.
しかしながら、高速度工具鋼の特徴である優れた靭性を
維持したままで、耐摩耗性の向上を達成することは容易
ではない。However, it is not easy to achieve improved wear resistance while maintaining the excellent toughness that characterizes high-speed tool steel.
すなわち、合金成分を増加させることにより高速度工具
鋼中の炭化物の量は増加し、耐摩耗性は上昇する反面、
靭性の急速な低下が起こる。特に、溶解鋳造法によって
製造される場合には、高速度工具鋼中における炭化物の
体積はたかだか15体積%程度であり、これを越える量
の炭化物をマトリックス中に含有させると、工具として
実用可能な靭性を得ることができない。また、粉末冶金
法によって炭化物の量を多少増加させることができるが
、それでも増加させ得る炭化物の量はたかだか30体積
%程度までである。In other words, by increasing the alloy components, the amount of carbides in high-speed tool steel increases, and the wear resistance increases, but on the other hand,
A rapid decrease in toughness occurs. In particular, when manufactured by the melt casting method, the volume of carbides in high-speed tool steel is at most about 15% by volume, and if more than this amount of carbides is included in the matrix, it cannot be used as a practical tool. Unable to obtain toughness. Further, although the amount of carbides can be increased to some extent by powder metallurgy, the amount of carbides that can be increased is about 30% by volume at most.
高速度工具鋼粉末に炭化物、窒化物等の粉末を混合し、
焼結する方法によれば、理論上は任意の量の炭化物、窒
化物を含有させることは可能となる。ところが、この場
合においても硬質相を増加させるにつれて靭性の低下が
起きることは不可避である。一般的に、粒径が数μの粉
末を用いて混合し、圧縮成形後、焼結すると、これらの
炭化物、窒化物等の硬質セラミックスの量が増えるにつ
れて高速度工具鋼の粉末の粒界に炭化物、窒化物が網目
状に集合してしまう。このように、炭化物、窒化物が集
合してしまうと、靭性の低下は許容できない程度になる
。この対策として、炭化物、窒化物をサブミクロンオー
ダの超微粒にすることも考えられる。しかしながら、こ
のような超微粒子は凝集しやすく、均一に分散させるこ
とは容易ではない。そのため、所望の特性を有するよう
に、炭化物、窒化物が分散させられた高速度工具鋼の組
織を得ることはできないのが現状である。By mixing powders such as carbides and nitrides with high-speed tool steel powder,
According to the sintering method, it is theoretically possible to contain any amount of carbide or nitride. However, even in this case, it is inevitable that as the hard phase increases, the toughness will decrease. Generally, when powders with a particle size of several microns are mixed, compression molded, and sintered, as the amount of hard ceramics such as carbides and nitrides increases, they form at the grain boundaries of the powder of high-speed tool steel. Carbides and nitrides aggregate in a network. When carbides and nitrides aggregate in this way, the toughness decreases to an unacceptable degree. As a countermeasure to this problem, it is possible to make carbides and nitrides into ultrafine particles on the order of submicrons. However, such ultrafine particles tend to aggregate, and it is not easy to uniformly disperse them. Therefore, it is currently impossible to obtain a structure of high-speed tool steel in which carbides and nitrides are dispersed so as to have desired properties.
さらに高速度工具鋼においては、弾性係数が後述の超硬
合金より小さいため、切削加工時の変形が大きくなり、
高い精度が要求される工具等の用途には使用することが
できないという問題点があった。Furthermore, since the elastic modulus of high-speed tool steel is smaller than that of cemented carbide, which will be discussed later, deformation during cutting increases.
There was a problem in that it could not be used for applications such as tools that required high accuracy.
一方、超硬合金は、高速度工具鋼とは異なり、耐摩耗性
に優れているが、十分な靭性を有しない。On the other hand, unlike high-speed tool steel, cemented carbide has excellent wear resistance but does not have sufficient toughness.
そのため、超硬合金は信頼性が要求される工具の材料に
は適用されていない。超硬合金の靭性を向上させる方法
として、硬質相の炭化物を微細にする方法が採用されて
いる。しかしながら、この方法にも限界があり、得られ
る靭性は高速度工具鋼の靭性にははるかに及ばない。通
常、超硬合金中に含まれる炭化物の量は80〜90体積
%程度である。用途によって靭性を高めるために、この
炭化物の量を60体積%程度まで低下させた組成の超硬
合金が製造されるが、耐摩耗性が急激に低下し、切削工
具の材料として実用に耐えない。Therefore, cemented carbide is not used as a material for tools that require reliability. As a method of improving the toughness of cemented carbide, a method of making carbides in the hard phase finer has been adopted. However, this method also has its limitations, and the toughness obtained falls far short of that of high-speed tool steel. Usually, the amount of carbide contained in cemented carbide is about 80 to 90% by volume. In order to improve toughness depending on the application, cemented carbide is manufactured with a composition in which the amount of carbide is reduced to about 60% by volume, but the wear resistance rapidly decreases and it cannot be used as a material for cutting tools. .
以上のように、従来の切削工具用材料として用いられる
高速度工具鋼および超硬合金は、それぞれ欠点を有し、
実用上、それらの欠点を生じさせない条件下でしか使用
することができない。そのため、高速度工具鋼または超
硬合金の特性を十分発揮することができないという問題
点があった。As mentioned above, high-speed tool steel and cemented carbide used as materials for conventional cutting tools each have drawbacks.
In practice, they can only be used under conditions that do not cause these drawbacks. Therefore, there was a problem that the characteristics of high-speed tool steel or cemented carbide could not be fully exhibited.
そこで、この発明の目的は、高速度工具鋼の特徴である
優れた靭性を維持すると同時に、耐摩耗性を大幅に向上
させた複合硬質合金材を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a composite hard alloy material that maintains the excellent toughness characteristic of high-speed tool steel and at the same time has significantly improved wear resistance.
[課題を解決するための手段]
この発明に従った複合硬質合金材は、焼結硬質合金から
なる中心部分と、その中心部分を被覆し、焼結合金鋼か
らなる外周部分とを備える。焼結硬質合金は、周期律表
IVa、Va、Via族元素の炭化物、窒化物および炭
窒化物の一種以上を、その中心部分において50体積%
以上95体積%以下含有し、その残部が鉄族金属および
不可避不純物からなる。外周部分を構成する焼結合金鋼
は、硬質相と、結合相とからなる。硬質相は、外周部分
において15体積%以上70%体積%以下含有し、粒径
が0.3μm以下のTiN粒子からなる。結合相は、外
周部分において30体積%以上85体積%以下含有し、
硬質相をその中に分散し、結合するための合金鋼からな
る。その合金鋼は、Crを2.5重量%以上4.5重量
%以下、Moを1゜5重量%以上5.0重量%以下、W
を2. 0重量%以上6.0重量%以下、Cを0.3重
量%以上1.2重量%以下、Coを1.5重量%以上1
5重量%以下、Mnを0. 5重量%以下、Siを0゜
5重量%以下含有し、その残部がFeおよび不可避不純
物からなる。[Means for Solving the Problems] A composite hard alloy material according to the present invention includes a central portion made of a sintered hard alloy, and an outer peripheral portion covering the central portion and made of sintered alloy steel. The sintered hard alloy contains 50% by volume of one or more of carbides, nitrides, and carbonitrides of elements in groups IVa, Va, and Via of the periodic table in its central part.
The content is 95% by volume or less, with the remainder consisting of iron group metals and unavoidable impurities. The sintered alloy steel that constitutes the outer peripheral portion consists of a hard phase and a bonding phase. The hard phase is comprised of TiN particles containing 15% by volume or more and 70% by volume or less in the outer peripheral portion and having a particle size of 0.3 μm or less. The binder phase contains 30% by volume or more and 85% by volume or less in the outer peripheral portion,
Consists of alloy steel for dispersing and bonding the hard phase therein. The alloy steel contains Cr of 2.5% to 4.5% by weight, Mo of 1.5% to 5.0% by weight, W
2. 0 wt% or more and 6.0 wt% or less, C 0.3 wt% or more and 1.2 wt% or less, Co 1.5 wt% or more1
5% by weight or less, Mn 0. It contains 5% by weight or less of Si, and 0.5% by weight or less of Si, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.
好ましくは、TiN中におけるTiの50原子%以下は
、Zr、Hf、VSNb、Ta5Cr。Preferably, 50 atomic % or less of Ti in TiN is Zr, Hf, VSNb, or Ta5Cr.
Mo1WSAlおよびSLよりなる群から選ばれた一種
以上の元素で置換されていればよい。It may be substituted with one or more elements selected from the group consisting of Mo1WSAl and SL.
また、好ましくは、TiN中におけるNの50原子%以
下は、B、、CおよびOよりなる群から選ばれた一種以
上の元素で置換されていればよい。Preferably, 50 atomic % or less of N in TiN may be substituted with one or more elements selected from the group consisting of B, C, and O.
さらに、焼結合金鋼からなる外周部分の厚みは、複合硬
質合金材の全体の厚みの0.05以上0゜3以下であれ
ばよい。Further, the thickness of the outer peripheral portion made of sintered alloy steel may be 0.05 or more and 0.3 or less of the total thickness of the composite hard alloy material.
[作用]
この発明に従った複合硬質合金材によれば、外周部分を
構成する焼結合金鋼中に分散させられる硬質相としての
TiN粒子は、高速度工具鋼のみでは不足する耐摩耗性
を高める。TiNは、ビッカース硬さでHv2000k
g/mm2程度であり、−船釣な高速度工具鋼のHv8
00〜1000kg/mm2の2倍以上の硬さを有する
。この硬質のTiNを分散させることにより、高速度工
具鋼の硬さはHvlO00kg/mm2以上になり、耐
摩耗性の著しい向上が達成される。また、TiNは、鋼
との反応性が少なく、切削時の凝着摩耗を抑制し、切削
面の面粗度を向上させる。[Function] According to the composite hard alloy material according to the present invention, TiN particles as a hard phase dispersed in the sintered alloy steel constituting the outer peripheral portion have wear resistance that is insufficient in high-speed tool steel alone. enhance TiN has a Vickers hardness of Hv2000k.
g/mm2, - Hv8 of high-speed tool steel for boat fishing.
The hardness is more than twice that of 00 to 1000 kg/mm2. By dispersing this hard TiN, the hardness of the high-speed tool steel becomes HvlO00 kg/mm2 or more, and a significant improvement in wear resistance is achieved. Furthermore, TiN has little reactivity with steel, suppresses adhesive wear during cutting, and improves the surface roughness of the cut surface.
この硬質相としてのTiNを高速度工具鋼中に分散させ
るのに、従来の技術によれば、TiN粒子が大きいため
、TiNの量が増えると強度の急激な低下が生じていた
。これに対し、本発明によれば、TiN粒子の粒径を0
.3μm以下に抑えることにより、TiN粒子は均一か
つ微細に分散し、強度低下の軽減が可能となる。According to the conventional technology for dispersing TiN as a hard phase into high-speed tool steel, the strength of the tool steel sharply decreases as the amount of TiN increases because the TiN particles are large. On the other hand, according to the present invention, the particle size of the TiN particles is reduced to 0.
.. By suppressing the thickness to 3 μm or less, the TiN particles are uniformly and finely dispersed, making it possible to reduce the decrease in strength.
なお、粒径が0. 3μm以下のTiN粒子の量は15
体積%以上70体積%以下であることが適切である。1
5体積%未満では、TiNを硬質相として分散させるこ
とによる耐摩耗性の向上という効果が小さく、70体積
%を越えると靭性がやや低下する。In addition, if the particle size is 0. The amount of TiN particles less than 3 μm is 15
Appropriately, the content is at least 70% by volume and not more than 70% by volume. 1
If it is less than 5% by volume, the effect of improving wear resistance by dispersing TiN as a hard phase will be small, and if it exceeds 70% by volume, the toughness will decrease slightly.
一方、上記の硬質相をその中に分散し、結合するための
結合相は、高速度工具鋼の焼入時におけるマトリックス
組成に近いものである。基本的には、焼入処理によって
一次炭化物を析出させない組成にすることが最も重要で
ある。高速度工具鋼によってもたらされる靭性は、この
マトリックス組成によって得られるものである。本発明
においても、このマトリックス組成を採用することによ
り、最大の効果を得ることができる。Fe以外の合金成
分が、規定される下限値未満では十分な強度を得ること
ができず、上限値を越えると靭性が低下する。On the other hand, the binder phase for dispersing and bonding the above-mentioned hard phase therein has a matrix composition close to that of the high-speed tool steel during quenching. Basically, it is most important to create a composition that does not precipitate primary carbides during the quenching process. The toughness provided by high speed tool steels is due to this matrix composition. Also in the present invention, the maximum effect can be obtained by employing this matrix composition. If the alloy components other than Fe are below the specified lower limit, sufficient strength cannot be obtained, and if they exceed the upper limit, the toughness decreases.
マトリックス中に分散させられる硬質相は、TiNを主
成分とし、これに結合相マトリックスの成分がある程度
固溶したものでもよい。また、TiN中のTiの50原
子%までをZr、、Hf、V。The hard phase to be dispersed in the matrix may be mainly composed of TiN, with some of the components of the binder phase matrix dissolved therein. In addition, up to 50 atomic % of Ti in TiN is replaced by Zr, Hf, and V.
Nb、Ta、Cr、M o s Ws A QおよびS
iの群から選ばれた一種以上の元素で置換することが可
能である。同様に、TiN中のNの50原子%までをB
、Cおよび0よりなる群から選ばれた一種以上の元素で
置換することも可能である。これらの置換は、合金の耐
熱性、耐摩耗性、靭性等の向上に効果がある。しかしな
がら、5o原子%を越える置換は、TiNの特性を損な
うことになるので好ましくない。Nb, Ta, Cr, Mo s Ws A Q and S
It is possible to substitute with one or more elements selected from the group i. Similarly, up to 50 atomic percent of N in TiN is
It is also possible to substitute with one or more elements selected from the group consisting of , C and 0. These substitutions are effective in improving the heat resistance, wear resistance, toughness, etc. of the alloy. However, substitution exceeding 50 atom % is not preferable because it impairs the properties of TiN.
上述のように構成される焼結合金鋼は、それ自体でも切
削工具等の工具材料として満足する特性を発揮し得る。The sintered alloy steel configured as described above can exhibit satisfactory characteristics as a tool material for cutting tools and the like.
しかし、上記の焼結合金鋼を外周部分として用いる複合
化の手法を導入することにより、−層の性能向上を図る
ことができる。However, by introducing a composite method using the above-mentioned sintered alloy steel as the outer peripheral portion, it is possible to improve the performance of the -layer.
まず、芯材として焼結硬質合金、いわゆる超硬合金を採
用することにより、工具材料全体としての剛性を大幅に
改善することが可能となる。その結果、工具の加工精度
が向上するとともに、その工具によって加工された面の
面粗度が良好になる。First, by employing a sintered hard alloy, so-called cemented carbide, as the core material, it is possible to significantly improve the rigidity of the tool material as a whole. As a result, the machining accuracy of the tool improves, and the surface roughness of the surface machined by the tool improves.
この芯材を構成する超硬合金と、外周部分を構成する焼
結合金鋼との間の整合性を保つために、超硬合金の熱膨
張係数は、焼結合金鋼のそれと近いものにするのが有効
である。In order to maintain consistency between the cemented carbide that makes up the core material and the sintered alloy steel that makes up the outer periphery, the coefficient of thermal expansion of the cemented carbide should be close to that of the sintered alloy steel. is valid.
外周部分は、上述の焼結合金鋼によって構成されるので
、高速度工具鋼の有する靭性を維持したまま、耐摩耗性
が向上した切削工具用の刃先が得られる。なお、焼結合
金鋼の表面に硬質セラミックスの被膜をコーティングす
ると、さらに性能を向上させる上で良い結果をもたらす
。この皮膜の材料としては、TiNが好ましいが、Ti
CあるいはTi (CN)を用いてもよく、さらにそ
の上にAll、0.を被覆してもよい。Since the outer peripheral portion is made of the above-mentioned sintered alloy steel, a cutting tool edge with improved wear resistance can be obtained while maintaining the toughness of high-speed tool steel. Incidentally, coating the surface of the sintered alloy steel with a hard ceramic film brings about good results in further improving the performance. As the material for this film, TiN is preferable, but TiN
C or Ti (CN) may be used, and furthermore All, 0. may be coated.
[実施例]
第1図は、この発明に従った複合硬質合金材を概念的に
示す断面図である。この図によれば、焼結合金鋼からな
る外周部分1は、焼結硬質合金からなる中心部分2を被
覆している。[Example] FIG. 1 is a sectional view conceptually showing a composite hard alloy material according to the present invention. According to this figure, an outer peripheral part 1 made of sintered alloy steel covers a central part 2 made of sintered hard alloy.
実施例1
硬質相として平均粒径0. 1μmのTiN粒子が40
体積%、平均粒径0,05μmのWC粒子が10体積%
、結合相としての高速度工具鋼の粉末が50体積%にな
るように配合し、乾式ボールミルを用いて混合した。高
速度工具鋼の粉末の組成は、C「が4.0重量%、Mo
が3.5重量%、Wが2.0重量%、Coが8.5重量
%、Cが0゜5重量%、その残部がFeと不可避不純物
であった。このようにして混合された合金鋼粉末を超硬
合金からなる棒の外周に被覆した後、冷間静水圧成形(
CIP、 cold isostaticpre
ssing)により成形した。超硬合金の組成は、WC
が75体積%、Ticが7.5体積%、TaCが4.0
体積%、Coが13.5体積%であった。また、超硬合
金の棒の直径は5mm1長さは200mmであった。こ
のようにして、厚み2mmの合金鋼粉末からなる層が形
成された。Example 1 Average particle size as hard phase: 0. 40 1μm TiN particles
10% by volume, WC particles with an average particle size of 0.05 μm
, high-speed tool steel powder as a binder phase was blended to be 50% by volume, and mixed using a dry ball mill. The composition of the powder for high-speed tool steel is 4.0% by weight of C, Mo
was 3.5% by weight, W was 2.0% by weight, Co was 8.5% by weight, C was 0.5% by weight, and the remainder was Fe and unavoidable impurities. After coating the outer periphery of a rod made of cemented carbide with the alloy steel powder mixed in this way, cold isostatic pressing (
CIP, cold isostatic pre
ssing). The composition of cemented carbide is WC
is 75% by volume, Tic is 7.5% by volume, TaC is 4.0% by volume.
Co content was 13.5% by volume. The cemented carbide rod had a diameter of 5 mm and a length of 200 mm. In this way, a layer of alloyed steel powder with a thickness of 2 mm was formed.
この成形体は軟鋼型の筒状容器に入れられ、脱気処理が
施されながら、温度500℃まで加熱し、真空封止され
た。その後、この成形体に熱間静水圧プレス処理が施さ
れた。熱間静水圧プレス処理の条件は、温度1130℃
において、圧力媒体として用いられるArガスの気圧を
1000kg/Cm2とした。このようにして得られた
焼結体から直径6mmのドリルが試作された。このドリ
ルの断面組織においては、中心部分に直径5mmの超硬
合金からなる部分が位置し、その外周を焼結合金鋼から
なる部分が0.5mmの厚みで取り囲んでいた。ドリル
には、所定の溝と刃先が成形された。This molded body was placed in a mild steel cylindrical container, heated to a temperature of 500° C. while being deaerated, and vacuum-sealed. Thereafter, this molded body was subjected to hot isostatic pressing treatment. The conditions for hot isostatic pressing are a temperature of 1130°C.
In this case, the pressure of Ar gas used as a pressure medium was set to 1000 kg/Cm2. A drill with a diameter of 6 mm was prototyped from the sintered body thus obtained. In the cross-sectional structure of this drill, a part made of cemented carbide with a diameter of 5 mm was located at the center, and a part made of sintered alloy steel was surrounded by a part made of sintered alloy steel with a thickness of 0.5 mm. Predetermined grooves and cutting edges were molded into the drill.
比較のため、中心部分に超硬合金を含まない焼結合金鋼
製のドリルが試作された。本発明品および比較品の試作
ドリルと、市販の超硬合金製および高速度工具鋼製のド
リルとを用いて切削試験が行なわれた。切削条件は以下
のとおりであった。For comparison, a prototype drill made of sintered alloy steel without cemented carbide in its center was produced. Cutting tests were conducted using prototype drills of the present invention and comparison products, as well as commercially available drills made of cemented carbide and high-speed tool steel. The cutting conditions were as follows.
被削材: 550C
切削速度:50m/min
送り速度: 0. 25mm/ r e v加工深さ:
15mm
切削試験の結果は第1表に示される。Work material: 550C Cutting speed: 50m/min Feed rate: 0. 25mm/ r ev machining depth:
The results of the 15 mm cutting test are shown in Table 1.
第1表
試験結果によれば、超硬合金からなるドリルでは、加工
穴数が少ない初期においては摩耗が小さいが、加工穴数
が多くなると、刃先に微妙なチッピングが発生し、これ
が原因となって摩耗が大きくなることが認められた。ま
た、比較品では、発明品と比べてやや劣っていた。加工
された穴の拡大代で比較すると、本発明品が20μm程
度であったのに対し、比較品は60μm程度であった。According to the test results in Table 1, with drills made of cemented carbide, wear is small in the early stages when the number of holes to be machined is small, but as the number of holes to be machined increases, subtle chipping occurs on the cutting edge, and this is the cause. It was observed that wear increased. Furthermore, the comparative product was slightly inferior to the invented product. When comparing the enlargement allowance of the processed hole, the inventive product had an enlargement of about 20 μm, while the comparative product had an enlargement of about 60 μm.
実施例2
所定の組織形態を有する硬質相粒子が40体積%、高速
度工具鋼のマトリックスが60体積%になるように各粒
子が均一に分散した組織を有する焼結合金鋼製の筒が準
備された。硬質相粒子は、TiN粒子の周囲を(Ti
W Mo)(CN)の固溶体が取り囲むように形成
された組織形態を有していた。この硬質相粒子の平均粒
径は0.08μmであり、TiN粒子の周囲を取り囲む
固溶体の厚みは0.01μmであった。マトリックスを
構成する高速度工具鋼の組成は、Crが3.8重量%、
Moが5.5重量%、Wが2.5重量%、Coが10.
0重量%、Cが0.45重量%、その残部がFeと不可
避不純物であった。また、WCが85体積%、COが1
5体積%の組成の超硬合金からなる棒が準備された。こ
の焼結合金鋼製の筒と超硬合金製の棒とが拡散接合によ
り一体化された。このようにして得られた複合硬質合金
部材からエンドミル用の所定の形状を有する切削工具を
作製した。この切削工具を用いて、以下の条件で切削試
験を行なった。Example 2 A cylinder made of sintered alloy steel having a structure in which each particle was uniformly dispersed was prepared such that the hard phase particles having a predetermined structure form were 40% by volume and the matrix of high-speed tool steel was 60% by volume. It was done. The hard phase particles surround the TiN particles (Ti
It had a structure in which a solid solution of W Mo) (CN) was formed surrounding it. The average particle size of the hard phase particles was 0.08 μm, and the thickness of the solid solution surrounding the TiN particles was 0.01 μm. The composition of the high-speed tool steel constituting the matrix is 3.8% by weight of Cr;
Mo is 5.5% by weight, W is 2.5% by weight, Co is 10% by weight.
0% by weight, C was 0.45% by weight, and the remainder was Fe and unavoidable impurities. In addition, WC was 85% by volume and CO was 1% by volume.
A bar made of cemented carbide with a composition of 5% by volume was prepared. This cylinder made of sintered alloy steel and the rod made of cemented carbide were integrated by diffusion bonding. A cutting tool having a predetermined shape for an end mill was manufactured from the composite hard metal member thus obtained. A cutting test was conducted using this cutting tool under the following conditions.
被削材: 5KDI 1 (HRc 20)切削速度:
60m/m1rl
送り速度:0.15mm/1刃
加工幅:10mm
加工深さ:30mm
切削試験結果によれば、本発明に従った複合硬質合金材
からなるエンドミルを用いれば、特に問題なく加工が可
能であり、加工された溝の側面の鉛直線からのずれは、
最大でも0.04mmと極めて高精度であった。なお、
比較のため、超硬合金、および高速度工具鋼からなるエ
ンドミルを用いると、切削することが全くできなかった
。Work material: 5KDI 1 (HRc 20) Cutting speed:
60m/m1rl Feed rate: 0.15mm/1 blade machining width: 10mm Machining depth: 30mm According to the cutting test results, machining can be performed without any problems if the end mill made of composite hard alloy material according to the present invention is used. The deviation of the side surface of the machined groove from the vertical line is
The accuracy was extremely high, with a maximum of 0.04 mm. In addition,
For comparison, when using end mills made of cemented carbide and high speed tool steel, no cutting was possible.
[発明の効果コ
以上のように、この発明によれば、高速度工具鋼の靭性
を維持した状態で、その耐摩耗性を超硬合金に匹敵する
レベルまで向上させた合金材を得ることができる。また
、切削工具として使用した場合、剛性が高く、高い精度
の切削加工が可能となる。そのため、この発明の複合硬
質合金材は、切削工具用材料に用いられることにより、
切削加工の能率向上、信頼性の向上に貢献することがで
きる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an alloy material whose wear resistance is improved to a level comparable to that of cemented carbide while maintaining the toughness of high-speed tool steel. can. Furthermore, when used as a cutting tool, it has high rigidity and enables highly accurate cutting. Therefore, the composite hard alloy material of the present invention can be used as a material for cutting tools.
It can contribute to improving cutting efficiency and reliability.
第1図は、この発明に従った複合硬質合金材を概念的に
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view conceptually showing a composite hard alloy material according to the present invention.
Claims (1)
を備え、 前記焼結硬質合金は、周期律表IVa、Va、VIa族元素
の炭化物、窒化物および炭窒化物の一種以上を前記中心
部分において50体積%以上95体積%以下含有し、そ
の残部が鉄族金属および不可避不純物からなり、 前記焼結合金鋼は、前記外周部分において、粒径が0.
3μm以下のTiN粒子からなる硬質相を15体積%以
上70体積%以下、および前記硬質相をその中に分散し
、結合するための合金鋼からなる結合相を30体積%以
上85体積%以下含有しており、 前記合金鋼は、Crを2.5重量%以上4.5重量%以
下、Moを1.5重量%以上5.0重量%以下、Wを2
.0重量%以上6.0重量%以下、Cを0.3重量%以
上1.2重量%以下、Coを1.5重量%以上15重量
%以下、Mnを0.5重量%以下、Siを0.5重量%
以下含有し、その残部がFeおよび不可避不純物からな
る、複合硬質合金材。(2)前記TiN粒子中における
Tiの50原子%以下は、Zr、Hf、V、Nb、Ta
、Cr、Mo、W、AlおよびSiよりなる群から選ば
れた一種以上の元素で置換されている、請求項1に記載
の複合硬質合金材。 (3)前記TiN粒子中におけるNの50原子%以下は
、B、CおよびOよりなる群から選ばれた一種以上の元
素で置換されている、請求項1または2に記載の複合硬
質合金材。(4)前記外周部分の厚みは、当該複合硬質
合金材の全体の厚みの0.05以上0.3以下である、
請求項1ないし3のいずれかに記載の複合硬質合金材。[Scope of Claims] (1) A central portion made of a sintered hard alloy; and an outer circumference portion covering the central portion and made of sintered alloy steel, wherein the sintered hard alloy is made of a periodic table IVa, The sintered alloy steel contains 50% by volume or more and 95% by volume or less of Va, group VIa element carbides, nitrides, and carbonitrides in the central portion, and the remainder consists of iron group metals and unavoidable impurities. has a particle size of 0.
Contains 15% by volume or more and 70% by volume or less of a hard phase consisting of TiN particles of 3 μm or less, and 30% by volume or more and 85% by volume or less of a binder phase made of alloy steel for dispersing and bonding the hard phase therein. The alloy steel contains Cr of 2.5% to 4.5% by weight, Mo of 1.5% to 5.0% by weight, and W of 2.5% to 4.5% by weight.
.. 0% to 6.0% by weight, C 0.3% to 1.2% by weight, Co 1.5% to 15% by weight, Mn 0.5% by weight or less, Si 0.5% by weight
A composite hard alloy material containing the following, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. (2) 50 atomic% or less of Ti in the TiN particles is Zr, Hf, V, Nb, Ta
The composite hard alloy material according to claim 1, wherein the composite hard alloy material is substituted with one or more elements selected from the group consisting of , Cr, Mo, W, Al, and Si. (3) The composite hard alloy material according to claim 1 or 2, wherein 50 atomic % or less of N in the TiN particles is replaced with one or more elements selected from the group consisting of B, C, and O. . (4) The thickness of the outer peripheral portion is 0.05 or more and 0.3 or less of the total thickness of the composite hard alloy material,
The composite hard alloy material according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33998389A JPH03202402A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Combined hard alloy material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33998389A JPH03202402A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Combined hard alloy material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03202402A true JPH03202402A (en) | 1991-09-04 |
Family
ID=18332623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33998389A Pending JPH03202402A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Combined hard alloy material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03202402A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008654A1 (en) * | 1993-09-24 | 1995-03-30 | The Ishizuka Research Institute, Ltd. | Composite material and process for producing the same |
-
1989
- 1989-12-29 JP JP33998389A patent/JPH03202402A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008654A1 (en) * | 1993-09-24 | 1995-03-30 | The Ishizuka Research Institute, Ltd. | Composite material and process for producing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2890592B2 (en) | Carbide alloy drill | |
KR100695493B1 (en) | Low thermal conductivity cemented carbide | |
US7556668B2 (en) | Consolidated hard materials, methods of manufacture, and applications | |
US5447549A (en) | Hard alloy | |
JP2622131B2 (en) | Alloys for cutting tools | |
JPH07509187A (en) | Group IVB boride-based articles, cutting tools, manufacturing methods, and processing of Group IVB-based materials | |
US4944800A (en) | Process for producing a sintered hard metal body and sintered hard metal body produced thereby | |
JP3046336B2 (en) | Sintered alloy with graded composition and method for producing the same | |
JP2004292905A (en) | Compositionally graded sintered alloy and method of producing the same | |
US6575671B1 (en) | Chromium-containing cemented tungsten carbide body | |
JP2893886B2 (en) | Composite hard alloy material | |
JP3366659B2 (en) | Heterogeneous layer surface-finished sintered alloy and method for producing the same | |
JP2814633B2 (en) | Composite hard alloy material | |
JPH03202402A (en) | Combined hard alloy material | |
JPH0483805A (en) | Combined hard alloy material | |
JP2893887B2 (en) | Composite hard alloy material | |
JPH03202401A (en) | Composite hard alloy material | |
JP2814632B2 (en) | Composite hard alloy material | |
JPH0483806A (en) | Composite hard alloy material | |
JP2004223666A (en) | Cutting tools for roughing | |
KR100399315B1 (en) | High strength abrasive wheel | |
JPS61147841A (en) | Hyperfine-grained sintered hard alloy | |
JPH03188244A (en) | sintered alloy steel | |
RU2133296C1 (en) | Solid alloy (variants) and method of preparing thereof | |
JP2668977B2 (en) | Cutting tool made of tungsten carbide based cemented carbide with excellent fracture resistance |