JPS59229430A - 高硬度高靭性サ−メツトの製造法 - 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】 この発明は、高硬度および高靭性を有し、さらにすぐれ
た耐摩耗性、耐塑性変形性、および耐衝撃性を有し、し
たがって、これらの特性が要求される高速切削や、高送
り切削および深切り込み切削などの重切削に用いられる
切削工具として、さらに熱間圧延ロール、熱間線引ロー
ル、熱間圧縮ダイス、熱間圧縮ダイス、および熱間押出
しパンチなどの比較的長時間高温にさらされる熱間加工
用工具として使用した場合にすぐれた性能を発揮するサ
ーメットの製造法に関するものである。

近年、加工能率向上のために高速切削化や高送り切削化
が検討されているが、切削速度を速くした９、送り量を
多くしたりすると、切削工具の刃先温度が上昇し、刃先
が摩耗よりは、むしろ高温に起因する塑性変形によって
使用寿命に至る場合が多い。

しかしながら、現在実用に供されている分散相が主とし
て炭化タングステン（以下ＷＣで示す）や炭化チタン（
以下Ｔｉｅで示す）で構成され、−２− 方結合相が主として鉄族金属で構成されているＷＣＣ超
超硬合金ＴｉＣ基サーメットは、刃先温度が１０００℃
を越えると急激に軟化するようになるために、これらの
ＷＣＣ超超硬合金ＴｉＣ基サーメットは勿論のこと、こ
れらの表面に硬質被覆層を形成したものにおいても、そ
の使用条件は刃先温度が１０００℃を若干上廻る程度に
制限されている。

また、分散相がＴ１とＷの複合金属炭窒化物（以下、（
Ｔｉ、Ｗ）ＯＮで示す）で構成され、一方結合相がＷ−
Ｍｏ合金で構成されたサーメットが提案され、このサー
メットを高速切削や重切削に切削工具として用いる試み
もなされているが、この従来サーメットは、焼結性が悪
く、しかも原料粉末として使用される（Ｔｉ、Ｗ）ＯＮ
粉末におけるＣ濃度が比較的高いために、焼結時にその
一部がＮ粉末の一部と反応して脆いｗ２ｃ’６形成し、
とのＷ２Ｃの存在によって耐衝撃性の劣ったものとなる
ことから、十分満足する切削性能を示さないのが現状で
ある。

３− そこで、本発明者等は、上述のような観６点から、特に
すぐれた耐塑性変形性および耐衝撃性、さらに耐摩耗性
が要求される鋼などの高速切削や重切削に切削工具とし
て使用するのに適した月別を開発すべく研究召二行った
結果、 圧粉体の配合組成を、分散相形成成分として、少なくと
もＴｊとＷの複合金属炭窒化物（以下、（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ
Ｎで示す）粉末：１０〜６５重量％を含有し、さらに結
合相形成成分として、少なくとも酸化タングステン（以
下ＷＯ３で示す）粉末、１〜１０重量係とＮ粉末：２５
〜８９重量％を含有したものとし、 との圧粉体を、真空、窒素、あるいは不活性ガスの雰囲
気中、１６００〜１９００℃の範囲内の温度で焼結する
と、この焼結は、前記Ｗ０３が分散相形成成分としての
（Ｔｉ、　Ｗ　）　ＯＮ中のＣと反応し、還元されて生
成した活性なＷの存在下で行なわれるようになることか
ら、焼結性が著しく促進されるようになり、この結果、
組織がきわめて機紐にして緻密になると共に、前記（Ｔ
１．ｗ）ｃＮ４− 中のＣ量が相対的に低くなることと相まってＷ２Ｃの生
成が皆無となるので、得られたサーメットは高靭性およ
びすぐれた耐衝撃性をもつようになり、サラＫ　（Ｔｉ
、　Ｗ　）　ＣＮ分散相によってすぐれた耐摩耗性およ
び耐塑性変形性も具備するものとなり、しかして、この
サーメットを高速切削や重切削などの切削工具として用
いた場合にはすぐれた切削性能を発揮するという知見を
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、以下に配合組成および焼結条件を上記の通シに限定
した理由を説明する。

（ａｌ　　（Ｔｉ、　Ｗ　）　ＯＮ粉末の配合量この成
分は、主体分散相形成成分であって、サーメットにすぐ
れた耐摩耗性（高硬度）と耐塑性変形性を付与する作用
をもつが、その配合量が１０重量％未満（以下チは重量
％を意味する）では、ＷまたはＷ合金素地中にスケルト
ンを形成することなく均一に分散してしまって、前記作
用に所望の効果が得られず、一方６５襲を越えて配合す
ると、相対的に素地を形成するＷまたはＷ合金量が５− 減少し、靭性が低下するようになることから、その配合
量を１０〜６５％と定めた。

なお、分散相形成成分として、Ｔｉとｗｆ：除く周期律
表の４ａ、５ａ、および６ａ族金属の炭化物粉末のうち
の１種または２種以上を配合してもよい。

（ｂ）　　ＷＯａ粉末の配合量 この成分は、焼結中に分散相形成成分中のＣと反応し、
分散相形成成分中のＣ量を低減せしめる一方、自身もき
わめて活性なＷとなシ、かつこの結果生成した還元性Ｃ
Ｏガスと共に焼結を著しく促進させ、もってす・−ノッ
ト組織の微細化および緻密化を図る作用があるが、その
配合量が１チ未満では所望の焼結性向上効果が得られず
、一方１０％を越えて配合すると、焼結時における還元
性ＣＯガスの発生量が多くなシすぎて、サーメットに亀
裂や微小巣が発生し易くなることから、その配合量を１
〜１０％と定めた。

なお、Ｗ０３粉末と共に、酸化モリブデン（以下Ｍｏ　
０３で示す）粉末および酸化クロム（以下Ｃｒ２Ｏ３６
一 で示す）のうちの１種またけ２種を配合してもよい。

（Ｃ）　　Ｗ粉末の配合量 との成分は、その一部が分散相に固溶するが、大部分は
、上記ＷＯ３の還元によって生成した活性なＷと共に結
合相として存在して、分散相と強固に結合し、サーメッ
トにすぐれた耐衝撃性を付与する作用をもつが、その配
合量が２５チ未満では前記作用に所望の効果が得られず
、一方８９％を越えた配合は、相対的に分散相の量を低
くすることに々るから、所望の耐摩耗性および耐塑性変
形性をもったサーメットヲ製造することができなくなり
、かかる点から、その配合量を２５〜８９％と定めた。

また、Ｗ粉末と共に、結合相形成成分として、Ｍｏ粉末
、　Ｏｒ粉末、およびＲｅ粉末のうちの１種またｉｄ２
種以上を配合してもよい。

（ｄ）焼結条件 焼結雰囲気としては、窒素、不活性ガス、あるいは真空
のいずれでも良いが、焼結過程で発生ず７− るＣＯガスを焼結雰囲気外へ早く引出す方が良く、その
意味では減圧下での焼結が好ましい。なお、一旦ＣＯガ
スを雰囲気外へ排出した後は、常圧の窒素またはアルゴ
ン雰囲気中での焼結でもよい。

また、焼結温度が１６００℃未満では、十分満足する焼
結性を確保することができず、一方焼結温度が１９００
℃を越えると結晶粒成長が著しく、脆化の原因となるこ
とから、焼結温度’！ｌｒ１６００〜１９００℃と定め
た。

さらに、上記の焼結後のサーメットに、温度：１５００
〜１８００℃、圧カニ１０００〜２０００Ｋｇ　／　ｃ
ｙｄの条件で熱間静水圧（Ｈ工Ｐ）処理を施してやると
、サーメットのより一層の特性向上がはかれるようにな
る。

つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。

実施例 原料粉末として、平均粒径：１２μｍｆ有する完全固溶
体の（ＴｉＯ，７Ｗ０．３）ＯＯ，？Ｎ０．３粉末（括
弧内の数値は原子比を示す）、いずれも同１，５μｍｆ
有する８− ＺｒＯ粉末、ＶＣ粉末、　、ＴａＣ粉末、　　ＮｂＣ粉
末、　０ｒ３０２粉末、およびＭｏ２０粉末、同じくい
ずれも同０．７μｍを有するｗｏ３粉末、　　ＭｏＯ３
粉末、および０ｒ２Ｃ３粉末。

さらに同１　ｐｍのＷ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時間湿式粉砕混合し、乾燥した後、１０Ｋｇ
／−の圧力にてプレス成形して圧粉体とし、ついで、と
の圧粉体を、圧力、２００ｔｏｒｒの窒素雰囲気中にて
、同じく第１表に示される温度に２時間保持の条件で焼
結することによって、本発明法によるサーメット（以下
本発明サーメットという）１〜３１、および比較法によ
るサーメット（以下比較サーメットという）１〜４をそ
れぞれ製造した。

々お、比較サーメット１〜４は、配合組成がこの発明の
範囲から外れた条件（第１表の※印が本発明範囲外）で
製造されたものである。

ついで、この結果得られた本発明サーメット１〜３１お
よび比較サーメツｌ−１〜４について、全Ｃ量、ロック
ウェル硬さくＡスケール）、および９− 抗折力を測定すると共に、これより５ＮＰ４３の形状を
もった切削チップを切出し、 被削材：　Ｓ　Ｎ　ＣＭ　−８（硬さＩ（Ｂ２７０）、
切削速度：　１５０　ｍ　／　ｍｍ、 送り：　０．４５　ｗｎ　／　ｒｅｖ、、切込み：２−
１ 切削時間：１０ｍｊｙｒ、 の条件での連続高速り切削試験、並びに、被剛材：ＳＮ
ＣＭ−８（硬さＨＢ２７０）、切削速度：　１００　ｍ
　１ｍＩｎ。

送り：　０．７５１ｍＭ／　ｒｅｖｏ、切込み１２ｗ１
１、 切削時間：２ｍ１ｎ、 の条件での断続切削試験を行ない、上記連続高速り切削
試験では、切刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深さを測
定し、また上記断続切削試験では、１０個の試験切刃の
うち、その刃先に欠損が発生した切刃数を測定し、これ
らの測定結果を第２表に示した。また、第２表には、比
較の目的で、工ＳＯのＰ１０グレードのＷＣＣ超超硬合
金製切削チップ以下従来切削チップ１という）、および
ＴｉＣ−１０係Ｍｏ−１５％Ｎｉの組成を有するＴｉＣ
基サーすット製切削チップ（以下従来切削チップ２とい
う）の同一条件での切削試験結果も示した。

第２表に示される結果から、本発明サーメット１〜３１
は、いずれも高硬度と高靭性を有し、かつ切削試験では
従来切削チップ１，２に比して著しくすぐれた耐摩耗性
および耐衝撃性を示すのに対して、比較サーメット１〜
４に見られるように、配合組成がこの発明の範囲から外
れると、前記特性のうち、特に耐衝撃性がいずれも低下
するようになり、さらにＷ２Ｂの配合量がこの発明の範
囲を外れて低い場合には、耐摩耗性も劣ったものになる
ことが明らかである。

上述のように、この発明の方法によれば、高靭性と高硬
度を有し、さらに耐摩耗性、耐塑性変形性、および耐衝
撃性にすぐれたサーメットを製造することができ、した
がって、このサーメットを、これらの特性が要求される
鋼の高速切削や重切削などに切削工具として用いた場合
にはすぐれた性能を発揮し、さらに熱間圧延ロール、熱
間線引ロール、熱間圧縮ダイス、熱間鍛造ダイス、およ
び熱間押出しパンチなどの比較的長時間高温にさらされ
る熱間加工工具として用いた場合にもすぐれた性能を長
期に亘って発揮する々ど工業上有用な効果がもたらされ
るのである。

出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）和　夫　外１名 １７− １６８−一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 分散相形成成分として、少なくともＴｉとＷの複合金属
   炭窒化物粉末：１０〜６５重量％を配合し、さらに結合
   相形成成分として、少なくとも酸化タングステン粉末：
   １〜１０重量係とＷ粉末：２５〜８９重量％を配合して
   ガる混合粉末より成形した圧粉体を、 真空、窒素、あるいは不活性ガス雰囲気中、１６００〜
   １９００℃の範囲内の温度に加熱し、上記酸化タングス
   テンの還元によシ生成した焼結性促進作用を有する活性
   なＷの存在下で焼結を行なうことを特徴とする高硬度高
   靭性サーメットの製造法。 １−