JP2000514874A - 耐磨耗性の向上した超硬合金体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、バインダー相において１０μｍ以下の平均粒径を有するＷＣからなる超硬合金に関する。この超硬合金において、ＷＣ粒は、少なくとも２つのグループ；最大粒径ａ_maxを有する小さい粒のグループと最小粒径ｂ_minを有する大きい粒のグループに分類される。各グループは、ＷＣ粒の合計量の少なくとも１０％を含んでいる。本発明による超硬合金体は、ｂ_min−ａ_max＞０．５μｍで、粒径の変動は各グループ内で＞１μｍである。

Description

【発明の詳細な説明】 耐磨耗性の向上した超硬合金体 技術分野 本発明は、特に鋼およびステンレス鋼の旋盤、研削および穿孔のための工具に 有用な被覆された超硬合金体に関するものである。 背景技術 超硬合金体は、粉砕、プレスおよび焼結を含む粉末冶金法によって製造される 。この粉砕作業は、異なるサイズの粉砕機で、粉砕体の目的に応じて行う機械的 粉砕である。この粉砕時間は数時間から数日のオーダーである。そのような方法 は、粉砕された混合体におけるバインダー相の均一な分布を得るために必要な作 業と認識されているが、結果としては広範なＷＣ粒径分布をもたらす。 米国特許第５，５０５，９０２号および第５，５２９，８０４号においては、 この粉砕が実質的に除外された超硬合金の製造方法が開示されている。その代わ り、粉体混合におけるバインダー相の均一分布を得るために、バインダー相で予 備被覆された硬い組成物の粒で、その混合体が更にプレス助材で湿式混合され、 乾燥され、プレスされ、焼結されている。この最初の特許で開示された方法は、 この被覆がゾル−ゲルによって行われ、第二の特許ではポリオールが使用されて いる。 ＥＰ−Ａ−６６５３０８は、ＷＣ粒が０．１〜１μｍと３〜１０μｍのグルー プで、ＷＣ粒径の二態様(bimodal)の分布を有する被覆されたカッティングイン サートが開示されている。この出願によるインサートは、広範囲の粒径分布に基 づく従来の粉砕技術によっ て製造されたものである。 もし、そのような材料が、上述した米国特許第５，５０５，９０２号および第 ５，５２９，８０４号に開示された技術を使用して製造されたなら、ＥＰ−Ａ− ６６５３０８による超硬合金の特性を更に改良されるという驚くべきことが知見 された。 発明の開示 本発明は、一般的にバインダー相において平均粒径１０μｍ以下のＷＣからな る超硬合金体に関するものである。このＷＣ粒は、少なくとも２つのグループ； 最大粒径ａ_maxを有する小さい粒のグループと最小粒径ｂ_minを有する大きい粒の グループに分類される。各グループは、ＷＣ粒の合計量の少なくとも１０％を含 んでいる。本発明による超硬合金体は、ｂ_min−ａ_max＞０．５μｍで、粒径の変 動は各グループ内で＞１μｍであることで特徴づけられる。 更に詳しくは、本発明は、鋼およびステンレス鋼の機械加工に有用なＷＣ粒の 二態様(bimodal)の分布を伴い、ＷＣと、４〜２０重量％のＣｏ、好ましくは５ 〜１２．５重量％のＣｏ、および０〜３０重量％、好ましくは０〜１５重量％、 最も好ましくは０〜１０重量％のＴｉＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ或いはそれらの混合物 の六方晶炭化物からなる被覆されたカッティングインサートに関する。このＷＣ 粒は、それぞれ０〜１．５μｍの範囲と２．５〜６．０μｍの範囲にある粒径で 狭い二態様の粒径分布を有し、しかも微細なＷＣ粉粒（０〜１．５μm)の粗いＷ Ｃ粉粒（２．５〜６．０μｍ）に対する重量比が０．２５〜４．０、好ましくは ０．５〜２．０の範囲内にある。 バインダー相内に溶解するＷ量は、少量のカーボンブラック或いは純粋なタン グステン粉の添加して炭素量を調整することにより制 御される。バインダー相のＷ量は、以下に定義する「ＣＷ比」(CW-ratio)で表わ すことができる。 ＣＷ比＝Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ×０．０１６１） ここで、ＭｓはｋＡ／ｍで表示する焼結された超硬合金体の測定飽和磁気であり 、ｗｔ％Ｃｏは超硬合金における重量％である。本発明によるインサートのＣＷ 値は、０．８２〜１．０、好ましくは０．８６〜０．９６である。 発明を実施するための最良の実施の形態 本発明により焼結されたインサートは、被覆され、もしくは被覆なしで、好ま しくはＡｌ₂Ｏ₃を蒸着させ、或いは蒸着させないＭＴＣＶＤ、従来のＣＶＤ或い はＰＶＤ法で処理して使用される。特に、α−Ａｌ₂Ｏ₃、κ−Ａｌ₂Ｏ₃或いはα −とκ−Ａｌ₂Ｏ₃の混合物の層によって形成された樹枝状粒を伴うＴｉＣ_XＮ_VＯ_Z からなる積層は、良好な結果を示している。上述した被覆の他の好ましい態様 としては、研磨可能なＴｉＮ層を付与して、研磨処理されずに使用される。 本発明による方法は、超硬合金体が少なくとも２つの異なるＷＣ粉末に、他の 炭化物、一般的にはＴｉＣ，ＴａＣ或いはＮｂＣの解凝集された(deagglomerati on)粉末と、バインダー金属およびプレス助剤と、粉砕してない湿式混合物から 造られ、好ましくはスプレイ乾燥により乾燥され、インサートにプレスされ、そ して焼結される。ＷＣ粉末粒は、少なくとも２つのグループ；最大粒径ａ_maxを 有する小さい粒のグループと最小粒径ｂ_minを有する大きい粒のグループに分類 され、各グループは、ＷＣ粒の合計量の少なくとも１０％を含み、そこでｂ_min −ａ_max＞０．５μｍと各グループ内での粒径変動が＞１μｍである。好ましく は、混合前のＷＣは、バイ ンダー金属で被覆される前或いは後で慎重に細分化される。特に、本発明による 方法では、それぞれ０〜１．５μｍと２．５〜６．０μｍの狭い粒径分布を有し 、しかも微細なＷＣ粉粒（０〜１．５μｍ）の粗いＷＣ粉粒（２．５〜６．０μ ｍ）に対する重量比が０．２５〜４．０、好ましくは０．５〜２．０の範囲内に あるＷＣ粉末が、他の炭化物、一般的にはＴｉＣ，ＴａＣ或いはＮｂＣ、バイン ダー金属およびプレス助剤の粉砕してない湿式混合され、好ましくはスプレイ乾 燥により乾燥され、インサートにプレスされ、そして焼結される。 本発明によれば、混合は粉砕せずに行われること、すなわち、混合の結果とし て粒径の変化なく、或いは粒径分布に変化なく行われることが本質である。 より好ましい態様において、この硬質組成物は、少なくとも狭い粒径分布を有 し、慎重に細分化された後で米国特許第５，５０５，９０２号および第５，５２ ９，８０４号に開示された方法を使用してバインダー金属で被覆される。その場 合、本発明による超硬合金粉末は、好ましくはＣｏ被覆ＷＣ＋Ｃｏバインダーか らなり、更に、ＴｉＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ，（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ， （Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ，（Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ，および（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎ ｂ）Ｃのような六方晶炭化物の添加あるいは添加なしに、被覆あるいは被覆なし に、好ましくは被覆なしで、所望の最終組成物を得るために更にＣｏ添加を行う ものである。実施例 １ Ａ：ＳＥＭＮ １２０４ ＡＺタイプの超硬合金ツールインサートで、ＷＣに 、８．４ｗｔ％Ｃｏ、１．１３ｗｔ％ＴａＣおよび０．３８ＮｂＣの組成を含有 する研削用インサートを本発明により製 造した。米国特許第５，５０５，９０２号に従って用意された、Ｃｏ被覆された ＷＣとＷＣに６ｗｔ％Ｃｏ含有合金が慎重に実験室の噴流粉砕装置で解凝集(dea gglomerated)され、所望の材料組成物を得るためにＣｏの追加的な量と解凝集さ れた未被覆の（Ｔａ，Ｎｂ）ＣおよびＴａＣ粉末を混合した。被覆されたＷＣ粉 末は、平均粒径３．５μｍを有する５０ｗｔ％と平均粒径１．２μｍを有する５ ０ｗｔ％からなり、バイモーダル(bimodal)粒径分布を有している。混合は、エ タノールと水溶液（０．２５ ｌ fluid／超硬合金粉ｋｇ）中で実験室の混合機 で２時間行い、１０Ｋｇの試験材サイズを得た。更に、２ｗｔ％の潤滑剤が、そ のスラリー中に加えられた。炭素量は、ＣＷ比：０．８９に対応するＷを含むバ ンダー合金相となるようにカーボンブラックで調整された。スプレー乾燥後、イ ンサートは標準的手法でプレスされ、次いで焼結され、そして気孔のない密な組 織が得られた。 インサートは被覆前に２０°の角度を有する面取り（negative chamfer）で全 周が研磨された。 次いで、インサートは、０．５μｍの等軸のＴｉＣＮ層（見積もられたＣ／Ｎ 比０．０５に対応する高Ｎ量を有する）で被覆され、続いてＭＴＣＶＤ技術（８ ８５〜８５０℃の温度で、炭素および窒素源としてＣＨ₃ＣＮ）を使用して樹枝 状粒を有する４μｍ厚のＴｉＣＮ層で被覆された。引き続く工程において、同じ 被覆サイクルの間で、１．０μｍ厚のＡｌ₂Ｏ₃層を、ＥＰ−Ａ−５２３０２１に 開示された、９７０℃の温度で０．４％のＨ₂Ｓ濃度中で蒸着した。薄い（０． ３μｍ）ＴｉＮ層が、周知のＣＶＤ技術に従って頂部に蒸着され、ＸＲＤ測定で 上記Ａｌ₂Ｏ₃層が１００％のκ−相から成ることを示していた。 被覆されたインサートは、ＳｉＣ粒を含むナイロン製ストローブ ラシでブラッシングされた。ブラッシングされたインサートの光学顕微鏡での観 察では，薄いＴｉＮ層がカッティングエッジ部に沿った部分のみを残してブラッ シングで除去され、そこにはスムースなＡｌ₂Ｏ₃層の表面が残っていた。 横断面方向にブラッシングされたサンプルの被覆厚測定では、除去された外周 のＴｉＮ層を除いてエッジラインに沿った被覆減少は何もなかった。 Ｂ：研削用インサートとして、９．１ｗｔ％Ｃｏ、１．２３ｗｔ％ＴａＣおよ び０．３０ｗｔ％ＮｂＣ、残部ＷＣの組成を有し、一態様(unimodal)の分布と平 均粒径１． ２μｍを有するＳＥＭＮ １２０４ ＡＺタイプの超硬合金ツール インサートが以下の方法で製造された。米国特許第５，５０５，９０２号に従っ て用意された、Ｃｏ被覆されたＷＣとＷＣに６ｗｔ％Ｃｏ含有合金が慎重に実験 室の噴流粉砕装置で解凝集(deagglomerated)され、所望の材料組成物を得るため にＣｏの追加的な量と解凝集された未被覆の（Ｔａ，Ｎｂ）ＣおよびＴａＣ粉末 を混合した。混合は、エタノールと水溶液(０．２５ ｌ fluid／超硬合金粉 kg) 中で実験室の混合機で２時間行い、１０Ｋｇの試験材サイズを得た。更に、２ｗ ｔ％の潤滑剤が、そのスラリー中に加えられた。炭素量は、ＣＷ比：０．８９に 対応するＷを含むバンダー合金相となるようにカーボンブラックで調整された。 スプレー乾燥後、インサートは標準的手法でプレスされ、次いで焼結され、そし て気孔のない密な組織が得られた。 インサートは被覆前に２０°の角度を有する面取り（negative chamfer）で全 周が研磨された。 インサートは、上記インサートＡと同様に同一被覆バッチ内で被覆された。 被覆されたインサートは、ＳｉＣ粒を含むナイロン製ストローブ ラシでブラッシングされた。ブラッシングされたインサートの光学顕微鏡での観 察では，薄いＴｉＮ層がカッティングエッジ部に沿った部分のみを残してブラッ シングで除去され、そこにはスムースなＡｌ₂Ｏ₃層の表面が残っていた。 横断面方向にブラッシングされたサンプルの被覆厚測定では、除去された外周 のＴｉＮ層を除いてエッジラインに沿った被覆減少は何もなかった。 Ｃ：上記インサートＢとそれぞれ同一の化学組成、平均粒径ＷＣ、ＣＷ比、面 取り、ＣＶＤ被覆およびブラッシングを有するＳＥＭＮ １２０４ ＡＺタイプ の超硬合金ツールインサートが従来のボールミル技術で製造された粉末から製造 され、上述による試験片との比較のための参考として使用された。 インサートＡ，ＢおよびＣが、高合金鋼（ＨＢ＝３１０）において湿式粉砕試 験で比較された。それぞれが厚み３５ｍｍの２つの平行する棒がカッター本体（ 直径１００ｍｍ）に対して中心に位置し、そしてその棒は、それらの間に１０ｍ ｍのエアーギャップを有するように置かれた。 カッティングデータは、 切削速度＝１５０ｍ／ｍｉｎ 送り＝０．４０ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さ＝２ｍｍ、冷却剤を伴う切削単刃当たり。 評価された工具寿命は、本発明による変形Ａのカッティング長さとして表され 、８２００ｍｍであり、変形Ｂでは６９００ｍｍであり、そして最後に標準変形 Ｃは僅か６１００ｍｍであった。この試験では、本発明による二態様(bimodal) のＷＣ粒径分布を有する変形Ａのインサートは、良好な結果を得た。実施例 ２ Ａ．上記実施例１におけるインサートＡとして同一のバッチからのインサート および Ｂ．上記実施例１におけるインサートＢとして同一のバッチからのインサート および Ｃ．上記実施例１におけるインサートＣとして同一のバッチからのインサート が低合金鋼（ＳＳ１６５０、ＨＢ＝１８０）において湿式粉砕試験で比較された 。 それぞれが厚み３５ｍｍの２つの平行する棒がカッター本体（直径１００ｍｍ ）に対して中心に位置し、そしてその棒は、それらの間に１Ｏｍｍのエアーギャ ップを有するように置かれた。 カッティングデータは、 切削速度＝２８５ｍ／ｍｉｎ 送り＝０．３８ｍｍ／ｒｅｖ 切削深さ＝２ｍｍ、冷却剤を伴う切削単刃当たり。 評価された工具寿命は、本発明による変形Ａのカッティング長さとして表され 、４８００ｍｍであり、変形Ｂでは４２００ｍｍであり、そして最後に標準変形 Ｃは僅か３６００ｍｍであった。この試験では、本発明による二態様(bimodal) のＷＣ粒径分布を有する変形Ａのインサートは、最良の結果を得た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一般的なＴｉＣ、ＴａＣおよび／またはＮｂＣのような他の炭化物の解凝 集(deagglomerated)された粉末を有する少なくとも２つの異なるＷＣ粉末に、バ インダー金属およびプレス用助剤からなる粉砕されていない湿式混合物からなる 超硬合金体を、好ましくはスプレー乾燥で乾燥し、インサートにプレスし、焼結 して製造する方法で、ＷＣ粉末粒は、少なくとも２つのグループ；最大粒径ａ_{ma x} を有する小さい粒のグループと最小粒径ｂ_minを有する大きい粒のグループに分 類され、各グループは、ＷＣ粒の合計量の少なくとも１０％を含み、そこでｂ_{mi n} −ａ_max＞０．５μｍと各グループ内での粒径変動が＞１μｍであり、前記ＷＣ 粒がバインダー金属で被覆される前或いは後で慎重に解凝集(deagglomerated)さ れることを特徴とする超硬合金体の製造方法。