JPH0120219B2 - - Google Patents

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JPH0120219B2
JPH0120219B2 JP53046427A JP4642778A JPH0120219B2 JP H0120219 B2 JPH0120219 B2 JP H0120219B2 JP 53046427 A JP53046427 A JP 53046427A JP 4642778 A JP4642778 A JP 4642778A JP H0120219 B2 JPH0120219 B2 JP H0120219B2
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JP
Japan
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nitrogen
cemented carbide
cutting
sintering
carbide body
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JP53046427A
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JPS53132415A (en
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Korasuka Yohanesu
Gureeue Hansu
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Fried Krupp AG
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Fried Krupp AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐摩耗性の向上せる超硬合金体の表
面を処理する方法に関する。該超硬合金体は結合
金属鉄、コバルト及びニツケルの少なくとも1
つ、ならびに元素チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、
モリブデン及びタングステンの1以上の炭化物か
らなりかつ表面に窒素を含有している。
殊に超硬合金の場合に、これが炭化物、窒化
物、炭窒化物、硼化物及び/又は酸化物からなる
層を有し、それによりその表面の硬度が更に高め
られることは公知である。1以上の表面層を設け
るのは、例えば西ドイツ国特許公開公報2433737
号及び西ドイツ国特許公開公報第2525185号に記
載されているように、CVD法(化学的蒸気溶着)
ないしPVD法(物理的蒸気溶着)により別個の
作業工程で行なわれる。これらのあとで被覆され
た超硬合金体は、その製造に被覆のための付加的
作業工程を必要とするという欠点を有する。この
被覆された超硬合金のもう1つの欠点は、そのわ
ずかな熱負荷にある:つまり基体材料及びその上
に蒸着された表面材料の異なる膨張率に基づき、
強い加熱の際に応力が生じ、最終的に基体から表
面層が剥離することがある。
この事情に基づき、前記方法により製造された
超硬合金体は大きな靭性外力に条件付きで耐える
にすぎない。蒸着せる被覆層が容易に剥離するた
め、可能な最高表面層厚さは15μmに制限されて
いる。
オーストリア国特許明細書第314212号には少な
くとも焼結工程の期間中2〜500バール、特に20
〜200バールのガス圧下で合金を、なかんずく合
金形成に必要なガス下に処理する方法が請求され
ている。しかし、この方法により製造された超硬
合金は、不所望な組織を有する。この方法による
もう1つの欠点は、高い焼結温度である。オース
トリア特許明細書第331049号により、超硬合金体
の表面を、成形体の表面中へ発生機の窒素を拡散
させることにより窒化することは公知である。該
窒素は、550℃でアンモニアの分解によるかもし
くは1000℃で触媒による分子状窒素の脱離によつ
てつくられる。超硬合金表面の窒化は、溶融した
シアン化ナトリウム及びシアン化ナトリウム塩浴
もしくはシアン化カリウム及びシアン酸カリウム
塩浴中で550〜600℃で処理することによつても可
能である。常圧下の窒化は不利に第2の作業工程
で行なわなければならない。
本発明の課題は、窒素含有表面層を有し、その
耐摩耗性が公知材料の耐摩耗性にまさる超硬合金
を製造することである。
該課題は本発明によれば、超硬合金体を高い温
度で焼結完了後に焼結オートクレーブ中で、窒素
含有雰囲気下に2〜5000バールの圧力にさらすこ
とにより解決される。有利には、50〜2000バール
の窒素含有雰囲気の圧力及び800℃と、最高焼結
温度よりも少なくとも50℃低い上限との間の処理
温度が選択される。超硬合金ブロツクの窒化処理
時間は少なくとも15分であり、有利には該時間は
1〜10時間の間である。窒化は、必要に応じて、
焼結終了直後に、焼結オートクレーブ中で冷却工
程の間か又は第2の作業サイクルにおいて実施さ
れる。超硬合金体の圧力処理は、有利には窒素又
は窒素・希ガス混合物及び/又は窒素・希ガス・
CnHm混合物及び/又は窒素・CnHm混合物及
び/又は窒素・一酸化炭素混合物の存在下に実施
される。該超硬合金体は、本発明により表面層中
で内部から外部へ窒素含量が増加する場合に特に
耐摩耗性である。窒素含有表面層は300μmまで
の厚さであつてもよい。処理圧力の下限は、表面
が充分に深く窒化されるように意図して決められ
ている。上限は厚さ300μmまでの表面層が窒化
されるように実際に有意義な工業的な限界値であ
る。
本方法により製造された超硬合金ブロツク、と
りわけ超硬合金工具は実際の使用において、有利
に改良された磨耗挙動、耐酸化性の改良及び磨耗
成分と相互作用する際超硬合金の拡散‐及び付着
傾向の低下を示す。
成形体の窒化は焼結終了後にはじめて冷却工程
中に実施されるので、真空下に焼結することがで
きる。それにより、高めた最終焼結温度で作業す
ることが避けられかつ窒化物の僅かな安定性及び
低下した濡れ特性を甘受しなければならず、この
ため不良の組織形成が生じるのが回避される。
公知技術水準に比して殊に、本発明による成形
体の材料特性は著しく改良されている。常圧窒素
処理した超硬合金に比して本発明により加圧処理
したものは、とくに平滑切断での旋削に対して良
好なクレータ摩耗性を示す。さらに、表面層は、
温度が上昇するにつれてバインダ合属含量が多く
なり、これにより材料内部方向へ窒素がさらに拡
散するのが阻止される(シール効果)。
次に本発明による超硬合金ブロツクを若干の実
施例につき詳述しかつその有利な材料特性を詳説
する。
例 1 焼結の終了したバイトブロツク
(Wendeschneidplatte;SNUN 120408番)を焼
結オートクレーブ中で5時間1200℃で65バール下
に窒素処理した。切削値を、超硬合金P25を用い
平滑切削で旋削する場合、本発明により製造した
バイトブロツク及び窒化処理しないバイトブロツ
クにつき調べた。平滑切削における両バイトブロ
ツクの旋削試験により行なわれる実験を、次の条
件下に実施して次の結果が得られた: 超硬合金P25を用い平滑切削で旋削する場合の試
験条件 加工材料:鋼C60 切削速度:v=160m/分 切削深さ:a=1.5mm 送り速度:s=0.25mm/U 旋削時間:t=5分 性能試験結果: 公知バイトブロツク:KT:82μm VB:38mm 本発明によるバイトブロツク:KT:46μm VB:36mm 但し、KTはクレータ摩耗の深さを表わし、
VBはフランク摩耗の深さを表わす。
この結果から、付加的に窒素で処理した切削材
は極めて僅かなクレータ摩耗を有することが認め
られる。
例 2 超硬合金P10を用いて、平滑切削及び不連続切
削で切断する場合の切削値を公知材料として超硬
合金M15を用いる場合の切削値と比較して調べ
た。本発明による切削材は、10時間1200℃で65バ
ールの圧力下に窒素処理した。個々の実験条件及
び結果は次表から認められる: 超硬合金P10を用い平滑切削で旋削する場合の実
験条件: 被加工材料:鋼C85V 切削速度 :v=140m/min 切削深さ :a=1.5mm 送り速度 :0.25mm/U 旋削時間 :t=10分 性能試験結果: 公知材料 :KT88μm VB=29mm 本発明による切削材:KT:34μm VB:25mm 従つて、本例において平滑切削で旋削する場合
にクレータ摩耗は200%改良されることが認めら
れる。なお、本発明による切削材の場合不連続切
削における摩耗挙動が変化するか否かを試験す
る。このために、4個の棒を不連続切削で次の条
件下に旋削した。
不連続切削における実験条件: 材料 :C85KN 切削速度:v=250m/min 切削深さ:a=2mm 送り速度:s=0.25mm/R 性能試験結果: 公知の切削材:試験1:突切りストローク23 試験2:突切りストローク25 本発明により切削材:試験1:突切りストローク
20 試験2:突切りストローク
31 実施した性能試験結果から、超硬合金材料の本
発明による窒素処理は、平滑切削におけるクレー
タ摩耗が著しく改良されるとともに不連続切削に
おける摩耗挙動には何の影響も与えないことが認
められる。
例 3 超硬合金M15を用い、平滑切削で旋削する場合
の切削値を調べた。本発明による超硬合金材は、
例1及び例2とは異なり、焼結工程の直後で冷却
相中に、10時間1250℃で100バールの圧力下に窒
素処理した。未処理試料と比較して窒素処理した
試料のクレータ摩耗の改良は明らかに認められ
る。
平滑切削の場合の実験条件: 材料 :鋼GG350HB 切削速度 :v=35m/分 切削深さ :a=2mm 旋削時間 :t=5分 性能試験結果: 公知の切削材:KT:54μm VB:34mm 本発明により切削材:KT:11μm VB:35mm 上記実施例において使用した超硬合金は次の組
成を有する: P10:WC69%、TiC15%、Ta(Nb)C8%、C8% P25:WC82%、TiC6%、Ta(Nb)C4%、C8%
体 M15:WC80.5%、TiC/TaC13%、C6.5% これらの実験結果は、試験したすべての切削材に
おいて、本発明方法により製造した超硬合金切削
材が公知のものに比して明らかに改良された耐摩
耗性を有することを示す。
本発明による実施例は、直接に最終焼結に続く
冷却工程の間の窒化処理が、例3のように、有効
寿命挙動(磨摩クレータで測定)の特に明らかな
改良を生じることを示す。更に、例3において、
第2の作業サイクルで新たに加熱するのは不要と
なり、従つて記載した方法は、エネルギー節約に
基づき特に経済的であることが立証される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 結合金属鉄、コバルト及びニツケルの少なく
    とも1つならびに元素チタン、ジルコニウム、ハ
    フニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
    ム、モリブデン及びタングステンの1つ以上の炭
    化物からなり、その表面に窒素を含有する耐摩耗
    性の向上せる焼結超硬合金体の表面処理法におい
    て、超硬合金体を、焼結終了後に、300μmまで
    の厚さを有する表面層の窒化のために、焼結オー
    トクレーブ中で800℃〜最大焼結温度より少なく
    とも50℃低い温度で、2〜5000バールの間の圧力
    で少なくとも15分間、窒素又は窒素・希ガス混合
    物及び/又は窒素・希ガス・一酸化炭素混合物及
    び/又は窒素・希ガス・CnHm混合物及び/又は
    窒素・CnHm混合物よりなる雰囲気下にさらすこ
    とを特徴とする耐摩耗性の向上せる焼結超硬合金
    体の表面を処理する方法。 2 窒炭含有雰囲気の圧力は50〜2000バールであ
    る、特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 処理時間は1〜10時間である、特許請求の範
    囲第1項又は2項のいずれか1項記載の方法。 4 超硬合金体に、焼結終了直後で冷却工程の間
    に焼結オートクレーブ中で窒化処理を受けさせ
    る、特許請求の範囲第1項から第3項までのいず
    れか1項記載の方法。
JP4642778A 1977-04-22 1978-04-19 Production of sintered hard alloy with improved abrasion resistance Granted JPS53132415A (en)

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