JPH01222019A - 高速度鋼工具 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は耐摩耗性が特に優れている高速度鋼工具に関す
るものである。

［従来の技術］ 切削加工や塑性加工における高能率化及び高精度化の要
求は近年強まる傾向にあり、高速度鋼切削工具や塑性加
工用工具に関しても種々の改良が行なわれ、刃先や加工
摺動面の耐摩耗性、靭性、或は硬度の向上等が図られて
いる。

例えば、特開昭５９−８３７１８号には次の様な方法が
示されている。

まず高速度鋼工具素材を焼入れし、これにレーザビーム
（以下単にレーザということがある）を照射して、局部
的に溶融・急冷凝固することにより、素材鋼中に含まれ
る大量の１次炭化物を固溶せしめ、表層部組織中の粗大
炭化物を減少乃至消失させる。その後一定の温度で焼戻
すことによって、固溶している炭化物を微細析出させ、
２次硬化を促進することにより、硬度、靭性、及び耐摩
耗性を向上させる（以下この処理のことをレーザ処理と
いう）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら一般的に汎用されている高速度鋼の５ＫＨ
２や５ＫＨ５１等に上記のレーザ処理を施す場合は、レ
ーザ処理の条件によっては耐摩耗性向上等のレーザ処理
効果が得られない場合がある。その原因を追跡して検討
を重ねたところ以下のことがわかった。

レーザ処理効果を得るには、レーザ照射による急冷凝固
層の組織が従来の焼入れ組織と同様マルテンサイド組織
であることが必要である。しかし−旦溶融及び急冷凝固
が行なわれると、マルテンサイト中に面積比で２０〜３
０％のδ−フェライトが発生する場合がある。δ−フェ
ライトの発生は硬度の低下を招き、耐摩耗性の向上をは
かることができなくなる。この問題はレーザ処理ままの
ものに限らすレーザ処理焼戻ししたものであっても同様
に生じる。この様なδ−フェライトの発生は、５ＫＨ５
１などではその量がわずかであるため見過されてきた。

しかし５ＫＨ２等のレーザ処理では大量のδ−フェライ
トが発生するケースがあることがわかった。

本発明はこの様な事情の下になされたものであって、レ
ーザその他の高エネルギー密度ビーム処理を行なっても
δ−フェライトが発生せず、特に耐摩耗性に優れた高速
度鋼工具を提供することを目的とするものである。尚本
発明において高エネルギー密度ビームとは、高速度鋼に
照射して急冷凝固層を形成することのできるレーザビー
ム。

電子ビームその他−切のビームをいうが、本明細書にお
いては、以下レーザビームを代表して説明を進める。

［課題を解決する為の手段］ 本発明の高速度鋼工具は、高エネルギー密度ビームの照
射による溶融・急冷凝固層であって熱処理が施されてな
る高硬度層を有し、該高硬度層がδ−フェライトを実質
的に含まないマルテンサイト組織からなるものであるこ
とを要旨とするものである。

［作用］ 高速度鋼にレーザを照射して溶融・急冷凝固を行なう場
合の組織の変化は次の様なものと考えられる。即ち高速
度鋼を通常の冷却速度（１０℃／分程度）で液相から冷
却凝固すると、第２図（Ａ）（組織模式図）に示す様に
、液相りから殆んど例外なくδ−フェライト１が発生し
、次いで残った液相りとδ−フェライト１の包晶反応に
よって第２図（Ｂ）に示す様にオーステナイト２が発生
する。一般に包晶反応は反応速度が遅いためオーステナ
イト化が完全に終了しないまま常温まで冷却されてしま
う。このため第２図（Ｃ）　に示す様にδ−フェライト
１が凍結された状態のままで液相りは、オーステナイト
−炭化物混合層Ｐとなり、これは更に冷却されることに
よって、第２図（Ｄ）に示す様にマルテンサイト−炭化
物混合相Ｑに、またオーステナイト２はマルテンサイト
３に変態する。

これに対して本発明は、第１図（Ａ）〜（Ｄ）に示す様
に初晶としてδ−フェライトを発生させることなく、オ
ーステナイト２のみを生成させたものであって、その後
の温度降下に伴ないオーステナイト２をマルテンサイト
３に変態させるものであり、従ってδ−フェライトを含
有せず、硬度が高く耐摩耗性に優れた組織を得ることが
できるに至ったものである。

高速度鋼を急冷凝固する場合は通常の融点より低い過冷
却状態の液相から凝固が始まる。急冷凝固によって出現
する相の種類は、この温度での各相の自由エネルギーの
大小によって決まる。即ち過冷却された状態であっても
、オーステナイトの自由エネルギーの方が６−フェライ
トのそれよりも低くなれば、液相から直接オーステナイ
トが出現してδ−フェライトは現われない。

本発明の高速度鋼工具はこの様な観点から得られるもの
であフて、その製造方法を例示すれば次の通りである。

レーザ照射により溶融・急冷し、次いで熱処理後の急冷
凝固層が下記の成分範囲となる様に調節するのが好まし
い。

即ちＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃ，Ｎ、Ｃｏが重量％を表わ
すものとしたとき ｍ　＝　０．２６Ｘ　Ｃｒ　＋　０．１１１Ｘ　Ｍ　Ｏ
＋　０．１４Ｘ　Ｗ　＋０．６　ｘ　Ｖ−２，７Ｘ　Ｃ
−０，７０Ｘ　Ｎ　ｉ　−０，１３ｘＣｏ　−１，０２
・・・　（Ｉ） とおくと、 ｍ≦０．０５　　・・・　（Ｉａ） を満足し且つ下記の成分組成条件を満足するものである
ことが望まれる。

・・・　（！■） Ｖ２Ｏ，５％　・（ｎｒ）　　　ｃ　ｒ≧２．５　％・
（ＩＶ）Ｃ５０，５％　・・・　（Ｖ）　　　Ｃｏ５１
５％　・・・　（Ｖｌ）Ｎｉ≦５　％　　・・・　（■
） 残部：Ｆｅ及び不可避不純物 以下、上記式の根拠について説明する。

本発明者等はδ−フェライトが発生する仕組について詳
細に検討した結果、次の事実がわかった。

（イ）δ−フェライトは急冷凝固層の比較的表面近傍に
発生する。

ｃ口）　δ−フェライトの発生量は急冷凝固層における
合金元素量と関係があり、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ或はＶの量が
少ないほど、又Ｃ，Ｃｏ或はＮｉの量が多いほどδ−フ
ェライト量は減少する。

第３図は急冷凝固層の拡大断面図であり、５は母材、６
は急冷凝固層であって、またＱはδ−フェライト存在層
における素材表面からの最大深さ、ｂは急冷凝固層の最
大深さである。

第１表の鋼種（但しＳｔ、Ｍｎ＜０．４％、Ｐ、　Ｓ＜
０．０１％、残部：　Ｆａ）にレーザ処理を施こし、δ
−フェライト生成量と前記合金元素の関係式ｍとの相間
々係を求めた。

第１表 金属組成値は重量％ 第４図は第１表のｍ種（１）〜（２１）について縦軸に
、急冷凝固層の最大深さｂに対するδ−フェライト存在
層の最大深さａの割合の実測値をとり、又横軸には前記
（１）式のｍの値をとってプロットしたものである。

今、ｍの値を調整してδ−フェライトの発生を抑える場
合は、ａ＝Ｏつまりａ　／　ｂ　＝　Ｏとなる様にｍの
値を調整することが最も好ましい、しかしδ−フェライ
トが発生していてもその発生量が極めて僅かで、ａ　／
　ｂの値が近似的にＯであって耐摩耗性の低下を招かな
い場合も許容範囲となる。

この様なｍの値を第４図から求めたところｍ≦０．０５ であればよいことがわかった。

但しＭｏ、Ｗ或はＶの含有量が少ない場合は焼戻しによ
る２次硬化が小さくなり、δ−フェライトの発生が認め
られるときでも硬度が低下することかあ、る。従ってこ
れらの含有量は前述の如くそれぞれ Ｍｏ十％Ｗ≧６．５％　・・・　（１■）■≧０．５　
％　　　　　　　・（ＩＩＩ）であることが好ましい。

またＣ、Ｃｏ、或はＮｉの含有量が過剰の場合は、急冷
凝固層中に残留オーステナイトが多量発生し、これらは
焼戻しによって分解せず耐摩耗性及び靭性が劣化するこ
とがある為、これらの含有量は前述の如くそれぞれ Ｃ５０，５％　　・・・　（Ｖ） ００５１５％　・・・　（Ｖｌ） Ｎｉ５５％　　・・・　（■） であることが好ましい。

更にＣｒの含有量が少ない場合は耐食性が劣化すること
がある為工具として使用することは難しい。従ってその
含有量は前述の如く Ｃｒ≧２．５％−（ＩＶ） であることが好ましい。

以上の結果急ｈ）凝固層中の合金元素が前記（Ｉａ）〜
　（■）式の関係を満足すればよいことがわかった。尚
第５図（Ａ）は、δ−フェライトが発生しない場合［本
発明例（第１表Ｎｏ、４）、図中４は母材、５は急冷凝
固層］、及び第５図（Ｂ）はδ−フェライトが発生した
場合［従来組成（第１表Ｎ０．６）］の断面マクロ組織
及びミクロ組織図であり、また第６図（Ａ）　、　（Ｂ
）はこれらの焼戻し後の断面硬度分布を示し、第６図（
Ａ）は第５図（Ａ）に対応し、第６図（Ｂ）は第５図（
Ｂ）に対応し、δ−フェライト層の形成された後者では
硬度が大幅に低下している 以下実施例について説明するが、本発明は下記の実施例
に限定されるものではなく、前・後記の趣旨に徴して適
宜設計変更することは本発明の技術的範囲に含まれる。

［実施例］ 実施例１ 第２表の素材を用いてバイトを作製し、その逃げ面にレ
ーザ処理を施こし、５５０℃×１時間×３回、の焼戻し
を行なった後冷却凝固相が刃先にくるよう仕上げ加工し
、切削試験を行なった。

第　　２　　表 金属組成値は重量％、 レーザ処理条件及び切削試験条件は下記の通りとした。

（レーザ処理条件）　　　　（切削試験条件）出　力　
＝５ＫＷ　　　　被削材：５４５Ｃ（ＨＢ２００）速　
度　：　２ｍ　７分　　　切込み：　０．０７　ｍｍス
ポット径：２ｍｍ　　　　　切削速度：　６．８　ｍ７
分切削に伴う逃げ面の摩耗量を第７図に示す。

第２表（イ）〜（八）の素材組成はいずれも、前記（Ｉ
ａ）式を満足し、且つ前記　（ＴＩ）〜　（■）式も満
足するものであり、δ−フェライトの生成を招かないも
のであって、これらの素材を使用したバイトは、前記（
Ｉａ）式を満足せずδ−フェライトを生成する（二）の
素材を使用した比較例のバイトに比べて、逃げ面摩耗量
が相当減少し優れた耐摩耗性を示した。

実施例２ 第２表の組成（但しＳｉ、Ｍｎ＜０．４％、Ｐ、　Ｓ＜
０．０１％、残部：　Ｆｅ）のバイトと同じ条件でレー
ザ処理を行なうと共に−５６０ｔＸ　１時間×３回の焼
戻しを行なった後、刃数１５刃、ランド幅３　ｍｍ、多
刃の段差０．０７ｍｍのブローチを作製し、切削試験を
行った。

切削試験条件は下記の通りとした。

被削材　：　５４５Ｃ（ＨＢ２００） 切削速度：　７ｍ　７分 切削に伴う逃げ面の摩耗量測定結果を第８図に示す。第
２表（イ）〜（八）の素材を使用したブローチは、実施
例１の場合と同様δ−フェライトを生成せず、（ニ）の
素材を使用しδ−フェライトが生成した比較例のブロー
チに比べて、逃げ面摩耗量が相当減少し優れた耐摩耗性
を示した。

実施例３ 第２表の組成の冷間パンチ素材を焼入れした後、レーザ
処理を行なうと共に、５６０℃×１時間×３回の焼戻し
に付してから仕上げ加工を行なった。これらの冷間パン
チを用いて実機で冷間加工を行なった。その結果第２表
（ニ）の素材を使用した比較例の冷間パンチは、δ−フ
ェライトが生成するため寿命が約２５０００個であった
のに対して、（イ）〜（八）の素材を使用した実施例の
冷間パンチはδ−フェライトが生成せず、約３５０００
〜４００００個の寿命が得られた。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、特に耐摩耗性
の優れた高速度鋼工具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明及び従来例における
レーザ照射の組織変化図、第３図は急冷凝固層の拡大断
面図、第４図は急冷凝固層最大深さに対するδ−フェラ
イト層最大深さの割合と、合金元素含有量の相互関係式
ｍの相関関係を示すグラフ、第５図（Ａ）　、　（Ｂ）
はそれぞれ本発明例及び従来例の急冷凝固層拡大断面図
、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞれ第５図（Ａ）　
、　（Ｂ）に示す急冷凝固層の焼戻し後の断面硬度分布
図、第７図は実施例の切削試験結果を示す図、第８図は
他の実施例の切削試験結果を示す図である。 １・・・δ−フェライト　　２・・・オーステナイト３
・・・マルテンサイト　　５・・・急冷凝固層第１図　
　　　　　第２図 第３図 第５図ＧＡ） 第５図（Ｂ） 手続補正書 （方式） ％式％ ２、発明の名称 高速度鋼工具 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号 （１１９）株式会社神戸！！鋼所 代表者　亀高素吉 ４、代理人 ５、補正命令の日付

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高エネルギー密度ビームの照射による溶融・急冷凝固層
   であって、熱処理が施されてなる高硬度層を有し、該高
   硬度層がδ−フェライトを実質的に含まないマルテンサ
   イト組織からなるものであることを特徴とする高速度鋼
   工具。