JPH0517299B2

JPH0517299B2 -

Info

Publication number: JPH0517299B2
Application number: JP59011543A
Authority: JP
Inventors: Akio Sawada
Original assignee: Dijet Industrial Co Ltd
Current assignee: Dijet Industrial Co Ltd
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1993-03-08
Also published as: JPS60155639A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐摩耗性と高温特性にすぐれ、しか
も強靭性を有する焼結硬質合金および該合金の製
造方法に関するものである。近年、切削加工の高能率化が進み、工具材料な
ども高速切削用あるいは高送り用のものが要求さ
れ、現在これらに対応して工具材料はTiC基サー
メツトもしくはTiN基サーメツトなどが主に供
されている。しかし、上記した工具材料は、いずれも鉄族金
属を多く含有させ、これを結合相としているため
高送り切削または高速切削において刃先が摩耗す
るというより、むしろ刃先の温度上昇によつて塑
性変形がおこり寿命が短かくなるという問題点が
ある。上記した問題点を幾分でも解決する意味で高温
での塑性変形の少ない材料、例えば酸化アルミニ
ウムを主体としたセラミツク工具も使用されてい
るが、これらは本質的に材料強度が低く欠損が生
じ易く、また熱伝導が低いために熱衝撃に弱いと
いう問題点があり、その使用範囲が限定されるの
が現状である。また、多くの鉄族金属を含有させ、これを結合
相とした場合、前々記したような不具合が防ぎ得
ないことからタングステンやモリブデンを含有さ
せ、これを結合相とした焼結合金も開発されつゝ
あるが、これらは2000℃以上の高温で焼結した
り、あるいはホツトプレス法によつて得られるも
ので生産性がきわめて悪いものであるのと焼結性
から考えてタングステンまたはモリブデンの含有
量が多くなり前々記した不具合の解決にはいたつ
ていない。本発明は、上記した問題点に鑑みなしたもの
で、高温での機械的特性にすぐれ、特に耐摩耗性
と強靭性を兼ね備え高速切削や高送り切削が可能
な従来比きわめて僅少の鉄族金属を含んだ切削工
具に適する焼結硬質合金と該合金の製造方法を提
供することを目的とするものである。本発明の第一の要旨は、重量比で、炭化タング
ステン10〜95％．炭化チタン２〜80％．窒化チタ
ン２〜80％の混合物または相互化合物と鉄．ニツ
ケル．コバルトのうち１種または２種以上を0.1
〜５％含有し、かつ、窒素が0.1〜15％含有し、
タングステンの金属相が0.1〜10％と前記鉄族金
属とが結合相をなしている焼結硬質合金で、第二
の要旨は、重量比で炭化タングステン10〜95％．
炭化チタン２〜80％．窒化チタン２〜80％と鉄．
ニツケル．コバルトなどの鉄族金属の１種または
２種以上を0.1〜５％含有した圧粉体を真空中で
加熱して前記窒化チタンの一部を脱窒させ、これ
によつて該炭化タングステンを脱炭させてタング
ステンを析出させ該タングステンと前記鉄族金属
を結合相とさせる焼結硬質合金の製造方法であ
る。以下、本発明について具体的に述べる。焼結硬質合金を切削工具に広く供するためには
焼結性は素より高温での機械的特性にすぐれ、し
かも耐摩耗性と強靭性および耐欠損性を有するこ
とが要件となる。そこで、従来のように耐熱性、耐摩耗性が劣る
鉄族金属を多く含有した焼結硬質合金においては
上記要件が満たされない、との考えから結合相と
しての該金属をきわめて少量のものを含有させる
のと同時に結合不足の補いを炭化タングステンよ
りタングステンを析出させ、これによつておこな
わせしめることによつて前記要件が満たせるとの
観点から本発明にいたつたものである。すなわち、炭化タングステン10〜95wt％．炭
化チタン２〜80wt％．窒化チタン２〜80wt％と
鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄族金属の１種ま
たは２種以上を0.1〜5wt％含む組成となるように
炭化物．窒化物または複炭化物．複炭窒化物の粉
末を混合撹拌してプレス成形した圧粉体を１〜
10^-3mmHgの真空下で1300℃以上の温度で加熱焼
結すると炭化タングステンはタングステンを析出
して、この焼結合金の結合相は主にタングステン
と少量の鉄族金属からなる焼結性が良好で、かつ
高温特性にすぐれ、しかも良好なる耐摩耗性と強
靭性と耐欠損性を有する工具用に適する焼結硬質
合金が得られることを見いだしたのである。これらの理由については、TiNあるいは（W.
Ti）CNは、真空中において焼結すると脱窒す
る。脱窒したTiN_1-xは結合窒素量が不足すると
不安定になり、周囲に炭素．酸素．窒素の供給源
があると結合して安定した化合物を形成する。 TiNは、WCから炭素を吸収してTiCNとなり、
一方、WCは炭素をとられてW₂Cを経由してＷに
なる。すなわち、（W.Ti）CN−N₂→Ｗ＋（Ｗ，
Ti）′CNの反応によりＷを析出する。しかしな
がらWC量を多く含有させると、これに対応して
TiN量が少なくなり、析出するＷ量も少なくな
り充分なる強度が得られない。そこで0.1〜5wt％
の鉄族金属を添加すると、これが焼結を促進させ
析出したＷと共に硬質物質を結合し、前記したよ
うな高強度の焼結合金が得られたものと推考す
る。なお、上記した鉄族金属のほかに、通常、超硬
合金またはサーメツトなどに用いられるアルミニ
ウムやクロームも併せて添加しても効果を有する
ものになる。この焼結硬質合金の製造方法は、在来の真空焼
結炉によつておこない得るもので、その条件は、
圧粉体を１〜10^-3mmHgの真空下において温度
1300〜1500℃を加熱して、該圧粉体中のタングス
テンの一部を析出させた後、さらに1500〜1700℃
に昇温させて焼結することによつて得られ、比較
的低温で、かつ特殊な装置を用いる必要がないの
で容易に製造が可能で、品質的にもコスト的にも
有利な焼結硬質合金となる。次に本発明による焼結硬質合金の限定理由につ
いて説明する。この焼結硬質合金において炭化タングステン
は、これが脱炭してタングステンを析出するので
不可欠であり、その含有量は10wt％を下回ると
所望のタングステンが析出せず、したがつて該合
金の所期の靭性を示さず切削用材料として不適格
なものになるし、これが95wt％を越えると、こ
れに対応して窒化チタンの量が不足してタングス
テンの析出が難しく充分な合金強度が得られな
い。炭化チタンは、焼結中において炭化タングステ
ンと窒化チタンと反応してTiCNあるいは（W.
Ti）CNを形成して焼結を促進するが、その量が
80wt％を越えたり2wt％を下回ると焼結性が悪く
なる。また、窒化チタンは、これが脱窒して炭化タン
グステンの炭素と結合し、その結果タングステン
を析出させるものであるから、この合金中には不
可欠である。しかし、その量が2wt％を下回ると
タングステンを充分に析出しないし、80wt％を
越えると、これに対応して炭化タングステン量が
不足するので適当でない。なお、前記した成分中の炭化チタンの80wt％
までをZrC.HfCおよびVC.NbC.またはMo₂C.
Cr₃C₂の１種か２種以上と置換して用いてもよ
い。特にZrC.HfC.VC.Cr₃C₂で置換すると高硬度
で高靭性の焼結合金が得られ、TaCで置換する
と靭性の高い該合金が得られる。また、前々記した成分中の窒化チタンの80wt
％までをZrN.HfN.VN.TaN.NbNの１種または
２種以上と置換させても上記同様の効果を有し好
ましい焼結硬質合金となる。しかして、前記した焼結硬質合金の炭化物およ
び窒化物は該合金中で、それぞれ単独で存在して
もよいし、複合固溶体であつてもよい。また、焼結中に析出するタングステンの金属相
は、この合金の結合相の役目を果たし靭性を高め
る要因となるが、その量は0.1wt％を下回ると所
望する靭性が得られず、そして10wt％を越える
ものを析出させようとすると焼結条件すなわち高
温で長時間の加熱が必要となり、生産性に問題を
有するばかりでなく靭性が低下したり、この合金
の特性である硬度や耐摩耗性が損われるので好ま
しくない。そして、窒素は、窒化物．炭窒化物として合金
中に存在するが、焼結中に脱窒するので、この合
金中に残存する窒素量の下限を0.1wt％とする。
なお、この値を下回ると合金の靭性が低下する
し、15wt％を越えると本発明による組成または
焼結条件ではタングステンの析出が僅少となり結
合相として適当でなくなる。上記したことの理由
についてはTiC基サーメツトよりもTiN基サーメ
ツトの方が靭性がすぐれているのと同様に窒化物
の特性が大きく影響しているものと推考する。次に、鉄．ニツケル．コバルトなどの鉄族金属
は、この発明の焼結合金の焼結性をあげるのと同
時に結合相としてタングステンと共に合金を強化
させる目的のものであるが、その含有量が0.1wt
％を下回ると上記効果がみられないし、5wt％を
越えると合金の硬度の低下や高温での変形量が大
きくなるので好ましくない。なお、この鉄族金属
は、合金中に炭化タングステンおよび窒化チタン
の含有量が共に適当量であつてタングステンの析
出が充分であるような組成域においては比較的少
量（2wt％程度以下）でよく、炭化タングステン
量が80wt％を越えるような場合や炭化タングス
テン量が15wt％程度以下のときは該鉄族金属の
含有量は5wt％程度と多く含ませる方がよい。以下、実施例によつて本発明をさらに具体的に
説明する。実施例１原料として、市販する粒度が約0.6μの炭化タン
グステン粉末とＣ／Ｎ比の異なる粒度１〜2μ炭
窒化チタン粉末および粒度１〜2μのタングステ
ンとチタンの複炭窒化物と粒度１〜5μの鉄．ニ
ツケル．コバルト．クロームおよびアルミニウム
を用い表−１に示した組成によつて配合したもの
を通常の湿式ボールミル混合をおこない、これを
金型成形して圧粉体を得た後、該圧粉体を真空焼
結炉内において真空下で加熱した。その条件は真
空値が10^-2mmHgで1300℃で約30分、つゞいて
1600℃で約30分加熱して本発明による焼結硬質合
金を得た。また、比較のために本発明合金の組成範囲外と
した試料１，２，３と、同じく比較のために表−
１の本発明による試料２，６，８の同組成とした
圧粉体を100Torrの窒素雰囲気中で焼結した試料
４，５，６を上記条件によつて得た。以上によつて得た各試料の抵抗力．ヴイツカー
ス硬さ（荷重500ｇ）およびヴイツカース圧痕か
ら生じるクラツク長さから破壊靭性値（荷重10
Kg）を求めたものを合せて同表に示した。また同
表には各試料をＸ線回折装置で回折して試料の相
の同定をおこない、タングステンの析出している
ものについては、Ｘ線分析装置付走査電顕（X.
M.A）で組織観察をおこない、その組織写真よ
り析出タングステン量を計算し、合せて試料の
N₂量も分析し、その結果も示した。

【表】表−１から明らかなように本発明合金は、硬度
および抗折力あるいは破壊靭性もきわめて良好な
値を示しており高靭性であることがわかる。これ
に対して本発明合金と比較するためにつくつた本
発明合金の組成範囲外にある比較合金１，２，３
は未焼結体であつた。また窒素雰囲気中で焼結し
た比較合金４，５，６はタングステンの析出がな
く、抗折力は比較的よい値を示したものゝ破壊靭
性値はきわめて低いものであつた。実施例２原料粉末として実施例１と同様の炭化タングス
テン粉末と炭窒化チタン粉末および粒度が１〜
3μ炭化物と粒度１〜5μの鉄族金属を用いて表−
２の組成となるように配合したものを実施例１と
同様の製法（たゞし、加熱条件は、1600℃×1hr）
によつて本発明による試料12〜21を得た。また、上記本発明合金と同製法で炭化チタンを
含有させない試料７，８を得た。

【表】表−２より明らかなように炭化チタンの一部を
4a，5aおよび6a族の炭化物で置換しても前記同
様の効果が得られ、炭化タンタルで置換すると抗
折力および破壊靭性値が上昇した。また、炭化バ
ナジウムあるいは炭化クロームで置換すると高硬
度となつた。なお、窒化チタンを窒化タンタルで
置換したものも効果を有するものであつた。上記、本発明合金と比較のために用いた炭化チ
タンを含有させない試料７，８は焼結性が悪く未
焼結体であつた。実施例３在来の窒化チタン基サーメツト、炭化チタン基
サーメツトおよび酸化アルミニウム被覆合金Ａ，
Ｂ，Ｃと表−１中の本発明合金２，５，11、同比
較合金４，５よりSUG432のチツプを製作し、こ
れらの切削性能を比較した。その切削条件は、Ｖ＝198ｍ／min.d＝2.0mm．
ｆ＝0.18mm、切削巾は50mmで切削長さ500mmを１
パスとした。なお、被削材はS55C材でフライス
切削である。これらの結果を表−３に示した。

【表】表−３に示した如く、本発明合金は耐摩耗性お
よび耐欠損性にすぐれ切削工具用合金に適してい
ることは明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で、炭化タングステン10〜95％．炭化
チタン２〜80％．窒化チタン２〜80％の混合物ま
たは相互化合物と鉄．ニツケル．コバルトのうち
１種または２種以上を0.1〜５％含有し、かつ窒
素が0.1〜15％含有しておりタングステンの金属
相が0.1〜10％と前記鉄族金属とが結合相をなし
ていることを特徴とする高温特性にすぐれた焼結
硬質合金。２重量比で、炭化タングステン10〜95％．炭化
チタン２〜80％．窒化チタン２〜80％と鉄．ニツ
ケル．コバルトなどの鉄族金属の１種または２種
以上を0.1〜５％含有した圧粉体を真空中で加熱
して前記窒化チタンの一部を脱窒させ、これによ
つて該炭化タングステンを脱炭させてタングステ
ンを析出させ該タングステンと前記鉄族金属を結
合相とさせることを特徴とする高温特性にすぐれ
た焼結硬質合金の製造方法。