JPH0524852B2 - - Google Patents

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JPH0524852B2
JPH0524852B2 JP20304987A JP20304987A JPH0524852B2 JP H0524852 B2 JPH0524852 B2 JP H0524852B2 JP 20304987 A JP20304987 A JP 20304987A JP 20304987 A JP20304987 A JP 20304987A JP H0524852 B2 JPH0524852 B2 JP H0524852B2
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JP
Japan
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nitrogen
temperature
composite carbonitride
atmosphere
present
Prior art date
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JP20304987A
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English (en)
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JPS6445702A (en
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Kazutaka Isobe
Masaaki Tobioka
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6445702A publication Critical patent/JPS6445702A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、極めて強靭で高品質な窒素含有サー
メツトの製造に必要とする硬質原料の、Ti,
Ta,Wの複合炭窒化物の製造法に関する。本発
明による複合炭窒化物を原料とした窒素含有サー
メツトは例えば高速、高送り条件下で使用する切
削工具等に有効に利用できる。 〔従来の技術〕 Ti,Ta,W等の炭窒化物をNiやCo等からなる
金属で結合した窒素含有サーメツトは、従来の窒
素を含有しないサーメツトに比べ、その硬質分散
相が著しく微粒になるため、切削工具としての耐
塑性変形性、耐熱疲労性が大幅に改善されること
が知られている(特公昭49−1364号公報)。 ところで、この種のサーメツトの作製におい
て、真空中での焼結を行うと、サーメツト合金中
に含有される炭窒化物が分解し、いわゆる脱窒現
象が起きて窒素添加の効果が減少したり、また、
その際に生じた窒素ガスが焼結体から充分に抜け
ずに焼結後にポアとして残存し、いずれも窒素含
有サーメツトの工具としての信頼性を著しく低下
させることになる。 そのために、上記特公昭49−1364号公報には、
該サーメツトを真空中ではなく窒素雰囲気中で焼
結することにより、窒化物の分解を抑えるという
技術が開示されている。 さらに、含有窒素量が増すと脱窒量も増すた
め、その抑制のためには雰囲気窒素圧を80Torr
以上必要とするが、焼結時の該サーメツトからの
脱ガスが不充分となる欠点があつた。 その克服法として、サーメツト中に含有される
金属元素の複合炭窒化物を予め製造して、窒素解
離圧を下げ、焼結中の脱窒を極力抑える方法が提
案されている(例えば特公昭56−51201号公報
等)。 さらに、該複合炭窒化物の粉末を微粒にするた
めに、酸化物を出発原料とし、これに炭素粉末を
混合し、窒素気流中にて加熱させるという試みが
なされている(例えば特開昭61−291408号公報
等)。 また、このような従来の複合炭窒化物の製造法
は、開放型ボート送りの連続炉で、窒素を流した
ままの状態にして、ボートを順次送つていく方式
で行なうのが一般的であつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来の酸化物と炭素との混合物
に窒素を流して複合炭窒化物を作製するという方
法では、遊離炭素、酸素が残存し、得られた複合
炭窒化物を原料に用いたサーメツトを作製する際
の焼結過程における焼結性を劣化させ、その結
果、工具としての特性である耐摩耗性や靭性を低
下させてしまうという問題があつた。 本発明はこの問題点を解決して金属酸化物と炭
素粉末を原料として、酸素や遊離炭素の残存を防
止し、しかも微細な粉末で焼結性の良いTi,
Ta,Wの複合炭窒化物の製造法を提案すること
を目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 上記の問題点の解決手段を求めて、本発明者ら
は酸化物を出発原料とした複合炭窒化物の生成過
程について詳細な検討を行つた。 その結果、前記のように連続炉で窒素を流した
状態で開放型ボート送り方式で、酸化物原料から
複合炭窒化物を作製する従来法は、明らかに製造
工程が簡略化されており、かつ酸化物原料自体が
元来微粉な粉末であるため、生成する複合炭窒化
物粉末も微粒になる点で有効なものであるが、そ
の反応は非常に複雑であることが判つた。これ
は、還元反応に加え、炭化、窒化各反応が起こ
り、さらに固溶化反応も生じるためであり、加熱
に伴いまず各酸化物の還元反応がCOガスの発生
として進行し、引き続き窒化、炭化が重なり合う
ように起こるものであるという知見を得た。 この知見に基き検討したところ、酸素を完全に
除去するためには、換言すれば酸化物の還元反応
を促進するためには、加熱中に還元雰囲気をつく
り出す水素を流すとよいことが判明した。そし
て、充分に酸素が抜けた後で窒素を流すのが理想
的手段であると言える。 しかし、実際には窒素を流さなければ、ある温
度から粒成長が始まり、当初の目的である微粒化
が充分には図れない。 本発明者らは、これらの状況に鑑みて、酸化物
を原料とし、酸素除去、遊離炭素の残留防止と微
粒化の両方を達成できるような加熱方法、特に雰
囲気条件と温度条件について研究を重ね、TiO2
Ta2O5,WO3及び炭素粉末を出発原料として混
合し、該混合物を水素雰囲気中で加熱した後、
1200℃以上1500℃以下の温度で窒素雰囲気に切換
えて加熱し、引き続き該窒素雰囲気中で1500℃以
上2100℃以下の温度に保持して反応せしめること
を特徴とするTi,Ta,Wの複合炭窒化物の製造
法である本発明に到達したのである。 本発明はTi,Ta,WをそれぞれTiO2
Ta2O5,WO3という酸化物で供給し、これに炭
素粉末を混合し、これを加熱処理するに際し、ま
ず還元反応が進行する低温側では水素雰囲気で加
熱し、加熱昇温を続けて1200℃以上1500℃以下ま
での温度域に入つた時点で雰囲気を窒素に切換え
引き続きこの窒素雰囲気中で1500℃以上2100℃以
下で加熱することにより、炭窒化反応をさせて
Ti,Ta,Wの複炭窒化物を得る方法である。窒
素雰囲気圧力は30Torr以上10気圧以下とするこ
とが特に好ましい。 このように酸化物を出発原料に用いることで、
微粉末が得られ、また、酸化物の還元反応は水素
雰囲気中で充分に進行できるので、酸素含有量を
著しく低下させることができ、かつ、酸素はCO
ガスとして抜けるため、炭化するために必要な量
の炭素以外に還元のために混合しておいた炭素
も、その役割を果して抜けてゆく。その結果、残
留酸素や遊離炭素の著しく少ない良質な複合炭窒
化物が得られる。 従つて本発明の複合炭窒化物を用いてサーメツ
トを作製すると、非常に焼結性が良く、切削特性
においても耐摩耗性、靭性、耐熱亀裂性の極めて
優れた信頼性の高い合金が得られるのである。 以下、本発明における一般的方法と制限理由を
述べる。 1 水素雰囲気加熱条件 水素雰囲気圧力は10-3Torr以上10気圧以下と
する。10-3Torr未満では酸素除去の効果がなく、
10気圧を越えてもその効果に差異がない上に、高
圧製造設備となり設備的に無駄が生じるので好ま
しくない。この雰囲気に保持する時間について
は、特に制限するところはない。 2 昇温速度 常温(加熱処理開始)から1500℃以上2100℃以
下の最高到達温度までの全温度域で1〜100℃/
分が好ましい。1℃/分より小さいと粒成長する
し、100℃/分より大きいと、酸素、遊離炭素を
充分に除去することができない。 3 窒素供給開始温度 1200℃以上1500℃以下で窒素供給を開始する。
1200℃未満で供給すると、該複合炭窒化物中に酸
素が残留し、1500℃を越えても窒素供給しないで
おくと粒成長をきたし、合金の硬度を低下させる
ことになるので好ましくない。 4 加熱処理中の窒素雰囲気圧力 30Torr以上10気圧以下とする。30Torr未満で
は窒素供給による微細化の効果が得られず、また
10気圧を越えてもその効果に差異はないに加え、
設備的に無駄が生じるので好ましくない。 5 反応温度 窒素雰囲気中で1500℃以上2100℃以下で保持し
反応させる。1500℃未満では固溶が不充分で好ま
しくなく、一方、2100℃を越えると粒生長が著し
くなるので好ましくない。 6 最高到達温度での保持時間 10分以上5時間以下が好ましい。10分未満では
還元反応が不充分であり、5時間を越えると粒成
長をきたすので好ましくない。 〔実施例〕 以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例 1 TiO2粉末、Ta2O5粉末、WO3粉末とC粉末を
混合して水練り造粒し、1400℃まで1気圧の水素
雰囲気中で加熱の後、PN2=400Torrの窒素雰囲
気に切換え、1700℃で1時間保持し、本発明の複
合炭窒化物Aを得た。なお、加熱処理開始から
1700℃までの昇温速度は10℃/分で行なつた。 比較として、同様に造粒したものをPN2
400Torrの窒素雰囲気下で1700℃まで10℃/分の
昇温速度で加熱し、この条件で1時間保持した比
較品Bを得た。 A,B各試料の分析結果を第1表に示す。第1
表から、本発明品Aと比較品Bは粒度では殆んど
差がないものの、本発明品Aでは遊離炭素及び酸
素量が著しく減少していることが明らかに判る。 得られた複合炭窒化物A,BにそれぞれNi,
Coを8重量ずつ添加して、サーメツト合金を作
製すべく、1450℃で1時間焼結した。得られた合
金は、本発明品Aを原料としたものには巣が殆ん
ど存在しなかつたのに対し、比較品Bを原料とし
たものは、A06タイプ(超硬工具協会規格CIS
006B−1983)の巣が認められた。 実施例 2 Ti:Ta:W=0.80:0.10:0.10、C:N=
0.60:0.40、非金属成分/金属成分の比が1.0とな
るように、第1表のように金属又は酸化物、炭化
物、炭窒化物を混合し、各試料について1375℃ま
では400Torrの水素雰囲気中で加熱後、1375℃か
らはPN2=1気圧の窒素雰囲気に切換え、この雰
囲気で1650℃で1時間保持した。加熱処理開始か
ら1650℃までの昇温は12℃/分で行なつた。得ら
れた本発明品Cと比較品D,Eの複合炭窒化物に
ついての分析結果を第2表に示す。 この結果、本発明品Cは酸化物原料を用いず金
属粉を用いた比較品Dに比べ粒度が非常に小さく
遊離炭素量が減少していること、また炭窒化物と
炭化物を原料とする比較品Eに比べて酸素量と遊
離炭素はやや多いものの、粒度は非常に小さいこ
とが判る。すなわち本発明品が最も微細であるこ
とが認められた。
【表】
【表】 実施例 3 TiO2,Ta2O5,WO3,Cの各粉末を第3表の
如く配合し、400Torrの水素中で加熱、還元し、
第3表中に示した条件で炭窒化処理を施した。こ
のときの昇温速度は12℃/分、PN2は全て1気圧
とした。得られた本発明品F〜I及び比較品J〜
Oの複合炭窒化物の分析結果も合せて第3表に示
す。
【表】 実施例 4 実施例1〜3で得た複合炭窒化物A,B,E,
H,M,Nを原料として用い、これ等にNi,Co
を10重量%ずつ添加し、混合してプレス後、1415
℃、PN2=10Torrの窒素雰囲気下で2時間焼結し
てサーメツト合金を作製した。得られた合金をそ
れぞれP,Q,R,S,T,Uとする。各合金の
硬度、抗折力を第4表に示す。
【表】
【表】 さらに、原料E,Nを用いて、硬度を向上させ
るべく、Ni,Coの添加量を7重量%ずつにして、
1450℃、PN2=5Torrで1時間焼結し、合金V,
Wを得た。これ等の合金の硬度、抗折力を第5表
に示すが、抗折力が著しく低下した。
【表】 次に上記P〜Wの合金について下記の条件で切
削試験を行つた。試験結果を第6表に示すが、本
発明の複合炭窒化物を原料とした合金がフランク
摩耗量、断続切削での欠損数、フライス断続切削
での熱亀裂発生本数のいずれの項目においても優
れていることが判る。 条件1 連続切削 被削材 SCM435(HB=240) 切削速度 150m/min 送 り 0.32mm/rev 切り込み 1.5mm チツプ形状 SNGN120408 ホルダー FN11R−44A 切削時間 10分間 条件2 断続切削 被削材 SCM435(HB=260)、4溝材 切削速度 120m/min 送 り 0.25mm/rev 切り込み 2.0mm チツプ形状 SNGN120408 ホルダー FN11R−44A 切削時間 欠損まで、最大2分間。 条件3 フライス断続切削 被削材 SCM435(HB250) 50mm×150mmの角材 切削速度 180m/min 送 り 0.17mm/刃 切り込み 4.0mm チツプ形状 SNGN120408 ホルダー DNF4160R 切削時間 5分間
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の複合炭窒化物の
製造法は、微細な粉末で、かつ酸素や遊離炭素の
著しく少ない良質なTi,Ta,Wの複合炭窒化物
粉末が得られるという効果がある。さらに本発明
によるTi,Ta,Wの複合炭窒化物粉末を用いて
サーメツトを作製すると、非常に焼結性が良く、
切削工具特性においても耐摩耗性、靭性、耐熱亀
裂性に極めて優れた合金になるという効果があ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 TiO2,Ta2O5,WO3及び炭素粉末を出発原
    料として混合し、該混合物を水素雰囲気中で加熱
    した後、1200℃以上1500℃以下の温度で窒素雰囲
    気に切換えて加熱し、引き続き該窒素雰囲気中で
    1500℃以上2100℃以下の温度に保持して反応せし
    めることを特徴とするTi,Ta,Wの複合炭窒化
    物の製造法。 2 加熱処理中の窒素雰囲気圧力を30Torr以上
    10気圧以下とする特許請求の範囲第1項に記載さ
    れるTi,Ta,Wの複合炭窒化物の製造法。
JP20304987A 1987-08-17 1987-08-17 Production of composite carbon nitride Granted JPS6445702A (en)

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