JPS5815529B2 - セツサクコウグ オヨビ ソノセイゾウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ある種の一定の冶金学的組成および構造を有
する切削工具に関し、さらに詳しくは本発明はまたかか
る組成および構造を有する工具の製造方法をも包含する
。

上記工具は機械加工の困難な特に硬い物質たとえばチタ
ンおよびニッケルをベースとする合金いわゆる超合金を
機械加工するために主として使用される。

かかる物質を機械加工するには二「具の熱硬度および強
靭性に関して特に強い要求がある。

切削工具用材料に一般的に望まれることはそれが充分な
る硬度および強靭性を有ししかもまたある場合には熱硬
度をも有するということである。

熱硬度はたとえばビッカースＨｖ５試験により測定され
る。

室温（２０℃）における硬度はたとえばロックウェルＣ
試験により測定される。

強靭性は工具の端からのチップ量が調べられる比較旋削
試験により定められる。

熱間加工性は本発明者等の・・ンマーミルにおける比較
鍛造試験により定められる。

研削性は同一条件下で種々の品質の鋼を研削する際にお
ける研削ホイールの摩耗状態を測定することにより定め
られる。

望ましい測定値を有する望ましい工具が困難なく製造さ
れ得る程度まで適当な熱処理により材料は軟化されるべ
きであり、ついで工具に望ましい最終特性を与えるよう
に仕上げ工具の熱処理が実施されることが好ましい。

最終熱処理は工具の歪みまたは他の寸法変化が生じない
ようにして実施されるべきである。

烏有含量のＣｏ、ＷおよびＭｏ以外に低含有量のＣを有
するある種の鋼合金が析出硬化により高程度の硬度を与
えられることができ、さらに普通の高速度鋼よりもより
高い温度に対して硬度を保つことができるということは
従来知られている。

しかしながら、切側工具の製造のためにこれらの鋼を使
用する試みにおいて、これら鋼の普通の鋳塊（インゴッ
ト）は脆くなりそして熱加圧され得なくなることが見出
されている。

かかる鋼の工具に充分な強靭性を与えるためには鋼の最
大硬度が得られないかまたは使用され得ないような程度
に鋼を焼きもどすと同時に合金含有量を減らすことが必
要とされてきた。

本発明は、高い熱硬度の代わりに充分な強靭性を有する
ような組成および構造を有する工具に関する。

また、本発明はかかる工具の製造方法をも包含する。

本発明による工具は以下の成分すなわち および普通の不純物を含有するＦｅを含有し、そしてそ
の場合Ｗ＋２Ｍｏは２０〜４０重量％に一致する。

１原子のＷは１原子のＭｏＫ変えることができ、そして
Ｍｏの原子量はＷの原子量の２倍なのでＭｏの重量％値
はＷの重量％値×２は等しい。

構造的には上記］：具は、Ｆｅ 、Ｃｏ、Ｗ（１原子の
Ｗは１原子のＭｏに変えられ得る）の金属間化合物から
なる非常に均質に分配された結晶内微分散（〈０１μｍ
）相５〜１５容量％および基体の粒子間に主に１〜２μ
ｍの粒子サイズを有する以外は主として土に定義された
のと同じ金属間化合物からなる主析出相２０〜３０容量
％を含有する５〜７０μｍの粒子サイズを有するマルテ
ンサイＩ・マＩ・リツクスからなる。

粒子サイズは顕微鏡で観測された粒子（グレイン）を直
接測定することにより決定される。

本発明によれば、工具は与えられた組成を有する鋼溶融
物を微粉砕しついでその溶融物を冷却して微粉末にする
ことにより製造される。

この粉末は熱成形されて鋳塊になり、これは熱間加重「
されてブランクになり、これはたとえば蛭石に被包され
た状態で放置により徐々に冷却されそしておそらくはた
とえば８７５〜９１０℃において１０〜１５時間軟化焼
きなましされる。

ついでブランクは機械加工によりユ「具に成形され、そ
の際工具はオーステナイト化温度たとえば１２００〜１
３５０℃に加熱することにより溶体化焼きなましされ、
急冷されついで少なくとも１回５５０〜７００°Ｃで２
〜５時間焼きもどしされる。

鋼におけるＷ（場合によりＭＯ１上記参照）の含有量は
初期段階でＦｅ、、Ｃｏ、ＷおよびＭｏの金属間化合物
を形成する程高く、その化合物は溶体化焼きなましにお
いてほんの一部分溶解されるだけである。

これは粒子を生長させそして鋼の強靭性および摩耗抵抗
を促進する。

炭素含有量はできるだけ低く保たれるべきであるがしか
し０．２０重量％まで増加させることは許され得る。

何故ならばＣの大部分はほんのわずかに溶体化焼きなま
しにおいて溶解されるにすぎないカーバイドとして結合
されており、そのため主としてマトリックス中に分散さ
れた主析出相として主として見出されるからである。

Ｍｎ、ＣｒおよびＮｉはフェライトからオーステナイト
への変態温度を下げ、そして熱硬度を下げるのでこれは
できるだけ低く保たれるべきである。

個々にはこれらは０．４重量％を越えるべきではない。

少量のＢおよびＺｒは鋼の延性に好ましい効果を有しそ
して０．００５〜０．０１重量％のＢあるいは０．００
５〜０．０３重量％のＺｒのような量で加えられるのが
適当であるＢおよびＺｒの両者とも同時に存在し得るが
、この場合Ｂ −４−Ｚ ｒの全量は一屑渚にして０．
０３重量％を越えることは許されない。

本発明による工具は以下の方法で製造されるのが適当で
ある。

普通の高速度鋼に関する場合よりも２５０°Ｃ高い約１
５００℃の融点を有する一定組成からなるあらかじめ合
金にされた溶融物を非酸化性条件下で微粉化しついで急
速に冷却して微粉末を得る。

細砕（アトマイゼーション）はたとえば溶融物を小さな
噴射流で密閉室中に入れ、そこでそれが非酸化性ガスた
とえば窒素のガス噴射により分解されることにより生じ
得る。

ついで適当には１００〜４． Ｏ０μｍの粉末粒子サイ
ズを有する得られた粉末は熱成形されて均質な銅鋳塊に
なる。

たとえばアイソスタチック熱間プレスにより実施され得
る熱成形は１２００〜１２５０℃の温度で行なうのが適
当である。

ついで得られた銅鋳塊はたとえば圧延または鍛造により
適当には１０００〜１２００℃の温度で加工されて適当
なブランクになる。

ついでブランクはたとえば蛭石中に埋めることにより最
高５００℃の温度に徐々に冷却される。

ついでブランクは８７５〜９１０℃で１０〜１５時間軟
化焼きなましに付されるのが適当であり、その後これは
もう１回高々７００℃に徐々に冷却される。

この状態で通常工具製造者に引渡される得られたブラン
クは、ついでたとえば旋削および研削のような方法によ
り機械加工されて所望の形状にされる。

ついで、これら工具は、１２００〜１３５０℃の温度に
加熱することにより溶体化焼きなましされ、その後たと
えば塩浴中で急冷すなわち迅速に冷却される。

上記工具にさらに別の加工が必要とされない場合には、
冷却を恒温浴中で急冷することにより２５０〜３５０℃
で中断する。

ついで工具を５５０〜７００℃に２〜５時間加熱するこ
とにより焼きもどしする。

この焼きもどしは少なくとも１回は繰り返される。

さらに別の加工が必要とされる場合にはこの工具は油中
での急冷により溶体化焼きなまし状態から室温まで冷却
される。

炭素含量が低いために、形成されたマルテンサイトは工
具の加工を容易ならしめる位軟らかいものである。

最終加工の後、工具は２〜５時間５５０〜７００°Ｃの
温度に加熱することにより焼きもどしされる。

この焼きもどしは繰り返され得る。

焼きもどし後、工具はＦｅ、ＣｏおよびＷおよびＭｏ
（前述参照）の金属間化合物からなる０、１μｍ以下の
均質に分割された非常に微細な結晶内分散相５〜１５容
量％およびマトリックス粒間に主に１〜２μｍの粒子サ
イズを有する以外は本質的には上記と同じ金属間化合物
からなる主析出相２０〜３０容量％を含有（これら種々
の相は偏析または不均質を起さずに工具全体にわたり均
一に分配されている）する５〜７０μｍのオーステナイ
ト粒子サイズを有するマルテンサイトマトリックスであ
る本発明の構造特徴を有する。

これにより最終工具はこの種の鋼にはめずらしい非常に
高い硬度（７０ＨＲＣ）および良好な強靭性を得そして
非常に高い焼きもどし抵抗および熱間硬度を得る。

次に本発明を実施例により説明する。８種の合金は下記
表■に記載の組成で製造された。

各鋼はＡＳＥＡ−８ＴＯＲＡ法に準拠して製造され完全
に偏析のない１００％緻密なビレットが得られた。

ビレットは問題なく１１００℃の温度で熱間加工され得
た。

合金は熱間加工された棒からの小ブランクとして試験さ
れた。

すべての合金は１２５０℃で溶体化焼きなましされそし
て６００℃で２時間に１回焼きもどしされた。

熱処理終了後、合金の硬度は測定された。

熱間硬度曲線が測定されそして熱間硬度が５００Ｈｖ５
である温度が表に示されている。

５００Ｈｖ５は圧縮ダイアモンドチツフ寸−に５７の負
荷を有して測定されたピッカー硬度５００を意味する。

■として記載されているＢおよびＺｒを含有する合金は
これらの添加物を含有していない合金をはるかにしのく
゛延性を示している。

第９番目の合金であるＧ５］は慣用手段すなわち普通の
鋳塊に対する鋳造により製造された。

慣用手段すなわち鋳塊に対する鋳造により製造された合
金に対比して本発明に包含されそして本発明に関して記
載の粉末法により製造された合金のより高し・強靭性の
例と１−て標準化された粉砕試験いわゆるＳＦＡ試験が
なされたＣ ＳＦＡ試験に関してはＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇ ３ ｒｄ ＭＴＤＲＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（Ｂ ｉ
ｒｍｉｎｇｈａｍ Ｓ ｅｐｔ 、 １９６２ ）第５
５〜６７頁ｆ ５ｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ Ｍｉｌｌｉ
ｎｇ Ｔｅ５ｔ 」 を参照本発明に包含される物質
はそれ自体上記試験に適当してはいなし・が、しかし他
方り記載１験は各物質の靭性における相違に関して非常
に明らかな指摘をり−える。

２個のＳＦＡ丁具工具個は粉末冶金学的に製造されたＸ
８０でありそして１個は従来法で製造されたＧ５１から
つくられた）は熱処理されて最大硬度になった。

この２種の組成物Ｘ８０およびＧ５］はＣ含有量の相違
には理由がなくそしてＷの２重量部がＭｏの１重量部に
より置き換えられる（前述参照）という点によって等し
いことが意味されている。

６０．１２ｍ／分の切削速度、０．０８６ ｍｍｌ ｒ
ｅｖの供給割合および１ｍｍの切削深さにおいて、粉末
冶金学的に製造された工具の使用寿命は１９．５分であ
ったが鋳造による工具は砕かれてしまった。

粉末冶金学的に製造された工具の摩耗は非常にＹらであ
った。

旋削試験はＳＩＳ ２３４．３ （ＡＩＳＩ３ ］
６ ）オーステナイトステンレス鋼および強靭な鋼であ
る５ＴＯＲＡ３０２ＣＣ＝０．３２重量％、５ｉ＝０．
３重量％、Ｍｎ ＝ ０．６重量％、Ｃｒ＝１−．４重
量％、Ｍｏ＝０．３重量％、Ｎｉ ＝３．３重量％）に
基づいてなされた３３２個の工具Ｘ５１およびＡＳＰ３
０が使用されたが、ＡＳＰ３０は以Ｆの重量％における
分析値すなわちＣｌ２Ｏ１Ｃｒ４２、Ｍ。

５０、Ｗ６．４、Ｃｏ１０．０、Ｖ３．４および残りは
Ｆｅを有する粉末冶金学的に製造された高速度鋼である
。

これら工具は表［１に示されているように熱処理されて
最大硬度になった。

下記表■には種々の加−「枠上での種々の工具に関する
使用寿命（分単位）が示されている。

ト記表かられかるように本発明に包含される物質の工具
は高速度鋼工具よりもすぐれている。

以下に本発明により開示された新規な技術的事項を要約
して示す。

１、下記の金属成分すなわち および普通の不純物含有のＦｅを含有し、その際Ｗ＋２
Ｍｏは２０〜４０重量％に等しく、そして工具の構造は
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗおよび／またはＭｏの金属間化合物から
なる非常に均質に分配された結晶内微分散相５〜１５容
量％および基体粒子間に主に１〜２μｍの粒度を有する
以外は主として上記と同一の金属間化合物からなる主と
して析出された相２０〜３０容量％を含有するオーステ
ナイト粒子度として測定される５〜７０μｍの粒度を有
するマルテンサイトマトリックスからなることを特徴と
する切削工具。

２０．００５〜０．０１重量％のＢおよび／または０、
００５〜０．０３重量％のＺｒを含有することを特徴と
する上記第１項前記の工具。

３、以下の諸工程、すなわち一定組成の溶融物を微粉化
しついで非酸化性雰囲気中で冷却して微粉末にし、その
粉末を熱成形して鋳塊にし、その鋳塊を熱間加工してブ
ランクにし、これを放置して冷却せしめそしであるいは
軟化焼きもどしをし、そのブランクを機械加工により工
具にし７、その工具をオーステナイト化温度に加熱し、
冷却しついで少なくとも１回焼きもどしすることにより
溶液焼きもどしすることを特徴とする、上記第１項また
は第２項に記載の工具の製造方法。

４、溶融物を微粉化して主に１００〜４００μｍの粒子
サイズを有する粉末にし、その粉末を１２００〜１２５
０℃におけるアイソスタチック熱間プレスにより熱成形
し、鋳塊を１０００〜１２００℃の温度で熱間加工し、
ブランクを１０〜１５時間８７５〜９１０℃で軟化焼き
もどしをしついで徐々に冷却し、１２００〜１３５０℃
に加熱することにより工具を溶液焼もどしすることを特
徴とする」二記第３項記載の方法。

５ 工具をオーステナイト化温度から２５０〜３５０℃
に冷却しついで５５０〜７００℃で２〜５時間少なくと
も２回焼きもどしすることを特徴とする上記第３項また
は第４項記載の方法。

６ 工具をオーステナイト化温度から室温に冷却し、仕
上げ加工しついで５５０〜７００℃で２〜５時間少なく
とも１回焼きもどしすることを特徴とする上記第３項ま
たは第４項記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃｏ２５〜３３重量％、Ｗ３０重量％まで場合によ
   りＭｏ２０重量％まで（Ｗ＋２Ｍｏは２０〜４０重量％
   に相当する）および不可避的不純物含有Ｆｅを実質的に
   含み、そして構造上はＦｅ、Ｃｏ 、Ｗおよび／または
   Ｍｏの金属間化合物からなる非常に均質に分配された結
   晶内微分散相５〜１５容量％および基体粒子間に主に１
   〜２μｍの粒子サイズを有する以外は上記と同一の金属
   間化合物からなる主として析出された相２０〜３０容量
   ％を含有するオーステナイト粒度として測定される５〜
   ７０μｍの粒子サイズを有するマルテンサイトマトリッ
   クスからなることを特徴とする、切側工具。 ２ Ｃｏ２５〜３３重量％、Ｗ３０重量％まで場合によ
   りＭｏ２０重量％まで（Ｗ＋２Ｍｏは２０〜４０重量％
   に相当する）および不可避的不純物含有Ｆｅを実質的に
   含む一定組成の溶融物を微粉化しついで非酸化性雰囲気
   中で冷却して微粉末にし、その粉末を熱成形して鋳塊に
   し、その鋳塊を熱間加工してブランクにし、そのブラン
   クを放冷あるいは軟化焼きなましした後機械加工により
   工具にし、その工具なオーステナイト化温度に加熱する
   ことにより溶体化焼きなましし、冷却しついで少なくと
   も１回焼きもどしすることを特徴とする、前記組成を有
   し且つ構造上Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗおよび／またはＭｏの金属
   間化合物からなる非常に均質に分配された結晶内微分散
   相５〜１５容量％および基体粒子間に主に１〜２μｍの
   粒度を有する以外は主として上記と同一の金属間化合物
   からなる主として析出された相２０〜３０容量％を含有
   するオーステナイト粒子塵として測定される５〜７０μ
   ｍの粒度を有するマルテンサイトマトリックスからなる
   切削工具の製造法。