JPS58181848A - 含窒化物焼結高ｖ工具鋼とその製造方法 - 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】 本発明は祷れた耐悪性、−摩耗性及び硬度を倚し、切削
工具として快削性（発熱の解消、切ｒ１Ｊｉｍの不連続
、仕上り面の実ｌｌ１作業時閣の坦縮）を何する含窒化
物境結高Ｖ工Ｊ４＃１とその９１！遣方法に関するもの
である。

工Ｊ４ＪＩｍの代表である高遣１ｆｉｉｌｌは、　Ｗ＋
２Ｍｏ（Ｗ当ｍ）ｌＱ、０〜２４ｗｔ％（以）ｗｔ％を
単に１と略記）、Ｃｒ３．ｏ〜６．０％、■１〜５％、
ＣｏＩ　Ｂ％以トド４Ｃ０３〜１．５％、そのｎの金属
としてＭｌ１％Ｓｉを合計１％以上、桟部Ｆｅと不可避
的不純物からなる繊成を有し、４１１義的にはオーステ
ナイト基［（Ｍ処理でマルテンｔイト化〕中にＭ、Ｃ１
Ｍ□Ｃ６、ＭＣ，Ｍ、Ｃ等の炭化物（Ｍは１４父は２檀
以上の１ｋｋＩ４元素）を分散させたもので、ＶＣ，Ｉ
Ｉ中では殆んど炭化物ＭＣ父はＶ、Ｃ，として存在する
ンの増加によって一度、耐４耗性及び蛎熱性が向上する
ことは古くから指通され℃きたが、１！！上の制約から
■の含有量は５％程度が限界となっている。即ち、Ｖの
増加により溶解が木酸となる一方、凝固時に発生した羽
毛状炭化初め破砕を目的とする鵬ｒｌｌ＆ｌ鍛造が困謔
となることがその１由である。

また、上記画成の合金ｓｍを噴霧、１〜することにより
、炭化物の凝１１！！ｔｌ−阻止して慢られた粉末を、
１ａＩ′！ｌｌ成型して素材化するアトマイズ＾速度鋼
が知られており、この方法によれば、麺ｖ化がＱＩ　１
１であるが、それでも−性変形を目的とする熱間ｄＱ工
。

その池の制約から■の含有Ｉｔを１７％程膚が限界とな
っている。

これに鑑み本発明番等は檀々研究の結果、耐脇性、耐摩
耗性凌びｇＩ！ａの潰れた焼結＾Ｖ高速度鋼とその製造
方法を開発し、先８に特−＠５６−５２７０９により提
案した。その青子は然るべく配合した逮１１１１１１１
１扮木とＰｆｃ素扮木粉末合粉を水素雰囲気ドで還九し
て合波ｆ５Ｉｖ遺り、これを真空虜結した後必要に応じ
′Ｃ然＋１５ｔＯ水圧処連により高ｆ度化したもので、
これによればＶ含有量が８．５〜３８％の億結尚■＾逮
イーが優られる。この方法の特徴は合翰の成分彼ｔＩＩ
４元素の酸化物粉末を炭素と水素で同時還元すれば尚ｖ
＠逮扮が得られることと、この閲固相反応で終始するた
め犬化愕の粗大化が編製ないことにある。

このようにし１：優られた焼１ｉｌｉ烏Ｖ合金鋼は、従
来の高速度鋼の利点を生かしつつ炭化ａ（ＶＣ）の１１
によりｌＷ！惑ヰ、耐摩耗性、硬度専の渚性廚が虐れた
ものとなる。

本発明！ｉ寺はこの焼結４ｖ合金鋼について史に検討を
重ねた結果、この合金に窒化物又は７校び炭窒化物（以
Ｆ単に窒化物と総称する）を併存させることにより上記
講特性が一層同上し、かっ快削性を付与し得ることを知
見し１本発明を達成したものである。

即ち、本発明の一つはＷ＋２ＭＯ（Ｗ当瀘）ｌα０〜２
４％、Ｃｒ３．０〜６．０％、Ｖ６．０〜２５％、Ｃｏ
ｔｓ％以ド、Ｃ１，０〜７．０％、Ｍｎ　−）−８４＜
　１．０％、残部Ｆ’ｅト不町避的不純物からなる高Ｖ
高逮膚１ＩＩ４相当の合金−に窒化物を１．０〜２５．
０％分散させたこと１に特徴とＴる含窒＋１＝物ｆ１８
結扁Ｖ工具−に係る。

また、本発明のイ塩の一つはＷ＋２ｉすｏ（Ｗ１瀘）１
０．０〜２４％、Ｃｒ３．０〜６．０％ｊ’６．０〜２
５％、Ｃ０１８Ｊａド、Ｃｔ、ｏ　〜７．０％、Ｍｕ　
＋Ｓ　ｉ　＜　ｔ、ｏ％、　！！１ｇ　Ｆｅと不可避的
不純物からなるＡｉｖＡ通度ｍ摺度ｍ相当Ａ成分元本の
酸化物粉本と、尿ｓ６Ｉ末とを混合し、これを水素雰囲
気中で加燕して合金化した扮未孟二鴛化拘粉末を１．０
〜２５．０％魔合して成重し、これを＾ｌ誠結するか、
又は真７１！焼結した後、５１ｒｄＪ静水圧処理により
ＡｉＩｇ度化することを特徴とする含窒化物燗結高■工
具−の＃遣方法に係る。

本発明において舖■合餐に窒化物を併存せしめる直接の
理由は二つある。その一つは高■合金がＱＩｌｆＩ状、
聾ではねぼく、被切削性が悪いため、切削抵抗が大きく
、バイト、被加工体共に加熱され、きれいな仕上り而に
ならない、これに窒化物を添加すると、被切削性が著し
く　１ｉｊＪ上する。この効果は１％以上の窒化物の添
加で８視する。他の一つ−１−性との見合いである。■
炭化拐も直化物も硬１叢、−摩耗性寺を向上させる点で
は共通しているが、寄与の（合いは窒化物の方が預い、
更に菫化愕孟二は５ｉｔｓ付性、耐感性の向上という独
自の効果がある。尚■氾による靭性の低Ｆは軽微である
。

これに対して低Ｖ＠盆鋼Ｉ：厘化蜀を漆ツノ０ずれば個
性が恩１散（二低Ｆする。一方、高Ｖ合遂鋼に績ｔｌＪ
　したときは低トの度合いが軽減される。従って、靭性
な低ドさせないという条件Ｆで４足の特性を同上させる
に当っては１１４１Ｖ化だけで目的をとげれば、それに
こしたことはないが、向上の＋１４合いカ；不足か或い
は窒化物により独特の特性を合金に付与したいときには
、高Ｖ化しておいて窒化物を５）ＩＪし、両者を併存せ
しめることにより、目的を達し優ることになる。このた
め４：はＶを６．０％以上、２５％以Ｆのレベルに保ち
、窒化物を２５％以Ｆの４置に選べばよい。

このような本発明含窒化′ａ焼結高Ｖ工、具綱は次のよ
うにして造られる。

即ち窒化物を除いた合金粉な４す、これに窒化物粉末を
添加し、混合粉砕して粒イＶ！！Ｉした後成型し、該成
型体４を真空焼結して対通論密度比９５％以上とし、こ
れを更にＮ＆間静水圧加工により密度比ｔ−１００％以
上に高めればよい、窒化物を除いた合金粉は、その構成
元素の酸化物からなる混合粉（但し炭素は単体で混合）
を水素気流中、比奴的低温で還元して得られる。この方
法では炭素と水素によるいわゆる共還元と合金化が同時
に進行し、高亀を必要としないため、その結果得られた
合金粉は一実質的に二次成長を起こさない。従って容易
に破砕することができる。尚、構成元素の酸化物粉の一
部を金属相又は炭化物粉で置換してもよい。

炭素は最終的に合金に収り込ませる盪（炭化物形成と同
容する置）に、酸化物′ｊｋｃｏとして還元するのに要
する臘の約半分を加えることを目安とする。還元に必要
な残りの半分は水：Ａ還元で肩替わりさせる。

以上の条件は一応の指針であって、詳しくは還元ＩＪ炉
寸法、水素供給条件寺によって多少変動する。４元によ
る合金粉の粒イはｌＯ声以以上望ましくは３ｐ以ドとな
るようにし、還元ｍ度は還元を速める場合は高目に、合
金粉の二次成長をさけるためには低目とし、９５０−１
２００”ｃの１度範囲で行なえばよい。

このようにして得られた合金粉に室１と物粉末を加えて
混合粉砕し、全停をミクロンオーダーの粉末にする。こ
の際、必要にシロじて炭素含有置奢調整するために炭素
粉末を加えたり、或いは新たに揄属炭化物、特にＶ炭化
物を添加してもよい、窒化物としては、ＩＶａ又はＶａ
族の途属電化物、例えばＴｉＮｈＺｒＮ、ＨＥＮ、Ｔａ
Ｎ、ＰｈＫ　ＶＰ（ＴｉＱ！（ＺｒＣＮ、　東偽ＨｆＣ
Ｍ、　ＴａＣｇ　ＮｂへＹＯＮ等の阿れかｌ稙又は２檀
以上を用いる。これ等は何れも均尋であるが、ＴｉＮ以
外の窒化物は何れも重く、４価であり、耐＃Ｉｌ性、−
ａ、　ｆｆＳ含有量の点でＴｊＮ又は’Ｉ’４ＣＮが鏝
も望ましい。

窒化Ｉｖｖ添加して粉砕した混合粉に結合ｔｔ−加え又
は加えることなく成型し、１１Ｍすることは通常の粉末
冶金法と同じであるが、脱ガスを完全ならしめるために
は真！＊結な行ない、ｌｌＩ２菫本を少なくするために
は′ｉ１票雰−気中で焼結することが望ましい。

また焼結は機織が荒れないｌｉ！ｉｌ相懺域で行ない、
対通論密度比９５％以上とする。このような固ａ１扁結
により密度比を１００％とすることは木蝋であり。

その結果、４１Ｉ性は低い値直二どまる。もつともＡＶ
金合金焼結性がよいので、用途によっては焼結のままで
も使用に耐えうる。

高密度化するためには島閲鐘造が考えられる力（被加工
体の形状等に制限があり、材質的にも炭化物凌び窒化物
の多い本発明合金では鍛造割れを起す危険があり、かか
る制約を受けない鵬１！ｌｉｅ水圧圓工による高密度化
が最も望ましい。

以上、本発明を実施例について説明する。

実施例（１） Ｗｏ、１，２６１Ｋｐ、　　Δｔｏｏ、ｏ、ｓ　２５４
．　　ＣＪＯｓ　０．５８５Ｑ。

Ｖ、　Ｕ、２３！ｌｒｚ、　Ｃｏ０１，２７１？、　ｋ
’ｓ、０．８．０４９？と炭素粉末１．９０ＫＪＩをボ
ールミルにより混合粉砕して平均粒径を２μ以Ｆとし、
これを幡くベレットに成型してから水引魂ド１１２０℃
のｍｌｆで４時間／ＪＩＩｆｉＬ、残存ｆｉ４１ｉ０．
６２％ノ５ＫＨ５７ａ当組成Ｃ１ｏｃｊｋＩＮ−３置５
％Ｍｏ−４％Ｃｒ−３．５％ｖ−１０％Ｃｏ−１，２５
％Ｃ−６７，７５％１１１＠（合計１％以Ｆ（１）ＭＱ
、８ムを含む）〕において、Ｖを１３．０％、Ｃを３．
２％に増し、Ｆぐを５６．３％に減じた高Ｖ合金粉を１
０Ｋｐ造った。この合金粉に残存酸素を除くためノ夫＄
　０．４８１Ｑト、平均粒径１２）ｌ以’Ｆ　ノＴｉＮ
ｔ−１１１４（１０％）　／ＪＪえてアルコール中で混
合粉砕した。

合金粉は二次成長を起しておらず、破砕は容易であった
。これに２％のパラフィン結合ｉ＠を加えて乾燥してか
ら試験片を成型し、真空中（Ｑ、０１ａｓＨＪＩ以ド）
で焼結（３００℃で脱パラフィン、９００−１０００℃
でで脱ガス、１２００℃でｌ特開本焼結）して、対４−
所膚比９６％のｍ結俸を得た。これを部間静水圧圧縮（
１１００℃、１５００電圧、３０分）処理してＭｌｌ全
全１００％した後部処理（１２００℃３冷戒塊入れ、５
６０Ｘ１ｅ閲燗戻を３回）した。

同様シニして８Ｋｋ４５７相当磁成で装置ｖ３．５％、
８％、１３％、２５％に変イヒさせて遣った合せ８１に
、’、ｒｉＮを５％、１０％、１５％、２０％澁即して
第１表に示す組成の高■合金−を製造した。これ等のｔ
ｉｖ合金南について硬イ、抗折力及び８５０Ｘ１時間境
、＾後の被切削性を試験した。そのｔｓ来をｍ１表に併
記した。

ｉた第１ｆｉ中、比較合ｍＡ　ｌ　４　（１８％Ｖ−０
％ｆ’ＩＮ）？！：　ＸＮ　明合ｍＡ　ｓ　（８％Ｖ−
１ｏ％ＴｉＮ）　Ｈｔヒ＊　ｈ　Ｏ（１３％Ｖ−５％Ｔ
ｉＮ）からスロー１ツ１４ ＴＮＰＲ３３２）を遺り，直径４３−の５Ｕ８３０４の
切削テストを行なった．切削テストは切込み４さ１．０
纏。

送り０．２１ｊｌとし、切削液を用い、回転数を硬化さ
せて行なった。その結Ｍｋを４１表に併記した。

錫１表中比較舎金扁ｌと，４２を比較すれば明らかなよ
うにＶ量１５％の合金では’Ｉ’ｉＮｓ％の遣↓により
抗折力が２８０峙／■怠も低Ｆｔ，”（いるのに３し、
比較合金ム４と本発明合金属５を比較すれば明らかなよ
うにＶ量８％の合金では同量の１゛１Ｎの編」で抗折力
の低Ｆは３１Ｑ／−と小さくたつ１：ｊｄす。

同様のことが比較合金１９と本発明合金属ｌＯ及び比較
合金４１４と本発明合波，４１５にも認められる。

また■量３．５％の比較合金４１でｔ区回輻畝ｓｏｒｐ
ｍ（　’ＪＪ　Ｍ　４１１　４　２ｇ＠／ｍ凰ｎ　）に
おけるり調員が破纏捏（であることが知られており、比
較合鍵４１４のように＾■化すれば切削性は同上するも
、爽に本発明合波のようにＡＶＩとＩＩＩＫ．＠を併存
させると効果は一著になり、しかも盪化蜀の多い方が切
削性の同上ｇ：有効であることが判る。

実施例（２） 実施例（１１のｓ１表に示す合金４１（比較舎達、５Ｋ
）１５７櫨成相当）、ム３（比較合金）眉７（本発明合
′＆）、ム１４（比較合金）から、それぞれ２枚刀、Ｉ
［掻１０ｍ，ｍ長で標準寸法のエンドミルを褒作し，切
削能を比較した０条件は回転＠ｓｉｌｏｒｐｍ、送り５
１１１ｍ／分、切り込み９鳳、乾式で相手材はＨＲｃ　
２　０〜２５のＳにＤ−１１である。

その結果、ムｌは切削長８００編でエンドミル直掻の摩
耗が０−０８ｍ５に達し、はぼ寿命に近かかったのに対
し，Ａ６３は１　６０Ｇ閣でＱ．０７５鵬，１７はω２
減ム４は０．０４０編にとどまった．Ａ３、肩７、眉１
４は何れもＶ　＋ＴＪＮがほぼ１８％に近いから，同一
のｖ＋−ＴＩＮ量ではＴ鳳ＮよりはＶＣが更にＴムＮと
ＶＣ′に併存させた方が，この順に耐摩耗性が強くなる
ことがわかる。

回転数１に′２倍にするとエンドミルは赤黒Ｔるが依然
とし℃切削能を失なわない。

ＩＩ！熱性も上の順序に位づけられた。

尚、何れの場合も仕上りＩｌ！Ｉｉは良好でめった。

従来、切削工具鋼では、その寿命を延はＴ目的で、’Ｉ
ｌ’ｉＣ，ＴｉＮ等による表面逃場が一般化しつつある
が，この方法によるものは表一層が剥離する恐れがある
のに対し、本発明によれば１合金の瑞中に窒化物がとり
こまれているので、！１面層が剥４７る心配がなく、＃
耗によっても常ｇ二貨化物が１出し、優れた切削性能が
保証されかつ寿命が向上する等顕著な効果を奏するもの
である。

＝２３３＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｗ−ＨＭｏ　（Ｗ当量）ｌα０〜２４ｆｔ％、Ｃ
   ｒ　３．０〜６．０　Ｗ　を鴨、Ｖ＆０〜ｚｓｗｔ％、
   Ｃｏ１５ｗｔ％以ド、　　Ｃ１，０〜７．０ｗｔ％。 Ｍ！ｌ＋ｓ目、Ｑｗｔ％以Ｆ、残部ＦＣと不可避的不＃
   ４初からなる高Ｖ高２１！度鋼相当の合金鋼シニ者化愕
   又は／及び炭窒化物を１．０〜ｚｉｏｗｔ％分数させた
   ことを検値２檀以上を合計１．０〜２５．、Ｏｗｔ％分
   赦さ分数特許請求の範囲＄１項紀祇の含窒化Ｉ！ｌＪ焼
   結高Ｖ工１４−（３１Ｗ＋２Ｍｏ（Ｗ当量）ｌＱ、０〜
   ２４ｆｔ％、Ｃｒ３．ｏ〜５ｊ）ｗｔ％、Ｖ６．０〜２
   ５ｗｔ％、Ｃｏ１１３ｗｔ％Ｑ　’ｆ”、ｃ　ｉ、ｏ　
   〜７．Ｏｗｔ％。 Ｍｕ＋Ｓｉ　１．ｇｗｔ％以ド、ｌ５ｓｋ’ｅと不町愈
   杯純物からなる高Ｖ高速度鋼相当の各金属成分元素の酸
   化物粉末と、炭素粉末とｔ混合し、これを水嵩雰囲気中
   で７］１１．ＩＩＩして合金化した粉末に窒化物又は／
   及び炭窒化物粉末を１．０〜２５．Ｏｔ　ｔ％混合して
   成型し、これを真ｇ！境結することを特徴とＴる含菫化
   ａ焼結＾Ｖ工＃４ｍの製造方法 （４１Ｗ＋：＋’Ｍｏ　（Ｗ当量）ＩＱ、０〜２４ｗｔ
   ％、（：ｒ３．０〜６．（ｆｆｔｉ、Ｖ　６．０〜２５
   ｗｔ％、Ｃｏ１８ｗｔ％以Ｆ、　Ｃ１，０〜７．Ｑ　ｗ
   　ｔ％。 Ｍｕ＋Ｓｉ１．ｏｗｔ％ＯＦ、残ｓＦｅと不町避的不純
   愕からなる高Ｖ高速Ｆ！ｔｄＩ４相当の各金属成分元素
   の酸化物粉末と炭素粉末とを魔合し、これｔ水嵩雰囲気
   中で加熱して合金化した粉末に菫化物父は／＆び炭窒化
   物粉末′Ｉｋ′１．Ｕ〜２５−ＯＷ　ｔ％萬合して成金
   し、これを＊ｇ！膚結した後、部間静水圧処理ｌ二より
   為密度化することを待機とする含窒化物焼結高Ｖ上＠Ｍ
   Ａの１１ｉ造方法