JPS58213842A - 高強度サ−メツトの製造方法 - 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】 この発明は、耐摩耗性に富むとともに靭性が極めて高く
、倣い切削および断続切削等の負荷の高い切削を高速で
行なうことができる高強度サーメットの製造法に関する
ものである。

近年、機械工作の分野においては、生産能率向上のため
に高速切削作業の採用が増大して来ているが、高速切削
においては高い摩擦熱が発生することから工具の刃先が
高温にさらされ、しだがって、ＷＣを主成分とする超硬
合金工具を使用しだのでは、酸化したり塑性変形を起し
、工具寿命が著しく短かく、良好な作業性を確保できな
いものであった。

従来、このような苛酷な条件下で使用される工具材料と
しては、Ｔｉの炭化物および窒化物（以下、ＴｉＣおよ
びＴｉＮで示す）のいずれか、あるいは両者を主成分と
するサーメットが知られていた。

このような成分組成のサーメットは、確かに、耐摩耗性
や耐変形性にすぐれたものではあったが、負荷の高い切
削工具として使用するには靭性面に不安があり、特に倣
い切削や断続切削に適用すると切刃の欠損を生じやすい
という問題点を有していたので、その用途は負荷の軽い
仕上切削に限定されているのが実情である。

本発明者等は、上述のよう々観点から、切削工具として
の従来のサーメットの耐摩耗特性を維持しつつ、しかも
すぐれた靭性を兼ね備えだ素材を得るべく研究を行なっ
た結果、以下（ａ）〜（ｄ）に示す如き知見を得たので
ある。すなわち、 （ａ）　　従来のＴｉＣおよびＴｉＮの一方または両方
を主成分としているサーメットは、その出発原料として
、Ｔｉｃ、ＴｉＮ、およびＷＣ等の主要原料粉末、ある
いは該主要原料粉末を高温で固溶したＴｉ　（ＣＮ）や
（Ｔｉ　、　Ｗ）　（ＣＮ　）等の固溶体粉末を用い、
これにＣｒ族およびＦｅ族の結合金属粉末を加えたもの
を混合し、プレス成形し、焼結して製造されていたが、
このようなサーメットの主成分であるところの、ＴｉＣ
やＴｉＮ粉末の粒度は、市販されているものの中で最も
細かいものであっても１．０μｍを少々上まわる程度の
ものであり、しかも加熱によって粒成長を起しやすいも
のであるから、市販原料をそのまま使用したのでは微細
組織で靭性の高いサーメットを得ることができないこと
１、（ｂ）上記主要原料粉末あるいはこれらの固溶体粉
末を強粉砕し、さらに粒成長抑制のためにＴａＣ。

ＮｂＣ９ＶＣ等の化合物を添加して焼結を行なっても、
上記粒成長抑制剤はＷＣＣ超超硬合金場合のような効果
はなく、このよう々方法で合金を作成すると、サーメッ
トの合金組織はむしろ粒成長を起してしまい、靭性低下
を引き起すこと、（ｃ）シかしながら、チタン酸化物と
、タングステン酸化物およびモリブデン酸化物の１種ま
たは２種と、炭素とを粉砕・混合し、窒素雰囲気下で同
時に還元炭窒化すると、容易に１．０μｍ以下の（Ｔｉ
、Ｍ）（ＣＮ）粉末〔但し、ＭはＷおよびＭ。

の１種または２種〕を得ることができ、この粉末を原料
として、これに結合金属を加えて焼結すると、得られる
サーメットは粒成長を起しにくく、１．０μｍ以下の完
全固溶した（Ｔｉ、Ｍ）（ＣＮ）相が分散した組織を有
するものとなること。

そして、このようにして得られたす〜メットは、高速切
削時にすぐれた耐摩耗性を示すことはもちろん、倣い切
削および断続切削等の負荷の高い切削でも欠損を生ずる
ことなく、従来の、Ｔｉｅ。

ＴｉＮ、　Ｔｉ　（ＣＮ　）等を主成分とするサーメッ
トに比べて、靭性が著しく向上すること、 （ｄ）　　上記（ｃ）項に記載した（Ｔｉ、Ｍ）（ＣＮ
）粉末と同一組成の粉末を、市販のＴｉｃ、ＴｉＮ、Ｗ
Ｃ＋およびＭＯ２Ｃ粉末を原料として作り、これに、Ｗ
。

■＋　Ｃｏ　＋　Ｎｉ等の粉末からなる結合相を加えて
焼結しても、得られたサーメットの合金組織は粒成長を
起し、１．０μｍ以上の粒子となってしまって靭性が低
下するようになること。

したがって、この発明は上記知見にもとづいてなされた
ものであり、 チタン酸化物と、タングステン酸化物およびモリブデン
酸化物の１種または２種と、炭素とを、粉砕・混合し、
窒素雰囲気中で加熱することによって、１．０μｍ以下
の粒径の複合炭窒化物を得、ついで、これに結合金属と
して、 ＷおよびＭｏ粉末の１種以上：５〜２０重量％、Ｃｏお
よびＮｉ粉末の１種以上：５〜２５重量％、を加えて、
混合後、プレス成形し、焼結することによって、１．０
μｍ以下の完全固溶した複合炭窒化物分散相と結合相と
から々る組織を有する高強度サーメットを製造すること
に特徴を有するものである。

なお、この発明の高強度サーメットの製造に使用する酸
化物原料並びに炭素は、格別のものを使用する必要は々
く、市販のもので十分である。また、還元・窒化の際の
加熱温度や、焼結の際の加熱温度は、酸化物の還元や窒
化処理に採用されている通常の温度で十分であることは
もちろんのことである。

つぎに、この発明の高強度サーメットを製造する際に添
加する結合金属の添加割合、および複合炭窒化物粉末や
複合炭窒化物分散相の粒度を上述のように限定した理由
を説明する。

■　ＷおよびＭＯ これらの成分は、（Ｔｉ　、　Ｍ）　（ＣＮ　）相〔但
し、ＭはＷおよびＭｏの１方または両者である〕と、Ｆ
ｅ族金属のぬれ性を改善し、サーメットの馴摩耗性およ
び靭性を向上させる作用があるが、その含有量が５重量
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方２０
重量係を越えると（Ｔｔ　、　Ｍ　）（Ｃ。

Ｎ）相の周囲に析出して粒成長を起し、ひいてはサーメ
ットの耐摩耗性および靭性を低下させるようになること
から、その含有量を５〜２０重量係と定めた。

■　ＣｏおよびＮｉ これらの成分には、サーメットの靭性を向上させる作用
があるが、その含有量が５重量％未満では、所望の効果
を得ることができず、一方２５重量係を越えるとサーメ
ットの耐摩耗性が低下するようになることから、その含
有量を５〜２５重量％と定めた。

■　複合炭窒化物粉末、および複合炭窒化物分散相の粒
度 チタン酸化物、タングステン酸化物、およびモリブデン
酸化物を同時に還元炭窒化して得られた（Ｔｉ、Ｍ）（
ＣＮ）粉末は、微細でかつ焼結時に粒成長を起しにくい
ため、合金組織が１．０μｍ以下のサーメットを容易に
得ることができるが、炭窒化温度を２０００℃以上の高
温にし、サーメットの焼結温度も１５００℃以上の高温
にすると、合金組織は若干粒成長を起し、１．０μｍを
越えるようになる。

このようにして作成した（Ｔｉ　、Ｍ）　（ＣＮ　）の
粒度が１．０μｍを越えるサーメットは靭性に劣るため
、複合炭窒化物分散相の粒度、すなわちサーメットの合
金組織が１．０μｍ以下となるように定めた。そして、
酸化物を還元・窒化して得られた複合炭窒化物粉末の粒
度を１．０μｍ以下としたのも同様の理由からで、該粉
末の粒度が１．０μｍを越えると、所望粒度の合金組織
を得ることができなく々るからである０ また、この発明方法で高強度サーメットを製造するに際
して、結合相中、あるいは複合炭窒化物相中に以下に示
すような成分を含有せしめると、それぞれの成分に応じ
た性能を有するサーメットが得られるのである０ （１）結合相中にＡｌを３重量％以下の範囲で含有せし
めると、Ｎｉ３Ａｌ等の金属間化合物が析出し、結合相
が強化される。

（２）結合相中にＣｒ　、　Ｆｅを各々３重量％以下の
範囲で含有せしめると、結合相が固溶強化される。

（３）　　（Ｔｉ、Ｍ）（ＣＮ）中に、０２およびＢを
各々１モル係以下の範囲で含有させると、分散相の耐摩
耗性が向上する。

（４）　　（Ｔｉ、’Ｍ）（ＣＮ）のＴｉ成分の３０モ
ルチ以下を、Ｔａおよび稀の１種−または２種で置換せ
しめても、その特性に変化を来たさない。

（５）　　（Ｔｉ、Ｍ）（ＣＮ）以外の分散相として、
３重量％以下のＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の炭化物並び
に窒化物を添加しても、サーメットの特性に悪影響はな
い。

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

実施例　Ｉ Ｔ　ｉ　０２粉末：　５９．７重量％、ＷＯ３粉末：　
１３．５重量％、Ｃ粉末：２６．８重量％となるように
各粉末を配合し、これらの粉末をボールミルにて５時間
、湿式で粉砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を高周波
炉においてＮ２気流中で１９００°Ｃに加熱し、２時間
保持して還元・炭窒化を行なった。

このようにして得られた粉末は、平均粒度が０．８０μ
ｍで、（Ｔｉｏ、９２Ｗｏ、ｏｓ　）（Ｃ０，６２Ｎｏ
、３８）の組成のものであった（但し、モル比で示した
）。

該粉末に、Ｍｏ粉末およびＮ１粉末を加えて、湿式で粉
砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を１０ｋｇ／−の圧
力でプレス成形した。ついで、これを真空焼結炉にて１
４３０℃で２時間保持して焼結し、（Ｔｉｏ、９２Ｗｏ
、ｏｓ　）（Ｃｏ、６２Ｎ０．３８　）　−９重量％Ｍ
ｏ−１２重量％Ｎｉの組成からなるサーメット（以下本
発明サーメット１という）を作製した。

また、比較の目的で、上記と同一の組成を有してはいる
が、（Ｔｉ　、Ｗ）　（ＣＮ　）粉末ではなく、Ｔｉｅ
、ＴｉＮおよびｗｅの主要原料粉末に、Ｍｏ　、　Ｎｉ
およびＣｏを加えて、本発明サーメット１と同様な方法
で製造したサーメット（以下、比較サーメット１という
）も作成した。

つぎに、本発明サーメットと比較サーメットをＸ線回折
で調べたところ、両者の差は確認できなかったが、合金
組織は本発明サーメット１が１．０μｍ以下の（Ｔｉ、
Ｗ）（ＣＮ）相を有しているのに対し、比較サーメット
は３．０〜５．５μｍの粗い粒子が点在し、その結果、
第１表に示されるごとく、本発明サーメット１は比較サ
ーメット１に対して、硬さ、抗折力ともにすぐれた測定
値を有していた。

さらに、本発明サーメット１と比較サーメット１の焼結
体を５ＮＰ４３２の形状に研磨し、第２表に示した条件
にて連続切削試験と断続切削試験を行ない、連続切削試
験においては切刃のフランク摩耗とクレータ−摩耗を測
定し、また断続切削試験においては試験切刃数１０個の
うちの欠損切刃数をチェックした。これらの結果も第１
表に併せて示した。

第１表に示される結果からも、本発明サーメット１は比
較サーメット１に比べて、耐摩耗性は同等であるが、耐
欠損性（靭性）は著しくすぐれていることがわかる。

実施例　２ Ｔｉｅ２粉末：　５３．９重量％、ＷＯ３粉末：１８．
４重量％、Ｃ粉末：２７．７重量％となるように各粉末
を配合し、これらの粉末をボールミルにて５時間、湿式
で粉砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を高周波炉にお
いてＮ２気流中で１９００℃に加熱し、２時間保持して
還元・炭窒化を行なった。

このようにして得られた粉末は、平均粒度が０．９０　
μｍで、（Ｔｉｏ、５ｓＷｏ、１２）（Ｃｏ、７ｏＮｏ
、ａｓ　）の組成のものであった。

該粉末に、Ｍｏ粉末、Ｎｉ粉末およびＣｏ粉末を加えて
湿式で粉砕・混合し、乾燥後、この混合粉末を１０ｋｇ
／ｍＪの圧力でプレス成形した。ついで、これを真空焼
結炉にて１４００℃で１．５時間保持して焼結し、（Ｔ
ｉｏ、５ｓＷｏ、ｚ２）（Ｃ０，７ＯＮ０．３０）　−
１２重量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ　−１０重量％Ｃｏの組
成からなるサーメット（以下、本発明サーメット２″と
いう）を作製した。

また、比較の目的で、上記（Ｔｉｏ、ａｓ　Ｗｏ−ｕ２
）　（Ｃ０，７ＯＮｏ、ｍｌ粉末、Ｍｏ粉末、Ｎｉ粉末
およびＣｏ粉末に加えて、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末およ
びｖｃＣ粉末配合し、これを焼結して下記組成を有する
比較サーメット２〜４を作製した。

比較サーメット２　：　（Ｔｉｏ、５ｓＷｏ、Ｎ２）（
Ｃ０，７ＯＮ０．３０）−１０重量％ＴａＣ−１２重 量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ　−１０ 重量％Ｃｏ。

比較サーメット３　：　（Ｔｉｏ、５ｓＷｏ、ｔｚ）（
Ｃｏ、７ｏ　Ｎｏ、ａｏ）＝１０重量１めＣ−１２重 量％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ−１０ 重量％Ｃｏ、 比較サーメット４　：　（Ｔｉｏ、５ｓＷｏ、　１２）
　（Ｃｏ、　７０　Ｎｏ、ａｏ　）＝５重量多ＶＣ−１
２重量 ％Ｍｏ−６重量％Ｎｉ　−１０重 量％Ｃｏ０ さらに、これとは別に、本発明サーメット２と同一の粉
末を使用し、同一の組成を有してはいるが、焼結を１６
００℃という高温で１時間保持し、（Ｔｉ　、　Ｗ）　
（ＣＮ　）相が１．５〜５．０１１　ｍに粒成長を起し
た比較サーメット５を作製した。

つぎに、本発明サーメット２と比較サーメット２〜５の
硬さおよび抗折力を測定し、その結果を第３表に示しだ
。また、これらのサーメットを用いて第４表に示される
条件にて切削試験を行ない、実施例１と同様なチェック
を行なった結果も、第３表に併せて表示した。

得られた本発明サーメット２は、１．０μｍ以下の（Ｔ
ｉ　、Ｗ）（ＣＮ）相を有していたが、比較サーメット
２〜４は（Ｔｉ、Ｗ）（ＣＮ）相が２．０〜４．５μｍ
に粒成長しており、比較サーメット５は上述のように１
．５〜５．０μｍに粒成長しているので、第３表に示さ
れる結果においても、本発明サーメット２は比較サーメ
ット２〜５に比べて、硬さや耐摩耗性は同等であるが抗
折力にはるかにすぐれ、しかも耐欠損性も著しく高い結
果を示している。

実施例　３ ＴｉＯ２粉末、Ｗ　Ｏ３粉末、Ｍｏ　Ｏ３粉末およびＣ
粉末を用いて、実施例１と同様な方法で第５表に示され
１５− る固溶体粉末を作製した。寸だ、比較の目的で、市販品
であるところの粒度の大きい固溶体粉末を購入し、その
組成も第５表に示した。

第５表に示される原料粉末に、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、Ｃｒ
粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉＡｌ粉末を加え
て、実施例１と同様な方法で第６表に示される組成のサ
ーメットを作製した。

このようにして得られた本発明サーメット３〜１０と、
比較サーメット６〜７について、硬さおよび抗折力を測
定して、同じく第６表にその結果を併記した。

本発明のサーメットは１．０μｍ以下の分散相を有して
いたが、比較サーメット６〜７は２゜０〜４．０μｍの
粗い粒子が大半であり、その結果、第６表に示されるよ
うに、本発明サーメットは比較サーメットに比べて硬さ
が若干高く、抗折力が大幅にすぐれていて、本発明サー
メットが高強度を有していることが確認された。

上述のように、この発明によれば、すぐれた耐摩耗性と
靭性とを併せ持つ高強度サーメットを生１７一 産性良く製造することができ、得られた製品は、高速切
削や断続切削に使用しても、すぐれた切削性能を長時間
に亘って維持することができるなど、工業上有用な効果
がもたらされるのである。

出願人　　三菱金属株式会社（はが１名）代理人　　富
　　１）　和　　夫 ＝１９− ２１９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 チタン酸化物と、タングステン酸化物およびモリブデン
   酸化物の１種または２種と、炭素とを、粉砕・混合し、
   窒素雰囲気中で加熱することによって１．０μｍ以下の
   粒径の複合炭窒化物を得、ついで、これに結合金属とし
   て、 ＷおよびＭｏ粉末の１種以上：５〜２０重量％、Ｃｏお
   よびＮｉ粉末の１種以上＝５〜２５重量％、を加えて、
   混合後、プレス成形し、焼結することを特徴とする、１
   ．０μｍ以下の完全固溶した複合炭窒化物分散相と結合
   相とからなる組織を有する高強度サーメットの製造方法
   。