JPS5864340A - 高温特性のすぐれた切削工具用焼結材料 - 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、すぐれた高温特性を有し、特にこれらの特
性が要求される高速切削や高送シ切削に切削工具として
使用した場合にすぐれた性能を発揮する焼結材料に関す
るものである。

一般に、鋼の切削加工に際して、切削速度を速くしたシ
、送シ量を多くしたシすると、切削工具の刃先温度が上
昇し、刃先が摩耗よりは、むしろ高温に原因する塑性変
形によって使用寿命に至る場合が多く、近年の高速切削
化および高能率切削化によって、この傾向は増々強くな
っている。

しかしながら、現在実用に供されている分散相が主とし
てＷ炭化物やＴｉ炭化物で構成され、一方結合相が主と
して鉄族金属で構成された超硬合金やサーメットは、刃
先温度が１０００℃を越えると急激に軟化するようにな
るため、これらの超硬合金やサーメットは勿論のこと、
これらの表面に硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金
や表面被覆サーメットにおいても、その使用条件は刃先
温度が１０００℃を若干上廻る程度に制限されている。

一方、　Ａｌ酸化物を主成°分としたセラミックは、高
温において高硬度とすぐれた耐酸化性を示すことから、
高速切削工具として実用に供されているが、このセラミ
ックでも刃先は高温安定性に欠け、信頼性の不十分なも
のであるため、高速切削に際しては低い送シ量で使用さ
れているのが実情である。

１だ、近年、高速切削や高送シ切削用の切削工具材料と
して、ＷあるいはＭｏなどの高融点金属からなるマトリ
ックス中に、ＷおよびＴｉの炭化物を層状に分散させた
組織を有する鋳造合金が提案され（例えば米国特許第３
，６９０．９１３２号明細書参照）、注目されたが、こ
の鋳造合金は、融点が２７００℃と著しく高く、かつ鋳
造合金のために形状付与が困難であシ、シかも耐酸化性
および耐衝撃性も不十分なために広く実用化されるまで
には至らないものであった。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高速切
削や高速シ切削が可能な、すぐれた耐摩耗性、耐塑性変
形性、耐酸イ’ｂ性、および耐衝撃性。

すなわちすぐれた高温特性を有する切削工具用材料を得
べく研究を行なった結果、焼結材料を、Ｔ１：　ｌ　Ｏ
〜３５　％、　ｚｒおよびＨｆのうちの１種または２種
：５〜３０％、ＮｂおよびＴａのうちの１種または２種
：５〜３０％、Ｃ：２ＯＮ４０％、Ｒｅ：５〜２０チを
含有し、残シがＷと不可避不純物（ただしＷ：２０〜６
０％含有）からなる組成（以上厚子％）で構成し、かつ
その焼結工程で焼結温度を高温にして励記構成成分を完
全に固溶し、焼結温度から急冷すると、分散相が、Ｔｉ
とＣを主成分とする化合物相と、ＺｒおよびＨｆのうち
の１種または７種とＣを主成分とする化合物相との微細
硬質相からなシ、一方結合相が、ＷとＲｅを主成分とす
る高融点合金相からなる組織をもつようになシ、この結
果の焼結材料においては、結合相のＷとＲｅを主成分と
する高融点合金相によって耐衝−性が著しく向上するよ
うになるほか、すぐれた耐塑性変形性および耐酸化性を
もつようになシ、前記微細硬質相からなる分散相のもつ
すぐれた耐摩耗性と相まって、これを切削工具として高
速切削や高速シ切削に使用した場合には著しくすぐれた
切削性能を発揮するという知見を得るに至ったのである
。

この発明は上記知見にもとづいてなされたものであって
、以下に成分組成範囲を上記の通シに限定した理由を説
明する。

（ａ）　　Ｔｉ Ｔ１は、ＴｉとＣを主成分とする化合物相を形成して材
料に高硬度を付与せしめ、もって耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が１０原子係未満では焼結工
程における固溶状態からの冷却過程で所望の量の微細な
Ｔ１とＣを主成分とする化合物相を析出させることがで
きず、この結果耐摩耗性の低いものとなシ、一方３５原
子チを越えて含有させると相対的に結合相に対して分散
相が多くなシすぎて耐衝撃性が劣化するようになること
から、その含有量を１０〜３５原子チと定めた。

（ｂ）　　ＺｒおよびＨｆ これらの成分もＴ１と同様にＺｒおよびＨｆの１種また
は２種とＣを主成分とする化合物相を析出形成して耐摩
耗性を向上させる作用をもつが、その含有量が５原子チ
未満ではＴｉと同様に所望の高硬度および高耐摩耗性を
確保することができず、一方３０原子チを越えて含有さ
せると同様に相対的に分散相が多くなシすぎて耐衝撃性
が劣化するようになることから、その含有量を５〜３ｏ
原子チと定めた。

（ｃ）　　ＮｂおよびＴａ これらの成分は、それぞれＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆと、Ｃ
を主成分とする化合物相中に拡散して耐酸化性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が５原子チ未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方３０原子チを越えて
含有させると、耐摩耗性が低下するようになることから
、その含有量を５〜３０原子チと定めた。

（ａｊｃ Ｃ成分は、上記の通Ｊ）　Ｔ１＋　Ｚｒ　＊　Ｈｆｒ　
Ｎｂ　＋　およびＴａ、場合によってはＷと結合して微
細な硬質相からなる分散相を形成し、材料の耐摩耗性を
向上させる作用をもつが、罎の含有量が２０原子チ未満
では分散相の量が相対的に少なすぎて所望の耐摩耗性を
確保することができず、一方４０原子チを越えて含有さ
せると、結合相に対する分散相の量が多くなシすぎて、
材料の耐衝撃性が劣化するようになることから、その含
有量を２０〜４０原子チと定めた。

（ｅ）　　Ｒｅ Ｒｅ成分には、Ｗと共に結合相たる高融点合金相を形成
して、材料の耐塑性変形性、耐酸化性、および耐衝撃性
を著しく向上させる作用があるが、その含有量が５原子
チ未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方２０
原子チを越えて含有させると相対的に結合相が多くなシ
すぎて材料の耐摩耗性が劣化するようになることから、
その含有量を５〜２０原子チと定めた。

（ｆ）　　ｗ Ｗ成分は、その一部が主としてＴ１およびＣと結合して
分散相を形成し、残シの主要部分がＲｅと共に結合相た
る高融点合金相を形成して、材料の耐塑性変形性、耐酸
化性、および耐衝撃性を向上させる作用をもつが、その
含有量が２０原子−未満では結合相が相対的に少なくな
シ、かつＲｅに対する割合も低くなって前記作用に所望
の効果が得られず、一方６０原子チを越えて含有させる
と耐摩耗性および耐酸化性が劣化するようになることか
ら、その含有量を２０〜６０原子チと定めた。

なお、この発明の焼結材料は、不可避不純物として酸素
、窒素、　Ｆｅ、　Ｃｏ　、　Ｎｉ、　Ｏｒ、　Ｍｏ　
、　Ａ１などのうちの１種以上を含有するが、含量で５
原子チ以下の含有であれば、この焼結材料のもつ特性が
何ら損なわれるものではない。

つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具体的に説
明する。

実施例　１ 原料粉末として、平均粒径１．０μｍを有する炭化チタ
ン粉末、同１．５μｍの炭化ジルコニウム粉末、同１．
５μｍ°の炭化ハフニウム粉末、同１．０μｍの炭化タ
ンタル粉末、同０．８μｍのＷ粉末。

および同１．０μｍのＲｅ粉末を用意し、これら原料粉
末をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合し、ボー
ルミルにて７２時時間式混合し、乾燥し７た後、１５に
９／ｌｎｄの圧力でプレス成形して圧粉体とし、ついで
との圧粉体を１０　　ｔＱｒｒの真空中、温度：　２１
００℃に１時間保持の条件で焼結した後、焼結温度から
１０００℃までの温度範囲を４００℃／　ｈｒの冷却速
度で冷却することによって、実質的に配合組成と同一の
最終成分組成をもった本発明焼結材料１〜５および比較
焼結材料１〜６をそれぞれ製造した。

なお、比較焼結材料１〜６は、いずれも構成成分のうち
のいずれかの成分（第１表には※印で表示）が本発明範
囲から外れた組成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明焼結材料１〜５および
比較焼結材料１〜６から、５ＮＰ４３２の形状をもった
切削チップを作製し、被削材：ＪＩｌｌｌｔ・ＳＮＣＭ
−８（硬さ：ＨＥ’２５０　）　、切削速度：２５０　
ｍ　７ｍｍ　、送ｆ）　：　０．５　ｗｒｙ　／　ｒｅ
ｖ、＋切込み＝２ｎ。

切削時間：１０分の条件での連続切削試験、並びに被削
材：　ＪＩＳ−８ＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２８０）。

切削速度：　１４０　ｍ　７ｍｍ　、送シ：０．３朋、
切込み：２ｍｍ、切削時間：３分の条件での断続切削試
験を行ない、上記の連続切削試験では、チップ切刃にお
けるフランク摩耗深さとクレータ摩耗深さを測定し、ま
た上記の断続切削試験では、試験切刃数１０個のうち欠
損した切刃数を測定した。これらの測定結果を第１表に
合せて示した。なお、第１表には、比較の目的で、いず
れも市販の酸化アルミニウムを主成分とするセラミック
ス製切削チップ（以下従来切削チップ１という）、およ
び炭化タングステン基超硬合金基体の表面に炭化チタン
および酸化アルミニウムの２層からなる硬質層を被覆し
たものからなる表面被覆超硬合金製切削チップ（以下従
来切削チップ２という）の同一条件での切削試験結果も
示した。

第１表に示されるように、本発明焼結材料１〜５で製造
された切削チップは、いずれも連続および断続切削試験
において、比較焼結材料１〜６の切削チップおよび従来
切削チップ１，２に比して一段とすぐれた切削性能を示
すことが明らかである。

実施例　２ 原料粉末として、実施例１で用いたのと同じ原料粉末の
ほかに、さらに平均粒径１゜２μｍを有する炭化ニオブ
粉末を用意し、これら原料粉末を第２表に示される配合
組成に配合する以外は、実施例１におけると同一の条件
にて、本発明焼結材料６〜９および比較焼結材料７〜１
２をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明焼結材料６〜９および
比較焼結材料７〜１２から、それぞれＳＮ、Ｐ４３２の
形状をもった切削チップを作製し、被削材：　ＪＩＳ−
３ＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２５０）。

切削速度：　１００ｍ１ｍ１ｎ、送＃）二０．７ｍｍ／
ｒｅｖ、。

切込み：Ｂｍｍ、切削時間：１０分の条件での連続切削
試験と、被削材：　ＳＮＣＭ−８（硬さ：　ＨＢ　２８
０）。

切削速度：１ｏＯｍ／ｍ、送９　：　０．４　ｍ１ｎ／
　ｒｅＶ、、切込み：３ｍπ、切削時間：３分の条件で
の断続切削試験を行ない、実施例１におけると同様に上
記連続切削試験ではフランク摩耗深さとクレータ摩耗深
さを、また上記断続切削試験では１０個の切刃のうちの
欠損数を測定した。この測定結果を第２表に合せて示し
た。

また、第２表には、比較の目的で、いずれも市販の炭化
タングステン基超硬合金基体の表面に炭化チタンの硬質
層を被覆したものからなる表面被覆超硬合金製切削チッ
プ（以下従来切削チップ３という）、およびＰ２Ｏの炭
化タングステン基超硬合金製切削チップ（以下従来切削
チップ４という）の同一条件での切削試験結果も示した
。

第２表に示されるように、実施例１におけると同様に本
発明焼結材料６〜９で作製された切削チップは、いずれ
も比較焼結材料７〜１２の切削チップおよび従来切削チ
ップ３，４に比してきわめてすぐれた切削性能をもつこ
とが明らかである。

上述のように、この発明の焼結材料は、すぐれた耐摩耗
性、耐塑性変形性、耐酸化性、および耐衝撃性、すなわ
ちすぐれた高温特性をもつので、通常の切削は勿論のこ
と、特にこれらの特性が要求される高速切削や高送シ切
削用の切削工具として用いた場合に著しくすぐれた切削
性能を発揮するのである。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）和　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｔｌ：１０〜３５％、　ＺｒおよびＨｆのうちの１種ま
   たは２種；５〜３０％、ＮｂおよびＴａのうちの１種ま
   たは２種：　５〜３０％、Ｃ：　２０〜４０％、Ｒｅ：
   ５〜２０チを含有し、残シがＷと不可避不純物（ただし
   Ｗ：２０〜６０チ含有）からなる組成（以上原子チ）を
   有し、かつ、分散相が、Ｔ１とＣとを主成分とする化合
   物相と、ｚｒおよびＨｆのうちの１種または２種とＣと
   を主成分とする化合物相との微細硬質相からなシ、一方
   結合相が、ＷおよびＲｅを主成分とする高融点合金相か
   らなる組織を有することを特徴とする特許 工具用焼結材料。