JPS589957A - 高温特性のすぐれた切削工具用材料 - 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速シ切削に使用した場合に
すぐれた性能を発揮する切削工具用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、刃先が摩耗よシは、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炭化タングステ
ンや炭化チタンなどを硬質相とし、鉄族金属（Ｆｅ，　
Ｎｉ　、’　Ｃｏ）を結合相とする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、さら
には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℃を若干上端る程度に制限されて
いる。

なかでも、酸化アルミニウム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の高温における安定性に欠け、信頼
性の不十分なものであ　５一 るため、低い送シ量の条件でのみ使用されているのが実
情である。

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高温特性にすぐれた切削工具用
材料を得べく研究を行なった結果、（ａ）硬質相を、Ｔ
ｉ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種を主成分とする化合物相との微細な２相
から構成し、一方結合相を、Ｗを主成分とする高融点金
属相で構成した組織とすると、高温において高硬度，高
靭性，およびすぐれた耐酸化性を示し、この結果安定し
た高速切削および高速シ切削が可能となり、かつ、この
輯織は、Ｔｉ　：　２，５　〜３　４．０％，　Ｚｒお
よびＨｆのうちの１種または２種：３．７〜６４．０％
，酸素二〇．０１〜１．３チ，　　Ｃ　：　０．８〜９
．３チ，窒素：　０．０１〜３．３チを含有し、残シが
基本的にＷと不可避不純物からなシ、しかも、原子比で
、条件式：％式％： （ただし、ｘ／（ｘ＋ｙ）：０．３〜０．８，　（　ｘ
＋ｙ　）　：０．３〜０．８，ｕ：・０．００５〜０．
１，Ｚ二０．２〜Ｏ．’７）。

　６　− を満足する組成（以上重量％、以下−の表示はすべて重
量を意味する）とすることによって得られること。

（ｂ）　　さらにＭＯを１〜１８％の範囲で含有させる
と、材料特性を何らそこなうことなく、材料比重並びに
コストの低減化がはかれること。

（Ｃ）　　さらに、また鉄族金属（Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃ
ｏ）のうちの１種または２種以上を１〜５チの範囲で含
有させると、焼結性が一段と改善されるようになること
。

以上（ａ）〜（Ｃ）に示される知見を得たのである。

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、以下に成分組成および条件式を上記の通シに限定し
た理由を説明する。

Ａ、成分組成 （ａ）　　Ｔｉ Ｔ１は炭素、窒素、および酸素などと結合して、硬質相
を構成する２相のうちの１相の化合物相を形成し、材料
に高硬度を付与せしめて、材料の耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が２．５％未満では、材料の
焼結工程での固溶状態からの冷却過程で、所望の量の微
細なＴ１を主成分とする化合物相が析出分離せず、した
がって高硬度を確保することができず、一方３４．０％
を越えて含有させると相対的に硬質相が多くなシすぎて
靭性が劣化するようになることから、その含有量を２．
５〜３４．０％と定めた。

（ｂ）ＺｒおよびＨｆ これらの成分にもＴ１と同様、炭素、窒素、および酸素
などと結合して、硬質相を構成する２相（２相が同時に
析出して共存した場合に硬質相は微細となる）のうちの
他の１相の化合物相を形成し、Ｔｉを主成分とする化合
物相との共存において材料の硬度を高め、耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が３．ツチ未満では
、同様に固溶状態からの析出分離量が少なすぎて高硬度
を確保することができず、一方６４．０％を越えて含有
すると、Ｔｉと同様靭性劣化をきたすようになることか
ら、その含有量を３．７〜６４゜０％と定めた。

（Ｃ）　　酸素 酸素は上記の通！ｌｌ’ｒｉ、ｚｒ、およびＨｆと結合
して化合物相を形成し、特に炭窒酸化物を形成゛して材
料の硬度を上げる作用があるが、その含有量が０．０１
チ未満では相対的に炭化物量が多くなって、切削時の被
剛材との溶着性が増し、耐摩耗性が劣化するようになシ
、−一方１．３％を越えて含有させると、硬質相が粗大
化し易くなって靭性が劣化し、かつ硬さ低下をきたすよ
うになることから、その含有量を０゜０１〜１．３％と
定めた。

（ａ）　　炭素 上記の通シ炭素は、’Ｔｉ　、　Ｚｒ　、　Ｈｆ　、場
合によってはＷと結合して硬質相を構成する炭化物およ
び炭窒酸化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．８％未満では所定の量および硬
さの硬質相を確保すること示できず、一方９．３チを越
えて含有させると、相対的に硬質相に比して結合相の割
合が少なくな多過ぎ、靭性が劣化するようになることか
ら、その含有量を０．８〜９．３％と定めた。

（ｅ）　　窒素 ９− 同様に窒素はｓ　Ｔｌｇ　Ｚｒ　ｌ　Ｈｆと結合して化
合物相を形成し、材料の耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量がｏ、ｏｉ　ｌｑｂ未満では所望の量
の炭窒酸化物を形成することができず、この結果切削時
に被削性と溶着するようになって摩耗が著しく進行する
ようにな９、一方３．３％を越えた含有量になると、硬
質相が粗大化するようになって再び材料の硬度が低下す
るようになることがら、その含有量を０．０１〜３．３
％と定めた。

（ｆ）’Ｍ。

Ｍｏ成分には、材料の比重を下げ、かつ材料のもつ特性
を何らそこなうことなく、相対的にＷ含有量を低下せし
めてコストの低減をはかることのできる作用があるが、
その含有量が１％未満では前記作用に所望の効果−が得
られず、一方１８％を越えて含有させると、高温特性の
全体的劣化をもたらすようになることから、その含有量
を１〜１日チと定めた。

（ｍｌ　鉄族金属 鉄族金属には、材料の焼結性を一段と向上せし１０− める作用があるが、その含有量が１％未満では所望の焼
結性向上効果が得られず、一方５％を越えて含有させる
と、高温特性が劣化するようになることから、その含有
量を１〜５％と定めた。

Ｂ０条件式 ％式％） （ｘ＋ｙ）の原子比が０．３未満では、硬質相の量が結
合相に比して少なくなシ過ぎて所望の高硬度、すなわち
すぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方逆にそ
の原子比が０．８を越えると、相対的に結合相の量が少
なくなり過ぎて所望の高靭性を確保することができなく
なることから、（ｘ＋ｙ）の原子比を０．３〜０．８と
定めた。

（ｂ）　　ｘ／　（ｘ＋ｙ　）の原子比ｘ／（ｘ十ｙ）
の比が、原子比で０．３未満では、相対的にＴｉを主成
分とする化合物相の析出量が、Ｚｒおよび／またはＨｆ
を主成分とする化合物相に比して少なくなシ過ぎて、硬
質和め２相共存が実質的に不可能となシ、この結果硬質
相はＺｒおよび／またはＨｆを主成分とする化合物相主
体となり、微び靭性の低下をきたし、一方、この比がｏ
、ｅを越えると、逆にＺｒおよび／またはＨｆを主成分
とする化合物相の量がＴｉを主成分とする化合物相に比
して少なくなシす、ぎ、同じ理由で微細構造を確保する
ことができなくなることから、その原子比を０．３〜０
．８と定めた。

（Ｃ）ｕの原子比 Ｕの原子比が０．００５未満では、硬質相を構成する化
合物相における酸素含有量が炭素含有量および窒素含有
量に比して低くなシすぎ、酸素不足をきたして所望の耐
熱性を確保すること′ができず、したがって切削一時に
被剛材に溶着するようになり、一方この比が０．１を越
えると、炭素および窒素に比して酸素の量が多くなシす
ぎ、硬質相の粗大化をきたすようになって所望の高硬度
および高靭性を確保することができなくなることから、
その原子比を０．００５〜０．１と定めた。

（ｄ）　　ｖの原子比 Ｖの原子比が０．００５未満では、硬質相を構成する化
合物相における窒素含有量が炭素含有量および酸素含有
量に比して低くなシすぎ、実質的に炭窒酸化物の形成が
不十分となって高硬度を確保することが困難となシ、一
方この比が０．３を越えると硬質相が粗大化するように
なって、硬度低下をきたすようになることから、その原
子比を０．００５〜０，３と定めた。

（ｅ）　　ｚの原子比 この値はＴｉ、　Ｚｒ　、　Ｈｆ　、’　および必要に
応じて含有させたＭｏ、鉄族金属と、炭素、窒素、およ
び酸素との割合を定めたもので、この値が０．２チ未満
では、相対的に硬質相の量が少なくなりすぎて、所望の
高硬度を確保することができず、一方この値が０．７を
越えると、炭素、窒素、および酸素の量が多くなシすぎ
、結合相を構成するｗｌでか炭化物を形成するようにな
って結合°相量の不足をきたし、靭性が劣化するように
なることから、この比の値を０．２〜０．７と定めた。

つぎに、この発明の切削工具用材料を実施例により具体
的に説明する。

１３一 実施例 原料粉末として、平均粒径１．１μｍのＴｉＮ粉末′（
酸素：０．３％含有）、同１．０ｐｍのＴｉＣ粉末（酸
素：０．３％含有）、同１．０ｐｍのＺｒＣ粉末（酸ｑ
：ｏ、２％含有）、同１．０ｐｍのＨｆＣ粉末（酸素：
０．１５％含有）、同０．８ｐｍのＷ粉末（酸素：０．
０５％含有）、同０．８ｐｍのＭＯ粉末（酸素二０．１
％含有）、同２．０ｐｍのＦｅ粉末（酸素：０．４％含
有）、同１．ｌｐｍのＮ１粉末（酸素：０．３チ含有）
、および同１．０μｍのＣＯ粉末（酸素：０．３％含有
）を用意し、これら原料粉末を所定割合に配合し、ボー
ルミルにて混合し、１０００に９／ｃｒｌの圧力でプレ
スして圧粉体を成形し、ついでとの圧粉体を、１０°〜
１０−２．ｔｏｒｒの圧力を有する真空中、温度二２１
００℃に１時間保持した後、２１００℃から１０００℃
の範囲を２００℃／　ｈｒの冷却速度で冷却することに
よって、実質的に第１表に示される最終成分組成および
条件式（第１表の式中、ＭはＭｏ、　Ｆｅ、　Ｎｉ、　
Ｃｏ　）を有する本発明材料１〜１°９および比較材料
１〜１２をそれぞれ１４− 製造した。なお、比較材料１〜１２は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分（第１表には秦印で表示）が
この発明の範囲から外れた組成をもつものである。

この結果得られた本発明材料１−１９および比較材料ｌ
〜１２のロックウェル硬さくＡスケール）および抗折力
を測定すると共に、これより５ＮＰ４３２の形状をもっ
た切削チップを取シ出し、被削材：　ＳＮＣＭ−８（Ｈ
Ｂ３２０　）　、切削速度：１５０ｍ　７ｍｍ　、切込
み：２朋、送ｐ　：　Ｏ，’７　ｍｌ　ｒｅｖ、の条件
で切削試験を行ない、逃げ面摩耗がｏ、ｓｇｇに至るま
での切削時間を測定し、合せて刃先状況も観察した。こ
れらの結果を第１表にまとめて示した。

第１表に示される結果から、本発明材料１〜１９はいず
れも高硬度および高靭性を有し、かつすぐれた切削性能
を示すものであるのに対して、比較材料ｌ〜１２は、こ
れらの特性のうち少なくともいずれかの特性が劣ったも
のになっている。

上述のように、この発明の材料は、高硬度と高靭性を有
し、しかもこれらの特性は硬質相が微細な２相構造をも
ち、結合相が高融点金属であるＷを主成分とする金属相
て構成されているので高温においても確保され、したが
ってこれを切削工具として使用し、かつ高速切削および
高速シ切削を適用した場合にもすぐれた切削性能を安定
的に長期に亘って発揮するなど工業上有用な特性を有す
るのである。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｔｉ：　２．５〜３４．０％、　Ｚｒおよび
   Ｈｆのうちの１種または２種：　３．’７〜６４．０　
   ％、酸素：０．０１〜１．３チ、Ｃ：０．８〜９．３％
   、窒素：Ｏ，Ｏ２Ｎ２．３％、Ｗおよび不可避不純物：
   残シからなる組成（以上重量％）を有し、かつ原子比で
   、［Ｔｉｘ（Ｚｒ、　Ｈｆ）Ｙ”１−ｘ−ｙ）（ＯｕＮ
   ＶＣｌ−ｕ−Ｊ　＝　。 （ただし、ｘ／（ｘ−１−ｙ）　：　０．３〜０，８．
   　（ｘ＋ｙ）　：　０．３〜０．８．ｕ：ｏ、００５〜
   ０．１．　ｖ　：　０．００５〜０．３．　ｚ’：０．
   ２〜Ｏ，’／）。 の条件式を満足し、さらに硬質相がＴｉを主成分とする
   化合物相と、ＺｒおよびＨｆのいずれか、または両方を
   主成分とする化合物相との微細な２和からなシ、一方結
   合相がＷを主成分とする高融点金属１− 相からなる組織を有することを特徴とする特許性のすぐ
   れた切削工具用材料。
2. （２）　　Ｔｉ：　２．５　〜３　４．０％，　Ｚｒお
   よびＨｆのうちの１種または２種：３．７〜６４．０チ
   ，酸素：　０．０　１〜１．３チ，Ｃ：０．８〜９．３
   ％，窒素：Ｏ．（１１〜３、”３％，　Ｍｏ：　１１〜
   １８％，Ｗおよび不可避不純物：残シからなる組成（以
   上重量チ）を有し、かつ原子比で、 ・（ＴｉＸ（Ｚｒ，Ｈｆ）７（Ｗ，ＭＯ）１　　　　］
   ［：］ＯｕＮｖＣ１ーｕー，，：］２−Ｘ−ｙ （ただし、Ｘ／（　ｘ＋ｙ　）　：　０．３　〜０．８
   ，　（　ｘ＋ｙ　）　’　”、”〜０．８，　ｕ　：　
   ０．００５〜０．１，　ｖ　：　０．００　５〜０，３
   　、　　ｚ：０．３〜Ｏ．’７）。 の条件式を満足し、さらに硬質相がＴｉを主成分とする
   化合物相と、ＺｒおよびＨｆのいずれか、または両方を
   主成分とする化合物相との微細な２相からなシ、一方結
   合相がＷを主成分とする高融点金属相からなる組織を有
   することを特徴とする高温特性のすぐれた切削工具用材
   料。
3. （３）　　Ｔｉ　：　２．５　〜３　４．０　％　、　
   ＺｒおよびＨｆのうちの１種または２・種：３．’／〜
   ６４．Ｏチ，酸素：０．Ｏ１〜１．３％、　　Ｃ：　０
   ．８〜９．３％、窒素二０．０１〜３．３％、鉄族金属
   （Ｆｅ、　Ｎｉ　、　Ｃｏ　）のうちの１種または２種
   以上＝１〜５％、Ｗおよび不可避不純物：残シからなる
   組成（以上重量％）を有し、かつ原子比で、　　。 （Ｔ　Ｉ　Ｘ　（Ｚ　ｒ　＊　Ｈｆ　）　Ｙ　（Ｗｒ　
   Ｆｅ　ｒ　Ｎｌ　ｒ　ＣＯ）　ｉ　−ｚ　−ｙ　］　’
   〔０ｕＮｖＣ１−ｕ−ｖ：ｌｚ。 （ただし、ｘ／（ｘ＋ｙ）　：０．３〜０，８．　（ｘ
   ＋ｙ）：０．３〜０．８．　ｕ　：　０．００５〜０．
   １．　ｖ　：　０．００５〜０．３．　ｚ　：０．３〜
   Ｏ，’７）。 の条件式を満足し、さらに硬質相がＴｉを主成分とする
   化合物相と、ＺｒおよびＨｆのいずれか、または両方を
   主成分とする化合物相との微細な２相からなシ、一方結
   合相がＷを主成分とする高融点金属相からなる組織を有
   することを特徴とする特許性のすぐれた切削工具用材料
   。
4. （４）　　Ｔｉ　：　２．５　〜３　４．０％，−ｚ．
   −およびＨｆのうちの１種または２種゛：３．７〜６４
   ．０チ，酸素：０．０１〜１．３チ，Ｃ：０．８〜９．
   ３チ，窒素：Ｏ．Ｏｌ〜３、３％，Ｍｏ：１〜１８％，
   鉄族金属（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）のうちの１種または２種
   以上：１〜５％，Ｗおよび不可避不純物：残シからなる
   組成（以上重量チ）を有し、かつ原子比で、 ’（　Ｔｉｘ（Ｚｒ　Ｈｆ）ｙ（Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉ
   ，Ｃｏ）１−Ｘ一，：］　Ｈ［：Ｏ　ｕ　ＮｖＣ　１−
   　ｕ−ｙ　］　ｚ　＋（ただし、ｘ／（ｘ＋ｙ）：ｏ．
   ３〜ｏ．ｓ，（ｘ＋ｙ）：０．３〜０．８　、　ｕ：　
   ０．Ｏ０５＋〜０．１，　ｖ　：　０．００５〜０．３
   ，　ｚ　：０、３〜Ｏ．’／）。 の条件式を満足し、さらに硬質相がＴ１を主成分とする
   化合物相と、ＺｒおよびＨｆのいずれか、または両方を
   主成分とする化合物相との微細な２相からなシ、一方結
   合相がＷを主成分とする高融点．金属相からなる組織を
   有することを特徴とする高温特性のすぐれた切削工具用
   材料。