JPS602376B2 - 高温特性のすぐれた切削工具用焼結材料 - Google Patents

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り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鱗結材料に関す
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り
、送り量を多くしたりすると、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、この懐向は増々強くな
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午Ｃ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ツトは勿論のこと
、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ツトにおいても、その使用条件は刃
先温度１０００ｑｏを若干上廻る程度に制限されている
。一方、ＡＩ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り量で使用され
ているのが実情である。また、近年、高速切削や高送り
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３６９０９６２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り
、し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
削や高送り切削が可能な、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
温特性を有する切削工具用材料を得べ〈研究を行なった
結果、鱗結材料を、Ｔｉ：１０〜３５％、ＺｒおよびＨ
ｆのうちの１種または２種：５〜３０％、ＮｂおよびＴ
ａのうちの１種または２種：５〜３０％、Ｃ：２０〜４
０％、Ｒｅ：５〜２０％を含有し、残りがＷと不可避不
純物（ただしＷ：２０〜６０％含有）からなる組成（以
上原子％）で構成し、かつその焼結工程で暁精温度を高
温にして前記構成成分を完全に園溶し、凝結温度から急
袷すると、分散相が、ＴｉとＣを主成分とする化合物相
と、Ｚｒおよびｍのうちの１種または２種とＣを主成分
とする化合物相との微細硬質相からなり、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
もつようになり、この結果の暁結材料においては、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
撃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り、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送り切削に使用した
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りに限定した理由を説
明する。

‘ａー Ｔｉ Ｔｉ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％未満では齢結工
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
Ｔｉ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り、一方３５原
子％を越えて含有させると相対的に結合相に対して分散
相が多くなり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％と定めた。

‘ｂ｝ ＺｒおよびＨｆ これらの成分もＴｉと同機に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％
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％を越えて含有さ
せると同様に相対的に分散相が多くなりすぎて耐衝撃性
が劣化するようになることから、その含有量を５〜３０
原子％と定めた。

‘ｃ）ＮｂおよびＴａ これらの成分は、それぞれＴｉ、公、ｍ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％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方３０原子％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％と定めた。

｛ｄ｝ Ｃ Ｃ成分は、上記の遜りＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、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、その含有量が２０原子％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％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りすぎて、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％と定めた。

【ｅ’Ｒｅ Ｒｅ成分には、Ｗと共に結合相たる鯖融点合金相を形成
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
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方２０
原子％を越えて含有させると相対的に結合相が多くなり
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％と定めた。

‘ｆ’ ＶＶＷ成分は、その一部が主としてＴｉおよび
Ｃと結合して分散相を形成し、残りの主要部分が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
的に少なくなり、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％を蓬え
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％と定め
た。

なお、この発明の塚結材料は、不可避不純物として酸素
、窒素、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＡＩなどのう
ちの１種以上を含有するが、合量で５原子％以下の含有
であれば、この凝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、この発明の暁緒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１．０仏肌を有する炭化チタ
ン粉末「同１．５一肌の炭化ジルコニウム粉末、同１．
５山肌の炭化ハフニウム粉末、同１．０山の炭化タンタ
ル粉末、同０．８仏肌のＷ粉末、および同１．０ム仇の
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７幼時間湿
式混合し、乾燥した後、１５ｋ９／桝の圧力でプレス成
形して庄粉体とし、ついでこの圧粉体を１０‐ｌｔｏｒ
ｒの真空中、温度：２１００℃に１時間保持の条件で暁
結した後、暁縞温度から１０００ｑｏ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および比鮫焼縞材料１〜６をそれぞれ製造
した。

第１表なお、比較暁給材料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嬢結材料１〜５および
比較暁結材料１〜６から、ＳＮＰ４３２の形状をもった
切削チップを作製し、被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ−８（
硬さ：ＨＢ２５０）、切削速度：２５０の′ｍｉｎ、送
り：０．３肋／ｒｅｖ、切込み：２肋、切削時間：１０
分の条件での連続切削試験、並びに被削材：ＪＩＳ・Ｓ
ＮＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２８０）、切削速度：１４０仇
′ｍｉｎ、送り：０．３肋、切込み：２肌、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ぴ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、本発明凝結材料１〜５で製造された切削チップ
は、いずれも蓮鏡および断続切削試験において、比較麟
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１．２山肌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、本発明暁結材料６〜９および比鮫焼縞材料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煉結材料６〜９および
比較燈緒材料７〜１２から、それぞれＳＮＰ４３２の形
状をもった切削チップを作製し、被削材：ＪＩＳ・ＳＮ
ＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２５０）、切削速度：１００仇／
ｍｉｎ、送り：０．７肋′ｒｅｖ、切込み：８肋、切削
時間：１の分の条件での連続切削試験と、被削材：ＳＮ
ＣＭ−８（硬さ：ＨＢ２８０）、切削速度：１００の′
ｍｉｎ、送り：０．４側′ｒｅｖ、切込み：３肋、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ｌ
ｑ固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。第２表 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Ｐ３０の炭
化タングステン基超硬合金製切削チップ（以下従釆切削
チップ４という）の同一条件での切削試験結果も示した
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｔｉ：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％含有し、残りがＷと不可避不純物（ただしＷ：
   ２０〜６０％含有）からなる組成（以上原子％）を有し
   、かつ、分散相が、Ｔｉ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り、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高温特性のすぐれた切
   削工具用焼結材料。