JPS602377B2 - 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暁結材料に関す
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１０００ｑｏ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、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２７０ぴ０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く研究を行なった
結果、嫌縞材料を、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％、Ｓｉ：１〜１０％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、かつその焼鯖工程で雛結温度を高
温にして前記構成成分を完全に固落し、嫌緒温度から急
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Ｈｆ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、Ｓｉ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Ｓｉ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
、この結果の凝結材料においては、Ｓｉの含有によって
暁綾性が向上し、巣や小孔などの材料欠陥が著しく低減
するようになることから、材料の耐衝撃性が向上するよ
うになり、かつ結合相のＷとＳｉ（Ｗけし、化物）を主
成分とする高融点合金相によって、すぐれた耐塑性変形
性、耐酸化性、および耐摩耗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’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
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％
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ー ＮｂおよびＴａ これらの成分は、それぞれＴｉ「Ｚｒ、批と、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、上記の通りＴｉ、Ｚｒ、ｍ、Ｎｂ、Ｔａ、お
よびＳｉ、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。

｛ｃー Ｓｉ Ｓｉ成分には、上記の通り焼結性を向上させることによ
って材料にすぐれた耐衝撃性を付与し、かつＷおよび遊
離したＣと反応してそれぞれＷけし、化物およびＳｉ炭
化物を形成し、材料の耐摩耗性を著しく向上させる作用
があるが、その含有量が１原子％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方１０原子％を越えて含有させ
ると、Ｗけし、化物およびＳｉ炭化物の量が多くなりす
ぎて、耐衝撃性が低下するようになることから、その含
有量を１〜１０原子％と定めた。

‘ｆ’ＷＷ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Ｓｉ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Ｓｉ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％と定めた。

なお、この発明の焼縞材料は、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、この発明の暁続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〃肌の炭化ジルコニウム粉末、同１．
５〆肌の炭化ハフニウム粉末、同１．０ム仇の炭化タン
タル粉末、同０．８ｒｍのＷ粉末、および同１．５ｒ凧
のＳｉ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、１．５ｋ９′協の圧力でプレ
ス成形して圧粉体とし、ついでこの氏粉体を１０‐１℃
ｒｒの真空中、温度：２１００℃に１時間保持の条件で
暁結した後、競縞温度から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
競績材料１〜５および比鮫焼縞材料１〜６をそれぞれ製
造した。

なお、比鮫焼結材料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
得られた本発明競結材料１〜５および比較屍続材料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一８（硬さ：ＨＢ２５０
）、切削速度：２５０肌′ｍｉｎ、送り：０．３側′ｒ
ｅｖ、切込み：２肋、切削時間：１０分の条件での連続
切削試験、並びに被削村：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ−８（硬さ
：ＨＢ２８０）、切削速度：１４０机′ｍｉｎ、送り０
．３肌、切込み：２柵、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、謎験切刃数ｌｑ固の
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 第１表に示されるように、本発明焼続材料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、比較焼緒材料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ム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、本発明焼緒材料６〜９および比較暁綾材料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暁続材料６〜９および
比較腕緒材料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の／
ｍｉｎ、送り：０．７肌／ｒｅｖ、切込み：８風、切削
時間：１び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柳／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
におけると同機に上記連続切削論ｌ険ではフランク摩耗
深さとクレータ摩耗深さを、また上記断続切削試験では
１の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懐冶金製切削チップ（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。

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％、Ｓｉ：１
   〜１０％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％）を有
   し、かつ、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２種とＣを主成
   分とする化合物相と、Ｓｉ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およびＳｉ
   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。