JPS6036464B2 - 耐摩耗性および耐衝撃性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を有し、
特に鋼切削用の切削工具に適した炭化タングステン（以
下ＷＣで示す）基超硬合金に関するものである。

一般に、ＷＣ基超硬合金のうち、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金
は鋳鉄切削工具用および耐魔工具用として、またＷＣ−
（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ−Ｃｏ系超硬合金は鋼切削工具用
としてそれぞれ使用されている。

鋼切削工具用ＷＣ基超硬合金としては、当初、炭化タン
タル（以下ＴａＣで示す）を含有しないＷＣ−（Ｗ，Ｔ
ｉ）Ｃ−Ｃｏ系超硬合金が使用されていたが、この合金
は高温での耐摩耗性および耐衝撃性が不十分であったた
めに、今日では耐熱性および耐酸化性にすぐれたＴａＣ
を含有したＷＣ‐（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ−Ｃｏ系超硬合
金が主として使用されているのが現状である。しかし、
ＴａＣはＷＣ以上に資源的に欠乏した状態にあるため、
ここ数年、Ｔａ鉱石価格は急騰しており、したがってｒ
ａＣを使用せずに、上記の従来ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ
）Ｃ−Ｃｏ系超硬合金と同等、あるいはそれ以上の切削
性能を有する鋼切削工具用ＷＣ基超硬合金の開発が強く
望まれている。

そこで、耐熱性および耐酸化性にすぐれたＴａＣの少な
くとも一部をＴａＣと類以した特性を示すＮ比や（Ｈｆ
，Ｎｂ）Ｃなどの成分で置換して、ＴａＣ含有量の低減
化をはかったＷＣ基超嬢合金などが提案されたが、いず
れの合金も上記のＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ−Ｃｏ系
超磯合金に優る切削性能を有するものではない。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、ＴａＣ
を合金成分として全く含有することなく、しかも上記の
従来ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ．Ｔａ）Ｃ−Ｃｏ系超硬合金と同
等あるいはそれ以上の特性を有するＷＣ基超硬合金を得
べく研究を行なった結果、重量％で（以下％はすべて重
量％を意味する）、炭化チタン（以下ＴＩＣで示す）：
２〜４０％，窒化チタン（以下ＴＩＮで示す）：２〜３
０％，Ｍｏ：１〜２０％を含有し、ＣｏあるいはＣｏ＋
Ｎｉ：４〜２０％（但し、Ｃｏ十Ｎｉの場合、Ｎｉ（％
）／Ｃｏ（％）：４以下）を含有し、さらに必要に応じ
てＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，およびＭｏの炭化物および窒
化物のうちの１種または２種以上（以下これらを総称し
て金属の炭・窒化物という）：０．５〜１０％を含有し
、残りがＷＣと不可避不純物からなる組成を有するＷＣ
基超硬合金は、上記の従来ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ．Ｔａ）Ｃ
−Ｃｏ系超硬合金と比べて、高い硬さと高い抵抗力を示
し、さらに高温での耐酸化性でもすぐれた特性を示し、
特に鋼切削工具として使用した場合には、一段とすぐれ
た耐摩耗性および耐衝撃性を示すという知見を得たので
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、成分組成を上記の通りに限定した理由を以下に説明
する。｛ａ）ＴＩＣ ＴＩＣ成分には合金の耐摩耗性および耐溶着性を改善す
る作用があるが、その含有量が２％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方４０％を越えて含有させる
と、合金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２〜４０％と定めた。

｛ｂｌ ＴＩＮ ＴＩＮ成分には、主として合金の耐熱性および耐酸化性
を改善する作用があるが、その含有量が２％未満では前
記作用に所望の改善効果が得られず、一方３０％を越え
て含有させると、合金にポア（小孔）が形成されやすく
なり、耐衝撃性の低下原因となることから、その含有量
を２〜３０％と定めた。

‘ｃー Ｍｏ Ｍｏ成分の含有によって合金は耐熱性および耐摩耗性を
具備するようになるが、その含有量が１％未満では所望
の耐熱性および耐摩耗性を確保することができないので
、１％以上の含有が必要である。

しかし２０％を越えたＭｏの含有は、耐衝撃性の劣化を
もたらすようになることから、その含有量を１〜２０％
と定めた。【ｄ１ ＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉ Ｃｏ成分の含有によって合金の耐衝撃性は改善されるが
、その含有量が４％未満では所望の耐衝撃性改善効果は
得られず、一方２０％を越えて含有させると合金の耐摩
耗性が低下するようになることから、その含有量を４〜
２０％と定めた。

また、Ｃｏ成分は高価な成分であり、その一部をＮｉで
置換含有させても、Ｃｏ成分単独含有の場合と同様に合
金の耐衝撃性が改善されるようになるが、Ｃｏに対する
Ｎ；の置換割合、すなわちＮｉ（％）／Ｃｏ（％）が４
を越えるとすぐれた耐衝撃性を保持することが困難にな
る。したがってＣｏ十Ｎｉ含有の場合、Ｎｉ（％）／Ｃ
ｏ（％）の比を４以下と定めた。【ｅ）金属の炭・窒化
物 これらの成分には、合金の耐摩耗性を一段と改善する均
等的作用があるので、特に合金により一層の耐摩耗性を
付与する必要がある場合に含有されるが、その含有量が
０．１％未満では前記作用に所望の改善効果が得られず
、一方１０％を越えて含有させると、合金の耐衝撃性が
劣化するようになることから、その含有量を０．１〜１
０％と定めた。

つぎに、この発明のＷＣ基超硬合金を実施例により比較
例と対比しながら説明する。実施例 １ 原料粉末として、平均粒径２．０仏ｍのＷＣ粉末，同ｉ
．１一ｍのＷＣ−ＴＩＣ複合粉末（ＴＩＣ：３０％含有
），同１．５〃ｍのＴＩＮ粉末，同１．２仏ｍのＣｏ粉
末，同０．６仏ｍのＭｏ粉末，同２．７山ｍのＮｉ粉末
，同２０ムｍのＺｒＣ粉末，同２．５ムｍのＺｒＮ粉末
，同２．０〆ｍのＨｆＣ粉末，同２．８ＡのＶＣ粉末，
同２．５山ｍのＣｒ３Ｃ２粉末，および同１．５仏ｍの
Ｍｏ２Ｃ粉末を用意し、これら原料粉末を第１表に示さ
れる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、ついでこ
の結果の混合粉末より１０ｋ９／かの圧力で圧粉体をプ
レス成形した後、真空中、温度：１４５ぴ０に１時間保
持の条件で焼結することによって実質的に上記配合組成
と同一の最終成分組成を有する本発明超硬合金１〜１０
および比較超硬合金１〜６をそれぞれ製造した。

なお、比較超硬合金１〜６は、合金を構成する成分のう
ちのいずれかの成分（第１表には※印で表示）の含有量
がこの発明の範囲から外れた組成をもつものである。船 隣 ついで、この結果得られた本発明超硬合金１〜１０およ
び比較超硬合金１〜６、さらに市販のＴａＣを含有する
ＪＩＳ・ＰＯＩ超硬合金（ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ
−Ｃｏ系超硬合金）について、硬さ（ロックウェル硬さ
Ａスケール）および抗折力を測定すると共に、これらの
合金よりＣＩＳ（超硬工具協会規格）ＳＮＰ４３２に即
した形状の切削チップを切出し、被削材：ＳＮＣＭ−８
（ブリネル硬さ：２２０），切削速度：２０仇ｈ／ｍｉ
ｎ，送り：０．２側／ｒｅｖ，切込み：１．５肌，切削
時間：１０分の条件による連続切削試験と、被削材：Ｓ
ＮＣＭ−８（ブリネル硬さ：２７０），切削速度：１４
仇ｈ／肌，送り：０．３肌／ｒｅｖ，切込み：２仇吻，
切削時間：３分の条件による断続切削試験を行ない、上
記連続切削試験では切削チップのフランク摩耗およびク
レータ摩耗を測定し、また上記断続切削試験では謎験切
刃数１０本のうちの欠損切刃数をそれぞれ測定した。

これらの測定結果を第１表に合せて示した。第１表に示
されるように、本発明超硬合金１〜ｌｏは、いずれも比
較超硬合金１，２，３，６，および市販ＰＯＩ超硬合金
よりもすぐれた耐摩耗性を有し、さらに比較超硬合金１
〜６および市販ＲＯ超硬合金に比して一段とすぐれた耐
衝撃性をもつことが明らかである。

実施列 ２ 原料粉末として、平均粒径２．０山ｍのＷＣ粉末，同１
．１山ｍのＷＣ−ＴＩＣ複合粉末（ＴＩＣ：３０％含有
），同１．５仏ｍのＴＩＮ粉末、同１．２仏ｍのＣｏ粉
末、同０．６〃ｍのＭｏ粉末，同２．７〃ｍのＮｊ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
成に配合し、混合した後、実施例１におけると同一の条
件で成形し、鏡結することによって実質的に上記配合組
成と同一の最終成分組成を有する本発明超硬合金１１〜
１５をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明超硬合金１１〜１５並
びに市販のＴａＣを含有するＪＩＳ・ＰＩＯ第 ２ 表
超硬合金（ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，）Ｃ−Ｃｏ系超硬
合金）について、硬さ（ロックウェル硬さＡスケール）
および抗折力を測定すると共に、大気中、温度：６００
ｑ０に４０時間保持後における単位面積（１洲）当り重
量増加率、すなわち、｛値段イヒ後の重量一酸化前の重
量）｝÷表面積酸化前の重量を算出する高温耐酸化性試
験を行ない、さらに実施例１におけると同一の条件で切
削試験をそれぞれ行なった。

これらの結果を第２表に合せて示した。第２表に示され
る結果から、本発明超硬合金１１〜１５は、いずれも市
販のＰＩ硯超硬合金に比して良好な強度および耐酸化性
を有し、されに一段とすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性
を有することがわかる。

実施例 ３ 平均粒径２．５ムｍを有するＷＣ粉末，同１．１ｒｍの
ＷＣ−ＴＩＣ複合粉末（ＴＩＣ：３０％含有）同１．５
仏ｍのＴＩＮ粉末，同１．２ムｍのＣｏ粉末，同第３表
０．６仏ｍのＭｏ粉末，同２．７ムｍのＮｉ粉末を原料
粉末として使用し、これら原料粉末を第３表に示される
配合配合組成に配合し、この配合粉末から実施例１にお
けると同一の条件にて実質的に上記配合組成と同一の最
終成分組成をもった本発明超硬合金２０〜２５および比
較超硬合金７，８をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明超硬合金２０〜２５お
よび比較超硬合金７，８，並びにＴａＣを含有する市販
のＪＩＳ・Ｐ２０超硬合金について、硬さ（ロックゥェ
ル硬さＡスケール）および抗折力を測定し、また実施例
２におけると同一の条件にて耐酸化性試験を行ない、さ
らに実施例１におけると同一の条件で切出したＳＮＰ４
３２の切削チップを使用し、被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ
−８（プリネル硬さ：２２０），切削速度：１５０ｈ／
ｍｉｎ，送り：０．３肋／ｒｅｖ．，切込み：２．仇蚊
．切削時間：１０分の条件での連続切削試験と、被削材
：ＳＮＣＭ−８（プリネル硬さ：２７０），切削速度：
１０仇ｈ／ｍｉｎ，送り：０．４肋／ｒｅｖ．，切込み
：２．仇奴，切削時間：３分の条件での断続切削試験を
それぞれ行なった。

これらの結果を第３表に合せて示した。第３表に示され
るように、本発明超硬合金２０〜２５は、いずれも市販
のＰ２０超硬合金に比して強度、耐酸化性、耐摩耗性、
および耐衝撃性ともすぐれていることが明らかである。
一方、Ｎｉ（％）／Ｃｏ（％）の含有割合がこの発明の
条件を満足しないと、比較超嬢合金７，８に見られるよ
うに、耐摩耗性はいくぶん改善されるものの、強度およ
び耐衝撃性が著しく劣化するようになることがわかる。
実施例 ４ 平均粒径３．０仏ｍのＷＣ粉末，同１．１ｒｍのＷＣ−
ＴＩＣ複合粉末（ＴＩＣ：３０％含有），同１．５仏ｍ
のＴＩＮ粉末，同１．２〃ｍのＣｏ粉末，同０．６仏ｍ
のＭｏ粉末，および同２．７山ｍのＮｉ粉末を原料粉末
として用意し、これら原料粉末を第４表に示される配合
組成をもつように配合し、ついでこの配合粉末より実施
例１におけると同一の条件にて、実質的に上記配合組成
と同一の最終成分組成をもった本発明超硬合金２６〜３
１およびＭｏを第４表 含有しない比較超硬合金９をそれぞれ製造した。

ついで、上記本発明超硬合金２６〜３１および比較超硬
合金９、さらに比較の目的で用意したＴａＣ含有の市販
Ｐ３硯笛硬合金について、硬さ（ロックウェル硬さＡス
ケール）および抗折力を測定すると共に、被削村：ＳＮ
ＣＭ−８（ブリネル硬さ：２２０），切削速度：ｌｏ血
／ｍｉｎ，送り：０．７肌／ｒｅｖ．，切込み：２．Ｑ
肋， 切削時間：１０分の条件での連続切削試験と、被
削材：ＳＮＣＭ−８（プリネル硬さ：２７０）、切削速
度：６仇ｈ／ｍｉｎ，送り：０．５肌／ｒｅｖ．， 切
込み：２０柵，切削時間：３分の条件での断続切削試験
を行なった。これらの結果を第４表に合せて示した。第
４表に示されるように、本発明超硬合金２６〜３１は、
実施例３におけると同様に市販のＰ３０超硬合金に比し
てすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性をもつことが明らか
である。

また、比較超硬合金９に見られるようにＭｏを含有しな
いと、特に耐摩耗性が劣化するようなことがわかる。実
施例 ５ 原料粉末として、平均粒蓬４．０山ｍを有するＷＣ粉末
，同１．１一ｍのＷＣ−ＴＩＣ複合粉末（ＴＩＣ：３０
％含有），同１．５ムｍのＴＩＮ粉末，同１．２ムｍの
Ｃｏ粉末，同０．６山ｍのＭｏ粉末，および同２．７仏
ｍのＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を第５表に示さ
れる配合組成に配合し、この配合粉末より実施例１にお
けると同一の条件にて実質的に上記配合組成と同一の最
終成分組成をもった本発明超硬合金３２〜３７および比
較超硬合金１０をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明超硬合金３２〜３７お
よび比較超硬合金１０、並びにＴａＣを含有する市販の
ＪＩＳ・Ｐ４硯超硬合金について、実施例１におけると
同一の条件で、硬さおよび抗折力を測定すると共に、切
削試験を行なった。

これらの結果を第５表に合せて示した。第５表に示され
る結果から、本発明超硬合金３２〜３７は、いずれもＴ
ａＣを含有する市販のＰ４０超硬合金に比して、特に耐
摩耗性にすぐれていることがわかる。

また比較超硬合金１０に見第５表 られるように、Ｃｏ含有量がこの発明の範囲から高い方
に外れると、耐摩耗性の劣化が著しいことがわかる。

実施例 ６ 原料粉末として、実施例１で用いたのと同じ粉末のほか
に、平均粒径２．０ムｍのＨｆＮ粉末および同１．５山
ｍＶＮ粉末を用意し、これら原料粉末を第６表に示され
る配合組成に配合し、実施例１におけると同一の条件に
て、実質的に配合組成と同一の最終成分組成をもった本
発明超硬合金３８〜４１および比較超硬合金１１をそれ
ぞれ製造した。

ついで、この結果得られた本発明超硬合金３８〜４１お
よび比較超硬合金１１、さらに市販のＪＩＳ・ＰＩＯ超
硬合金について、実施例１におけると同一の条件で、硬
さおよび抗折力を測定すると共に、切削試験を行なった
。これらの結果を第６表に示した。第 ６ 表 第６表に示される結果から、本発明超硬合金３８〜４１
は、いずれも金属の炭・窒化物の含有量がこの発明の範
囲を越えて高い比較超硬合金１１およびＪＩＳ・ＰＩＯ
超硬合金に比して切削特性がすぐれていることが明らか
である。

上述のように、この発明のＷＣ基超硬合金は、ＴａＣ成
分を全く含有しないのにもかかわらず、例えばＪＩＳ・
ＰＯＩ〜Ｓ４０超硬合金などの従来ＷＣ−（Ｗ，Ｔｉ，
Ｔａ）Ｃ−Ｃｏ系超硬合金に比して、強度、高温耐酸化
性、耐摩耗性、および耐衝撃性のいずれの特性にもすぐ
れており、したがって特に鋼切削工具として使用した場
合にはきわめてすぐれた切削性能を発揮するなど工業上
有用な特性を有するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化チタン：２〜４０％，窒化チタン：２〜３０％
   ，Ｃｏ：４〜２０％，Ｍｏ：１〜２０％を含有し、残り
   が炭化タングステンと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有することを特徴とする耐摩耗性および耐衝
   撃性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金。 ２ 炭化チタン：２〜４０％，窒化チタン：２〜３０％
   ，Ｃｏ＋Ｎｉ：４〜２０％（但し、Ｎｉ（％）／Ｃｏ（
   ％）：４以下），Ｍｏ：１〜２０％を含有し、残りが炭
   化タングステンと不可避不純物からなる組成を有するこ
   とを特徴とする耐摩耗性および耐衝撃性にすぐれた炭化
   タングステン基超硬合金。 ３ 炭化チタン：２〜４０％，窒化チタン：２〜３０％
   ，Ｃｏ：４〜２０％，Ｍｏ：１〜２０％を含有し、さら
   にＺｒ，Ｈｆ，Ｃｒ，およびＭｏの炭化物および窒化物
   のうちの１種または２種以上：０．１〜１０％を含有し
   、残りが炭化タングステンと不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）を有することを特徴とする耐摩耗性およ
   び耐衝撃性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金。 ４ 炭化チタン：２〜４０％，窒化チタン：２〜３０％
   ，Ｃｏ＋Ｎｉ：４〜２０％（但し、Ｎｉ（％）／Ｃｏ（
   ％）：４以下），Ｍｏ：１〜２０％を含有し、さらにＺ
   ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒ，およびＭｏの炭化物および窒化物
   のうちの１種または２種以上：０．１〜１０％を含有し
   、残りが炭化タングステンと不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）を有することを特徴とする耐摩耗性およ
   び耐衝撃性にすぐれた炭化タングステン基超硬合金。