JPS6122014B2

JPS6122014B2 -

Info

Publication number: JPS6122014B2
Application number: JP54014122A
Authority: JP
Inventors: Hironori Yoshimura; Atsushi Sugawara
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1986-05-29
Also published as: JPS55107752A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、従来炭化タングステン（WC）基
焼結超硬合金のもつすぐれた耐衝撃性を低下させ
ることなく、すぐれた耐摩耗性を付与させたWC
基焼結超硬合金の製造法に関するものである。従来、WC基焼結超硬合金は、高速度鋼と並ん
で代表的な切削工具用材料として利用されてお
り、特に耐摩耗性を要求される用途には、高硬度
を有するTiC成分を含有させたWC−TiC−TaC
−Co系焼結超硬合金が使用されている。しかし、上記従来WC基焼結超硬合金において
は、耐摩耗性と耐衝撃性とが裏腹の関係にあり、
例えばTiCの含有量を増したり、Coの含有量を減
じたりして耐摩耗性を上げると、耐衝撃性が低下
するようになり、一方TiCの含有量を減じたり、
Coの含有量を増して耐衝撃性を向上させると、
耐摩耗性が低下するようになり、このように耐衝
撃性と耐摩耗性とを兼ね備えさせることは非常に
困難なことであつた。また、近年、上記従来WC基焼結超硬合金に、
TiNやTaNなどの新しい成分を含有させることが
検討されているが、この場合も耐衝撃性は向上す
るものの耐摩耗性が低下してしまい、耐摩耗性と
耐衝撃性の両特性のすぐれたものにはなつていな
い。一方、上記従来WC基焼結超硬合金の結晶粒径
について見るに、平均結晶粒径が１〜２μｍの微
粒合金は、平均結晶粒径が３〜４μｍの中粒合金
に比して、すぐれた常温硬さおよび常温抗折力を
もち、かつ低速切削ではすぐれた耐摩耗性および
耐衝撃性を示すが、高速切削では逆に中粒合金の
方が微粒合金に比してすぐれた特性を示すように
なり、さらに平均結晶粒径が４〜６μｍの粗粒合
金においては、中粒合金や微粒合金に比べて耐ク
リーブ性にはすぐれているが、粉砕を十分に行な
わないで焼結しなければならないために焼結性が
悪いという製造上の問題点があり、したがつて前
記粗粒合金は切削用としてよりも熱間耐摩用ある
いは鉱山工具用として多く利用され、しかもいず
れの結晶粒径の合金においても、特定の用途で十
分な性能を発揮するためには、結晶粒径の分布は
狭いものが良いとされているのが現状である。このように特に耐摩耗性のすぐれた従来WC基
焼結超硬合金においては、鋼切削用としては耐熱
性に富んだTiCを多く含有し、平均結晶粒径が３
〜４μｍの中粒合金が使用され、鋳鉄切削用とし
てはTiCを少量含有するか、あるいはTiCを合有
せず、しかもCo含有量が少なく、平均結晶粒径
が１〜２μｍの微粒合金が使用されているが、い
ずれの用途においても所望の高性能を発揮する材
料とは云えず、特に切削工具の長寿命化の点か
ら、よりすぐれた切削特性を有する材料の開発が
望まれるところである。本発明者等は、上述のような観点から、耐摩耗
性および耐衝撃性を兼ね備え、特に切削工具とし
て使用した場合にすぐれた特性を発揮する材料を
得べく、上記従来WC−TiC−TaC−Co系焼結超
硬合金に関し、特にその結晶粒径に着目し研究を
行なつた結果、 (a) ７μｍ以上の平均結晶粒径をもつた超粗粒の
TiC結晶を、全体割合で１〜３容量％の量を占
めるように組織中に均一に分散させると、前記
超粗粒のTiC結晶が存在しない通常のWC基焼
結超硬合金のもつすぐれた耐衝撃性を低下させ
ることなく、耐摩耗性を大巾に向上させること
ができること。 (b) 上記超粗粒のTiC結晶の存在による耐摩耗性
の向上は、 TiCがWCに比して硬く、化学的に安定
で、しかも耐熱性にすぐれていること。結晶粒径が小さくなればなるほど活性化す
るものであり、したがつて微粒ではTiC本来
の化学的安定性および耐熱性が得られず、超
粗粒になつてはじめてすぐれた化学的安定性
および耐熱性が得られるようになること。上記超粗粒のTiCは、上記に示した特性
のほかに、結合相への固溶量が少ない特性を
もつので、出発原料粉末のもつ粒径に近い形
で焼結組織中に存在することから、超粗粒と
して最も適していること。以上〜に示される理由にもとづくもので
あること。 (c) 上記超粗粒のTiC結晶におけるTiC成分の一
部を、相対割合で２〜50モル％未満の範囲で
（したがつてTiCの占める相対割合は50〜98モ
ル％となる）周期律表の4a，5a，および6aの金
属の炭化物および窒化物のうちの１種または２
種以上の成分で置換すると、前記TiCによつて
もたらされるすぐれた耐摩耗性を保持しつつ、
耐衝撃性がさらに向上するようになること。以上(a)〜(c)に示される知見を得たのである。したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、WC−TiC−TaC−Co
系焼結超硬合金を製造するに際して、TiCのうち
の１部あるいは全部を、全体割合で１〜30容量％
を占めるように、いずれも平均結晶粒径：７μｍ
以上をもつた、TiC結晶、およびTiCと周期律表
の4a，5a，および6a族の金属の炭化物および窒化
物のうち１種または２種以上の成分（以下金属の
炭・窒化物という）との複合化合物結晶（ただし
TiC：50〜98モル％含有）のいずれか、あるいは
両方で構成し、この超粗粒結晶を組織中に均一に
分散させることによつて、すぐれた耐摩耗性と耐
衝撃性とを兼ね備えさせたことに特徴を有するも
のである。つぎに、この発明のWC基焼結超硬合金の製造
法において、超粗粒結晶の平均結晶粒径および含
有量、さらに金属の炭・窒化物の置換量を上記の
通り限定した理由を説明する。 (a) 平均結晶粒径７μｍ未満の平均結晶粒径ではTiC自体のもつ
すぐれた化学的安定性および耐熱性を十分に発揮
することができず、この結果所望のすぐれた耐摩
耗性を確保することができないので、７μｍ以上
の平均結晶粒径をもつようにしなければならな
い。 (b) 含有量その含有量が１容量％未満では、所望のすぐれ
た耐摩耗性を付与することができず、一方30容量
％を越えて含有させると、上記超粗粒結晶がスケ
ルトンを形成しやすくなつて、耐衝撃性が劣化す
るようになることから、その含有量を１〜30容量
％と定めた。 (c) 金属の炭・窒化物の置換量。上記の通り、超粗粒のTiC結晶の一部を金属の
炭・窒化物で置換したものからなる複合化合物結
晶を組織中に分散させると、TiC成分によつても
たらされるすぐれた耐摩耗性を保持したままで、
合金の耐衝撃性がさらに一段と向上するようにな
るので、特に一層の耐衝撃性が要求される場合に
必要に応じて前記複合化合物結晶を合金組織中に
分散させるが、その複合化合物結晶中に占める金
属の炭・窒化物の割合が２モル％未満では、耐衝
撃性により一層の向上効果が得られず、一方その
割合が50モル％を越えると、相対的にTiC成分の
割合が50モル％未満となつてTiC成分によつても
たらされる化学的安定性および耐熱性を十分に発
揮することができなくなり、この結果所望の耐摩
耗性を確保することが難しくなることから、複合
化合物結晶における金属の炭・窒化物の置換割合
を２〜50モル％と定めた。なお、平均結晶粒径：７μｍ以上を有する超粗
粒結晶の合金組織中の均一分散は、原料粉末とし
て平均粒径が９μｍ以上の粗大な粉末を用い、こ
れを原料粉末の一部として配合し、原料粉末全体
をよく混合することによつて可能となる。したが
つて、前記原料粉末の平均粒径が９μｍ未満で
は、合金組織中に平均結晶粒径７μｍ以上の超粗
粒結晶を確保することができない。ついで、この発明のWC基焼結超硬合金の製造
法を実施例により説明する。実施例１ 40％WC−40％TiC−10％TaC−10％Co（容量
％）の成分組成を有するJIS分類P10に相当する
WC基焼結超硬合金において、TiC含有量：40容
量％のうちの１部である30容量％を、平均結晶粒
径：７μｍを有する超粗粒のTiC結晶で構成した
本発明WC基焼結超硬合金（以下本発明合金とい
う）１と、同量を平均結晶粒径：５μｍを有する
粗粒のTiC結晶で構成した比較WC基焼結超硬合
金（以下比較合金という）１とを、以下に示す操
作にてそれぞれ製造した。すなわち、まず、出発原料粉末として、平均粒
径：2.5μｍのWC粉末、同1.2μｍの（Ｗ，Ti）−
Ｃ粉末、同1.5μｍのTaC粉末、および同1.2μｍ
のCo粉末を使用し、これら原料粉末を40％WC−
10％TiC−10％TaC−10％Co（容量％）の組成に
配合し、ボールミル中にて72時間、湿式で粉砕混
合した後、ボールミル中のボールを取り出し、つ
いでこの結果得られた混合粉末を２つに分け、そ
れぞれの混合粉末に、いずれも30容量％の平均粒
径：９μｍをもつた超粗粒のTiC粉末と、同５μ
ｍをもつた粗粒のTiC粉末を別個に配合して５時
間の混合を行ない、以後、通常の粉末冶金法にし
たがつて本発明合金１および比較合金１をそれぞ
れ製造した。この結果得られた本発明合金１および比較合金
１、さらにJISP10合金より、それぞれCIS（超硬
工具協会規格）SNP432に則した形状の切削チツ
プを製作し、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：220）、チツプのホーニング：0.03mm、切削速度：200ｍ／min、送り：0.3mm／rev.、切込み：1.5mm、切削時間：10min、の条件で連続切削試験を行なつて、切刃のフラン
ク摩耗（逃げ面摩耗幅）とクレーター摩耗（すく
い面摩耗深さ）を測定し、さらに、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：280）、チツプのホーニング：なし、切削速度：140ｍ／min、送り：0.3mm／rev.、切込み：２mm、切削時間：3min、の条件で断続切削試験を行ない、この断続切削試
験では、６個の切刃（チツプ）のうち何個に欠損
が発生したかを測定した。これらの測定結果を第
１表に示した。なお、第１表は上記各合金におけ
るTiC結晶の平均結晶粒径も合せて示した。第１表に示されるように、超粗粒のTiC結晶を
有する本発明合金１製の切削チツプは、連続切削
において、粗粒のTiC結晶を有する比較合金１製
の切削チツプおよびp10合金製の切削チツプに比
してすぐれた耐摩耗性を示し、さらに断続切削試
験においては、耐衝撃性にすぐれているp10合
金、および比較合金１と同等のすぐれた耐衝撃性
を示すことが明らかである。

【表】実施例２ 58％WC−20％TiC−10％TaC−12％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類；20に相当する
WC基焼結超硬合金を製造するに際して、出発原
料粉末としてのTiC粉末の一部を、平均粒径12μ
ｍをもち、TiC／TaC／NbC＝85モル％／10モル
％／５モル％の組成をもつた（Ti，Ta，Nb）Ｃ
粉末：10容量％で構成する以外は、実施例１にお
けると同様に通常の粉末冶金法によつて本発明合
金２を製造した。ついで、この結果得られた本発明合金２および
上記p20合金に関して、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：220）、チツプホーニング：0.03mm、切削速度：150ｍ／min、送り：0.3mm／rev.、切込み：1.5mm、切削時間：10min、の条件で連続切削試験を、また、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：280）、チツプホーニング：なし、切削速度：120ｍ／min、送り：0.4mm／rev.、切込み：2.0mm、切削時間：3min、の条件で断続切削試験をそれぞれ行ない、実施例
１におけると同様に、その試験結果を測定し、第
２表に示した。

【表】第２表に示されるように、本発明合金２は、
p20合金に比して、連続切削においてはすぐれた
耐摩耗性を示し、また断続切削においてはp20と
同等のすぐれた耐衝撃性を示すことが明らかであ
る。実施例３ 69％WC−14％TiC−３％TaC−14％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類p30に相当する
WC基焼結超硬合金を製造するに際して、出発原
料粉末としてのTiC粉末のうちの１容量％を、平
均粒径15μｍをもち、TiC／WC＝80モル％／20
モル％の組成をもつた（Ti，Ｗ）Ｃ粉末で置換
する以外は、実施例１におけると同様に通常の粉
末冶金法により本発明合金３を製造した。ついで、上記本発明合金３およびp30合金につ
いて、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：220）、チツプのホーニング：0.03mm、切削速度：100ｍ／min、送り：0.4mm／rev.、切込み：2.0mm、切削時間：10min、の条件での連続切削試験、および、被削材：SNCM−８（硬さＨ_B：280）、チツプのホーニング：なし、切削速度：100ｍ／min、送り：0.4mm／rev.、切込み：2.0mm、切削時間：3min、の条件での断続切削試験を、それぞれ行ない、こ
れらの試験結果を実施例１におけると同様に第３
表に示した。第３表に示される結果からも明らかなように、
この実施例の場合にも本発明合金３は、従来P30
合金に比してすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を
示すのである。

【表】実施例４ 50％WC−35％TiC−６％TaC−９％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類p10に相当する
WC基焼結超硬合金を製造するに際して、出発原
料粉末としてのTiC粉末のうちの20容量％を、平
均粒径10μｍをもち、TiC／ZrN＝95モル％／５
モル％の組成をもつた（Ti，Zr）CN粉末で構成
する以外は、実施例１におけると同様の製造条件
で通常の粉末冶金法により本発明合金４を製造し
た。この結果得られた本発明合金４および上記P10
合金について、実施例１におけると同一の条件で
切削試験を行なつたところ、その試験結果が第４
表に（Ti，Zr）CN結晶の平均結晶粒径とともに
示されるように、本発明合金４は、従来p10合金
に比してすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を示す
ことが明らかである。

【表】実施例５ 58％WC−27％TiC−３％TaC−12％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類p20に相当する
WC基焼結超硬合金を製造するに際して、出発原
料粉末としてのTiC粉末のうちの15容量％を、平
均粒径20μｍをもち、TiC／VN／HfC＝94モル
％／５モル％／１モル％の組成をもつた（Ti，
Ｖ，Hf）CN粉末で構成する以外は、実施例１に
おけると同様に通常の粉末冶金法により本発明合
金５を製造した。ついで、この結果得られた本発明合金５および
上記p20合金について、実施例１におけると同一
の条件で切削試験を行なつたところ、第５表に示
される結果を示した。

【表】第５表に示されるように、15μｍの平均結晶粒
径を有する超粗粒の（Ti，Ｖ，Hf）CN結晶が組
織中に均一に分散した本発明合金５は、従来p20
合金に比して、連続切削および断続切削のいずれ
においてもすぐれた切削特性を示すことが明らか
である。実施例６ 67％WC−14％TiC−５％TaC−14％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類p30に相当する
WC基焼結超硬合金の製造に際して、出発原料粉
末としてのTiC粉末のうちの５容量％を、平均粒
径12μｍをもち、TiC／TiN／Mo₂C＝60モル
％／20モル％／20モル％の組成をもつた（Ti，
Mo）CN粉末で置換する以外は、実施例１におけ
ると同様な製造条件で本発明合金６を製造した。ついで、同様に上記本発明合金６およびp30合
金について、実施例１におけると同一の条件で連
続切削試験および断続切削試験を行なつたとこ
ろ、第６表に示される結果を示した。

【表】この実施例６の場合も、第６表に示される結果
から明らかなように、本発明合金６は、上記本発
明合金１〜５と同様に連続切削試験においてはす
ぐれた耐摩耗性を、また断続切削試験においては
すぐれた耐衝撃性を示すのである。実施例７ 58％WC−20％TiC−10％TaC−12％Co（容量
％）の成分組成をもつたJIS分類p20に相当する
WC基焼結超硬合金を製造するに際して、出発原
料粉末としてのTiC粉末の５容量％を、平均粒径
15μｍをもつたTiC粉末で、さらに同じく原料粉
末としてのTiC粉末の５容量％とTaC粉末の５容
量％とを、平均粒径10μｍにして、TiC／TaN＝
90モル％／10モル％の組成をもつた（Ti，Ta）
CN粉末で構成する以外は、実施例１において本
発明合金１を製造したのと同様な操作条件で本発
明合金７を製造した。この結果得られた本発明合金７および上記従来
p20合金について、実施例２におけると同一の条
件で切削試験を行ない、その試験結果を第７表に
示した。

【表】第７表に示されるように、平均結晶粒径11μｍ
を有する粗大なTiC結晶と、粗大な複合化合物結
晶としての平均結晶粒径７μｍを有する（Ti，
Ta）CN結晶とが組織中に均一に分散した本発明
合金７は、従来p20合金に比して、特に連続切削
において、すぐれた切削特性を示すことが明らか
である。上述のように、この発明の方法によつて製造さ
れたWC基焼結超硬合金は、すぐれた耐衝撃性を
有する従来WC−TiC−TaC−Co系焼結超硬合金
と同等あるいはこれ以上のすぐれた耐衝撃性を有
するほか、前記の従来WC基焼結超硬合金では得
られない著しくすぐれた耐摩耗性を有するもので
あり、したがつて切削工具用として使用するのに
適するばかりでなく、耐摩耗用として使用した場
合にもすぐれた性能を発揮するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１ WC−TiC−TaC−Co系焼結超硬合金を製造
するに際して、原料粉末の一部として平均粒径が９μｍ以上の
粗大なTiC粉末を配合し、混合することによつ
て、合金組織中に、平均結晶粒径が７μｍ以上の
超粗粒のTiC結晶を１〜30容量％の割合で均一に
分散させることによつて、すぐれた耐摩耗性と耐
衝撃性とを具備せしめることを特徴とする炭化タ
ングステン基焼結超硬合金の製造法。２ WC−TiC−TaC−Co系焼結超硬合金を製造
するに際して、原料粉末の一部として平均粒径が９μｍ以上の
粗大なTiCと周期律表の4a，5a，および6a族の金
属の炭化物および窒化物のうちの１種または２種
以上の成分との複合化合物粉末（ただしTiC：50
〜98モル％含有）を配合し、混合することによつ
て、合金組織中に、平均結晶粒径が７μｍ以上の
超粗粒の上記複合化合物結晶を１〜30容量％の割
合で均一に分散させることによつて、すぐれた耐
摩耗性と耐衝撃性とを具備せしめることを特徴と
する炭化タングステン基焼結超硬合金の製造法。３ WC−TiC−TaC−Co系焼結超硬合金を製造
するに際して、原料粉末の一部として、いずれも平均粒径が９
μｍ以上の粗大なTiC粉末、並びにTiCと周期律
表の4a，5a，および6a族の金属の炭化物および窒
化物のうちの１種または２種以上の成分と複合化
合物粉末（ただしTiC：50〜98モル％含有）を配
合し、混合することによつて、合金組織中に、い
ずれも平均結晶粒径が７μｍ以上の超粗粒の、
TiC結晶と上記複合化合物結晶を１〜30容量％の
割合で均一に分散させることによつて、すぐれた
耐摩耗性と耐衝撃性とを具備せしめることを特徴
とする炭化タングステン基焼結超硬合金の製造
法。