JPS6122016B2

JPS6122016B2 -

Info

Publication number: JPS6122016B2
Application number: JP54015300A
Authority: JP
Inventors: Hironori Yoshimura; Atsushi Sugawara
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1986-05-29
Also published as: JPS55107755A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた耐摩耗性と耐衝撃性とを
兼ね備えた炭化チタン（TiC）基サーメツトの製
造法に関するものである。従来、TiC基サーメツトは、当初TiC−Ni−Co
系が主流を占め、その後TiC−TaC−WC−Ni−
Co−Mo系のものが主流を占めるようになり、さ
らに近年に至つてはTiNやTaNなどの新しい成分
を添加含有させることが検討されており、この場
合20％前後の含有が耐衝撃性を向上させるのに最
も効果があることが確認されているが、炭化タン
グステン（WC）基焼結超硬合金に比べると、ま
だ耐衝撃性の劣るものであり、この結果実用に際
しては欠損による事故発生の頻度が高く、したが
つて従来よりTiC基サーメツトにおいては、さら
に耐衝撃性を向上させることが最大の課題となつ
ていることは現在でも変わるところがない。このようにサーメツトの特性改善を目的とした
開発の歴史は、新しい添加含有成分の模索という
成分組成主体のものであり、この発明におけるよ
うに結晶粒径、特に超粗粒結晶に着目した研究が
行なわれたという例を過去にみない。というのも、TiC基サーメツトの主成分である
TiCは、超硬合金合主成分である炭化タングステ
ン（WC）に比べて焼結性に劣るものであるた
め、TiC基サーメツト製造時には原料粉末をある
程度粉砕する必要があるので、したがつて平均結
晶粒径：４〜６μｍをもつた粗粒のTiC基サーメ
ツトを作ることが困難であるばかりでなく、平均
結晶粒径：１〜３μｍをもつた微粒のTiC基サー
メツトの方が抵抗力が高く、しかも耐衝撃性に富
んでおり、このようなことから切削TiC基サーメ
ツトの多くが微粒組織であることからみても超粗
粒結晶に着目した研究は全くなされていないこと
が容易に理解されよう。本発明者等は、上述のような観点から、すぐれ
た耐摩耗性および耐衝撃性を兼ね備え、特に切削
用として使用した場合にすぐれた切削特性を発揮
する材料を得べく、上記従来TiC基サーメツトに
関し、その結晶組織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：１〜30容量％と、平均径：３〜10μ
ｍの結合相プールとを組織中に均一に分散させ
ると、前記超粗粒のTiC結晶および結合相プー
ルが存在しない通常のTiC基サーメツトのもつ
耐衝撃性と同等、あるいはこれ以上の耐衝撃性
をもつようになると共に、すぐれた耐摩耗性を
も備えるようになること。なお、結合相プール
とは組織中に分散存在した粒状の結合相をい
う。 (b) 耐摩耗性が向上する理由としては、 TiCはWCに比して硬く、化学的に安定
で、しかも耐熱性にもすぐれていること。一般に結晶粒径が小さくなればなるほど活
性化するので、微粒ではTiC本来のもつ化学
的安定性および耐熱性が得られないが、平均
結晶粒径が７μｍ以上の超粗粒になると化学
的安定性および耐熱性が確保できるようにな
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ていた粒径に
近い形で焼結組織中に存在するようになるこ
とから、超粗粒として最も適していること。以上〜に示される理由が上げられること。 (c) 耐衝撃性が向上する理由としては、組織中に
均一に分散させた結合相プールによつてクラツ
クの伝幡が阻止されると共に、応力が緩和さ
れ、この結果として破壊靭性が著しく改善され
るようになることに帰因するものと推察される
こと。 (d) 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％の範囲で（した
がつてTiCの占める相対割合は50〜98％とな
る）、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た状態で、
耐衝撃性がさらに向上するようになること。以上〜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、TiC基サーメツトを製
造するに際して、その組織中に、平均結晶粒径：
７μｍ以上をもつた、粗大なTiC結晶、および同
じく７μｍ以上の平均結晶粒径をもつた、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
（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、あるいは両方を１〜30容量％の割合で均一に
分散させると共に、結合相を平均径：３〜10μｍ
をもつた結合相プールとして形成して均一に分散
させることによつて、すぐれた耐摩耗性と耐衝撃
性とを兼ね備えるようにしたTiC基サーメツトの
製造法に特徴を有するものである。つぎに、この発明のTiC基サーメツトの製造法
において、超粗粒結晶の含有量および平均結晶粒
径、結合相プールの平均径、並びに金属の炭・窒
化物による置換量を上記の通り限定した理由を説
明する。 (a) 超粗粒結晶の含有量その含有量が１容量％未満では、所望のすぐ
れた耐摩耗性を確保することができず、一方30
容量％を越えて含有させると、サーメツトの焼
結性が悪くなり、巣やポア（小孔）を形成しや
すくなつて、耐衝撃性の劣化を招くようになる
ことから、その含有量を１〜30容量％と定め
た。 (b) 超粗粒結晶の平均結晶粒径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、この結果耐摩耗性の向
上をはかることが困難になることから、その下
限値を７μｍ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９
μｍ未満では、合金組織中に平均結晶粒径が７
μｍ以上の超粗粒結晶を確保することができな
い。 (c) 結合相プールの平均径３μｍ未満の平均径ではクラツク伝幡を完全
に阻止することができず、一方10μｍを越えた
平均径にすると耐摩耗性が著しく低下するよう
になることから、その平均径を３〜10μｍと定
めた。また、合金組織中に均一に分散する平均径：
３〜10μｍの結合相プールは、出発原料粉末を
所定の配合組成に配合し、これを湿式で粉砕混
合し、乾燥して混合粉末とし、これにPVA
（ポリビニールアルコール）、木ろう、ステアリ
ン酸、およびパラフインなどのうちの１種また
は２種以上からなり、かつ３〜10μｍの平均粒
径を有する有機化合物粉末を、外数で３〜８重
量％の割合で添加し、粉砕を伴わない混合を行
なつた後に、圧粉体にプレス成形し、これを予
備焼結して仮焼結体中に空孔を形成し、ついで
この仮焼結体を本焼結すると、前記空孔が結合
相形成成分で埋められるようになることによつ
て形成されるものである。さらに、上記のように有機化合物粉末の添加
量を外数で３〜８重量％と定めたのは、その添
加量が３重量％未満では、合金組織中に存在す
る結合相プールが少なすぎて所望のすぐれた耐
衝撃性を確保することができず、一方その添加
量が８重量％を越えると、反対に結合相プール
が多くなりすぎて耐摩耗性が低下するようにな
るという理由によるものである。なお、従来の粉末冶金法では、有機化合物は
配合粉末の湿式による粉砕混合時に添加される
ものであり、この結果混合粉末中に微細に分散
するようになることから、予備焼結後の仮焼結
体中には全く空孔が存在しないものとなる。 (d) 金属の炭・窒化物による置換量上記の通り、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％末満では、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％末満と
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。ついで、この発明のTiC基サーメツトの製造法
を実施例により説明する。実施例１ 85％TiC−５％Mo−10％Ni（容量％）の成分
組成を有する従来TiC基サーメツト（以下従来サ
ーメツトという）１を製造するに際して、TiC成
分のうちの１部である30容量％を、平均結晶粒
径：９μｍを有する超粗粒のTiC結晶で構成し、
さらに平均径：３μｍの（Ni＋Mo）プールを存
在させた本発明TiC基サーメツト（以下本発明サ
ーメツトという）１、上記従来サーメツト１にお
いて、TiC：30容量％を、平均結晶粒径：９μｍ
を有する超粗粒のTiC結晶で構成した比較TiC基
サーメツト（以下比較サーメツトという）１、上
記従来サーメツト１に、平均径：３μｍを有する
（Ni＋Mo）プールを存在させた比較サーメツト
２、さらに上記従来サーメツトにおいて、その30
容量％を、この発明の範囲から外れた平均結晶粒
径：４μｍを有するTiC結晶で構成し、さらに平
均粒径：３μｍを有する（Ni＋Mo）プールを存
在させた比較サーメツト３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：1.5μｍを有するTiC粉末、同1.0μｍを有す
るMo粉末、および同2.5μｍを有するNi粉末を用
意し、これら原料粉末を、まず100％占める割合
の一部（70％）として55％TiC−５％Mo−10％
Ni（容量％）の割合に配合し、ボールミル中に
て100時間、湿式で粉砕混合した後、ボールミル
中のボールを1/10に減らして平均粒径：９μｍを
もつたTiC粉末：30容量％を添加して100％とし
て、10時間の混合を行ない、ついで結合相を
（Ni＋Mo）プールに形成するために有機化合物粉
末として平均粒径：３μｍを有する木ろうを外数
で７重量％添加して粉砕を伴わない乾式混合を行
ない、以後、通常の粉末冶金法における製造条件
にてプレス成形し、予備焼結し、さらに本焼結す
ることによつて本発明サーメツト１を製造した。また、比較サーメツト１は、木ろうの添加およ
び予備焼結を行なわない以外は、上記本発明サー
メツト１の製造に際して適用したのと同一の条件
にて製造し、比較サーメツト２は、原料粉末とし
て超粗粒のTiC粉末を使用しない、すなわち上記
出発原料粉末を最初から上記従来サーメツト１の
成分組成をもつように配合する以外は、本発明サ
ーメツト１の製造に際して適用したのと同一の条
件にて製造した。さらに、比較サーメツト３は、平均粒径：９μ
ｍを有するTiC粉末に代つて平均粒径：５μｍを
有するTiC粉末を使用する以外は、本発明サーメ
ツト１の製造に適用したのと同一の条件にて製造
した。この結果得られた本発明サーメツト１は、比較
サーメツト１〜３、および従来サーメツト１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：0.1×25゜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：0.2mm／rev.、切込み：２mm、切削時間：2min、の条件で断続切削試験を行ない、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表に示したが、第１
表にはTiC結晶の平均結晶粒径とNiプールの平均
径も合せて示した。

【表】第１表に示されるように、本発明サーメツト１
は、超粗粒のTiC結晶が存在しない比較サーメツ
ト２，３と同等のすぐれた耐衝撃性を保持した状
態で、これら比較サーメツトより著しくすぐれた
耐摩耗性を示している。一方、超粗粒のTiC結晶
は存在するが、（Ni＋Mo）プールが存在しない比
較サーメツトは、すぐれた耐摩耗性を示すもの
の、耐衝撃性は著しく劣つたものになつている。
また、本発明サーメツト１は、耐摩耗性および耐
衝撃性のいずれにおいても従来サーメツト１に比
して著しくすぐれている。実施例２ 52％TiC−20％TiN−10％WC−６％Mo−12％
Ni（容量％）の成分組成をもつた従来サーメツ
ト２を製造するに際して、出発原料粉末である
TiC粉末の一部を、粗大な複合化合物結晶形成の
ための15μｍの平均結晶粒径をもち、TiC／
TaC／NbC／ZrC＝90モル％／６モル％／３モル
％／１モル％の組成をもつた（Ti，Ta，Nb，
Zr）Ｃ粉末：10容量％で構成すると共に、本焼結
時に結合相を（Ni＋Mo）プールとする空孔を仮
焼結体中に形成するための有機化合物粉末として
の平均粒径：６μｍを有するパラフイン：７重量
％（外数）を添加混合する以外は、実施例１にお
いて本発明サーメツト１を製造したのと同様な操
業条件にて本発明サーメツト２を製造した。ついで、上記本発明サーメツト２および従来サ
ーメツト２について、断続切削試験における送り
を0.3mm／rev.とする以外は、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。この切削試験結果を第２表に示した
が、第２表には、組織中に均一に分散した超粗粒
結晶の平均結晶粒径および（Ni＋Mo）プールの
平均径も合せて示した。第２表に示されるように、本発明サーメツト２
は、従来サーメツト２に比して、連続切削および
断続切削のいずれの試験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。

【表】実施例３ 62％TiC−10％TaC−10％WC−６％Mo−６％
Ni−６％Co（容量％）の成分組成をもつた従来
サーメツト３を製造するに際して、出発原料粉末
であるTiC粉末の一部：１容量％を、平均粒径：
20μｍをもち、TiC／TiN／WC＝70モル％／20
モル％／10モル％の組成をもつた（Ti，Ｗ）CN
粉末で置換すると共に、Ni，Co、およびMoから
なる結合相を結合相プールに形成するための有機
化合物粉末として平均粒径：10μｍを有する
PVA：７重量％（外数）を添加混合する以外
は、実施例１において本発明サーメツト１を製造
したのと同様な操業条件にて本発明サーメツト３
を製造した。ついで、上記本発明サーメツト３および従来サ
ーメツト３について、実施例１において適用した
のと同一の条件にて切削試験を行なつた。この試
験結果を第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、
この実施例の場合も本発明サーメツト３は、従来
サーメツト３に比してすぐれた耐摩耗性および耐
衝撃性を有するものである。

【表】実施例４ 50％TiC−27％TiN−10％WC−13％Co（容量
％）の成分組成をもつた従来サーメツト４を製造
するに際して、出発原料粉末であるTiC粉末の一
部を、平均粒径：15μｍをもつた超粗粒のTiC粉
末：10容量％と、同じく12μｍを有し、かつ
Tic／HfN／VN＝80モル％／10モル％／10モル％
の組成をもつた（Ti，Hf，Ｖ）、CN粉末：５容
量％で構成すると共に、結合相をCoプールに形
成するための有機化合物粉末として平均粒径：10
μｍを有するパラフイン：８重量％（外数とし
て）を添加混合する以外は、実施例１で本発明サ
ーメツト１を製造したのと同様な操作条件で本発
明サーメツト４を製造した。ついで、この結果得られた本発明サーメツト４
および従来サーメツト４について、実施例１にお
ける同一の条件で切削試験を行ない、第４表に示
される結果を得た。第４表に示されるように、平均結晶粒径：12μ
ｍを有する粗大なTiC結晶と、同じく10μｍ

【表】を有する粗大な複合化合物結晶としての（Ti，
Hf，Ｖ）CN結晶とが組織中に均一に分散し、さ
らに平均径：10μｍを有する結合相プールが均一
に分散した本発明サーメツト４は、従来サーメツ
ト４に比して、連続切削および断続切削のいずれ
の切削においても、すぐれた切削性能を発揮し、
すぐれた耐摩耗性と耐衝撃性を具備することが明
らかである。実施例５ 40％Tic−30％TiN−10％WC−5TaC−５％Ni
−10％Co（容量％）の成分組成をもつた従来サ
ーメツト５を製造するに際して、出発原料粉末で
あるTiC粉末の一部を、平均粒径：20μｍをもつ
た超粗粒のTiC粉末：５容量％と、粗大な複合化
合物結晶形成のための平均粒径：15μｍを有し、
かつTiC／NbN／Mo₂C＝55モル％／40モル％／
５モル％の組成をもつた超粗粒の（Ti，Nb，
Mo）CN粉末：１容量％で構成すると共に、Niお
よびCoからなる結合相を結合相プールに形成す
るための有機化合物粉末として平均粒径：10μｍ
を有するPVAを外数で８重量％添加混合する以
外は、実施例１において本発明サーメツト１を製
造したのと同様な操作条件にて本発明サーメツト
５を製造した。ついで、上記本発明サーメツト５および従来サ
ーメツト５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い、第４表に示される結果
を得た。第４表に示されるように、実施例５でも実施例
４と同様の結果を示し、本発明サーメツト５は、
従来サーメツト５に比して、すぐれた切削性能を
発揮し、すぐれた耐摩耗性と耐衝撃性を兼ね備え
ることが明らかである。上記のように、この発明の方法により製造され
たTiC基サーメツトは、従来TiC基サーメツトに
比してすぐれた耐摩耗性および耐衝撃性を有して
いるので、切削工具用として使用するのに適する
だかりでなく、耐摩耗性用として使用してもすぐ
れた性能を発揮するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１炭化チタン基サーメツトを製造するに際し
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
超粗粒の炭化チタン結晶を１〜30容量％の割合で
均一に分散させ、さらに、混合粉末に、平均粒径が３〜10μｍの
有機化合物粉末を外数で３〜８重量％の割合で添
加し、粉砕を伴わない混合を行ない、これより成
形した圧粉体を予備焼結して、仮焼結体中に空孔
を形成し、この空孔を本焼結により結合相形成成
分で埋めるとによつて、同じく合金組織中に、平
均径が３〜10μｍの結合相プールを均一に分散さ
せ、もつて、耐摩耗性と耐衝撃性の向上をはかるこ
とを特徴とする炭化チタン基サーメツトの製造
法。２炭化チタン基サーメツトを製造するに際し
て、原料粉末の一部として平均粒径が９μｍ以上の
粗大な、炭化チタンと周期律表の4a，5b、およ
び6a族の金属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
炭化チタン：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、さらに、混合粉末に、平均粒径が３〜10μｍの
有機化合物粉末を外数で３〜８重量％の割合で添
加し、粉砕を伴わない混合を行ない、これより成
形した圧粉体を予備焼結して、仮焼結体中に空孔
を形成し、この空孔を本焼結により結合相形成成
分で埋めることによつて、同じく合金組織中に、
平均径が３〜10μｍの結合相プールを均一に分散
させ、もつて、耐摩耗性と耐衝撃性の向上をはかるこ
とを特徴とする炭化チタン基サーメツトの製造
法。３炭化チタン基サーメツトを製造するに際し
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、炭化チタン粉末、並びに炭化
チタンと周期律表の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（ただし炭化チタン：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７μ
ｍ以上の超粗粒の、炭化チタン結晶と上記複合化
合物結晶を１〜30容量％の割合で均一に分散さ
せ、さらに、混合粉末に、平均粒径が３〜10μｍの
有機化合物粉末を外数で３〜８重量％の割合で添
加し、粉砕を伴わない混合を行ない、これより成
形した圧粉体を予備備焼結して、仮焼結体中に空
孔を形成し、この空孔を本焼結により結合相形成
成分で埋めることによつて、同じく合金組織中
に、平均径が３〜10μｍの結合相プールを均一に
分散させ、もつて、耐摩耗性と耐衝撃性の向上をはかるこ
とを特徴とする炭化チタン基サーメツトの製造
法。