JPS6184350A - 焼結硬質合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高ａ性かつ耐熱性に優れた高Ｎ３含有の焼結
硬質合金（サーメット合金）お工びその製造方法に関す
る。

（従来の技術） 近年、Ｔｉｅ基サーメットにＴｉＮ　、　Ｔｉ（ＯＮ）
　。

（ＴｉＭｏＪ　（ＯＮ）　、　（Ｔｉｅ）　（ＯＮ）等
を添加含有させることにエリ、硬質相粒子を微粒化して
、靭性および耐摩耗性が大巾に向上したサーメット合金
が提案されている。

例えば特公昭５６−５１２０１号公報にアーウィン呻ル
デイによって提案されたサーメット合金の硬質相は、第
２図に示す工うに（ＴｔｘＭｙ）（ＯｕＮＶ）　　中に
おけるＹと、■で規定されており、ホｕ　（ＴｉＯ，１
１１１ＭＯ，０４）　（ＣＯ，４４Ｎｏ、ｓａ入へ１ｊ
（Ｔｉ・、ｓａ　Ｍｏ、０４　）（Ｃｏｊａ　ＮＯ＋０
４　）、　　）　ｕ　（Ｔｉｏ、ａｏ　ＭｏＡｏ）　（
００，１１６ＮＯ１１４１ｓ　チは（Ｔｉｅ、ｉｏ　Ｍ
Ｏ，４０）　（ｃｏ、ｇｏＮｏ、ｔｏ　）　　である〇
ここで、Ｍは、Ｍｏお工び／まｆＣはＷをあられす。な
お第２図は上記の硬質相の範囲をあられすゲラフチ、横
軸ハ（Ｔ’　ｘＭｙ　）　（Ｃｕ　Ｎｖ　ｌ　２　中に
おけるモル分率Ｙ１また縦軸ハ（ＴｌｘＭｙ）（ＣｕＮ
ｖ）２　中におけるモル分率Ｖである。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

しかしながら、繭記の公報に記載の方法にエリ製造した
サーメット合金は、高温における強度の低下が大きいた
め、重切削や、強い衝撃を受ける切削などには、満足な
使用に期待できない。

本発明の目的は、この工つな現状に鑑み、従来広による
サーメット合金の高温での強度低下の問題を解決して、
高Ｕ性かつ耐熱性に優れたサーメット合金お工びその製
造方法を提供するところにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、サーメット合金の靭性、耐熱性を向上す
べく鋭意研究の結果、これまでに提案されているサーメ
ット合金エリ、さらに装置の窒素を含有させた高Ｎ３含
有サーメット合金が、工９高靭性かつ耐熱性に優れ、上
記の目的を達成できること、さらにこの工うな高Ｎ３含
有サーメット合金の製法を見出し、本発明に到った。

すなわち本発明は、Ｔｉを生成分とする炭窒化物の硬質
相と、鉄族金属およびクロム族金属の１８又は２種以上
からなり合金全体の６０〜４０重量％である結合金属と
からなる焼結硬質合金において、該炭窒化物組成が、下
記式 ％式％） （式中、Ｘ＠　ｙｔ’；！金属元素のモル分率、ｕ、　
ｙに非金属元素のモル分率、Ｘ　＋　７　＝　１．０、
Ｕ＋ｖ＝１．０、ｚは化学量論的パラメーターであり０
．８０≦２≦１．０２である。また、ｙの値は［１０４
からｆ１４０であり、Ｖの値に第１図のイ、口、ハ、二
、に工って限定される。）で表されることを特徴とする
焼結硬質合金を提供する。

また本発明は上記合金においてＪＭＯお工び／又［Ｗｔ
”％ル比でα０１〜［１５０まで’ｒａ　、　Ｎｂ。

Ｚｒ　、　ｖのうち１種又ｒ１２種以上で置換された焼
結硬質合金を提供する。

さらに本発明は上記の焼結硬質合金を製造する方法とし
て、Ｔｉを生成分とする炭窒化物の硬質相と、鉄族金属
お工びクロム族金属の１種又は２種以上からなり合金全
体の３０〜４０重量％である結合金属とからなる焼結硬
質合金であって、該炭窒化物組成が下記式 ％式％） （式中、”ｅ７は金属元素のモル分率、ｕ、　ｖは非金
属元素のモル分率、！＋７＝ｌ、Ｑ、ｕ＋ｖ　＝　１．
０．２は化学緻論的パラメーターであり１８０≦２≦１
，０２である。また、ｙの値は００４から０．４０であ
り、Ｖの値は第１図のイ九口、ハ、二、に工って限定さ
れる。）で表される焼結硬質合金の製造方法であって、
ａ丁（モル比）が［１５以上のＴ１（０ムＮＢ）　　お
工び／又は、−（モル比）がα３以下で’Ｆ！＋Ｆ（モ
ル比）０＋Ｄ がＱ、５以上の（Ｔ　ｉ　ａ　（Ｍｏお工び／又’ｄ　
”　）ｎ　）　（ＯｇＮＦ）の炭窒化物固溶体粉末に、
結合金属として鉄族金属おＬびクロム族金属の１種又は
２種以上を混合した後、所定の形状にブレスし、その後
窒素分圧ｎ１〜５００　ＴＯｒｒの窒素雰囲気中にて、
温度１４００〜１５００℃にて焼結することを特徴とす
る上記焼結硬質合金の製造方法を提供する。

本発明者に、サーメット合金の靭性、耐熱性を向上する
べく研究を行った結果、Ｔ１’に生成分とする炭窒化物
の硬質相と鉄族金属お工びクロム族金属の１種又は２種
以上３〜４０重菫チからなる焼結硬質合金において、炭
窒化物に（Ｔｔｘ（”お工び／又ｔＩ′ｓ、Ｗ）ｙ）（
ＣｕＮｖ）ｚであられされ、！、７は金属元素のモル分
率、Ｕ、Ｖは非金属元素のモル分率、ｘ　＋　ｙ　＝　
１．０、ｕ＋ｖ＝１．０、Ｚは化学量論パラメーターで
あって（１８０≦２公ｊ、０２で６り、１７ｖｙの値は
１０４から［Ｌ４０であり、■の値は第１図のイロノ＼
二によって限定され、 イに（Ｔｉｏ、９ｓ　（Ｍｏ　ｊｌ？工び／又は”　）
　ｏ、ｏ４）　（Ｃ（１，１４Ｎｏ、ａｏ廊・口Ｉ”ｊ
　（ＴＩ、、、　（ＭＯお工び／又ｉｆ　）０．０４　
ｊ　（Ｏ（＋、５６Ｎ０．４４３Ｚ　ｓハは（Ｔｉｏ、
ｇｏ　（Ｍｏおよび／又Ｕ　Ｗ　）　０．４０　）　（
Ｃｏ、ｇｏ　Ｎｏ、ａｏ　）　Ｚ　％二Ｊｄ　（Ｔｉ＠
、−６（Ｍｏお工び／又ｎ　Ｗ　）　ｏ、ａｏ　）　（
ｃｏ、ｉｏ　Ｎｏ、ｉｏ　）　Ｚ　ｓであると、高靭性
で耐熱性にとむサーメット合金になるとの矧見を得友。

ここで第１図は、本発明の焼結硬質合金の硬質相の炭窒
化物組成の範囲を示すグラフであって、横軸［（ＴｉＸ
（Ｍｏおよび／また［Ｗ）ｙ）（ＯｕＮｖ）ｚ中におけ
るモル分率ｙ１縦軸ｔｄ　（Ｔｉｘ（Ｍ。

および／またはＷ　）ｙ）　（ＯｕＮｖ）ｚ中における
モル分率Ｖを示し、線イロノにお工び線イロノ為二に工
り囲まれる範囲が本発明の合金の硬質相の範囲である。

本発明の合金の硬質の炭窒化物において、ｙｉｎ０４か
らα４であって、ｙが０．０４工Ｖ小であると強度が大
巾に低下して欠けやすぐなり、また０４０を越えると耐
摩耗性が劣る結果となる。

’Ｉｔ　ｆｃＺ　ｒＪ、０．８０　ｕ　上１−０２　ｍ
下テアッテ、ｚが（１８０エリ小さいと合金中に脆化相
が多くなり欠は易くなり、又１．０２エリ大きいと遊離
炭素が存在し強度が低下する。

また第１図の線イニ以上に窒素を含有させると炭窒化物
中の窒素分解圧が高くなり、焼結中に窒素ガスが分解し
、合金中に巣を残し、強度不足となる。さらに線ロバ以
下の窒累倉であると、高温での強度低下、お工び刃先の
塑性変形が大となる。

炭窒化物を結合する金属に、鉄族金属お工びり日ム族金
属の１種又は２種以上からなるが、３重ｔチェリ少ない
と強度が低下し、４０重鎗チを越えると、耐摩耗性が大
巾に低下するので、５〜４０重量−が好ましい。

本発明の焼結硬質合金は、上記の炭窒化物が、ＭＯお工
び／又ｔｌＷをモル比でα０１〜Ｑ、５０まで、Ｔａ　
、　Ｎｂ　＊　ｚｒ　＊　ｖのうちの１種又は２種以上
で置換することができ、この↓うな置換に１って靭性お
工び耐熱性を向上できるが、モル比がα０１工９少ない
とその効果はな（、（１５０を越えると耐摩耗性に劣る
結果となる。

本発明のサーメット合金の製造法としては、Ｔｉｅ　、
　ＴｉＮ　　を添加混合する従来法によっても可能であ
るが、スが発生して焼結しにくい場合もある。

したがって本発明のサーメット合金は’　Ａ＋Ｂ（モル
比）が（１５以上のＴｉ　（ＯＡＮＢ）　　のＴ１炭窒
化物粉末および／又ｒｘ　Ｏ＋Ｄ　（モル比）がα３以
下で古（モル比）が［１５以上の（Ｔｔｏ（Ｍｏお工び
／又はｗ）ＤＨａ、ｎ−の炭窒化物固溶体粉末を用いる
ことに工って、炭窒化物の焼結時の窒素分解圧が低下し
、合金中の巣が生じにくく１９、好適に製造できる。

以上のごときＴ１炭窒化物、Ｔ１炭窒化物同溶体を用い
た場合、真空焼結でも目的とするサーメット合金は可能
であるが、さらに、α１〜５００’ｒｏｒｒ　　の窒素
分圧で焼結すると、焼結時における合金の表面、内部の
脱窒を防ぐことが可能であり好ましい。

Ｔ１（ＣＡＮＢ　）　　中ノＡ＋　Ｂが（Ｌ５ｊｅ）少
ないと、合金中に窒素全多量に含有することができない
。

また（　Ｔｉ　Ｏ（Ｍｏお工び／又はＷ）Ｄ）（Ｏ□Ｎ
、）中の缶が０．３を越えると、ＭｏｚＣ，Ｗｅが析出
したり、高窒素を含有させることができない。

さらにに＋ｔｌ’　　がα５エリ少ないと、合金中に窒
素を多量に含有することができない。

窒素雰囲気にて焼結する際の窒素分圧がα１Ｔｏｒｒ工
９小さいと、脱窒しやすくなり、５００Ｔｏｒｒ　ｋ越
えると合金中に巣が生じ、強度低下をきたしたり、表面
に炭窒化物のｌ１ｉｌｉ金生じることに、Ｃり％衣表面
脆くなる。

焼結温度は１４００〜１５００℃が好ましく、１４００
’Ｃ以下では合金中に巣を生じて強度が低下し、また１
５００℃を越えると、結合金属の鉄族・クロム族金属が
合金中から揮散するため、所期を工９少なくなってしま
う。

〔実施例〕

以下実施例を挙げて説明する。

実施例１ 原料粉末として、ＴｉＯ、ＴｉＮ　、　Ｔｉ（Ｃｏ、ｓ
　Ｎｏ、ｓ　）ｔＴｉ　（ｃｏ、ａ　Ｎｏ、ａ　）　ｅ
　（Ｔｉｅ、ｙＷｏ、ｍ　）　（Ｏｏ、ｓ　Ｎ６．ｓ）
ｅ　　（Ｔｉｏ、ｔ　Ｗｏ、冨１’！ＯｏＪ　）　（０
０，、Ｎ（１，７）、　’ｒａａ　、　Ｎ’ｉ＋Ｏ、Ｚ
ｒＯ、ＶＣ、Ｃｏ　、　Ｎｉ　。

Ｗ、Ｍｏ、Ｏｒ粉末を用い、本発明に従い所定の割合に
混合し、本発明の合金ａ〜ｆｆ製造した。

それぞれの硬質相（モル比）、結合相（重量％）、焼結
条件、原料を表１にまとめて示す。

また従来、分類の合金ｊ　−ｙ　ｍを製造し比較例とし
たが、仁れについても、同様に表１に示す。

以上の合金ａ〜ｍについて、以下硬度（ＨＶ）、抗折力
（ｋｌｉ＋／、、”　）を試験し、さらに次の切削試験
を行った。

■　逃げ面摩耗１（、、＋） 切削条件　　被削材：８０Ｍ４５５ 切削速度：　１８　Ｇ　ｍ／ｍｉｎ 送　　０　：　α５　６　ｍ／　ｒｅＶ切込み：２．Ｏ
ｗｏａ 切削時間：２０分 ■　欠損発生時の送０（■／ｒｅＶ） 切削条件　　被削材：８０Ｍ４５５（溝付主材）切削速
度：１５０ｍ／ｍｉｎ 送　９：変化（漸次上げて、 欠損したときの送り を確認） 切込み：２．Ｏｍ 切削時間：　１　ｍｉｎ ■　熱亀裂発生本数 切削条件（フライス試験） 被剛材：８０Ｍ４５５ 切削速度：　２００　ｒｎ／　ｍｉｎ 送　　リ　：（Ｌ２Ｇ、／刃 切込み：２．０ＩＩＩＩ＋ 切削時間：　４０　ｍｉｎ 以上の試験結果を表２にまとめて示す。表２から明らか
な工うに、本発明合金は従来の合金に比べ、重切削が可
能で、耐熱性に優れることがわかる。

〔発明の効果〕 以上説明の如く、本発明は従来に比して、工９多量の窒
素を含有する高Ｎ、含有サーメット合金でありエリ高靭
性かつ耐熱性が向上した優れた焼結硬質合金お工びその
製造法であり、高温での強度低下が少なく重切削や強い
衝撃全骨ける切削に使用可能な焼結硬質合金を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明サーメットの硬質相である炭窒化物の組
成範囲を示すグラフである。 第２図は特公昭５６−５１２０１号公報記載のサーメッ
トの炭窒化物相組成範囲の１例を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｔｉを生成分とする炭窒化物の硬質相と、鉄族金
   属およびクロム族金属の１種又は２種以上からなり合金
   全体の３０〜４０重量％である結合金属とからなる焼結
   硬質合金において、該炭窒化物組成が、下記式 ｛Ｔｉ＿ｘ（Ｍｏおよび／又はＷ）＿ｙ｝（Ｃ＿ｕＮ＿
   ｖ）＿ｚ（式中、ｘ、ｙは金属元素のモル分率、ｕ、ｖ
   は非金属元素のモル分率、ｘ＋ｙ＝１．０、ｕ＋ｖ＝１
   ．０、ｚは化学量論的パラメーターであり０．８０≦ｚ
   ≦１．０２である。また、ｙの値は０．０４から０．４
   ０であり、ｖの値は第１図のイ、ロ、ハ、ニ、によつて
   限定される。）で表されることを特徴とする焼結硬質合
   金。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載の焼結硬質合金に
   おいて、（Ｍｏおよび／又はＷ）をモル比で０．０１〜
   ０．５０までＴａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖのうちの１種又は２
   種以上で置換したことを特徴とする上記焼結硬質合金。
3. （３）Ｔｉを生成分とする炭窒化物の硬質相と、鉄族金
   属およびクロム族金属の１種又は２種以上からなり合金
   全体の３０〜４０重量％である結合金属とからなる焼結
   硬質合金であつて、該炭窒化物組成が、下記式 ｛Ｔｉ＿ｘ（Ｍｏおよび／又はＷ）＿ｙ｝（Ｃ＿ｕＮ＿
   ｖ）＿ｚ（式中、ｘ、ｙは金属元素のモル分率、ｕ、ｖ
   は非金属元素のモル分率、ｘ＋ｙ＝１．０、ｕ＋ｖ＝１
   ．０、ｚは化学量論的パラメーターであり０．８０≦ｚ
   ≦１．０２である。また、ｙの値は０．０４から０．４
   ０であり、ｖの値は第１図のイ、ロ、ハ、ニ、によつて
   限定される。）で表される焼結硬質合金の製造方法であ
   つて、Ｂ／（Ａ＋Ｂ）（モル比）が０．５以上のＴｉ（
   Ｃ＿ＡＮ＿Ｂ）および／又は、Ｄ／（Ｃ＋Ｄ）（モル比
   ）が０．３以下で、Ｆ／（Ｅ＋Ｆ）（モル比）が０．５
   以上の｛Ｔｉ＿Ｃ（Ｍｏおよび／又はＷ）＿Ｄ｝（Ｃ＿
   ＥＮ＿Ｆ）の炭窒化物固溶体粉末に、結合金属として鉄
   族金属およびクロム族金属の１種又は２種以上を混合し
   た後、所定の形状にプレスし、その後窒素分圧０．１〜
   ５００Ｔｏｒｒの窒素雰囲気中にて、温度１４００〜１
   ５００℃にて焼結することを特徴とする上記焼結硬質合
   金の製造方法。
4. （４）（Ｍｏおよび／又はＷ）をモル比で０．０１〜０
   ．５０までＴａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖのうちの１種又は２種
   以上で置換した特許請求の範囲第（３）項に記載の焼結
   硬質合金の製造方法。