JPS6187845A

JPS6187845A - 焼結硬質合金およびその製造方法

Info

Publication number: JPS6187845A
Application number: JP59206381A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Takahashi; 邦博高橋; Yasuhiro Shimizu; 靖弘清水; Masaaki Tobioka; 正明飛岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1986-05-06

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、高靭性で耐熱亀裂性に富むＴｉ（ＣＭ）基焼
結硬質合金（サーメット合金）およびその製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

近年、ＴｉＣ基サーメットにＴｉＮ、Ｔｉ（ＯＮ）、　
（ＴｉＭｏ）（ａｓ）、（Ｔｉｗ）（ｃＮ）　　等１に
添加含有させることにより、硬質相粒子ｔ−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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のものでは硬質相への炭窒化物中の
Ｎ／（ｉ＋Ｎ（モル比）が０．３０以下のものが大部分
であシ、高温における強度の低下が大きく、また、ＷＣ
基の超硬合金に比べ断続切削時の耐熱亀裂性に劣るとい
う理由から、重切削や強い衝撃を受ける９ノ削などには
満足な使用は期待できないのが現状である。

本発明はＴｉＣ基サーメットにおけるこのような欠点を
解決して、靭性、＃を熱亀裂性の向上したサーメット合
金およびその製造方法を提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明者らは鋭意研究の結果、従来よシ高靭性で耐熱亀
裂性に富む新規なサーメット合金の組成およびその製造
方法を見出した〇すなわち、本発明はＴｉ　　を生成分とする炭望化物の
硬質相と、鉄族金６およびクロム族金族の１種又は２種
以上からなり合金全体の５０〜４０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、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＋マ＝１
．０．ｚは化学量論的パラメーターであ［Ｏ，ａＯ≦２
≦１．０２である。また、ｙの値１ｊＯ１０４から０．
４０であシ、マの値位０．５０〜０．５５である。）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、Ｍｏ　　および／又
はｗ４モル比で０．０１〜０．５０までＴａ。

Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖのうちの１種又は２種以上で置換された
焼結硬質合金をも提供する。

さらに本発明は以上の焼結硬質合金を製造する方法とし
て、Ｔｌｔ−主成分とする炭窒化物の硬ｌＲ柾と、鉄族
金屑およびクロム族金旅の１ａ又は２種以上からなり合
金全体の５０〜４０重μ″％である結合金属とからな）
、該炭窒化物組成が下記式％式％）（式中、ｘ＋　Ｙは金６元索のモル分率、ｕ、ｖは非金
属元素のモル分率、ｘ　＋　ｙ　＝　１．０、Ｕ＋マ＝
１．０．２は化学量論的パラメーターでろ９０．８０≦
２≦１．０２である。また、ｙの値は０．０４から０．
４０であり、マの値は０．３０〜０．５５である。）で
表される焼結硬質合金の製造方法であって、Ａ＋Ｂ（モ
ル比）が０．５以上のＴｌ（ＯＡＮＢ）　　および／又
は、−ｒＴ−Ｔ（モル比）が０．３以下で、。＋Ｆ（モ
ル比）が０．５以上の（Ｔｉｃ　（Ｍｏおよび／又はＷ
　）Ｄ）　（ＣＥＮＦ）　　の炭鷺化物固溶体粉末に、
結合金属として鉄族およびクロム族金６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０６１〜５００　Ｔｏｒｒ　　の窒素穿囲気中に
て、温度１４００〜１５００Ｃ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。

本発明者らの研究によれば、Ｔｉ　　ｉ主成分とする炭
窒化物の硬質相と鉄族金屑およびクロム族金属の１ａｉ
又は２種以上が５〜４０重景％からなる焼結硬質合金に
おいて、炭窒化物は（ＴｉＸ（ｕｏおよび／又は”）ｙ
）　（ｃｕＮｖ）、であられされ、ＸｅＹは金属元素の
モル分率、Ｕ、マは非金８元素のモル分率、ｘ　＋　ｙ
　＝１．０、ｕ　＋ｖ　＝１．０、ｚＦｉ化学量論的パ
ラメーターであり、０．８０≦２≦１．０２でアシ、ま
たｙの値は０．０４から０．４０であシ、Ｖの値は０．
５０〜０．５５であると、高靭性で耐熱亀裂性に富むこ
とが判明した。

本発明の合金の硬質の炭窒化物においてｙは０．０４か
ら０．４０であって、ｙが０，０４よシ小であると強度
が大巾に低下して欠けやすくなシ、また０、４０を越え
ると耐摩耗性が劣る結果となる。

また２は０．８０以上１．０２以下であル、２が０．８
０よシ小さいと合金中に脆化相が多くなシ欠は易くなり
、又１．０２よシ大きいと遊離炭素が存在し強度が低下
する。

マの値については、０．５０〜０．５５が好ましく、以
下にその根拠を実車データを挙けて説明する。

第１図は（Ｔｉ　（Ｍｏおよび／又はり、）（ＣｕＮｖ
）＋１５％Ｎｉ　　中におけるモル分率Ｖとすくい面の
熱亀裂本む（本）の関係を示すグラフであり、グラフか
ら明らかなように、Ｖが０．３０以上となると、すくい
面の熱亀裂本舷が少なくなる。なお、この時のスライス
切削の条件は、被削拐：ｆ３ｃＭ４５５、切削速度２０
０　ｍ／ｍｉｎ、送ｐ：０．２５ａ−ｗ／刃、切込み＝
２．ＯＷＭで６つだ。

また第１図と同様のサーメット合金について、被削材：
８０Ｍ４３５（溝付）、切削速度１００ｍ　／　ｗｉｎ
　、送ｐ　：　０，２５　ｗａｓ　／　ｒｅｖ　、切込
み＝２．０鵡の断続試験を行った場合の、破損率を第２
図に示すが、Ｖの値が０．５０〜０．５５の範囲におい
て破損率が低いことが明らかである、さらに第５図は第
１図と同様のサーメット合金において、被削材：ｓｃＭ
４ｘｓ、切削速度：１６０１ｎ　／　ｌ１ｉｎ、送ｐ　
：　０．３６　ｗ　／　ｒｅｖ　、切込み：２．Ｏｗｎ
の条件にて連転耐摩耗試験を行った場合のＶの値と逃げ
面摩耗Ｍ　（Ｍ　）の関係を示すグラフでアシ、この結
果から明らかなようにマの値が０．３０〜０．５５の範
囲で逃げ面摩耗量が少ない。

以上の検討の結果からＶの値が０．５０〜０．５５の範
囲であればすくい面の熱亀裂発生・破損率および逃げ面
摩耗量がいずれも少ない。

本発明の焼結硬質合金において炭窒化物を結合する全屈
は、鉄族金属およびクロム族金属の１柿又は２種以上か
らなるが、３Ｍ量％よシ少ないと強度が低下し、４０ｆ
ｉ量％を越えると耐摩耗性が大巾に低下するので、３〜
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およ
び／又はＷ′ｌｉｒモル比で０．０１〜０．５０まで、
Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、　Ｖのうちの１種又は２株以上で置
換することができ、このような置換によって、靭性およ
び耐熱性を向上できるが、モル比が０．０１よシ少ない
とその効果はなく、０．５０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、ＴｉＣ，Ｔ
ｉＮを添加混合する従来法によっても可能であるが、□
（モル比）が０．５以上のＡ＋８Ｔｉ（ＣＡＮ８）のＴ１炭窒化物粉末および／又は了（
モル比）が０．３以下で。＋Ｆ（モル比）が０．５以上
の（Ｔｉｏ（ＭＯおよび／又はＷ）ＤＪ　（ＣＥＮＦ）
の炭窒化物固溶体粉末を用いることによって炭窒化物の
焼結時の窒素分解圧が低下し、合金中の巣が生じに〈〈
なシ、好適に製造できる。

、以上のごときＴ１　　炭窒化物、Ｔ１　　炭窒化物固
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、０．１〜５００　Ｔｏｒ
ｒ　　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シ好ましい。

ｒｉ（ｃＡＮ８）　　中の□＋８が０．５より少ないと
、合金中に窒素を多量に含有することができない０また
（Ｔｉａ（ｕｏおよび／又はＷ）、）　（ＣＥＮＦ）　
　中の「÷１が０．５ヲ越えると、ＭＯ２Ｃ、ＷＣが析
出したシ、高窒素を含有させることができない。

さらに。ヤ、が０．５よシナないと、合金中に窒素−と
多量に含有する仁とができない。

窒素雰囲気にて焼結する際の窒素分圧が０．１’ｒｏｒ
ｒ　　よシ小さいと、脱窒しゃすぐなシ、５００Ｔｏｒ
ｒ　　を越えると合金中に巣が生じ、強度低下をきたし
たシ、表面に炭窒化物の層を生じることによシ、表面が
脆くなる。

焼結温度は１４００〜１５００Ｃ’が好ましく、１４０
０Ｃ以下では合金中に巣を生じて強度が低下し、また＋
５００ｃ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、所期量よ勺少なくなってしま
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、Ｔ　１ｃ　＃　Ｔ　ｘ　Ｎ、　Ｔ　ｘ
　（ｃ　ｏ　、ｓ　Ｎｏ　、ｓ　）　。

Ｔ１（００，４ＮＯ１ｔｓ）　ｌ　（”ｌ）８”０，２
０００．４ＮＯｊ）Ｉ（Ｔ１０，７ｗ０．３）（６０，
５Ｎ０．５）―（”０．７”０．２”０．ｌＸＣ０，５
Ｎ０．７）　ｌ　”ＣＩＮｂＣ，ＺｒＣ，ＶＣ，Ｇｏ、
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〜ｌを製造した。ａ
〜ｅまでは１４００Ｃで１時間真空焼結を行ない、Ｆか
らＸまでは１４５０Ｃで１時間、窒素分圧５０　Ｔｏｒ
ｒ　　で窒素芽凹気焼結を行なった。

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

また従来公知の合金ｊ−ｍを製造し比較例としたが、こ
れについても、同様に表１に示す。

以上の合金ａ　＝　ｍ　Ｉｃついて、以下硬度（ＨＶ）
、抗折力（ｋｙ／ｍ２）を試験し、さらに次の切削試験
を行った。

■　逃げ面摩耗ｆｉｉｔ（＋＝−）切削条件　被削材：　ｓｃＭａ　ｓ　５切削速度：１８
０ｍ／ｗｉｎ送　　シ　：　　０，５　６籠／ｒｅｖ切込み：２２−
０ｔｒｒ切削時間＝　２０分 ■　欠損発生時の送！ｌ）（勧／ｒθマ）切削条件　被
削材：　８０Ｍ４３５（溝付主材）切削速度：　　１　
５０　ｍ／　ｍｉｎ送　シ：変化（漸次上けて、欠損したときの送シを確認）切込み：２．０鵡切削時間：１ｍｉ、ｎ ■　熱亀裂発生本数切削条件（７ライス試験）被削材：８０Ｍ４５５切削速度：　　２００ｍ／ｍｉｎ送　　ル　：０．２０１ＥＩＩ／刃切込み＝２．０■ 切削時間：　　４　０　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
なように、本発明合金は従来の合金に比べ、重切削が可
能で、耐熱性罠優れることがわかる。

〔発明の効果〕

以上詳述の如く、本発明は従来に比してよｐ高靭性で耐
烈亀裂性が向上した優れた焼結硬質合金およびその製造
法であシ、高温での強度低下が少なく元切削や強い割引
を受ける切削に使用可能な焼結硬質合金を、巣の発生が
少なく安定して提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｌＴｉｘ（Ｍｏおよび／又はＷ　）ｙ）　（Ｃ
ｕ　Ｎ　ｖ　）ｚ＋１５％Ｎｉ　　中におけるマの値と
、フライス切削におけるすくい面の熱亀裂発生本数の関
係を示すグラ、７、第２図は第１図と同様のサーメット合金のマの値と、断
続切削試験におりる破損ｔＡ（％）の関係を示すグラフ
、第５図は第１図と同様のサーメット合金のＶの値と、連
続耐摩耗試験における逃げ面摩耗量（ｆｆｌ）の関係を
示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｔｉを主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族の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｝（ＣｕＮｖ）
＿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０．４０で
あり、ｖの値は０．３０〜０．５５である。）で表され
ることを特徴とする焼結硬質合金。
（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）Ｔｉを主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族の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り、該
炭窒化物組成が下記式｛Ｙｉ＿ｘ（Ｍｏおよび／又はＷ）＿ｙ｝（ＣｕＮｖ）
＿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０．４０で
あり、ｖの値は０．３０〜０．５５である。）で表され
る焼結硬質合金の製造方法であって、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｛ＴｉＣ（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、所定の形状にブレスし、
その後、窒素分圧０．１〜５００Ｔｏｒｒの窒素雰囲気
中にて、温度１４００〜１５００℃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。
（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）項記載の焼結硬
質合金の製造方法。