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JP2533872B2 - Composite material for cutting tools - Google Patents
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JP2533872B2 - Composite material for cutting tools - Google Patents

Composite material for cutting tools

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JP2533872B2
JP2533872B2 JP62089050A JP8905087A JP2533872B2 JP 2533872 B2 JP2533872 B2 JP 2533872B2 JP 62089050 A JP62089050 A JP 62089050A JP 8905087 A JP8905087 A JP 8905087A JP 2533872 B2 JP2533872 B2 JP 2533872B2
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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、バイト、カッター、ドリル、エンドミ
ル、ホブ、タップ等に利用する切削工具用複合材料に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite material for a cutting tool used for a cutting tool, a cutter, a drill, an end mill, a hob, a tap, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

首記した如き切削工具の構成材料として従来最も多用
されているのは、高速度工具鋼(以下ハイス鋼と略称す
る)である。これは、鋼中の合金成分として、Cr、Mo、
W、Vなどを含み、熱処理によりこれらの成分の炭化物
を折出させ、通常の鋼よりも耐摩耗性を高めた鋼種であ
る。
High speed tool steel (hereinafter abbreviated as high speed steel) has been most frequently used as a constituent material of the cutting tool as described above. This is an alloying component in steel such as Cr, Mo,
It is a steel type that contains W, V, etc., and has carbides of these components that are extruded by heat treatment to have higher wear resistance than ordinary steel.

次に多く用いられるのがWCをCoで焼結した超硬合金で
ある。これはハイス鋼に比べて炭化物(WC)の量が多
く、耐摩耗性が格段に向上し、また、高温での硬度低下
が少ないことから、高速切削に利用できる。しかし、靭
性の面ではハイス鋼に及ばず、これまでその使用領域が
限定されていた。
The next most frequently used material is cemented carbide obtained by sintering WC with Co. Compared with high-speed steel, it has a larger amount of carbide (WC), has significantly improved wear resistance, and has less hardness reduction at high temperatures, so it can be used for high-speed cutting. However, in terms of toughness, it falls short of that of high-speed steel, and its application area has been limited so far.

そこで、ハイス鋼と超硬合金の間を埋めるべく種々の
改良がなされている。
Therefore, various improvements have been made to fill the gap between high-speed steel and cemented carbide.

まずハイス鋼からの改良として粉末ハイス鋼とコーテ
ィングハイス鋼が挙げられる。前者の粉末ハイス鋼は合
金成分のCr、Mo、W、Vなどの含有量を高めたハイス鋼
の合金粉末をアトマイズ法などにより生成し、これを熱
間静水圧プレス等により焼結したものである。従来の溶
製法では合金成分を多くすると炭化物粒子の粗大化が避
けられず、このため、靭性の低下が著しく、また、研削
が困難になるという問題があったが、粉末法によりこれ
らの炭化物を微細に分散することが可能となり、靭性を
保ったまま耐摩耗性を上げるとともに、研削性を向上さ
せることに成功している。次に、コーティングハイス鋼
は従来のハイス鋼の表面にPVD法等によりTiC、TiN等の
硬質セラミックスを数μmから十数μmの厚みにコーテ
ィングしたもので、この硬質セラミックスが耐摩耗性を
向上させている。
First, as an improvement over HSS steel, powder HSS steel and coated HSS steel are mentioned. The former powdered high-speed steel is produced by atomizing the alloy powder of high-speed steel with an increased content of Cr, Mo, W, V, etc., which is an alloying component, and sintering it by hot isostatic pressing. is there. In the conventional melting method, coarsening of carbide particles is unavoidable when the alloy component is increased, and therefore, there is a problem that the toughness is remarkably reduced and grinding becomes difficult. It is possible to disperse finely, and it has succeeded in improving wear resistance and grindability while maintaining toughness. Next, the coated high-speed steel is a conventional high-speed steel coated with hard ceramics such as TiC and TiN to a thickness of several μm to several tens of μm by the PVD method, etc., and this hard ceramics improves wear resistance. ing.

一方、超硬合金からの改良としては、WCの粒子を極微
細(1μm以下)にして合金の強度を向上し、信頼性を
高めている例がある。
On the other hand, as an improvement from the cemented carbide, there is an example in which the WC particles are made extremely fine (1 μm or less) to improve the strength of the alloy and enhance the reliability.

また、ハイス鋼の靭性と超硬合金の耐摩耗性という両
方の利点を兼ね備える方法として、ハイス鋼で中心軸を
作り、その外側に超硬合金の筒をはめ込み両者を接合
(例えば「焼ばめ」によって)する技術も提案されてい
る。
In addition, as a method that combines the advantages of both the toughness of high-speed steel and the wear resistance of cemented carbide, a central axis is made of high-speed steel and a cemented carbide tube is fitted on the outside of the central axis to bond the two (for example, "shrink fit"). Technology is also proposed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来技術のうち、溶製法によるハイス鋼は、
耐熱性、耐摩耗性に乏しく、切削速度を上げると刃先温
度が上がり、刃先が変形して使用不能になる。これは、
粉末ハイス鋼についても同様で、若干の性能向上は認め
られるものの、根本的な解決にはなっていない。また、
コーティング鋼は、確かに耐摩耗性の向上に効果がある
が、コーティング層の厚みは数μm〜十数μmであり、
刃先温度が上昇するとやはり変形して使えなくなり、し
かもコーティング層が消耗するとこの傾向が一層著しく
なる。このように、ハイス鋼(各種)は基本的に鉄ベー
ス合金のため、焼戻し温度以上の温度域(通常600℃以
上と考えられる)では使いものにならず、従って、切削
温度や送りを上げて加工能率の向上を図ろうとしても、
自ずと限界が生じる。
Among the above-mentioned conventional technologies, high-speed steel manufactured by the melting method is
It has poor heat resistance and wear resistance, and when the cutting speed is increased, the cutting edge temperature rises and the cutting edge becomes deformed, making it unusable. this is,
The same applies to the powdered high-speed steel, and although some performance improvement is recognized, it has not been a fundamental solution. Also,
Coated steel is certainly effective in improving wear resistance, but the thickness of the coating layer is from several μm to several tens of μm.
When the temperature of the cutting edge rises, it also deforms and becomes unusable, and when the coating layer is consumed, this tendency becomes more remarkable. In this way, high-speed steels (various types) are basically iron-based alloys, so they cannot be used in the temperature range above the tempering temperature (usually considered to be 600 ° C or higher), so the cutting temperature and feed rate must be increased for processing. Even if you try to improve efficiency,
There are limits naturally.

次に、超硬合金では強度的にはハイス硬と同等程度
(抗折力で500kg/mm2程度)のものが得られているが、
炭化物の量が多い脆性材料であることに変りはなく、突
然刃先が欠けたり、根本から折れたりすることがあり、
信頼性に乏しく、加工の無人化等に対応することが難し
かった。
Next, with cemented carbide, the strength is about the same as HSS hardness (with a transverse rupture strength of about 500 kg / mm 2 ).
There is no change that it is a brittle material with a large amount of carbide, and the cutting edge may suddenly chip off or break from the root,
The reliability was poor and it was difficult to deal with unmanned processing.

また、ハイス鋼と超硬合金を接合したものは、超硬合
金と比較して靭性は向上するものの、時々接合部から割
れることがあり、十分満足できる性能ではなかった。
Moreover, although the toughness of the high-speed steel and cemented carbide joined was improved compared to the cemented carbide, the joint sometimes cracked, and the performance was not sufficiently satisfactory.

この発明は、上記の問題点を解決して強靭性と優れた
耐摩耗性の両特性を両立させることを目的としている。
It is an object of the present invention to solve the above problems and achieve both toughness and excellent wear resistance.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明の工具材料は、中心部に靭性の高い鋼を用
い、その外側に耐摩耗性の高い超硬合金を気相合成と焼
成によって形成した複合材料であって、中心の鋼と外側
の超硬合金層との間には中間層をはさんだ構造と成して
ある。
The tool material of the present invention is a composite material in which high-toughness steel is used in the center part, and a cemented carbide with high wear resistance is formed on the outside by vapor phase synthesis and firing. An intermediate layer is sandwiched between the hard alloy layer and the hard alloy layer.

なお、超硬合金層の厚みは、工具全体の厚み又は径の
1%以上、10%以下とするのが望ましい。
The thickness of the cemented carbide layer is preferably 1% or more and 10% or less of the thickness or diameter of the entire tool.

また、この超硬合金層は、IV a、V a、VI a族金属の
1種又は2種以上の炭化物、窒化物又は炭窒化物と鉄族
金属で構成するが、その望ましい組成は、WC:5〜95重量
%、WC以外のIV a、V a、VI a族金属の炭化物、窒化物
又は炭窒化物:0〜95重量%、鉄族金属:3〜40重量%であ
る。この層の組成は、更に鋼との界面付近では鉄金属に
富み、これから表面に向かうに従って徐々に鉄族金属が
減少した構造にするとより好ましい形態ができる。
The cemented carbide layer is composed of one or more carbides, nitrides or carbonitrides of group IVa, Va, and VIa metals and an iron group metal, and the desirable composition is WC. : 5 to 95% by weight, carbides, nitrides or carbonitrides of group IVa, Va, and VIa metals other than WC: 0 to 95% by weight, iron group metals: 3 to 40% by weight. The composition of this layer is more rich in iron metal in the vicinity of the interface with the steel, and a structure in which the iron group metal gradually decreases from the surface toward the surface can be more preferable.

このほか、中間層は、熱膨張係数が中心の鋼よりは小
さく、外側の超鋼合金よりは大きい物質で形成するのが
よい。これ等の点に関しての理由は後述する。
In addition, the intermediate layer is preferably formed of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the central steel and larger than that of the outer superalloy. The reasons for these points will be described later.

中心の鋼は、工具全体の靭性を向上させるためのもの
で、工具に対して働く引張、圧縮、曲げ、せん断などの
応力に対しての耐性をこの鋼で確保する。従って、高強
度な鋼が望まれるが外側の超硬合金層が摩滅した場合の
ことを考慮すると、従来使われているハイス鋼(溶製又
は粉末治金製)が最も好ましい。
The steel at the center is for improving the toughness of the entire tool, and this steel ensures resistance to stress such as tension, compression, bending, and shear acting on the tool. Therefore, in consideration of the case where high strength steel is desired but the outer cemented carbide layer is worn away, conventionally used high-speed steel (melt or powder metallurgy) is most preferable.

外側の超硬合金層は、耐熱性、耐摩耗性を得るための
もので、その層は気相合成されたIV a、V a、VI a族金
属の炭化物と鉄族金属を中心の鋼の上に堆積させ、これ
を焼結して作る。気相合成の炭化物、窒化物を使う理由
は、まず第一に超微粒子が得られることが挙げられる。
超硬合金の強度は、内在する欠陥に依存することが知ら
れており、その欠陥として、ポア(空孔)、粗粒WC、バ
インダー(Co)プール等が報告されている。これらの欠
陥の大きさが小さくなるほど合金の強度は増大するが、
この欠陥が合金中のWC粒径と同じ大きさになるとそれ以
上の強度向上は望めない。そこで、WCの粒径を小さくし
た超微粒超硬合金が開発されているが、その場合でも、
WCの粒径は0.5μm程度が限度である。しかるに、気相
法によると0.1μm以下の超微粒子が比較的容易に得ら
れ、焼結後の粒径を小さく抑えられて合金の強度が飛躍
的に向上する。
The outer cemented carbide layer is for obtaining heat resistance and wear resistance, and the layer is made of vapor-synthesized IVa, Va, and VIa group metal carbides and iron group metal-based steels. It is made by depositing it on top and sintering it. The reason why vapor-phase synthesized carbides and nitrides are used is that ultrafine particles can be obtained.
It is known that the strength of cemented carbide depends on internal defects, and as the defects, pores (voids), coarse grains WC, binder (Co) pool, etc. have been reported. As the size of these defects decreases, the strength of the alloy increases,
If this defect has the same size as the WC grain size in the alloy, further improvement in strength cannot be expected. Therefore, ultra-fine grained cemented carbide with a reduced WC grain size has been developed.
The particle size of WC is limited to about 0.5 μm. However, according to the vapor phase method, ultrafine particles of 0.1 μm or less can be obtained relatively easily, the grain size after sintering can be suppressed to a small value, and the strength of the alloy can be dramatically improved.

また、超微粒子のため、刃立ち性が良くなる利点もあ
る。即ち、ドリル、エンドミルなどの刃部を形成する
際、エッジ部分は薄くなることから、粗い粒子がある
と、その部分でチッピングが生じて刃先が欠損する場合
があるが、超微粒子であると、そのような問題が起きな
い。
Further, since they are ultrafine particles, there is also an advantage that the blade sharpness is improved. That is, when forming a blade portion of a drill, end mill, etc., since the edge portion becomes thin, if there are coarse particles, chipping may occur at that portion and the blade edge may be lost, but if it is ultrafine particles, No such problem occurs.

更に、超微粒子としたことで、焼結性が向上し、低温
での焼結が可能になる。
Furthermore, by using ultrafine particles, the sinterability is improved and it becomes possible to sinter at a low temperature.

気相合成を使う理由の第二として、結合金属の粒子と
容易に混合可能な点が挙げられる。従来の超硬合金の製
造は、炭化物、窒化物と結合金属とを一緒に溶媒中でボ
ールミル混合し、次いでプレスし、焼結するというプロ
セスに従っており、混合が十分でないと出来る合金が不
均一になるという問題があった。これに対し、気相合成
された炭化物、窒化物粒子は、結合金属である鉄族金属
粒子と気相中で混合することができる。気相中の混合の
特徴は粒子の大きさに対して平均自由工程が大きく、速
やかに均一混合体が形成されることである。従って、気
相合成法では短時間で均一な混合体を形成することが可
能で、合金の特性も安定する。
The second reason for using vapor phase synthesis is that it can be easily mixed with particles of a bound metal. Conventional manufacturing of cemented carbide follows the process of ball-milling carbide, nitride and bond metal together in a solvent, then pressing and sintering. There was a problem of becoming. On the other hand, the vapor-phase synthesized carbide and nitride particles can be mixed in the vapor phase with the iron group metal particles as the binding metal. The feature of mixing in the gas phase is that the mean free path is large with respect to the size of the particles, and a uniform mixture is quickly formed. Therefore, in the vapor phase synthesis method, a uniform mixture can be formed in a short time, and the alloy characteristics are stable.

気相合成を使う理由の第三として、組成のコントロー
ルが容易なことが挙げられる。即ち、合成速度あるいは
原料の輸送速度をコントロールすることで炭化物、窒化
物と鉄族金属の割合を任意にかつ連続的に変化すること
ができ、その結果として、超硬合金の組成を中心の鋼と
の界面から表面に向けて連続的に変化させることが可能
になる。前項で、超硬合金の組成は鋼との界面部で鉄族
金属に富み、表面に向かうにつれて鉄族金属が減少して
いるのが望ましいとした理由は、鋼側では超硬合金の性
質が鋼に近づくため、熱膨張係数差が小さくなってその
差による界面部の熱応力が緩和され、一方、表面側では
鉄族金属の減少により耐摩耗性が高まることにあるが、
気相合成によれば、このような組成コントロールが容易
に実施でき、合成設計の自由度が著しく増す。
The third reason for using gas phase synthesis is that the composition can be easily controlled. That is, the ratio of carbides, nitrides and iron group metals can be changed arbitrarily and continuously by controlling the synthesis rate or the transport rate of raw materials. As a result, the steel composition centered on the cemented carbide is used. It becomes possible to change continuously from the interface with and toward the surface. In the preceding paragraph, the composition of the cemented carbide is rich in the iron group metal at the interface with the steel, and it is desirable that the iron group metal decreases as it goes to the surface. As it approaches steel, the difference in the coefficient of thermal expansion becomes smaller, and the thermal stress at the interface due to the difference is relaxed. On the other hand, on the surface side, wear resistance increases due to the decrease in the iron group metal.
According to the gas phase synthesis, such composition control can be easily performed, and the degree of freedom in synthesis design is significantly increased.

この発明の工具材料の超硬合金層は、上述の気相合成
によって形成されているため、一般的製造法で得られる
超硬合金と比較して特性が一段と向上している。
Since the cemented carbide layer of the tool material of the present invention is formed by the above-mentioned vapor phase synthesis, the characteristics are further improved as compared with the cemented carbide obtained by a general manufacturing method.

次に、中間層であるが、これは焼結後の鋼と超硬合金
の熱膨張係数の差による熱応力の緩和を主目的とし、ま
た、副次的には鋼と超硬合金の接合をより強固にすると
共に、両者の合金成分が拡散して特性が劣化することを
防ぐ働きをする。また、中間層の構成物質は、熱膨張係
数が鋼と外側の超硬合金との間にあるのが望ましいとし
たのは、この中間層の主目的が加熱応力の緩和にあるこ
とによる。
Next, regarding the intermediate layer, this is mainly aimed at relaxing thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the steel and cemented carbide after sintering, and secondarily, the joining of steel and cemented carbide. And strengthens the alloy, and prevents the alloy components of both from diffusing and deteriorating the characteristics. The reason why the constituent material of the intermediate layer preferably has a coefficient of thermal expansion between that of steel and the cemented carbide on the outside is that the main purpose of this intermediate layer is to alleviate the heating stress.

なお、熱膨張係数はハイス鋼(SKH57)で約12×10-6/
℃、超硬合金では約5×10-6/℃である。これを考える
と中間層として好適なものとしては、Cr、Hf、Tr、Mo、
Nb、Pd、Pt、Ro、Rh、Ru、Sb、Si、Ta、Ti、V、Zr、Al
2O3、MoSi2、TiC、TiO2、ThO2、Y2O3、UO2、ZrO2その他
ムライト、スピネル等が挙げられるが、本発明にいう中
間層の材質は上に挙げた例に限定されない。また、中間
層を単一のものでなく多層にすることも当然本発明の範
疇に含まれる。
The thermal expansion coefficient of high-speed steel (SKH57) is about 12 × 10 -6 /
℃, about 5 × 10 -6 / ℃ for cemented carbide. Considering this, as a suitable intermediate layer, Cr, Hf, Tr, Mo,
Nb, Pd, Pt, Ro, Rh, Ru, Sb, Si, Ta, Ti, V, Zr, Al
2 O 3 , MoSi 2 , TiC, TiO 2 , ThO 2 , Y 2 O 3 , UO 2 , ZrO 2 and other mullite, spinel, etc. are mentioned, but the material of the intermediate layer in the present invention is the above-mentioned examples. Not limited. In addition, it is naturally included in the scope of the present invention that the intermediate layer is not a single layer but a multilayer.

次に、超硬合金層の厚みを、工具全体の厚み又は径に
対する比率で1〜10%が望ましいとしたのは、1%以下
では満足な耐熱性、耐摩耗性が得られず、一方10%を越
すと靭性の低下が著しくなるからである。
Next, the thickness of the cemented carbide layer is preferably 1 to 10% in terms of the ratio to the thickness or diameter of the entire tool. The reason is that if it is 1% or less, satisfactory heat resistance and wear resistance cannot be obtained. This is because if it exceeds%, the toughness is significantly reduced.

また、超硬合金は、WC:5〜95重量%、これ以外のIV
a、V a、VI a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物:0〜95
重量%、鉄族金属:3〜40重量%の組成が望ましいとした
のは、この組成が最大の効果を引き出せるからである。
即ち、WCは合金の耐熱性、耐摩耗性の向上に寄与する
が、その含有量が5重量%以下では上記2つの特性を十
分に高め得ず、一方、95重量%を超えると靭性が低下す
る。IV a、V a、VI a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化
物は合金の耐熱性、耐摩耗性を更に高める効果がある
が、含有量が95重量%を超えるとやはり靭性が低下す
る。また、鉄族金属は合金の靭性を高めるが、3%以下
では効果が薄く、40%を越すと耐摩耗性が悪化する。
Cemented carbide has a WC of 5 to 95% by weight, other than IV
Carbides, nitrides, and carbonitrides of a, Va, and VIa metals: 0 to 95
The composition of wt% and iron group metal: 3 to 40 wt% is preferable because this composition can bring out the maximum effect.
That is, WC contributes to the improvement of heat resistance and wear resistance of the alloy, but if the content of WC is 5% by weight or less, the above two properties cannot be sufficiently enhanced, while if it exceeds 95% by weight, the toughness decreases. To do. Carbides, nitrides, and carbonitrides of group IVa, Va, and VIa metals have the effect of further increasing the heat resistance and wear resistance of the alloy, but if the content exceeds 95% by weight, the toughness also decreases. . Further, the iron group metal enhances the toughness of the alloy, but if the content is 3% or less, the effect is small, and if it exceeds 40%, the wear resistance deteriorates.

以下に、この発明の実施例を挙げる。 Examples of the present invention will be given below.

〔実施例1〕 高速度工具鋼製のエンドミル(SKH56、2枚刃、刃径
9.0mm)Eを用いてこれを添付図に示す超硬合金層生成
装置1中に入れ、まずTi粒子生成装置2からTiの粒子流
を導入してエンドミルの表面に中間層としてのTi層を20
μmの厚みで堆積させた。その後、WC気相合成装置3
と、Co微粒子生成装置4を稼動させ、WC超微粒子とCo微
粒子を混合しながらエンドミル上に堆積させた。このと
き、堆積時間を変えて種々の厚みのWC−Co混合層を作っ
た。そして、得られたエンドミルを焼結炉に装入し、13
00℃の温度で真空焼結を行った後、所定の工具形状に研
削加工した。
[Example 1] End mill made of high-speed tool steel (SKH56, 2-flute, blade diameter
9.0 mm) E was put into the cemented carbide layer generator 1 shown in the attached drawing, and a Ti particle flow was first introduced from the Ti particle generator 2 to form a Ti layer as an intermediate layer on the surface of the end mill. 20
It was deposited to a thickness of μm. After that, WC vapor phase synthesizer 3
Then, the Co fine particle generator 4 was operated, and the WC ultrafine particles and the Co fine particles were mixed and deposited on the end mill. At this time, the WC-Co mixed layer having various thicknesses was formed by changing the deposition time. Then, insert the obtained end mill into a sintering furnace,
After performing vacuum sintering at a temperature of 00 ° C., it was ground into a predetermined tool shape.

試作品の超硬合金部分の厚みの工作径に対する割合を
第1表に示す。次にこの試料を耐摩テストと切削テスト
に供した。テスト条件は以下の如くである。
Table 1 shows the ratio of the thickness of the cemented carbide part of the prototype to the working diameter. Next, this sample was subjected to an abrasion resistance test and a cutting test. The test conditions are as follows.

テスト1(耐摩テスト) 被削材 SKD11 切削速度 30m/min テーブル送り 50mm/min 切込み 10mm 切削様式 溝切削 寿命基準 外周刃摩耗巾0.4mm テスト2(折損テスト) 被削材 S50C 切削速度 40m/min テーブル送り 200mm/min〜 切込み 10mm 切削様式 溝切削 寿命基準 折損するときのテーブル送り このテスト結果を第1表に併記した。なお比較のため
ハイス鋼、粉末ハイス鋼、コーティングハイス鋼、超硬
合金製のエンドミルについても同一条件でテストし、そ
の結果も第1表に示した。
Test 1 (Abrasion resistance test) Work material SKD11 Cutting speed 30m / min Table feed 50mm / min Cutting depth 10mm Cutting style Groove cutting life standard Peripheral blade wear width 0.4mm Test 2 (Fracture test) Work material S50C Cutting speed 40m / min Table Feed 200mm / min ~ depth of cut 10mm Cutting method Groove cutting life standard Table feed when breakage This test result is also shown in Table 1. For comparison, high-speed steel, powdered high-speed steel, coated high-speed steel, and cemented carbide end mills were also tested under the same conditions, and the results are also shown in Table 1.

〔実施例2〕 5mm径の合金鋼(SCM435)の丸棒に表面に、中間とし
てPtを5μm堆積させた後、各種組成にコントロールし
た超硬合金層を堆積させ、次いで焼結を行い、その後、
この複合体をドリルに加工した。超硬合金層の厚みは0.
25mmであった。
Example 2 After depositing 5 μm of Pt as an intermediate on the surface of a round bar of alloy steel (SCM435) having a diameter of 5 mm, a cemented carbide layer controlled to various compositions was deposited, followed by sintering, and then ,
This composite was processed into a drill. The thickness of the cemented carbide layer is 0.
It was 25 mm.

このドリルを以下に示す条件で切削テストに供した。
各合金の組成とテスト結果を第2表に記す。
This drill was subjected to a cutting test under the following conditions.
Table 2 shows the composition of each alloy and the test results.

被削材 S45C 切削速度 40m/min 送り 0.2mm/rev 穴深さ 35mm (貫通) 被削材振動周波数 2Hz 被削材振動振幅 1mm 寿命基準 折損又は穴径不良になるまでの加工穴数 〔実施例3〕 高速度工具鋼製のスローアウェイチップSNG432(SKH5
7)(チップ厚み4.76mm)の表面に、中間層としてTi層
を5μm堆積させた後、各種組成にコントロールした超
硬合成層を第3表に記したように堆積させ、次いで1280
℃で焼結を行った。このチップを以下に示す条件で切削
テストを供した。結果を第3表に併せて記す。
Work Material S45C Cutting Speed 40m / min Feed 0.2mm / rev Hole Depth 35mm (Through) Work Material Vibration Frequency 2Hz Work Material Vibration Amplitude 1mm Life Standard Number of Holes drilled until breakage or defective hole diameter [Example 3] Throw-away tip SNG432 (SKH5) made of high-speed tool steel
7) Deposit 5 μm of Ti layer as an intermediate layer on the surface of (chip thickness 4.76 mm), then deposit a cemented carbide layer controlled to various compositions as shown in Table 3, then 1280
Sintering was performed at ° C. This chip was subjected to a cutting test under the following conditions. The results are also shown in Table 3.

被削材:SCM435 4溝材 切削速度:120m/分 送り:0.25mm/rev. 切込み:1.5mm 工具ホルダ:FN11R−44A 寿命基準:5分切削の後の逃げ面摩耗幅VB(mm)が欠損し
た時間 〔効果〕 以上述べたように、この発明の切削工具材料は、中心
部に鋼をおき、また、その外側には気相合成と焼成によ
って作られた超硬合金層をおき、さらに、中心の鋼と外
側の超硬合金層との間には中間層を配した構成とするこ
とにより、鋼のもつ強靭成と超硬合金のもつ優れた耐摩
耗性を兼備させ、しかもこれ等の特性が安定に維持され
るようにしたものであるから、切削工具の性能と信頼性
が飛躍的に向上し、そのために、工具の使用条件、即
ち、切削速度や送り速度を上げて効果能率をたかめるこ
とが可能になり、また、加工機の長時間の無人運転にも
対応できるようになると云う効果が得られる。
Work Material: SCM435 4 Groove Material Cutting Speed: 120m / min Feed: 0.25mm / rev. Depth of Cut: 1.5mm Tool Holder: FN11R-44A Life Standard: 5min Flank Wear Width V B (mm) After Cutting Missing time [Effect] As described above, the cutting tool material of the present invention has steel in the center, and a cemented carbide layer formed by vapor phase synthesis and firing on the outside thereof, and further, By arranging an intermediate layer between the steel and the outer cemented carbide layer, it has both the toughness of steel and the excellent wear resistance of cemented carbide. Since it is designed to be stably maintained, the performance and reliability of the cutting tool will be dramatically improved, and for that purpose, the operating conditions of the tool, that is, the cutting speed and feed rate should be increased to improve the efficiency. It is also possible to obtain the effect that it becomes possible to cope with the unmanned operation of the processing machine for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

添付図は、この発明の工具材料の製造に用いる装置の一
例の概略構成を示す線図である。 1……超硬合金層生成装置、2……Ti粒子生成装置、3
……WC機相合成装置、4……Co微粒子生成装置、5……
炉体、6……ヒータ、7……ヒータ用電源、8、8′…
…微粒子導入管、9……Ti原料、10……蒸発用電子銃、
11……Co原料、12……蒸発用電源、13……輸送管、14…
…炭化物、窒化物生成用原料、15……アーク放電用電源
The attached drawing is a diagram showing a schematic configuration of an example of an apparatus used for producing the tool material of the present invention. 1 ... Cemented carbide layer generator, 2 ... Ti particle generator, 3
...... WC phase synthesizer, 4 Co particle generator, 5
Furnace body, 6 ... Heater, 7 ... Heater power supply, 8, 8 '...
… Particle introduction tube, 9 …… Ti raw material, 10 …… Evaporation electron gun,
11 …… Co raw material, 12 …… Evaporation power supply, 13 …… Transport pipe, 14…
… Raw materials for producing carbides and nitrides, 15… Power source for arc discharge

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】中心部の鋼の外側に、気相合成されたIV
a、V a、VI a族金属の1種又は2種以上の炭化物、窒素
物又は炭窒化物と鉄族金属から成る超硬合金層を焼成し
て設け、さらに、上記中心部の鋼と外側の超硬合金層と
の間に中間層をはさんで成る切削工具用複合材料。
1. A vapor-phase synthesized IV is formed on the outside of the steel in the center.
a, V a, VI a group 1 metal or 2 or more types of carbide, nitrogen or carbonitride, and a cemented carbide layer made of an iron group metal are provided by firing; A composite material for cutting tools that has an intermediate layer sandwiched between it and a cemented carbide layer.
【請求項2】上記超硬合金層の厚みが工具全体の厚み又
は径の1%以上、10%以下であることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載の切削工具用複合材料。
2. The cutting tool composite material according to claim 1, wherein the cemented carbide layer has a thickness of 1% or more and 10% or less of the thickness or diameter of the entire tool. .
【請求項3】上記超硬合金の組成が、WC:5〜95重量%、
WC以外のIV a、V a、VI a族金属の炭化物、窒化物又は
炭窒化物:0〜95重量%、鉄族金属:3〜40%であることを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項記
載の切削工具用複合材料。
3. The composition of the cemented carbide is WC: 5 to 95% by weight,
Carbide, nitride or carbonitride of a group IVa, Va, or VIa metal other than WC: 0 to 95% by weight, iron group metal: 3 to 40%. The composite material for a cutting tool according to item 1) or (2).
【請求項4】上記中間層を、熱膨張係数が中心の鋼より
は小さく、外側の超硬合金よりは大きな物質で形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項乃至第
(3)項のいずれかに記載の切削工具用複合材料。
4. The intermediate layer is formed of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the steel at the center and larger than that of the cemented carbide on the outside. The composite material for a cutting tool according to any one of 3).
【請求項5】上記超硬合金層は、鋼との界面付近で鉄族
金属に富み、表面に至るにつれて鉄族金属が減少してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項乃至第
(4)項のいずれかに記載の切削工具用複合材料。
5. The cemented carbide layer is rich in an iron group metal in the vicinity of the interface with steel, and the iron group metal decreases as it reaches the surface. Through the composite material for a cutting tool according to any one of (4).
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