JP7748024B2 - sintered cermet - Google Patents
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Description
本発明は、サーメット焼結体に関する。 The present invention relates to a sintered cermet body.
サーメット製工具は、超硬合金製工具に比べて鉄との耐反応性や高温強度に優れている。そのため、サーメット製工具は、このような特性を生かして鉄系材料などの仕上げ加工に多く使用されている。 Cermet tools have superior resistance to reactivity with iron and high-temperature strength compared to cemented carbide tools. Therefore, cermet tools take advantage of these properties and are often used for finishing iron-based materials.
これまで様々なサーメット製工具が提案されており、例えば、特許文献1には、工具本体への取り付け用貫通穴を有する炭窒化チタン基サーメット製切削インサートにおいて、上記貫通穴内面の表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μmを超えており、一方、上記インサートの逃げ面およびチップブレーカの表面粗さは、カットオフ値0.08mmにおける算術平均粗さRaで0.2μm以下であり、さらに、上記インサート表面部の硬質相の残留応力が、圧縮で450MPa以上であることを特徴とする炭窒化チタン基サーメット製切削インサートが提案されている。 Various cermet tools have been proposed to date. For example, Patent Document 1 proposes a titanium carbonitride-based cermet cutting insert having a through hole for attachment to the tool body, in which the surface roughness of the inner surface of the through hole exceeds 0.2 μm in arithmetic mean roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, while the surface roughness of the flank face and chip breaker of the insert is 0.2 μm or less in arithmetic mean roughness Ra at a cutoff value of 0.08 mm, and further the residual stress in the hard phase of the insert surface is 450 MPa or more in compressive strength.
近年の切削加工の高速化及び省力化に対する要求が一層厳しくなり、これに伴い、高速切削や、高送り及び高切り込みなどの重切削が望まれる傾向にある。このような過酷な高速切削条件においては、従来よりも工具寿命が低下する傾向が見られるようになってきている。 In recent years, demands for faster and more labor-efficient cutting have become even stricter, leading to a trend toward higher speeds and heavy cutting, such as high feed rates and large depths of cut. Under these harsh high-speed cutting conditions, tool life tends to be shorter than before.
特許文献1では、サーメット製工具の表面にウエットブラスト処理を施し、工具の表面を平滑化すると同時に、インサート表面に所定の圧縮残留応力を付与することによって、ある程度、工具の耐欠損性を向上させているが、未だ十分な性能であるとは言えない。また、特許文献1に記載のサーメット製切削インサートは、耐摩耗性及び耐塑性変形性の改善はなされていないため、高速切削では工具寿命を長くし難い。 In Patent Document 1, the surface of a cermet tool is wet-blasted to smooth the tool surface and impart a predetermined compressive residual stress to the insert surface, thereby improving the tool's fracture resistance to some extent. However, this is still not sufficient performance. Furthermore, the cermet cutting insert described in Patent Document 1 does not have improved wear resistance or plastic deformation resistance, making it difficult to extend the tool's life in high-speed cutting.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、工具寿命を延長することができるサーメット焼結体を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a sintered cermet that has excellent chipping resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance, and can extend tool life.
本発明者は、サーメット焼結体の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、サーメット焼結体を特定の構成にすると、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させることが可能となり、その結果、サーメット焼結体の工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors conducted extensive research into extending the tool life of sintered cermets and discovered that a specific configuration of sintered cermets not only provides excellent fracture resistance, but also improves wear resistance and plastic deformation resistance, thereby extending the tool life of sintered cermets. This discovery led to the completion of the present invention.
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
[1]
硬質相及び結合相を含むサーメット焼結体であって、
前記硬質相が、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、
前記結合相が、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、
前記硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、
前記結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、
前記硬質相は、
(i)X線回折(XRD)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、
(ii)X線回折(XRD)測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、
を含み、
前記第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、
前記結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、
第1硬質相富化領域の厚みが、0μm以上1.0μm以下であり、
表面結合相割合が、0.80以上0.95以下である、サーメット焼結体。
[2]
表面窒素割合が、0.42以上0.50以下である、[1]に記載のサーメット焼結体。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1]
A sintered cermet comprising a hard phase and a binder phase,
the hard phase is a phase containing a carbonitride, a carbide, or a nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr,
the binder phase is a phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni, and Fe,
The content of the hard phase is 82% by mass or more and 93% by mass or less,
The content of the binder phase is 7% by mass or more and 18% by mass or less,
The hard phase is
(i) a first hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 123.5° or more and 125.0° or less in X-ray diffraction (XRD) measurement;
(ii) a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 121.0° or more and less than 123.5° in X-ray diffraction (XRD) measurement;
Including,
the residual stress of the second hard phase is −1000 MPa or more and −600 MPa or less,
The residual stress of the binder phase is −600 MPa or more and −200 MPa or less,
The thickness of the first hard phase enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less,
A cermet sintered body having a surface binder phase ratio of 0.80 or more and 0.95 or less.
[2]
The cermet sintered body according to [1], wherein a surface nitrogen ratio is 0.42 or more and 0.50 or less.
本発明のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、工具寿命を延長することができる。 The cermet sintered body of the present invention has excellent chipping resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance, allowing for extended tool life.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 The following provides a detailed description of an embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as "the present embodiment"); however, the present invention is not limited to the present embodiment. Various modifications of the present invention are possible without departing from the spirit of the present invention. In the drawings, identical elements are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. Furthermore, unless otherwise specified, positional relationships such as up, down, left, and right will be based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to those shown.
本実施形態のサーメット焼結体は、硬質相及び結合相を含み、硬質相が、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、結合相が、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、硬質相は、(i)X線回折(以下「XRD」とも記す。)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、(ii)XRD測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含み、第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、下記の方法で算出する第1硬質相富化領域の厚み(以下、単に「第1硬質相富化領域の厚み」とも記す。)が、0μm以上1.0μm以下であり、下記の方法で算出する表面結合相割合(以下、単に「表面結合相割合」とも記す。)が、0.80以上0.95以下である。
(第1硬質相富化領域の厚みの算出方法)
サーメット焼結体表面に垂直な断面の反射電子(以下「BSE」とも記す。)観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引く。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとする。このとき、線分の長さは20μm以上とした。
(表面結合相割合の算出方法)
サーメット焼結体表面に垂直な断面において、エネルギー分散型X線分析装置(以下「EDS」とも記す。)付き走査型電子顕微鏡(以下「SEM」とも記す。)を用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とする。
The cermet sintered body of the present embodiment includes a hard phase and a binder phase, the hard phase being a phase containing a carbonitride, carbide, or nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr, the binder phase being a phase containing at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, and Fe, the content of the hard phase being 82 mass% or more and 93 mass% or less, the content of the binder phase being 7 mass% or more and 18 mass% or less, and the hard phase having (i) a cubic crystal structure which shows a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 123.5° or more and 125.0° or less in X-ray diffraction (hereinafter also referred to as "XRD") measurement. and (ii) a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 121.0° or more and less than 123.5° in XRD measurement, wherein the residual stress of the second hard phase is −1000 MPa or more and −600 MPa or less, the residual stress of the binder phase is −600 MPa or more and −200 MPa or less, the thickness of the first hard phase-enriched region calculated by the method below (hereinafter also simply referred to as “thickness of the first hard phase-enriched region”) is 0 μm or more and 1.0 μm or less, and the surface binder phase ratio calculated by the method below (hereinafter also simply referred to as “surface binder phase ratio”) is 0.80 or more and 0.95 or less.
(Method for calculating thickness of first hard phase enriched region)
In a backscattered electron (hereinafter also referred to as "BSE") observation image of a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body, lines parallel to the surface of the cermet sintered body are drawn at 0.5 μm intervals from the surface of the cermet sintered body inward. When the length of the lines is taken as 100%, the shortest distance between the surface of the cermet sintered body and a line segment that crosses the first hard phase at a rate of less than 30% is defined as the thickness of the first hard phase-enriched region. In this case, the length of the lines is set to 20 μm or more.
(Method of calculating the surface bonded phase ratio)
In a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body, the mass percentages of Co, Ni, and Fe are analyzed at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body (surface portion) and at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body (interior portion) using a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as "SEM") equipped with an energy dispersive X-ray analyzer (hereinafter also referred to as "EDS"). The EDS analysis is performed by area analysis of a 10 μm × 10 μm region centered on the above analysis position. The surface binder phase ratio is determined by dividing the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the surface portion by the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the interior.
このようなサーメット焼結体が、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させ、工具寿命を延長することができる要因は、詳細には明らかではないが、本発明者はその要因を下記のように考えている。ただし、要因はこれに限定されない。すなわち、硬質相の含有割合が82質量%以上であると、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。一方、硬質相の含有割合が93質量%以下であると、相対的に結合相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。また、結合相の含有割合が7質量%以上であると、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。一方、結合相の含有割合が18質量%以下であると、相対的に硬質相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。また、第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上であると、硬質相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、第2硬質相の残留応力が、-600MPa以下であると、硬質相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。また、結合相の残留応力が、-600MPa以上であると、結合相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。さらに、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相が硬化して、サーメット焼結体は、耐摩耗性が向上する。また、第1硬質相富化領域の厚みが、1.0μm以下であると、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性が向上する。また、表面結合相割合が、0.80以上であると、相対的に結合相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。一方、表面結合相割合が、0.95以下であると、相対的に硬質相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。これらの効果が相俟って、本実施形態のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性を向上させ、工具寿命を延長することができる。 The factors that enable such cermet sintered bodies to have excellent fracture resistance, improved wear resistance and plastic deformation resistance, and extended tool life are not fully understood, but the inventors believe the factors are as follows. However, the factors are not limited to these. Specifically, when the hard phase content is 82% by mass or more, the cermet sintered body has improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. On the other hand, when the hard phase content is 93% by mass or less, the relative content of the binder phase increases, resulting in improved toughness and excellent fracture resistance. Furthermore, when the binder phase content is 7% by mass or more, the cermet sintered body has improved toughness and excellent fracture resistance. On the other hand, when the binder phase content is 18% by mass or less, the relative content of the hard phase increases, resulting in improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. Furthermore, when the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more, embrittlement of the hard phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the second hard phase is -600 MPa or less, the toughness of the hard phase is improved, and the fracture resistance of the cermet sintered body is excellent. Furthermore, when the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more, embrittlement of the binder phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the toughness of the binder phase is improved, and the fracture resistance of the cermet sintered body is excellent. Furthermore, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the binder phase is hardened, and the wear resistance of the cermet sintered body is improved. Furthermore, when the thickness of the first hard phase-enriched region is 1.0 μm or less, the wear resistance and plastic deformation resistance of the cermet sintered body are improved. Furthermore, when the surface binder phase ratio is 0.80 or more, the binder phase ratio increases relatively, resulting in the cermet sintered body having excellent fracture resistance. On the other hand, when the surface binder phase ratio is 0.95 or less, the hard phase ratio increases relatively, resulting in the cermet sintered body having excellent wear resistance and plastic deformation resistance. These effects combine to provide the cermet sintered body of this embodiment with excellent fracture resistance, improved wear resistance and plastic deformation resistance, and extended tool life.
本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the hard phase is a phase containing a carbonitride, carbide, or nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr, preferably a phase containing a carbonitride or carbide containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr, and more preferably a phase containing a carbonitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Nb, and Zr.
硬質相を構成する具体的な組成としては、特に限定されないが、例えば、TiC、TiN、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr3C2、VC、HfC等が挙げられる。中でも、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr3C2が好ましく、TiCN、WC、NbC、ZrC、Mo2Cがより好ましい。 The specific composition of the hard phase is not particularly limited, but examples thereof include TiC, TiN, TiCN, WC, TaC, NbC, ZrC, Mo2C , Cr3C2 , VC, HfC, etc. Among these, TiCN, WC, TaC, NbC, ZrC, Mo2C , and Cr3C2 are preferred, and TiCN , WC, NbC, ZrC, and Mo2C are more preferred.
本実施形態のサーメット焼結体において、結合相は、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも1種を含む相であることが好ましく、Co及びNiからなる相であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the binder phase is a phase containing at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, and Fe, preferably a phase containing at least one element selected from the group consisting of Co and Ni, and more preferably a phase consisting of Co and Ni.
本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相の含有割合は、82質量%以上93質量%以下である。硬質相の含有割合が82質量%以上であると、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。一方、硬質相の含有割合が93質量%以下であると、相対的に結合相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。同様の観点から、硬質相の含有割合は、84質量%以上90質量%以下であることが好ましく、85質量%以上88質量%以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the hard phase content is 82% by mass or more and 93% by mass or less. When the hard phase content is 82% by mass or more, the cermet sintered body has improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. On the other hand, when the hard phase content is 93% by mass or less, the binder phase content increases relatively, resulting in improved toughness and excellent chipping resistance. From the same perspective, the hard phase content is preferably 84% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 85% by mass or more and 88% by mass or less.
本実施形態のサーメット焼結体において、結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下である。結合相の含有割合が7質量%以上であると、サーメット焼結体は、靭性が向上し、耐欠損性に優れる。一方、結合相の含有割合が18質量%以下であると、相対的に硬質相の含有割合が増加するため、サーメット焼結体は、硬さが向上し、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。同様の観点から、結合相の含有割合は、10質量%以上16質量%以下であることが好ましく12質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the binder phase content is 7% by mass or more and 18% by mass or less. When the binder phase content is 7% by mass or more, the cermet sintered body has improved toughness and excellent chipping resistance. On the other hand, when the binder phase content is 18% by mass or less, the hard phase content increases relatively, so the cermet sintered body has improved hardness and excellent wear resistance and plastic deformation resistance. From the same perspective, the binder phase content is preferably 10% by mass or more and 16% by mass or less, and more preferably 12% by mass or more and 15% by mass or less.
なお、本実施形態において、硬質相及び結合相の含有割合の値(質量%)は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物と、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種との合計100質量%に対する含有割合の値(質量%)となる。
また、本実施形態において、硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μm以上の位置において、EDSを用いて分析することにより測定することができる。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。このとき、Tiは炭窒化物、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrは炭化物として換算した値を、各相の含有割合(質量%)として算出した。具体的には、硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
In this embodiment, the content ratios (mass %) of the hard phase and the binder phase are the values of the content ratios (mass %) relative to a total of 100 mass % of the carbonitride, carbide or nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf and Zr, and at least one element selected from the group consisting of Co, Ni and Fe.
In this embodiment, the hard phase and binder phase contents (mass%) can be measured by EDS analysis at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body. The EDS analysis is performed by area analysis of a 10 μm × 10 μm region centered on the above-mentioned analysis position. In this case, Ti was converted into carbonitride, and W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr were converted into carbides, and the values were calculated as the contents (mass%) of each phase. Specifically, the hard phase and binder phase contents (mass%) can be measured by the method described in the Examples below.
本実施形態のサーメット焼結体において、硬質相は、(i)XRD測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、(ii)XRD測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含む。 In the cermet sintered body of this embodiment, the hard phase includes: (i) a first hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 123.5° or more and 125.0° or less in XRD measurement; and (ii) a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 121.0° or more and less than 123.5° in XRD measurement.
本実施形態において、第1硬質相及び第2硬質相は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像により特定することができる。図1は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像の一例である。当該BSE観察像において、黒色のコントラストを有する部分が、第1硬質相(1)であり、灰色~白色のコントラストを有する部分が、第2硬質相(6)(第2硬質相a(2)、別の第2硬質相b(3)、さらに別の第2硬質相c(4))であり、これらの硬質相間の細長い白色の部分が、結合相(5)である。 In this embodiment, the first hard phase and the second hard phase can be identified by a BSE observation image of the cross-sectional structure inside the cermet sintered body. Figure 1 is an example of a BSE observation image of the cross-sectional structure inside the cermet sintered body. In this BSE observation image, the areas with black contrast are the first hard phase (1), the areas with gray to white contrast are the second hard phase (6) (second hard phase a (2), another second hard phase b (3), and yet another second hard phase c (4)), and the elongated white areas between these hard phases are the binder phase (5).
本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相と第2硬質相との比率は、以下のように評価する。硬質相についての上述のXRD測定で特定した各々の硬質相に由来する2つの回折ピークについて、積分強度を算出する。第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度と、第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度との比率(第1硬質相:第2硬質相)は、1.0:1.5~1.0:3.5であることが好ましく、1.0:2.0~1.0:3.0であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the ratio of the first hard phase to the second hard phase is evaluated as follows. The integrated intensities of the two diffraction peaks resulting from each hard phase identified in the above-described XRD measurement of the hard phases are calculated. The ratio of the integrated intensity of the diffraction peak resulting from the (422) plane of the first hard phase to the integrated intensity of the diffraction peak resulting from the (422) plane of the second hard phase (first hard phase:second hard phase) is preferably 1.0:1.5 to 1.0:3.5, and more preferably 1.0:2.0 to 1.0:3.0.
第1硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 The first hard phase is a phase containing a carbonitride, carbide, or nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr. It is preferably a phase containing a carbonitride or carbide containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr, and more preferably a phase containing a carbonitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Nb, and Zr.
第2硬質相は、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物を含む相であり、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物を含む相であることが好ましく、Ti、W、Mo、Nb及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物を含む相であることがより好ましい。 The second hard phase is a phase containing a carbonitride, carbide, or nitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr. Preferably, the second hard phase is a phase containing a carbonitride or carbide containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr, and more preferably a phase containing a carbonitride containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Nb, and Zr.
本実施形態のサーメット焼結体において、第2硬質相の残留応力は、-1000MPa以上-600MPa以下である。第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上であると、硬質相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、第2硬質相の残留応力が、-600MPa以下であると、硬質相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。同様の観点から、第2硬質相の残留応力は、-950MPa以上-650MPa以下であることが好ましく、-900MPa以上-700MPa以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more and -600 MPa or less. When the residual stress of the second hard phase is -1000 MPa or more, embrittlement of the hard phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the second hard phase is -600 MPa or less, the toughness of the hard phase is improved, and the cermet sintered body has excellent fracture resistance. From the same perspective, the residual stress of the second hard phase is preferably -950 MPa or more and -650 MPa or less, and more preferably -900 MPa or more and -700 MPa or less.
残留応力とは、硬質相及び結合相中に残留する内部応力(固有ひずみ)であって、一般に「-」(マイナス)の数値で表される応力を圧縮応力といい、「+」(プラス)の数値で表される応力を引張応力という。本実施形態においては、残留応力の大小を表現する場合、「+」(プラス)の数値が大きくなる程、残留応力が大きいと表現し、また「-」(マイナス)の数値が大きくなる程、残留応力が小さいと表現するものとする。 Residual stress refers to the internal stress (intrinsic strain) remaining in the hard phase and bonding phase. Generally, stress expressed as a "-" (negative) number is referred to as compressive stress, and stress expressed as a "+" (positive) number is referred to as tensile stress. In this embodiment, when expressing the magnitude of residual stress, the larger the "+" (positive) number, the greater the residual stress; and the larger the "-" (negative) number, the smaller the residual stress.
なお、本実施形態において、第2硬質相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定することができる。立方晶結晶構造を有する第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークを用いて評価する。当該ピークは、2θ-θ測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に存在する。具体的には、第2硬質相の残留応力は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。 In this embodiment, the residual stress of the second hard phase can be measured by the sin 2 ψ method using XRD. It is evaluated using the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase having a cubic crystal structure. This peak is present at a position of 121.0° or more and less than 123.5° in 2θ-θ measurement. Specifically, the residual stress of the second hard phase can be measured by the method described in the examples below.
本実施形態のサーメット焼結体において、結合相の残留応力は、-600MPa以上-200MPa以下である。結合相の残留応力が、-600MPa以上であると、結合相の脆化が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性が向上する。一方、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相の靭性が向上し、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。さらに、結合相の残留応力が、-200MPa以下であると、結合相が硬化して、サーメット焼結体は、耐摩耗性が向上する。同様の観点から、結合相の残留応力は、-550MPa以上-250MPa以下であることが好ましく、-500MPa以上-300MPa以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more and -200 MPa or less. When the residual stress of the binder phase is -600 MPa or more, embrittlement of the binder phase is suppressed, and the fracture resistance of the cermet sintered body is improved. On the other hand, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the toughness of the binder phase is improved, and the fracture resistance of the cermet sintered body is excellent. Furthermore, when the residual stress of the binder phase is -200 MPa or less, the binder phase hardens, and the wear resistance of the cermet sintered body is improved. From the same perspective, the residual stress of the binder phase is preferably -550 MPa or more and -250 MPa or less, and more preferably -500 MPa or more and -300 MPa or less.
なお、本実施形態において、結合相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定することができる。立方晶結晶構造を有する結合相に由来する回折ピークのうち、(311)面に由来する回折ピークを用いて評価する。当該ピークは、2θ-θ測定において、89.5°~93.0°の位置に存在する。具体的には、結合相の残留応力は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。 In this embodiment, the residual stress of the binder phase can be measured by the sin 2 ψ method using XRD. Among the diffraction peaks derived from the binder phase having a cubic crystal structure, the diffraction peak derived from the (311) plane is used for evaluation. This peak is present at a position between 89.5° and 93.0° in 2θ-θ measurement. Specifically, the residual stress of the binder phase can be measured by the method described in the Examples below.
本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相富化領域の厚みは、0μm以上1.0μm以下である。第1硬質相富化領域の厚みが、1.0μm以下であると、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性が向上する。同様の観点から、第1硬質相富化領域の厚みは、0.5μm以下であることが好ましく、0μmであることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the thickness of the first hard phase-enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less. When the thickness of the first hard phase-enriched region is 1.0 μm or less, the wear resistance and plastic deformation resistance of the cermet sintered body are improved. From the same perspective, the thickness of the first hard phase-enriched region is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0 μm.
なお、本実施形態において、第1硬質相富化領域の厚みは、以下の方法で算出する。まず、サーメット焼結体表面に垂直な断面のBSE観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引く。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとする。このとき、線分の長さは20μm以上とした。 In this embodiment, the thickness of the first hard phase-enriched region is calculated using the following method. First, in a BSE observation image of a cross section perpendicular to the surface of the sintered cermet, lines parallel to the surface of the sintered cermet are drawn at 0.5 μm intervals from the surface of the sintered cermet inward. When the length of the lines is taken as 100%, the thickness of the first hard phase-enriched region is determined as the shortest distance between the surface of the sintered cermet and a line segment that crosses the first hard phase at a rate of less than 30%. In this case, the length of the line segment is set to 20 μm or more.
本実施形態のサーメット焼結体において、表面結合相割合は、0.80以上0.95以下である。表面結合相割合が、0.80以上であると、相対的に結合相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる。一方、表面結合相割合が、0.95以下であると、相対的に硬質相の割合が増加するため、サーメット焼結体は、耐摩耗性及び耐塑性変形性に優れる。同様の観点から、表面結合相割合は、0.81以上0.91以下であることが好ましく、0.83以上0.88以下であることがより好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, the surface binder phase ratio is 0.80 or more and 0.95 or less. When the surface binder phase ratio is 0.80 or more, the ratio of the binder phase increases relatively, and the cermet sintered body has excellent chipping resistance. On the other hand, when the surface binder phase ratio is 0.95 or less, the ratio of the hard phase increases relatively, and the cermet sintered body has excellent wear resistance and plastic deformation resistance. From the same perspective, the surface binder phase ratio is preferably 0.81 or more and 0.91 or less, and more preferably 0.83 or more and 0.88 or less.
なお、本実施形態において、表面結合相割合は、以下の方法で算出する。まず、EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とする。 In this embodiment, the surface binder phase ratio is calculated using the following method. First, EDS is used to analyze the mass percentages of Co, Ni, and Fe at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body (surface portion) and at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body (interior portion). The EDS analysis is performed by area analysis of a 10 μm x 10 μm area centered on the above analysis position. The surface binder phase ratio is calculated by dividing the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the surface portion by the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the interior.
本実施形態のサーメット焼結体において、下記の方法で算出する表面窒素割合(以下、単に「表面窒素割合」とも記す。)は、0.42以上0.50以下であることが好ましい。
(表面窒素割合の算出方法)
EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置において、N元素及びC元素の質量%を分析する。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行う。N元素及びC元素の合計に対するN元素の比を、表面窒素割合とする。
In the cermet sintered body of this embodiment, the surface nitrogen ratio calculated by the following method (hereinafter also simply referred to as "surface nitrogen ratio") is preferably 0.42 or more and 0.50 or less.
(Calculation method for surface nitrogen ratio)
Using EDS, the mass percentages of N and C elements are analyzed at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body. The EDS analysis is performed by area analysis of a 10 μm × 10 μm area centered on the above analysis position. The ratio of N element to the total of N and C elements is defined as the surface nitrogen percentage.
本実施形態のサーメット焼結体において、表面窒素割合が0.42以上であると、N元素を一定量含むことを示し、切削加工時の、硬質粒子が被削材と反応し難くなり、反応摩耗の進展が抑制され、耐摩耗性が向上する傾向にある。また、表面窒素割合が0.42以上であると、被削材の加工面も優れる傾向にある。一方、表面窒素割合が0.50以下であると、焼結時、脱窒による空孔発生が抑制され、サーメット焼結体は、耐欠損性に優れる傾向にある。同様の観点から、表面窒素割合は、0.43以上0.48以下であることがより好ましく、0.44以上0.46以下であることがさらに好ましい。 In the cermet sintered body of this embodiment, a surface nitrogen ratio of 0.42 or more indicates that the body contains a certain amount of N element, which makes it difficult for the hard particles to react with the workpiece during cutting, suppressing the progression of reactive wear and tending to improve wear resistance. Furthermore, a surface nitrogen ratio of 0.42 or more tends to improve the machined surface of the workpiece. On the other hand, a surface nitrogen ratio of 0.50 or less suppresses the generation of voids due to denitrification during sintering, and the cermet sintered body tends to have excellent fracture resistance. From the same perspective, the surface nitrogen ratio is more preferably 0.43 or more and 0.48 or less, and even more preferably 0.44 or more and 0.46 or less.
次に、本実施形態のサーメット焼結体の製造方法の一例について説明する。なお、本実施形態のサーメット焼結体の製造方法は、上述した構成を達成し得る限り特に制限されるものではない。 Next, an example of a method for manufacturing the cermet sintered body of this embodiment will be described. Note that the method for manufacturing the cermet sintered body of this embodiment is not particularly limited as long as it can achieve the above-mentioned configuration.
本実施形態のサーメット焼結体の製造方法は、例えば、以下の工程1~11を含む。 The method for manufacturing the cermet sintered body of this embodiment includes, for example, the following steps 1 to 11.
工程1は、各原料粉末を配合する工程(配合工程)である。具体的には、特に限定されないが、例えば、平均粒径0.5~4.0μmの、Ti、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物からなる群より選択される少なくとも1種の粉末82~93質量%と、平均粒径0.5~3.0μmの、Co、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1種の粉末7~18質量%とを配合(ただし、これらの合計は100質量%である)する工程が挙げられる。原料粉末の具体例としては、特に限定されないが、例えば、TiC0.5N0.5、TiC0.3N0.7、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo2C、Cr3C2、VC、HfC、Co、Ni及びFe等の粉末が挙げられる。 Step 1 is a step of blending the raw material powders (blending step). Specific examples include, but are not limited to, blending 82 to 93 mass% of at least one powder selected from the group consisting of carbonitrides, carbides, and nitrides containing at least one element selected from the group consisting of Ti, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr, each having an average particle size of 0.5 to 4.0 μm, and 7 to 18 mass% of at least one powder selected from the group consisting of Co, Ni, and Fe, each having an average particle size of 0.5 to 3.0 μm (the total of these amounts being 100 mass%). Specific examples of the raw material powder include, but are not limited to, powders of TiC 0.5 N 0.5 , TiC 0.3 N 0.7 , WC, TaC, NbC, ZrC, Mo 2 C, Cr 3 C 2 , VC, HfC, Co, Ni, and Fe.
工程2は、工程1で配合した各原料粉末を、溶媒とともに湿式ボールミルにより、混合する工程(混合工程)である。ここで、各原料粉末の混合時間は、10~40時間とすることが好ましい。 Step 2 is a mixing step in which the raw material powders blended in Step 1 are mixed together with a solvent using a wet ball mill. Here, the mixing time for the raw material powders is preferably 10 to 40 hours.
工程3は、工程2で混合した粉末を、乾燥させる工程(乾燥工程)である。ここで、乾燥温度は、100℃以下とすることが好ましい。 Step 3 is the step of drying the powder mixed in Step 2 (drying step). Here, the drying temperature is preferably 100°C or less.
工程4は、工程3で乾燥させた混合粉末を所定の形状に成形する工程(成形工程)である。成形工程において、具体的には、例えば、所定の工具形状となる金型を用いて、混合粉末をプレス、成形することが好ましい。さらに、成形工程において、例えば、パラフィンを添加することにより、成形性が向上する傾向がある。 Step 4 is a molding step (molding step) in which the mixed powder dried in step 3 is molded into a predetermined shape. Specifically, in the molding step, it is preferable to press and mold the mixed powder using, for example, a mold having a predetermined tool shape. Furthermore, in the molding step, adding paraffin, for example, tends to improve moldability.
工程5は、工程4で得られた成形体を、真空雰囲気において、室温から所定の温度(到達温度)まで昇温する工程(第1昇温工程)である。第1昇温工程の到達温度は、第2昇温工程の開始温度であり、例えば、1300~1440℃とすることが好ましい。第1昇温工程において、圧力は、70Pa以下とすることが好ましい。 Step 5 is a step (first heating step) in which the molded body obtained in step 4 is heated from room temperature to a predetermined temperature (ultimate temperature) in a vacuum atmosphere. The ultimate temperature in the first heating step is the starting temperature of the second heating step, and is preferably 1300 to 1440°C, for example. In the first heating step, the pressure is preferably 70 Pa or less.
工程6は、工程5の後、成形体を、N2ガス雰囲気において、所定の温度(到達温度)まで昇温する工程(第2昇温工程)である。第2昇温工程の開始温度は、例えば、1300~1440℃とすることが好ましい。第2昇温工程の到達温度は、焼結工程の温度であり、1450~1550℃とすることが好ましい。第2昇温工程において、圧力は、133~6650Paとすることが好ましい。 Step 6 is a step (second heating step) in which the molded body is heated to a predetermined temperature (ultimate temperature) in an N2 gas atmosphere after Step 5. The starting temperature of the second heating step is preferably 1300 to 1440°C, for example. The ultimate temperature of the second heating step is the temperature of the sintering step, and is preferably 1450 to 1550°C. In the second heating step, the pressure is preferably 133 to 6650 Pa.
工程7は、工程6の後、成形体を、N2ガス雰囲気において、所定の温度で保持して焼結する工程(焼結工程)である。ここで、焼結温度は、1450~1550℃とすることが好ましく、1480~1550℃とすることがより好ましい。焼結工程において、圧力は、70~600Paとすることが好ましい。焼結時間は、30~120分間とすることが好ましい。 Step 7 is a sintering step (after Step 6) in which the compact is sintered by holding it at a predetermined temperature in a N2 gas atmosphere. The sintering temperature is preferably 1450 to 1550°C, and more preferably 1480 to 1550°C. In the sintering step, the pressure is preferably 70 to 600 Pa. The sintering time is preferably 30 to 120 minutes.
工程8:工程7で得られたサーメット焼結体を、真空雰囲気において、所定の温度まで冷却する工程(第1冷却工程)。ここで、第1冷却開始温度は、焼結温度であり、例えば、1450~1550℃とすることが好ましい。第1冷却到達温度は、例えば、1300~1350℃とすることが好ましい。第1冷却工程において、冷却速度は、20℃/分以下とすることが好ましく、3~15℃/分とすることがより好ましい。第1冷却工程において、圧力は、133Pa以下とすることが好ましい。 Step 8: The cermet sintered body obtained in Step 7 is cooled to a predetermined temperature in a vacuum atmosphere (first cooling step). Here, the first cooling start temperature is the sintering temperature, and is preferably 1450 to 1550°C, for example. The first cooling end temperature is preferably 1300 to 1350°C, for example. In the first cooling step, the cooling rate is preferably 20°C/min or less, and more preferably 3 to 15°C/min. In the first cooling step, the pressure is preferably 133 Pa or less.
工程9は、工程8の後、サーメット焼結体を、不活性ガス雰囲気において、室温まで冷却する工程(第2冷却工程)である。ここで、第2冷却開始温度は、第1冷却到達温度であり、例えば、1300~1350℃とすることが好ましい。第2冷却到達温度は、室温である。第2冷却工程において、圧力は、133~300000Paとすることが好ましい。第2冷却工程において、不活性ガス雰囲気の具体例としては、特に限定されないが、例えば、He、Ne及びArガス雰囲気が挙げられる。 Step 9, after Step 8, is a step (second cooling step) in which the cermet sintered body is cooled to room temperature in an inert gas atmosphere. Here, the second cooling start temperature is the first cooling end temperature, and is preferably, for example, 1300 to 1350°C. The second cooling end temperature is room temperature. In the second cooling step, the pressure is preferably 133 to 300,000 Pa. Specific examples of the inert gas atmosphere in the second cooling step include, but are not limited to, He, Ne, and Ar gas atmospheres.
工程10は、工程9の後、サーメット焼結体の刃先にホーニング処理を施す工程(ホーニング工程)である。ここで、所望のホーニング形状に調整する。 Step 10, after step 9, is the honing process, in which the cutting edge of the sintered cermet is honed. Here, the desired honing shape is achieved.
工程11は、工程10の後、アルミナ(Al2O3)等の投射材の粒子をサーメット焼結体表面に衝突させる工程(ブラスト工程)である。ここで、ブラスト工程の方式は、乾式とすることが好ましい。ブラスト工程において、投射材の粒子の平均粒径は、100~150μmとすることが好ましい。ブラスト工程において、投射角度(工具の形状に成形した場合、工具のすくい面の法線からの傾斜角度)は、30~60度とすることが好ましい。ブラスト工程において、投射速度は、70~150m/secとすることが好ましく、70~130m/secとすることがより好ましい。 Step 11 is a blasting step (after step 10) in which particles of a shot material such as alumina (Al 2 O 3 ) are collided with the surface of the sintered cermet. Here, the blasting method is preferably a dry method. In the blasting step, the average particle size of the shot material particles is preferably 100 to 150 μm. In the blasting step, the projection angle (when formed into the shape of a tool, the inclination angle from the normal to the rake face of the tool) is preferably 30 to 60 degrees. In the blasting step, the projection speed is preferably 70 to 150 m/sec, and more preferably 70 to 130 m/sec.
なお、工程1において使用される原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会(ASTM)規格B330に記載のフィッシャー法(Fisher Sub-Sieve Sizer(FSSS))により測定することができる。 The average particle size of the raw material powder used in step 1 can be measured using the Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS) method described in American Society for Testing and Materials (ASTM) standard B330.
本実施形態のサーメット焼結体の製造方法の各工程は、以下の意義を有する。 The steps in the manufacturing method of the cermet sintered body of this embodiment have the following significance:
工程1(配合工程)では、各原料粉末の配合比を調整することで、所望のサーメット焼結体の組成となるように調整することができる。 In step 1 (blending step), the blending ratio of each raw material powder can be adjusted to achieve the desired composition of the sintered cermet.
工程2(混合工程)では、所定の配合組成の原料粉末を均一に混合した、混合物を得ることができる。また、原料粉末の粒径を調整し、焼結体における組織及び粒度を調整することができる。 In step 2 (mixing step), a mixture can be obtained in which raw material powders of a predetermined composition are uniformly mixed. Furthermore, the particle size of the raw material powder can be adjusted, allowing for the structure and particle size of the sintered body to be controlled.
工程3(乾燥工程)では、混合物から溶媒を蒸発させた混合粉末を得ることができる。 In step 3 (drying step), the solvent is evaporated from the mixture to obtain a mixed powder.
工程4(成形工程)では、混合粉末から所定の工具形状の成形体が得られる。パラフィンを添加することにより、成形性が向上する。 In step 4 (molding step), a molded body of the desired tool shape is obtained from the mixed powder. Adding paraffin improves moldability.
工程5(第1昇温工程)では、液相出現前及び液相出現直後での脱ガスを促進するとともに、以下の工程7(焼結工程)における焼結性を向上させることができる。 Step 5 (first heating step) promotes degassing before and immediately after the liquid phase appears, and also improves the sinterability in the following step 7 (sintering step).
工程6(第2昇温工程)では、成形体からの脱窒素を抑制しつつ、焼結温度まで昇温することができる。この工程6(第2昇温工程)と以下の工程7(焼結工程)とを組み合わせることで、表面結合相割合を小さくすることができる。 In step 6 (second heating step), the temperature can be raised to the sintering temperature while suppressing denitrification from the compact. By combining this step 6 (second heating step) with the following step 7 (sintering step), the proportion of surface bonded phase can be reduced.
工程7(焼結工程)では、成形体を所定の温度で保持して焼結することによりサーメット焼結体を得るとともに、表面結合相割合を小さくすることができる。 In step 7 (sintering step), the compact is sintered by holding it at a predetermined temperature to obtain a sintered cermet and reduce the proportion of surface binder phase.
工程8(第1冷却工程)では、第1硬質相富化領域を形成させることができる。また、表面窒素割合を調整することができる。 In step 8 (first cooling step), a first hard phase-enriched region can be formed. The surface nitrogen ratio can also be adjusted.
工程9(第2冷却工程)では、サーメット焼結体を室温まで冷却することができる。 In step 9 (second cooling step), the cermet sintered body can be cooled to room temperature.
工程10(ホーニング工程)では、工具形状のサーメット焼結体の刃先に所定のホーニング形状を備えさせることができる。 In step 10 (honing step), the cutting edge of the tool-shaped cermet sintered body is given a predetermined honing shape.
工程11(ブラスト工程)では、第2硬質相及び結合相に圧縮の残留応力を付与することができる。ブラスト工程の方式として、乾式ブラストは湿式ブラストに比して、高い圧縮の残留応力を付与することができる。一方、湿式ブラストは乾式ブラストに比して、焼結体表面を研削する力が強い傾向がある。 In step 11 (blasting step), compressive residual stress can be imparted to the second hard phase and the binder phase. As a blasting method, dry blasting can impart higher compressive residual stress than wet blasting. On the other hand, wet blasting tends to have a stronger grinding force on the sintered body surface than dry blasting.
本実施形態のサーメット焼結体において、第1硬質相及び第2硬質相の2種の硬質相を形成させる方法としては、特に限定されないが、例えば、炭窒化物、炭化物又は窒化物からなる原料粉末として、Tiの炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末と、W、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf及びZrからなる群より選択される少なくとも1種を含む炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末を用いることで、上述の製造方法において、第1硬質相及び第2硬質相を得ることができる。また、配合するTiの炭窒化物、炭化物又は窒化物の粉末の配合比を高くすると、XRD測定で特定した第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度が高くなる傾向にある。 In the cermet sintered body of this embodiment, the method for forming the two hard phases, the first hard phase and the second hard phase, is not particularly limited. For example, the first hard phase and the second hard phase can be obtained in the above-described manufacturing method by using, as the raw material powder consisting of carbonitride, carbide, or nitride, a powder of Ti carbonitride, carbide, or nitride and a powder of carbonitride, carbide, or nitride containing at least one element selected from the group consisting of W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, and Zr. Furthermore, increasing the blending ratio of Ti carbonitride, carbide, or nitride powder tends to increase the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the first hard phase, as determined by XRD measurement.
第1硬質相富化領域の厚みを所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整する方法が挙げられる。具体的には、上述した第2昇温工程の開始温度の範囲(1300~1440℃)内で、第2昇温工程の開始温度を高くすると、第1硬質相富化領域の厚みが小さくなる傾向にある。 One method for controlling the thickness of the first hard phase-enriched region within the desired range is to adjust the starting temperature of the second heating step (the temperature reached in the first heating step) in the above-mentioned manufacturing method. Specifically, if the starting temperature of the second heating step is increased within the starting temperature range of the second heating step described above (1300 to 1440°C), the thickness of the first hard phase-enriched region tends to decrease.
表面結合相割合を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整したり、第1冷却工程の冷却速度を調整したり、焼結工程の焼結温度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度を低くしたり、第1冷却工程の冷却速度を遅くしたり、焼結工程の焼結温度を高くすると、表面結合相割合が小さくなる傾向にある。 Methods for controlling the surface bonded phase proportion within the desired range include using a dry rather than wet blasting method in the above-mentioned manufacturing method, and adjusting the starting temperature of the second heating step (the temperature reached in the first heating step), adjusting the cooling rate of the first cooling step, or adjusting the sintering temperature of the sintering step. Specifically, if a dry rather than wet blasting method is used, and the starting temperature of the second heating step is lowered, the cooling rate of the first cooling step is slowed, or the sintering temperature of the sintering step is increased, the surface bonded phase proportion tends to decrease.
第2硬質相の残留応力を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を速くすると、第2硬質相の残留応力が小さくなる傾向にある。 One method for controlling the residual stress of the second hard phase within the desired range is to use a dry blasting method instead of a wet blasting method in the above-mentioned manufacturing method and adjust the projection speed during the blasting process. Specifically, if a dry blasting method instead of a wet blasting method is used and the projection speed during the blasting process is increased, the residual stress in the second hard phase tends to be reduced.
結合相の残留応力を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、ブラスト工程の投射速度を速くすると、第2硬質相の残留応力が小さくなる傾向にある。 One method for controlling the residual stress of the binder phase within the desired range is to use a dry blasting method rather than a wet blasting method in the above-mentioned manufacturing method and adjust the projection speed during the blasting process. Specifically, if a dry blasting method rather than a wet blasting method is used and the projection speed during the blasting process is increased, the residual stress in the second hard phase tends to be reduced.
表面窒素割合を所望の範囲に制御する方法としては、上述の製造方法において、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度(第1昇温工程の到達温度)を調整したり、第1冷却工程の冷却速度を調整したり、焼結工程の焼結温度を調整する方法が挙げられる。具体的には、ブラスト工程の方式として、湿式ではなく乾式を採用して、第2昇温工程の開始温度を低くしたり、第1冷却工程の冷却速度を遅くしたり、焼結工程の焼結温度を高くすると、表面窒素割合が小さくなる傾向にある。 One method for controlling the surface nitrogen ratio within the desired range in the above-mentioned manufacturing method is to use a dry blasting process rather than a wet blasting process, and adjust the starting temperature of the second heating process (the temperature reached in the first heating process), the cooling rate of the first cooling process, or the sintering temperature of the sintering process. Specifically, if a dry blasting process rather than a wet blasting process is used, and the starting temperature of the second heating process is lowered, the cooling rate of the first cooling process is slowed, or the sintering temperature of the sintering process is increased, the surface nitrogen ratio tends to decrease.
本実施形態のサーメット焼結体は、さらに表面に従来からある物理蒸着法又は化学蒸着法により硬質膜を被覆してもよい。 The cermet sintered body of this embodiment may further be coated on its surface with a hard film by conventional physical vapor deposition or chemical vapor deposition methods.
本実施形態のサーメット焼結体は、特に限定されないが、例えば、フライス加工用又は旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、エンドミルなどに利用することができる。 The cermet sintered body of this embodiment can be used, for example, as an indexable cutting insert for milling or turning, a drill, an end mill, etc., without any particular limitation.
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
[サーメット焼結体の製造]
原料粉末として、市販されている、平均粒径2.0μmのTiC0.5N0.5粉末、平均粒径2.0μmのTiC0.3N0.7粉末、平均粒径1.5μmのWC粉末、平均粒径1.5μmのTaC粉末、平均粒径1.5μmのNbC粉末、平均粒径1.5μmのZrC粉末、平均粒径1.5μmのMo2C粉末、平均粒径1.5μmのCr3C2粉末、平均粒径1.0μmのCo粉末、平均粒径1.0μmのNi粉末を用意した。なお、原料粉末の平均粒径は、米国材料試験協会(ASTM)規格B330に記載のフィッシャー法(Fisher Sub-Sieve Sizer(FSSS))により測定した。
Example 1
[Production of sintered cermet]
As raw material powders, commercially available TiC 0.5 N 0.5 powder with an average particle size of 2.0 μm, TiC 0.3 N 0.7 powder with an average particle size of 2.0 μm, WC powder with an average particle size of 1.5 μm, TaC powder with an average particle size of 1.5 μm, NbC powder with an average particle size of 1.5 μm, ZrC powder with an average particle size of 1.5 μm, Mo 2 C powder with an average particle size of 1.5 μm, Cr 3 C 2 powder with an average particle size of 1.5 μm, Co powder with an average particle size of 1.0 μm, Ni powder with an average particle size of 1.0 μm were prepared. The average particle size of the raw material powders was measured by the Fisher method (Fisher Sub-Sieve Sizer (FSSS)) according to the American Society for Testing and Materials (ASTM) standard B330.
用意した原料粉末を下記表1の配合組成になるように秤量して、秤量した各原料粉末をアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共にステンレス製ポットに入れて湿式ボールミルで混合及び粉砕を行った。湿式ボールミルによる混合及び粉砕時間は15時間とした。 The prepared raw material powders were weighed out to obtain the composition shown in Table 1 below. Each weighed raw material powder was placed in a stainless steel pot together with an acetone solvent and cemented carbide balls, and mixed and pulverized in a wet ball mill. The mixing and pulverization time in the wet ball mill was 15 hours.
湿式ボールミルによる混合及び粉砕後、混合物を60℃で乾燥することにより、アセトン溶媒を蒸発して混合粉末を得た。 After mixing and grinding using a wet ball mill, the mixture was dried at 60°C to evaporate the acetone solvent and obtain a mixed powder.
得られた混合粉末にパラフィンを3.0質量%添加した後、焼結後の形状がインサート形状TNMG160404になる金型でもって圧力100MPaでプレス成形して、混合粉体の成形体を得た。 3.0% by mass of paraffin was added to the resulting mixed powder, which was then press-molded at a pressure of 100 MPa using a mold that would result in an insert shape of TNMG160404 after sintering, to obtain a compact of the mixed powder.
得られた成形体を、真空雰囲気において、室温から表2に示す第2昇温工程の開始温度まで昇温した(第1昇温工程)。また、第1昇温工程において、圧力は50Paとした。 The obtained molded body was heated in a vacuum atmosphere from room temperature to the starting temperature of the second heating step shown in Table 2 (first heating step). Furthermore, the pressure during the first heating step was set to 50 Pa.
その後、成形体を、N2ガス雰囲気において、表2に示す第2昇温工程の開始温度から、表2に示す焼結工程の温度まで昇温した(第2昇温工程)。第2昇温工程において、圧力は600Paとした。 Thereafter, the molded body was heated in an N gas atmosphere from the starting temperature of the second heating step shown in Table 2 to the temperature of the sintering step shown in Table 2 (second heating step). In the second heating step, the pressure was 600 Pa.
その後、成形体を、N2ガス雰囲気において、表2に示す焼結工程の温度で保持して焼結した(焼結工程)。焼結工程において、圧力は270Paとし、焼結時間は60分とした。 Thereafter, the compact was sintered in an N2 gas atmosphere at a temperature shown in Table 2 (sintering step). In the sintering step, the pressure was 270 Pa and the sintering time was 60 minutes.
得られたサーメット焼結体を、真空雰囲気において、表2に示す焼結工程の温度から、1350℃まで冷却した(第1冷却工程)。また。第1冷却工程において、冷却速度は、表2示すとおりとし、圧力は90Paとした。 The obtained sintered cermet body was cooled in a vacuum atmosphere from the sintering temperature shown in Table 2 to 1350°C (first cooling step). In the first cooling step, the cooling rate was as shown in Table 2, and the pressure was 90 Pa.
その後、サーメット焼結体を、Arガス雰囲気において、第1冷却到達温度1350℃から室温まで冷却した(第2冷却工程)。また、第2冷却工程において圧力は100000Paとした。 The cermet sintered body was then cooled from the first cooling temperature of 1,350°C to room temperature in an Ar gas atmosphere (second cooling process). The pressure during the second cooling process was 100,000 Pa.
その後、サーメット焼結体の刃先にSiCブラシにより丸ホーニング処理を施した(ホーニング工程)。 Then, the cutting edge of the sintered cermet was subjected to a round honing process using a SiC brush (honing process).
その後、投射材として、アルミナ(Al2O3)粒子をサーメット焼結体表面に衝突させるブラスト工程を行った。ブラスト工程の方式は、表2に示すとおりとした。ブラスト工程において、投射材の粒子の平均粒径は、120μmとし、投射角度は、45度とした。また、投射速度は、表2に示すとおりとした。 Thereafter, a blasting process was carried out in which alumina ( Al2O3 ) particles were used as shot material and collided with the surface of the sintered cermet. The blasting method was as shown in Table 2. In the blasting process, the average particle size of the shot material particles was 120 μm, and the projection angle was 45 degrees. The projection speed was as shown in Table 2.
以上のようにして発明品1~16及び比較品1~13を作製した。 In this manner, invention products 1 to 16 and comparison products 1 to 13 were produced.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、サーメット焼結体表面に垂直な断面の、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μmの位置において、EDS付きSEMにて観察し、硬質相及び結合相の組成を同定した。
また、発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体における硬質相及び結合相の含有割合(質量%)は、EDSを用いて、サーメット焼結体表面に垂直な断面の、サーメット焼結体表面より内側に向かって500μmの位置において、EDSを用いて分析することにより測定した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。このとき、Tiは炭窒化物、W、Mo、Cr、Ta、Nb及びZrは炭化物として、換算した値を各相の含有割合(質量%)として算出した。結果を表3に示す。
The cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13 were observed with an EDS-equipped SEM at a position 500 μm inward from the surface of the cermet sintered body in a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body, and the compositions of the hard phase and binder phase were identified.
The hard phase and binder phase contents (mass%) of the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13 were measured using EDS at a position 500 μm inward from the surface of the cermet sintered body in a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body. The EDS analysis was performed using an area analysis of a 10 μm x 10 μm region centered on the above analysis position. Ti was considered to be a carbonitride, and W, Mo, Cr, Ta, Nb, and Zr were considered to be carbides, and the converted values were used to calculate the content (mass%) of each phase. The results are shown in Table 3.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、XRD測定を行い、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、を含むことを確認した。発明品1~16において、第1硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度と、第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークの積分強度との比率(第1硬質相:第2硬質相)は、1.0:2.0~1.0:2.7の範囲内であった。上記のXRD測定は、具体的には以下のような方法で行った。株式会社リガク製のX線回折装置RINT TTRIII(製品名)を用いて、Cu-Kα線を用いた2θ/θ集中法光学系のX線回折を、下記条件で行い、上記の各面指数のピーク強度を測定した。ここで測定条件は、出力:50kV、250mA、入射側ソーラースリット:5°、発散縦スリット:2/3°、発散縦制限スリット:5mm、散乱スリット2/3°、受光側ソーラースリット:5°、受光スリット:0.3mm、BENTモノクロメータ、受光モノクロスリット:0.8mm、サンプリング幅:0.01°、スキャンスピード:4°/min、2θ測定範囲:20°~140°とした。 XRD measurements were performed on the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, confirming that they contain a first hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 123.5° to 125.0°, and a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 121.0° to less than 123.5°. For Invention Products 1 to 16, the ratio of the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the first hard phase to the integrated intensity of the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase (first hard phase:second hard phase) was within the range of 1.0:2.0 to 1.0:2.7. Specifically, the above XRD measurements were performed using the following method. X-ray diffraction using a 2θ/θ focusing optical system with Cu-Kα radiation was performed using a Rigaku Corporation X-ray diffractometer (product name: RINT TTRIII) under the following conditions to measure the peak intensity of each of the above plane indices. The measurement conditions were: output: 50 kV, 250 mA, incident-side Soller slit: 5°, divergence vertical slit: 2/3°, divergence vertical limiting slit: 5 mm, scattering slit 2/3°, receiving-side Soller slit: 5°, receiving slit: 0.3 mm, BENT monochromator, receiving monochromator slit: 0.8 mm, sampling width: 0.01°, scan speed: 4°/min, 2θ measurement range: 20° to 140°.
なお、第1硬質相及び第2硬質相は、サーメット焼結体の内部の断面組織のBSE観察像により特定した。 The first and second hard phases were identified using BSE observation images of the cross-sectional structure inside the sintered cermet.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、第2硬質相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定した。立方晶結晶構造を有する第2硬質相の(422)面に由来する回折ピークを用いて評価した。当該ピークは、2θ-θ測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に存在した。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, the residual stress of the second hard phase was measured by the sin 2 ψ method using XRD. Evaluation was performed using the diffraction peak derived from the (422) plane of the second hard phase having a cubic crystal structure. In 2θ-θ measurement, this peak was present at a position between 121.0° and 123.5°. The results are shown in Table 4.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、結合相の残留応力は、XRDを用いたsin2ψ法により測定した。立方晶結晶構造を有する結合相に由来する回折ピークのうち、(311)面に由来する回折ピークを用いて評価した。当該ピークは、2θ-θ測定において、89.5°~93.0°の位置に存在した。結果を表4に示す。 The residual stress of the binder phase of the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13 was measured by the sin 2 ψ method using XRD. Among the diffraction peaks derived from the binder phase having a cubic crystal structure, the diffraction peak derived from the (311) plane was used for evaluation. In 2θ-θ measurement, this peak was present at a position between 89.5° and 93.0°. The results are shown in Table 4.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、第1硬質相富化領域の厚みは、以下の方法で算出した。まず、サーメット焼結体表面に垂直な断面のBSE観察像において、サーメット焼結体表面から順に内側に向けて0.5μm間隔で、サーメット焼結体表面に平行な線分を引いた。当該線分の長さを100%としたとき、第1硬質相を横断する線分の割合が30%を下回る線分と、サーメット焼結体表面との最短距離を、第1硬質相富化領域の厚みとした。このとき、線分の長さは20μmとした。結果を表4に示す。 For the cermet sintered bodies of Invention Products 1 to 16 and Comparative Products 1 to 13, the thickness of the first hard phase-enriched region was calculated using the following method. First, in the BSE observation image of a cross section perpendicular to the surface of the cermet sintered body, lines parallel to the surface of the cermet sintered body were drawn at 0.5 μm intervals from the surface of the cermet sintered body inward. When the length of the line was taken as 100%, the thickness of the first hard phase-enriched region was determined as the shortest distance between the surface of the cermet sintered body and the line segment where the proportion of the line segment crossing the first hard phase was less than 30%. The length of the line segment was set to 20 μm. The results are shown in Table 4.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、表面結合相割合は、以下の方法で算出した。まず、EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置(表面部)、及びサーメット焼結体表面より500μm以上内側の位置(内部)において、Co、Ni及びFeの質量%を分析した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。表面部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和を、内部におけるCo、Ni及びFeの質量%の和で除した値を、表面結合相割合とした。結果を表4に示す。 The surface binder phase proportion for the cermet sintered bodies of Invention Products 1-16 and Comparative Products 1-13 was calculated using the following method. First, the mass percentages of Co, Ni, and Fe were analyzed using EDS at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body (surface region) and at a position 500 μm or more inward from the surface of the cermet sintered body (interior region). The EDS analysis was performed by area analysis of a 10 μm x 10 μm region centered on the above analysis position. The surface binder phase proportion was calculated by dividing the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the surface region by the sum of the mass percentages of Co, Ni, and Fe in the interior region. The results are shown in Table 4.
発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体について、表面窒素割合は、以下の方法で算出した。EDSを用いて、サーメット焼結体表面より内側に向かって10μmの位置において、N元素及びC元素の質量%を分析した。EDSによる分析は上記の分析位置を中心とし、10μm×10μmの領域の面分析で行った。N元素及びC元素の合計に対するN元素の比を、表面窒素割合とした。結果を表4に示す。 The surface nitrogen ratio for the cermet sintered bodies of Invention Products 1-16 and Comparative Products 1-13 was calculated using the following method. Using EDS, the mass percentages of N and C elements were analyzed at a position 10 μm inward from the surface of the cermet sintered body. The EDS analysis was performed as a surface analysis of a 10 μm x 10 μm area centered on the above analysis position. The ratio of N element to the total of N and C element was taken as the surface nitrogen ratio. The results are shown in Table 4.
得られた発明品1~16及び比較品1~13のサーメット焼結体を用いて、切削試験1及び切削試験2を行った。切削試験1は耐欠損性を評価し、切削試験2は耐摩耗性及び耐塑性変形性を評価する試験である。切削試験1及び2の結果を表5に示した。 Cutting Test 1 and Cutting Test 2 were conducted using the resulting sintered cermets of Invention Products 1-16 and Comparative Products 1-13. Cutting Test 1 evaluated chipping resistance, while Cutting Test 2 evaluated wear resistance and plastic deformation resistance. The results of Cutting Tests 1 and 2 are shown in Table 5.
[切削試験1]
被削材:SCM415、
被削材形状:側面に、等間隔に2本の溝が入っている丸棒、
切削速度:200m/min、
切り込み深さ:1.0mm、
送り:0.15mm/rev.、
クーラント:Wet、
インサート:TNMG160404、
評価項目:工具の刃先が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。
[Cutting test 1]
Work material: SCM415,
Workpiece shape: Round bar with two equally spaced grooves on the side,
Cutting speed: 200m/min,
Cutting depth: 1.0 mm,
Feed: 0.15 mm/rev.
Coolant: Wet,
Insert: TNMG160404,
Evaluation items: The tool life was determined when the cutting edge of the tool was chipped, and the number of impacts until the tool life was reached was measured.
[切削試験2]
被削材:S45C、
被削材形状:丸棒、
切削速度:250m/min、
切り込み深さ:1.0mm、
送り:0.20mm/rev.、
クーラント:Wet、
インサート:TNMG160404、
評価項目:工具の刃先が欠損に至ったとき、又は工具の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
[Cutting test 2]
Work material: S45C,
Workpiece shape: round bar,
Cutting speed: 250m/min,
Cutting depth: 1.0 mm,
Feed: 0.20 mm/rev.
Coolant: Wet,
Insert: TNMG160404,
Evaluation items: The tool life was determined to be when the cutting edge of the tool was chipped or when the wear width of the flank of the tool reached 0.2 mm, and the machining time until the tool life was reached was measured.
なお、切削試験1の工具寿命までの衝撃回数について、20000回以上をA、15000回以上20000回未満をB、15000回未満をCとして評価した。また、切削試験2の工具寿命までの加工時間について、30分以上をA、25分以上30分未満をB、25分未満をCとして評価した。この評価では、(優)A>B>C(劣)という順位になり、Aを有するほど切削性能が優れる。 In Cutting Test 1, the number of impacts until the end of tool life was evaluated as A for 20,000 or more, B for 15,000 to less than 20,000, and C for less than 15,000. Furthermore, in Cutting Test 2, the processing time until the end of tool life was evaluated as A for 30 minutes or more, B for 25 to less than 30 minutes, and C for less than 25 minutes. This evaluation is ranked as A (excellent) > B > C (poor), with the higher the A rating, the better the cutting performance.
表5の結果より、発明品のサーメット焼結体はいずれも切削試験1及び2の両方でB以上の評価を有し、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れることがわかった。一方、比較品のサーメット焼結体は、切削試験1及び2の少なくとも一方がCの評価を有し、耐欠損性、耐摩耗性及び耐塑性変形性の少なくとも一つの性能に劣ることがわかった。以上のことから、発明品のサーメット焼結体は、比較品のサーメット焼結体よりも切削性能に優れ、工具寿命が長いことがわかった。
なお、比較品11のサーメット焼結体は、表面を多量に削り取ってしまったため、表面結合相割合が大きくなったと考えられる。そのため、比較品11のサーメット焼結体は、切削試験2において、切削性能に劣り、工具寿命が短くなったと考えられる。
比較品11よりも、表面結合相割合が小さくなるように第2昇温工程の温度、焼結工程の温度及び第1冷却工程の冷却速度の条件を調整すると、焼結体の変形が激しく、目的とする工具形状が得られないため、切削性能の評価ができなかった。
From the results in Table 5, it was found that all of the cermet sintered bodies of the invention were rated B or higher in both cutting tests 1 and 2, and were excellent in fracture resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance. On the other hand, the comparative cermet sintered bodies were rated C in at least one of cutting tests 1 and 2, and were inferior in at least one of fracture resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance. From the above, it was found that the cermet sintered bodies of the invention were superior in cutting performance and had a longer tool life than the comparative cermet sintered bodies.
It is considered that the proportion of the surface binder phase in the cermet sintered compact of Comparative Example 11 was increased because a large amount of the surface was removed, which resulted in the cermet sintered compact of Comparative Example 11 exhibiting poor cutting performance in Cutting Test 2 and shortening the tool life.
When the temperature of the second heating step, the temperature of the sintering step, and the cooling rate of the first cooling step were adjusted so that the proportion of the surface bonding phase was smaller than that of Comparative Product 11, the sintered body was severely deformed, and the desired tool shape could not be obtained, making it impossible to evaluate the cutting performance.
本発明のサーメット焼結体は、耐欠損性に優れると共に、耐摩耗性及び耐塑性変形性にも優れ、従来よりも工具寿命を延長できるので、産業上の利用可能性が高い。 The cermet sintered body of the present invention has excellent chipping resistance, wear resistance, and plastic deformation resistance, and can extend tool life compared to conventional products, making it highly applicable industrially.
1:第1硬質相、2:第2硬質相a、3:別の第2硬質相b、4:さらに別の第2硬質相c、5:結合相、6:第2硬質相 1: First hard phase, 2: Second hard phase a, 3: Another second hard phase b, 4: Yet another second hard phase c, 5: Binder phase, 6: Second hard phase
Claims (2)
前記硬質相が、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo 2 C及びCr 3 C 2 からなる群より選択される少なくとも1種を含む相であり、
前記結合相が、Co及びNiからなる相であり、
前記硬質相の含有割合が82質量%以上93質量%以下であり、
前記結合相の含有割合が7質量%以上18質量%以下であり、
前記TiCNの含有割合が49.3質量%以上60.0質量%以下であり、前記WCの含有割合が20.0質量%以上30.0質量%以下であり、前記Coの含有割合が3.7質量%以上9.5質量%以下であり、前記Niの含有割合が3.3質量%以上8.5質量%以下であり、前記TaC、前記NbC、前記ZrC、前記Mo 2 C及び前記Cr 3 C 2 の合計含有割合が残部(ただし、TiCN、WC、TaC、NbC、ZrC、Mo 2 C、Cr 3 C 2 、Co及びNiの合計含有割合を100.0質量%とする。)であり、
前記硬質相は、
(i)X線回折(XRD)測定において、123.5°以上125.0°以下の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第1硬質相と、
(ii)X線回折(XRD)測定において、121.0°以上123.5°未満の位置に(422)面に由来する回折ピークを示す立方晶結晶構造を有する第2硬質相と、
を含み、
前記第2硬質相の残留応力が、-1000MPa以上-600MPa以下であり、
前記結合相の残留応力が、-600MPa以上-200MPa以下であり、
第1硬質相富化領域の厚みが、0μm以上1.0μm以下であり、
表面結合相割合が、0.80以上0.95以下である、サーメット焼結体。 A cermet sintered body comprising a hard phase and a binder phase,
The hard phase is a phase containing at least one selected from the group consisting of TiCN, WC , TaC, NbC, ZrC, Mo2C and Cr3C2 ,
the binder phase is a phase consisting of Co and Ni,
The content of the hard phase is 82% by mass or more and 93% by mass or less,
The content of the binder phase is 7% by mass or more and 18% by mass or less,
the TiCN content is 49.3 mass% or more and 60.0 mass% or less, the WC content is 20.0 mass% or more and 30.0 mass% or less, the Co content is 3.7 mass% or more and 9.5 mass% or less, the Ni content is 3.3 mass% or more and 8.5 mass% or less, and the total content of the TaC, NbC, ZrC, Mo2C , and Cr3C2 is the balance (wherein the total content of TiCN, WC, TaC, NbC, ZrC, Mo2C , Cr3C2 , Co , and Ni is 100.0 mass%) ;
The hard phase is
(i) a first hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 123.5° or more and 125.0° or less in X-ray diffraction (XRD) measurement;
(ii) a second hard phase having a cubic crystal structure that exhibits a diffraction peak derived from the (422) plane at an angle of 121.0° or more and less than 123.5° in X-ray diffraction (XRD) measurement;
Including,
the residual stress of the second hard phase is −1000 MPa or more and −600 MPa or less,
The residual stress of the binder phase is −600 MPa or more and −200 MPa or less,
The thickness of the first hard phase enriched region is 0 μm or more and 1.0 μm or less,
A cermet sintered body having a surface binder phase ratio of 0.80 or more and 0.95 or less.
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