(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性のみならず、耐欠損性にも優れる鋸刃用サーメットを提供する。【解決手段】  結合相と硬質相とからなる鋸刃用サーメットである。前記結合相は、CoとNiを主体とする鉄族金属からなり、その平均厚みが0.35〜0.50μmである。また、前記硬質相は、TiとWを必須とし、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される１種以上を金属成分とする炭窒化物を主体とする。そして、NiとCoの合計量が15〜25質量％で、Tiの含有量が30〜50質量％で、Wの含有量が15〜30質量％で、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrの合計含有量が5〜15質量％である。【選択図】図３
2006131975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合相と硬質相とからなる鋸刃用サーメットであって、
前記結合相は、CoとNiを主体とする鉄族金属からなり、その平均厚みが0.35〜0.50μmであり、
前記硬質相は、TiとWを必須とし、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される１種以上を金属成分とする炭窒化物を主体とし、
NiとCoの合計量が15〜25質量％で、
Tiの含有量が30〜50質量％で、
Wの含有量が15〜30質量％で、
Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrの合計含有量が5〜15質量％であることを特徴とする鋸刃用サーメット。
【請求項２】
Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される金属成分がTaとNbであることを特徴とする請求項１に記載の鋸刃用サーメット。
【請求項３】
このサーメットにおける任意断面の走査型電子顕微鏡写真において、
実質的に270μm2の視野内に、黒芯を有する硬質相である黒芯粒子が200個以下であり、
全黒芯粒子数Nに対する1μm以上の黒芯粒子の数Naの割合Na/Nが0.13〜0.55であることを特徴とする請求項1に記載の鋸刃用サーメット。
【請求項４】
1μm以上の黒芯粒子の数Naに対するアスペクト比が1.0〜2.0である1μm以上の黒芯粒子の数Nbの割合Nb/Naが0.50以上であることを特徴とする請求項3に記載の鋸刃用サーメット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋸刃用サーメットに関するものである。特に、耐欠損性に優れ、金属加工用の鋸刃に好適な鋸刃用サーメットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板の外周に複数のチップを固定した金属切断用の鋸が知られている。これは、円盤状の基板の外周部に複数の刃台を形成し、この刃台にサーメットや超硬合金からなるチップをロウ付けしたものである。このような鋸は、耐摩耗性が要求されることはもちろんのこと、耐欠損性も求められている。
【０００３】
このチップに用いられる材料のうち、代表的な超硬合金であるWC基超硬合金は耐欠損性には優れるものの、耐摩耗性が不足して工具寿命となることが多い。一方、代表的なサーメットである炭窒化チタン基合金は、WC基超硬合金に比べ耐酸化性と耐摩耗性とに優れており、切削工具として広く使用されている。しかし、従来のサーメットは欠損しやすいという欠点を有している。
【０００４】
この欠点の改善を主たる目的とする技術として、例えば特許文献１や特許文献２に記載の技術が知られている。特許文献１では、走査型電子顕微鏡写真で観察した場合に、合金中の硬質相の粒子は、芯部に位置する黒色に見える黒芯部と、黒芯部の周辺のグレーに見える周辺組織とを有するTiCN基合金を開示している。そして、この合金において、黒芯部の面積の分布が、0.1μm2以上0.7μm2以下の範囲に存在する第１のピークと、0.8μm2以上2.5μm2以下の範囲に存在する第２のピークとを含むことで耐摩耗性および耐欠損性の向上を図っている。一方、特許文献２では、任意断面の走査型電子顕微鏡写真において、硬質相が黒色の第１硬質相と灰白色の第２硬質相とからなるTiCN基サーメットを開示している。そして、サーメットの内部と表面部の各々で第１硬質相と第２硬質相の平均粒径と各硬質相の面積比率を特定することで、耐欠損性、耐摩耗性の向上を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特開平10-298697号公報
【特許文献２】特開2004-115881号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の従来技術であっても、耐摩耗性を有しつつ、高い耐欠損性を十分に両立させることは難しく、特に金属加工用などの鋸刃に用いるサーメットとしては、より一層の耐欠損性の向上が求められている。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、耐摩耗性のみならず、耐欠損性にも優れる鋸刃用サーメットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋸刃用に好適なチップ材料を見出すべく、従来からのサーメットと同等以上の耐摩耗性を保持することに加え、超硬合金と同等の耐欠損性をも有するサーメットの条件を検討・試験した結果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、結合相と硬質相とからなる鋸刃用サーメットである。前記結合相は、CoとNiを主体とする鉄族金属からなり、その平均厚みが0.35〜0.50μmである。また、前記硬質相は、TiとWを必須とし、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される１種以上を金属成分とする炭窒化物を主体とする。そして、NiとCoの合計量が15〜25質量％で、Tiの含有量が30〜50質量％で、Wの含有量が15〜30質量％で、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrの合計含有量が5〜15質量％であることを特徴とする。
【００１０】
従来のサーメットの断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、図4に示すように、結合相10中に硬質相粒子20が分散された状態が観察される。これらの硬質相粒子には有芯構造の硬質相粒子と、非有芯構造の硬質相粒子とが含まれる。有芯構造の硬質相粒子は、その芯部に位置して黒色に見える黒芯粒子21と、黒芯粒子の周辺のグレーに見える周辺組織22とからなる。一方、非有芯構造の硬質相粒子は、実質的に黒芯粒子21のみからなる硬質相粒子と、実質的に周辺組織22のみからなる硬質相粒子とが見られる。
【００１１】
このような組織において、従来のサーメットでは硬質相粒子のサイズがばらばらで、その結果、結合相の厚みが小さく、そのことが耐欠損性の向上を妨げる要因になっているのではないかと考えた。
【００１２】
そこで、本発明者らは種々の検討を行った結果、主として(1)結合相量を特定すること、(2)黒芯粒子のみからなる硬質相粒子を極力低減して有芯構造の硬質相粒子を多くすること、により結合相の厚みを大きくし、サーメットの耐欠損性を向上させている。また、Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物に比べて硬度の低いWCの析出が抑制されたサーメット組織とすることで、耐摩耗性の維持も図っている。つまり、図3に示すように、本発明サーメットは、破壊の起点になりやすい微細な黒芯粒子21の数が減少され、結合相10の厚みが大きく構成されている。
【００１３】
以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１４】
本発明サーメットは、結合相と硬質相とから構成される。
【００１５】
まず、結合相は、CoとNiを主体とする鉄族金属で構成する。代表的には、NiとCoと残部が不可避的不純物からなる材料が結合相に用いられる。また、この結合相の平均厚みを0.35〜0.50μmとする。結合相の平均厚みが下限値未満では十分な耐欠損性の向上を図ることが難しく、逆に上限値を超えると耐摩耗性の低下につながるからである。この平均厚みは、サーメット表面から0.5mm以上内部における領域を走査型電子顕微鏡にて写真撮影し、その写真を用いて求める。つまり、この顕微鏡写真の14.4μm×18.7μm（実質的に270μm2）の視野において任意の線分を引き、その線分上の結合相の総長をL、同線分上の結合相の総数をNtとしたときのL/Ntを結合相の平均厚みとする。但し、計測は、複数視野を得て、各視野における線分の長さLの合計が118μm以上、総数Ntは50以上となるように行う。
【００１６】
次に、硬質相は、TiとWを必須とし、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される１種以上を金属成分とする炭窒化物を主体とする。例えば、硬質相の主成分としてTiの炭化物、窒化物、炭窒化物が挙げられる。これらはサーメットの硬度や強度を決定する主要因となっている。また、硬質相の必須成分としてWの炭化物、窒化物、炭窒化物が挙げられる。これらは硬質相と結合相との濡れ性を改善し、強度を高める作用を有する。そして、硬質相の添加成分としてTa、Nb、Mo、Hf、VおよびCrよりなる群から選択される１種以上の金属成分の炭化物、窒化物、炭窒化物が含まれる。代表的には、Tiの炭窒化物を主成分とする。添加成分では、TaとNbを金属成分として選択することが好ましい。TaやNbの炭化物、窒化物、炭窒化物は硬質相を強化する機能を有し、サーメットの耐摩耗性の向上に寄与することができる。
【００１７】
以上の結合相と硬質相とからなるサーメットにおいて、各種金属成分の含有量を以下のように特定する。
【００１８】
まず、NiとCoの合計量を15〜25質量％とする。NiとCoの合計量が15質量％未満では、結合相量が少なく、十分な平均厚みの結合相を形成して耐欠損性を向上させることが難しい。逆に25質量％を超えると、結合相量が多くなりすぎ、耐摩耗性の低下につながるからである。このように結合相の含有量を比較的多くすることで、上述した結合相の平均厚みの大きいサーメットが得られやすくなる。なお、このNiとCoの含有量は、サーメット全体に占めるNiとCoの合計質量％である。含有量の測定は、焼結したサーメットを粉砕機により粉砕して、例えば、ICP(誘導結合プラズマ発光分析)にて粉砕材料を分析することで行う。この含有量がサーメット全体に占める割合であること及び測定方法は、他の金属成分の含有量に関しても同様である。
【００１９】
次に、Tiの含有量を30〜50質量％とする。Tiの含有量が30質量％未満では、TiCNなどの硬質相を十分に生成することが難しく、必要とされる耐摩耗性を得ることが難しく、50質量％を超えると、耐欠損性に劣る。
【００２０】
また、Wの含有量を15〜30質量％とする。WはWCとして硬質相と結合相との濡れ性を改善し、強度を高める作用を有するが、耐摩耗性の低下に影響を及ぼすため、Wの含有量を15〜30質量％としている。
【００２１】
さらに、Ta、Nb、Mo、Hf、VおよびCrの合計含有量を5〜15質量％とする。これらは、通常、炭化物、窒化物、炭窒化物などとして硬質相の強化機能を有する。規定下限値を下回ると耐欠損性が低下しやすく、規定上限値を上回ると耐摩耗性が劣ると共に被削材との反応が高くなりやすい。
【００２２】
その他、このサーメットにおける任意断面の走査型電子顕微鏡写真において、実質的に270μm2の視野内に、黒芯を有する硬質相である黒芯粒子が200個以下であることが好ましい。微細な黒芯粒子の数を減少させることで、周辺組織からなる硬質相を相対的に多くし、サーメットの靭性向上を図る。また、微細な黒芯粒子の減少により結合相の平均厚みを大きくすることに寄与する。この黒芯粒子数は、サーメット表面から0.5mm以上内部における270μm2の視野について5視野以上から黒芯粒子数の計測を行い、その平均値とする。
【００２３】
その場合、全黒芯粒子数Nに対する1μm以上の黒芯粒子の数Naの割合Na/Nが0.13〜0.55であることが好ましい。割合Na/Nを特定することで、耐欠損性と耐摩耗性のバランスをコントロールすることができる。この割合Na/Nが0.13未満では耐欠損性が低下する傾向があり、0.55を超えると耐摩耗性が低下する傾向がある。なお、1μm以上の黒芯粒子とは、黒芯粒子の最長長さが1μm以上の黒芯粒子のことである。
【００２４】
さらに、1μm以上の黒芯粒子の数Naに対するアスペクト比が1.0〜2.0である1μm以上の黒芯粒子の数Nbの割合Nb/Naが0.50以上であることが望ましい。アスペクト比が比較的小さな丸みを帯びた黒芯粒子を多くすることで、応力の集中を回避し、靭性を向上させることができる。アスペクト比は、黒芯粒子の最長長さをLmax、最短長さをLminとした場合、Lmax/Lminで表される。そして、1μm以上の黒芯粒子の100個以上について割合Nb/Naを求める。
【００２５】
本発明サーメットは、通常、材料粉末の用意→材料粉末の混合粉砕→プレス成形→焼結を行うことにより得られる。
【００２６】
まず、材料粉末の用意の段階では、原料として用いる硬質相粉末、特にTiCNのうち平均粒径が1μm以下のTiCNの割合を30体積％以下とすることが望ましい。これにより、微細な黒芯粒子が多数分散された状態を回避し、結合相の平均厚みを大きくして靭性の向上を実現する。
【００２７】
また、焼結の段階では、例えば1450〜1600℃にて焼結を行うことが好適である。特に、1500℃以上にて焼結することが好ましい。比較的高温にて焼結することで、硬質相粒子を成長させて、Tiなどの元素を硬質相中に再固溶させて、微細な黒芯粒子が結合相中に分散されることを抑制する。
【００２８】
そして、上述した平均粒径が1μm以下のTiCNの割合特定と焼結温度の限定により、アスペクト比の制御も行うことができ、割合Nb/Naが0.50以上となるようなサーメットを得ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明サーメットは、主として結合相の平均厚さを厚くすることで、靭性を向上させ、耐欠損性に優れたサーメットとすることができる。また、WCの析出が抑制された硬質相とすることで、耐摩耗性も向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
表1に示す原料粉末を同表に示す配合にて混合し、混合粉末を所定の形状にプレスした後、N2雰囲気中で同表の条件にて焼結を行った。ここで、原料成分であるTiCNのうち平均粒径が1μm以下のTiCNの割合（（平均粒径が1μm以下のTiCNの体積）／（全TiCNの体積））が実施例では全て30体積％以下であるが比較例は30体積％超である。得られた焼結体について、金属成分の含有量、結合相の平均厚さ、黒芯粒子の数、全黒芯粒子数Nに対する1μm以上の黒芯粒子の数Naの割合Na/N、1μm以上の黒芯粒子の数Naに対するアスペクト比が1.0〜2.0である1μm以上の黒芯粒子の数Nbの割合Nb/Naを求めた。その結果を表2に示す。
【００３２】
【表１】
2006131975.tif 000003
【００３３】
【表２】
2006131975.tif 000004
【００３４】
金属成分の含有量は、焼結したサーメットを粉砕機により粉砕し、ICP(誘導結合プラズマ発光分析)にて粉砕材料を分析することで行った。結合相の平均厚さ(表２では単に「結合層厚さ」と表記)は、サーメット表面から0.5mm以上内部における領域を走査型電子顕微鏡にて写真撮影し、その写真を用いて求める。この顕微鏡写真の14.4μm×18.7μm（実質的に270μm2）の視野において任意の線分を引き、その線分上の結合相の総長をL、その総数をNtとしたときのL/Ntを結合相の平均厚みとする。但し、計測は、複数視野を採用し、各視野における線分の長さLの合計長さが118μm以上、同線分上の結合相の総数Ntは50以上となるように行う。黒芯粒子の数は、上記視野の5視野以上から黒芯粒子数の計測を行い、その平均値とした。割合Na/Nは、上記の黒芯粒子を最長長さが1μm以上のものとそれ以外のものとに分けて求めた。割合Nb/Naは、黒芯粒子の最長長さをLmax、最短長さをLminとし、Lmax/Lminをアスペクト比として、1μm以上の黒芯粒子の100個以上について割合Nb/Naを求めた。
【００３５】
また、実施例であるNo.1-6、比較例であるNo.2-1の走査型顕微鏡写真をそれぞれ図1、図２に示す。図１の写真において、黒く見える部分が黒芯粒子であり、その周囲のグレーに見える箇所が周辺組織であり、白く見える箇所が結合相である。この写真から明らかなように、実施例では微細な黒芯粒子が少なく、主として周辺組織からなる硬質相が多いことがわかる。特に、周辺組織が無い状態で黒芯粒子だけとなって結合相中に分散されている微細な黒芯粒子が少ない。また、実施例では黒芯粒子はいずれも丸みを帯びてアスペクト比の小さなものが多いことがわかる。さらに、次述する図２の写真では認められたWCの析出が図１の写真には認められない。
【００３６】
一方、図２の写真において、黒く見える部分が黒芯粒子であり、グレーに見える箇所が周辺組織と結合相であり、白く見える箇所がWCである。図１の写真では結合相が白く見えていたが、図２ではコントラストの関係上、周辺組織とWCと結合相の３つを一つの写真中に区別して表すことが難しく、WCを白く明確化した結果、周辺組織と結合相とがグレーとなってが区別できない状態となっている。この図２の写真から明らかなように、比較例では硬度が低いWCの析出が見られる。また、黒芯粒子が多い上、細長くアスペクト比の大きい黒芯粒子が多い。なお、黒芯粒子のサイズは、上記写真における黒い部分だけの径を測定しており、有心構造の硬質相粒子であっても周辺組織を含む粒子の径を測定するわけではない。
【００３７】
さらに、得られた各サーメットをチップとして直径305mm、刃数54の丸鋸を作製し、切断試験を行った。切削条件は次の通りである。
【００３８】
被削材：STK400メッキパイプ（外径48.6mm、肉厚2mm）
回転数：1500r.p.m.
切断時間：3〜5秒/カット
カット数：〜60カット
【００３９】
そして、刃の全数のうち半分が欠けるまでに要したカット数から耐欠損性を評価した。
【００４０】
さらに、次の条件でも切断加工を行い、各チップの最大摩耗部の平均摩耗量から耐摩耗性を評価した。
【００４１】
被削材：S15CK丸棒（外径50mm）
回転数：1500r.p.m.
切断時間：25〜60秒/カット
カット数：45カット
【００４２】
これらの試験結果も合わせて表2に示す。
【００４３】
上記の表から明らかなように、本発明実施例（No.1-1〜No.1-6）は全て耐摩耗性、耐欠損性共に優れている。一方、金属成分量が所定の範囲を外れているものや、結合相の平均厚みが所定の範囲から外れているものは耐欠損性が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明サーメットは、鋸刃のチップに好適に利用することができる。特に、金属加工用の鋸刃のチップに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例No.1-6の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】比較例No.2-1の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】実施例組織を示す模式図である。
【図４】比較例組織を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
10  結合相  20  硬質相  21  黒芯粒子  22  周辺組織
【図１】
2006131975.tif 000005
【図２】
2006131975.tif 000006
【図３】
2006131975.tif 000007
【図４】
2006131975.tif 000008