(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＣＮ基のサーメットであり、硬質相形成成分が重量比で、ＴｉＣとＴｉＮの総量が４０〜７０％、ＷＣ：０〜３０％、ＴａＣまたはＮｂＣ：０〜２５％、Ｍｏ２Ｃ：０〜１５％であり、結合相成形成分としてＣｏ＋Ｎｉ：１０〜２５％及び不可避不純物であり、結合金属相の格子定数が３．５５オングストロームから３．５８オングストロームであることを特徴とするチップソー用硬質合金。
【請求項２】
Ｔｉの１部を重量比で５％以下の範囲でＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒの金属、炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は２種以上で置き換えたことを特徴とする請求項１記載のチップソー用硬質合金。
【請求項３】
硬さがロックウェルＡスケールにおいて、８５．０〜９１．５であることを特徴とする請求項１又は２記載のチップソー用硬質合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、例えば管を切断するのに用いられる外に沿って、多数の切り刃用チップをとりつけたチップソーに用いられる硬質合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属等の切断においては従来は、砥石による切断が一般的であった。この場合、砥石の破損及び飛散、火花による発火等の安全上の問題が数多くあり、近年は砥石の代用として金属製円板の外周に超硬合金よりなるチップをとりつける傾向にある。また超硬合金においては、組成や粒度の影響の研究がなされ、特開平６−３１５３０にみられるように切断寿命を大巾に向上させた例もみられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年においては切断速度も１０００ｍ／ｍｉｎ以上が要求されるなど、全般的に高速、高能率切断の傾向があり、超硬合金においては、耐摩耗性の点でユーザーの期待に答えられなくなっているのが現状である。
本発明の目的は従来に比べ、高速切削における耐摩耗性を向上させるとともに高速切削時に問題となる耐溶着性を向上させることにより、高速切削における切削寿命の優れたチップソー用硬質合金を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、サーメット合金を用いることより、また、その硬質相形成成分、硬質相形成成分と結合相形成成分の比率、及び結合相の格子定数などの範囲を選定し、サーメット合金の耐ヒートクラック性を向上させるとともにサーメット合金と被削物との間で切削中に発生する化学反応を抑制することにより達成される。すなわち、ＴｉＣＮ基のサーメットであり、硬質相形成成分が重量比で、ＴｉＣとＴｉＮの総量が４０〜７０％、ＷＣ：０〜３０％、ＴａＣまたはＮｂＣ：０〜２５％、Ｍｏ２Ｃ：０〜１５％であり、結合相成形成分としてＣｏ＋Ｎｉ：１０〜２５％及び不可避不純物であり、結合金属相の格子定数が３．５５オングストロームから３．５８オングストロームであることを特徴とするチップソー用硬質合金である。
【０００５】
【作用】
本発明者は、種々の組成を有するサーメット合金及び超硬合金のチップソーにおいて、切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ以上での切削評価と観察を続けた結果、チップには微細なヒートクッラクが亀の子状に発生し、被削材の溶着によりヒートクラックで囲まれた部分がミクロ的に脱落することにより摩耗が進行し寿命に至り、脱落が比較的に大きい範囲で発生した場合には、切削抵抗の急増によりチッピングを誘発し、寿命に至る事実を発見した。
さらに、現象を詳細に観察すると切削速度１５００ｍ／ｍｉｎ以上の超高速切削になると上述のヒートクラックにより囲まれた一つ一つのコロニーの脱落が寿命に対し支配的である。
【０００６】
つまり、このような超高速下においては、比較的切削抵抗は小さくなる反面、発熱が大きく熱サイクルの振幅が大きくなるためヒートクラックが伝播し易くなり、ヒートクラックが伝播することが寿命を支配する。その反面、８００〜１５００ｍ／ｍｉｎ位の切削速度範囲においてはヒートクラックの伝播は比較的緩やかであるが、切削抵抗が比較的高くチップと被削材間に発生する面圧が高くなりチップに被削材が圧着する傾向が強い。この場合、圧着面の断面を分析すると被削材からチップにカーボンが拡散する現象が発生しており、この拡散が圧着した圧着物とチップの密着性を高める結果となる。そして繰り返し切削中にこの圧着物が脱落する時に拡散層により圧着物が強固に付着しているため下地のチップ母材とともに脱落し易くなってしまう結果となるのである。
従って、このような現象に対してはヒートクラックの伝播を抑制するためチップの靱性及びヒートクラック性を向上させるのみならず、上述の拡散を抑制し、圧着物が単独で脱落し易くしてやることが長寿命をもたらす結果となる。
【０００７】
一般に、高速仕上用に用いられるＪＩＳ  Ｐ１０、Ｐ０１、Ｋ１０、Ｋ０１に表示されるサーメット合金は、耐熱性、高速での耐摩耗性を重視し、結合金属相は１０％以下のものが多い。しかし、このような合金は破壊靱性値が低く、一旦微細なヒートクラックが発生するとすぐに全体的な欠損に至るものである。
従って、結合相量は、発生したヒートクラックの伝播をできるだけ抑制すべく１０〜２５％の範囲が必要となる。１０％未満では上述の様に直ぐ欠損に至り、２５％を越えると著しく耐摩耗性が損なわれる。主成分のＴｉＣ、ＴｉＮに関しては、全体の量が８０％を越えると熱伝導性が劣化し、ヒートクラックが発生し易くなる。少なすぎるとサーメットの長所である耐摩耗性、耐溶着性が劣化する。よって、ＴｉＣとＴｉＮの総量としては４０〜７０％が最も好ましい結果が得られる。
ＴｉＮに関しては添加量が増えるにつれ破壊靱性値が向上する傾向にあり、好ましくは添加される方が良い。しかし４０％を越えると硬質材料内部に欠陥が発生し易くなる傾向を有する。
【０００８】
ＷＣに関しては、サーメットの靱性と熱伝導率を向上する作用を有するため添加される方が好ましいが、添加に伴い耐摩耗性は悪くなり、２５％を越えると耐摩耗性が著しく劣化する。ＴａＣ、ＮｂＣに関しては高温での耐摩耗性を向上するため添加される方が好ましいが、３０％を越えると耐こすり摩耗性が劣化する。
Ｍｏ2Ｃ に関しては組織を微細化し靱性を向上する作用があり添加される方が好ましいが、１５％を越えるとＭｏ2Ｃ 自体が軟らかいため高温での耐摩耗性及び耐こすり摩耗性ともに劣化する傾向にある。
【０００９】
また、上述した組成のサーメット合金の結合金属相は合金の総炭素量により、その格子定数が変化する。格子定数は低炭素ほど結合相中に固溶するその他の成分が増えるため大きい値をとなり、高炭素側ほど小さくなり、一般的に約３．５５０オングストロームから３．６２０オングストロームの範囲を示す。本発明においては、３．５５０オングストローム〜３．５８０オングストロームの範囲、つまり炭素量が高い側が好ましい結果となった。それは、チップ素材が低炭素合金であると被削材との炭素量の差が大きく、当然炭素が拡散し易い結果となることによる。
【００１０】
従って、合金として許される炭素範囲の半分より高い側のほうがカーボンの拡散が少なく長寿命を示すわけである。本発明において格子定数はＣｏ、Ｎｉの（１１１）面の図折角より算出したが、３．５５０オングストローム未満であるとしばしば合金中に脆いフリーカーボンが形成される場合があり好ましくない。
硬さは主に、組成に依存するがロックウェルＡスケールで８５未満であると耐摩耗性が劣るだけでなく塑性変形が発生し易くなり、９１．５を越えると靱性が劣化し上述のようにヒートクラックが伝播し易くなる。
また、このような場合に対し耐塑性変形性を改善する目的でＺｒ、Ｈｆ、Ｖの金属、炭化物、窒化物、炭窒化物の１種又は２種以上を添加すると効果があるが、５％を越えると靱性を劣化する傾向を有す。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例により本願発明を詳細に説明する。
表１に示す組成になるように市販の平均粒径１．２μのＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ粉末、同１．５μのＷＣ粉末、同１．４μのＴａＣ、ＮｂＣ粉末、同１．８μのＭｏ２Ｃ粉末及びＣｏ、Ｎｉ粉末を用いアトライターで７時間混合し、乾燥の後、ソー用チップをプレスし、１４６０℃１時間、窒素０．３Ｔｏｒｒの雰囲気で焼結した。
【００１２】
【表１】
0003954657.tif 000002
【００１３】
チップソー形状は、金属切断に用いられる一般的なものである。
これらのチップソーを用い、直径５０ｍｍ、肉厚４ｍｍのＳ５０Ｃ製パイプの切断を切削速度１０００ｍ／ｍｉｎで行い、切断可能数の比較を行った。それらの結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】
0003954657.tif 000003
【００１５】
表２より、明らかに本発明合金は、耐ヒートクラック性及び耐溶着性にに優れるため、大巾な寿命の向上が認められるとともに、高炭素側の合金がより長寿命を示すことが明らかである。
【００１６】
【発明の効果】
本願発明硬質合金性チップソーは、従来の超硬性チップソーに比べ、中〜高速において耐摩耗性、耐欠損性、耐ヒートクラック性及び耐溶着性に優れ、パイプなどの切断において格段に長寿命が得られるものである。