(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で含まれると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属からなる配合組成であり、焼結合金中における炭素と窒素の含有量が炭素／（炭素＋窒素）の重量比で０．６以上になっていることを特徴とするサーメット。
【請求項２】
請求項１のサーメットにおいて、最高硬さの部分がその表面から１００μｍ以下の範囲にあり、その最高硬さがビッカース硬度で２２００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上で、かつこの最高硬さが内部の硬さより３０％以上高くなっていることを特徴とするサーメット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のサーメットにおいて、その表面から１００μｍ以下の範囲における破壊靭性値（Ｋｃ）が９．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上であることを特徴とするサーメット。
【請求項４】
チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で加えられると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属からなる配合組成の原料を混合して成型した後、これを焼結させてサーメットを製造するにあたり、燒結時における最高温度を１３８０〜１５５０℃の範囲にすると共に、焼結時における圧力を０．０５〜５．０Ｔｏｒｒの範囲にしたことを特徴とするサーメットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、旋削工具，フライス工具等の切削加工用工具等の材料に使用されるサーメットに係り、特に、耐摩耗性及び耐欠損性に優れたサーメットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、旋削工具，フライス工具等の切削加工用工具等の材料としてサーメットを使用することが行なわれていた。
【０００３】
そして、このサーメットにおける耐摩耗性等を更に改善するために、様々な研究が行なわれており、サーメットの表面を改質するため、例えば、特公昭５９−１７１７６号公報においては、硬質相を形成する成分とその量及び結合相を形成する成分とその量等を調整し、焼結合金における硬質表層の最高硬さが内部硬さに対して５〜３０％高くなるようにしたものが、また特開平２−１５１３９号公報においては、チタンの炭化物等と周期律表第６ａ族元素の炭化物とを用いた硬質相成分において、（窒素／窒素＋炭素）で表される原子比が０．４〜０．６の範囲になるようにし、また焼結時において、液相出現温度以上で１〜３０Ｔｏｒｒの窒素ガスを導入し、最高温度到達後に減圧させて表層部に内部より靭性や硬度の高い改質部を形成することが、また特開平５−９６４６号公報においては、焼結合金中におけるＴｉとＷ等の量を調整すると共に、焼結合金の表層部における結合相の相対濃度を内部の平均的結合相濃度より減少させて、表面に圧縮応力を残存させて、耐熱衝撃性や耐摩耗性及び耐欠損性を高めるようにしたものが示されている。
【０００４】
ここで、上記の特公昭５９−１７１７６号公報に示されるものにおいては、焼結合金における硬質表層の最高硬さが内部硬さに対して５〜３０％高くなるようにしているだけであるため、表面が十分な硬度を有するとはいえず、耐摩耗性等が十分なものではなかった。
【０００５】
また、特開平２−１５１３９号公報に示されるものにおいては、上記のように（窒素／窒素＋炭素）の原子比が０．４〜０．６の範囲になっており、硬質相成分における窒素の量が多いため、ＴｉＣＮの硬質相の核の周りにおいて組織が十分に発達せず、硬質相の粒成長が抑制されて微細な組織になり、破壊靭性が低下すると共に、焼結時に脱窒が生じて内部組織にポア等が生じやすくなり、十分な耐欠損性を得ることができないという問題があった。
【０００６】
また、特開平５−９６４６号公報に示されるものにおいては、上記のように耐熱衝撃性や耐摩耗性及び耐欠損性の高いサーメットを得るにあたり、その焼結工程において、液相出現温度から最終焼結温度における保持終了まで５〜３０Ｔｏｒｒの高い窒素ガス雰囲気中で焼結を行なうため、硬質相の粒子の成長が押えられて粒子が微細化し、上記の特開平２−１５１３９号公報に示されたものと同様に、破壊靭性が低下して耐欠損性が悪くなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、旋削工具，フライス工具等の切削加工用工具等の材料として使用されるサーメットにおける上記のような様々な問題を解決することを課題とするものである
【０００８】
すなわち、この発明においては、表面が十分な硬度を有し、耐摩耗性や耐欠損性に優れたサーメットを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明におけるサーメットにおいては、上記のような課題を解決するため、チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で含まれると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属である配合組成のものを用い、焼結合金中における炭素と窒素の含有量が炭素／（炭素＋窒素）の重量比で０．６以上になるようにしたのである。
【００１０】
また、この発明におけるサーメットにおいては、最高硬さの部分がその表面から１００μｍ以下の範囲にあって、その最高硬さがビッカース硬度（荷重０．１ｋｇｆ）で２２００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上で、かつこの最高硬さが内部の硬さより３０％以上高くなるようにし、さらにその表面から１００μｍ以下の範囲における破壊靭性値（Ｋｃ）が９．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上になるようにする。
【００１１】
ここで、上記の破壊靭性値（Ｋｃ）は、公知の文献（Niihara,K., Morena,R. and Hasselman, D.P.H., “Further Reply to Comment on Elastic/Plastic Indentation Damage in Ceramics: The Median/Radial Crack System", Communications of the American Ceramic Society, C-116-117, Jul., 1982.）に示されているＩＦ法に従って荷重１０ｋｇｆで新原の式を用いて計算した値である。
【００１２】
また、この発明においては、上記のようなサーメットを製造するにあたり、チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で加えられると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属からなる配合組成の原料を混合して成型した後、これを焼結させるにあたり、最高温度を１３８０〜１５５０℃の範囲にすると共に、焼結時における圧力を０．０５〜５．０Ｔｏｒｒの範囲になるようにしたのである。
【００１３】
ここで、この発明におけるサーメットの配合組成において、チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％含有されるようにしたのは、これらのチタン化合物の量が４５重量％より少ないと、得られたサーメットにおける耐摩耗性が低下する一方、その量が７０重量％より多くなると、焼結性が悪くなって、表面における硬度を十分に向上させることが出来ず、耐摩耗性等が低下するためである。
【００１４】
また、上記のチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％になるようにしたのは、この硬質相成分が７５重量％より少ないと、得られたサーメットにおける耐塑性変形性が弱まる一方、その量が９５重量％より多くなると、得られたサーメットにおける耐欠損性が著しく低下するためである。
【００１５】
また、上記の硬質相成分に対してグラファイトを添加させるようにしたのは、このグラファイトの添加により配合組成中における炭素量を増やし、焼結時における脱炭が効率良く行なわれて、この脱炭によるサーメットの表面硬化が効果的に行なわれるようにするためであり、このグラファイトの添加量を硬質相成分に対して０．５〜２．０重量％としたのは、グラファイトの量が０．５重量％より少ないと、焼結時における脱炭が効率良く行なわれず、脱炭によるサーメットの表面硬化が十分に行なえなくなる一方、２．０重量％より多いと、得られたサーメットの内部から表面全体に遊離炭素が出現して、サーメットの耐欠損性が低下するためである。
【００１６】
また、この発明のサーメットにおいては、最高硬さの部分がその表面から１００μｍ以下の範囲で、その最高硬さがビッカース硬度（荷重０．１ｋｇｆ）で２２００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上になるようにしたのは、最高硬さの部分が表面から１００μｍを越えると、初期摩耗が大きくなって耐摩耗性が低下するためであり、またビッカース硬度（荷重０．１ｋｇｆ）が２２００ｋｇｆ／ｍｍ2 より低いと、その表面の最高硬さが十分でなく耐摩耗性が低下するためである。
【００１７】
さらに、このサーメットの表面から１００μｍ以下の範囲における破壊靭性値が９．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上になるようにしたのは、これより破壊靭性値が低いと耐欠損性が十分でないためである。
【００１８】
また、このサーメットを製造するにあたって、焼結時における最高温度が１３８０〜１５５０℃の範囲になるようにしたのは、１３８０℃より低いと、焼結が十分に行なわれなくて、ポアが生じやすくなり、耐欠損性が悪くなる一方、１５５０℃を越えると、粒子の成長が著しくて、表面が荒れたり変形したりすると共に、その表面硬度も低下して十分な耐摩耗性を得られなくなるためである。
【００１９】
また、焼結時における圧力が０．０５〜５．０Ｔｏｒｒの範囲になるようにしたのは、圧力が０．０５Ｔｏｒｒより低いと、サーメット表面からの脱炭が多くなりすぎて、脆化相が生じやすくなる一方、５．０Ｔｏｒｒより高いと、サーメットの表面における脱炭がうまく行なわれず、その表面を十分に硬化させることができなくなるためである。
【００２０】
【作用】
この発明におけるサーメットにおいては、上記のようにチタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で含まれると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属である配合組成のものを用い、これを焼結させてサーメットを得るようにしたため、サーメットの表面からの脱炭が効率良くうまく行なわれて、表面が十分な最高硬さをもつようになる。
【００２１】
また、この焼結合金中における炭素と窒素の含有量が、炭素／（炭素＋窒素）の重量比で０．６以上になるようにしたため、焼結合金中の硬化相の微細化が抑制され、その表面において、ＴｉＣ又はＴｉＣＮに富む核の周りにチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の周辺組織が大きく発達し、硬質相が内部より大きくなって、その表面における破壊靭性が向上するようになる。
【００２２】
さらに、この発明においては、サーメットを製造するにあたって、燒結時における最高温度を１３８０〜１５５０℃の範囲にすると共に、焼結時における圧力を０．０５〜５．０Ｔｏｒｒの範囲にしたため、燒結によってポアが生じたり、粒子が成長しすぎるということがなく、サーメットの表面における脱炭もうまく行なわれて、サーメットにおける耐欠損性や耐摩耗性が十分に向上されるようになる。
【００２３】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係るサーメット及びその製造方法について具体的に説明すると共に、比較例を挙げ、この発明の実施例に係るサーメットが耐摩耗性や耐欠損性に優れていることを明らかにする。
【００２４】
（実施例１〜７及び比較例１〜６）
これらの実施例及び比較例のものにおいては、その原料として、チタン化合物であるＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ（Ｃ：Ｎ＝７：３とＣ：Ｎ＝１：１の２種類）と、チタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物であるＷＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，Ｍｏ2 Ｃと、鉄族金属であるＣｏ，Ｎｉと、グラファイト（Ｃ）とを下記の表１に示す割合で配合させたものを用いるようにした。
【００２５】
【表１】
0003732866.tif 000002
【００２６】
そして、上記の表１に示す配合組成で各原料を湿式混合させた後、これらをそれぞれＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状にプレス成型し、下記の表２に示す焼結条件（液相出現後の昇温時の雰囲気，焼結時の雰囲気，最高温度）で焼結を行ない、得られた焼結体におけるＣ／（Ｃ＋Ｎ）の比を求め、その結果を下記の表２に示した。
【００２７】
【表２】
0003732866.tif 000003
【００２８】
次に、上記のように焼結して得た実施例１〜７及び比較例１〜６の各サーメットについて、その表面近傍の最高硬さと内部硬さとを微小硬さ計により荷重０．１ｋｇｆで測定し、内部硬さに対する最高硬さの上昇率を求めると共に、実施例１〜７及び比較例１〜６の各サーメットの表面における破壊靭性値（Ｋｃ）を求め、これらの結果を下記の表３に示した。なお、破壊靭性値（Ｋｃ）については、前記のようにＩＦ法に従い荷重１０ｋｇｆでビッカース硬さ計を用い新原の式で計算して求めた。
【００２９】
【表３】
0003732866.tif 000004
【００３０】
次に、上記実施例１〜７及び比較例１〜６の各サーメットに対して一定の研削及びホーニング加工を施し、これらの各サーメットを用いて耐摩耗試験及び耐欠損試験を行なった。
【００３１】
ここで、耐摩耗試験においては、被削材にＳＮＣＭ４４７（Ｈｓ３８）の丸棒を使用し、切削速度２３０ｍ／ｍｉｎ，切り込み２ｍｍ，送り０．２ｍｍ／ｒｅｖで１０分間切削を行ない、それぞれの逃げ面における摩耗を測定し、また耐欠損試験においては、被削材にＳＣＭ４４７（Ｈｓ３１）の４溝付きの丸棒を使用し、切削速度１２０ｍ／ｍｉｎ，切り込み２．５ｍｍ，送り０．０５ｍｍ／ｒｅｖから１００回衝撃毎に０．０５ｍｍ／ｒｅｖずつ上昇させ、各サーメットにおいて欠損した時の送り量を測定し、これらの結果を下記の表４に示した
【００３２】
【表４】
0003732866.tif 000005
【００３３】
上記の表３及び表４の結果によると、上記実施例１〜７の各サーメットにおいては、何れもその表面における最高硬さが２２００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上で、内部硬さより３０％以上高くなっており、またその表面の破壊靭性値（Ｋｃ）も９．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上と高くなっており、また上記の耐摩耗試験においても、逃げ面における摩耗が０．１５ｍｍ以下と少なくなっていて、耐摩耗性に優れていると共に、耐欠損試験においても、送り量が０．３５ｍｍ／ｒｅｖまで欠損が生じておらず、耐欠損性にも優れていた。
【００３４】
これに対して、Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）の値が０．６より小さい比較例１のものにおいては、表面における硬化が十分ではなく、内部硬さに対する表面の最高硬さの上昇が少なくなっていると共に、破壊靭性値も低く、耐摩耗性及び耐欠損性が低くなっていた。また、Ｃ／（Ｃ＋Ｎ）の値が０．６より小さく、焼結中に脱窒によって表面を硬化させるようにした比較例２のものにおいては、表面の最高硬さが内部硬さより十分に上昇しており、耐摩耗性に優れていたが、表面の破壊靭性値が低く、耐欠損性が悪くなっていた。また、グラファイトを添加しなかった比較例３のものにおいては、表面における硬化が十分ではなく、内部硬さに対する表面の最高硬さの上昇が少なく耐摩耗性が悪くなっていた。また、グラファイトを硬質相成分に対して２重量％より多く添加した比較例４のものにおいては、表面の最高硬さが内部硬さより十分に上昇して耐摩耗性に優れており、また表面の破壊靭性値も部分的に高くなっていたが、組織中に多量の遊離炭素が出現して耐欠損性が悪くなっていた。また、チタンの炭化物，窒化物の量が４５重量％以下の比較例５のものにおいては、表面における硬化が十分ではなく、内部硬さに対する表面の最高硬さの上昇が少なくて耐摩耗性が悪くなっており、クレータ摩耗も著しく深くなっていた。また、硬質相成分の重量が９５重量％を越える比較例６のものにおいては、表面の最高硬さがある程度高くなっていて耐摩耗性に優れていたが、表面の破壊靭性値が非常に低く、耐欠損性が著しく悪くなっていた。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明におけるサーメットにおいては、チタンの炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなるチタン化合物が４５〜７０重量％、このチタン化合物とチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種又は２種以上からなる金属化合物とを合わせた硬質相成分が７５〜９５重量％の割合で含まれると共に、この硬質相成分に対してグラファイトが０．５〜２．０重量％加えられて、残りが鉄族金属である配合組成のものを用いると共に、焼結合金中における炭素と窒素の含有量が炭素／（炭素＋窒素）の重量比で０．６以上になるようにしたため、燒結時において表面からの脱炭が効率良くうまく行なわれて、表面が十分な最高硬さをもつようになると共に、その表面においてＴｉＣ又はＴｉＣＮの周りにチタンを除く周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の周辺組織が大きく発達して、その表面における破壊靭性が向上し、耐摩耗性や耐欠損性に優れたサーメットが得られるようになった。
【００３６】
さらに、この発明においては、サーメットを製造するにあたり、燒結時における最高温度を１３８０〜１５５０℃の範囲にすると共に、焼結時における圧力を０．０５〜５．０Ｔｏｒｒの範囲にしたため、燒結によってポアが生じたり、粒子の成長しすぎたりするということがなく、サーメットの表面における脱炭もうまく行なえて、サーメットにおける耐欠損性や耐摩耗性が十分に向上した。