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公開番号2024092850
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2022209045
出願日2022-12-26
発明の名称被覆超硬合金
出願人株式会社タンガロイ
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 29/08 20060101AFI20240701BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】耐摩耗性、耐塑性変形性、及び耐欠損性を向上させた被覆超硬合金を提供する。
【解決手段】超硬合金からなる基体と、基体の表面に形成された被覆層と、を備える被覆超硬合金であって、超硬合金が硬質相と結合相とを含み、硬質相の含有割合は超硬合金に対し80.0体積%以上95.0体積%以下であり、結合相の含有割合は超硬合金に対し5.0体積%以上20.0体積%以下であり、硬質相はWCからなる第1硬質相を含み、結合相はCoとNiとFeとCr及びMoのうち1種以上とを含み、結合相はK₁=(M_CR+M_MO)/M₁で表されるK₁の値が0以上0.15未満である第1領域と0.15以上0.30未満である第2領域と0.30以上である第3領域とからなり、第3領域の含有割合は結合相に対し10%以上40%以下であり、超硬合金の全体においてK₂=m_FE/Nで表されるK₂の値が0.05以上0.35以下である、被覆超硬合金。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
超硬合金からなる基体と、前記基体の表面に形成された被覆層と、を備える被覆超硬合金であって、
前記超硬合金が、硬質相と結合相とを含み、
前記硬質相の含有割合は、前記超硬合金１００体積％に対して、８０．０体積％以上９５．０体積％以下であり、
前記結合相の含有割合は、前記超硬合金１００体積％に対して、５．０体積％以上２０．０体積％以下であり、
前記硬質相は、ＷＣからなる第１硬質相を含み、
前記結合相は、Ｃｏ元素と、Ｎｉ元素と、Ｆｅ元素と、Ｃｒ元素及びＭｏ元素のうち１種以上と、を含み、
前記結合相は、下記式（１）で表されるＫ
1
の値が、０以上０．１５未満である第１領域と、０．１５以上０．３０未満である第２領域と、０．３０以上である第３領域と、からなり、
Ｋ
1
＝（Ｍ
CR
＋Ｍ
MO
）／Ｍ
1
（１）
Ｍ
1
＝Ｍ
CR
＋Ｍ
MO
＋Ｍ
FE
＋Ｍ
CO
＋Ｍ
NI
＋Ｍ
MN
（２）
（式（１）及び式（２）中、Ｍ
CR
は、前記結合相における全元素に対するＣｒ元素の原子比を示し、Ｍ
MO
は、前記結合相における全元素に対するＭｏ元素の原子比を示し、Ｍ
FE
は、前記結合相における全元素に対するＦｅ元素の原子比を示し、Ｍ
CO
は、前記結合相における全元素に対するＣｏ元素の原子比を示し、Ｍ
NI
は、前記結合相における全元素に対するＮｉ元素の原子比を示し、Ｍ
MN
は、前記結合相における全元素に対するＭｎ元素の原子比を示す。）
前記第３領域の含有割合は、前記結合相の全体１００％に対して、１０％以上４０％以下であり、
前記超硬合金の全体において、下記式（３）で表されるＫ
2
の値が、０．０５以上０．３５以下である、
Ｋ
2
＝ｍ
FE
／Ｎ（３）
Ｎ＝ｍ
CR
＋ｍ
MO
＋ｍ
FE
＋ｍ
CO
＋ｍ
NI
＋ｍ
MN
（４）
（式（３）及び式（４）中、ｍ
FE
は、前記超硬合金における全元素に対するＦｅ元素の原子比を示し、ｍ
CR
は、前記超硬合金における全元素に対するＣｒ元素の原子比を示し、ｍ
MO
は、前記超硬合金における全元素に対するＭｏ元素の原子比を示し、ｍ
CO
は、前記超硬合金における全元素に対するＣｏ元素の原子比を示し、ｍ
NI
は、前記超硬合金における全元素に対するＮｉ元素の原子比を示し、ｍ
MN
は、前記超硬合金における全元素に対するＭｎ元素の原子比を示す。）
被覆超硬合金。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記結合相が、Ｍｎ元素をさらに含む、
請求項１に記載の被覆超硬合金。
【請求項３】
前記第３領域の全体において、前記式（１）で表されるＫ
1
の平均値が、０．３５以上０．４５以下である、請求項１又は２に記載の被覆超硬合金。
【請求項４】
前記第２領域の含有割合は、前記結合相の全体１００％に対して、０％以上３５％以下である、請求項１又は２に記載の被覆超硬合金。
【請求項５】
前記第１領域の含有割合は、前記結合相の全体１００％に対して、４５％以上９０％未満である、請求項１又は２に記載の被覆超硬合金。
【請求項６】
前記結合相の全体において、下記式（５）で表されるＫ
3
の平均値をＸ、前記第１領域における前記Ｋ
3
の平均値をＹ、前記第３領域における前記Ｋ
3
の平均値をＺ、としたとき、Ｚ＞Ｘ≧Ｙの関係を満たし、
Ｋ
3
＝Ｍ
FE
／Ｍ
2
（５）
Ｍ
2
＝Ｍ
CO
＋Ｍ
NI
＋Ｍ
FE
（６）
（式（５）及び式（６）中、Ｍ
CO
は、前記結合相における全元素に対するＣｏ元素の原子比を示し、Ｍ
NI
は、前記結合相における全元素に対するＮｉ元素の原子比を示し、Ｍ
FE
は、前記結合相における全元素に対するＦｅ元素の原子比を示す。）
下記式（７）で表されるＫ
4
は０．０１以上０．１５以下である、
Ｋ
4
＝Ｚ－Ｙ（７）
請求項１又は２に記載の被覆超硬合金。
【請求項７】
前記被覆層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及びＢからなる群より選ばれる１種以上の元素と、を含む単層又は積層であり、
前記被覆層全体の平均厚さは、２．０μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の被覆超硬合金。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆超硬合金に関するものである。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
航空機部品等に使用されるチタン合金、並びに発電機用のタービンブレードに使用されるニッケル基耐熱合金及びコバルト基耐熱合金のような難削材を、切削加工により加工する機会が増えている。ニッケル基耐熱合金及びコバルト基耐熱合金のような熱伝導率が低い難削材の切削加工においては、切削温度が高くなりやすい。そのような高温の加工においては、切削工具の刃先の強度が低下することにより欠損が生じるため、これまでの一般鋼の加工よりも工具寿命が極端に短くなる。そこで、そのような難削材の切削加工においても切削工具の長寿命を達成するために、切削工具の高温強度を高めることが要求されている。
【０００３】
そのような要求に対し、近年、超硬合金を用いた切削工具が提案されている。例えば、特許文献１には、第１硬質相及び結合相を含む超硬合金であって、第１硬質相はＷＣからなり、結合相は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒの３種の元素、又はＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの４種の元素から構成され、超硬合金中のＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの含有量について所定の条件を満たし、さらに、超硬合金中においてＣｒ及びＭｏのリッチ粒子が占める面積の割合が１％未満になるようにすることで、超硬合金の耐熱性及び耐欠損性が向上することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、炭化タングステン基の硬質金属基材と被膜とからなる切削工具インサートにおいて、上記硬質金属が、固溶元素に加えて３５～６５ｗｔ％のＦｅと残部Ｎｉとからなるバインダー相とを有することで、機械加工において、Ｃｏバインダー相を有する当業界のインサートの従来状態と同様の良好な性能が得られる旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２０／０９０２８０号
特表２００４－５１６９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、近年では結合相においてＣｒ、Ｍｏ、又はＦｅを添加することが試みられているが、そのような結合相を有する超硬合金は、耐摩耗性、耐塑性変形性、及び耐欠損性を全て優れたものとすることが困難である。例えば、Ｃｒ及びＭｏを多く含む領域の割合を単に小さくすると、Ｃｒ及びＭｏの添加による効果が十分に発揮されない傾向にあり、また、Ｆｅを含まない場合は、耐摩耗性及び耐塑性変形性が十分でない可能性がある等、その制御において更なる改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性、耐塑性変形性、及び耐欠損性を向上させた被覆超硬合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究をした結果、超硬合金において、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＭｎの含有割合を所定の基準により制御することで、被覆超硬合金が耐摩耗性、耐塑性変形性、及び耐欠損性に優れたものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
超硬合金からなる基体と、前記基体の表面に形成された被覆層と、を備える被覆超硬合金であって、
前記超硬合金が、硬質相と結合相とを含み、
前記硬質相の含有割合は、前記超硬合金１００体積％に対して、８０．０体積％以上９５．０体積％以下であり、
前記結合相の含有割合は、前記超硬合金１００体積％に対して、５．０体積％以上２０．０体積％以下であり、
前記硬質相は、ＷＣからなる第１硬質相を含み、
前記結合相は、Ｃｏ元素と、Ｎｉ元素と、Ｆｅ元素と、Ｃｒ元素及びＭｏ元素のうち１種以上と、を含み、
前記結合相は、下記式（１）で表されるＫ
1
の値が、０以上０．１５未満である第１領域と、０．１５以上０．３０未満である第２領域と、０．３０以上である第３領域と、からなり、
Ｋ
1
＝（Ｍ
CR
＋Ｍ
MO
）／Ｍ
1
（１）
Ｍ
1
＝Ｍ
CR
＋Ｍ
MO
＋Ｍ
FE
＋Ｍ
CO
＋Ｍ
NI
＋Ｍ
MN
（２）
（式（１）及び式（２）中、Ｍ
CR
は、前記結合相における全元素に対するＣｒ元素の原子比を示し、Ｍ
MO
は、前記結合相における全元素に対するＭｏ元素の原子比を示し、Ｍ
FE
は、前記結合相における全元素に対するＦｅ元素の原子比を示し、Ｍ
CO
は、前記結合相における全元素に対するＣｏ元素の原子比を示し、Ｍ
NI
は、前記結合相における全元素に対するＮｉ元素の原子比を示し、Ｍ
MN
は、前記結合相における全元素に対するＭｎ元素の原子比を示す。）
前記第３領域の含有割合は、前記結合相の全体１００％に対して、１０％以上４０％以下であり、
前記超硬合金の全体において、下記式（３）で表されるＫ
2
の値が、０．０５以上０．３５以下である、
Ｋ
2
＝ｍ
FE
／Ｎ（３）
Ｎ＝ｍ
CR
＋ｍ
MO
＋ｍ
FE
＋ｍ
CO
＋ｍ
NI
＋ｍ
MN
（４）
（式（３）及び式（４）中、ｍ
FE
は、前記超硬合金における全元素に対するＦｅ元素の原子比を示し、ｍ
CR
は、前記超硬合金における全元素に対するＣｒ元素の原子比を示し、ｍ
MO
は、前記超硬合金における全元素に対するＭｏ元素の原子比を示し、ｍ
CO
は、前記超硬合金における全元素に対するＣｏ元素の原子比を示し、ｍ
NI
は、前記超硬合金における全元素に対するＮｉ元素の原子比を示し、ｍ
MN
は、前記超硬合金における全元素に対するＭｎ元素の原子比を示す。）
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐摩耗性、耐塑性変形性及び耐欠損性が向上した超硬合金及び被覆超硬合金を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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