工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件

第１３章工具材料工具材料：硬質合金（WC、TiC）、サーメットおよびセラミック。13.1硬質合金の燒結機構13.2硬質合金の性質13.3サーメットおよびセラミック切削

工具材料第１３章工具材料工具材料：硬質合金（WC、TiC）、サーメ113.1硬質合金の燒結機構

13.1.1硬質金属の燒結

４つのケース：

1.A、Bは互いに固溶し、焼結体は均一な組織を生ずる。

2.互いに固溶せず2相よりなる焼結体を形成する。あるいは、互いに限界濃度を持つ場合も同様である。

3.B成分は融点が低いため溶融してA成分の間隙を充填する。AはBを溶かすことなく、BはAを溶かしてその融点を降下する。冷却で再び析出されてA、Bの２相になる。

4.B成分が溶けてAの間隙を満たすとともにA中に拡散して均一な固溶体を作り、単相の焼結体となる。13.1硬質合金の燒結機構

13.1.1硬質金属の燒結

2工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件3工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件413.1.2硬質合金の拡散現象

固体状態における２結晶の合体過程：

Ⅰ、Ⅱ：低温融着、温度が低いため、拡散作用が進行しない。

Ⅲ：表面拡散：温度の上昇とともに

Ⅳ：格子拡散：さらに温度が上昇すると

Ⅴ、Ⅵ：A結晶内にBが完全に溶け込んだ均質化の状態になる。13.1.2硬質合金の拡散現象

固体状態における２結晶の合5工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件6拡散法則にしたがって状態図に準拠した組織：

Ⅰ.両成分が連続的に固溶体を形成し任意の割合で混合する。したがって両者の境界には濃度範囲を生じない。（TiC-TaC）

Ⅱ.AおよびB成分は互いに固溶するが、B中にA、およびA中にBが互いに限界溶解度を持つ場合で両者の境界に濃度帯が生ずる。その範囲は処理温度によって変化する。（ZrC-VC、WSi2-TiSi2）

Ⅲ.各成分間に固溶体以外に中間相（化合物）ができる場合にはそれらの間に多くの相が現れ、その温度に相当する相が出現する。（MoSi2-TiSi2、WSi2-TiSi2）拡散法則にしたがって状態図に準拠した組織：

Ⅰ.両成分が連7硬質材料の生成過程

a.金属：５個Cなど：2個

b.結晶の表面あるいは粒間の毛細管間隙に沿って拡散し、温度の上昇とともに金属の格子中に浸透する。

c.さらに温度が上昇すると逐次内部に進行し新しい結晶を作る。しかし、表面と内部濃度差がある。

d.温度が十分高い場合、均一に拡散し新しい結晶になる。温度は十分ではないとき、粒界に沿って数種の相が現れる。硬質材料の生成過程

a.金属：５個Cなど：2個

b.8工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件913.2硬質合金の性質

硬質合金：WCを主体とする。TiCもある。

２種類： 1.shortchippingWC-Co

（鋳鉄、ガラスなどの加工に適するもの）

2.Longchipping

（鋼の切削）TiC、TaCを添加した

WC-TiC-Co、WC-TiC-TaC-Co

Cratering：切削耐久度の低下（TiC、TaCで改善）

TiCとTaC同時添加：shortchippingとlongchipping併用合金13.2硬質合金の性質

硬質合金：WCを主体とする。TiC1013.2.1WC-Co系硬質合金

＊切削工具として、鋳鉄、陶磁器のような脆くて硬い材料に適し、また耐摩性に富むので伸線用ダイスに利用される。

＊性質の指標：

粒度、硬さ、抗折力、耐摩性、切削性など13.2.1WC-Co系硬質合金

＊切削工具として、鋳鉄、11Coの濃度が増加すると：

1.密度：密度低下

2.硬さ：低下

3.抗折力：上昇

4.抗圧力：低下

5.衝撃値：燒結温度と関係ある

6.引っ張り強さおよび伸び：脆いため、正確に測定しにくい。

7.その他：熱伝導度、膨張係数、比熱、磁性、腐食性、酸化性

8.切削性：組成と組織に関係する

α1（Coわずかに固溶したもの）の組織に富む微粒組織からなるものは耐久性良い。

9.耐摩性：他の金属材料より優れている。Coの濃度が増加すると：

1.密度：密度低下

2.硬さ：12工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件13WC-Coの使用範囲（表11-13）WC-Coの使用範囲（表11-13）14WC-TiC-Co系

＊WC-CoにTiC添加、硬さ、耐酸化性、高温強度向上

longchippingに（鋼）

TiCの添加で、熱伝導度が下がり、融着性の改善

Crateringの減少によって切削耐久性がアップされる。

耐酸化性の向上で耐摩性が良くなる。

使用範囲：（表11-18）

WC-TaC(NbC)-Co系

結晶の微細化、炭化物成長の防止で硬さ向上

WC-TiC-TaC(NbC)-Co系

Shortandlong併用WC-TiC-Co系

＊WC-CoにTiC添加、硬さ、耐酸化15WC-TiC-Coの使用範囲（表11-18)WC-TiC-Coの使用範囲（表11-18)1613.3サーメットおよびセラミック切削工具材料

13.3.1サーメット

ceramicとmetalと結合した複合材料TiC＋結合相Ni

WCより硬く、耐熱性が優れている。

高速切削に適するが、脆い欠点がある。

製造法：

＊TiC粉末にNi粉末

＊無水で湿式混合（Mo添加、濡れ性改良のため）

＊減圧で有機物を飛ばす。

＊潤滑剤添加、1t/cm2の圧力で圧粉体を作成する。

＊800〜1500℃の水素あるいは真空下で予備燒結

＊加工成形

＊1300〜1500℃で１時間真燒結で焼結体が得られる。

性質：Niの添加率によって変化する抗折力と硬さ13.3サーメットおよびセラミック切削工具材料

13.3.17工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件1813.3.2セラミック切削工具材料

Al2O3：融点2000℃

製造法：

アルミナ粉をボールミルで粉砕する

1000℃で予備燒結（着色除去）

加工成形

本燒結

性質：

αAl2O3はTiCより軟質であるが、燒結したものはサーメットより硬い。切削工具中最も硬いもの。

高温で強度低下しない。

抗折力が低いけど、1000℃以上は良い。13.3.2セラミック切削工具材料

Al2O3：融点200019工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件20第１３章工具材料工具材料：硬質合金（WC、TiC）、サーメットおよびセラミック。13.1硬質合金の燒結機構13.2硬質合金の性質13.3サーメットおよびセラミック切削

工具材料第１３章工具材料工具材料：硬質合金（WC、TiC）、サーメ2113.1硬質合金の燒結機構

13.1.1硬質金属の燒結

４つのケース：

1.A、Bは互いに固溶し、焼結体は均一な組織を生ずる。

2.互いに固溶せず2相よりなる焼結体を形成する。あるいは、互いに限界濃度を持つ場合も同様である。

3.B成分は融点が低いため溶融してA成分の間隙を充填する。AはBを溶かすことなく、BはAを溶かしてその融点を降下する。冷却で再び析出されてA、Bの２相になる。

4.B成分が溶けてAの間隙を満たすとともにA中に拡散して均一な固溶体を作り、単相の焼結体となる。13.1硬質合金の燒結機構

13.1.1硬質金属の燒結

22工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件23工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件2413.1.2硬質合金の拡散現象

固体状態における２結晶の合体過程：

Ⅰ、Ⅱ：低温融着、温度が低いため、拡散作用が進行しない。

Ⅲ：表面拡散：温度の上昇とともに

Ⅳ：格子拡散：さらに温度が上昇すると

Ⅴ、Ⅵ：A結晶内にBが完全に溶け込んだ均質化の状態になる。13.1.2硬質合金の拡散現象

固体状態における２結晶の合25工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件26拡散法則にしたがって状態図に準拠した組織：

Ⅰ.両成分が連続的に固溶体を形成し任意の割合で混合する。したがって両者の境界には濃度範囲を生じない。（TiC-TaC）

Ⅱ.AおよびB成分は互いに固溶するが、B中にA、およびA中にBが互いに限界溶解度を持つ場合で両者の境界に濃度帯が生ずる。その範囲は処理温度によって変化する。（ZrC-VC、WSi2-TiSi2）

Ⅲ.各成分間に固溶体以外に中間相（化合物）ができる場合にはそれらの間に多くの相が現れ、その温度に相当する相が出現する。（MoSi2-TiSi2、WSi2-TiSi2）拡散法則にしたがって状態図に準拠した組織：

Ⅰ.両成分が連27硬質材料の生成過程

a.金属：５個Cなど：2個

b.結晶の表面あるいは粒間の毛細管間隙に沿って拡散し、温度の上昇とともに金属の格子中に浸透する。

c.さらに温度が上昇すると逐次内部に進行し新しい結晶を作る。しかし、表面と内部濃度差がある。

d.温度が十分高い場合、均一に拡散し新しい結晶になる。温度は十分ではないとき、粒界に沿って数種の相が現れる。硬質材料の生成過程

a.金属：５個Cなど：2個

b.28工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件2913.2硬質合金の性質

硬質合金：WCを主体とする。TiCもある。

２種類： 1.shortchippingWC-Co

（鋳鉄、ガラスなどの加工に適するもの）

2.Longchipping

（鋼の切削）TiC、TaCを添加した

WC-TiC-Co、WC-TiC-TaC-Co

Cratering：切削耐久度の低下（TiC、TaCで改善）

TiCとTaC同時添加：shortchippingとlongchipping併用合金13.2硬質合金の性質

硬質合金：WCを主体とする。TiC3013.2.1WC-Co系硬質合金

＊切削工具として、鋳鉄、陶磁器のような脆くて硬い材料に適し、また耐摩性に富むので伸線用ダイスに利用される。

＊性質の指標：

粒度、硬さ、抗折力、耐摩性、切削性など13.2.1WC-Co系硬質合金

＊切削工具として、鋳鉄、31Coの濃度が増加すると：

1.密度：密度低下

2.硬さ：低下

3.抗折力：上昇

4.抗圧力：低下

5.衝撃値：燒結温度と関係ある

6.引っ張り強さおよび伸び：脆いため、正確に測定しにくい。

7.その他：熱伝導度、膨張係数、比熱、磁性、腐食性、酸化性

8.切削性：組成と組織に関係する

α1（Coわずかに固溶したもの）の組織に富む微粒組織からなるものは耐久性良い。

9.耐摩性：他の金属材料より優れている。Coの濃度が増加すると：

1.密度：密度低下

2.硬さ：32工具材料工具材料硬质合金WCTiC课件33WC-Coの使用範囲（表11-13）WC-Coの使用範囲（表11-13）34WC-TiC-Co系

＊WC-CoにTiC添加、硬さ、耐酸化性、高温強度向上

longchippingに（鋼）

TiCの添加で、熱伝導度が下がり、融着性の改善

Crateringの減少によって切削耐久性がアップされる。

耐酸化性の向上で耐摩性が良くなる。

使用範囲：（表11-18）

WC-TaC(NbC)-Co系

結晶の微細化、炭化物成長の防止で硬さ向上

WC-TiC-TaC(NbC)-Co系

Shortandlong併用WC-TiC-Co系

＊WC-CoにTiC添加、硬さ、耐酸化35WC-TiC-Coの使用範囲（表11-18)WC-TiC-Coの使用範囲（表11-18)3613.3サーメットおよびセラミック切削工具材料