硬质材料和切削工具制造技术

一种硬质材料，其具有含有碳氮化钛作为主要成分的第一硬质相以及含有铁族元素作为主要成分的结合相，其中，在所述硬质材料的所选表面或截面中，所述第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为50％时的粒径D50为至少1.0μm，并且粒径为至少D50的所述第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硬质材料和切削工具
本专利技术涉及硬质材料和切削工具。本申请要求于2016年8月22日提交的日本专利申请No.2016-161987的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术介绍
专利文献1披露了一种作为切削工具(硬质材料)的原料的碳氮化钛粉末。作为制造这种碳氮化钛粉末的方法，专利文献1披露了提供氢化钛和碳粉末作为原料，将它们在球磨机中混合并粉碎，并在含氮气氛中于1,400℃至1,700℃的温度下进行热处理，随后粉碎至平均粒径为3μm以下(在试验例中为1.5μm以下)。引用列表专利文献专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2002-60802
技术实现思路
根据本公开的硬质材料为这样一种硬质材料，其包括：第一硬质相，该第一硬质相包含碳氮化钛作为主要成分；以及结合相，其包含铁族元素作为主要成分，其中，在硬质材料的任意表面或截面中，第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为50％时的粒径D50为1.0μm以上，并且粒径大于或等于D50的第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下。根据本公开的切削工具包括根据本公开的硬质材料作为基材。附图说明[图1]图1为试验例1中样品No.1-1的碳氮化钛粉末的场致发射扫描电子显微照片。[图2]图2为试验例1中样品No.1-11的碳氮化钛粉末的场致发射扫描电子显微照片。[图3]图3为试验例1中样品No.1-12的碳氮化钛粉末的场致发射扫描电子显微照片。[图4]图4为试验例2中样品No.2-1的硬质材料的截面的场致发射扫描电子显微照片。[图5]图5为试验例2中样品No.2-11的硬质材料的截面的场致发射扫描电子显微照片。[图6]图6为试验例2中样品No.2-12的硬质材料的截面的场致发射扫描电子显微照片。具体实施方式[本公开所解决的问题]近年来，由于(例如)在切削加工中工件越来越难以切削并且工件被加工为更为复杂的形状，因此切削工具在严苛的条件下被使用。因此，需要具有更高断裂韧性和导热率的硬质材料。由于专利文献1中披露的碳氮化钛粉末具有相对较小的平均粒径，因此通过使用该粉末作为原料而制得的硬质材料包括含有碳氮化钛作为主要成分的微细硬质相，因而具有优异的硬度；然而，其趋向于表现出降低的断裂韧性。此外，由于制造期间在粉碎情况下进行混合，因此这种碳氮化钛粉末的粉末粒径趋向于发生变化。如果粉末的粒径发生变化，则在硬质材料的制造过程中趋向于发生溶解再析出。这易于促进由碳氮化钛和作为次要成分而添加的碳化物(例如，碳化钨和碳化铌)的固溶体形成的周边组织的生长。这种周边组织的过度生长趋向于使导热率降低。因此，一个目的是提供具有优异的断裂韧性和导热率的硬质材料。另一目的是提供具有优异的断裂韧性和导热率的切削工具。[本公开的有益效果]所述硬质材料和切削工具具有优异的断裂韧性和导热率。[本专利技术实施方案的说明]首先，将列举本专利技术的实施方案并进行说明。(1)根据本专利技术实施方案的硬质材料为这样的硬质材料，其包括：包含碳氮化钛作为主要成分的第一硬质相；以及包含铁族元素作为主要成分的结合相，其中，在硬质材料的任意表面或截面中，第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为50％时的粒径D50为1.0μm以上，并且粒径大于或等于D50的第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下。由于包含碳氮化钛作为主要成分的第一硬质相的D50为1.0μm以上，即为粗粒，因此可通过抑制裂纹扩展的效果(裂纹偏转效果)从而改善断裂韧性。由于粒径大于或等于D50的包含碳氮化钛作为主要成分的粗粒第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下，因此可抑制进展的裂纹在颗粒内传播。例如，可通过使用具有均匀粒度分布的碳氮化钛粉末作为原料，并且在制造过程中不进行过度粉碎，从而获得平均长径比为2.0以下的粗粒第一硬质相颗粒，即，截面形状接近圆形的粗粒第一硬质相颗粒。具有不均匀的粒度分布的碳氮化钛粉末(如专利文献1中披露的碳氮化钛粉末)显示出较低的烧结性；因此，需要进行过度粉碎以改善烧结性。然而，过度粉碎会形成微细粉碎的碳氮化钛粉末，其趋向于在液相烧结期间发生奥斯特瓦尔德熟化(溶解再析出现象)，由此趋向于形成碳氮化钛和作为次要成分而添加的碳化物(例如，碳化钨和碳化铌)的固溶体。这种固溶体趋向于由于光子散射而降低导热率。即使所使用的原料的截面为圆形，过度粉碎仍会形成具有锐角的形状不规则的颗粒。这些不规则形状直接反映在烧结之后的结构上；因此，趋向于形成平均长径比大于2.0的硬质相。因此，由于粗粒第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下，从而可抑制在制造过程中形成微细粉末，并抑制因微细粉末的存在而造成的固溶体的形成，由此改善硬质材料的导热率。(2)作为硬质材料的实例，在表面或截面中，第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为20％时的粒径D20可为0.7μm以上。如果D20为0.7μm以上，即，如果第一硬质相的80面积％以上的粒径为0.7μm以上，则可进一步改善硬质材料的断裂韧性和导热率。(3)作为硬质材料的实例，表面或截面中第一硬质相的面积比率可为30％以上。如果第一硬质相的面积比率为30％以上，则可进一步提高硬质材料的导热率。(4)作为硬质材料的实例，硬质材料可进一步包括第二硬质相，第二硬质相由包含选自元素周期表第4族、第5族和第6族元素中的一种或多种金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及其固溶体中的一种或多种(不包括碳氮化钛)构成。如果硬质材料还包括第二硬质相，则硬质材料表现出优异的硬度。(5)根据本专利技术实施方案的切削工具包括根据上述(1)至(4)中任意一项所述的硬质材料作为基材。由于切削工具包括具有优异断裂韧性和导热率的硬质材料作为基材，因此切削工具具有能够在更严苛切削条件下进行机械加工以及使用寿命更长等优点。(6)作为切削工具的实例，切削工具可具有位于基材表面的至少一部分上的硬质覆膜。如果切削工具具有位于基材表面上的硬质覆膜，则硬质覆膜改善了(例如)切削工具的耐磨性。由此，切削工具具有可应对更严苛的切削条件并具有更长的使用寿命等优点。[本专利技术实施方案的详述]下面将描述本专利技术实施方案的细节。应当理解的是，本专利技术不限于这些实施例，而是由权利要求示出，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。[硬质材料]根据本实施方案的硬质材料由硬质相、将硬质相结合的结合相以及不可避免的杂质构成。硬质相包括：包含碳氮化钛(TiCN)作为主要成分的第一硬质相；以及任选的不同于第一硬质相的第二硬质相。不可避免的杂质可为包含于原料中的或在制造过程中混入的氧和浓度为ppm级(以质量计)的金属元素。根据本实施方案的硬质材料的特征之一是第一硬质相是粗粒的且截面为圆形。可通过在光学显微镜下观察硬质材料的表面或截面或通过扫描电子显微术(SEM)和能量色散X射线显微术(EDS)(EDS面分析)对硬质材料的表面或截面进行图像分析，从而容易地确定各硬质相的组成。<<硬质相>>·第一硬质相第一硬质相包含TiCN作为主要成分。此处，包含TiCN作为主要成分的第一硬质相是指基本上仅由TiCN构成的相。应当理解的是，第一硬质相可包含在制造过程中混入的大约若干质量百分比(约0.01质量％至约2.0质量％)的不可避免的杂质(例如，钨)。关于组织形态，第一硬质相可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质材料，包括含有碳氮化钛作为主要成分的第一硬质相以及含有铁族元素作为主要成分的结合相，其中，在所述硬质材料的任意表面或截面中，所述第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为50％时的粒径D50为1.0μm以上，并且粒径大于或等于D50的第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.22 JP 2016-1619871.一种硬质材料，包括含有碳氮化钛作为主要成分的第一硬质相以及含有铁族元素作为主要成分的结合相，其中，在所述硬质材料的任意表面或截面中，所述第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为50％时的粒径D50为1.0μm以上，并且粒径大于或等于D50的第一硬质相颗粒的平均长径比为2.0以下。2.根据权利要求1所述的硬质材料，其中，在所述表面或截面中，所述第一硬质相的基于面积的粒度分布中累积百分比为20％时的粒径...

【专利技术属性】
技术研发人员：道内真人，深江恒佑，津田圭一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP