[发明专利]硬质合金以及使用该硬质合金的切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及适合用作切削工具用材料的硬质合金，以及包括由该硬质合金形成的基材的切削工具。特别是，本发明涉及在耐热断裂性和耐磨性两方面都优异的硬质合金。

背景技术

传统上，作为切削工具用材料，已经采用了通过用Co(钴)烧结WC(碳化钨)颗粒所获得的WC基硬质合金。

切削工具具有切削刃，由于切削工件时的变形和摩擦而产生的热，切削刃通常具有高温。所以，切削工具需要由这样的材料(基材)形成，所述材料(基材)即使在具有高温时，也能够维持足够的硬度和强度。传统上，为了在切削工具具有高温时提高其耐磨性，通过将诸如Ti、Nb、Ta或Zr等元素引入到作为切削工具材料的硬质合金中以提高切削工具的高温硬度。或者，用高温硬度高的陶瓷膜(如氧化铝、碳化钛等)被覆工具的表面。同时，为了降低切削工具本身或工件本身的温度，使用切削液是有效的。日本专利公开No.08-225877(下文中称为“专利文献1”)公开了一种烧结合金，该烧结合金表面设置有具有热传导性高的多个WC颗粒的层以便提高合金表面的热传导性。合金表面容易具有高温。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开No.08-225877

发明内容

技术问题

然而，传统的这种切削工具不具有足以在这样的切削条件下使用的性质：在所述切削条件中，在切削(如高速切削或难以切削材料的加工)过程中会生成大量的热。因此，需要进一步提高性质。

使用上述切削液有效地抑制了连续切削中的磨耗。然而，在不连续的切削中，切削液会在空转(slipping)时提供强烈的热冲击，从而可能产生热断裂，导致工具易于缺损。

构成被覆膜的陶瓷通常具有低的热扩散率。因此，当在工具表面上设置被覆膜时，热不太可能从工具表面上的被覆膜转移到工具内部的基材。这提供了降低施加于基材上的热冲击的效果。然而，仅由被覆膜所提供的这种热绝缘效果不足以满足近年来对快速切削速度的需求。同时，当切削难以切削的材料时，由于高于常温的切削温度、以及被覆膜更容易熔融并附着在工件上的现象，因而被覆膜易于脱落。因此，不能充分表现出被覆膜抑制热断裂的效果。特别是，近年来已经开始更频繁地使用难以切削的工件。因此，在工具表面上产生的热量趋向于变大。因此，热可能保留在工具中，这显著地引起产生热断裂之类的问题。

同时，如果加入大量元素以获得硬质合金的高温硬度，则基材的韧性和热扩散率(热传导性)下降。基材热扩散率的下降导致耐热断裂性下降。

另一方面，如专利文献1所述，仅提高工具表面附近的热传导性，导致工具表面侧的高温传导部分与工具内部侧的低温传导部分之间的边界附近，温差变大。因此，可能产生热断裂。

为了获得在切削刃可能具有高温这样的工作条件下使用的长寿命切削工具，需要提高切削工具对热冲击的耐性。鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种耐热断裂性和耐磨性都优异并且适合用作切削工具用材料的硬质合金。本发明的另一个目的在于提供一种热断裂性和耐磨性优异的切削工具。

解决问题的方法

在本发明的硬质合金中，通过主要由Co构成的粘结相来烧结主要由WC构成的硬质相。所述粘结相基本上由Co构成或者由Co和Ni构成，并且Co和Ni的总量大于或等于4.5质量％且小于或等于15质量％。硬质合金中的WC粒子的平均直径大于或等于0.4μm且小于或等于4μm。假设硬质合金中WC粒子的平均直径用x(μm)表示，则硬质合金的热扩散率X(cm²/sec)满足X＞0.055x+0.238。

硬质合金进一步优选仅包含大于或等于0.05质量％且小于或等于3质量％的Cr。此外，硬质合金进一步优选包含Cr以及选自Ta、Nb、Zr和Ti中的一种或多种元素，其中Cr和所述一种或多种元素的总量大于或等于0.05质量％且小于或等于5质量％。

硬质合金优选包含Cr和选自Ta和Nb中的一种或多种元素，其中Cr和所述一种或多种元素的总量大于或等于0.05质量％且小于或等于5质量％。

粘结相优选基本上由Co和Ni构成，并且其中Ni的含量相对于Co和Ni的总量为小于或等于25％。

硬质合金的矫顽力(Hc)优选为等于或小于16kA/m。硬质合金优选还包含大于或等于0.05质量％且小于或等于2质量％的Cr，并包含大于或等于0.2质量％且小于或等于5质量％的Ta，构成硬质相的粒子的平均粒径大于或等于1μm且小于或等于4μm，其中Co的含量为大于或等于7质量％且小于或等于12质量％，并且该硬质合金用于机轴加工用工具。