第１３章 工具材料

1. 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

2. 13.1　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。

5. 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。

7. 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）

8. 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.　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。

10. 13.2　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：short chippingとlong chipping併用合金

11. 13.2.1WC-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、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

12. Co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：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。

14. WC-Coの使用範囲（表11-13）

15. WC-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Short and long 併用

16. WC-TiC-Coの使用範囲（表11-18)

17. 13.3　サーメットおよびセラミック切削工具材料13.3　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NiWC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

19. 13.3.2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。