第13章 工具材料
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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.

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第13章 工具材料

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Presentation Transcript


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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


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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。


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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。


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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)


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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。


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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-CoCratering: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


13 2 1 wc co

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


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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。


Wc co 11 13

WC-Coの使用範囲(表11-13)


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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


Wc tic co 11 18

WC-TiC-Coの使用範囲(表11-18)


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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


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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。


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