成果報告書詳細
管理番号20110000001703
タイトル*平成22年度中間年報 希少金属代替材料開発プロジェクト 超硬工具向けタングステン使用量低減技術開発
公開日2011/11/26
報告書年度2010 - 2010
委託先名住友電気工業株式会社 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P08023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
研究開発項目(1)「ハイブリッド切削工具の開発」(産総研、住友電工)
これまで超硬合金基材が利用されてきた硬質な焼入れ鋼などを切削する無機硬質材料ロウ付け超硬チップに対して、短時間接合技術を開発し、炭窒化チタン系硬質材料からなる基材を活用可能とする“ハイブリッド切削工具”を開発する。また、非平衡化プロセスを用いた耐熱性インサート材料の開発、異種硬質材料のソリッド接合技術の開発などにより、切削チップ刃先部に高い機能性を付与することで工業的に応用できる基盤技術の開発を目指す。
(1)-1「異種材料のソリッド接合技術及びインサート材料の開発」(産総研、住友電工)
平成20年度に開発したインサート材料を基礎材料として耐熱性を損なわず、超硬母材付き無機硬質材料を炭窒化チタンがベースとなっている基材に120秒以内で接合するためのインサート材料およびプロセス技術について平成21年度までに高度化した。この技術をベースとして、さらにタングステンの使用量を低減するために、超硬母材なし無機硬質材料を炭窒化チタンがベースになっている基材に接合するためのインサート材およびプロセス技術の改良を行った。接合した部材が1000℃の加熱後に室温で100MPaの接合強度を付与するため、接合因子や接合条件について検討した結果、接合温度を1000~1100℃にして、接合材を部分的に分散させることで目的の耐熱性と強度を達成することができた。さらに、接合部の強度を高度化し、切削工具としての過酷な使用条件下で利用できるようにするため、接合表面を清浄化する技術を開発し、接合材を部分的に分散するために表面へ微細な加工を行った。平成22年度に産総研へ導入したアブレーションシステムにより、接合表面に微細な凸凹加工を実施した。レーザーにより硬質な無機硬質材料の表面に目的の微細加工ができることを確認した。さらに、接合材を100μm以下の厚みで均質に配置するための技術を開発し,これらを効果的に組み合わせることで,短時間で100MPa以上の接合強度にて無機硬質材料をタングステン削減割合が40質量%以上とした炭窒化チタン系硬質材料基材に接合できることを確認した。なお、異種材料の接合界面における残留応力について非破壊-2で解析する技術について、産総研が三重大学に再委託して基盤技術を開発した。
英文要約Developing the reaction-controlled joining technology and the grain-size-controlled nanotechnology of a cermet could reduce the usage of tungsten, which is one of rare metals and is unevenly distributed in the world, and promote efficient use of scarce resources. We research and develop two themes; Development of Hybrid Cutting Tools and Development of Complex-Structured Hard Cutting Tools.
1. Development of hybrid cutting tools
 In order to reduce tungsten usage of blazed cutting tools by more than 40%, we develop cermet-based cutting tools to which hard materials are joined as cutting edges, and which have the same in performance as conventional blazed cutting tools, which use WC-Co substrates. Additionally, the joint part resists temperature of 1000 degrees C.
 In this year, we developed a new technology to bond strongly hard materials without WC-Co base material to cermet substrates in a short time, less than 120sec. The technology is able to reduce the tungsten usage by 40% in comparison with conventional blazed cutting tools. Furthermore, by the improvement of the hard material surface roughness and insert materials, the bonding strength of 100MPa was achieved. The hybrid cutting tools produced by those technologies have been improving the characteristic for a high load cutting test in the next fiscal year.
2. Development of Complex-Structured Hard Cutting Tools
 We develop complex-structured hard cutting tools to reduce tungsten usage more than 30% and achieve the same cutting performance with conventional cemented carbides. They have cemented carbides body in the portion functioned as cutting edges and a cermet (Ti(C,N) base hard material) body in other portion.
 In this year, we developed a basic technology for multilayer pressing of cemented carbides and cermets, and sintering the pressed compacts simultaneously. The shrinkage mechanisms of cemented carbides and cermets during sintering were examined in details. As a result, the technique for simultaneous sintering complex-structured materials composed of cemented carbides and cermets with M grade accuracy was developed. The ‘complex-structured hard cutting tools’ reduced the tungsten usage by 30% and have equivalent cutting characteristics in comparison with conventional coated cutting tools in the next fiscal year.
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