成果報告書詳細
管理番号20120000001172
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 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代替材料開発
公開日2012/12/4
報告書年度2008-2011
委託先名一般財団法人ファインセラミックスセンター 独立行政法人産業技術総合研究所 株式会社タンガロイ 冨士ダイス株式会社
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
和文要約件名:平成20年度~平成23年度成果報告書 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代替材料開発
1. 研究開発項目(1) 「サーメット及びコーティングの基盤研究」
1~1 「サーメットの解析及び設計技術の開発」
 組織形成や焼結収縮のシミュレーション技術の開発を行い、サーメットの焼結プロセス中に生じる組織変化や焼結体の変形などを正確に設計予測することができるようになった。硬質相の粒径や接着率などのサーメットの組織学的因子を定量化する手法を確立するとともに、透過型電子顕微鏡によるサーメット組織の詳細な観察・解析を行い、組織形成や特性発現の機構解明に関する重要な知見を得ることができた。また、高温下で硬質相と液相(結合相)との接触角を高精度に測定できる技術を確立した。
1~2 「新規サーメット材料の開発」
 炭窒化チタン系の固溶体粉末の合成方法を確立し、サーメット組織を均質かつ高度に制御することが可能となった。開発した固溶体粉末を用いてサーメットを作製し機械的特性を評価し、固溶体粉末を用いたサーメットでは、抗折力、破壊靱性が向上することを明らかにした。また、レーザーを用いた耐熱衝撃特性評価方法を開発した。
1~3 「コーティング技術の開発」
 基材温度が約1073K以下の低温でもコーティングが可能なレーザーCVDプロセスを用いて、サーメット工具に高品質のアルミナや窒化チタンの硬質膜をコーティングする技術を開発することができた。
2. 研究開発項目(2)「切削工具用サーメット及びコーティング技術の開発」
 本プロジェクトで開発した固溶体粉末と組織制御技術を用いて、熱伝導率や破壊靭性などに優れる切削工具用の新規サーメットを開発した。また、コーティング工具用基材に用いるサーメットとして、基材表面にWC-Co層を形成するサーメット合成技術を確立した。
3.研究開発項目(3)「耐摩耗工具用サーメット及びコーティング技術の開発」
 本プロジェクトで開発した固溶体粉末を用いて、曲げ強度や破壊靭性などの機械的特性がすぐぐれた耐摩耗工具用の新規サーメットを開発した。サーメット大型部材の焼結時のクラック発生を防ぐための製造プロセス条件を明らかにし、直径50mmの円柱の製造技術を確立した。また、サーメットの被研削性や放電加工性等の製造技術を開発した。
英文要約Title: Development of tungsten substitute materials for cemented carbide tools (FY2008-FY2011).  Final Report
1. Basic study on cermet and coating
1-1 Development of analysis and evaluation technologies for cermet
 The simulation method of microstructure and sintering was developed to design precisely microstructural change during sintering process and deformation of sintered compact. Quantitative evaluation technique of microstructural parameters such as particle size and contiguity of hard phase and precise analysis by transmission electron microscopy were investigated to obtain important information for considering microstructure and properties of the cermet. The method to measure contact angle of liquid phase on hard phase was developed for the study of the cermet.
1-2 Development of new cermet materials
The powder synthesis method of the carbonitride solid-solution, (Ti,X)(C,N), was established to obtain homogeneous cermet microstructure with high level controlling. It was found that the cermet by using the solid solution powder showed excellent transverse-rupture strength and fracture toughness. Thermal shock resistance of cermets was evaluated by using laser beam irradiation.
1-3 Development of CVD process
High quality TiN and Al2O3 layer coating on cermet at lower substrate temeperature than 1073K was achieved by using the Laser CVD process.
2. Development of cermet and coating technology for cutting tools
The titanium carbonitride base cermets with good thermal conductivity and fracture toughness for cutting tools were developed by using the carbonitride solid-solution powders and microstructure control. The cermet with WC-Co layer at the surface was developed for coating cermet substrate of cutting tools.
3. Development of cermet and coating technology for wear resistant tools
 The titanium carbonitride base cermet with high strength fracture toughness was developed by using the carbonitride solid-solution powders and the microstructure control for the application wear resistant tools. The fabrication process conditions were optimized to prevent cracking of large cermet sintered compact such as 50mm diameter cylinder. The processes of diamond wheel grinding and electro discharge machining were newly developed for the cermet.
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