JP2001089823A

JP2001089823A - 複硼化物系硬質焼結合金及びその合金を用いた樹脂加工機械用スクリュー

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Publication number: JP2001089823A
Application number: JP26911299A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamazaki; 裕司山崎; Mari Yonezu; 麻里米津; Kenichi Takagi; 研一高木
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP4149623B2

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐摩耗性に加えて、十分な強度、靭性
を合わせ持った、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型複硼化物系硬質合金
を提供する。【解決手段】Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物を構成する
ＭｏＢ，ＦｅＢ，Ｆｅに、Ｍｎ、および選択的にＷ，Ｗ
Ｂ，Ｎｂ，ＮｂＢ_２，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｃ，Ｓｉ，Ａ
ｌ，Ｖ，Ｃｏなどの１種以上を添加し、粉砕混合した
後、焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型
の複硼化物を硬質相とＦｅ基の結合相からなる複硼化物
系硬質焼結合金に関する。特に、極めて優れた耐摩耗性
を発揮するばかりでなく、各種薬品、溶融金属、溶融樹
脂に対する耐食性にも優れ、さらに高強度および高破壊
靭性をも有する硬質焼結合金、及び、その合金を用いた
樹脂加工機械用スクリューに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速および高負荷の条件下で使用
される、樹脂加工機械用スクリューなどの耐摩耗性材料
としては、ＷＣ基超硬合金やＴｉ（ＣＮ）系サーメット
の高強度硬質材料が用いられている。しかしながら、こ
れらの材料は異種材料に対して、非常に優れた耐摩耗性
を発揮するものの、逆に相手材料を激しく摩耗させる欠
点を有している。また、これらの材料は腐食雰囲気や高
温域など、非常に厳しい環境下での使用に耐えられるだ
けの十分な耐食性を有していないために、使用用途が限
定されている。近年これらに代わる材料として、硼化物
が有する高硬度、高融点、電気伝導性などの優れた特性
に着目し、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型の金属複硼化物を利用した
硬質焼結合金が提案されている。

【０００３】これらの合金のうち、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型複
硼化物系硬質合金（特公昭６０−５７４９９）は、合金
中の組成の調整により、結合相となるＦｅ基合金をマル
テンサイト、フェライト、オーステナイトに制御するこ
とにより、優れた耐食性と耐熱性を兼備させた高強度硬
質材料である。この硬質合金は、異種材料との摩擦摩耗
において、自身の摩耗はもとより相手材を摩耗させ難い
特徴を有している。また、一般的には焼き付きを生じる
同種材同士の摩耗において、非常に優れた耐摩耗特性を
発揮する。

【０００４】さらに、この硬質合金は、容易に鋼材との
強固な複合（接合）体が作製可能であり、機械部材の必
要箇所のみにこの合金を装着することにより、耐摩耗部
材の大幅なコスト低減を達成することができる。しかし
ながら、この硬質合金の強度や耐摩耗性は、主として複
硼化物よりなる硬質相粒子の組織中の分散状態および量
に依存する。このため、硬質相の量を増加させた場合、
合金硬度の増加に伴って耐摩耗性は向上するものの、硬
質相粒子の分散性が悪化（隣接粒子の接触）するため、
強度および破壊靭性が低下する傾向を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のＭｏ
_２ＦｅＢ_２型複硼化物系硬質合金の特性、特に高硬度で
かつ、優れた強度および破壊靭性を有する合金の開発を
目的としたものであり、極めて優れた耐摩耗性に加え
て、十分な強度、靭性を合わせ持った、複硼化物系硬質
焼結合金を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の複硼
化物系硬質焼結合金は、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物よ
りなる硬質相を３５〜９５重量％（以下％は重量％）
と、残部が前記硬質相を結合するＦｅ基の結合相からな
る硬質焼結合金において、全組成に対して、０．１〜８
％のＭｎを含有した高強度および高耐摩耗性を有するこ
とを特徴とする。この硬質焼結合金は、３〜７．５％の
Ｂ、２１．３〜７９．９％のＭｏ、残部が２％以上のＦ
ｅおよび不可避的不純物よりなることが望ましい。ま
た、この硬質焼結合金は、硬質焼結合金に含有されるＭ
ｏ含有量の一部を、０．１〜３０％のＷで置換してなる
ことが望ましい。また、この硬質焼結合金は、硬質焼結
合金に含有されるＭｏ含有量の一部を、０．１〜１０％
のＮｂで置換してなることが望ましい。また、この硬質
焼結合金は、硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有量の一
部を、０．２〜４０％のＷ及びＮｂで置換してなること
が望ましい。また、この硬質焼結合金は、硬質焼結合金
に含有されるＦｅ含有量の一部を、Ｎｉおよび／または
Ｃｒで置換してなり、Ｎｉおよび／またはＣｒの含有量
はいずれか一方または両者の合計で、０．５〜３５％で
あることが望ましい。また、この硬質焼結合金は、硬質
焼結合金に含有されるＦｅ含有量の一部を、０．１〜５
％のＣｕ、０．０５〜１．０％のＣ、０．０３〜５％の
Ｓｉ、０．０３〜３％のＡｌのいずれか一種または二種
以上で置換してなることが望ましい。また、この硬質焼
結合金は、硬質焼結合金に含有されるＮｂ含有量の一部
または全部を、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中から選ばれ
た一種または二種以上で置換してなることが望ましい。
また、この硬質焼結合金は、硬質焼結合金に含有される
Ｃｒ含有量の一部または全部を、Ｖで置換してなること
が望ましい。また、この硬質焼結合金は、硬質焼結合金
に含有されるＮｉ含有量の一部または全部を、Ｃｏで置
換してなることが望ましい。請求項１１の樹脂加工機械
用スクリューは、前記の複硼化物系硬質焼結合金を用い
たものであることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型の複
硼化物（該複硼化物のＭｏの一部をＷ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｈｆで置換した形態、Ｆｅの一部をＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｃｏで置換した形態を含めて、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２
型複硼化物と総称する）を主体とする硬質相と、この硬
質相を結合するＦｅ基の結合相からなる硬質焼結合金に
おいて、Ｍｎを含有する特に耐摩耗性に優れた硬質焼結
合金を提供するものであり、Ｂ含有量とＭｏ含有量を一
定範囲内に限定することにより、微細な複硼化物とＦｅ
基の結合相の主として２相から成る高強度、高靭性、お
よび高耐摩耗性を有する硬質焼結合金が得られる。ま
た、硬質合金中にＷを添加することにより、耐摩耗性、
耐食性および機械的特性が向上する。また、Ｎｉおよび
／またはＣｒを添加させて、Ｆｅ基結合相をマルテンサ
イト、フェライト、オーステナイトに任意に変化させる
ことにより、耐摩耗性、耐食性、耐熱性、および機械的
特性がさらに向上する。さらに、Ｃｏの添加により耐酸
化性、耐熱性、耐食性および高温特性が改善され、Ｃｕ
の添加で耐食性が改善される。さらに、Ｃの添加で機械
的特性が改善され、Ｓｉ，Ａｌの添加で耐摩耗性、耐食
性、および高温特性が改善される。さらにまた、Ｎｂ，
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの添加により耐摩耗性、耐食
性、および機械的特性がさらに改善される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。本発明者らは、高強度かつ高靭性を維持したまま
で、合金を高硬度化することにより、極めて優れた耐摩
耗性を有するＭｏ_２ＦｅＢ_２型複硼化物系硬質合金を得
ることを目的として種々検討した結果、硬質合金にＭｎ
を含有させることにより、破壊靭性を減じることなく、
合金の強度および耐摩耗性を改善向上させることが可能
となることを見いだした。これは、Ｍｎの添加によって
複硼化物の粒成長が著しく抑制され、非常に微細な複硼
化物が均一に分散した組織が得られる。この組織の微細
化に起因して、合金の強度が大幅に向上する。また、複
硼化物の微細化により、結合相の平均自由行程が減少す
るため、耐食性、耐熱性（高温特性を含む）および耐摩
耗性も改善される。さらに、Ｍｎを添加した合金におい
ては、高強度を示す焼結温度範囲が拡大されるだけでな
く、型崩れの少ない良好な形状の焼結体が得られ、ニヤ
ネット化が達成されて生産性が著しく向上する。このよ
うに、優れた耐摩耗性と高い機械的特性を兼ね備えたＭ
ｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物系硬質合金を得るためには、
０．１〜８％のＭｎを含有させることが望ましい。Ｍｎ
含有量が０．１％未満では、特性改善効果があまり認め
られず、８％を超えて添加すると逆に複硼化物の粒成長
および金属間化合物が形成することに加えて、緻密な焼
結体を得るために必要な液相の形成量が減少することに
より、合金の強度および耐摩耗性が低下するようにな
る。よってＭｎ含有量は０．１〜８％とすることが望ま
しい。

【０００９】硬質相は、主として本発明の硬質合金の硬
度、すなわち耐摩耗性に寄与する。硬質相を構成するＭ
ｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物の量が３５％未満の場合は、
硬質合金の硬さは、ロックウエルＡスケールで７５以下
となり、耐摩耗性が低下する。一方、複硼化物の量が９
５％を超えると複硼化物の分散性が悪くなり、強度の低
下が著しくなる。よって本発明の硬質合金中の複硼化物
の含有量は、３５〜９５％にすることが望ましい。

【００１０】Ｂは本発明の硬質合金中の硬質相となる複
硼化物を形成するために必要不可欠な元素であり、硬質
合金中に３〜７．５％含有させることが望ましい。Ｂ含
有量が３％未満みら場合は複硼化物の形成量が少なく、
組織中の硬質相の量が３５％を下回るため、耐摩耗性が
低下する。一方、７．５％を超えると、硬質相の量が９
５％を越え、強度の低下をもたらす。よって、本発明の
硬質合金中のＢ含有量は、３〜７．５％にすることが望
ましい。

【００１１】ＭｏはＢと同様に、硬質相となる複硼化物
を形成するために必要不可欠な元素である。また、Ｍｏ
の一部は結合相に固溶して、合金の機械的特性および耐
摩耗性を向上させる他に、溶融金属（Ｚｎ、Ａｌ等）や
弗酸などの還元性雰囲気に対する耐食性を著しく向上さ
せる。種々実験の結果、Ｍｏ含有量が２１．３％未満の
場合は、耐摩耗性および耐食性が低下することに加え、
Ｆｅ_２Ｂ等のＦｅ硼化物が形成するため、強度が低下
する。一方、Ｍｏ含有量が７９．９％を超えると、Ｍ_６
ＣやＭ_２３Ｃ_６（Ｍは金属を表す）などの炭化物および
Ｆｅ―Ｍｏ間の金属間化合物の形成量が増加するために
強度の低下を招く。したがって、合金の耐食性、耐摩耗
性および強度を維持するために、Ｍｏ含有量は、２１．
３〜７９．９％にすることが望ましい。

【００１２】Ｆｅは、ＢおよびＭｏと同様に、複硼化物
を形成するために必要不可欠な元素である。非常に優れ
た物性を有するＭｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物を主体とし
た硬質相を形成させるためには、少なくとも２％のＦｅ
が複硼化物中に含有している必要がある。また、Ｆｅ含
有量が２％未満の場合、焼結時に十分な液相が出現しな
いために緻密な焼結体が得られず、強度の低下が著しく
なる。したがって、合金組成の上記の添加成分以外の残
部は２％以上のＦｅとすることが望ましい。なお、Ｆｅ
以外の添加成分の合計量が９８％を超え、２％以上のＦ
ｅ含有量を確保できない場合には、各成分の許容される
重量％の範囲内において、その量を減じて、残部に２％
以上のＦｅ含有量を確保することは、いうまでもない。

【００１３】Ｗは、複硼化物中のＭｏと優先的に置換固
溶し、合金の耐摩耗性と溶融金属に対する耐食性を向上
させる。さらに、複硼化物の粒成長を抑制する効果を示
し、強度の向上をもたらす。しかしながら、Ｗの含有量
が０．１％未満では効果が認められない。一方、３０％
を超えて添加しても、含有量ほどの特性の向上が認めら
れないだけでなく、比重の増大により、製品重量が増加
する。したがって、Ｗ含有量は、０．１〜３０％にする
ことが望ましい。

【００１４】ＮｉおよびＣｒは、いずれも本発明の硬質
合金の耐食性および耐酸化性を向上させる効果を示す。
また、ＮｉとＣｒを組合わせて使用（複合含有）するこ
とで、結合相をマルテンサイト、フェライト、オーステ
ナイトおよびこれらの混相組織に任意に制御することに
より、機械的特性および耐摩耗性を低減することなく、
用途に応じた耐食性、耐熱性および非磁性化の付与が可
能である。ＮｉおよびＣｒの含有量は、単体含有あるい
は複合含有した場合のいずれも含有加量が０．５％未満
では効果が認められず、３５％を超えて添加すると、耐
食性および耐熱性は非常に優れるものの、強度の低下を
生じる。よって、ＮｉおよびＣｒの含有量は、単体含有
あるいは複合含有した場合の合計量で、０．５〜３５％
にすることが望ましい。

【００１５】Ｎｂは、本発明の硬質合金に添加した場
合、複硼化物中に固溶するとともに、一部は他の硬質粒
子（硼化物、酸化物、炭化物および窒化物）を形成し、
硬度の上昇をもたらすばかりでなく、液相焼結時の複硼
化物の粒成長を抑制し、強度を向上させる効果を示す。
Ｎｂの含有量が０．２％未満では効果が認められず、１
０％を超えて添加しても、含有量ほどの特性向上が認め
られないばかりでなく、コストの上昇を招く。さらに、
一部で形成する他の硬質粒子の量が増加するため強度低
下を生じる。したがって、Ｎｂの含有量は、０．２〜１
０％にすることが望ましい。さらに、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔ
ａ，Ｈｆを本発明の硬質合金に含有させた場合、Ｎｂと
同様な効果を示す。さらに、ＺｒおよびＴｉは、特に溶
融金属に対する耐食性の向上、Ｔａは硝酸等の酸化性雰
囲気に対する耐食性の向上、Ｈｆは高温特性の向上をも
たらす。しかしながら、全般にこれらの元素は高価であ
るため、使用するとコストの上昇を招くが、これらの元
素は、二種以上を複合含有させても単独含有と同様な効
果を発揮することが可能である。よって、これらの元素
の含有量はＮｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの一種または
二種以上の合計で、０．２〜１０％とすることが望まし
い。

【００１６】Ｃｕは、主としてＦｅ基の結合相中に固溶
し、本発明の硬質合金の熱伝導性と耐食性を向上させ
る。含有量が０．１％未満では効果が認められず、５％
を超えると硬度および強度が低下する。よって本発明の
硬質合金にＣｕを含有させる場合の含有量は、０．１〜
５％にすることが望ましい。

【００１７】Ｃは、粉末表面の酸化物を還元する役割を
有しており、本発明の硬質合金の焼結性を向上させる。
また一部は結合相中に固溶して硬度の向上をもたらす。
含有量が０．０５％未満では効果が少なく、１％を超え
ると炭化物の形成を促進し、強度が低下する傾向を示
す。したがって、Ｃの含有量は、０．０５〜１％にする
ことが望ましい。

【００１８】Ｓｉは、本発明の硬質合金の焼結性を向上
させ、より緻密化する。また一部は合金中の酸素と反応
して微細な酸化物を形成し、溶融金属に対する耐食性、
高温強度および耐摩耗性を向上させる効果を示す。含有
量が０．０３％未満では効果が認められず、５％を超え
るとＦｅ−Ｓｉ、Ｍｏ−Ｓｉ等の金属間化合物が形成
し、強度が低下する。よってＳｉの含有量は、０．０３
〜５％にすることが望ましい。

【００１９】Ａｌは、ＢおよびＯと反応し、微細な硼化
物および酸化物を形成させ、溶融金属に対する耐食性、
高温特性および耐摩耗性を向上させる効果を有する。含
有量が０．０３％未満では効果が少なく、３％を超える
と形成した硼化物および酸化物の粗大化が起こり、強度
が低下する。したがって、Ａｌの含有量は、０．０３〜
３％にすることが望ましい。

【００２０】Ｖは、本発明の硬質合金の複硼化物と結合
相の両相に固溶し、硬度および強度を向上させる。本発
明の硬質合金において、機械的強度と耐摩耗性を必要と
し耐食性、特に耐酸化性を必要としない用途に適用する
場合は、Ｖの単独含有でよいが、通常は耐食性も必要と
される場合が多いので、Ｃｒと組み合わせて使用するこ
とが望ましい。したがって、本発明の硬質合金にＶを含
有させる場合は、Ｖの単独含有で、あるいはＣｒとの複
合含有の合計で、０．５〜３５％とすることが望まし
い。

【００２１】Ｃｏは、Ｎｉと同様に本発明の硬質合金の
耐熱性を向上さ、また、溶融Ｍｇに対する耐食性を向上
させる。しかしながらＣｏは高価であるため、多量に使
用するとコストの上昇を招く。したがって、ＣｏはＮｉ
と複合させる形で使用することが望ましい。よってＣｏ
の含有量は、０．５〜３５％とすることが望ましい。

【００２２】本発明の硬質合金は、製造する過程（原料
粉末、粉砕行程、焼結行程）において、不可避的不純物
として、Ｍｇ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等が混入する。しかしな
がら、これら不純物元素の総量が本発明の硬質焼結合金
の目的、効果を損なわない程度に極く少量含まれても差
し支えなく、不純物元素の合計量が１％以下であること
が望ましい。

【００２３】本発明の硬質焼結合金は、複硼化物の形成
ならびに硬質焼結合金の目的および効果を得るために必
要不可欠なＦｅ，ＭｏおよびＭｎの三元素の単体金属粉
末、もしくはこれらの元素の内の二種以上からなる合金
粉末と、Ｂの単体粉末、またはＦｅ，Ｍｏ、およびＭｎ
の元素の内の一種または二種以上の元素とＢからなる合
金粉末を、振動ボールミルなどにより有機溶媒中で湿式
混合粉砕した後、乾燥、造粒、成形を行い、その後真
空、還元ガス、あるいは不活性ガス中などの非酸化性雰
囲気中で液相焼結を行うことにより製造される。なお、
Ｆｅ，ＭｏおよびＭｎの必須の三元素以外の元素を焼結
合金の目的に応じて適宜選択して添加する、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｗ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの添加に際しても、上記の必須の
三元素と同様な粉末形態を取ることは言うまでもない。
本発明の硬質合金の硬質相となる複硼化物は上記原料粉
末の焼結中の反応により形成されるが、あらかじめＭ
ｏ，Ｆｅの硼化物、またはＢ単体粉末とＭｏ，Ｆｅの金
属粉末を炉中で反応させることにより、Ｍｏ_２ＦｅＢ_２
型の複硼化物を製造し、さらに結合相組成のＦｅとＭｏ
の金属粉末と所定量のＭｎ金属粉末を添加しても差し支
えない。なお、上記複硼化物のＭｏの一部と、Ｗ，Ｎ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆのいずれか一種または二種
以上と、Ｆｅの一部とＮｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏの一種また
は二種以上で置換した複硼化物を製造し、結合相の組成
になるようにＦｅなどの金属粉末を配合した粉末に、所
定量のＭｎを添加しても差し支えないことも言うまでも
ない。本発明の硬質合金の湿式混合粉砕は、振動ボール
ミルなどを用いて有機溶媒中で行うが、焼結中の複硼化
物の形成反応を迅速、かつ十分に行わせるために、振動
ボールミルで粉砕した後の粉末の平均粒径は、０．２〜
５μｍであることが好ましい。なお、０．２μｍ未満ま
で粉砕しても、微細化による効果の向上が少ないだけで
なく、粉砕に長時間を要する。また、５μｍを超える場
合は複硼化物の形成反応が迅速、かつ均一に進行せず、
硬質相の粒径が大きくなったり、分散性の悪い組織とな
るために強度が低下する。本硬質合金の液相焼結は合金
組成により異なるが、一般的には１４２３〜１６７３Ｋ
の温度範囲において、５〜９０分間行われる。１４２３
Ｋ未満では焼結による緻密化が十分に進行しない。一
方、１６７３Ｋを越えると過剰の液相を生じ、焼結体の
形崩れが著しい。したがって、最終焼結温度は１４２３
〜１６７３Ｋとする。好ましくは１４４８〜１６４８Ｋ
である。昇温速度は一般的には０．５〜６０Ｋ／分であ
ることが好ましい。０．５Ｋ／分より小さいと所定の加
熱温度に到達するまでに長時間を要する。一方、６０Ｋ
／分より大きすぎると焼結炉の温度コントロールが著し
く困難になる。したがって、昇温速度は０．５〜６０Ｋ
／分、より好ましくは１〜３０Ｋ／分である。なお本発
明の硬質焼結合金は、普通焼結法だけでなく、ホットプ
レス法、熱間静水圧プレス法、通電焼結法など、他の焼
結方法によっても製造可能である。

【００２４】（実施例）以下、実施例および比較例を示
し、表１〜表３２により、本発明を具体的に説明する。

【００２５】原料粉末として、表１に示す化合物粉末お
よび表２に示す純金属粉末を用い、これらの粉末を表３
〜表１５に示す組成になるように、表１６〜表２８に示
す配合比で配合した後、振動ボールミルによりアセトン
中で３０時間、湿式混合粉砕を行った。ボールミル後の
粉末は乾燥・造粒を行い、得られた微粉末を所定の形状
にプレス成形後、１４２３〜１６7３Ｋの温度で３０分
間真空雰囲気（真空度：≦１０^ー2 Torr）の下で焼結を
行った。昇温速度は１０℃／分とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】

【表８】

【００３4】

【表９】

【００３５】

【表１０】

【００３６】

【表１１】

【００３７】

【表１２】

【００３８】

【表１３】

【００３９】

【表１４】

【００４０】

【表１５】

【００４１】

【表１６】

【００４２】

【表１７】

【００４３】

【表１８】

【００４４】

【表１９】

【００４５】

【表２０】

【００４６】

【表２１】

【００４７】

【表２２】

【００４８】

【表２３】

【００４９】

【表２４】

【００５０】

【表２５】

【００５１】

【表２６】

【００５２】実施例に示す組成の本発明の硬質焼結合
金、および比較例の硬質焼結合金の焼結後の試片におい
て、組織中の硬質相（複硼化物）の重量％、機械的特性
として抗折力、硬度、およびＳＥＰＢ法による破壊靱性
値の測定結果を表２９〜４１に示す。なお、組織中の硬
質相の量は画像解析装置を用いて定量分析した。硬度及
び抗折力は、ＪＩＳＨ５５０１に基づいた抗折力
（３点曲げ試験）及びロックウエルＡスケールによる硬
さ測定の条件で行った。破壊靱性は、ＪＩＳＲ１６０
７に準じたＳＥＰＢ法を用いて破壊靱性を評価した。

【００５３】

【表２７】

【００５４】

【表２８】

【００５５】

【表２９】

【００５６】

【表３０】

【００５７】

【表３１】

【００５８】

【表３２】

【００５９】

【表３３】

【００６０】

【表３４】

【００６１】

【表３５】

【００６２】

【表３６】

【００６３】

【表３７】

【００６４】

【表３８】

【００６５】表２７〜表３８より、実施例１〜７１は、
比較例１〜３８と比較して、いずれも優れた機械的特
性、特に高硬度でも優れた抗折力および破壊靱性を示す
ことがわかる。実施例１〜１０は、本発明の硬質焼結合
金を作製するために必要不可欠な、Ｂ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆ
ｅの４元素を、請求項２の請求範囲内で種々組み合わせ
た合金である。なかでも実施例１および２は、Ｂおよび
Ｍｏ含有量がそれぞれ下限であるため、硬度はやや低い
値を示すが、切削加工が可能である利点を有しているほ
か、非常に高い破壊靱性を有しており、耐衝撃性に優れ
た合金である。また、実施例５〜８は、Ｂ含有量が上限
の組成であり、特に実施例７および８は、Ｍｏ含有量も
上限であるため、非常に高い硬度を有し、最高の耐摩耗
性を示す合金である。

【００６６】実施例１１〜４８は、５．５％Ｂ−５０％
Ｍｏ−４．５％Ｍｎ−残部Ｆｅ（％：重量％）を基本組
成とし、Ｍｏと置換する形でＷおよびＮｂを、Ｆｅと置
換する形でＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌを、請求
項３〜請求項７に記載する範囲内で単独および複合含有
させた合金である。ＷおよびＮｂは実施例１１〜１３お
よび１４〜１６に示すように、合金の強度、特に硬度が
上昇し、耐摩耗性が向上する。ＮｉおよびＣｒ含有合金
は、実施例２０〜２５に示すように、機械的特性、特に
抗折力が向上する。また、Ｃｕ含有合金は実施例２９〜
３１に示すように破壊靱性が向上し、Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ含
有合金は、実施例３２〜３９に示すように硬度が上昇
し、合金の耐摩耗性が向上する。また実施例１７〜１
９，実施例２６〜２８，実施例４０〜４８などに示すよ
うに、これらの元素を複合含有させても、各元素が含有
した効果は損なわれることはない。なお、実施例に示す
常温における機械特性以外に、Ｎｉ，Ｃｒ、およびＣｕ
を含有させた合金は、各種薬品に対する耐食性の向上効
果が認められ、Ｗ，Ｎｂ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌを含有させた
合金は、高温特性および溶融金属に対する耐食性の向上
効果が認められた。

【００６７】実施例４９〜５５は、請求項８記載のＺ
ｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中から選ばれた一種または二種
以上を請求範囲内で含有させた合金である。いずれの元
素とも、合金の硬度を上昇させる効果を示す。また機械
的特性以外に、Ｔａは硝酸水溶液に対する耐食性の向
上、ＴｉおよびＺｒは溶融アルミニウムに対する耐食性
の向上、Ｈｆは高温における抗折力の向上効果がそれぞ
れ認められた。

【００６８】実施例５６〜６３は、請求項９記載のＶを
含有させた合金であり、合金の硬度が上昇し、耐摩耗性
が向上する。また、ＣｒおよびＮｉと複合含有させるこ
とにより、合金の硬度および抗折力が向上する他、高温
域での機械的特性の向上効果が認められた。

【００６９】実施例６４〜７１は、請求項１０記載のＣ
ｏを含有させた合金であり、合金の機械的特性が向上す
る他、耐酸化性、耐熱衝撃性および溶融Ｍｇに対する耐
食性の向上効果が認められた。

【００７０】これらに対して比較例１は、請求項２のＢ
含有量の下限未満の合金であり、硬度が７３.６ＨＲＡ
と低く、耐摩耗性が不良である。また、金属結合相の量
が多いために焼結体の型崩れが生じ、ニアネットで焼結
することが困難である。比較例２は、請求項２のＢ含有
量の上限を超えた合金であり、合金の硬度は高いもの
の、金属結合相の量が少ないために焼結体にポアが残存
し、抗折力および破壊靱性とも低い値を示す。

【００７１】比較例３および４は、請求項２のＭｏ含有
量の範囲をはずれた組成の合金であり、比較例３のＭｏ
含有量が少ない場合はＦｅ−Ｂ間の硼化物が、比較例４
のＭｏ含有量が多い場合はＦｅ−Ｍｏ間の金属間化合物
およびＭｏＣ型の炭化物が多量に析出するために、抗折
力および破壊靱性値が低下する。

【００７２】比較例５および６は、請求項３のＭｎ含有
量の範囲をはずれた組成の合金であり、比較例５のＭｎ
含有量が少ない場合は、硬度および抗折力の向上が認め
られない。また、比較例６のＭｎ含有量が多い場合は、
複硼化物の粗大化およびＦｅ−Ｍｎ間の金属間化合物の
生成により、機械的特性が低下する。

【００７３】比較例７〜１８は、請求項３〜請求項６に
記載のＷ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｃｒの含有量が請求範囲外であ
る合金である。比較例７、９、１３、１５のように、各
元素の含有量が請求範囲の下限未満である場合は、Ｗ，
ＮｂおよびＣｒに期待する硬度および抗折力の向上、Ｎ
ｉに期待する破壊靱性の向上の効果が認められない。ま
た、比較例１１および１７に示すように、元素を二種類
複合含有させても請求範囲の下限未満では、機械的特性
の向上効果は認められない。比較例８、１０、１４、１
６のように、各元素の含有量が請求範囲の上限を超える
場合は、Ｎｉは硬度が低下し、Ｗ、ＮｂおよびＣｒは含
有量を増加させても特性の向上効果が認められないのみ
ならず、Ｗは合金の比重が大きくなるなどの問題が生じ
る。

【００７４】比較例１９〜２６は、請求項７に記載のＣ
ｕ、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌの含有量が請求範囲外である合金で
ある。比較例１９、２１、２３、２５のように、各元素
の含有量が請求範囲の下限未満である場合は、機械的特
性及び耐食性の向上の効果が認められない。比較例２
０、２２、２４、２６のように、各元素の含有量が請求
範囲の上限を超える場合は、金属間化合物および炭化物
の形成量の増加に伴い、合金が脆化し、強度低下をもた
らす。

【００７５】比較例２７〜３２は、請求項９に記載のＶ
の含有量が請求範囲外である合金である。比較例２７、
２９、３１のように、Ｖの含有量が請求範囲の下限未満
である場合は、硬度および抗折力の向上効果は認められ
ない。比較例２８、３０、３２のように、Ｖの含有量が
請求範囲の上限を超える場合は、抗折力の低下が認めら
れるようになる。

【００７６】比較例３３〜３８は、請求項１０に記載の
Ｃｏの含有量が請求範囲外である合金である。比較例３
３、３５、３７のように、Ｃｏの含有量が請求範囲の下
限未満である場合は、抗折力の向上効果は認められな
い。比較例３４、３６、３８のように、Ｃｏの含有量が
請求範囲の上限を超える場合は、含有量を増加させても
特性の向上効果が認められないのみならず、原料粉末コ
ストが増加するなどの問題が生じる。

【００７７】上記の実施例９、１５、２７、５０、６
１、６９の合金組成となるように、原料粉末を秤量し配
合し、鉄製の振動ボールミル中で２８時間湿式粉砕、混
合した。次に、内面をスクリュー形状に成形したシリコ
ンゴム製の型の軸芯に芯金を挿入し、シリコンゴム型と
芯金の間に上記の粉砕混合した原料粉を充填した。次い
でシリコンゴム型を芯金と充填した粉末とともに密封
し、静水圧プレスで圧粉して圧粉成形体を得た。圧粉成
形に用いた芯金を取り外し、あらためてJIS SNCM 439鋼
の焼結用芯金を挿入した後、真空焼結炉中で１５２３Ｋ
で２０分間均熱し、圧粉成形体を焼結するとともに焼結
用芯金に焼結接合させた。次いで焼結体の外面を研削加
工し、スクリューとした。

【００７８】上記のようにして得られたスクリューを樹
脂押出装置に装着し、ガラス繊維を含む樹脂の溶融押出
加工に供したところ、いずれの合金組成のスクリューも
従来のJIS SKD 11鋼製のスクリューに比べて優れた耐摩
耗性を示した。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＭｏ_２Ｆ
ｅＢ_２型複硼化物とＦｅ基結合相よりなる高強度および
高耐摩耗性を有する複硼素化物系硬質焼結合金は、優れ
た耐食性および機械的特性、特に高硬度で非常に高い耐
摩耗性を有した合金であり、切削工具、刃物、鍛造型や
熱間および温間工具、ロ−ル材、高腐食環境下の射出成
形機用部品、Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｇなどの溶融金属のダイカ
ストマシン用部材、メカニカルシ−ルなどのポンプ部品
など、広い用途に使用可能な高強度耐摩耗材料として利
用可能であり、本発明の複硼素化物系硬質焼結合金を用
いて製作した樹脂加工機械用スクリューは、ガラス繊維
など、工具を摩耗させる粒子を含む樹脂の溶融押出加工
において、極めて優れた耐摩耗性を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｏ_２ＦｅＢ_２型の複硼化物よりなる硬
質相を３５〜９５重量％（以下％は重量％）と、残部が
前記硬質相を結合するＦｅ基の結合相からなる硬質焼結
合金において、全組成に対して、０．１〜８％のＭｎを
含有した高強度および高耐摩耗性を有する複硼化物系硬
質焼結合金。
【請求項２】前記硬質焼結合金が３〜７．５％のＢ、
２１．３〜７９．９％のＭｏ、残部が２％以上のＦｅお
よび不可避的不純物よりなることを特徴とする、請求項
１に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項３】前記硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有
量の一部を、０．１〜３０％のＷで置換してなることを
特徴とする、請求項１または２に記載の複硼化物系硬質
焼結合金。
【請求項４】前記硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有
量の一部を、０．１〜１０％のＮｂで置換してなること
を特徴とする、請求項１または２に記載の複硼化物系硬
質焼結合金。
【請求項５】前記硬質焼結合金に含有されるＭｏ含有
量の一部を、０．２〜４０％のＷ及びＮｂで置換してな
ることを特徴とする、請求項１または２に記載の複硼化
物系硬質焼結合金。
【請求項６】前記硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有
量の一部を、Ｎｉおよび／またはＣｒで置換してなり、
Ｎｉおよび／またはＣｒの含有量はいずれか一方または
両者の合計で、０．５〜３５％であることを特徴とす
る、請求項１または２に記載の複硼化物系硬質焼結合
金。
【請求項７】前記硬質焼結合金に含有されるＦｅ含有
量の一部を、０．１〜５％のＣｕ、０．０５〜１．０％
のＣ、０．０３〜５％のＳｉ、０．０３〜３％のＡｌの
いずれか一種または二種以上で置換してなることを特徴
とする、請求項１または２に記載の複硼化物系硬質焼結
合金。
【請求項８】前記硬質焼結合金に含有されるＮｂ含有
量の一部または全部を、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆの中か
ら選ばれた一種または二種以上で置換することを特徴と
する、請求項４または５に記載の複硼化物系硬質焼結合
金。
【請求項９】前記硬質焼結合金に含有されるＣｒ含有
量の一部または全部を、Ｖで置換してなることを特徴と
する、請求項６に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項１０】前記硬質焼結合金に含有されるＮｉ含
有量の一部または全部を、Ｃｏで置換してなることを特
徴とする、請求項６に記載の複硼化物系硬質焼結合金。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の複
硼化物系硬質焼結合金を用いてなる樹脂加工機械用スク
リュー。