JP2001200329A - 強靭性超微粒超硬合金 - Google Patents
強靭性超微粒超硬合金Info
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- JP2001200329A JP2001200329A JP2000012409A JP2000012409A JP2001200329A JP 2001200329 A JP2001200329 A JP 2001200329A JP 2000012409 A JP2000012409 A JP 2000012409A JP 2000012409 A JP2000012409 A JP 2000012409A JP 2001200329 A JP2001200329 A JP 2001200329A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超硬合金においてＶ、Ｃｒ、Ｔａおよびそれら
の化合物が優れた粒成長抑制効果を有することは周知で
あるが、それらの粒成長抑制効果を充分に発揮させ、か
つ粒成長抑制剤の悪影響を最小限にとどめる手法を提供
する。 【構成】Ｃｏ２〜２０重量％、Ｖ及び／またはＶＣ０．
１〜５重量％、Ｃｒ及び／またはＣｒ炭化物が０〜５重
量％、Ｔａ及び／またはＴａＣが０〜５重量％、残ＷＣ
および不可避不純物からなる超硬合金において、ＷＣを
主体とする硬質相の平均粒径を０．１〜１．２μｍと
し、原子比率で硬質相中のＶ含有量がＣｏを主体とする
結合相中のＶ含有量よりも多く、かつ断面ミクロ観察に
おいて段階状の表面を有する硬質相を点在させて構成す
る。
の化合物が優れた粒成長抑制効果を有することは周知で
あるが、それらの粒成長抑制効果を充分に発揮させ、か
つ粒成長抑制剤の悪影響を最小限にとどめる手法を提供
する。 【構成】Ｃｏ２〜２０重量％、Ｖ及び／またはＶＣ０．
１〜５重量％、Ｃｒ及び／またはＣｒ炭化物が０〜５重
量％、Ｔａ及び／またはＴａＣが０〜５重量％、残ＷＣ
および不可避不純物からなる超硬合金において、ＷＣを
主体とする硬質相の平均粒径を０．１〜１．２μｍと
し、原子比率で硬質相中のＶ含有量がＣｏを主体とする
結合相中のＶ含有量よりも多く、かつ断面ミクロ観察に
おいて段階状の表面を有する硬質相を点在させて構成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、切削、耐摩耗用の工
具に広く用いられる超硬合金に関する。
具に広く用いられる超硬合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｖ、Ｔａ、Ｃｒ及び／またはそれらの化
合物は有力な粒成長抑制剤として超微粒超硬合金に添加
されることは従来から周知であり、広く実用合金に添加
されてきた（例として、特開平８−２４３８２０号）。
しかしながら、従来の超微粒合金を詳細に調査してみる
と、その機械的、熱的特性は千差万別であることがわか
る。強度についてはＷＣ／Ｃｏ界面に、たとえば微細な
ＶＣを析出させたり、あるいはＣｏ中またはＷＣ中にす
べて固溶させたりすることが提案されており、それによ
って合金の強度は変化する。また、靭性については粒成
長抑制剤の多少、添加法、焼結手法等によって、粒成長
抑制効果範囲、程度などが異なり、その結果著しく粒成
長したＷＣ、いわゆるα２の存在形態やその数の多少が
変化し、その結果合金の靭性が大きく変化する。
合物は有力な粒成長抑制剤として超微粒超硬合金に添加
されることは従来から周知であり、広く実用合金に添加
されてきた（例として、特開平８−２４３８２０号）。
しかしながら、従来の超微粒合金を詳細に調査してみる
と、その機械的、熱的特性は千差万別であることがわか
る。強度についてはＷＣ／Ｃｏ界面に、たとえば微細な
ＶＣを析出させたり、あるいはＣｏ中またはＷＣ中にす
べて固溶させたりすることが提案されており、それによ
って合金の強度は変化する。また、靭性については粒成
長抑制剤の多少、添加法、焼結手法等によって、粒成長
抑制効果範囲、程度などが異なり、その結果著しく粒成
長したＷＣ、いわゆるα２の存在形態やその数の多少が
変化し、その結果合金の靭性が大きく変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】すなわちＶ、Ｃｒ、Ｔ
ａおよびそれらの化合物が優れた粒成長抑制効果を有す
ることは周知であるが、その効果の発揮程度については
不明瞭である。本発明者らは既述の粒成長抑制剤、とく
に最もその効果が大きいＶについて、粒成長抑制効果を
充分に発揮させ、かつ粒成長抑制剤の悪影響を最小限に
とどめる手法について検討した。
ａおよびそれらの化合物が優れた粒成長抑制効果を有す
ることは周知であるが、その効果の発揮程度については
不明瞭である。本発明者らは既述の粒成長抑制剤、とく
に最もその効果が大きいＶについて、粒成長抑制効果を
充分に発揮させ、かつ粒成長抑制剤の悪影響を最小限に
とどめる手法について検討した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは粒成長抑制
剤の存在形態と強度指標の抗折力、靭性指標のクラック
抵抗（ビッカース硬さ計５０Ｋｇ加重で圧痕の４角から
発生するクラックの全長さ（μｍ）で加重を割った値）
との相関について調査を加え以下の結論を得た。Ｃｏ２
〜２０重量％、Ｖ及び／またはＶＣ０．１〜５重量％、
Ｃｒ及び／またはＣｒ炭化物が０〜５重量％、Ｔａ及び
／またはＴａＣが０〜５重量％、残ＷＣおよび不可避不
純物からなる超硬合金において、ＷＣを主体とする硬質
相の平均粒径が０．１〜１．２μｍであり、原子比率で
硬質相中のＶ含有量がＣｏを主体とする結合相中のＶ含
有量よりも多く、かつ断面ミクロ観察において段階状の
表面を有する硬質相が点在することにより、強度・靭性
に優れた強靭性超微粒超硬合金を得た。
剤の存在形態と強度指標の抗折力、靭性指標のクラック
抵抗（ビッカース硬さ計５０Ｋｇ加重で圧痕の４角から
発生するクラックの全長さ（μｍ）で加重を割った値）
との相関について調査を加え以下の結論を得た。Ｃｏ２
〜２０重量％、Ｖ及び／またはＶＣ０．１〜５重量％、
Ｃｒ及び／またはＣｒ炭化物が０〜５重量％、Ｔａ及び
／またはＴａＣが０〜５重量％、残ＷＣおよび不可避不
純物からなる超硬合金において、ＷＣを主体とする硬質
相の平均粒径が０．１〜１．２μｍであり、原子比率で
硬質相中のＶ含有量がＣｏを主体とする結合相中のＶ含
有量よりも多く、かつ断面ミクロ観察において段階状の
表面を有する硬質相が点在することにより、強度・靭性
に優れた強靭性超微粒超硬合金を得た。
【０００５】先ず、、Ｖ及び／またはＶ化合物はそれ
のみで合金中に析出物もしくは介在物として存在すると
合金の強度及び／または靭性を低下させる。すなわち、
合金はＷＣと鉄族結合相の２相合金あるいはＣｒやＴａ
が含有される場合にはそれらの化合物を含めた３相合金
のほうが、Ｖを主体とする析出相及び／または介在相が
存在する場合よりも強靭である。次いで、、ＷＣ中に
固溶したＶ、Ｃｒ、Ｔａは結合相中に固溶したＶ、Ｃ
ｒ、Ｔａより原子比でそれぞれ多いことが強度、靭性上
望ましい。、常温においてＷＣを主体とする硬質相は
ｈｃｐ構造、金属結合相はｆｃｃ構造をとることが強
度、靭性上望ましい。、断面ミクロ観察において、図
１に示すような段階状の表面を有する硬質相が点在する
こと。
のみで合金中に析出物もしくは介在物として存在すると
合金の強度及び／または靭性を低下させる。すなわち、
合金はＷＣと鉄族結合相の２相合金あるいはＣｒやＴａ
が含有される場合にはそれらの化合物を含めた３相合金
のほうが、Ｖを主体とする析出相及び／または介在相が
存在する場合よりも強靭である。次いで、、ＷＣ中に
固溶したＶ、Ｃｒ、Ｔａは結合相中に固溶したＶ、Ｃ
ｒ、Ｔａより原子比でそれぞれ多いことが強度、靭性上
望ましい。、常温においてＷＣを主体とする硬質相は
ｈｃｐ構造、金属結合相はｆｃｃ構造をとることが強
度、靭性上望ましい。、断面ミクロ観察において、図
１に示すような段階状の表面を有する硬質相が点在する
こと。
【０００６】
【作用】について補足説明すると、Ｖがその粒成長抑
制効果を合金全体にわたって発現させるには、その第一
ステップとして、昇温焼結過程で液化した金属結合相中
にＶ及び／またはＶ化合物が溶けることが望ましい。そ
うすることでＶが液相を介して合金全体に分散すること
になる。次に、第二ステップとして金属結合相中に固溶
したＶがＷＣ中に拡散していくことになる。
制効果を合金全体にわたって発現させるには、その第一
ステップとして、昇温焼結過程で液化した金属結合相中
にＶ及び／またはＶ化合物が溶けることが望ましい。そ
うすることでＶが液相を介して合金全体に分散すること
になる。次に、第二ステップとして金属結合相中に固溶
したＶがＷＣ中に拡散していくことになる。
【０００７】従って、初めは金属中のＶ量が多いが時間
を経るにしたがってＷＣ／Ｃｏ界面近傍においてＶが増
加し、ついにはＷＣ中のＶが金属中に比して多くなる結
果となる。検討した結果、この状態が強度及び／または
靭性の点から望ましく、反対の場合には靭性が劣る。金
属部が高合金化し靭性が劣化するものと思われる。もち
ろんＣｒ、Ｔａについても同様である。検討過程で大半
の分析個所ではＷＣ中のＶが金属中に比して多いが例外
的にそうでない場合も観察された。この場合も強靭性の
向上は認められる。
を経るにしたがってＷＣ／Ｃｏ界面近傍においてＶが増
加し、ついにはＷＣ中のＶが金属中に比して多くなる結
果となる。検討した結果、この状態が強度及び／または
靭性の点から望ましく、反対の場合には靭性が劣る。金
属部が高合金化し靭性が劣化するものと思われる。もち
ろんＣｒ、Ｔａについても同様である。検討過程で大半
の分析個所ではＷＣ中のＶが金属中に比して多いが例外
的にそうでない場合も観察された。この場合も強靭性の
向上は認められる。
【０００８】について、Ｖの限定範囲と関係がある。
Ｖが本発明の目的を超えて、過多になるとＶ及び／また
はＶ化合物の析出物もしくは介在物が出現し強度、靭性
を落とす。反対に過少の場合は添加効果が不十分で本発
明の目的から逸脱する。Ｖ添加量の下限は焼結プロセ
ス、焼結条件でＶ添加効果が異なるため定めるのが困難
である。発明者らはこの下限値の設定について種々検討
した。その結果、Ｖの添加量を増やしていくと、ある量
まではミクロ組織上の変化は認められないが、それを超
えると断面ミクロ観察において段階状の表面を有する硬
質相が出現するようになる。そして、その時になって初
めて合金の強度、靭性の向上が明確に認められるように
なるという知見を得た。従って、Ｖの適正値の下限は断
面ミクロ観察において段階状の表面を有する硬質相が点
在するところ、上限はＶ化合物の析出物もしくは介在物
が認められない範囲と規定される。Ｖ及び／またはＶＣ
の量は０．１〜５重量％と規定する。０．１％未満では
粒成長抑制効果が不足で５％を超えると靭性が不足で本
発明の主旨に反する。
Ｖが本発明の目的を超えて、過多になるとＶ及び／また
はＶ化合物の析出物もしくは介在物が出現し強度、靭性
を落とす。反対に過少の場合は添加効果が不十分で本発
明の目的から逸脱する。Ｖ添加量の下限は焼結プロセ
ス、焼結条件でＶ添加効果が異なるため定めるのが困難
である。発明者らはこの下限値の設定について種々検討
した。その結果、Ｖの添加量を増やしていくと、ある量
まではミクロ組織上の変化は認められないが、それを超
えると断面ミクロ観察において段階状の表面を有する硬
質相が出現するようになる。そして、その時になって初
めて合金の強度、靭性の向上が明確に認められるように
なるという知見を得た。従って、Ｖの適正値の下限は断
面ミクロ観察において段階状の表面を有する硬質相が点
在するところ、上限はＶ化合物の析出物もしくは介在物
が認められない範囲と規定される。Ｖ及び／またはＶＣ
の量は０．１〜５重量％と規定する。０．１％未満では
粒成長抑制効果が不足で５％を超えると靭性が不足で本
発明の主旨に反する。
【０００９】金属結合相量は２〜２０重量％と規定す
る。２％未満では靭性が不足で２０％を超えると強度が
低下し本発明の主旨に反する。Ｃｒ及び／またはＣｒ炭
化物は０〜５重量％、Ｔａ及び／またはＴａＣは０〜５
重量％と規定する。いずれも０を含む。すなわちＶにつ
いては必須であるがＣｒ、Ｔａについては添加は任意で
ある。目的に応じて添加の是非を定めればよい。但し、
添加する場合は５％以内に制限する。それを超えると靭
性が低下し本発明の主旨に反する。ＷＣを主体とする硬
質相はｈｃｐとする。他の結晶構造になりうるが、そう
すると靭性が低下する。
る。２％未満では靭性が不足で２０％を超えると強度が
低下し本発明の主旨に反する。Ｃｒ及び／またはＣｒ炭
化物は０〜５重量％、Ｔａ及び／またはＴａＣは０〜５
重量％と規定する。いずれも０を含む。すなわちＶにつ
いては必須であるがＣｒ、Ｔａについては添加は任意で
ある。目的に応じて添加の是非を定めればよい。但し、
添加する場合は５％以内に制限する。それを超えると靭
性が低下し本発明の主旨に反する。ＷＣを主体とする硬
質相はｈｃｐとする。他の結晶構造になりうるが、そう
すると靭性が低下する。
【００１０】平均粒径は０．１〜１．２μｍと規定す
る。０．１μｍ未満は酸化、燃焼など製造上扱いが困難
で不適。１．２μｍを超えると超微粒合金の範疇を逸脱
し本発明の主旨に反する。結合相は常温においては基本
的にはｆｃｃとする。他の相とすると強度が低下する。
被覆する場合、硬質被覆膜として周期律表の４ａ、５
ａ、６ａ族の窒化物、炭化物、炭窒化物、その他酸素や
ホウ素を含んだ上記の化合物あるいはアルミナを適宜目
的に応じて選定すればよい。この場合、物理蒸着法、化
学蒸着法など手段を特に限定されない。目的に応じて選
定すればよい。
る。０．１μｍ未満は酸化、燃焼など製造上扱いが困難
で不適。１．２μｍを超えると超微粒合金の範疇を逸脱
し本発明の主旨に反する。結合相は常温においては基本
的にはｆｃｃとする。他の相とすると強度が低下する。
被覆する場合、硬質被覆膜として周期律表の４ａ、５
ａ、６ａ族の窒化物、炭化物、炭窒化物、その他酸素や
ホウ素を含んだ上記の化合物あるいはアルミナを適宜目
的に応じて選定すればよい。この場合、物理蒸着法、化
学蒸着法など手段を特に限定されない。目的に応じて選
定すればよい。
【００１１】
【実施例】種々の平均粒径のＷＣ粉末およびＣｏ粉末及
びＣｒ、Ｔａ、Ｖの化合物さらに合金のＣ量を調整する
ために粉末Ｃを適宜適当量を表１のように配合し、アト
ライターを用いて粉末量に対し１．２重量％の比率でパ
ラフィンワックスをいれたアルコール中で４時間混合後
スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒を行なった後プ
レス成型した。
びＣｒ、Ｔａ、Ｖの化合物さらに合金のＣ量を調整する
ために粉末Ｃを適宜適当量を表１のように配合し、アト
ライターを用いて粉末量に対し１．２重量％の比率でパ
ラフィンワックスをいれたアルコール中で４時間混合後
スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒を行なった後プ
レス成型した。
【００１２】
【表１】
【００１３】該プレス体を適宜適当な焼結条件で焼結を
行ない種々の試料を作製し物性値を測定した。また顕微
鏡断面観察を行ない、階段状の外形状を持つＷＣ粒子の
有無を調査した。その結果を表２に示す。
行ない種々の試料を作製し物性値を測定した。また顕微
鏡断面観察を行ない、階段状の外形状を持つＷＣ粒子の
有無を調査した。その結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】表２より、原子比率で硬質相中のＶ含有量
がＣｏを主体とする結合相中のＶ含有量よりの多い本発
明例では３０００以上の抗折力が得られたが、Ｖ主体の
相が観察された比較例２では２７００と低下した。ま
た、靭性も低かった。更に、透過型電子顕微鏡における
断面ミクロ観察においては図１に示す段階状の表面を有
する粒子が観察された。
がＣｏを主体とする結合相中のＶ含有量よりの多い本発
明例では３０００以上の抗折力が得られたが、Ｖ主体の
相が観察された比較例２では２７００と低下した。ま
た、靭性も低かった。更に、透過型電子顕微鏡における
断面ミクロ観察においては図１に示す段階状の表面を有
する粒子が観察された。
【００１６】
【発明の効果】本願発明を適用することにより、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｔａおよびそれらの化合物の優れた粒成長抑制効果
を活かしつつ、Ｖの粒成長抑制効果を充分に発揮させ
て、微粒で強度、靭性に優れた超硬合金とする事ができ
た。
ｒ、Ｔａおよびそれらの化合物の優れた粒成長抑制効果
を活かしつつ、Ｖの粒成長抑制効果を充分に発揮させ
て、微粒で強度、靭性に優れた超硬合金とする事ができ
た。
【図１】図１は、本発明例のＴＥＭ観察の結果を示す。
１ ＷＣ粒子 ２ 段階状の表面 ３ 結合相
Claims (7)
- 【請求項１】Ｃｏ２〜２０重量％、Ｖ及び／またはＶＣ
０．１〜５重量％、Ｃｒ及び／またはＣｒ炭化物が０〜
５重量％、Ｔａ及び／またはＴａＣが０〜５重量％、残
ＷＣおよび不可避不純物からなる超硬合金において、Ｗ
Ｃを主体とする硬質相の平均粒径が０．１〜１．２μｍ
であり、原子比率で硬質相中のＶ含有量がＣｏを主体と
する結合相中のＶ含有量よりも多く、かつ断面ミクロ観
察において段階状の表面を有する硬質相が点在すること
を特徴とする強靭性超微粒超硬合金。 - 【請求項２】請求項１記載の強靭性超微粒超硬合金にお
いて、ＷＣを主体とする硬質相は六方晶の結晶構造を有
し、Ｃｏを主体とする結合相は常温において面心立方晶
の結晶構造を有することを特徴とする強靭性超微粒超硬
合金。 - 【請求項３】請求項１記載の強靭性超微粒超硬合金にお
いて、原子比率で硬質相中のＣｒ含有量が結合相中のＣ
ｒ含有量よりも多いことを特徴とする強靭性超微粒超硬
合金。 - 【請求項４】請求項１記載の強靭性超微粒超硬合金にお
いて、原子比率で硬質相中のＴａ含有量が結合相中のＴ
ａ含有量よりも多いことを特徴とする強靭性超微粒超硬
合金。 - 【請求項５】請求項１乃至４記載の強靭性超微粒超硬合
金において、該合金はＶを主体とする析出相または介在
相が存在しないことを特徴とする強靭性超微粒合金。 - 【請求項６】請求項１乃至５記載の強靭性超微粒超硬合
金において、Ｃｏの一部または全部を他の鉄族金属で置
き換えたことを特徴とする強靭性超微粒合金。 - 【請求項７】請求項１乃至６記載の強靭性超微粒超硬合
金において、該強靭性超微粒超硬合金を基体とし、その
表面に硬質物質を被覆したことを特徴とする被覆強靭性
超微粒合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000012409A JP2001200329A (ja) | 2000-01-21 | 2000-01-21 | 強靭性超微粒超硬合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000012409A JP2001200329A (ja) | 2000-01-21 | 2000-01-21 | 強靭性超微粒超硬合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001200329A true JP2001200329A (ja) | 2001-07-24 |
Family
ID=18540131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000012409A Withdrawn JP2001200329A (ja) | 2000-01-21 | 2000-01-21 | 強靭性超微粒超硬合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001200329A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007223001A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| WO2007145585A1 (en) * | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cemented carbide with refined structure |
| CN109790076A (zh) * | 2016-09-28 | 2019-05-21 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 岩钻刀片 |
| JP2021055156A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 粉末材料及び造形物の製造方法 |
| CN113667874A (zh) * | 2020-05-15 | 2021-11-19 | 四川大学 | 一种ya类梯度硬质合金材料及其制备方法和用途 |
-
2000
- 2000-01-21 JP JP2000012409A patent/JP2001200329A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007223001A (ja) * | 2006-02-24 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| WO2007145585A1 (en) * | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cemented carbide with refined structure |
| US7976607B2 (en) | 2006-06-15 | 2011-07-12 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cemented carbide with refined structure |
| CN109790076A (zh) * | 2016-09-28 | 2019-05-21 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 岩钻刀片 |
| CN109790076B (zh) * | 2016-09-28 | 2022-07-08 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 岩钻刀片 |
| JP2021055156A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 粉末材料及び造形物の製造方法 |
| CN113667874A (zh) * | 2020-05-15 | 2021-11-19 | 四川大学 | 一种ya类梯度硬质合金材料及其制备方法和用途 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041027 |