JP2003193172A - 炭化タングステン基超硬合金及びその製造方法 - Google Patents
炭化タングステン基超硬合金及びその製造方法Info
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- JP2003193172A JP2003193172A JP2001396304A JP2001396304A JP2003193172A JP 2003193172 A JP2003193172 A JP 2003193172A JP 2001396304 A JP2001396304 A JP 2001396304A JP 2001396304 A JP2001396304 A JP 2001396304A JP 2003193172 A JP2003193172 A JP 2003193172A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 平均粒径が０．６μｍ以下の炭化タングステ
ン粒子を有する超微粒超硬合金の靭性と耐酸化性と耐熱
性を具備した超微粒子超硬合金を提供することを目的と
する。 【構成】 Ｃｏ及びＮｉのうちの１種又は２種：２〜３
０％、Ｖ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０
％、Ｔａ：０．０１％以上０．４％未満、Ｓｉ：０．１
〜１．５％、を含有し、残り：炭化タングステン及び不
可避不純物、からなる組成を有し、炭化タングステンの
平均粒径が０．６μｍ以下であることを特徴とする炭化
タングステン基超硬合金及びその製造方法として、焼結
を加圧雰囲気又は焼結を真空雰囲気及び／又は加圧雰囲
気で行い、その後急冷する製造方法である。
ン粒子を有する超微粒超硬合金の靭性と耐酸化性と耐熱
性を具備した超微粒子超硬合金を提供することを目的と
する。 【構成】 Ｃｏ及びＮｉのうちの１種又は２種：２〜３
０％、Ｖ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０
％、Ｔａ：０．０１％以上０．４％未満、Ｓｉ：０．１
〜１．５％、を含有し、残り：炭化タングステン及び不
可避不純物、からなる組成を有し、炭化タングステンの
平均粒径が０．６μｍ以下であることを特徴とする炭化
タングステン基超硬合金及びその製造方法として、焼結
を加圧雰囲気又は焼結を真空雰囲気及び／又は加圧雰囲
気で行い、その後急冷する製造方法である。
Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】本願発明は、超硬合金に関
し、特に平均粒径が０．６μｍ以下の炭化タングステン
粒子を有する、いわゆる超微粒超硬合金に関する。
し、特に平均粒径が０．６μｍ以下の炭化タングステン
粒子を有する、いわゆる超微粒超硬合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】平均粒径が１μｍ以下のＷＣ粒子を含有
する超微粒超硬合金は、硬さとともに靭性も高いのでエ
ンドミル、プリント基板用ドリル、各種せん断刃などに
広範囲に用いられている。近年微細加工及び高速加工の
傾向とともに超微粒合金の平均粒径も益々小さく、且
つ、耐熱性、耐酸化性の高いものの要求が大となってき
ている。微細加工の用途に適合させるには超硬合金を構
成するＷＣの粒径をより微細化させることが必要となる
ことから、従来から周知のＶ、Ｔａ、Ｃｒなどの金属若
しくはそれらの金属の化合物（炭化物、窒化物、炭窒化
物など）をＷＣに対する粒成長抑制材として、単独に用
いられていたものが、０．６μｍ以下の平均粒径をめざ
し２種以上を添加するようになってきた。例えば、特公
昭６２−５６２２４号公報（特許番号１５３９９９１）
ではＶとＣｒの２種を添加し、且つ、合金内に第３相が
出現しないようにして靭性を劣化させない工夫が開示さ
れている。
する超微粒超硬合金は、硬さとともに靭性も高いのでエ
ンドミル、プリント基板用ドリル、各種せん断刃などに
広範囲に用いられている。近年微細加工及び高速加工の
傾向とともに超微粒合金の平均粒径も益々小さく、且
つ、耐熱性、耐酸化性の高いものの要求が大となってき
ている。微細加工の用途に適合させるには超硬合金を構
成するＷＣの粒径をより微細化させることが必要となる
ことから、従来から周知のＶ、Ｔａ、Ｃｒなどの金属若
しくはそれらの金属の化合物（炭化物、窒化物、炭窒化
物など）をＷＣに対する粒成長抑制材として、単独に用
いられていたものが、０．６μｍ以下の平均粒径をめざ
し２種以上を添加するようになってきた。例えば、特公
昭６２−５６２２４号公報（特許番号１５３９９９１）
ではＶとＣｒの２種を添加し、且つ、合金内に第３相が
出現しないようにして靭性を劣化させない工夫が開示さ
れている。
【０００３】また、特許第３００８５３２号公報ではや
はりＶとＣｒを複合添加し、且つ、ＶとＷを含む複合炭
化物を第３相として金属結合相とＷＣの粒界に存在させ
ることにより抗折力の向上が図れることが開示されてい
る。特許第３０１０８５９号公報もＶとＣｒの複合添加
の特許であるが、Ｃｒ炭化物や（Ｗ、Ｖ）Ｃを析出させ
ることなくＣｒとＶの複合炭化物、より正確に記すれば
（Ｃｒ、Ｖ）２Ｃのみを素地中に分散させて、硬さと靭
性の双方の向上を図ることが開示されている。３種の複
合添加では特公昭６２−５６４９３号公報（特許第１４
６７２９１号）においてＶとＣｒとＭｏの３種添加が開
示されている。また特公昭６２−５６４９４号公報（特
許第１４８７４７９号）では、ＶとＣｒと０．５〜８．
０重量％のＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃの３種の添加
し、より微細な超硬合金が得られることを開示してい
る。この場合ＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃを主体とする
固溶体炭化物相の析出相が一定量以下であれば、靭性の
低下を招聘しないとされている。特公平０３−４６５３
８号公報においても、ＶとＣｒと０．４〜０．５％のＴ
ａＮｂＣの３種添加が開示されている。特許第３２０６
３７５号公報においてもＶとＣｒと０．０５〜２．５％
のＴａＣの複合添加によるＷＣ粒径０．７〜１．０μｍ
の超微粒合金が開示されている。ＷＣの平均粒径が０．
６μｍ以下の、いわゆる超微粒超硬合金の耐熱性や耐酸
化性を改善する方策については充分効果のある方策が開
示されていないのが現状である。
はりＶとＣｒを複合添加し、且つ、ＶとＷを含む複合炭
化物を第３相として金属結合相とＷＣの粒界に存在させ
ることにより抗折力の向上が図れることが開示されてい
る。特許第３０１０８５９号公報もＶとＣｒの複合添加
の特許であるが、Ｃｒ炭化物や（Ｗ、Ｖ）Ｃを析出させ
ることなくＣｒとＶの複合炭化物、より正確に記すれば
（Ｃｒ、Ｖ）２Ｃのみを素地中に分散させて、硬さと靭
性の双方の向上を図ることが開示されている。３種の複
合添加では特公昭６２−５６４９３号公報（特許第１４
６７２９１号）においてＶとＣｒとＭｏの３種添加が開
示されている。また特公昭６２−５６４９４号公報（特
許第１４８７４７９号）では、ＶとＣｒと０．５〜８．
０重量％のＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃの３種の添加
し、より微細な超硬合金が得られることを開示してい
る。この場合ＴａＣ又は（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃを主体とする
固溶体炭化物相の析出相が一定量以下であれば、靭性の
低下を招聘しないとされている。特公平０３−４６５３
８号公報においても、ＶとＣｒと０．４〜０．５％のＴ
ａＮｂＣの３種添加が開示されている。特許第３２０６
３７５号公報においてもＶとＣｒと０．０５〜２．５％
のＴａＣの複合添加によるＷＣ粒径０．７〜１．０μｍ
の超微粒合金が開示されている。ＷＣの平均粒径が０．
６μｍ以下の、いわゆる超微粒超硬合金の耐熱性や耐酸
化性を改善する方策については充分効果のある方策が開
示されていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＷＣ粒子の微細化につ
いて述べると、ＷＣ粒子は焼結中に粒成長を起こすの
で、合金中のＷＣ粒子の粒径は焼結前よりも大きい。そ
のため粒成長抑制材を添加してＷＣの粒成長を抑制する
方法の研究が進められ、Ｖが最も有効で、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｍｏも効果のあることがわかっている。平均粒径が０．
６μｍ以下、願わくば０．５μｍ以下としたいならば、
多量の粒成長抑制材、特に、Ｖを添加すればよいが、Ｖ
を多量に添加すると合金の靭性が急激に低下する。その
ためＶの添加量を減らして、その結果生じる粒成長抑制
効果の減少分をＣｒやＴａで補填する試み、すなわち粒
成長抑制材の複合添加が行われてきたのである。しかし
ながら、上記の先行技術を含め発明者らが鋭意検討した
ところではＶとＣｒの組合せでは、焼結後の冷却中に結
合相やＷＣ相とは別の第３相が析出し、それが靭性を低
下させることが明らかとなった。そのため第３相が析出
しない程度に添加量を少なくすると、粒成長抑制効果が
希薄になる。ＶとＴａの組合せは第３相の出現がより易
くなり、靭性の低下が激しい。そこで平均粒径が０．６
μｍ以下、願わくば０．５μｍとした高靭性の超硬合金
を得ようとするならば、ＶとＣｒとＴａの３種の添加に
頼らざるを得ない。しかしながら、上述の先行技術を追
試した結果、Ｔａの添加はＶとＴａの組合せ同様、靭性
の低下が大きな障害となることがわかった。
いて述べると、ＷＣ粒子は焼結中に粒成長を起こすの
で、合金中のＷＣ粒子の粒径は焼結前よりも大きい。そ
のため粒成長抑制材を添加してＷＣの粒成長を抑制する
方法の研究が進められ、Ｖが最も有効で、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｍｏも効果のあることがわかっている。平均粒径が０．
６μｍ以下、願わくば０．５μｍ以下としたいならば、
多量の粒成長抑制材、特に、Ｖを添加すればよいが、Ｖ
を多量に添加すると合金の靭性が急激に低下する。その
ためＶの添加量を減らして、その結果生じる粒成長抑制
効果の減少分をＣｒやＴａで補填する試み、すなわち粒
成長抑制材の複合添加が行われてきたのである。しかし
ながら、上記の先行技術を含め発明者らが鋭意検討した
ところではＶとＣｒの組合せでは、焼結後の冷却中に結
合相やＷＣ相とは別の第３相が析出し、それが靭性を低
下させることが明らかとなった。そのため第３相が析出
しない程度に添加量を少なくすると、粒成長抑制効果が
希薄になる。ＶとＴａの組合せは第３相の出現がより易
くなり、靭性の低下が激しい。そこで平均粒径が０．６
μｍ以下、願わくば０．５μｍとした高靭性の超硬合金
を得ようとするならば、ＶとＣｒとＴａの３種の添加に
頼らざるを得ない。しかしながら、上述の先行技術を追
試した結果、Ｔａの添加はＶとＴａの組合せ同様、靭性
の低下が大きな障害となることがわかった。
【０００５】次に、超微粒超硬合金の耐酸化性について
は、その主たる構成要素であるＷＣとＣｏ及び／又はＮ
ｉはいずれも酸化開始温度が６００℃近辺で大きな違い
は無い。しかし、酸化の進行速度はＷＣの方が速く、超
硬合金の酸化を律速するのはＷＣといえる。しかしなが
らＷＣは他の金属元素を取り込む性質に乏しく、ＷＣの
性質を変えることはなかなか困難である。一方、結合相
であるＣｏ及び／又はＮｉについてはその性質を変化さ
せることはＷＣよりも容易である。しかし、上述したよ
うに、超微粒超硬合金を得るために種々の添加物を用い
ると複炭化物と思われる新たな相が出現しそれが合金の
靭性を低下させるが、さらに耐酸化性を向上させるよう
な元素を加えると、新たな相の量がさらに多くなり著し
い靭性の低下を招聘する結果となるのが一般的である。
また、耐熱性についてはもともとＷＣは充分な耐熱性を
有するものであるから、金属結合相を耐熱化することを
考えれば十分である。以上の考察から金属結合相の耐酸
化性と耐熱性の双方を向上させ、且つ、ＷＣと金属結合
相以外の新たな相の出現量を増加させないか、あるいは
靭性の低下を招かない性質にする添加元素を見つけ出す
ことができると、靭性と耐酸化性と耐熱性を具備したＷ
Ｃの平均粒径が０．６μｍ以下の超硬合金が得られるこ
とになる。換言すると、そのような性質をもたせる添加
物は知られていないのが現状である。
は、その主たる構成要素であるＷＣとＣｏ及び／又はＮ
ｉはいずれも酸化開始温度が６００℃近辺で大きな違い
は無い。しかし、酸化の進行速度はＷＣの方が速く、超
硬合金の酸化を律速するのはＷＣといえる。しかしなが
らＷＣは他の金属元素を取り込む性質に乏しく、ＷＣの
性質を変えることはなかなか困難である。一方、結合相
であるＣｏ及び／又はＮｉについてはその性質を変化さ
せることはＷＣよりも容易である。しかし、上述したよ
うに、超微粒超硬合金を得るために種々の添加物を用い
ると複炭化物と思われる新たな相が出現しそれが合金の
靭性を低下させるが、さらに耐酸化性を向上させるよう
な元素を加えると、新たな相の量がさらに多くなり著し
い靭性の低下を招聘する結果となるのが一般的である。
また、耐熱性についてはもともとＷＣは充分な耐熱性を
有するものであるから、金属結合相を耐熱化することを
考えれば十分である。以上の考察から金属結合相の耐酸
化性と耐熱性の双方を向上させ、且つ、ＷＣと金属結合
相以外の新たな相の出現量を増加させないか、あるいは
靭性の低下を招かない性質にする添加元素を見つけ出す
ことができると、靭性と耐酸化性と耐熱性を具備したＷ
Ｃの平均粒径が０．６μｍ以下の超硬合金が得られるこ
とになる。換言すると、そのような性質をもたせる添加
物は知られていないのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、ま
ず靭性について、なぜＶとＣｒとＴａの３種添加が粒成
長抑制効果は評価できるものの、靭性の著しい低下がな
ぜ起きるかの観点から種々検討した結果、結合相やＷＣ
相とは明らかに異なる別の相とおぼしきものが合金全体
に広がっていることが観察された。この別相とおぼしき
もの（以後、出現相と記す。）はＴａ添加量とともに増
加すること、同じＴａ量では低カーボン合金ほど少な
く、また焼結終了後から液相消失温度までの冷却速度が
速いほど減少し、場合によっては出現しなくなることが
わかった。また、この出現相は量の増加に伴って抗折力
値で評価される靭性が急激に低下することなどが明らか
となった。すなわち、本願の第１の発明は、Ｃｏ及びＮ
ｉのうちの１種又は２種：２〜３０％、Ｖ：０．１〜
２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｔａ：０．０１％
以上０．４％未満、Ｓｉ：０．１〜１．５％、を含有
し、残り：炭化タングステン及び不可避不純物、からな
る組成を有し、炭化タングステンの平均粒径が０．６μ
ｍ以下であることを特徴とする炭化タングステン基超硬
合金であり、更に、第２の発明として、Ｃｏ及びＮｉの
うちの１種又は２種：２〜３０％、Ｖ：０．１〜２．０
％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、ＴａＣ：０．０１％以上
０．４％未満、Ｓｉ：０．１〜１．５％、を含有し、残
り：炭化タングステン及び不可避不純物、からなる組成
を有し、且つ、Ｃｏ及び／又はＮｉを主体とする結合相
と、平均粒径が０．６μｍ以下の炭化タングステンと、
Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ及びＷから選ばれた１種又は２種以上の
金属元素を主体とする化合物との、３相又は３相以上の
組織を有することを特徴とする炭化タングステン基超硬
合金であり、更に。第３の発明として、前記第１及び第
２の発明の製造方法として、焼結を加圧雰囲気又は焼結
を真空雰囲気及び／又は加圧雰囲気で行い、その後急冷
する製造方法である。
ず靭性について、なぜＶとＣｒとＴａの３種添加が粒成
長抑制効果は評価できるものの、靭性の著しい低下がな
ぜ起きるかの観点から種々検討した結果、結合相やＷＣ
相とは明らかに異なる別の相とおぼしきものが合金全体
に広がっていることが観察された。この別相とおぼしき
もの（以後、出現相と記す。）はＴａ添加量とともに増
加すること、同じＴａ量では低カーボン合金ほど少な
く、また焼結終了後から液相消失温度までの冷却速度が
速いほど減少し、場合によっては出現しなくなることが
わかった。また、この出現相は量の増加に伴って抗折力
値で評価される靭性が急激に低下することなどが明らか
となった。すなわち、本願の第１の発明は、Ｃｏ及びＮ
ｉのうちの１種又は２種：２〜３０％、Ｖ：０．１〜
２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｔａ：０．０１％
以上０．４％未満、Ｓｉ：０．１〜１．５％、を含有
し、残り：炭化タングステン及び不可避不純物、からな
る組成を有し、炭化タングステンの平均粒径が０．６μ
ｍ以下であることを特徴とする炭化タングステン基超硬
合金であり、更に、第２の発明として、Ｃｏ及びＮｉの
うちの１種又は２種：２〜３０％、Ｖ：０．１〜２．０
％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、ＴａＣ：０．０１％以上
０．４％未満、Ｓｉ：０．１〜１．５％、を含有し、残
り：炭化タングステン及び不可避不純物、からなる組成
を有し、且つ、Ｃｏ及び／又はＮｉを主体とする結合相
と、平均粒径が０．６μｍ以下の炭化タングステンと、
Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ及びＷから選ばれた１種又は２種以上の
金属元素を主体とする化合物との、３相又は３相以上の
組織を有することを特徴とする炭化タングステン基超硬
合金であり、更に。第３の発明として、前記第１及び第
２の発明の製造方法として、焼結を加圧雰囲気又は焼結
を真空雰囲気及び／又は加圧雰囲気で行い、その後急冷
する製造方法である。
【０００７】そこでＴａ（Ｔａ化合物の場合はＴａ分）
の適正量について厳密な調査を行ったところ、０．４％
を超えると出現相が過多となり、Ｖ添加量が０．１〜
２．０の範囲において充分な靭性が保てないことが明ら
かとなった。さらに記すれば、Ｖが０．１〜２．０％、
且つ、Ｃｒが０．１〜２．０％の範囲において、いかに
合金カーボン量を調整しようが、また実用範囲で冷却速
度を大きくしようが、出現相の望ましい上限値を超えて
しまい、充分に靭性のあるＷＣの平均粒径が０．６μｍ
以下の合金が得られない。次に、耐酸化性と耐熱性につ
いては、発明者らは広範囲にわたって、その効果が得ら
れる物質とその量を検討した結果、Ｓｉが適切であると
の結果を得た。さらに合金にＮを含有させるとＳｉの添
加効果を助長させることが出来るとの結果を得た。また
本発明品の製法については、焼結を加圧雰囲気中で行う
と靭性のより高い合金がえられること、さらに加圧焼結
後に急冷すると出現相の低減が図られ、靭性がさらに向
上する結果も得た。Ｓｉの添加はＳｉを含んだ化合物で
もその効果は期待できる。特に、ケイ化タンタル（Ｔ
ａ）粉、ケイ化クロム（Ｃｒ）粉、ケイ化タングステン
（Ｗ）粉などはすでにＴａ、Ｃｒ、Ｗが合金に含まれる
ため都合が良い。Ｎの添加はＶＮ粉、ＴｉＮ粉、Ｃｒ２
Ｎ粉などが上記と同様の理由で都合が良い。
の適正量について厳密な調査を行ったところ、０．４％
を超えると出現相が過多となり、Ｖ添加量が０．１〜
２．０の範囲において充分な靭性が保てないことが明ら
かとなった。さらに記すれば、Ｖが０．１〜２．０％、
且つ、Ｃｒが０．１〜２．０％の範囲において、いかに
合金カーボン量を調整しようが、また実用範囲で冷却速
度を大きくしようが、出現相の望ましい上限値を超えて
しまい、充分に靭性のあるＷＣの平均粒径が０．６μｍ
以下の合金が得られない。次に、耐酸化性と耐熱性につ
いては、発明者らは広範囲にわたって、その効果が得ら
れる物質とその量を検討した結果、Ｓｉが適切であると
の結果を得た。さらに合金にＮを含有させるとＳｉの添
加効果を助長させることが出来るとの結果を得た。また
本発明品の製法については、焼結を加圧雰囲気中で行う
と靭性のより高い合金がえられること、さらに加圧焼結
後に急冷すると出現相の低減が図られ、靭性がさらに向
上する結果も得た。Ｓｉの添加はＳｉを含んだ化合物で
もその効果は期待できる。特に、ケイ化タンタル（Ｔ
ａ）粉、ケイ化クロム（Ｃｒ）粉、ケイ化タングステン
（Ｗ）粉などはすでにＴａ、Ｃｒ、Ｗが合金に含まれる
ため都合が良い。Ｎの添加はＶＮ粉、ＴｉＮ粉、Ｃｒ２
Ｎ粉などが上記と同様の理由で都合が良い。
【０００８】本願発明においてＶ（Ｖ化合物の場合はそ
のＶ分）は０．１〜２．０％とする。０．１％未満では
充分な粒成長抑制効果が得られず、本発明の趣旨に反す
る。０．２％を超えると充分な靭性が得られず、抗折力
が実用範囲以下に低下する。ここで抗折力の実用範囲は
３０００ＭＰａ以上としたが、用途によりそれ未満でも
使用可能な場合もあり、厳格に規定するものではない。
Ｃｒ（Ｃｒ化合物の場合はそのＣｒ分）は０．１〜２．
０％とする。０．１％未満では充分な粒成長抑制効果が
得られず、本発明の趣旨に反する。０．２％を超えると
充分な靭性が得られず、抗折力が実用範囲以下に低下す
る。Ｔａ（Ｔａ化合物の場合はそのＴａ分）は０．０１
％以上０．４％未満に規定する。０．０１％未満では充
分なＶ＋Ｃｒ＋Ｔａの粒成長抑制に対する相乗効果とが
得られず、本発明の趣旨に反する。０．４％以上では充
分な靭性が得られず、抗折力が実用範囲以下に低下す
る。Ｓｉ（Ｓｉ化合物の場合はそのＳｉ分）は０．１〜
１．５％に規定する。０．１％未満では充分な耐酸化性
と耐熱性が得られず、本発明の趣旨に反する。１．５％
を超えると充分な靭性が得られない。おそらく、出現相
の量が過多となるためと思われる。Ｎ（化合物の場合は
そのＮ分）は２００〜１０００ｐｐｍ規定する。２００
ｐｐｍ未満では充分な耐酸化性と耐熱性が感知できず、
わざわざＮを添加するには及ばない。１０００ｐｐｍを
超えると目下理由は不明だが充分な靭性が得られない。
Ｃｏ及び／又はＮｉは２〜３０％の範囲とする。２％未
満では充分な靭性が得られない。３０％を超えると超硬
合金の本質的な性質の一つである硬さの低下が著しく、
一部の用途を除いて実用的でない。
のＶ分）は０．１〜２．０％とする。０．１％未満では
充分な粒成長抑制効果が得られず、本発明の趣旨に反す
る。０．２％を超えると充分な靭性が得られず、抗折力
が実用範囲以下に低下する。ここで抗折力の実用範囲は
３０００ＭＰａ以上としたが、用途によりそれ未満でも
使用可能な場合もあり、厳格に規定するものではない。
Ｃｒ（Ｃｒ化合物の場合はそのＣｒ分）は０．１〜２．
０％とする。０．１％未満では充分な粒成長抑制効果が
得られず、本発明の趣旨に反する。０．２％を超えると
充分な靭性が得られず、抗折力が実用範囲以下に低下す
る。Ｔａ（Ｔａ化合物の場合はそのＴａ分）は０．０１
％以上０．４％未満に規定する。０．０１％未満では充
分なＶ＋Ｃｒ＋Ｔａの粒成長抑制に対する相乗効果とが
得られず、本発明の趣旨に反する。０．４％以上では充
分な靭性が得られず、抗折力が実用範囲以下に低下す
る。Ｓｉ（Ｓｉ化合物の場合はそのＳｉ分）は０．１〜
１．５％に規定する。０．１％未満では充分な耐酸化性
と耐熱性が得られず、本発明の趣旨に反する。１．５％
を超えると充分な靭性が得られない。おそらく、出現相
の量が過多となるためと思われる。Ｎ（化合物の場合は
そのＮ分）は２００〜１０００ｐｐｍ規定する。２００
ｐｐｍ未満では充分な耐酸化性と耐熱性が感知できず、
わざわざＮを添加するには及ばない。１０００ｐｐｍを
超えると目下理由は不明だが充分な靭性が得られない。
Ｃｏ及び／又はＮｉは２〜３０％の範囲とする。２％未
満では充分な靭性が得られない。３０％を超えると超硬
合金の本質的な性質の一つである硬さの低下が著しく、
一部の用途を除いて実用的でない。
【０００９】本願発明の超硬合金のミクロ組織は、金属
相とＷＣ相の２相が基本であるが、製造条件によりその
他の相が出現する場合がある。しかもその出現相は一つ
の場合も複数の場合も条件により観察される。出現相は
Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ及びＳｉのうちの一つ又は二つ以上の金
属とＣを主体とするもので、その他時によりＣｏやＷを
その構成要素とする。該出現相は製造条件により構成元
素も組成比も種々変化するものなので厳密に化学組成を
規定するものではない。本発明者らが鋭意検討をしたと
ころ、該出現相がある量以上に増加すると靭性が著しく
低下する。従って、本願発明のもうひとつの特徴は、Ｔ
ａの量を規定することで該出現相の量に制限を与え、結
果として靭性のあるＷＣの平均粒度が０．６μｍ以下好
ましくは０．５μｍ以下の超微粒合金を得るところにあ
る。焼結は真空雰囲気下で実施してもよいが、大気圧以
上の加圧雰囲気下で行うと抗折強度が向上する。焼結性
が改善されるためと推測される。加圧雰囲気下で焼結を
行ったあと、炉冷ではなく、冷媒としてのガスを炉内に
導入するなどして冷却速度を上げると、さらに抗折強度
が向上する。金属結合相が固溶強化されたことと、基本
的には靭性を劣化させる出現相の量が少なくなるためと
考えられる。次いで、本発明を実施例によって詳細に説
明する。
相とＷＣ相の２相が基本であるが、製造条件によりその
他の相が出現する場合がある。しかもその出現相は一つ
の場合も複数の場合も条件により観察される。出現相は
Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ及びＳｉのうちの一つ又は二つ以上の金
属とＣを主体とするもので、その他時によりＣｏやＷを
その構成要素とする。該出現相は製造条件により構成元
素も組成比も種々変化するものなので厳密に化学組成を
規定するものではない。本発明者らが鋭意検討をしたと
ころ、該出現相がある量以上に増加すると靭性が著しく
低下する。従って、本願発明のもうひとつの特徴は、Ｔ
ａの量を規定することで該出現相の量に制限を与え、結
果として靭性のあるＷＣの平均粒度が０．６μｍ以下好
ましくは０．５μｍ以下の超微粒合金を得るところにあ
る。焼結は真空雰囲気下で実施してもよいが、大気圧以
上の加圧雰囲気下で行うと抗折強度が向上する。焼結性
が改善されるためと推測される。加圧雰囲気下で焼結を
行ったあと、炉冷ではなく、冷媒としてのガスを炉内に
導入するなどして冷却速度を上げると、さらに抗折強度
が向上する。金属結合相が固溶強化されたことと、基本
的には靭性を劣化させる出現相の量が少なくなるためと
考えられる。次いで、本発明を実施例によって詳細に説
明する。
【００１０】
【実施例】原料粉末として、平均粒径０．６μｍのＷＣ
粉末、同約１μｍのＣｏ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴａＣ、
ＣｒＳｉ２各原料粉末を表１に示される最終組成が得ら
れるように配合し、（ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴａＣ、Ｃｒ
Ｓｉ２はそれぞれＶ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ量に換算して示
す）成形バインダーを含んだアルコール中アトライター
で１２時間混合した後、スプレードライで造粒乾燥し
た。
粉末、同約１μｍのＣｏ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴａＣ、
ＣｒＳｉ２各原料粉末を表１に示される最終組成が得ら
れるように配合し、（ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴａＣ、Ｃｒ
Ｓｉ２はそれぞれＶ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ量に換算して示
す）成形バインダーを含んだアルコール中アトライター
で１２時間混合した後、スプレードライで造粒乾燥し
た。
【００１１】
【表１】
【００１２】得られた造粒粉末を１００ＭＰａの圧力で
プレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を１０Ｐａの真
空雰囲気中で焼結し、焼結体を得た。また一部は真空高
温保持後Ａｒを圧力媒体として３ＭＰａの圧力による加
圧焼結を実施した。更に、その一部は加圧焼結後一旦圧
力媒体をのＡｒを排気し、新たに低温のＡｒガスを導入
することで急速冷却を実施した。焼結温度、雰囲気など
は表２に示し、適用した条件は１表に示した。
プレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を１０Ｐａの真
空雰囲気中で焼結し、焼結体を得た。また一部は真空高
温保持後Ａｒを圧力媒体として３ＭＰａの圧力による加
圧焼結を実施した。更に、その一部は加圧焼結後一旦圧
力媒体をのＡｒを排気し、新たに低温のＡｒガスを導入
することで急速冷却を実施した。焼結温度、雰囲気など
は表２に示し、適用した条件は１表に示した。
【００１３】
【表２】
【００１４】次に、これらの各焼結体を研削して４ｍｍ
×８ｍｍ×２４ｍｍのＪＩＳ抗折試験片を作成し、スパ
ン２０ｍｍで３点曲げによる抗折力を大気中常温と真空
中９７３Ｋで測定するとともに、ロックウェルＡスケー
ル硬さ（ＨＲＡ）も測定した。また、大気中において９
７３Ｋで１時間保持したのち、生成された酸化層の厚み
を測定し、耐酸化性を評価した。別途走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で組織観察してＷＣの平均粒径を求めた。ま
た常温での抗折力測定後の破面をＸ線マイクロアナライ
ザー（ＸＭＡ）で元素マッピングを行い出現相の有無を
調査した。これらの結果をまとめて表１に併記する。
×８ｍｍ×２４ｍｍのＪＩＳ抗折試験片を作成し、スパ
ン２０ｍｍで３点曲げによる抗折力を大気中常温と真空
中９７３Ｋで測定するとともに、ロックウェルＡスケー
ル硬さ（ＨＲＡ）も測定した。また、大気中において９
７３Ｋで１時間保持したのち、生成された酸化層の厚み
を測定し、耐酸化性を評価した。別途走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で組織観察してＷＣの平均粒径を求めた。ま
た常温での抗折力測定後の破面をＸ線マイクロアナライ
ザー（ＸＭＡ）で元素マッピングを行い出現相の有無を
調査した。これらの結果をまとめて表１に併記する。
【００１５】靭性についてはＶとＣｒとＴａの複合添加
はそれぞれの量を規制することで、その相乗効果が顕著
に現れることが実施例から分かる。比較例１はＴａ添加
量が０であるため３種混合の相乗効果が無く、抗折力が
３０００ＭＰａ以下と低い値を示す。靭性を落とす性質
が顕著な出現相が内在するためと推測される。本発明例
２〜５は、ＷＣの平均粒径は０．６μｍ以下で、且つ、
抗折力３０００ＭＰａ以上を保って高靭性の合金となっ
ている。比較例６はＴａ量が０．４％を超えたため出現
相の量が増加し、抗折力が３０００ＭＰａを下回ってい
る。比較例７はＳｉ添加量が０のため高温抗折力が１０
００ＭＰａ以下、酸化物厚みが５０μｍを越え、耐熱性
及び耐酸化性が改善されていない。比較例９はＳｉ量が
適性範囲０．１〜１．５％を超えているため常温の抗折
力が３０００ＭＰａ以下と靭性が低い。
はそれぞれの量を規制することで、その相乗効果が顕著
に現れることが実施例から分かる。比較例１はＴａ添加
量が０であるため３種混合の相乗効果が無く、抗折力が
３０００ＭＰａ以下と低い値を示す。靭性を落とす性質
が顕著な出現相が内在するためと推測される。本発明例
２〜５は、ＷＣの平均粒径は０．６μｍ以下で、且つ、
抗折力３０００ＭＰａ以上を保って高靭性の合金となっ
ている。比較例６はＴａ量が０．４％を超えたため出現
相の量が増加し、抗折力が３０００ＭＰａを下回ってい
る。比較例７はＳｉ添加量が０のため高温抗折力が１０
００ＭＰａ以下、酸化物厚みが５０μｍを越え、耐熱性
及び耐酸化性が改善されていない。比較例９はＳｉ量が
適性範囲０．１〜１．５％を超えているため常温の抗折
力が３０００ＭＰａ以下と靭性が低い。
【００１６】本発明例１０〜１２は、ＳｉとＮが本発明
の範囲内で含有されているため、常温の抗折力に加え、
高温抗折力も１０００ＭＰａを超え、酸化層の厚みも３
０μｍ以下で、耐熱性及び耐酸化性に優れることが分か
る。比較例１３はＮ含有量が１０００ｐｐｍを超え、靭
性が不足している。比較例１４はＶ添加量が０のためＷ
Ｃの平均粒径が０．６５μｍと粗大化し、粒抑制効果が
希薄である。本発明例１５〜１７は、Ｖ量が本発明の範
囲内、すなわち０．１〜２．０％の範囲内にあるため、
粒成長と靭性の低下の双方を抑制し、超微粒で高靭性の
合金となっている。比較例１８はＶが過多のため抗折力
が３０００ＭＰａ以下と靭性の急激な低下が認められ
る。比較例１９はＣｒの添加量が０のため粒成長抑制効
果が希薄なものとなっている。比較例２１はＣｒ量が過
多で粒成長抑制効果は有るものの抗折力が３０００ＭＰ
ａ以下で低靭性なものとなっている。比較例２２はＣｏ
が過少で充分な靭性が得られていない。比較例２５はＣ
ｏが過多で剛性不足となり、充分な抗折強度が得られて
いない。その他の本発明例は、ＷＣの平均粒度が０．６
μｍ、最小で０．３６μｍを達成し、また抗折力は３０
００ＭＰａを維持ししている。また、高温抗折力も１０
００ＭＰａを超えて、耐熱性に富むことがわかる。高温
大気中に保持して生成される酸化物層の厚みも薄く、耐
酸化性にも優れる。焼結後急冷すると出現相が生じな
く、高い靭性が得られる。
の範囲内で含有されているため、常温の抗折力に加え、
高温抗折力も１０００ＭＰａを超え、酸化層の厚みも３
０μｍ以下で、耐熱性及び耐酸化性に優れることが分か
る。比較例１３はＮ含有量が１０００ｐｐｍを超え、靭
性が不足している。比較例１４はＶ添加量が０のためＷ
Ｃの平均粒径が０．６５μｍと粗大化し、粒抑制効果が
希薄である。本発明例１５〜１７は、Ｖ量が本発明の範
囲内、すなわち０．１〜２．０％の範囲内にあるため、
粒成長と靭性の低下の双方を抑制し、超微粒で高靭性の
合金となっている。比較例１８はＶが過多のため抗折力
が３０００ＭＰａ以下と靭性の急激な低下が認められ
る。比較例１９はＣｒの添加量が０のため粒成長抑制効
果が希薄なものとなっている。比較例２１はＣｒ量が過
多で粒成長抑制効果は有るものの抗折力が３０００ＭＰ
ａ以下で低靭性なものとなっている。比較例２２はＣｏ
が過少で充分な靭性が得られていない。比較例２５はＣ
ｏが過多で剛性不足となり、充分な抗折強度が得られて
いない。その他の本発明例は、ＷＣの平均粒度が０．６
μｍ、最小で０．３６μｍを達成し、また抗折力は３０
００ＭＰａを維持ししている。また、高温抗折力も１０
００ＭＰａを超えて、耐熱性に富むことがわかる。高温
大気中に保持して生成される酸化物層の厚みも薄く、耐
酸化性にも優れる。焼結後急冷すると出現相が生じな
く、高い靭性が得られる。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたことから、本願発明の超硬合
金はＷＣの粒径が極めて小さく、且つ、高い靭性と耐熱
性と耐酸名性を有するもので、各種切削工具、せん断工
具、小径エンドミル、プリント基板用ドリルなどに用い
た場合に優れた性能を発揮する。
金はＷＣの粒径が極めて小さく、且つ、高い靭性と耐熱
性と耐酸名性を有するもので、各種切削工具、せん断工
具、小径エンドミル、プリント基板用ドリルなどに用い
た場合に優れた性能を発揮する。
Claims (5)
- 【請求項１】Ｃｏ及びＮｉのうちの１種又は２種：２〜
３０％、Ｖ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０
％、Ｔａ：０．０１％以上０．４％未満、Ｓｉ：０．１
〜１．５％、を含有し、残り：炭化タングステン及び不
可避不純物、からなる組成を有し、炭化タングステンの
平均粒径が０．６μｍ以下であることを特徴とする炭化
タングステン基超硬合金。 - 【請求項２】Ｃｏ及びＮｉのうちの１種又は２種：２〜
３０％、Ｖ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０
％、ＴａＣ：０．０１％以上０．４％未満、Ｓｉ：０．
１〜１．５％、を含有し、残り：炭化タングステン及び
不可避不純物、からなる組成を有し、且つ、Ｃｏ及び／
又はＮｉを主体とする結合相と、平均粒径が０．６μｍ
以下の炭化タングステンと、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ及びＷから
選ばれた１種又は２種以上の金属元素を主体とする化合
物との、３相又は３相以上の組織を有することを特徴と
する炭化タングステン基超硬合金。 - 【請求項３】請求項１乃至２記載の炭化タングステン基
超硬合金において、該超硬合金の窒素含有量が２００か
ら１０００ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする炭化タ
ングステン基超硬合金。 - 【請求項４】請求項１乃至２記載の炭化タングステン基
超硬合金を製造するにあたり、焼結を加圧雰囲気で行う
ことを特徴とする炭化タングステン基超硬合金の製造方
法。 - 【請求項５】請求項１乃至２記載の炭化タングステン基
超硬合金を製造するにあたり、焼結を真空雰囲気及び／
又は加圧雰囲気で行い、その後急冷することを特徴とす
る炭化タングステン基超硬合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396304A JP3954845B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 炭化タングステン基超硬合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396304A JP3954845B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 炭化タングステン基超硬合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003193172A true JP2003193172A (ja) | 2003-07-09 |
| JP3954845B2 JP3954845B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=27602433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001396304A Expired - Fee Related JP3954845B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 炭化タングステン基超硬合金及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3954845B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112011102668T5 (de) | 2010-08-11 | 2013-06-06 | Kennametal Inc. | Hartmetall-Zusammensetzungen mit einem Kobalt-Silizium-Legierungs-Bindemittel |
| US8535407B2 (en) | 2008-09-15 | 2013-09-17 | Element Six Gmbh | Hard-metal |
| US8968834B2 (en) | 2008-09-15 | 2015-03-03 | Igor Yuri Konyashin | Wear part with hard facing |
| JP2016064417A (ja) * | 2014-09-22 | 2016-04-28 | 株式会社日本製鋼所 | ライニング材及びこれを有する成形機用シリンダ |
| CN115533089A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-12-30 | 上海毅速激光科技有限公司 | 一种基于增材制造技术的化妆瓶盖模具的打印水套及其制备方法 |
| CN115533089B (zh) * | 2022-10-13 | 2024-05-17 | 上海毅速激光科技有限公司 | 一种基于增材制造技术的化妆瓶盖模具的打印水套及其制备方法 |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001396304A patent/JP3954845B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8535407B2 (en) | 2008-09-15 | 2013-09-17 | Element Six Gmbh | Hard-metal |
| US8968834B2 (en) | 2008-09-15 | 2015-03-03 | Igor Yuri Konyashin | Wear part with hard facing |
| DE112011102668T5 (de) | 2010-08-11 | 2013-06-06 | Kennametal Inc. | Hartmetall-Zusammensetzungen mit einem Kobalt-Silizium-Legierungs-Bindemittel |
| JP2016064417A (ja) * | 2014-09-22 | 2016-04-28 | 株式会社日本製鋼所 | ライニング材及びこれを有する成形機用シリンダ |
| CN115533089A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-12-30 | 上海毅速激光科技有限公司 | 一种基于增材制造技术的化妆瓶盖模具的打印水套及其制备方法 |
| CN115533089B (zh) * | 2022-10-13 | 2024-05-17 | 上海毅速激光科技有限公司 | 一种基于增材制造技术的化妆瓶盖模具的打印水套及其制备方法 |
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|---|---|
| JP3954845B2 (ja) | 2007-08-08 |
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