JP2003300778A - 炭化タングステン基焼結体 - Google Patents

炭化タングステン基焼結体

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JP2003300778A
JP2003300778A JP2002100781A JP2002100781A JP2003300778A JP 2003300778 A JP2003300778 A JP 2003300778A JP 2002100781 A JP2002100781 A JP 2002100781A JP 2002100781 A JP2002100781 A JP 2002100781A JP 2003300778 A JP2003300778 A JP 2003300778A
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tungsten carbide
carbide
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Toshiyuki Takahashi
俊行 高橋
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の炭化タングステン基焼結体を切削工具に
用いた場合、耐摩耗性が十分でないという問題があっ
た。これは焼結時に炭化タングステン粒子が粗大化する
ためである。 【解決手段】炭化タングステン基焼結体に炭化クロムお
よび/または炭化バナジウムを0.1〜2重量%添加す
ることで、焼結性を低下させず炭化タングステンの粒成
長を抑制した。また、炭化タングステン基焼結体に炭化
モリブデン、炭化ジルコニウム、および/または炭化ニ
オブを0.1〜10重量%添加することで、靱性を低下
させずに硬さを向上させた。これにより、本発明の炭化
タングステン基焼結体を切削工具に用いた場合、優れた
耐摩耗性と耐欠損性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は切削チップ、ドリ
ル、エンドミル、カッター、ノズル、メカニカルシー
ル、加熱成型金型に適した高硬度、高靱性を有する炭化
タングステン基焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】切削チップなどの切削工具、超硬合金に
含まれる結合相が腐食するような環境下で用いられるメ
カニカルシール、表面品位が要求される樹脂やガラスな
どの加熱成型金型には、鉄族金属の結合相を含まない炭
化タングステン基焼結体が用いられてきた。
【0003】特開平3―115541号公報には、0.
3〜5.0重量%の炭化タンタル、炭化チタン、窒化チ
タンの少なくとも1種を含有し、残部が炭化タングステ
ンである炭化タングステン基硬質合金が記載されてい
る。特開平8―208335号公報には、2重量%以下
の炭化クロムおよび炭化バナジウムと、残りが炭化タン
グステンである機械部品用のバインダーレス焼結体が記
載されている。特開平5−59481号公報には、0.
2〜1.0重量%のCo、2.0〜7.0重量%のモリ
ブデンまたは炭化モリブデン、0.2〜0.6重量%の
炭化バナジウム、残部が炭化タングステンである高硬度
超硬合金が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開平3―11554
1号公報に記載されているWC基硬質合金は、炭化タン
タル、炭化チタン、窒化チタンのいずれかを添加するこ
とにより、容易に焼結するものの硬質粒子が粒成長しや
すく、常温硬さと高温硬さが低いという問題を生じる。
同合金は硬質粒子の粒成長を防ぐため焼結温度を低くす
ると十分に緻密化しないという問題を生じる。
【0005】特開平8―208335号公報に開示され
ているバインダーレス焼結体は靱性が低くく、切削工具
として用いると耐欠損性が劣るという問題を生じる。特
開平5−59481号公報に記載されている高硬度超硬
合金はCoを0.2重量%以上含んでいるため炭化タン
グステンが粒成長しやすいという問題を生じる。
【0006】本発明は上記のような課題を解決するため
硬さおよび靱性を向上させ、主に鉄系材料の高速切削加
工やチタン合金などの特殊合金切削加工において優れた
性能を発揮する炭化タングステン基焼結体を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の炭化タングステン基焼結体は、クロム,バナ
ジウムの中から選ばれた1種または2種の第1炭化物:
0.1〜2重量%と、モリブデン,ジルコニウム,ニオ
ブの中から選ばれた1種または2種以上の第2炭化物:
0.1〜10重量%と、残りが炭化タングステンおよび
不可避不純物からなる炭化タングステン基焼結体である
ことを特徴とする。
【0008】炭化クロム、炭化バナジウムは炭化タング
ステンの粒成長を防止する効果を有する。しかし、2重
量%を超えて多くすると焼結しにくくなり緻密な焼結体
を得ることが困難となる。0.1重量%未満では粒成長
を抑制する効果が低下する。0.1〜2重量%とすると
粒成長を抑制した緻密な焼結体を得るのが容易である。
以上の理由から発明品に含まれる炭化クロム、炭化バナ
ジウムは0.1〜2重量%とした。
【0009】炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化
ニオブを、0.1〜10重量%添加すると靱性を低下さ
せることなく硬さを向上する。0.1重量%未満では硬
さが向上し難く、10重量%を超えて多くなると徐々に
硬さが低下する。以上の理由から本発明品に含まれる炭
化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブは、0.
1〜10重量%とした。
【0010】炭化タングステン基焼結体の原料粉末と超
硬合金製ボールを用い湿式混合した場合、超硬合金製ボ
ールに含まれる鉄族金属が原料粉末に微量混入する場合
がある。炭化タングステン基焼結体に含まれる鉄族金属
が0.18重量%を超えると炭化タングステンの平均粒
径が粗大になる傾向を示す。そのため、炭化タングステ
ン基焼結体に含まれる鉄族金属は0.18重量%以下が
好ましい。
【0011】炭化タングステンの平均粒径は2μmを超
えて多くなると硬さが低下し、0.1μm未満では強度
が低下するため0.1〜2μmが好ましい。
【0012】炭化タングステン基焼結体は、ビッカース
硬さHV10で2200以上であると耐摩耗性が高く好
ましい。
【0013】本発明の炭化タングステン基焼結体を作製
する場合は、炭化クロムと炭化バナジウムの中から選ば
れた1種または2種:0.1〜2重量%と、炭化モリブ
デン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブの中から選ばれた
1種または2種以上:0.1〜10重量%と、残りが炭
化タングステンで構成される原料粉末を焼結して得るこ
とが好ましい。なお、焼結により、炭化タングステン粉
末、炭化クロム粉末、炭化バナジウム粉末、炭化モリブ
デン粉末、炭化ジルコニウム粉末、炭化ニオブ粉末は相
互に固溶し、複合炭化物を形成していると考えられる。
【0014】炭化タングステン基焼結体の表面に炭化タ
ングステン以外の被膜を被覆すると、被膜の特性と炭化
タングステン基焼結体の特性との相互作用により、特に
切削工具としての性能が向上する。被膜としては、周期
律表の4a,5a,6a族元素,Al,Si,およびこ
れらの固溶体から選ばれた少なくとも1種からなる金属
膜、周期律表の4a,5a,6a族元素,Al,Siの
炭化物,窒化物,酸化物,ホウ化物,およびこれらの固
溶体から選ばれた少なくとも1種からなる化合物膜、ダ
イヤモンドおよびダイヤモンド状カーボンから選ばれた
少なくとも1種からなる炭素膜、立方晶窒化ホウ素およ
び硬質窒化ホウ素から選ばれた少なくとも1種からなる
窒化ホウ素膜が好ましく、これらの膜を単層または2層
以上の複層として被覆すると耐摩耗性が向上するため好
ましい。被膜の膜厚が0.5μm未満では、耐摩耗性の
向上効果が少なく、20μmを超えると欠損しやすくな
るため、膜厚は0.5〜20μmが好ましい。
【0015】本発明の炭化タングステン基焼結体の用途
としては耐摩耗性が重視される切削チップ、ドリル、エ
ンドミル、カッター、ノズル、メカニカルシール、金型
に用いると寿命が向上する。鉄系材料の高速切削加工に
おいて優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮する。特にチタ
ンまたはチタン合金の切削加工においては非常に優れた
性能と工具寿命の向上を示すので好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態として
実施試験1〜3に基づいて説明する。
【0017】
【実施試験1】原料粉末として平均粒径が0.5μmの
WC粉末、2μmのVC粉末、2μmのCr32 粉末、
1.5μmのMo2C粉末、3μmのZrC粉末、2μmの
NbC粉末、1.5μmのTiC粉末、1.2μmのTa
C粉末、1.4μmCo粉末を、表1に示す配合組成に
配合した。配合後の原料粉末300gを超硬合金製ボー
ル1.5kg、水300cc、消泡剤0.7gと共に内
径10cmのウレタン張り円筒型ポットに入れ、24時
間の湿式混合を行った後、成形助剤を添加し乾燥した。
乾燥後の原料粉末を篩別した後、成形圧力147MPa
で、焼結後の形状が13×13×6mm3となる金型で
成形した。成形後、1800℃、2時間保持という焼結
条件で焼結し、さらに1500℃、Ar雰囲気、152
MPa、1時間というHIP条件でHIPして炭化タン
グステン基焼結体の発明品1〜5と比較品1〜4を得
た。
【0018】
【表1】
【0019】試料の相対密度とWC粒径を測定し表2に
記載した。蛍光X線分析により試料中の金属元素量を定
量測定した。W,Mo,V,Cr,Zr,Nb,Ti,
Taについてはそれぞれ炭化物に換算した値を、Coは
測定値を表2に記載した。
【0020】
【表2】
【0021】次いでビッカース圧子を用いて荷重98N
での硬さHV10と靱性KIC(IS法)を測定し表3に
記載した。高温硬さについてはビッカース圧子を用い真
空中にて試料温度1200℃、荷重4.9N、保持時間
15秒の条件で測定し表3に併記した。
【0022】
【表3】
【0023】発明品1〜5と比較品1〜4について13
×13×6mm3形状から研削によりISO規格SNG
N120408の工具形状に加工した。被削材=S45
C、切削速度VC=500m/min、切り込みap
1.5mm、送りf=0.2mm/rev.、雰囲気=
乾式で外周連続旋削試験を行い、5分間切削したときの
工具摩耗形態と平均逃げ面摩耗量VBを観察および測定
し表4に記載した。
【0024】
【表4】
【0025】表4に示すように鋳鉄の切削試験において
発明品1〜5は、比較品1よりも欠損しにくく、比較品
2〜4に比較して逃げ面摩耗量が1/2程度の摩耗量を
示した。
【0026】
【実施試験2】工具形状に加工した発明品1〜5と比較
品1〜4を用いてチタン合金の切削試験を行った。被削
材=チタン合金(Ti−6Al−4V)、切削速度VC
=100m/min、切り込みap=1.3mm、送り
f=0.15mm/rev.、雰囲気=湿式で外周連続
旋削試験を行った。切削試験開始後、被削材の面荒れが
許容限度を超えた時点、工具に欠損やチッピングが生じ
た時点を工具寿命とし表5に記載した。
【0027】
【表5】
【0028】表5に示すようにチタン合金切削試験にお
いて発明品1〜5は、比較品1〜4に対して2倍以上の
工具寿命を示した。
【0029】
【実施試験3】表6に示した被膜を工具形状に加工した
発明品5に被覆し発明品6〜9を作製し、チタン合金の
切削試験を行った。被削材=チタン合金(Ti−6Al
−4V)、切削速度VC=100m/min、切り込み
p=1.3mm、送りf=0.15mm/rev.、
雰囲気=湿式で外周連続旋削試験を行った。切削試験開
始後、被削材の面荒れが許容限度を超えた時点、工具に
欠損やチッピングが生じた時点を工具寿命とし表5に記
載した。
【0030】
【表6】
【0031】表6に示すようにチタン合金切削試験にお
いて発明品6〜9は、優れた工具寿命を示した。
【0032】
【発明の効果】上述のように炭化タングステン基焼結体
に炭化クロムおよび/または炭化バナジウムを0.1〜
2重量%添加することで、焼結性を低下させず炭化タン
グステンの粒成長を抑制した。同時に炭化タングステン
基焼結体に炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、および
/または炭化ニオブを0.1〜10重量%添加すること
で靱性を低下させず硬さを向上させた。これらの効果に
よって本発明の炭化タングステン基焼結体を切削工具に
用いると従来の炭化タングステン基焼結体よりも耐摩耗
性、耐欠損性に優れた性能を示す。また、本発明の炭化
タングステン基焼結体に被覆すると耐摩耗性は更に向上
する。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 29/08 B23B 51/00 M // B23B 51/00 B23C 5/16 B23C 5/16 C04B 35/56 U Fターム(参考) 3C037 CC09 3C046 FF03 FF11 FF12 FF25 FF45 FF50 FF55 4G001 BA21 BA24 BA25 BA26 BB21 BB24 BB25 BB26 BC72 BD12 BD18 4K018 AD05 AD06 BB04 BB05 DA00 FA21 FA23 FA24 KA15

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロム,バナジウムの中から選ばれた1種
    または2種の第1炭化物:0.1〜2重量%と、モリブ
    デン,ジルコニウム,ニオブの中から選ばれた1種また
    は2種以上の第2炭化物:0.1〜10重量%と、残り
    が炭化タングステンおよび不可避不純物からなる炭化タ
    ングステン基焼結体。
  2. 【請求項2】前記炭化タングステンの平均粒径は0.1
    〜2μmである請求項1に記載の炭化タングステン基焼
    結体。
  3. 【請求項3】前記第1炭化物,前記第2炭化物,前記炭
    化タングステンの中の少なくとも2種以上からなる複合
    炭化物が存在している請求項1または2に記載の炭化タ
    ングステン基焼結体。
  4. 【請求項4】前記炭化タングステン基焼結体のビッカー
    ス硬さは2200以上である請求項1〜3のいずれか1
    項に記載の炭化タングステン基焼結体。
  5. 【請求項5】前記炭化タングステン基焼結体に含まれる
    鉄族金属が0.18重量%以下(0を含む)である請求
    項1〜4のいずれか1項に記載の炭化タングステン基焼
    結体。
  6. 【請求項6】前記請求項1〜5のいずれか1項に記載の
    前記炭化タングステン基焼結体を基材とし、該基材の表
    面に膜厚0.5〜20μmの被膜が被覆されている炭化
    タングステン基焼結体。
  7. 【請求項7】前記炭化タングステン基焼結体を切削工具
    として用いる請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭化
    タングステン基焼結体。
  8. 【請求項8】前記切削工具はチタンまたはチタン合金の
    切削加工に用いる請求項7に記載の炭化タングステン基
    焼結体。
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