JP2006509908A - Composite metal products and methods of manufacturing such products - Google Patents

Composite metal products and methods of manufacturing such products Download PDF

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Abstract

本発明は、通常MX−型の硬質相と呼ばれる、実質的にM(C,N)−カルボニトリド又はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドの粒子の形の硬質相を30〜90容積%含む複合金属製品に関する。但しMは少くとも50原子%までチタンからなり、前記粒子は焼入れ可能な鋼からなるマトリックス中に実質上均質に分布しており、CとN間の原子%の比は0.1<(式I)<0.7の条件を満足させる。製品の製造に際しては、チタンカーバイド、チタンニトリド、及び/又はチタンカルボニトリド粉末をそのチタン原子の含量が最終金属製品中のMX−型の前記硬質相中金属原子の少くとも50%に相当する量で含む粉末混合物、及び最終金属製品の他の成分の少くとも主要部を一緒に微粉砕する。微粉砕した生成物でグリーンボデーを形成し、このグリーンボデーを1350〜1600℃の温度で液相焼結にかけ、続いて冷却して液相を固化させる。そこで前記液相焼結及び続く冷却の間に、MX−型の前記硬質相粒子が最終の組成とサイズを得る。
N/(C+N) (I)
The present invention relates to a 30-90 hard phase substantially in the form of M (C, N) -carbonitride or M (C, N, O) -carbonitride oxide particles, commonly referred to as MX-type hard phases. It relates to composite metal products containing volume%. However, M consists of titanium up to at least 50 atomic%, the particles are distributed substantially homogeneously in a matrix made of hardenable steel, and the ratio of atomic% between C and N is 0.1 <(formula I) Satisfy the condition of <0.7. In the production of the product, the amount of titanium carbide, titanium nitride, and / or titanium carbonitride powder corresponding to at least 50% of the metal atoms in the hard phase of MX-type in the final metal product. Pulverize together at least the main parts of the powder mixture comprising and other components of the final metal product. A green body is formed from the finely pulverized product, and this green body is subjected to liquid phase sintering at a temperature of 1350 to 1600 ° C., followed by cooling to solidify the liquid phase. Thus, during the liquid phase sintering and subsequent cooling, the MX-type hard phase particles obtain the final composition and size.
N / (C + N) (I)

Description

本発明は、せん断、切断、穿孔、及び成形工具用の材料ならびに十分な強度とともに硬度と耐磨耗性に高い要求が掲げられる場合に、磨耗部や構造部材用の材料として使用するのに適する複合金属製品に関する。本発明はさらにそのような製品の製造方法にも関する。   The present invention is suitable for use as a material for wear parts and structural members when there are high requirements for materials for shearing, cutting, drilling, and forming tools as well as sufficient strength and wear resistance with sufficient strength. It relates to composite metal products. The invention further relates to a method for producing such a product.

せん断、切断、穿孔、及び成形用の工具の材料ならびに硬さや耐磨耗性に大きな要求が掲げられている磨耗部や構造部材用の材料として、今日、冷間加工鋼、高速度鋼、焼結炭化物材料及びセラミック材料が用いられている。このシリーズ中では高速度鋼が一般に冷間加工鋼よりも適している、焼結炭化物材料が高速度鋼よりも適している,などと考えられている。冷間加工鋼と高速度鋼間の境界線は、主として粉末技術の使用により多かれ少なかれなくなってきているが、高速度鋼と適格性の高い焼結カーバイド材料との間には依然として広いギャップがある。「焼結炭化物材料(cemented carbide materials)」の概念は、通常コバルトベースの合金からなるバインダー金属中に一緒に焼結されている極めて高含量の炭化物(カーバイド)を有する材料を意味する。過去50年間、高含量のチタンカーバイドを有する鋼合金の開発によりこのギャップを埋めるため多くの試みがなされてきた。早くに提案されたこのカテゴリに属する材料は「フエロ−TiC」(Ferro−TiC)の登録名で公知であるが、実際的な使用は極く限られていた。米国特許4,145,213に開示されている「コロナイト」(Coronite)という登録名を有する別の材料は、出願人が知る限りもはや市場には出ていない。   As materials for tools for shearing, cutting, drilling, and forming, as well as materials for wear parts and structural members that have great demands on hardness and wear resistance, cold-worked steel, high-speed steel, Carbonized carbide materials and ceramic materials are used. In this series, it is believed that high speed steel is generally more suitable than cold worked steel, and sintered carbide material is more suitable than high speed steel. The boundary between cold-worked steel and high-speed steel is becoming more or less largely due to the use of powder technology, but there is still a wide gap between high-speed steel and highly qualified sintered carbide materials. . The concept of “cemented carbide materials” means a material with a very high content of carbide (carbide) sintered together in a binder metal, usually made of a cobalt-based alloy. In the past 50 years, many attempts have been made to fill this gap by the development of steel alloys with a high content of titanium carbide. An earlier proposed material belonging to this category is known under the registered name “Ferro-TiC”, but its practical use was very limited. Another material having the registered name “Coronite” disclosed in US Pat. No. 4,145,213 is no longer on the market as far as the applicant knows.

前記米国特許4,145,213にしたがう材料は、焼入れ可能な鋼からなるマトリックス中に非常に高含量のチタンカーバイド(炭化チタン)を含む。この特許によれば、チタンカーバイは同様に炭素よりも大量の窒素を含む。さらにこの特許によれば、この材料は冷間圧縮粉末体の液相焼結により、又は加圧下、粉末体の液相焼結(いわゆる加圧焼結)により、均衡熱間加圧により、あるいは液相の存在下又は不存在下に粉末体の鍛造によって製造することができる。液相の存在下に焼結するときは、硬質相(hard phase)生成物の望ましくない粒子成長を回避するため、焼結温度で非常に短時間の間に焼結操作を実施することが必要である。これはマトリックス中に硬質相粒子の望ましい均一分布を達成することを困難にするか又は不可能にするので重大な制約である。出願人の知る限り、これが前記技術のどれも「コロナイト−材料」の商業生産に採用されなくなった理由であると思われる。その代り、この材料は高価な方法である押出し法によって製造され、高速度鋼や焼結炭化物材料のいずれとも競合不可能となった。高速度鋼と焼結炭化物材料の間のギャップを埋めると主張できる他の材料は何も知られていない。   The material according to said U.S. Pat. No. 4,145,213 contains a very high content of titanium carbide (titanium carbide) in a matrix of hardenable steel. According to this patent, titanium carbide likewise contains a greater amount of nitrogen than carbon. Furthermore, according to this patent, this material can be obtained by liquid phase sintering of cold compacted powder bodies, by pressure, by liquid phase sintering of powder bodies (so-called pressure sintering), by balanced hot pressing, or It can be produced by forging the powder in the presence or absence of a liquid phase. When sintering in the presence of a liquid phase, it is necessary to carry out the sintering operation for a very short time at the sintering temperature in order to avoid unwanted particle growth of the hard phase product. It is. This is a significant limitation as it makes it difficult or impossible to achieve the desired uniform distribution of hard phase particles in the matrix. To the best of Applicant's knowledge, this seems to be the reason why none of the above techniques has been adopted for the commercial production of “coronite-materials”. Instead, this material was manufactured by an extrusion process, which is an expensive process, and could not compete with either high speed steel or sintered carbide material. No other material is known that can claim to fill the gap between high speed steel and sintered carbide material.

せん断、切断、穿孔及び/又は成型操作を含む工具用、ならびに硬さと耐摩耗性に関して大きな需要が掲げられている他の製品用に現在入手可能な材料と競合できる新規な材料を提供することが本発明の目的である。特に、高速度鋼、冷間加工鋼又は耐摩耗性構造鋼が今日用いられている少くともある用途用に、この材料が使用できるということを除外することなく、少くとも一定用途のための焼結炭化物の代りとなる代替物を提供するのが目的である。   To provide new materials that can compete with currently available materials for tools including shearing, cutting, drilling and / or molding operations, and other products where great demands are made regarding hardness and wear resistance. It is an object of the present invention. In particular, for at least some applications where high-speed steel, cold-worked steel or wear-resistant structural steel is used today, it is not necessary to exclude the fact that this material can be used. The purpose is to provide an alternative to carbonized carbides.

この目的は、実質的にM(C,N)−カルボニトリド又はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドの粒子の形の硬質相,通常MX−型の硬質相と呼ばれる,を30〜90容積%含む複合金属製品により本発明を通じて達成できる。ここでMは少くとも50原子%までチタンからなり、CとNの間の原子%比は 0.1 < N/(C+N) < 0.7 の条件、好ましくは 0.2 < N/(C+N) < 0.6 の条件、好適には 0.3 < N/(C+N) < 0.6 の条件、最も好適には 0.4 < N/(C+N) < 0.5 の条件を満足させ、上記粒子は焼入れ可能な鋼からなるマトリックス中に実質上均一に分布している。   The aim is to achieve a hard phase substantially in the form of particles of M (C, N) -carbonitride or M (C, N, O) -carbonitride oxide, usually referred to as MX-type hard phase, from 30 to 30 It can be achieved through the present invention by a composite metal product containing 90% by volume. Here, M is made of titanium up to at least 50 atomic%, and the atomic% ratio between C and N is a condition of 0.1 <N / (C + N) <0.7, preferably 0.2 <N / (C + N ) <0.6, preferably 0.3 <N / (C + N) <0.6, most preferably 0.4 <N / (C + N) <0.5, The particles are distributed substantially uniformly in a matrix of hardenable steel.

本発明をもたらした開発研究中、当初の実験は前記MX−型の硬質相中のV、Nb及びHfなどのチタン以外の金属でも行なわれた。これらの当初の実験は、前記元素の部分が多過ぎたので望ましい結果が得られなかった。しかしながら以後の実験では、MX−相が1つ以上の前記金属、例えばニオブ、を中程度の含量で含む場合に良好な結果が達成できることを示している。TaやZrなどの他のMX−相形成金属も考えられるであろう。しかしながら、前記MX−型硬質相中、最大40原子%、好ましくは最大30原子%以下のMはV、Nb、Ta、Hf及びZrからなる群に属する1つ以上の金属からなっていてもよいと推測される。例えば、Mは5以上で最大30原子%のV、及び/又は5以上で最大30原子%のNbからなることができるが、合計では最大40原子%、好ましくは最大30原子%からなる。Ta、Zr及び/又はHfを含ませる場合は、これらの金属の合計量はMX−型の硬質相の合計金属含量の3原子%を超える量であってはならない。   During the development studies that led to the present invention, initial experiments were also conducted with metals other than titanium such as V, Nb and Hf in the MX-type hard phase. These initial experiments did not give the desired results because there were too many of the elements. However, subsequent experiments show that good results can be achieved when the MX-phase contains one or more of the above metals, for example niobium, in moderate contents. Other MX-phase forming metals such as Ta and Zr could also be considered. However, in the MX-type hard phase, M of up to 40 atomic%, preferably up to 30 atomic% may be composed of one or more metals belonging to the group consisting of V, Nb, Ta, Hf and Zr. It is guessed. For example, M can consist of 5 and up to 30 atomic percent V and / or 5 and up to 30 atomic percent Nb, but in total consists of up to 40 atomic percent, preferably up to 30 atomic percent. When Ta, Zr and / or Hf are included, the total amount of these metals must not exceed 3 atomic percent of the total metal content of the MX-type hard phase.

本発明の一態様によれば、前記MX−型の硬質相中の金属Mは、少くとも70原子%、好ましくは少くとも80原子%、最も好適には少くとも90原子%までチタンからなる。   According to one aspect of the present invention, the metal M in the MX-type hard phase comprises at least 70 atomic percent, preferably at least 80 atomic percent, and most preferably at least 90 atomic percent titanium.

MX−型の硬質相の総含量は、本発明の一態様によれば、金属製品の30〜70容積%、好ましくは40〜60容積%となる。   According to one aspect of the invention, the total content of the MX-type hard phase is 30 to 70% by volume, preferably 40 to 60% by volume of the metal product.

上に述べてきたように、前記マトリックスは焼入れ可能な鋼からなっている。その焼入れ及び焼戻しした状態で、この鋼はまた光学顕微鏡で観察するには小さ過ぎるサイズの2次結晶炭化物、例えばバナジウムカーバイド、すなわちMC−カーバイドを含む。さらに、鋼は高速度鋼に特有な一次炭化物、例えばM6C−カーバイドを含む。したがってマトリックス中に存在できる2次的に晶出したMC−カーバイドを含む前記マトリックス、及びマトリックス中に存在できるMX−型以外の他のすべての硬質相は、重量%で次の化学組成を有するであろう:
0.3〜3.0%C
トレース量から最大2%までのSi
トレース量から最大2%までのMn
トレース量から最大0.5%までのS
2〜13%Cr
トレース量から最大18%までのW
トレース量から最大12%までのMo
トレース量から最大15%までのCo
トレース量から最大10%までのV
トレース量から最大2%までのNb
バランス:Fe、但し50%以上のFe、及び鋼の製造由来の通常存在する不純物。
As mentioned above, the matrix is made of hardenable steel. In its quenched and tempered state, the steel also contains secondary crystal carbides that are too small to be observed with an optical microscope, such as vanadium carbide, ie MC-carbide. In addition, the steel contains primary carbides, such as M 6 C-carbide, characteristic of high speed steel. Thus, the matrix containing secondary crystallized MC-carbide that can be present in the matrix, and all other hard phases other than the MX-type that can be present in the matrix have the following chemical composition in weight percent: Wow:
0.3-3.0% C
Si from the trace amount up to 2%
Mn from trace amount up to 2%
S from trace amount up to 0.5%
2-13% Cr
W up to 18% from the trace amount
Mo up to 12% from the trace amount
Co up to 15% from the trace amount
V from trace amount up to 10%
Nb from trace amount up to 2%
Balance: Fe, but 50% or more of Fe, and normally present impurities from steel production.

本発明はまた、通常MX−型の硬質相と呼ばれる、主としてM(C,N)−カルボニトリド又はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドからなる粒子(粒子は焼入れ可能な鋼のマトリックス中に実質上均一に分布している)の形を有する硬質相を30〜90容積%含む複合金属製品を、良好な再現性で、製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention also relates to particles consisting mainly of M (C, N) -carbonitride or M (C, N, O) -carbonitride oxide, usually referred to as MX-type hard phase (particles are hardenable steel matrix). It is an object of the present invention to provide a method for producing a composite metal product containing 30 to 90% by volume of a hard phase having a shape (substantially uniformly distributed therein) with good reproducibility.

本発明方法によれば、これは、チタンカーバイド、チタンニトリド、及び/又はチタンカルボニトリドの粉体を、粉末混合物のチタン原子の含量が最終金属製品中のMX−型の前記硬質相中の金属原子の50%以上に相当する量で含む粉末混合物と、最終金属製品の他の成分の少くとも主要部分とを一緒に微粉砕し、粉砕した混合物で一定のボデー(body,原体)を形成し、さらに前記ボデーを1350〜1600℃の温度で液相焼結し、続いて冷却して液相を固化させて達成される。前記MX−型の硬質相粒子は前記液相焼結及び続く固化中に最終の組成とサイズを得る。光学顕微鏡により材料を見た部分で観測できる粒子数の90%以上が1μm未満のサイズであることが好ましい。   According to the method of the present invention, this is a powder of titanium carbide, titanium nitride, and / or titanium carbonitride, wherein the content of titanium atoms in the powder mixture is the metal in the hard phase of the MX-type in the final metal product. A powder mixture containing more than 50% of the atoms and at least the main part of the other components of the final metal product are pulverized together to form a constant body with the pulverized mixture. Further, this is achieved by liquid-phase sintering the body at a temperature of 1350 to 1600 ° C., followed by cooling to solidify the liquid phase. The MX-type hard phase particles obtain the final composition and size during the liquid phase sintering and subsequent solidification. It is preferable that 90% or more of the number of particles that can be observed in the portion where the material is viewed with an optical microscope has a size of less than 1 μm.

さらに、本発明の一態様によれば、粉末の選択と粉砕、粉末混合物の粉砕、粉砕した粉末の圧縮体の形成、及び液相焼結を含む総合工程中に炭素と窒素の含量が調節され、最終製品の前記硬質相中の原子%での炭素及び窒素の量が前述した比N/(C+N)の値を満足させる。   In addition, according to one aspect of the present invention, the carbon and nitrogen content is adjusted during the overall process including powder selection and grinding, powder mixture grinding, compacted powder compact formation, and liquid phase sintering. The amount of carbon and nitrogen in atomic% in the hard phase of the final product satisfies the ratio N / (C + N) value described above.

本発明の別の態様によれば、粉末混合物の微粉砕は少くとも10MJ(メガジュール)/kg粉末、好ましくは少くとも20MJ/kg粉末の電力供給で実施される。25MJ/kg粉末の電力供給が適することがわかった。それ故電力供給は、本発明の一態様にしたがって製造を不必要にコスト高としないように最大50MJ/kg粉末、好適には最大40MJ/kg粉末に制限すべきである。   According to another aspect of the invention, the milling of the powder mixture is carried out with a power supply of at least 10 MJ (megajoules) / kg powder, preferably at least 20 MJ / kg powder. A power supply of 25 MJ / kg powder was found to be suitable. Therefore, the power supply should be limited to a maximum of 50 MJ / kg powder, preferably a maximum of 40 MJ / kg powder so as not to unnecessarily costly manufacture according to one aspect of the present invention.

MX−型の硬質相粒子が前記マトリックス中で均一に分布することが、本複合金属製品を製造する方法の典型的な特徴である。均一分布とは、製品の部分の0.5%以下が、領域の最長長さ方向に8μm以上の長さ、領域のすべての部分で前記最長長さ方向に横方向の8μm以下の幅、及び50μm2以上の面積を有する領域,この領域はMX−型の硬質相粒子が存在しない,からなる必要があること、及び製品の部分の10%以下、好ましくは5%以下が、領域の最長長さ方向に6d以上の長さ、領域のすべての部分で前記最長長さ方向に横方向の6d以上の幅、及び9πd2以上の面積を有する領域,この領域はMX−型の硬質相粒子が存在しない,からなることを意味する。ここでdは観察した部分の粒子の最長方向のMX−型の硬質相粒子サイズの平均値である。 The uniform distribution of MX-type hard phase particles in the matrix is a typical feature of the method for producing the composite metal product. Uniform distribution means that 0.5% or less of the product portion has a length of 8 μm or more in the longest length direction of the region, a width of 8 μm or less in the lateral direction in the longest length direction in all portions of the region, and A region having an area of 50 μm 2 or more, this region must be composed of no MX-type hard phase particles, and 10% or less, preferably 5% or less of the product portion is the longest length of the region is the direction of more 6d length, all parts in the maximum length direction transversely of 6d or more of the width of the region, and 9πd region having two or more areas, the hard phase particles of this region MX- types It means that it does not exist. Here, d is the average value of the MX-type hard phase particle size in the longest direction of the observed portion of the particles.

粉末混合物中に使用されるチタンカーバイド、チタンニトリド及び/又はチタンカルボニトリド粉末は酸化されてもよい。実施した実験により、高度に酸化した粉末が使用できること、及び酸化した粉末を使用前に還元する必要がないことがわかった。このことはコストの観点から著しい利益となる。粉砕、圧縮体の形成及び焼結を含む連続工程中でさらなる酸素のとりこみを防止する手段はなにも必要でない。粉末混合物中に存在する酸素と工程中でとりこまれる追加の酸素は、前記硬質相中に存在するチタンと結合し、酸素が硬質相の結晶格子中の炭素及び/又は窒素を一部置換する。この場合、硬質相はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドと定義できる。本発明の一態様にしたがい、この硬質相中の酸素含量は硬質相中の(C+N+O)合計含量の0.01〜4原子%である。   The titanium carbide, titanium nitride and / or titanium carbonitride powder used in the powder mixture may be oxidized. Experiments conducted have shown that highly oxidized powders can be used and that oxidized powders do not need to be reduced before use. This is a significant benefit from a cost standpoint. No means are needed to prevent further oxygen uptake in a continuous process including grinding, compacting and sintering. Oxygen present in the powder mixture and additional oxygen incorporated in the process combine with titanium present in the hard phase, and oxygen partially replaces carbon and / or nitrogen in the crystal lattice of the hard phase. . In this case, the hard phase can be defined as M (C, N, O) -carbonitride oxide. According to one aspect of the invention, the oxygen content in the hard phase is 0.01 to 4 atomic percent of the total (C + N + O) content in the hard phase.

本発明のさらなる態様ならびに特有の特徴は、以下の説明とディスカッション及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。   Further aspects and specific features of the present invention will become apparent from the following description and discussion and from the claims.

次の実施した実験の説明では添付の図面を参照されたい。   In the following description of the experiments performed, reference is made to the accompanying drawings.

実施した実験の説明
実験では粉末状の硬質相、ベースの金属粉末、及びグラファイト粉末状の炭素の種々の混合物を使用した。硬質相粉末はバナジウムカーバイド(VC)、ニオブカーバイド(NbC)、ハフニウムカーバイド(HfC)、ハフニウム−チタンカーバイド((Hf,Ti)C)、チタンニトリド(TiN)、及びチタンカーバイド(TiC)からなっていた。さらに詳しくは、1μmオーダーの粉末粒子サイズを有する前記硬質相の市場入手可能な粉末を硬質相として使用した。これらの粉末は数千ppmの酸素を含んでいた。いい換えると、これらの粉末は高度に酸化されていた。酸素含量のオーダーは約4000ppm(0.4%)と見積られたが、さらに多く1重量%オーダーに達する可能性もある。ベースの金属粉末は出願人自身の生産物から得られた市場入手可能な高速度鋼からなっていた。この高速度鋼はその登録商標名ASP2030(以後文中ではASP2030(R)とする)で知られ、その化学組成は、重量%で1.28C,0.5Si,0.3Mn,4.2Cr,5.0Mo,3.1V,6.4W,8.5Co,バランス:鉄及び不可避不純物、である。この粉末は125μmの最大粒子径に篩分されたガスで噴霧された粉からなる。この実験では、焼入れ後グレードASP2030(R)の添加した鋼粉末のマトリックスと全く同じ組成を有する仕上り複合製品のマトリックスを達成することが目的であった。それ故炭素も、グラファイト粉末状で種々異なる量で粉末混合物に加えた。ASP2030(R)の一変形もASP20××と表わしてテストした。
Description of Experiments Performed Experiments used various mixtures of powdered hard phase, base metal powder, and graphite powdered carbon. The hard phase powder consisted of vanadium carbide (VC), niobium carbide (NbC), hafnium carbide (HfC), hafnium-titanium carbide ((Hf, Ti) C), titanium nitride (TiN), and titanium carbide (TiC). . More specifically, a commercially available powder of the hard phase having a powder particle size on the order of 1 μm was used as the hard phase. These powders contained thousands of ppm oxygen. In other words, these powders were highly oxidized. The order of oxygen content was estimated to be about 4000 ppm (0.4%), but it can reach as much as 1% by weight. The base metal powder consisted of commercially available high speed steel obtained from the applicant's own product. This high speed steel is known by its registered trade name ASP2030 (hereinafter referred to as ASP2030 (R) in the text ), and its chemical composition is 1.28C, 0.5Si, 0.3Mn, 4.2Cr, 5% by weight. 0.0 Mo, 3.1 V, 6.4 W, 8.5 Co, balance: iron and inevitable impurities. This powder consists of powder sprayed with gas sieved to a maximum particle size of 125 μm. In this experiment, the aim was to achieve a finished composite product matrix having exactly the same composition as the matrix of steel powder added with grade ASP2030 (R) after quenching. Therefore, carbon was also added to the powder mixture in various amounts in the form of graphite powder. A variation of ASP2030 (R) was also tested, denoted as ASP20xx.

ボールベアリング鋼製の粉砕用ボールを有するボールミル型のいわゆるアトリッターミル(attritor mill)中で種々の粉末混合物を粉砕した。しかしながら、エネルギーがミルハウジング(ミルの外被)の回転によって粉砕ボールに供給される慣用のボールミルとは違って、アトリッターミルではエネルギーは回転するプロペラによってボールに供給される。これが粉砕物に非常な高速を与え、したがって粉砕されている製品により多くのエネルギーを伝達する能力を与える。   Various powder mixtures were ground in a ball mill type so-called attritor mill with ball bearing steel grinding balls. However, unlike conventional ball mills, where energy is supplied to the grinding balls by rotation of the mill housing (mill envelope), in an attritor mill, energy is supplied to the balls by a rotating propeller. This gives the grind a very high speed and thus the ability to transfer more energy to the product being ground.

それ故、アトリッターミルでは単位時間当りのエネルギー供給が慣用ボールミルでのそれの約15倍も大きい。これは粉砕中の材料の均質化を促進させるので重要なことである。粉砕中、粉砕されている粒子は押し砕かれ、変形され、繰返し再び結合される。この処理の重要な部分である変形によって大量の転位エネルギーが粉砕される製品に供給され、変化した高エネルギー状態の粉粹された材料がもたらされる。この方法で粉砕材料に供給されたエネルギーは約25MJ(メガジュール)/kg粉末に達した。粉砕中、粉砕液は使用されなかった。この粉砕は大気圧下で実施された。粉末の取扱い中に酸化による酸素のピックアップが起った可能性はある。   Therefore, in the attritor mill, the energy supply per unit time is about 15 times larger than that in the conventional ball mill. This is important because it promotes homogenization of the material during grinding. During milling, the milled particles are crushed, deformed and recombined repeatedly. Deformation, an important part of this process, supplies a large amount of dislocation energy to the product to be ground, resulting in a changed high energy state of powdered material. The energy delivered to the milled material in this way reached about 25 MJ / kg powder. During grinding, no grinding liquid was used. This grinding was carried out under atmospheric pressure. It is possible that oxygen pick-up due to oxidation occurred during the handling of the powder.

このようにして粉砕した粉末混合物をどんな圧縮助剤も添加しないでグリーンボデー(green bodies,生原体)の形に圧縮した。   The powder mixture thus ground was compressed into the form of green bodies without adding any compression aids.

このグリーンボデーを、グラファイト電気ヒータによって加熱した真空炉中で液相焼結によって固めた。焼結温度は1300〜1540℃間で変化させ、各実施焼結温度に30分間保持した。   The green body was solidified by liquid phase sintering in a vacuum furnace heated by a graphite electric heater. The sintering temperature was varied between 1300-1540 ° C. and held at each sintering temperature for 30 minutes.

機械的テストに先立って、サンプルを1180℃から焼入れし、続いて560℃で1時間×3回焼きなましした。   Prior to mechanical testing, the samples were quenched from 1180 ° C. and subsequently annealed at 560 ° C. for 1 hour × 3 times.

実験Iシリーズ: バナジウムカーバイド(VC)及びチタンニトリド(TiN)を含むサンプル
この実験シリーズでは、3種の異なる合金、すなわち合金63、64及び65を製造した。VC、TiNの他にベース金属ASP2030(R)及びグラファイト粉末状の炭素、さらに少量の粉末クロムカーバイド,Cr32,も加えた。この粉末混合物の成分を表1に示す。
Experiment I Series: Samples containing vanadium carbide (VC) and titanium nitride (TiN) In this experimental series, three different alloys were produced: alloys 63, 64 and 65. In addition to VC and TiN, base metal ASP2030 (R) and graphite powder carbon, and a small amount of powder chromium carbide, Cr 3 C 2 were also added. The components of this powder mixture are shown in Table 1.

Figure 2006509908
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粉末混合物をアトリッターミル内で約25MJ/kg粉末のエネルギー供給で10時間粉砕し、グリーンボデーに圧縮した後前述の方法で焼結した。1300、1350及び1400℃で焼結したサンプルのミクロ構造を検討した。比較のため、熱間平衡圧縮(hot isostatic pressing(HIP−ing))により固められた同じ粉末混合物のサンプルも検討した。この検討の結果、これらの粉末混合物で、焼結後高密度で小さな粒子サイズの硬質相を達成できることがわかった。しかしながら、合金の均質性は、熱間平衡圧縮した材料と較べて焼結によっては改善されないことも注目された。さらに、3種の合金63、64及び65のすべてで、特に幾つかの大きい領域で硬質相粒子の異常な成長が起った。   The powder mixture was pulverized in an attritor mill with an energy supply of about 25 MJ / kg powder for 10 hours, compressed into a green body, and sintered by the method described above. The microstructure of the samples sintered at 1300, 1350 and 1400 ° C. was examined. For comparison, a sample of the same powder mixture that was consolidated by hot isostatic pressing (HIP-ing) was also considered. As a result of this study, it was found that these powder mixtures can achieve a high density and small particle size hard phase after sintering. However, it has also been noted that the homogeneity of the alloy is not improved by sintering compared to the hot equilibrium compressed material. In addition, all three alloys 63, 64 and 65 experienced abnormal growth of hard phase particles, especially in some large areas.

実験IIシリーズ: ニオブカーバイド(NbC)及びチタンカーバイド(TiC)を含むサンプル
実験Iのシリーズにしたがって同じ物理的性質を有する、ベース合金ASP2030(R)、ニオブカーバイド、チタンニトリド及び炭素(グラファイト)の粉末の3種の混合物を製造した。該混合物の組成を表2に示す。
Experiment II series: of base alloy ASP2030 (R) , niobium carbide, titanium nitride and carbon (graphite) powders having the same physical properties according to the series of sample experiments I including niobium carbide (NbC) and titanium carbide (TiC) Three mixtures were prepared. The composition of the mixture is shown in Table 2.

Figure 2006509908
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前述の方法にしたがって粉砕及びグリーンボデーの製造後、熱間平衡圧縮および1350℃及び1400℃での液相焼結によって固めたサンプルを製造した。サンプルのミクロ構造の研究により熱間平衡圧縮が比較的均質なミクロ構造を与えることが証明された。しかし、液相焼結後の均質性は良くなかった。これは恐らく硬質相と液相との間の濡れが良くなかったことに因るものとすることができるであろう。NbCを高含量に含むこのタイプの合金はしたがって液相焼結には適さないと考えられた。   After pulverization and green body production according to the method described above, samples hardened by hot equilibrium compression and liquid phase sintering at 1350 ° C. and 1400 ° C. were produced. Sample microstructure studies have demonstrated that hot equilibrium compression gives a relatively homogeneous microstructure. However, the homogeneity after liquid phase sintering was not good. This could possibly be due to poor wetting between the hard phase and the liquid phase. This type of alloy with a high NbC content was therefore considered unsuitable for liquid phase sintering.

実験IIIシリーズ: HfC、(Hf,Ti)C及びTiNを含むサンプル
表IIIにしたがう組成を有する粉末混合物を製造した。これらの粉末も実験I及びIIのシリーズと同じ物理的性質を有していた。
Experiment III Series: Samples containing HfC, (Hf, Ti) C and TiN A powder mixture having a composition according to Table III was prepared. These powders also had the same physical properties as the series of experiments I and II.

Figure 2006509908
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グリーンボデーの製造に先立って実験I及びIIのシリーズと同じ方法でこれらの粉末も粉砕し、それぞれ熱間平衡圧縮及び1400℃と1540℃での焼結によってこれらを固めた。しかしながら、ミクロ構造の研究により、1400℃又は1540℃での焼結によって均質性がなんら改善されないことがわかった。   Prior to the production of the green body, these powders were also ground in the same way as in the series of experiments I and II, and consolidated by hot equilibrium compression and sintering at 1400 ° C and 1540 ° C, respectively. However, microstructural studies showed that homogeneity was not improved by sintering at 1400 ° C or 1540 ° C.

実験IVシリーズ: TiC及びTiNを含むサンプル
このシリーズの実験での粉末混合物成分を表4に示す。公称化学組成(目標値)を表5に示す。粉末の典型的な性質は前述の実験シリーズのそれと同等であった。
Experiment IV Series: Samples containing TiC and TiN The powder mix components in this series of experiments are shown in Table 4. Table 5 shows the nominal chemical composition (target value). The typical properties of the powder were equivalent to that of the previous experimental series.

Figure 2006509908
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粉末混合物の成分は、炭素と窒素の含量のみが変り、他の元素は混合物中全く同じ量で存在するように選択した。したがってこの粉末混合物の化学組成は、重量%で0.39Si,0.18Mn,2.66Cr,3.34Mo,4.18W,2.05V,5.60Co及び25.3Tiを含んでいた。この成分の製造元から受取った情報によれば、酸素含量は約0.27重量%であった。バランスは鉄、炭素、窒素及び不可避不純物であった。粉末混合物中の炭素と窒素の含量を表5に示す。   The components of the powder mixture were selected so that only the carbon and nitrogen content was varied, and the other elements were present in exactly the same amount in the mixture. Therefore, the chemical composition of this powder mixture contained 0.39 Si, 0.18 Mn, 2.66 Cr, 3.34 Mo, 4.18 W, 2.05 V, 5.60 Co and 25.3 Ti by weight. According to information received from the manufacturer of this component, the oxygen content was about 0.27% by weight. The balance was iron, carbon, nitrogen and inevitable impurities. Table 5 shows the contents of carbon and nitrogen in the powder mixture.

Figure 2006509908
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粉末混合物は、前述した方法、例えば25MJ/kg粉末のエネルギー供給で、アトリッターミルで10時間粉砕した。グリーンボデーを粉砕した粉末でつくり、これをそれぞれ熱間平衡圧縮及び液相焼結によって固めた。液相焼結は、1300℃と1540℃の間で温度を変え、各焼結温度で30分の保持時間の間実施した。   The powder mixture was pulverized for 10 hours in an attritor mill with the method described above, for example, with an energy supply of 25 MJ / kg powder. The green body was made of pulverized powder, which was hardened by hot equilibrium compression and liquid phase sintering, respectively. Liquid phase sintering was performed between 1300 ° C. and 1540 ° C. with a temperature of 30 minutes at each sintering temperature.

焼結サンプルのミクロ構造研究によりミクロ構造の均質性はサンプルの化学組成によって変ることがわかった。この文脈における均質性とはマトリックス合金中の硬質相粒子の均一な分布の程度を意味する。図1〜図5は1480℃で液相焼結後の合金69、70、71、72及び73のサンプルのミクロ構造を示す。合金70と71が、比較的均質なミクロ構造と1μmよりかなり小さなサイズの微細な硬質相粒子を有していたことが明らかである。合金69は比較的より粗い硬質相構造であった。合金72は均質性が劣り、多孔性が高かったが、合金73は均質性が最も悪く、多孔性が最も高かった。この相違は次の要因のいずれかに帰することができる:粉末混合物の化学組成、存在している元素間の液相焼結中の化学反応、及び粉砕や焼結中の軽元素のとりこみ又はロス。例えば炭素は焼結操作においてグラファイト加熱部材から拾い上げられたのかも知れない。酸素ならびに窒素も粉砕工程中に周囲から取り上げられ得る。さらに、液相焼結中、MX−相中に組入れられる液相中に各種の元素が溶解し、その結果Mは完全にチタンからなるのではなく、ある程度バナジウムとベース合金ASP2030(R)からの別の金属からなるであろう。チタンの溶解度が低いにもかかわらず、少量のチタンもメルト中に溶解するらしい。本発明をどの特定の理論にも拘束しないで、少くとも若干の合金に関しては反応速度が比較的遅いと推測できる。これは炭化物を許容できない程に成長させないで、液相焼結を高温度で長時間の間実施可能にするので好都合である。炭素は硬質相と液相の間の濡れを助長すると想定できるが、一方では硬質相を安定させるため、他方ではまた硬質相の結晶格子中の若干の炭素及び/又は窒素を置換する酸素のとりこみを可能にするため、一定量の窒素も硬質相中に必要であるように思われる。さらにまた、存在しているM6C−カーバイドが焼結操作中に液相に入ること、及びそれらが固化中にM(C,N,O)−粒子の周りにネットワークを形成することが推定され、影響は例えばWとMoが低含量の適当なベース合金を選ぶことによって最小化できる。 Microstructure studies of sintered samples showed that the homogeneity of the microstructure varies with the chemical composition of the sample. Homogeneity in this context means the degree of uniform distribution of hard phase particles in the matrix alloy. 1-5 show the microstructure of samples of alloys 69, 70, 71, 72 and 73 after liquid phase sintering at 1480 ° C. It is clear that alloys 70 and 71 had a relatively homogeneous microstructure and fine hard phase particles with a size much smaller than 1 μm. Alloy 69 had a relatively coarser hard phase structure. Alloy 72 was poor in homogeneity and high in porosity, but alloy 73 was the worst in homogeneity and the highest in porosity. This difference can be attributed to any of the following factors: the chemical composition of the powder mixture, the chemical reaction during liquid phase sintering between the elements present, and the incorporation of light elements during grinding and sintering or Loss. For example, carbon may have been picked up from a graphite heating element in a sintering operation. Oxygen as well as nitrogen can be taken up from the surroundings during the grinding process. Furthermore, during liquid phase sintering, various elements dissolve in the liquid phase incorporated into the MX-phase, so that M is not completely composed of titanium, but to some extent from vanadium and the base alloy ASP2030 (R) . It will be made of another metal. Despite the low solubility of titanium, a small amount of titanium seems to dissolve in the melt. Without being bound to any particular theory, it can be assumed that the reaction rate is relatively slow for at least some alloys. This is advantageous because it does not allow the carbide to grow unacceptably and allows liquid phase sintering to be performed at high temperatures for extended periods of time. It can be assumed that carbon promotes wetting between the hard phase and the liquid phase, but on the one hand to stabilize the hard phase, on the other hand it also incorporates oxygen to replace some carbon and / or nitrogen in the crystal lattice of the hard phase. It appears that a certain amount of nitrogen is also required in the hard phase to enable Furthermore, it is assumed that the existing M 6 C-carbides enter the liquid phase during the sintering operation and that they form a network around the M (C, N, O) -particles during solidification. The effects can be minimized, for example, by choosing a suitable base alloy with a low content of W and Mo.

先ず硬質相粒子の化学組成の重要性を検討するため、硬質相の化学組成とさらにマトリックス合金の化学組成を各種方法によって調査した。EDS−分析法(Energy Dispersive Spectroscopy)及びThermo−Calc計算法を使用した。1480℃で焼結した幾つかの選択した合金の焼入れ温度1180℃における硬質相とマトリックスのThermo−Calc法で計算した組成を表6及び7に示す。Thermo−Calc計算では酸素含量は考慮されなかった。酸素含量はマトリックス中では無視できると考えられるが、硬質相中では(C+N+O)合計含量の約4原子%となっているかもしれない。   First, in order to examine the importance of the chemical composition of the hard phase particles, the chemical composition of the hard phase and the chemical composition of the matrix alloy were investigated by various methods. An EDS-analysis method (Energy Dispersive Spectroscopy) and a Thermo-Calc calculation were used. Tables 6 and 7 show the compositions calculated by the Thermo-Calc method of the hard phase and matrix at a quenching temperature of 1180 ° C for several selected alloys sintered at 1480 ° C. The Thermo-Calc calculation did not take oxygen content into account. Although the oxygen content is considered negligible in the matrix, it may be about 4 atomic% of the total (C + N + O) content in the hard phase.

Figure 2006509908
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Figure 2006509908
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図1〜5に示されているミクロ構造の研究により、また表6に示されている硬質相の化学組成を考慮して、本明細書の導入部の本発明の開示、ならびに特許請求の範囲でも述べた、硬質相はバランスのとれた炭素と窒素の含量(原子%で表わして)を持つべきであるという結論を引き出すことができる。   In light of the microstructure studies shown in FIGS. 1-5 and in view of the chemical composition of the hard phase shown in Table 6, the present disclosure in the introductory portion of the specification, as well as the claims It can also be concluded that the hard phase should have a balanced carbon and nitrogen content (expressed in atomic%).

図1は合金69が1480℃で焼結することにより、平均サイズが約0.8μmの硬質相粒子を含んで非常に良好な均質性を得たこと、及びほんの僅かの粒子だけが1μmを超えるサイズを有していたことを示している。しかしながら、硬質相の窒素部分が高ければ高い程均質性がますます損われ、硬質相の粒子が小さくなる。これは図4〜5で示されている。硬質相が窒素よりも炭素を幾らか多く含むサンプルの均質性が焼結温度によって影響され得るのかどうかテストするため、合金71のサンプルを1350〜1540℃の間で変化する温度で液相焼結後試験した。また同じ合金の熱間平衡圧縮したサンプルも調査した。得られたミクロ構造を図6〜11に示す。1480℃で焼結後のミクロ構造が図3に示されている。図6は1350℃で焼結後のミクロ構造が熱間平衡圧縮後のように殆んど不均一性であったこと(図11)、しかしミクロ構造は図9及び10に示すように、1480℃を超える温度で焼結することにより、粒子サイズが1μm未満よりかなり小さい、非常に均一に分布した硬質相粒子によって良好な均質性を実現したことを示している。   FIG. 1 shows that alloy 69 was sintered at 1480 ° C. to obtain very good homogeneity with hard phase particles having an average size of about 0.8 μm, and only a few particles exceeded 1 μm. It shows that it had a size. However, the higher the nitrogen portion of the hard phase, the more homogeneity is lost and the hard phase particles become smaller. This is illustrated in FIGS. In order to test whether the homogeneity of a sample in which the hard phase is somewhat more carbon than nitrogen can be affected by the sintering temperature, the alloy 71 sample is liquid phase sintered at a temperature varying between 1350-1540 ° C. Later tested. A sample of the same alloy with hot equilibrium compression was also investigated. The resulting microstructure is shown in FIGS. The microstructure after sintering at 1480 ° C. is shown in FIG. FIG. 6 shows that the microstructure after sintering at 1350 ° C. was almost non-uniform as after hot equilibrium compression (FIG. 11), but the microstructure was 1480 as shown in FIGS. Sintering at temperatures in excess of 0 ° C. indicates that good homogeneity has been achieved with very uniformly distributed hard phase particles whose particle size is much smaller than less than 1 μm.

上に開示したことにしたがって、良好な均質性が本発明にしたがいコントロール比N/(C+N)によって助長される。これはまた表6及び表8から明らかである。後者の表はまた、本発明によって提案されたN/(C+N)比の値が満足されるならば、焼結温度を増加させるとミクロ構造の均質性が有効に改善することを示している。表8は、材料のある部分の調査した面積の%で表わしたメジャー領域の合計面積を示し、このメジャー領域は前記MX−相の見える粒子が全く存在せず、この領域の最長長さ方向に少くとも6dの長さ;この領域のどの部分にも、前記最長長さの横方向に少くとも6dの幅;及び少くとも9πd2の面積を有する。ここでdは、前記部分の検分した面積中の粒子の最長長さ方向のMX−型硬質相粒子のサイズの平均値である。そのような大きい“空”領域の存在は、実施例の高速度鋼ASP2030(R)からなる合金金属の粉砕が非常に重要であると考えられてはいるけれども、ある程度は焼結前の不十分な粉砕に原因があるとすることができる。粉砕が不十分の場合、たとえ比N/(C+N)の値に関する条件が満たされ、焼結温度が実際に可能な最高レベルに昇温されても、焼結操作によって得られる均質性が十分でないというリスクがあり得る。熱間平衡圧縮した材料について得られた結果も表8に含まれている。 In accordance with what has been disclosed above, good homogeneity is facilitated by the control ratio N / (C + N) according to the present invention. This is also evident from Tables 6 and 8. The latter table also shows that increasing the sintering temperature effectively improves the microstructure homogeneity if the value of the N / (C + N) ratio proposed by the present invention is satisfied. Table 8 shows the total area of the major region, expressed as a percentage of the investigated area of a portion of the material, which has no visible particles of the MX-phase and is located along the longest length of this region. A length of at least 6d; any portion of this region has a width of at least 6d laterally of the longest length; and an area of at least 9πd 2 . Here, d is an average value of the sizes of the MX-type hard phase particles in the longest length direction of the particles in the examined area of the portion. The presence of such large "empty" areas, although crushing of the alloy metals consisting of high speed steel ASP2030 (R) of Example enters believed to be very important, poorly before sintering to some extent It can be said that there is a cause in the crushing. If milling is insufficient, the conditions regarding the value of the ratio N / (C + N) are met and the homogeneity obtained by the sintering operation is not sufficient even if the sintering temperature is raised to the highest possible level There can be a risk. The results obtained for the hot equilibrium compressed material are also included in Table 8.

Figure 2006509908
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実験IVシリーズでつくったサンプルも機械的テストにかけた。1180℃で溶解処理により焼入れし、室温に冷却し、各回1時間,560℃で3回焼きなました後、サンプルが公称組成を有する場合は、ヴィッカー硬度テストでの硬度は約1080〜1180HV30に達した。炭素及び窒素のとりこみは、ある合金に対して硬度を1250〜1300HV30まで増加させた。   Samples made in Experiment IV series were also subjected to mechanical testing. After quenching at 1180 ° C. by dissolution treatment, cooling to room temperature and annealing at 560 ° C. 3 times for 1 hour each time, the hardness in the Vicker hardness test reached about 1080-1180 HV30 if the sample had a nominal composition . Incorporation of carbon and nitrogen increased the hardness to 1250-1300 HV30 for certain alloys.

実験Vのシリーズ: TiC、TiN及びNbCを含むサンプル
このシリーズでは、2つの異なる合金,それぞれ合金ナンバー110及び合金ナンバー160と呼ぶ,による実験から報告する。TiC、TiN及びNbCの他に、粉末混合物はそれぞれベースの金属合金ASP2030(R)とその変形体及びグラファイト粉末状の炭素を含んでいた。この変形体はMoとWの含量がASP2030(R)よりも少なく、以後ASP20XXと呼ぶことにする。合金110の粉末混合物も少量のバナジウムカーバイド(VC)を含んでいた。この粉末は前述の実験シリーズの粉末と同じ物理特性を有していた。成分を表9に示す。
Series of Experiment V: Samples containing TiC, TiN and NbC In this series, we report from experiments with two different alloys, referred to as alloy number 110 and alloy number 160, respectively. In addition to TiC, TiN and NbC, the powder mixture contained the base metal alloy ASP2030 (R) and its variants and graphite powdered carbon, respectively. This variant has less Mo and W content than ASP2030 (R) and will be referred to as ASP20XX hereinafter. The powder mixture of Alloy 110 also contained a small amount of vanadium carbide (VC). This powder had the same physical properties as the powder in the above experimental series. The ingredients are shown in Table 9.

Figure 2006509908
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粉末混合物を実験IVのシリーズと同じ方式で粉砕した。グリーンボデーを粉砕した粉末でつくり、このグリーンボデーを1400〜1540℃の温度範囲において各焼結温度で30分の保持時間の間液相焼結した。   The powder mixture was ground in the same manner as in the series of Experiment IV. The green body was made of pulverized powder, and this green body was subjected to liquid phase sintering in the temperature range of 1400 to 1540 ° C. at each sintering temperature for a holding time of 30 minutes.

Ti(C,N)及びマトリックスの他に、合金110もまたM6C−カーバイド(Mは実質上モリブデンとタングステンとからなる)及びMC−カーバイド(実質上バナジウムカーバイドからなる)を含んでいた。バナジウムカーバイドの存在にも拘らず、硬質相のV含量は、合金の全組成の点から見て期待されたものより50%少なかった。合金110の硬質相中のニオブとバナジウムの含量は、硬質相中のMの合計含量のそれぞれ約4原子%及び約5原子%であった。合金160では、硬質相中のニオブ含量は金属Mの含量の約15原子%に達した。硬質相中のC及びNの化学的含量は、それぞれ、合金110で約4.6重量%Cと3.6重量%N及び合金160で約5.1重量%Cと3.6重量%Nとなった。合金110の硬質相に関する比N/(C+N)はしたがって3.6/(3.6+4.6)=0.43で、合金160に関しても同じ値:3.9/(3.9+5.1)=0.43が得られた。 In addition to Ti (C, N) and the matrix, the alloy 110 also contained M 6 C-carbide (M consists essentially of molybdenum and tungsten) and MC-carbide (substantially consists of vanadium carbide). Despite the presence of vanadium carbide, the V content of the hard phase was 50% less than expected in terms of the total composition of the alloy. The niobium and vanadium content in the hard phase of alloy 110 was about 4 atomic percent and about 5 atomic percent, respectively, of the total content of M in the hard phase. In alloy 160, the niobium content in the hard phase reached about 15 atomic percent of the metal M content. The chemical content of C and N in the hard phase is about 4.6 wt% C and 3.6 wt% N for alloy 110 and about 5.1 wt% C and 3.6 wt% N for alloy 160, respectively. It became. The ratio N / (C + N) for the hard phase of alloy 110 is thus 3.6 / (3.6 + 4.6) = 0.43, and the same value for alloy 160: 3.9 / (3.9 + 5.1) = 0.43 was obtained.

単一歯カッター(single tooth cutter)にインサート(insert,挿入物)として使用する目的でカッターの刃の形の合金110で工具部材を作製した。組立てに先立って、このインサートを1100℃から焼入れし、続いて560℃/(1時間×3回)焼きなましした。インサートのカッティング能力を、粉末冶金法で製造した高能力高速度鋼ASP2030(R)製の同等インサートのそれと比較した。カッティング能力による相対生産性が、本発明にしたがう合金でつくられたインサートによって達成され、それは既知の高速度鋼の生産性よりも約2倍(80〜100%大)であった。これに関連して、本発明材料は、実験的規模、すなわち製造した材料の清潔さや他の特徴に関して大きな制約のある方法によってつくられたこともいっておかねばならない。したがって、本格的規模の製造ではさらなる改善を達成可能なはずある。一方、工具部材(インサート)を焼結した炭化物材料でつくった場合は、カッティング能力のさらなる増加を期待する理由も必要であり、これは本発明の複合金属製品が高速度鋼と焼結炭化物材料との間のギャップを埋めることができると確認することである。 Tool members were made of alloy 110 in the form of a cutter blade for use as an insert in a single tooth cutter. Prior to assembly, the insert was quenched from 1100 ° C. and subsequently annealed at 560 ° C./(1 hour × 3 times). The cutting ability of the insert was compared to that of an equivalent insert made of high capacity high speed steel ASP2030 (R) manufactured by powder metallurgy. Relative productivity due to cutting ability was achieved with inserts made of alloys according to the present invention, which was approximately twice (80-100% greater) than the productivity of known high speed steels. In this connection, it must also be mentioned that the material according to the invention has been produced by a method that is very restrictive on the experimental scale, ie the cleanliness and other characteristics of the material produced. Therefore, further improvements should be achievable in full-scale manufacturing. On the other hand, when the tool member (insert) is made of a sintered carbide material, there is also a need to expect a further increase in cutting ability. This is because the composite metal product of the present invention is made of high-speed steel and sintered carbide material. To make sure that the gap can be filled.

合金160は、1150℃からの焼入れを含むが、他の点では前述にしたがって合金110と同じ方法で実施される熱処理後、ミクロ構造について調査した;焼入れして焼戻したマトリックス中に実質上均等に分布した丸型の炭化物の均質なミクロ構造を示す図12を参照されたい。   Alloy 160 includes quenching from 1150 ° C. but was otherwise examined for microstructure after heat treatment performed in the same manner as alloy 110 according to the foregoing; substantially evenly in the quenched and tempered matrix. See FIG. 12 which shows the homogeneous microstructure of the distributed round carbide.

靭性の測定では靭性は絶対的大きさに関して定量化しなかった。しかしながら、熱間平衡圧縮によってつくられたサンプルと比較して、熱間平衡圧縮したサンプルと本発明にしたがって液相焼結を受けたサンプルとの間に系統的な相違は認められなかった。   In toughness measurements, toughness was not quantified with respect to absolute magnitude. However, no systematic differences were observed between samples that were hot equilibrium compressed and samples that were subjected to liquid phase sintering according to the present invention as compared to samples made by hot equilibrium compression.

ディスカッション:
実施した実験の前述説明から結論できるように、非常に良好な結果が実験IVのシリーズで達成された。そのシリーズでは、出発物質としてチタンカーバイド及びチタンニトリドを含む粉末混合物が使用され、そして別の点では炭素及び窒素の含量が前に示したバランス関係を満足させるようにプロセスがコントロールされた。また所望のミクロ構造達成のための微粉砕や焼結温度の重要性も議論された。他方、マトリックス合金の組成の重要性についてはなんら詳細に検討されなかった。粉末混合物中ベース合金として、先ず第1にASP2030(R)型の高速度鋼を使用した。この鋼合金は仕上り製品中に硬度500HV30まで硬化できるマトリックスを供給する。しかしながら、その高速度鋼の化学組成が、粉末混合物の他の成分と組合せて、最適化学組成を有するマトリックスを供給するために最も適当なものであるかは確かではない。例えば、ASP2030(R)は、M6Cカーバイドを形成できる比較的高含量の金属を有する。このタイプのカーバイドは本発明による液相焼結中に溶解できることは本当であるが、それらはまたマトリックス中及び/又はM(C,N)−相粒子及び/又はM(C,N,O)−相粒子上で復元することができることも真である(これは不利であろう)。それ故ASP2030(R)よりも、実験Vシリーズで合金ASP20XXの使用に関連して前述に示したようにW及びMoの含量が少い高速度鋼の方がより適しているであろう。また高速度鋼ならびに他の焼入れ可能な鋼、例えば冷間加工鋼など他の鋼合金も考えられる。しかしながら、ベース合金として、好ましくは他の成分と一緒になって焼戻し後、硬度500HV30に焼入れできるマトリックスを最終材料中に供給する鋼合金を使用すべきである。
discussion:
As can be concluded from the previous description of the experiments performed, very good results were achieved in the series of experiments IV. In that series, a powder mixture containing titanium carbide and titanium nitride was used as a starting material, and the process was controlled so that the carbon and nitrogen content otherwise satisfied the balance relationship shown previously. The importance of milling and sintering temperatures to achieve the desired microstructure was also discussed. On the other hand, the importance of the composition of the matrix alloy has not been studied in detail. First, ASP2030 (R) type high speed steel was used as the base alloy in the powder mixture. This steel alloy provides a matrix that can be hardened to a hardness of > 500 HV30 in the finished product. However, it is not certain that the chemical composition of the high speed steel is most suitable for providing a matrix having an optimal chemical composition in combination with other components of the powder mixture. For example, ASP2030 (R) has a relatively high metal content that can form M 6 C carbide. While it is true that this type of carbide can be dissolved during liquid phase sintering according to the present invention, they can also be dissolved in the matrix and / or M (C, N) -phase particles and / or M (C, N, O). -It is also true that it can be restored on phase particles (this would be disadvantageous). Therefore, higher speed steels with lower W and Mo contents would be more suitable than ASP2030 (R) , as previously indicated in connection with the use of alloy ASP20XX in Experiment V series. Other steel alloys such as high speed steels as well as other hardenable steels such as cold worked steels are also conceivable. However, a steel alloy should preferably be used as the base alloy which, after tempering together with the other components, provides a matrix in the final material that can be hardened to a hardness > 500 HV30.

粉末混合物中の硬質相含量も変えることができる。チタンカーバイド、チタンニトリド、及び/又はチタンカルボニトリド粉末の他に、したがって少くともある用途用に、VC、NbC、TaC、ZrC、HfC及び/又は(HfTi)C及び相当する窒化物などのMX−型の他の炭化物又は窒化物を控えめに加えることを考えてもよい。しかしながら、その量は仕上り製品中に達成したMX−型の硬質相の全含量の30モル%以下である。例えばかなりの含量のバナジウム及び/又はニオブが存在する、混合カルボニトリドの生成を刺戟することの利点は、比較的低温で焼結しても密な材料の生成が促進されることであり、このことは粉末混合物中に一定量のVC及び/又はNbCの添加、又はベースの金属合金中に高含量のバナジウム及び/又はニオブの添加を正しいとするであろう。粉末混合物中の例えばニオブカーバイドも粉砕を刺激するかも知れない。また混合カルボニトリドは純粋チタンカルボニトリド又は純粋なチタンカルボニトリドオキシドよりも硬いと考えてもよく、これが製造した金属製品の硬度を増加させるであろう。実験Vのシリーズで得られた結果は、特に粉末混合物中に少量又は中程度の量のNbCの存在(VCが一緒に存在又は存在しないで)が所望の特徴の組合せを有する最終製品を提供できることを示している。それ故、硬質相の金属原子の3〜40原子%が(Nb+V)からなり、好ましくは5以上で最大30原子%のNb及び/又はVからなることが有利であると判断される。   The hard phase content in the powder mixture can also be varied. In addition to titanium carbide, titanium nitride, and / or titanium carbonitride powder, and thus for at least some applications, MX- such as VC, NbC, TaC, ZrC, HfC and / or (HfTi) C and corresponding nitrides. It may be conservative to add other carbides or nitrides of the mold. However, the amount is not more than 30 mol% of the total content of the MX-type hard phase achieved in the finished product. An advantage of stimulating the formation of mixed carbonitrides, for example in the presence of a significant amount of vanadium and / or niobium, is that the formation of a dense material is promoted even when sintered at relatively low temperatures. Will correct the addition of a certain amount of VC and / or NbC in the powder mixture, or the addition of a high content of vanadium and / or niobium in the base metal alloy. For example niobium carbide in the powder mixture may also stimulate grinding. Mixed carbonitrides may also be considered harder than pure titanium carbonitride or pure titanium carbonitride oxide, which will increase the hardness of the metal product produced. The results obtained in the series of Experiment V show that the presence of small or moderate amounts of NbC (with or without VC together) in the powder mixture can provide the final product with the desired combination of features. Is shown. Therefore, it is considered advantageous that 3 to 40 atomic percent of the hard phase metal atoms consist of (Nb + V), preferably 5 or more and a maximum of 30 atomic percent of Nb and / or V.

TiC及びTiNを含む粉末混合物で作った合金サンプルで硬質相のN/(C+N)値がある範囲内の一例であるミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure which is an example in the range with N / (C + N) value of a hard phase in the alloy sample made from the powder mixture containing TiC and TiN. TiC及びTiNを含む粉末混合物で作った合金サンプルで硬質相のN/(C+N)値がある範囲内の他の例を示すミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure which shows the other example in the range with N / (C + N) value of a hard phase with the alloy sample made from the powder mixture containing TiC and TiN. TiC及びTiNを含む粉末混合物で作った合金サンプルで硬質相のN/(C+N)値がある範囲内の他の例を示すミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure which shows the other example in the range with N / (C + N) value of a hard phase with the alloy sample made from the powder mixture containing TiC and TiN. TiC及びTiNを含む粉末混合物で作った合金サンプルで硬質相のN/(C+N)値がある範囲内の他の例を示すミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure which shows the other example in the range with N / (C + N) value of a hard phase with the alloy sample made from the powder mixture containing TiC and TiN. TiC及びTiNを含む粉末混合物で作った合金サンプルで硬質相のN/(C+N)値がある範囲内の他の例を示すミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure which shows the other example in the range with N / (C + N) value of a hard phase with the alloy sample made from the powder mixture containing TiC and TiN. 本発明に従う化学組成をもち、焼結温度が1350℃〜1540℃の間のある温度で製造された複合製品のミクロ構造を示す図である。FIG. 4 shows the microstructure of a composite product having a chemical composition according to the present invention and produced at a temperature between 1350 ° C. and 1540 ° C. in the sintering temperature. 本発明に従う化学組成をもち、焼結温度が1350℃〜1540℃の間の異る温度で製造された複合製品のミクロ構造を示す図である。FIG. 2 shows the microstructure of a composite product having a chemical composition according to the invention and produced at different temperatures between 1350 ° C. and 1540 ° C. 本発明に従う化学組成をもち、焼結温度が1350℃〜1540℃の間の異る温度で製造された複合製品のミクロ構造を示す図である。FIG. 2 shows the microstructure of a composite product having a chemical composition according to the invention and produced at different temperatures between 1350 ° C. and 1540 ° C. 本発明に従う化学組成をもち、焼結温度が1350℃〜1540℃の間の異る温度で製造された複合製品のミクロ構造を示す図である。FIG. 2 shows the microstructure of a composite product having a chemical composition according to the invention and produced at different temperatures between 1350 ° C. and 1540 ° C. 本発明に従う化学組成をもち、焼結温度が1350℃〜1540℃の間の異る温度で製造された複合製品のミクロ構造を示す図である。FIG. 2 shows the microstructure of a composite product having a chemical composition according to the invention and produced at different temperatures between 1350 ° C. and 1540 ° C. 熱間平衡圧縮によって製造した、同じ化学組成を有する材料のミクロ構造を示す図である。FIG. 3 shows the microstructure of a material produced by hot equilibrium compression and having the same chemical composition. 本発明の一態様にしたがってNbCを添加した鋼のミクロ構造を示す図である。It is a figure which shows the microstructure of the steel which added NbC according to one aspect | mode of this invention.

Claims (41)

通常MX−型の硬質相と呼ばれる実質的にM(C,N)−カルボニトリド又はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドの粒子状の硬質相を30〜90容積%含むこと、ここでMは少くとも50原子%までチタンからなり、前記粒子は焼入れ可能な鋼からなるマトリックス中に本質的に均質に分布されており;及びCとNとの間の原子%比が条件0.1<N/(C+N)<0.7を満足させること;を特徴とする複合金属製品。   30-90% by volume of substantially hard particulate phase of M (C, N) -carbonitride or M (C, N, O) -carbonitride oxide, usually called MX-type hard phase, Wherein M is at least 50 atomic percent titanium and the particles are essentially homogeneously distributed in a matrix of hardenable steel; and the atomic percent ratio between C and N is 0. 1 <N / (C + N) <0.7 is satisfied. CとNとの間の原子%比が条件0.2<N/(C+N)<0.6を満足させることを特徴とする、請求項1記載の製品。   2. Product according to claim 1, characterized in that the atomic% ratio between C and N satisfies the condition 0.2 <N / (C + N) <0.6. CとNとの間の原子%比が条件0.3<N/(C+N)<0.6を満足させることを特徴とする、請求項2記載の製品。   3. A product according to claim 2, characterized in that the atomic% ratio between C and N satisfies the condition 0.3 <N / (C + N) <0.6. CとNとの間の原子%比が条件0.4<N/(C+N)<0.5を満足させることを特徴とする、請求項3記載の製品。   4. A product according to claim 3, characterized in that the atomic% ratio between C and N satisfies the condition 0.4 <N / (C + N) <0.5. 前記硬質相粒子の数の90%が、製品の観察断面内で最長長さが1μm未満のサイズを有することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の製品。   The product according to any one of claims 1 to 4, wherein 90% of the number of the hard phase particles has a size having a longest length of less than 1 µm in the observation cross section of the product. 製品の断面の10%以下が、最長長さの方向に6d以上の長さ、任意の断面で前記最長長さ方向に横方向の6d以上の幅、及び9πd2以上の面積を有する領域からなり、ここでdは観察断面中の粒子の最長長さ方向のMX−型の硬質相粒子サイズの平均値であり、該領域にはMX−型の硬質相粒子が欠けていることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の製品。 10% or less of the cross section of the product consists of a region having a length of 6d or more in the direction of the longest length, a width of 6d or more in the lateral direction in the longest length direction in any cross section, and an area of 9πd 2 or more. Here, d is an average value of MX-type hard phase particles in the longest length direction of the particles in the observation cross section, and MX-type hard phase particles are lacking in the region. The product according to any one of claims 1 to 5. 製品の断面の0.5%以下が、最長長さ方向に8μm以上の長さ、任意の断面で前記最長長さ方向に横方向の8μm以下の幅、及び50μm2以上の面積を有する領域からなり、該領域にはMX−型の硬質相粒子が欠けていることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の製品。 From the region where 0.5% or less of the cross section of the product has a length of 8 μm or more in the longest length direction, a width of 8 μm or less in the lateral direction in the longest length direction in any cross section, and an area of 50 μm 2 or more The product according to claim 1, wherein MX-type hard phase particles are lacking in the region. 前記硬質相中のMが少くとも70原子%までチタンからなることを特徴とする、請求項1記載の製品。   2. Product according to claim 1, characterized in that M in the hard phase consists of titanium up to at least 70 atomic%. 前記硬質相中のMが少くとも80原子%までチタンからなることを特徴とする、請求項8記載の製品。   9. Product according to claim 8, characterized in that M in the hard phase consists of titanium up to at least 80 atomic%. 前記硬質相中のMが少くとも90原子%までチタンからなることを特徴とする、請求項9記載の製品。   10. Product according to claim 9, characterized in that M in the hard phase consists of titanium up to at least 90 atomic%. 前記MX−型の硬質相中のMの最大40原子%が(V+Nb)からなることを特徴とする、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の製品。   11. Product according to any one of the preceding claims, characterized in that at most 40 atomic% of M in the MX- type hard phase consists of (V + Nb). 前記硬質相中のMの最大30原子%が、V,Nb,Ta,Hf及びZrからなる群に属する金属又はそれらより多くの金属からなることを特徴とする、請求項11記載の製品。   12. Product according to claim 11, characterized in that a maximum of 30 atomic% of M in the hard phase consists of metals belonging to the group consisting of V, Nb, Ta, Hf and Zr or more metals. 前記硬質相中のMの最大25原子%がNbからなることを特徴とする、請求項11又は12に記載の製品。   13. Product according to claim 11 or 12, characterized in that at most 25 atomic% of M in the hard phase consists of Nb. 前記硬質相中のMの最大15原子%がNbからなることを特徴とする、請求項13記載の製品。   14. Product according to claim 13, characterized in that a maximum of 15 atomic% of M in the hard phase consists of Nb. 前記硬質相中のMの少くとも2原子%がVからなることを特徴とする、請求項1ないし14のいずれか1項記載の製品。   15. Product according to any one of the preceding claims, characterized in that at least 2 atomic% of M in the hard phase consists of V. 前記硬質相中のMの少くとも5原子%がVからなることを特徴とする、請求項15に記載の製品。   16. Product according to claim 15, characterized in that at least 5 atomic% of M in the hard phase consists of V. 前記硬質相中のMの最大15原子%がVからなることを特徴とする、請求項15又は16に記載の製品。   17. Product according to claim 15 or 16, characterized in that a maximum of 15 atomic% of M in the hard phase consists of V. 前記硬質相中のMの少くとも2原子%がNbからなることを特徴とする、請求項1ないし17のいずれか1項記載の製品。   18. Product according to any one of the preceding claims, characterized in that at least 2 atomic% of M in the hard phase consists of Nb. 前記硬質相中のMの少くとも5原子%がNbからなることを特徴とする、請求項18記載の製品。   19. Product according to claim 18, characterized in that at least 5 atomic% of M in the hard phase consists of Nb. 前記硬質相中のMの最大3原子%がTa、最大3原子%がZr、及び最大3原子%がHfからなることを特徴とする、請求項1ないし19のいずれか1項記載の製品。   20. A product according to any one of the preceding claims, characterized in that a maximum of 3 atomic percent of M in the hard phase consists of Ta, a maximum of 3 atomic percent of Zr, and a maximum of 3 atomic percent of Hf. 前記MX−型の硬質相が不純物レベルの量を超えるTa,Zr又はHfを含まないことを特徴とする、請求項20記載の製品。   21. Product according to claim 20, characterized in that the MX-type hard phase does not contain Ta, Zr or Hf above the impurity level. 前記MX−型の硬質相を30〜70容積%含むことを特徴とする、請求項1ないし21のいずれか1項に記載の製品。   22. Product according to any one of the preceding claims, characterized in that it contains 30-70% by volume of the MX-type hard phase. 前記MX−型の硬質相を40〜60容積%含むことを特徴とする、請求項22記載の製品。   23. Product according to claim 22, characterized in that it contains 40-60% by volume of the MX-type hard phase. 前記MX−型の硬質相が、前記硬質相中の(C+N+O)合計含量の0.01〜4原子%の量の酸素を含むことを特徴とする、請求項1ないし23のいずれか1項に記載の製品。   24. The MX-1 type hard phase according to any one of claims 1 to 23, characterized in that it contains oxygen in an amount of 0.01 to 4 atomic% of the total (C + N + O) content in the hard phase. Product listed. マトリックス中に存在し得る2次的に晶出したMC−カーバイドを含む前記マトリックス、及びマトリックス中に存在し得るMX−型以外の型のすべての硬質相が、重量%で次の化学組成を有することを特徴とする、請求項1ないし24のいずれか1項に記載の製品:
0.3〜3.0%C,
トレース量から最大2%までのSi,
トレース量から最大2%までのMn,
トレース量から最大0.5%までのS,
2〜13%Cr,
トレース量から最大18%までのW,
トレース量から最大12%までのMo,
トレース量から最大15%までのCo,
トレース量から最大10%までのV,
トレース量から最大2%までのNb,
バランス:Fe,ただし50重量%以上、及び鋼製造からの通常存在する不純物。
The matrix containing secondary crystallized MC-carbide that may be present in the matrix and all hard phases of types other than MX-type that may be present in the matrix have the following chemical composition in weight percent: 25. Product according to any one of claims 1 to 24, characterized in that:
0.3-3.0% C,
Si up to 2% from the trace amount,
Mn from the trace amount up to 2%,
S, up to 0.5% from the trace amount
2 to 13% Cr,
W up to 18% from the trace amount,
Mo up to 12% from the trace amount,
Co, up to 15% from the trace amount
V up to 10% from the trace amount,
Nb from the trace amount up to 2%,
Balance: Fe, but above 50% by weight, and impurities normally present from steel production.
マトリックスが最大2重量%のNbを含むことを特徴とする、請求項25に記載の製品。   26. Product according to claim 25, characterized in that the matrix comprises up to 2% by weight of Nb. マトリックス中に存在し得るすべての2次晶出MC−カーバイド、及びMX−型以外の型のすべての硬質相を含む前記マトリックスが最大1重量%のSiと3〜10重量%のCrを含む化学組成を有することを特徴とする、請求項25又は26に記載の製品。   Chemistry in which the matrix containing all secondary crystallized MC-carbide that may be present in the matrix and all hard phases of types other than MX-type contains up to 1 wt% Si and 3-10 wt% Cr 27. Product according to claim 25 or 26, characterized in that it has a composition. マトリックス中に存在し得るすべての2次晶出MC−カーバイド及びMX−型以外の型のすべての硬質相を含む前記マトリックス中の(W+Mo+V)含量が、少くとも10重量%に達することを特徴とする、請求項27記載の製品。   Characterized in that the (W + Mo + V) content in said matrix comprising all hard phases of a type other than all secondary crystallized MC-carbide and MX-types that may be present in the matrix reaches at least 10% by weight. 28. The product of claim 27. マトリックス中に存在し得るすべての2次晶出MC−カーバイド及びMX−型以外の型のすべての硬質相を含む前記マトリックス中の(W+Mo+V)含量が、最大10重量%に達することを特徴とする、請求項27記載の製品。   Characterized in that the (W + Mo + V) content in said matrix comprising all hard phases of a type other than all secondary crystallized MC-carbide and MX-types that may be present in the matrix reaches a maximum of 10% by weight 28. The product of claim 27. マトリックス中に存在し得るすべての2次晶出MC−カーバイド及びMX−型以外の型のすべての硬質相を含む前記マトリックスが、重量%で3〜7%Cr及び10〜20%(W+Mo+V)を含む化学組成を有することを特徴とする、請求項28記載の製品。   The matrix comprising all hard phases of a type other than all secondary crystallized MC-carbide and MX-types that may be present in the matrix contains 3-7% Cr and 10-20% (W + Mo + V) by weight. 29. A product according to claim 28, having a chemical composition comprising. マトリックス中に存在し得るすべての2次晶出MC−カーバイド及びMX−型以外の型のすべての硬質相を含む前記マトリックスが、重量%で2〜7%Cr及び5〜10%(W+Mo+V)を含む化学組成を有することを特徴とする、請求項29記載の製品。   The matrix comprising all hard phases of a type other than all secondary crystallized MC-carbide and MX-types that may be present in the matrix contains 2-7% Cr and 5-10% (W + Mo + V) by weight. 30. A product according to claim 29, characterized in that it has a chemical composition. チタンカーバイド、チタンニトリド、及び/又はチタンカルボニトリドの粉体を、そのチタン原子の含量が最終金属製品中の前記MX−型の硬質相中の金属原子の少くとも50%に相当する量で含む粉末混合物と、最終金属製品の他の成分の少くとも主要部とを一緒に微粉砕すること、粉砕した混合物で一定のボデーを形成させること、及び前記ボデーを1350〜1600℃の温度で液相焼結させ、続いて冷却して液相を固化させ、MX−型の前記硬質相粒子が前記液相焼結及び続く固化の間に最終組成とサイズを得ることを特徴とする、通常MX−型の硬質相と呼ばれる主としてM(C,N)−カルボニトリド又はM(C,N,O)−カルボニトリドオキシドからなる粒子,粒子は焼入れ可能な鋼のマトリックス中に実質上均質に分布している,の形を有する硬質相を30〜90容積%含む複合金属製品の製造方法。   Titanium carbide, titanium nitride, and / or titanium carbonitride powder is included in an amount corresponding to at least 50% of the metal atoms in the MX-type hard phase of the MX-type hard phase in the final metal product. Pulverizing together the powder mixture and at least the main parts of the other components of the final metal product, forming a constant body with the pulverized mixture, and the body at a temperature of 1350-1600 ° C. Usually MX-, characterized in that it is sintered and subsequently cooled to solidify the liquid phase and the hard phase particles of MX-type obtain the final composition and size during the liquid phase sintering and subsequent solidification Particles, particles consisting mainly of M (C, N) -carbonitride or M (C, N, O) -carbonitride oxide, called the hard phase of the mold, are distributed substantially homogeneously in the matrix of the hardenable steel Method for producing a composite metal product comprising a hard phase 30 to 90 volume% with are in the form of a. 粉末の選択と混合、粉末混合物の微粉砕、微粉砕した粉末混合物のグリーンボデーの形成、及び該グリーンボデーの液相焼結を含む総合工程中に炭素と窒素の含量をコントロールして、最終製品の前記硬質相の炭素と窒素の含量が原子%で表わして比0.1<N/(C+N)<0.7を満足させることを特徴とする、請求項32記載の方法。   Control the content of carbon and nitrogen during the overall process including powder selection and mixing, fine grinding of the powder mixture, formation of the green body of the finely ground powder mixture, and liquid phase sintering of the green body, and the final product 33. The method according to claim 32, characterized in that the carbon and nitrogen content of said hard phase expressed in atomic% satisfies the ratio 0.1 <N / (C + N) <0.7. 粉末の選択と混合、粉末混合物の微粉砕、微粉砕した粉末混合物のグリーンボデーの形成、及び該グリーンボデーの液相焼結を含む総合工程中に炭素と窒素の含量をコントロールして、最終製品の前記硬質相の炭素と窒素の含量が原子%で表わして比0.2<N/(C+N)<0.6を満足させることを特徴とする、請求項33記載の方法。   Control the content of carbon and nitrogen during the overall process including powder selection and mixing, fine grinding of the powder mixture, formation of the green body of the finely ground powder mixture, and liquid phase sintering of the green body, and the final product 34. The method according to claim 33, characterized in that the carbon and nitrogen content of said hard phase expressed in atomic% satisfies the ratio 0.2 <N / (C + N) <0.6. 粉末の選択と混合、粉末混合物の微粉砕、微粉砕した粉末混合物のグリーンボデーの形成、及び該グリーンボデーの液相焼結を含む総合工程中に炭素と窒素の含量をコントロールして、最終製品の前記硬質相の炭素と窒素の含量が原子%で表わして比0.3<N/(C+N)<0.6を満足させることを特徴とする、請求項34記載の方法。   Control the content of carbon and nitrogen during the overall process including powder selection and mixing, fine grinding of the powder mixture, formation of the green body of the finely ground powder mixture, and liquid phase sintering of the green body, and the final product 35. The method according to claim 34, characterized in that the carbon and nitrogen content of said hard phase expressed in atomic% satisfies the ratio 0.3 <N / (C + N) <0.6. 粉末の選択と混合、粉末混合物の微粉砕、微粉砕した粉末混合物のグリーンボデーの形成、及び該グリーンボデーの液相焼結を含む総合工程中に炭素と窒素の含量をコントロールして、最終製品の前記硬質相の炭素と窒素の含量が原子%で表わして比0.4<N/(C+N)<0.5を満足させることを特徴とする、請求項35記載の方法。   Control the content of carbon and nitrogen during the overall process including powder selection and mixing, fine grinding of the powder mixture, formation of the green body of the finely ground powder mixture, and liquid phase sintering of the green body, and the final product 36. The method according to claim 35, characterized in that the hard phase carbon and nitrogen content of the following is expressed in atomic% and satisfies the ratio 0.4 <N / (C + N) <0.5. 粉末混合物の微粉砕が少くとも10MJ(メガジュール)/kg粉末のエネルギー供給で実施されることを特徴とする、請求項32〜36のいずれか1項に記載の方法。   37. A method according to any one of claims 32 to 36, characterized in that the milling of the powder mixture is carried out with an energy supply of at least 10 MJ (megajoule) / kg powder. 粉末混合物の微粉砕が少くとも20MJ/kg粉末のエネルギー供給で実施されることを特徴とする、請求項37記載の方法。   38. The method according to claim 37, characterized in that the milling of the powder mixture is carried out with an energy supply of at least 20 MJ / kg powder. 粉末混合物の微粉砕が10〜50MJ/kg粉末のエネルギー供給で実施されることを特徴とする、請求項37又は38記載の方法。   39. A process according to claim 37 or 38, characterized in that the milling of the powder mixture is carried out with an energy supply of 10-50 MJ / kg powder. 酸素の含量を前記総合工程中にコントロールして、最終製品中の酸素の含量が硬質相中の(C+N+O)合計含量の0.01〜4原子%となることを特徴とする、請求項32〜39のいずれか1項記載の方法。   The oxygen content is controlled during the synthesis step, so that the oxygen content in the final product is 0.01-4 atomic% of the total (C + N + O) content in the hard phase, 40. The method according to any one of 39. 液相焼結が、1450〜1510℃の間の各焼結温度で10分〜2時間、好ましくは10〜60分の保持時間の間実施されることを特徴とする、請求項32〜40のいずれか1項記載の方法。   The liquid phase sintering is carried out at a respective sintering temperature between 1450-1510C for a holding time of 10 minutes to 2 hours, preferably 10 to 60 minutes. The method of any one of Claims.
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