JP2020164991A - Pressurized sintered body and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる硬質相粒子を金属結合相にて結合したサーメット系の加圧焼結体及びその製造方法に関し、特に、高温強度により優れる加圧焼結体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cermet-based pressure sintered body in which hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded in a metal-bonded phase and a method for producing the same, and in particular, a pressure sintered body having superior high-temperature strength. Regarding the manufacturing method.
高強度ステンレス鋼、ハイパーシルミン及びチタン合金などの合金材料や、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）のような複合材料が多くの機械部材に用いられている。かかる部材を機械加工するための工具材料については、過酷な使用環境となり得ることから、熱的及び化学的に安定であること、熱伝導率の高いこと、靭性の高いこと、高温で高い強度（硬さ）を有すること、などを要求される。このような耐摩耗性工具や切削工具のための工具材料としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ＷＣ（タングステンカーバイド）系超硬合金などが用いられており、特に、ＴｉＣからなる硬質相をＮｉ及びＣｏなどの結合相で結合した加圧成形体であるサーメットが広く知られている。 Alloy materials such as high-strength stainless steel, hypersilmin and titanium alloys, and composite materials such as fiber reinforced plastics (FRP) are used in many mechanical components. Tool materials for machining such members can be used in harsh environments, so they are thermally and chemically stable, have high thermal conductivity, have high toughness, and have high strength at high temperatures. It is required to have hardness). As a tool material for such wear-resistant tools and cutting tools, diamond, cubic boron nitride (CBN), WC (tungsten carbide) cemented carbide and the like are used, and in particular, hard made of TiC. Cermet, which is a pressure-molded body in which the phases are bonded with a bonded phase such as Ni and Co, is widely known.
例えば、特許文献１では、ＴｉＣサーメットの機械強度をより高めるべく、硬質相にＴｉＮを加えたＴｉ（Ｃ，Ｎ）サーメットを開示している。硬質相は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）からなる芯部と、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ及びＮｂのうちの１種以上とＴｉとの複合化合物からなる周辺部と、から構成される有芯構造として、周辺部内には硬さや靭性、耐熱衝撃性を向上させるためのＴｉＣ微粒子を分散させるとしている。これにより機械強度、特に、靱性を大きく向上させるとしている。ここで、結合相は５〜３０重量％の割合で与えられるが、結合相が少ないと焼結性を低下させることから靱性の低下、結果として、耐欠損性を損なうとしている。一方、結合相が多いと、相対的に硬質相の割合が低下し耐摩耗性及び耐塑性変形性を低下させるとしている。
For example,
サーメットにおける硬質相の粒子を結合する結合相としては、一般的に、ＣｏやＮｉが用いられているが、上記したように、結合相は耐摩耗性などに影響を与える。そこで、結合相の強度をより高めるための提案もなされている。 Co and Ni are generally used as the bonding phase for bonding the hard phase particles in the cermet, but as described above, the bonding phase affects the wear resistance and the like. Therefore, a proposal has been made to further increase the strength of the bound phase.
例えば、特許文献２では、Ｃｏ中にＷとＣｏの複合炭化物からなる微細析出分散硬化相を与えた金属結合相を用いたＴｉ（Ｃ，Ｎ）サーメットを開示している。高熱発生を伴う高速切削に用いた場合にも、優れた耐塑性変形性、耐熱衝撃性、耐欠損性を示し、長期に亘って優れた耐摩耗性を発揮するとしている。
For example,
上記したように、主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる硬質相粒子を金属結合相にて結合したサーメットは、優れた耐塑性変形性、耐熱衝撃性、耐欠損性を示し、長期に亘って優れた耐摩耗性を有する。一方、近年、より過酷な機械加工への適用も求められており、特に、より高温での機械強度の向上が求められている。 As described above, the cermet in which hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded in a metal bonding phase exhibits excellent plastic deformation resistance, thermal shock resistance, and fracture resistance, and is excellent for a long period of time. Has abrasion resistance. On the other hand, in recent years, application to more severe machining is also required, and in particular, improvement of machine strength at a higher temperature is required.
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、室温から１０００℃程度の温度であっても高い機械強度を維持するとともに、室温における靱性値を損なわないサーメット系の加圧焼結体及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is a cermet that maintains high mechanical strength even at a temperature of about 1000 ° C. from room temperature and does not impair the toughness value at room temperature. It is an object of the present invention to provide a pressure sintered body of a system and a method for producing the same.
本発明による加圧焼結体は、主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる硬質相粒子を金属からなる金属結合相にて結合し室温におけるビッカース硬さをＨｖ１５００以上とした加圧焼結体であって、前記硬質相粒子の平均粒径を２μｍ以下とするとともに、５族又は６族に属する２０００℃以上の高融点金属からなる前記結合相を質量％で１０〜７０％の割合で含み、１０００℃における高温ビッカース硬さをＨｖ１２００以上としたことを特徴とする。
The pressure sintered body according to the present invention is a pressure sintered body in which hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded by a metal bonding phase composed of a metal to have a Vickers hardness of Hv1500 or more at room temperature. The average particle size of the hard phase particles is 2 μm or less, and the bonded phase made of a refractory metal of 2000 ° C. or higher belonging to
かかる発明によれば、室温から１０００℃程度の温度であっても高い機械強度を維持することができ、室温においての靱性値も損なわない。 According to such an invention, high mechanical strength can be maintained even at a temperature of about 1000 ° C. from room temperature, and the toughness value at room temperature is not impaired.
上記した発明において、室温でのヤング率を４００ＧＰａ以上としたことを特徴としてもよい。また、室温での破壊靱性値を４ＭＰａ・ｍ１／２以上としたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、室温において高い機械強度を維持できる。 The invention described above may be characterized in that the Young's modulus at room temperature is 400 GPa or more. Further, it may be characterized in that the fracture toughness value at room temperature is 4 MPa · m 1/2 or more. According to such an invention, high mechanical strength can be maintained at room temperature.
上記した発明において、質量％でＭｏを１０〜５０％の割合で含むことを特徴としてもよい。また、質量％でＷを１０〜６０％の割合で含むことを特徴としてもよい。また、質量％でＴａを１０〜６０％の割合で含むことを特徴としてもよい。また、質量％でＮｂを１０〜５０％の割合で含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、室温から１０００℃程度の温度において高い機械強度をより確実に得ることができる。 The invention described above may be characterized in that Mo is contained in a proportion of 10 to 50% by mass. Further, it may be characterized in that W is contained in a proportion of 10 to 60% in mass%. Further, it may be characterized by containing Ta in a proportion of 10 to 60% by mass. Further, it may be characterized in that Nb is contained in a proportion of 10 to 50% in mass%. According to such an invention, high mechanical strength can be more reliably obtained at a temperature of about 1000 ° C. from room temperature.
また、本発明による加圧焼結体の製造方法は、主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる硬質相粒子を金属からなる金属結合相にて結合し室温及び１０００℃におけるビッカース硬さをそれぞれＨｖ１５００以上及びＨｖ１２００以上とする加圧焼結体の製造方法であって、２μｍ以下の平均粒径のＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる粒子に対して、２μｍ以下の平均粒径の５族又は６族に属する２０００℃以上の高融点金属からなる粒子を質量％で１０〜７０％の割合で加え混合する混合工程と、１７００℃以上且つ前記高融点金属の融点以下の温度で加圧する加圧焼結工程と、を含むことを特徴とする。
Further, in the method for producing a pressure sintered body according to the present invention, hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded by a metal bonding phase composed of a metal, and the Vickers hardness at room temperature and 1000 ° C. is Hv1500 or more, respectively. And a method for producing a pressure sintered body having an Hv of 1200 or more, in which particles composed of Ti (C, N) having an average particle size of 2 μm or less are classified into
かかる発明によれば、室温から１０００℃程度の温度であっても高い機械強度を維持することができ、室温においての靱性値も損なわない加圧焼結体を得ることができる。 According to such an invention, it is possible to obtain a pressure sintered body which can maintain high mechanical strength even at a temperature of about 1000 ° C. from room temperature and does not impair the toughness value at room temperature.
上記した発明において、前記混合工程はボールミルによることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、粉体同士を均一に混合できて得られる加圧焼結体の機械強度を均一にし得る。 In the above invention, the mixing step may be characterized by using a ball mill. According to such an invention, the mechanical strength of the pressure sintered body obtained by uniformly mixing the powders can be made uniform.
上記した発明において、前記加圧焼結工程はパルス通電加圧焼結によることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、高融点金属からなる粒子を含む粉体同士の焼結を容易とする。 In the above invention, the pressure sintering step may be characterized by pulse energization pressure sintering. According to such an invention, it is easy to sinter powders containing particles made of a refractory metal.
上記した発明において、前記高融点金属は、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂのうちの１つ以上からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、上記した高い機械強度を維持することのできる加圧焼結体を容易に得ることができる。 In the above invention, the refractory metal may be characterized in that it is composed of one or more of Mo, W, Ta, and Nb. According to such an invention, a pressure sintered body capable of maintaining the above-mentioned high mechanical strength can be easily obtained.
以下、本発明の１つの実施例である加圧焼結体について、図１を用いてその詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the pressure sintered body, which is one embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.
図１に示すように、加圧焼結体１は、主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる硬質相粒子２を金属からなる金属結合相３にて結合したもので、室温におけるビッカース硬さをＨｖ１５００以上とした加圧焼結体である。ここで、同図は、ＳＥＭ−ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にエネルギー分散形Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を取り付けたもの）による断面組織の組成像（ＣＯＭＰＯ像）の写真である。硬質相粒子２は黒く、金属結合相３は白く表示され、断面から深さ約１μまでにおいて両者の重なった部分はその中間色で表示される。本実施例において、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）は、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５を用いた。つまり、加圧焼結体１は、硬質相粒子２であるＴｉＣ０．５Ｎ０．５の相と、金属結合相３であるＭｏの相との二相から構成される。
As shown in FIG. 1, the pressure sintered
特に、硬質相粒子２の平均粒径は２μｍ以下であり、金属結合相３は５族又は６族に属する２０００℃以上の高融点金属からなる。このような金属として、融点２４００℃以上のＭｏ（融点：２６２３℃），Ｗ（融点：３４２２℃），Ｔａ（融点：３０１７℃），Ｎｂ（融点：２４７７℃）の４つが挙げられ、これらの混合物も用い得る。本実施例において金属結合相３はＭｏからなり、４０質量％の割合を所定の含有量として加圧焼結体１に含まれる。
In particular, the average particle size of the
このような加圧焼結体１によれば、１０００℃における高温ビッカース硬さをＨｖ１２００以上とすることができる。
According to such a pressure sintered
また、室温において、ヤング率を４００ＧＰａ以上とでき、破壊靱性値を４ＭＰａ・ｍ１／２以上とすることができる。 Further, at room temperature, Young's modulus can be 400 GPa or more, and fracture toughness value can be 4 MPa · m 1/2 or more.
このような、加圧焼結体１は、そのうちの金属結合相３を構成する金属の所定の含有量として好ましい範囲があり、質量％で、以下の通りである。Ｍｏを単独で含む場合、１０〜５０％の割合とすることが好ましい。また、Ｗを単独で含む場合、１０〜６０％の割合とすることが好ましい。また、Ｔａを単独で含む場合、１０〜６０％の割合とすることが好ましい。また、Ｎｂを単独で含む場合、１０〜５０％の割合とすることが好ましい。
Such a pressure sintered
次に、加圧焼結体１の製造方法について、図２を用いて説明する。
Next, a method for producing the pressure sintered
図２に示すように、まず、粉体を混合する（混合工程：Ｓ１）。ここで混合する粉体は、硬質相粒子２を構成する平均粒径２μｍ以下のＴｉ（Ｃ，Ｎ）の粒子からなる粉体と、金属結合相３を構成する金属の平均粒径２μｍ以下の粒子からなる粉体である。これらを上記したような所定の含有量となるように配合し、粉体同士を均一に分散させるように混合する。例えば、ボールミルを用いると、容易に粉体同士を均一に分散させ得て好ましい。特に、粉体を均一に分散させることで、硬質相粒子２と金属結合相３との接触面積を大きくして、金属結合相３による硬さの低い部分的な塊を生成させないようにする。なお、混合工程における溶媒やその他の有機物を粉体から取り除くために熱処理等をしてもよい。
As shown in FIG. 2, first, the powder is mixed (mixing step: S1). The powder to be mixed here is a powder composed of Ti (C, N) particles having an average particle size of 2 μm or less constituting the
次いで、混合した粉体を加圧して焼結させる（加圧焼結工程：Ｓ２）。ここでは、例えばパルス通電加圧焼結を行うと、高融点金属からなる粒子を含む粉体同士の焼結を容易とし得て好適である。また、焼結温度は１７００℃以上、且つ、高融点金属の融点以下の温度とする。焼結時間は例えば５〜３０分とし得て、加圧する圧力としては例えば４０ＭＰａとし得る。 Next, the mixed powder is pressurized and sintered (pressure sintering step: S2). Here, for example, pulse energization pressure sintering is preferable because it can facilitate sintering of powders containing particles made of refractory metal. The sintering temperature is 1700 ° C. or higher and lower than the melting point of the refractory metal. The sintering time can be, for example, 5 to 30 minutes, and the pressurizing pressure can be, for example, 40 MPa.
以上のような方法で、加圧焼結体１を得ることができる。
The pressure sintered
［製造試験］
次に、複数種類の加圧焼結体を製造して、硬さ等を調査する製造試験を行った結果について説明する。
[Manufacturing test]
Next, the results of manufacturing tests for manufacturing a plurality of types of pressure sintered bodies and investigating hardness and the like will be described.
まず、図３に示す各組成となるよう配合された粉体はボールミルで混合された。ボールミルにおいては、プラスチックコーティングされた鋼球をメディアに用いてヘキサンを加えた湿式混合とし、混合時間を７２時間とした。混合後は、７０〜８０℃に加熱して粉体を乾燥させ、さらにメディアのプラスチック分を除去するために真空雰囲気中で９００℃に加熱して２時間保持した。 First, the powders blended to have the respective compositions shown in FIG. 3 were mixed by a ball mill. In the ball mill, a plastic-coated steel ball was used as a medium for wet mixing with hexane added, and the mixing time was 72 hours. After mixing, the powder was heated to 70 to 80 ° C. to dry the powder, and further heated to 900 ° C. in a vacuum atmosphere to remove the plastic component of the media and held for 2 hours.
なお、混合に用いた粉体は、粒径０．７０〜１．０μｍで純度９８．９％以上のＴｉＣ０．５Ｎ０．５粉体、粒径０．５０〜０．９９μｍで純度９９．８％以上のＭｏ粉体、粒径約０．６μｍで純度９９．９％のＷ粉体である。図示したように、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ粉体は、Ｍｏの含有量を、質量％で、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％とする５種類とした。また、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ粉体は、Ｗの含有量を、質量％で、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％とする７種類とした。 The powders used for mixing were TiC 0.5 N 0.5 powder having a particle size of 0.70 to 1.0 μm and a purity of 98.9% or more, and a purity of 99 with a particle size of 0.50 to 0.99 μm. Mo powder of 8.8% or more, W powder having a particle size of about 0.6 μm and a purity of 99.9%. As shown in the figure, the TiC 0.5 N 0.5- Mo powder has five types of Mo content, which are 20%, 30%, 40%, 50%, and 60% by mass. In addition, there are seven types of TiC 0.5 N 0.5- W powder having a W content of 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, and 80% in terms of mass%. And said.
続いて、混合された各組成の粉体は、それぞれパルス通電加圧焼結によって焼結された。焼結における加圧力と焼結時間は同図に示す通りである。 Subsequently, the mixed powders of each composition were sintered by pulse energization pressure sintering. The pressing force and sintering time in sintering are as shown in the figure.
得られた加圧焼結体は、ＳＥＭ−ＥＤＳによる断面観察、超音波パルスエコー法によるヤング率測定、ＩＦ法による室温での破壊靭性値測定にそれぞれ供された。さらに、１気圧のアルゴンガス雰囲気中での室温〜１０００℃におけるマイクロビッカース硬さ試験に供された。マイクロビッカース硬さ試験においては、荷重を９．８Ｎとし、保持時間を１０秒とした。また、アルキメデス法による密度測定に供されるとともに、得られた密度からＴｉＣ０．５Ｎ０．５、Ｍｏ、Ｗの理論密度を用いて相対密度も算出された。 The obtained pressurized sintered body was subjected to cross-sectional observation by SEM-EDS, Young's modulus measurement by ultrasonic pulse echo method, and fracture toughness value measurement at room temperature by IF method, respectively. Further, it was subjected to a Micro Vickers hardness test at room temperature to 1000 ° C. in an argon gas atmosphere of 1 atm. In the Micro Vickers hardness test, the load was 9.8 N and the holding time was 10 seconds. In addition, the density was measured by the Archimedes method, and the relative density was also calculated from the obtained density using the theoretical densities of TiC 0.5 N 0.5 , Mo, and W.
図４に示すように、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ及びＭｏの加圧焼結体の断面のＳＥＭ−ＥＤＳ写真を得た。すなわち、Ｍｏの含有量を０〜１００質量％まで変えたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏの加圧焼結体の断面写真である。その含有量は、質量％で、（ａ）０％、（ｂ）２０％、（ｃ）３０％、（ｄ）４０％、（ｅ）５０％、（ｆ）６０％、（ｇ）１００％である。これらの加圧焼結体は、（ａ）及び（ｇ）を除いて、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５相とＭｏ相の二相から構成されることが判る。なお、図１は（ｄ）の拡大写真である。 As shown in FIG. 4, SEM-EDS photographs of cross sections of TiC 0.5 N 0.5 , TiC 0.5 N 0.5- Mo and Mo pressure sintered bodies were obtained. That is, it is a cross-sectional photograph of a pressure sintered body of TiC 0.5 N 0.5 −Mo in which the Mo content is changed from 0 to 100% by mass. The content is (a) 0%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, (e) 50%, (f) 60%, (g) 100% in mass%. Is. It can be seen that these pressure sintered bodies are composed of two phases, a TiC 0.5 N 0.5 phase and a Mo phase, except for (a) and (g). Note that FIG. 1 is an enlarged photograph of (d).
図５に示すように、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗの加圧焼結体の断面のＳＥＭ−ＥＤＳ写真を得た。Ｗの含有量は、同様に質量％で、（ａ）２０％、（ｂ）３０％、（ｃ）４０％、（ｄ）５０％、（ｅ）６０％、（ｆ）１００％である。これらの加圧焼結体は、同様に、（ｆ）を除いて、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５相とＷ相の二相から構成されることが判る。 As shown in FIG. 5, SEM-EDS photographs of cross sections of a pressure sintered body of TiC 0.5 N 0.5- W were obtained. Similarly, the content of W is (a) 20%, (b) 30%, (c) 40%, (d) 50%, (e) 60%, and (f) 100% in mass%. Similarly, it can be seen that these pressure sintered bodies are composed of two phases, a TiC 0.5 N 0.5 phase and a W phase, except for (f).
図６を参照すると、Ｗの加圧焼結体を除いて、他の全ての加圧焼結体の相対密度が１００％に近い値を示した。つまり、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏの加圧焼結体及びＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗの加圧焼結体はともに相対密度が高い。 With reference to FIG. 6, the relative densities of all the other pressure-sintered bodies except the W pressure-sintered body showed values close to 100%. That is, both the pressure sintered body of TiC 0.5 N 0.5- Mo and the pressure sintered body of TiC 0.5 N 0.5- W have high relative densities.
図７に示すように、マイクロビッカース硬さ試験の結果、Ｍｏの含有量を２０〜４０％としたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ加圧焼結体は、室温から１０００℃までのいずれの温度においてもＴｉＣ０．５Ｎ０．５のみの加圧焼結体に比べて約Ｈｖ５００以上の高い硬さを有していた。なお、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ加圧焼結体は、いずれについても室温でＨｖ１５００以上であり、１０００℃でＨｖ１２００以上であった。なお、比較のため、超硬合金（三菱マテリアル株式会社製、ＨＴｉ１０）の硬さも併せて示した。 As shown in FIG. 7, as a result of the Micro Vickers hardness test, the TiC 0.5 N 0.5- Mo pressure sintered body having a Mo content of 20 to 40% was obtained from room temperature to 1000 ° C. Even at this temperature, it had a hardness of about Hv500 or more higher than that of the pressure sintered body containing only TiC 0.5 N 0.5 . The TiC 0.5 N 0.5- Mo pressure sintered body had Hv1500 or higher at room temperature and Hv1200 or higher at 1000 ° C. For comparison, the hardness of cemented carbide (HTi10 manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is also shown.
図８に示すように、マイクロビッカース硬さ試験の結果、Ｗの含有量を２０〜７０％としたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ加圧焼結体は、室温から１０００℃までのいずれの温度においてもＴｉＣ０．５Ｎ０．５のみの加圧焼結体に比べて高い硬さを有していた。この硬さの差は、最大でＨｖ１０００程度であった。なお、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ加圧焼結体は、いずれについても室温でＨｖ１５００以上であり、１０００℃でＨｖ１２００以上であった。 As shown in FIG. 8, as a result of the Micro Vickers hardness test, the TiC 0.5 N 0.5- W pressure sintered body having a W content of 20 to 70% was obtained from room temperature to 1000 ° C. Even at this temperature, it had a higher hardness than the pressure sintered body containing only TiC 0.5 N 0.5 . This difference in hardness was about Hv1000 at the maximum. The TiC 0.5 N 0.5 −W pressure sintered body had Hv1500 or higher at room temperature and Hv1200 or higher at 1000 ° C.
図９〜図１２は、それぞれ、室温、６００℃、８００℃、１０００℃でのマイクロビッカース硬さ試験の結果を示した。これらは、上記したマイクロビッカース試験の結果を温度毎にまとめて、金属結合相（Ｍｏ、Ｗ）の含有量で整理したものである。上記したようにＭｏの含有量を２０〜４０％としたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ加圧焼結体、及び、Ｗの含有量を２０〜７０％としたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ加圧焼結体は、いずれの温度でもＴｉＣ０．５Ｎ０．５のみの加圧焼結体に比べて高い硬さを有していた。 9 to 12 show the results of the Micro Vickers hardness test at room temperature, 600 ° C., 800 ° C., and 1000 ° C., respectively. These are the results of the above-mentioned Micro Vickers test summarized by temperature and arranged by the content of the metal bonding phase (Mo, W). As described above, a TiC 0.5 N 0.5- Mo pressure sintered body having a Mo content of 20 to 40% and a TiC 0.5 N 0 having a W content of 20 to 70%. The .5- W pressure sintered body had a higher hardness than the pressure sintered body containing only TiC 0.5 N 0.5 at any temperature.
図１３には、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ加圧焼結体、及び、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ加圧焼結体のヤング率及び破壊靭性値を示した。ヤング率は、Ｍｏの含有量を２０〜６０質量％とした場合、Ｗの含有量を２０〜８０質量％とした場合の全てで４００ＧＰａ以上であった。また、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５に対してＭｏ又はＷの金属結合相を加えることで破壊靭性値を向上させ得ることが判った。特に、Ｗの含有量を４０〜６０質量％とした場合と、Ｗの含有量を６０〜８０質量％とした場合には破壊靭性値を５ＭＰａ・ｍ１／２以上とすることができた。 FIG. 13 shows the Young's ratio and fracture toughness values of the TiC 0.5 N 0.5- Mo pressure sintered body and the TiC 0.5 N 0.5- W pressure sintered body. The Young's modulus was 400 GPa or more in all cases where the Mo content was 20 to 60% by mass and the W content was 20 to 80% by mass. It was also found that the fracture toughness value can be improved by adding a metal bonding phase of Mo or W to TiC 0.5 N 0.5 . In particular, when the W content was 40 to 60% by mass and when the W content was 60 to 80% by mass, the fracture toughness value could be 5 MPa · m 1/2 or more.
これらの結果を踏まえ、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ加圧焼結体において、Ｍｏの含有量は１０〜５０質量％の割合とすることが好ましい。また、ＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗ加圧焼結体において、Ｗの含有量は１０〜６０質量％の割合とすることが好ましい。 Based on these results, the Mo content is preferably 10 to 50% by mass in the TiC 0.5 N 0.5- Mo pressure sintered body. Further, in the TiC 0.5 N 0.5 −W pressure sintered body, the W content is preferably 10 to 60% by mass.
なお、Ｍｏの粉体の粒径を大きくした場合には、高温において十分な硬さを得られないことも別途確認した。 It was also separately confirmed that when the particle size of the Mo powder was increased, sufficient hardness could not be obtained at high temperatures.
図１４には、上記した製造方法で製造されたＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｍｏ及びＴｉＣ０．５Ｎ０．５−Ｗの各加圧焼結体について、透過電子顕微鏡にて観察したＴＥＭ−ＥＤＳ写真を示した。ここでは、前者ではＭｏを２０質量％、後者ではＷを５０質量％加えた各加圧焼結体の例を示した。（ａ）では、粒子状でコントラストを明るく（白く）観察されるＭｏ相、粒子状でコントラストを暗く（黒く）観察されるＴｉ（Ｃ，Ｎ）相とともに、その間に、網目状にコントラストを中間値（灰色）とするＭｏ−ｒｉｃｈのＴｉ（Ｃ，Ｎ）相が観察される。同様に、（ｂ）では、粒子状でコントラストを明るく（白く）観察されるＷ相、粒子状でコントラストを暗く観察されるＴｉ（Ｃ，Ｎ）相とともに、その間に、網目状にコントラストを中間値（灰色）とするＷ−ｒｉｃｈのＴｉ（Ｃ，Ｎ）相が観察される。つまり、焼結体を構成する粒子間に、それぞれ、Ｍｏ−ｒｉｃｈ相及びＷ−ｒｉｃｈ相が非常に薄く且つ粒子界に沿ってきれいに入り込んでこの粒子間を結合していることが判る。かかる粒子間の結合組織がサーメットの高強度化に貢献していると推測された。 In FIG. 14, each pressure sintered body of TiC 0.5 N 0.5- Mo and TiC 0.5 N 0.5- W produced by the above-mentioned production method was observed with a transmission electron microscope. TEM-EDS photographs are shown. Here, an example of each pressure sintered body in which 20% by mass of Mo is added in the former and 50% by mass of W is added in the latter is shown. In (a), the Mo phase in which the contrast is observed to be bright (white) in the form of particles and the Ti (C, N) phase in which the contrast is observed to be dark (black) in the form of particles are observed, and the contrast is intermediate in a mesh pattern between them. The Ti (C, N) phase of Mo-rich as the value (gray) is observed. Similarly, in (b), the W phase in which the contrast is observed to be bright (white) in the form of particles and the Ti (C, N) phase in which the contrast is observed to be dark in the form of particles are observed, and the contrast is intermediate in a mesh pattern between them. The Ti (C, N) phase of W-rich as the value (gray) is observed. That is, it can be seen that the Mo-rich phase and the W-rich phase are very thin and penetrate cleanly along the particle boundary between the particles constituting the sintered body, respectively, and bond the particles. It was speculated that the connective tissue between the particles contributed to increasing the strength of the cermet.
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the examples according to the present invention and the modifications based on the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to this, and those skilled in the art deviate from the gist of the present invention or the appended claims. Without doing so, various alternative and modified examples could be found.
１ 加圧焼結体
２ 硬質相粒子
３ 金属結合相
1 Pressurized
Claims (11)
前記硬質相粒子の平均粒径を２μｍ以下とするとともに、５族又は６族に属する２４００℃以上の高融点金属からなる前記金属結合相を質量％で１０〜７０％の割合で含み、１０００℃における高温ビッカース硬さをＨｖ１２００以上としたことを特徴とする加圧焼結体。 A pressure sintered body in which hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded by a metal bonding phase composed of a metal and the Vickers hardness at room temperature is Hv1500 or higher.
The average particle size of the hard phase particles is 2 μm or less, and the metal bonding phase composed of a refractory metal of 2400 ° C. or higher belonging to Group 5 or Group 6 is contained in a mass% of 10 to 70% at 1000 ° C. A pressure sintered body characterized in that the high-temperature Vickers hardness in
２μｍ以下の平均粒径のＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる粒子に対して、２μｍ以下の平均粒径の５族又は６族に属する２４００℃以上の高融点金属からなる粒子を質量％で１０〜７０％の割合で混合する混合工程と、１７００℃以上且つ前記高融点金属の融点以下の温度で加圧する加圧焼結工程と、を含むことを特徴とする加圧焼結体の製造方法。 This is a method for producing a pressure sintered body in which hard phase particles mainly composed of Ti (C, N) are bonded by a metal bonding phase composed of a metal to have Vickers hardnesses of Hv1500 or higher and Hv1200 or higher, respectively, at room temperature and 1000 ° C. hand,
Particles made of refractory metal of 2400 ° C. or higher belonging to Group 5 or Group 6 having an average particle size of 2 μm or less are 10 by mass% of particles made of Ti (C, N) having an average particle size of 2 μm or less. A method for producing a pressure sintered body, which comprises a mixing step of mixing at a ratio of 70% and a pressure sintering step of pressurizing at a temperature of 1700 ° C. or higher and lower than the melting point of the refractory metal.
The method for producing a pressure sintered body according to any one of claims 8 to 10, wherein the refractory metal comprises one or more of Mo, W, Ta, and Nb.
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