JP2022504253A - 靭性向上のための微細構造を有する硬質金属 - Google Patents
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Abstract
Description
a)0.05~0.5μmの平均粒径を有する炭化タングステン相と、
b)追加の金属炭化物相と、
c)バインダー金属相と、を含み、
前記追加の金属炭化物相は、室温で立方晶結晶構造で存在し、前記超硬合金中の前記追加の金属炭化物相の割合は、超硬合金の総体積を基準にして少なくとも4体積%であり、前記平均粒径はISO 4499-2に準拠した線形切片法によって求めた、超硬合金。
i)40~90体積%の炭化タングステン相と、
ii)10~32体積%のバインダー金属相、および
残部:追加の金属炭化物相。
ここで、追加の金属炭化物相の割合は、超硬合金の総体積を基準にして、少なくとも4体積%であり、前記体積%は、それぞれ超硬合金の総体積を基準にして、合計すると100体積%になり、任意に、粒成長抑制剤などのさらなる成分を考慮する。
i) 以下を含む粉末混合物を提供すること、
a)0.05~0.3μm、好ましくは0.05~0.25μm、より好ましくは0.05~0.2μmの平均粒径dBETを有する炭化タングステン粉末、
b)室温(25℃)で立方晶結晶構造で存在し、平均粒子径dBETが0.3~5μmである追加の金属炭化物粉末、及び
c)バインダー金属粉末、及び
ii)混合物を形成し、焼結すること。
出発粉末として、dBET値が90nmのWC粉末、dBET値が205nmのコバルト金属粉末、dBET値が610nmのTiC粉末、dBET値が370nmのTaC粉末、dBET値が430nmのCr3C2粉末、dBET値が350nmのVC粉末を用いた。62.7体積%(77重量%)のWC、15.9体積%(11重量%)のCo、12.9体積%(5重量%)のTiC、4.4体積%(5重量%)のTaC、1.9体積%(1重量%)のCr3C2、2.2体積%(1重量%)のVCの混合物200gをn-ヘプタン中でボールミルで48時間粉砕した。得られた超硬合金の分散液を乾燥させ、300MPaの圧力で一軸加圧して、グリーン密度が固体の場合に期待される密度(理論密度)の50%以上である長方形の試験片を得た。この試験片は、真空下で温度1450℃、保持時間30分で理論密度の95%以上まで圧縮され、その後、アルゴン雰囲気下で同じ温度で最終圧縮された(Sinter-HIP技術)。試験片は、光学顕微鏡下で完全に緻密であることが証明された。ISO 4505による空隙率は、A02、B00、C00に相当する。ビッカース硬さは1770HV10、破壊靱性(K1C)は、亀裂長を測定し,Shettyの式(Shetty 1985 - Indentation fracture of WC-Co cermets、上記参考文献参照)を用いて算出したところ,9.5MPa*m1/2であった。熱伝導率(TC)は29W/m*K(レーザーフラッシュ法による40℃での測定値)であった。
出発粉末として、dBET値が90nmのWC粉末、dBET値が205nmのコバルト金属粉末、dBET値が610nmのTiC粉末、dBET値が370nmのTaC粉末、dBET値が430nmのCr3C2粉末、及びdBET値が350nmのVC粉末を用いた。68.9体積%(80.6重量%)のWC、16体積%(10.6重量%)のCo、4体積%(2.6重量%)のTiC、7体積%(4.3重量%)のTaC、1.9体積%(0.9重量%)のCr3C2、2.2体積%(1重量%)のVCの混合物200gをn-ヘプタン中でボールミルで48時間粉砕した。得られた超硬合金の分散液を乾燥させ、300MPaの圧力で一軸加圧して、グリーン密度が固体の場合に期待される密度(理論密度)の50%以上である長方形の試験片を得た。この試験片は、真空下で温度1450℃、保持時間30分で理論密度の95%以上まで圧縮され、その後、アルゴン雰囲気下で同じ温度で最終圧縮された(Sinter-HIP技術)。試験片は、光学顕微鏡下で完全に緻密であることが証明された。ISO 4505による空隙率は、A02、B00、C00に相当する。ビッカース硬さは1690HV10、破壊靱性(K1C)は、亀裂長を測定し、Shettyの式(Shetty 1985 - Indentation fracture of WC-Co cermets、上記参考文献参照)を用いて算出したところ、9.7MPa*m1/2であった。熱伝導率(TC)は39W/m*K(レーザーフラッシュ法による40℃での測定値)であった。
出発粉末として、dBET値が90nmのWC粉末、dBET値が205nmのコバルト金属粉末、dBET値が610nmのTiC粉末、dBET値が370nmのTaC粉末、dBET値が430nmのCr3C2粉末、dBET値が350nmのVC粉末を用いた。68.5体積%(79.1重量%)のWC、10体積%(6.5重量%)のCo、10.1体積%(3.7重量%)のTiC、9体積%(9.6重量%)のTaC、1.2体積%(0.6重量%)のCr3C2、1.2体積%(0.5重量%)のVCの混合物200gをn-ヘプタン中でボールミルで44時間粉砕した。得られた超硬合金の分散液を乾燥させ、300MPaの圧力で一軸加圧して、グリーン密度が固体の場合に期待される密度(理論密度)の50%以上である長方形の試験片を得た。試験片は、真空下で温度1460℃、保持時間30分で理論密度の95%以上まで圧縮され、その後、アルゴン雰囲気下で同じ温度で最終圧縮された(Sinter-HIP技術)。試験片は、光学顕微鏡下で完全に緻密であることが証明された。ISO 4505による空隙率は、A02、B00、C00に相当する。ビッカース硬さは2020HV10、破壊靱性(K1C)は、亀裂長を測定し、Shettyの式(Shetty 1985 - Indentation fracture of WC-Co cermets, 上記参考文献参照)を用いて算出したところ、8.5MPa*m1/2であった。また、熱伝導率(TC)は35W/m*K(レーザーフラッシュ法による40℃での測定値)であった。
Claims (16)
- 超硬合金であって、
a)0.05~0.5μm、好ましくは0.05~0.23μm、より好ましくは0.05~0.09μmの平均粒径を有する炭化タングステン相と、
b)追加の金属炭化物相と、
c)バインダー金属相と、を含み、
前記追加の金属炭化物相は、室温で立方晶結晶構造で存在し、前記超硬合金中の前記追加の金属炭化物相の割合は、前記超硬合金の総体積を基準にして、少なくとも4体積%であり、前記平均粒径はISO 4499-2に準拠した線形切片法によって求めた、超硬合金。 - 前記追加の金属炭化物相が、炭化チタン(TiC)、炭化タンタル(TaC)、炭化ニオブ(NbC)、炭化ハフニウム(HfC)、炭化ジルコニウム、これらの混合物、及びこれらの化合物の混合炭化物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の超硬合金。
- 前記追加金属炭化物相は、ISO4499-2に準拠した線形切片法で求めた平均粒径が0.3~4μm、好ましくは0.5~1.5μmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の超硬合金。
- 前記追加の金属炭化物相が、切片の電子顕微鏡写真の線形解析(線形切片法)によって求めた平均間隔が0.5~10μm、好ましくは1~3μmの規則的に繰り返される分布で前記超硬合金中に存在することを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- 出発材料として、BET表面積に応じて、式dBET=6/(BET表面積*密度)に従って換算して求められる平均粒径dBETが、0.05~0.3μm、好ましくは0.05~0.25μm、より好ましくは0.05~0.2μmの炭化タングステン粉末を用いることを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- BET比表面積に応じて求められ、式dBET=6/(BET比表面積*密度)に従って換算して求められる平均粒径dBETが0.3~5μm、より好ましくは0.4~1μmの金属炭化物粉末を出発材料として用いることを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- 前記バインダー金属相が、鉄、コバルト、ニッケル、及びそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- 前記バインダー金属相が、鉄、コバルト、ニッケルからなる混合物であり、各成分の含有量が1質量%以上であることを特徴とする、請求項7に記載の超硬合金。
- 前記超硬合金が、好ましくは炭化バナジウム、炭化クロム、それらの混合物、及びこれらの化合物の混合炭化物からなる群から選択される粒成長抑制剤をさらに含むことを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- 前記超硬合金中の前記炭化タングステン相が、前記超硬合金の全体積を基準にして、40~90体積%で構成されていることを特徴とする、前述の請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- 前記超硬合金は、40℃でのレーザーフラッシュ法による熱伝導率が50W/m*K未満であることを特徴とする、前記請求項の少なくとも1つに記載の超硬合金。
- i)a)0.05~0.3μmの平均粒径dBETを有する炭化タングステン粉末、
b)室温(25℃)で立方晶結晶構造で存在し、平均粒子径dBETが0.3~5μmである追加の金属炭化物粉末、及び
c)バインダー金属粉末、を含む粉末混合物を提供すること、
及び
ii)前記混合物を形成し、焼結すること、
を含む、請求項1~11の1つ以上に記載の超硬合金を調製するためのプロセス。 - 前記焼結は、1150~1550℃の温度で行われることを特徴とする、請求項12に記載のプロセス。
- 請求項1~11の1つ以上に記載の超硬合金の、工具の製造のための使用。
- 請求項1~11の1つ以上に記載の超硬合金を成形して得られることを特徴とする部品。
- 前記部品は、ドリル、超硬ソリッドカッター、スローアウェイチップ、鋸歯、成形ダイ、シールリング、押し出しパンチ、プレスダイ、及び摩耗部品であることを特徴とする、請求項15に記載の部品。
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