JP2531624B2

JP2531624B2 - 高靱性と高強度を有する有芯ｗ合金焼結体の製造法

Info

Publication number: JP2531624B2
Application number: JP61037476A
Authority: JP
Inventors: 治間山; 正一水野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1986-02-24
Filing date: 1986-02-24
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPS62196306A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高靭性と高強度を有し、したがって特に
衝撃的な負荷のかかるクウィルやマンドレル等として用
いるのに適した有芯Ｗ合金焼結体の製造法に関するもの
である。

〔従来の技術〕一般に、Ｗ合金焼結体が、自動巻時計の重りや遮蔽
材、バランサー等として用いられ、さらに近年はこれら
のもつ高比重および高強度に着目して、衝撃的な負荷の
かかるクウィルやマンドレル等に用いることも試みられ
ている。

また、上記のＷ合金焼結体が、例えば特開昭59−1303
7号公報に記載されるように、原料粉末としてＷ粉末、N
i粉末、およびFe粉末を用い、これら原料粉末を、重量
％で、W:85〜98％、Ni＋Fe:残り、の割合に配合し、混
合し、圧粉体に静水圧成形し、この圧粉体を、５〜20℃
程度の露点を有する水素の雰囲気中で液相焼結し、さら
に必要に応じて５〜15％の加工率で硬質化スエージング
加工を施すことにより製造されることも知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の従来Ｗ合金焼結体においては、高強度
の必要性からＷ含有量を相対的に高くすると靭性が著し
く低下し、一方高靭性を確保する目的でＷ含有量を相対
的に低くすると強度の低下が著しく、例えばクウィルや
マンドレルとして用いた場合靭性が低いと高速回転時に
破損の危険性があり、強度が低いと撓みが生じて所定の
性能が得られないなどの問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は上述のような観点から、高靭性
と高強度を有するＷ合金焼結体を製造すべく研究を行な
った結果、Ｗ合金焼結体の製造法に際して、圧粉体を外
側部と芯部で構成すると共に、前記外側部を、重量％
で、W:93〜97％、Ni＋Fe:残り、の割合で配合した混合
粉末で、前記芯部を、W:85〜91％、Ni＋Fe:残り、の割
合で配合した混合粉末で構成し、この圧粉体を相対的に
低い０〜−60℃の露点を有する水素の雰囲気中、1450℃
以上の温度で液相焼結し、液相焼結後の焼結体に、真空
中、700〜1400℃の温度に加熱保持後、少なくとも300℃
までを40℃／分以上の冷却速度で冷却の熱処理を施す
と、前記焼結雰囲気および熱処理によって前記芯部によ
る靭性向上効果が一段と促進し、かつ前記外側部によっ
て高強度が確保され、さらにこれにスエージング加工を
加えれば、特に前記外側部の硬さが一層向上するように
なるという研究結果を得たのである。

この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたも
のであって、（ａ）原料粉末としてＷ粉末、Ni粉末、Fe粉末、およ
びNi−Fe合金粉末を用意し、（ｂ）これら原料粉末を用い、重量％で、 W:93〜97％、Ni＋Fe:残り、の割合に配合した圧粉体外
側部形成用混合粉末と、 W:85〜91％、Ni＋Fe:残り、の割合に配合した圧粉体芯
部形成用混合粉末、を調製し、（ｃ）上記２種の混合粉末で構成された外側部と芯部
からなる圧粉体を１〜4ton/cm²の圧力ので静水圧成形
し、（ｄ）上記圧粉体を、０〜−60℃の露点を有する水素
の雰囲気中、1450℃以上の温度で液相焼結し、（ｅ）この結果得られた焼結体に、真空中、700〜140
0℃の温度に加熱保持後、少なくとも300℃までを40℃／
分以上の冷却速度で冷却の強靭性熱処理を施して、上記
外側部の高強度化および上記芯部の高靭性化をはかり、（ｆ）さらに必要に応じて、５〜20％の加工率で上記
外側部硬質化のスエージング加工を施す、以上（ａ）〜（ｆ）の基本工程により高靭性と高強度を
有する有芯Ｗ合金焼結体を製造する方法に特徴を有する
ものである。

さらに、この発明の方法を詳述する。

（１）混合粉末の配合割合Ｗ粉末の配合割合に関し、外側部および芯部がそれぞ
れ93％未満および85％未満では所望の高比重を保持する
ことができず、かつ外側部では高強度の確保が困難であ
り、一方外側部では97％を越えると、相対的にNi＋Feの
割合が少なくなりすぎて所望の焼結を行なうことができ
ず、この結果強度の低下は避けられず、また芯部では91
％を越えると芯部による高靭性を確保することができな
くなることから、外側部の割合を93〜97％、芯部の割合
を85〜91％と定めた。

また、NiとFeの相互割合については、Feの割合をNi＋
Feに占める割合で20〜50％とするのが望ましく、この範
囲でNiおよびFe単位より融点が十分に低下し、効果的な
液相焼結が可能となるからである。

さらに、この場合Ni−Fe合金粉末を用いてもNi粉末お
よびFe粉末を用いたと同じ効果がもたらされることは勿
論である。

また、これら原料粉末の粒径は、圧粉体成形性、焼結
性、および焼結体特性の面から平均粒径で１〜10μｍと
するのがよい。

（２）圧粉体の静水圧成形圧力その圧力が1ton/cm²未満では、焼結体に２〜３％程度
の気孔が残留するのが避けられず、これが強度および靭
性低下の原因となり、一方その圧力が4ton/cm²を越える
と、圧粉体の密度が高くなりすぎて、焼結時の昇温過程
で気孔は、ほとんどがいわゆるクローズドポアとなるた
め、雰囲気の水素による還元や不純物除去が効果的に行
なえず、所望の強度および靭性を確保することができな
くなることから、その圧力を１〜4ton/cm²と定めた。

（３）焼結水素雰囲気通常、焼結水素雰囲気の形成には、上記の通り５〜20
℃程度の露点を有する水素が用いられているが、この水
素によって形成された焼結雰囲気では圧粉体中に存在す
る酸化物やその他の不純物を十分に還元および除去する
ことができず、焼結体中に残留するようになって強度お
よび靭性低下の原因になる。また、この現象は水素の露
点が０℃になるまで続き、これが０℃以下になると酸化
物還元と不純物除去が急激に進行するようになる。しか
し−60℃未満の低い露点の水素を用いても酸化物還元お
よび不純物除去効果に一段の向上が見られないことか
ら、焼結雰囲気の形成に用いられる水素を０〜−60℃の
露点をもつものと定めた。

また、焼結に関しては、NiやFeが少なくとも液相を形
成する温度に、十分な合金化と緻密化が進行するのに必
要な時間保持する必要があり、具体的には1450℃以上の
温度に30分以上保持することによって十分な焼結が行な
われる。

（４）強靭化熱処理焼結体中に固溶含有する水素を低減し、かつ粒界や粒
内への微量の析出物の形成を防止すると共に、Ni＋Fe
（結合相）中に過飽和に固溶したＷの析出防止をはかっ
て、焼結体外側部を強化し、かつ芯部を靭性化するため
に、真空中、700〜1400℃の温度に、望ましくは２〜10
時間保持後、少なくとも300℃までを40℃／分以上の冷
却速度で冷却の条件で熱処理を行なう必要がある。

なお、上記強靭化熱処理において、温度を上記の通り
700〜1400℃としたのは、その温度が700℃未満では、焼
結体中に固溶体含有する水素の低減をはかることができ
ず、一方その温度が1400℃を越えると粒成長が急激に進
行するようになって強度低下が避けられないという理由
によるものである。

また、冷却速度が40℃／分未満になると、粒界や粒内
に微量の析出物が析出するようになるほか、結合相に過
飽和に固溶したＷが析出した所望の高強度化および高靭
性化をはかることができないことから、その冷却速度を
40℃／分以上とした。

この場合、40℃／分以上の冷却速度での冷却は少なく
とも300℃まで行なう必要があり、前記冷却速度での冷
却を300℃を越えて高い温度で中止し、以降の300℃まで
の冷却を40℃／分未満の冷却速度で行なうと、この間に
上記の析出物の形成やＷの析出が起って所望の高強度化
および高靭性化をはかることができなくなるからであ
る。

（５）スエージング加工焼結体の外側部の硬さをさらに向上させる目的で、必
要に応じてスエージング加工が施されるが、その場合そ
の加工率が５％未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、一方その加工率が20％を越えると芯部の靭性低下が
著しくなるので、加工率は５〜20％とする必要がある。

なお、この発明の方法により製造された有芯Ｗ合金焼
結体においては、上記の通り高強度の外側部によって、
これを例えばクウィルやマンドレルとして用いた場合高
い性能を示し、芯部で靭性を確保するものであるから、
外側部と芯部の相対割合は必要に応じて適宜変更してよ
いが、圧粉体の成形上の制約から、体積比で、外側部：
芯部＝8:2〜2:8、望ましくは6:4〜4:6とするのがよい。

〔実施例〕

つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明
する。

原料粉末として、平均粒径:5.5μｍのＷ粉末、同5.0
μｍのNi粉末、および同6.2μｍのFe粉末を用意し、こ
れら原料粉末を、外側部形成用および芯部形成用とし
て、それぞれ第1,2表に示される配合組成に配合し、ポ
ットミル中で72時間湿式混合し、乾燥した後、この結果
の外側部形成用および芯部形成用混合粉末を、ラバー容
器中に混り合わないように充填し、第1,2表に示される
成形圧力で静水圧成形（ラバープレス成形）して、同じ
く第1,2表に示される体積比の外側部と芯部からなる圧
粉体とし、これらの圧粉体を第3,4表に示される条件で
焼結し、ついでこれらの焼結体に、真空中、同じく第3,
4表に示される条件で強靭化熱処理を施し、あるいはこ
れを行なうことなく本発明法１〜８および比較法１〜８
をそれぞれ実施し、直径:40mm^φ（芯部直径:14mm^φ）×
長さ:400mmの寸法をもった円柱状の有芯Ｗ合金焼結体を
製造した。

なお、比較法１〜８は、製造条件のうちのいずれかが
この発明の範囲から外れた条件で行ない、さらに強靭化
熱処理を省略した場合のものである。

この結果得られた各種の焼結体の外側部と芯部の引張
強さと伸びを測定し、強度と靭性を評価した。この測定
結果を第５表に示した。

また、第１図には本発明法３で製造された焼結体の外
側部（ａ）と芯部（ｂ）の金属顕微鏡組織写真（400
倍）を示した。

さらに、スエージング加工による特性変化を観察する
目的で、本発明法３により製造された焼結体に対して、
第６表に示される加工率でそれぞれスエージング加工を
施し、加工後の特性変化をロックウエル硬さＣスケー
ル、引張強さ、および伸びについて測定し、この測定結
果を第６表に示した。

〔発明の効果〕

第１〜５表に示される結果から、本発明法１〜８によ
れば、高強度の外側部と高靭性の芯部からなる有芯Ｗ合
金焼結体を製造することができるのに対して、比較法１
〜８に見られるように、製造条件のうちのいずれかの条
件がこの発明の範囲から外れたり、さらに強靭化熱処理
を行なわない場合には、強度および／または靭性の劣っ
た焼結体しか製造することができないことが明らかであ
る。

また、第６表に示される結果から、有芯Ｗ合金焼結体
にスエージング加工を施すことによって特に外側部の硬
さが増し、かつ強度も上昇し、反面靭性（伸び）が低下するようになることが明白である。

上述のように、この発明の方法によれば、すぐれた靭
性を有し、かつ高強度をもったＷ合金焼結体を製造する
ことができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明法３により製造された有芯Ｗ合金焼結
体の外側部（ａ）と芯部（ｂ）の金属顕微鏡組織写真
（400倍）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−213338（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−13037（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−37503（ＪＰ，Ａ) 特開昭47−38706（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−11133（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）原料粉末としてＷ粉末、Ni粉末、
Fe粉末、およびNi−Fe合金粉末を用意し、（ｂ）これら原料粉末を用い、重量％で、 W:93〜97％、Ni＋Fe:残り、の割合に配合した圧粉体外
側部形成用混合粉末と、 W:85〜91％、Ni＋Fe:残り、の割合に配合した圧粉体芯
部形成用混合粉末、を調製し、（ｃ）上記２種の混合粉末で構成された外側部と芯部
からなる圧粉体を１〜4ton/cm²の圧力で静水圧成形し、（ｄ）上記圧粉体を、０〜−60℃の露点を有する水素
の雰囲気中、1450℃以上の温度で液相焼結し、（ｅ）この結果得られた焼結体に、真空中、700〜140
0℃の温度に加熱保持後、少なくとも300℃までを40℃／
分以上の冷却速度で冷却の強靭化熱処理を施して、上記
外側部の高強度化および上記芯部の高靭性化をはかる、以上（ａ）〜（ｅ）の基本工程からなることを特徴とす
る高靭性と高強度を有する有芯Ｗ合金焼結体の製造法。
【請求項２】上記有芯Ｗ合金焼結体に、５〜20％の加工
率で上記外側部硬質化のスエージング加工を施すことを
特徴とする上記特許請求の範囲第（１）記載の有芯Ｗ合
金焼結体の製造法。