JP2660455B2 - 耐熱硬質焼結合金 - Google Patents
耐熱硬質焼結合金Info
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0073—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only borides
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、常温特性ばかりでな
く、高温強度、耐酸化性などの優れた高温特性を有す
る、ＷＣｏＢ型複硼化物を主体とする硬質相と、該硬質
相を結合するＣｏ基合金の結合相よりなる、熱間伸銅ダ
イスなどの高温耐摩耗材料に用いられる耐熱硬質焼結合
金に関する。
く、高温強度、耐酸化性などの優れた高温特性を有す
る、ＷＣｏＢ型複硼化物を主体とする硬質相と、該硬質
相を結合するＣｏ基合金の結合相よりなる、熱間伸銅ダ
イスなどの高温耐摩耗材料に用いられる耐熱硬質焼結合
金に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐摩耗性を有する硬質焼結材料に対する
要求は年々厳しくなり、単なる耐摩耗性ばかりでなく、
耐熱性、耐食性などを合わせ持った材料が求められてい
る。硬質焼結材料としては、従来よりＷＣ基超硬合金や
ＴｉＣＮ系サーメットに代表される炭化物、窒化物及び
炭窒化物を利用した材料がよく知られている。近年これ
らに代わる材料として、硼化物の持つ高硬度、高融点、
電気伝導性などの優れた特性に着目し、ＷＢ，ＴｉＢ2
などの金属硼化物、並びにＭｏ2ＦｅＢ2及びＭｏ2Ｎｉ
Ｂ2などの金属複硼化物を利用した、硬質合金及びセラ
ミックスが提案されている。さらにＣｏ基耐摩耗合金と
しては、ステライトがある。
要求は年々厳しくなり、単なる耐摩耗性ばかりでなく、
耐熱性、耐食性などを合わせ持った材料が求められてい
る。硬質焼結材料としては、従来よりＷＣ基超硬合金や
ＴｉＣＮ系サーメットに代表される炭化物、窒化物及び
炭窒化物を利用した材料がよく知られている。近年これ
らに代わる材料として、硼化物の持つ高硬度、高融点、
電気伝導性などの優れた特性に着目し、ＷＢ，ＴｉＢ2
などの金属硼化物、並びにＭｏ2ＦｅＢ2及びＭｏ2Ｎｉ
Ｂ2などの金属複硼化物を利用した、硬質合金及びセラ
ミックスが提案されている。さらにＣｏ基耐摩耗合金と
しては、ステライトがある。
【０００３】これらのうちＷＢをＮｉ基合金で結合した
硬質合金（特公昭５６−４５９８５〜７）は、常磁性の
耐摩耗材料、特に時計側、装飾品を目的とした合金であ
り、高温構造材料を意図したものではない。ＴｉＢ2な
どの金属硼化物を利用したセラミクッス（例えば特公昭
６１−５０９０９、特公昭６３−５３５３）は、高硬度
で耐熱性に優れるものの、金属結合相がないため、熱衝
撃性に劣る。
硬質合金（特公昭５６−４５９８５〜７）は、常磁性の
耐摩耗材料、特に時計側、装飾品を目的とした合金であ
り、高温構造材料を意図したものではない。ＴｉＢ2な
どの金属硼化物を利用したセラミクッス（例えば特公昭
６１−５０９０９、特公昭６３−５３５３）は、高硬度
で耐熱性に優れるものの、金属結合相がないため、熱衝
撃性に劣る。
【０００４】また一般的に金属硼化物に金属元素を添加
した硬質材料は、脆い第３相を形成し易く高強度が得に
くいという欠点がある。この欠点を改良したのが、焼結
中の反応により形成されるＭｏ2ＦｅＢ2やＭｏ2ＮｉＢ2
などの金属複硼化物を利用した硬質合金である。このう
ちＭｏ2ＦｅＢ2系硬質合金（特公昭６０−５７４９９）
は、常温における機械的特性及び耐摩耗性、耐食性には
優れるが、鉄基結合相を有するため高温強度及び耐酸化
性は十分でない。またＭｏ2ＮｉＢ2系硬質合金（特開昭
６２−１９６３５３）は、耐熱性及び耐食性に優れる
が、Ｍｏ2ＮｉＢ2のマイクロヴィッカース硬度が約１．
５ＧＰａとあまり高くなく、またＮｉ基結合相を有する
ため耐摩耗性、耐凝着性ともに問題がある。またステラ
イトは、高温特性には優れるが耐摩耗材料としては硬度
が低い。
した硬質材料は、脆い第３相を形成し易く高強度が得に
くいという欠点がある。この欠点を改良したのが、焼結
中の反応により形成されるＭｏ2ＦｅＢ2やＭｏ2ＮｉＢ2
などの金属複硼化物を利用した硬質合金である。このう
ちＭｏ2ＦｅＢ2系硬質合金（特公昭６０−５７４９９）
は、常温における機械的特性及び耐摩耗性、耐食性には
優れるが、鉄基結合相を有するため高温強度及び耐酸化
性は十分でない。またＭｏ2ＮｉＢ2系硬質合金（特開昭
６２−１９６３５３）は、耐熱性及び耐食性に優れる
が、Ｍｏ2ＮｉＢ2のマイクロヴィッカース硬度が約１．
５ＧＰａとあまり高くなく、またＮｉ基結合相を有する
ため耐摩耗性、耐凝着性ともに問題がある。またステラ
イトは、高温特性には優れるが耐摩耗材料としては硬度
が低い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、常温特性ば
かりでなく、上記材料では不十分な高温強度、耐酸化性
などの優れた高温特性を有し、かつ脆い第３相の形成が
少なく、高硬度の硬質相と、該硬質相を結合する金属結
合相よりなる、耐熱硬質焼結合金を提供することを目的
としている。
かりでなく、上記材料では不十分な高温強度、耐酸化性
などの優れた高温特性を有し、かつ脆い第３相の形成が
少なく、高硬度の硬質相と、該硬質相を結合する金属結
合相よりなる、耐熱硬質焼結合金を提供することを目的
としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、３
５〜９５％のＷＣｏＢ型複硼化物をＣｏ基合金マトリッ
クス中に含み、その合金の組成が、Ｂ含有量が１．５〜
４．１％、Ｗ含有量が１９．１〜６９．７％、残部がＣ
ｏ及び不可避的不純物よりなる耐熱硬質焼結合金を提供
するものである。さらに上記組成に加えて、機械的特性
及び耐食性の向上のため、１〜３０％のＣｒの添加、及
び０．２〜２０％のＮｉ、０．２〜１０％のＦｅ、０．
１〜５％のＣｕの１種又は２種以上を添加をした耐熱硬
質焼結合金を提供するものである。
５〜９５％のＷＣｏＢ型複硼化物をＣｏ基合金マトリッ
クス中に含み、その合金の組成が、Ｂ含有量が１．５〜
４．１％、Ｗ含有量が１９．１〜６９．７％、残部がＣ
ｏ及び不可避的不純物よりなる耐熱硬質焼結合金を提供
するものである。さらに上記組成に加えて、機械的特性
及び耐食性の向上のため、１〜３０％のＣｒの添加、及
び０．２〜２０％のＮｉ、０．２〜１０％のＦｅ、０．
１〜５％のＣｕの１種又は２種以上を添加をした耐熱硬
質焼結合金を提供するものである。
【０００７】以下本発明の限定理由について詳細に説明
する。硬質相としてＷＣｏＢ型複硼化物を用いたのは、
焼結中の反応によりＷＣｏＢ型複硼化物を形成させるこ
とにより、硼化物系硬質合金中に形成され易い脆い第３
相の形成を抑制できるばかりでなく、ＷＣｏＢ型複硼化
物の硬度が、マイクロヴィッカース硬度で３．０ＧＰａ
以上と、Ｍｏ2ＦｅＢ2や Ｍｏ2ＮｉＢ2などの金属複硼
化物よりもはるかに高く、現在硬質材料として使用され
ている炭化物や窒化物と同等かそれ以上の硬度を有し、
かつ耐酸化性に優れるためである。
する。硬質相としてＷＣｏＢ型複硼化物を用いたのは、
焼結中の反応によりＷＣｏＢ型複硼化物を形成させるこ
とにより、硼化物系硬質合金中に形成され易い脆い第３
相の形成を抑制できるばかりでなく、ＷＣｏＢ型複硼化
物の硬度が、マイクロヴィッカース硬度で３．０ＧＰａ
以上と、Ｍｏ2ＦｅＢ2や Ｍｏ2ＮｉＢ2などの金属複硼
化物よりもはるかに高く、現在硬質材料として使用され
ている炭化物や窒化物と同等かそれ以上の硬度を有し、
かつ耐酸化性に優れるためである。
【０００８】なお以下、ＷＣｏＢおよびＷＣｏＢ中のＷ
およびＣｏの一部が他の遷移金属により置換された複硼
化物であり、Ｘ線回折によりＷＣｏＢと同定される複硼
化物を総称してＷＣｏＢ型複硼化物と呼ぶことにする。
およびＣｏの一部が他の遷移金属により置換された複硼
化物であり、Ｘ線回折によりＷＣｏＢと同定される複硼
化物を総称してＷＣｏＢ型複硼化物と呼ぶことにする。
【０００９】ＷＣｏＢ型複硼化物の量を３５〜９５％と
したのは、３５％以下になると複硼化物の量が不足し耐
摩耗性が低下するばかりでなく、Ｃｏ基合金マトリック
ス中に複硼化物のネットワークが十分に形成されず、高
温使用時に変形が著しくなるためである。一方複硼化物
の量が９５％を越えると硬度は高くなるものの、強度の
低下が著しい。よってＷＣｏＢ型複硼化物の量は、３５
〜９５％とする。
したのは、３５％以下になると複硼化物の量が不足し耐
摩耗性が低下するばかりでなく、Ｃｏ基合金マトリック
ス中に複硼化物のネットワークが十分に形成されず、高
温使用時に変形が著しくなるためである。一方複硼化物
の量が９５％を越えると硬度は高くなるものの、強度の
低下が著しい。よってＷＣｏＢ型複硼化物の量は、３５
〜９５％とする。
【００１０】Ｂは、本耐熱硬質焼結合金中のＷＣｏＢ型
複硼化物の形成に必要不可欠な元素であり、Ｂ含有量が
１．５％未満になると複硼化物の量が３５％をきること
になる。一方４．１％を越える複硼化物の量が９５％を
越え強度の低下が著しい。よって本耐熱硬質焼結合金中
のＢ含有量は、１．５〜４．１％とする。
複硼化物の形成に必要不可欠な元素であり、Ｂ含有量が
１．５％未満になると複硼化物の量が３５％をきること
になる。一方４．１％を越える複硼化物の量が９５％を
越え強度の低下が著しい。よって本耐熱硬質焼結合金中
のＢ含有量は、１．５〜４．１％とする。
【００１１】Ｗは、Ｂ同様ＷＣｏＢ型複硼化物の形成に
必要不可欠な元素である。ＷＣｏＢ複硼化物の化学量論
比はＷ：Ｃｏ：Ｂ＝１：１：１であるが、実際は完全な
化学量論的な化合物ではなく、数％の組成範囲を有する
ため、Ｗ／Ｂのモル比（以下Ｗ／Ｂ比と略す）は、１で
ある必要はないが、１の前後のある特定の範囲にするこ
とが重要である。種々実験の結果、Ｗ／Ｂ比が１を大幅
に外れ、１より小さい場合にはＣｏ2ＢなどのＣｏ硼化
物が、１より大きい場合にはＷ6Ｃｏ7などのＷとＣｏの
金属間化合物が形成され、強度の低下を招く。しかしな
がらＢ含有量をＸ％とした時、Ｗ／Ｂ比が、０．７５〜
０．１３５（１１．５−Ｘ）の範囲内に有れば、ＷＣｏ
Ｂ複硼化物及びＣｏ基合金マトリックス以外に、これら
の第３相が形成されたとしても、その影響は少なく、強
度の低下は許容範囲内にある。特にＷ／Ｂ比が１より大
きい場合、Ｂにたいして過剰なＷの一部は、Ｃｏ基合金
マトリックス中に固溶し、結合相を固溶強化し本耐熱硬
質焼結合金の機械的特性の向上をもたらす。しかしなが
らＷＣｏＢ複硼化物量の増加に伴いＣｏ基合金マトリッ
クスは減少し、合金の強度を維持するためには、それと
共にマトリックス中に含まれる過剰なＷ量も減少させる
必要があることから、Ｗ含有量の上限は、Ｂ含有量が下
限の１．５％の場合Ｗ／Ｂ比で１．３５、上限の４．１
％の場合１にする必要があり、これを式で表すと０．１
３５（１１．５−Ｘ）となる。よってＷ含有量は、Ｗ／
Ｂのモル比で０．７５〜０．１３５（１１．５−Ｘ）を
満足する範囲、好ましくは０．８〜０．１３５（１１．
５−Ｘ）の範囲、重量％で言えば、１９．１〜６９．７
％、好ましくは２０．４〜６９．７％とする。
必要不可欠な元素である。ＷＣｏＢ複硼化物の化学量論
比はＷ：Ｃｏ：Ｂ＝１：１：１であるが、実際は完全な
化学量論的な化合物ではなく、数％の組成範囲を有する
ため、Ｗ／Ｂのモル比（以下Ｗ／Ｂ比と略す）は、１で
ある必要はないが、１の前後のある特定の範囲にするこ
とが重要である。種々実験の結果、Ｗ／Ｂ比が１を大幅
に外れ、１より小さい場合にはＣｏ2ＢなどのＣｏ硼化
物が、１より大きい場合にはＷ6Ｃｏ7などのＷとＣｏの
金属間化合物が形成され、強度の低下を招く。しかしな
がらＢ含有量をＸ％とした時、Ｗ／Ｂ比が、０．７５〜
０．１３５（１１．５−Ｘ）の範囲内に有れば、ＷＣｏ
Ｂ複硼化物及びＣｏ基合金マトリックス以外に、これら
の第３相が形成されたとしても、その影響は少なく、強
度の低下は許容範囲内にある。特にＷ／Ｂ比が１より大
きい場合、Ｂにたいして過剰なＷの一部は、Ｃｏ基合金
マトリックス中に固溶し、結合相を固溶強化し本耐熱硬
質焼結合金の機械的特性の向上をもたらす。しかしなが
らＷＣｏＢ複硼化物量の増加に伴いＣｏ基合金マトリッ
クスは減少し、合金の強度を維持するためには、それと
共にマトリックス中に含まれる過剰なＷ量も減少させる
必要があることから、Ｗ含有量の上限は、Ｂ含有量が下
限の１．５％の場合Ｗ／Ｂ比で１．３５、上限の４．１
％の場合１にする必要があり、これを式で表すと０．１
３５（１１．５−Ｘ）となる。よってＷ含有量は、Ｗ／
Ｂのモル比で０．７５〜０．１３５（１１．５−Ｘ）を
満足する範囲、好ましくは０．８〜０．１３５（１１．
５−Ｘ）の範囲、重量％で言えば、１９．１〜６９．７
％、好ましくは２０．４〜６９．７％とする。
【００１２】本耐熱硬質焼結合金にＣｒの添加を行う場
合、Ｃｒは、ＷＣｏＢ複硼化物中に固溶し、主としてＣ
ｏの一部がＣｒによって置換されると考えられる、ＷＣ
ｏＢ型の（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ複硼化物(x+y+z=2)を形成
するばかりでなく、Ｃｏ基合金マトリックス中にも固溶
し、本耐熱硬質焼結合金の耐食性、耐熱性、耐酸化性を
向上させる。さらにＣｒは、（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ複硼
化物を微細化し、本耐熱硬質焼結合金の機械的特性を向
上させる働きを持つ。Ｃｒ含有量が１％未満では、上記
特性の向上は認められず、一方３０％を越すとＣｏＣｒ
シグマ相などの脆性相の生成により機械的特性の低下が
著しくなる。よってＣｒ含有量は、１〜３０％、好まし
くは３〜２５％とする。
合、Ｃｒは、ＷＣｏＢ複硼化物中に固溶し、主としてＣ
ｏの一部がＣｒによって置換されると考えられる、ＷＣ
ｏＢ型の（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ複硼化物(x+y+z=2)を形成
するばかりでなく、Ｃｏ基合金マトリックス中にも固溶
し、本耐熱硬質焼結合金の耐食性、耐熱性、耐酸化性を
向上させる。さらにＣｒは、（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ複硼
化物を微細化し、本耐熱硬質焼結合金の機械的特性を向
上させる働きを持つ。Ｃｒ含有量が１％未満では、上記
特性の向上は認められず、一方３０％を越すとＣｏＣｒ
シグマ相などの脆性相の生成により機械的特性の低下が
著しくなる。よってＣｒ含有量は、１〜３０％、好まし
くは３〜２５％とする。
【００１３】本耐熱硬質焼結合金にＮｉの添加を行う場
合、Ｎｉは、Ｃｏ基合金マトリックス中に固溶し、機械
的特性、耐食性及び耐熱性を向上させる効果を持つと考
えられる。Ｎｉ添加量が０．２％未満では、機械的特性
などの向上は認められず、一方２０％を越えると硬度の
低下により耐摩耗性が低下する。よって本耐熱硬質焼結
合金にＮｉを添加した場合の含有量は、０．２〜２０％
とする。
合、Ｎｉは、Ｃｏ基合金マトリックス中に固溶し、機械
的特性、耐食性及び耐熱性を向上させる効果を持つと考
えられる。Ｎｉ添加量が０．２％未満では、機械的特性
などの向上は認められず、一方２０％を越えると硬度の
低下により耐摩耗性が低下する。よって本耐熱硬質焼結
合金にＮｉを添加した場合の含有量は、０．２〜２０％
とする。
【００１４】Ｆｅは、ＷＣｏＢ型複硼化物並びにＣｏ基
合金マトリックス中の主としてＣｏと置換し、低温にお
ける強度の向上に効果を示すが、添加量が０．２％未満
では効果は認められない。一方添加量が１０％を越える
と耐食性、耐熱性および耐酸化性の低下が著しい。よっ
て本耐熱硬質焼結合金にＦｅを添加した場合の含有量
は、０．２〜１０％とする。
合金マトリックス中の主としてＣｏと置換し、低温にお
ける強度の向上に効果を示すが、添加量が０．２％未満
では効果は認められない。一方添加量が１０％を越える
と耐食性、耐熱性および耐酸化性の低下が著しい。よっ
て本耐熱硬質焼結合金にＦｅを添加した場合の含有量
は、０．２〜１０％とする。
【００１５】Ｃｕは、主としてＣｏ基合金マトリックス
中に固溶し、本耐熱硬質焼結合金の耐食性並びに熱伝導
性の改善に効果を示す。添加量が０．１％未満ではこれ
らの効果は認められず、５％を越えると機械的特性およ
び耐熱性が低下する。よって本耐熱硬質焼結合金にＣｕ
を添加した場合の含有量は、０．１〜５％とする。
中に固溶し、本耐熱硬質焼結合金の耐食性並びに熱伝導
性の改善に効果を示す。添加量が０．１％未満ではこれ
らの効果は認められず、５％を越えると機械的特性およ
び耐熱性が低下する。よって本耐熱硬質焼結合金にＣｕ
を添加した場合の含有量は、０．１〜５％とする。
【００１６】本耐熱硬質焼結合金中に含まれる不可避的
不純物元素の主なものは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｍｇ，
Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ，Ｃなどであり、これら不純物元素の含
有量は極力少ない方がよいが、これらの含有量の合計が
１．０％以下であれば特性の低下は比較的少ない。よっ
て本耐熱硬質焼結合金中に含まれる不可避的不純物元素
の含有量は、その合計で１．０％以下、好ましくは０．
５％以下とする。なお本耐熱硬質焼結合金を、強度を余
り必要としない耐摩耗被覆として用い、耐酸化性向上の
ために意識的にＳｉ，Ａｌなどを添加する場合はこの限
りではない。
不純物元素の主なものは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｍｇ，
Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ，Ｃなどであり、これら不純物元素の含
有量は極力少ない方がよいが、これらの含有量の合計が
１．０％以下であれば特性の低下は比較的少ない。よっ
て本耐熱硬質焼結合金中に含まれる不可避的不純物元素
の含有量は、その合計で１．０％以下、好ましくは０．
５％以下とする。なお本耐熱硬質焼結合金を、強度を余
り必要としない耐摩耗被覆として用い、耐酸化性向上の
ために意識的にＳｉ，Ａｌなどを添加する場合はこの限
りではない。
【００１７】本耐熱硬質焼結合金は、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，
Ｎｉ及びＦｅの硼化物粉末、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｃｕの元素の内１種または２種以上の元素とＢとの
合金粉末、もしくはＢ単体粉末と、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｕの単体金属粉末、もしくはこれらの元素
の内２種以上を含む合金粉末を、振動ボールミルなどの
より有機溶媒中で湿式混合粉砕後、乾燥・造粒・成形を
行い、その後真空、還元性ガス、あるいは不活性ガス中
などの非酸化性雰囲気中で、液相焼結を行うことにより
製造される。本耐熱硬質焼結合金の硬質相となるＷＣｏ
Ｂ型複硼化物は、上記原料粉末の焼結中の反応により形
成されるが、あらかじめＷ及びＣｏの硼化物、Ｂ単体粉
末などと、Ｗ，Ｃｏ及びＣｒなどの金属粉末を炉中で反
応させることにより、ＷＣｏＢ、（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ
などのＷＣｏＢ型複硼化物を製造し、これらの複硼化物
粉末に、Ｃｏ基合金マトリックスとなるＣｏ及びＣｒ，
Ｎｉなどの金属粉末を配合した粉末を、原料粉末として
用いても差し支えない。液相焼結は、合金組成により異
なるが一般的には、１３７３〜１６７３Ｋの温度で０．
３〜５．４ｋｓ行われる。なお本耐熱硬質焼結合金は、
普通焼結法だけでなく、ホットプレス法、熱間静水圧プ
レス法、通電焼結法など、他の焼結方法によっても製造
可能である。
Ｎｉ及びＦｅの硼化物粉末、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｃｕの元素の内１種または２種以上の元素とＢとの
合金粉末、もしくはＢ単体粉末と、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｕの単体金属粉末、もしくはこれらの元素
の内２種以上を含む合金粉末を、振動ボールミルなどの
より有機溶媒中で湿式混合粉砕後、乾燥・造粒・成形を
行い、その後真空、還元性ガス、あるいは不活性ガス中
などの非酸化性雰囲気中で、液相焼結を行うことにより
製造される。本耐熱硬質焼結合金の硬質相となるＷＣｏ
Ｂ型複硼化物は、上記原料粉末の焼結中の反応により形
成されるが、あらかじめＷ及びＣｏの硼化物、Ｂ単体粉
末などと、Ｗ，Ｃｏ及びＣｒなどの金属粉末を炉中で反
応させることにより、ＷＣｏＢ、（ＷxＣｏyＣｒz）Ｂ
などのＷＣｏＢ型複硼化物を製造し、これらの複硼化物
粉末に、Ｃｏ基合金マトリックスとなるＣｏ及びＣｒ，
Ｎｉなどの金属粉末を配合した粉末を、原料粉末として
用いても差し支えない。液相焼結は、合金組成により異
なるが一般的には、１３７３〜１６７３Ｋの温度で０．
３〜５．４ｋｓ行われる。なお本耐熱硬質焼結合金は、
普通焼結法だけでなく、ホットプレス法、熱間静水圧プ
レス法、通電焼結法など、他の焼結方法によっても製造
可能である。
【００１８】
【作用】本発明は、３５〜９５％のＷＣｏＢ型複硼化物
をＣｏ基合金マトリックス中に含む耐熱硬質焼結合金に
おいて、Ｗ含有量を、Ｂ含有量をＸ％とした時、Ｗ／Ｂ
のモル比で０．７５〜０．１３５（１１．５−Ｘ）、重
量で１９．１〜６９．７％の範囲内に限定することによ
り、硼化物系硬質合金中に形成され易い脆い第３相の形
成を抑制し、高硬度のＷＣｏＢ型複硼化物とＣｏ基合金
マトリックスの主として２相からなる耐熱硬質焼結合金
を提供するものである。さらに合金元素の添加、特にＣ
ｒの添加により、本耐熱硬質焼結合金の機械的特性、耐
熱性、耐酸化性などの諸特性は大幅に改善される。
をＣｏ基合金マトリックス中に含む耐熱硬質焼結合金に
おいて、Ｗ含有量を、Ｂ含有量をＸ％とした時、Ｗ／Ｂ
のモル比で０．７５〜０．１３５（１１．５−Ｘ）、重
量で１９．１〜６９．７％の範囲内に限定することによ
り、硼化物系硬質合金中に形成され易い脆い第３相の形
成を抑制し、高硬度のＷＣｏＢ型複硼化物とＣｏ基合金
マトリックスの主として２相からなる耐熱硬質焼結合金
を提供するものである。さらに合金元素の添加、特にＣ
ｒの添加により、本耐熱硬質焼結合金の機械的特性、耐
熱性、耐酸化性などの諸特性は大幅に改善される。
【００１９】
【実施例】本発明の実施例及び比較例を表１〜８により
説明する。
説明する。
【００２０】原料粉末として、表１に示す化合物粉末及
び表２に示す純金属粉末を用い、これらの粉末を表３及
び４に示す組成になるように、表５及び６に示す配合比
で配合後、振動ボールミルによりアセトン中で１００．
８ｋｓ、湿式混合粉砕を行った。ボールミル後、乾燥・
造粒を行い、できた微粉末を所定の形状にプレス成形
後、真空中、１４２３〜１５７３Ｋの温度で１．８ｋｓ
焼結を行った。
び表２に示す純金属粉末を用い、これらの粉末を表３及
び４に示す組成になるように、表５及び６に示す配合比
で配合後、振動ボールミルによりアセトン中で１００．
８ｋｓ、湿式混合粉砕を行った。ボールミル後、乾燥・
造粒を行い、できた微粉末を所定の形状にプレス成形
後、真空中、１４２３〜１５７３Ｋの温度で１．８ｋｓ
焼結を行った。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】本耐熱硬質焼結合金は、常温における機械
的特性ばかりでなく、高温特性にも優れる。ここでは、
実施例の焼結後の試片の常温における抗折力及び硬度の
測定結果と共に、１１７３Ｋにおける高温抗折力及び１
１７３Ｋ静止大気中、３．６ｋｓ保持後の酸化増量の測
定結果を表７に、同様に比較例の測定結果を表８に示
す。
的特性ばかりでなく、高温特性にも優れる。ここでは、
実施例の焼結後の試片の常温における抗折力及び硬度の
測定結果と共に、１１７３Ｋにおける高温抗折力及び１
１７３Ｋ静止大気中、３．６ｋｓ保持後の酸化増量の測
定結果を表７に、同様に比較例の測定結果を表８に示
す。
【００２８】
【００２９】
【００３０】表７、８より実施例１〜１０は、比較例１
〜４に比較して、いずれも常温における優れた抗折力、
硬度を有するばかりでなく、高温においても優れた抗折
力並びに耐酸化性を有することがわかる。それに対して
比較例１は、Ｗ／Ｂモル比が０．７５より低い場合であ
り、常温、高温共に抗折力が低い。比較例２は、Ｆｅ含
有量が１０％より多いため、常温抗折力は高いが、高温
抗折力、耐酸化性共に劣る。比較例３は、ＷＣｏＢ複硼
化物の代わりにＭｏＣｏＢ複硼化物を用いた例である
が、同硬度レベルの実施例に比較して、常温並びに高温
抗折力が低い。比較例４は、Ｍｏ2ＦｅＢ2系複硼化物を
用いた例であるが、比較例２同様、高温抗折力、耐酸化
性共に劣る。
〜４に比較して、いずれも常温における優れた抗折力、
硬度を有するばかりでなく、高温においても優れた抗折
力並びに耐酸化性を有することがわかる。それに対して
比較例１は、Ｗ／Ｂモル比が０．７５より低い場合であ
り、常温、高温共に抗折力が低い。比較例２は、Ｆｅ含
有量が１０％より多いため、常温抗折力は高いが、高温
抗折力、耐酸化性共に劣る。比較例３は、ＷＣｏＢ複硼
化物の代わりにＭｏＣｏＢ複硼化物を用いた例である
が、同硬度レベルの実施例に比較して、常温並びに高温
抗折力が低い。比較例４は、Ｍｏ2ＦｅＢ2系複硼化物を
用いた例であるが、比較例２同様、高温抗折力、耐酸化
性共に劣る。
【００３１】さらに実施例６および比較例４の合金を、
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金ではほとんど実用に耐えない純銅
用の熱間伸銅ダイスに適用した結果、比較例４のダイス
の押出し回数が５〜１０回であったのに対し、実施例６
のダイスは、比較例４の５〜１０倍の長寿命を達成し
た。
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金ではほとんど実用に耐えない純銅
用の熱間伸銅ダイスに適用した結果、比較例４のダイス
の押出し回数が５〜１０回であったのに対し、実施例６
のダイスは、比較例４の５〜１０倍の長寿命を達成し
た。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＷＣｏＢ
型複硼化物とＣｏ基合金マトリックスよりなる耐熱硬質
焼結合金は、常温特性ばかりでなく高温強度、耐酸化性
など優れた高温特性を有し、高温で使用可能な耐摩耗部
材、特に熱間伸銅ダイスとして長寿命が得られるという
利点がある。
型複硼化物とＣｏ基合金マトリックスよりなる耐熱硬質
焼結合金は、常温特性ばかりでなく高温強度、耐酸化性
など優れた高温特性を有し、高温で使用可能な耐摩耗部
材、特に熱間伸銅ダイスとして長寿命が得られるという
利点がある。
Claims (3)
- 【請求項１】 ３５〜９５重量％（以下％は重量％）の
ＷＣｏＢ型複硼化物をＣｏ基合金マトリックス中に含む
ことを特徴とする耐熱硬質焼結合金。 - 【請求項２】 合金中のＢ含有量が１．５〜４．１％、
Ｗ含有量が１９．１〜６９．７％、Ｃｒ含有量が１〜３
０％、残部がＣｏ及び不可避的不純物よりなることを特
徴とする請求項１記載の耐熱硬質焼結合金。 - 【請求項３】 合金中のＢ含有量が１．５〜４．１％、
Ｗ含有量が１９．１〜６９．７％、Ｃｒ含有量が１〜３
０％、及びＮｉ含有量が０．２〜２０％、Ｆｅ含有量が
０．２〜１０％、Ｃｕ含有量が０．１〜５％の１種又は
２種以上、残部がＣｏ及び不可避的不純物よりなること
を特徴とする請求項１記載の耐熱硬質焼結合金。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP3037905A JP2660455B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 耐熱硬質焼結合金 |
| US07/824,436 US5238481A (en) | 1991-02-08 | 1992-01-23 | Heat resistant sintered hard alloy |
| DE4203443A DE4203443C2 (de) | 1991-02-08 | 1992-02-06 | Wärmebeständige gesinterte Hartmetall-Legierung |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037905A JP2660455B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 耐熱硬質焼結合金 |
| DE4203443A DE4203443C2 (de) | 1991-02-08 | 1992-02-06 | Wärmebeständige gesinterte Hartmetall-Legierung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055152A JPH055152A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2660455B2 true JP2660455B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=39537549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037905A Expired - Fee Related JP2660455B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 耐熱硬質焼結合金 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5238481A (ja) |
| JP (1) | JP2660455B2 (ja) |
| DE (1) | DE4203443C2 (ja) |
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| US6478887B1 (en) | 1998-12-16 | 2002-11-12 | Smith International, Inc. | Boronized wear-resistant materials and methods thereof |
| US6277326B1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-08-21 | Callaway Golf Company | Process for liquid-phase sintering of a multiple-component material |
| DE10117657B4 (de) * | 2001-04-09 | 2011-06-09 | Widia Gmbh | Komplex-Borid-Cermet-Körper und Verwendung dieses Körpers |
| US7485113B2 (en) * | 2001-06-22 | 2009-02-03 | Johns Hopkins University | Method for drug delivery through the vitreous humor |
| US20050143363A1 (en) * | 2002-09-29 | 2005-06-30 | Innorx, Inc. | Method for subretinal administration of therapeutics including steroids; method for localizing pharmacodynamic action at the choroid of the retina; and related methods for treatment and/or prevention of retinal diseases |
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| WO2006110487A1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-19 | Surmodics, Inc. | Sustained release implants for subretinal delivery |
| EP2407573A4 (en) | 2009-03-10 | 2016-07-13 | Toyo Kohan Co Ltd | HIGHLY CORROSION-RESISTANT AND WEAR-RESISTANT ELEMENT WITH DEPOSITS APPLIED THROUGH THERMAL SPRAYING, AND POWDER FOR FORMING DEPOSITION, BY THERMAL SPRAYING, FOR EDUCATION THEREOF |
| JP5497540B2 (ja) * | 2010-06-01 | 2014-05-21 | 住友重機械工業株式会社 | Ｍ３ｂ２型分散物を含む合金の製造方法 |
| EP2639323B1 (en) * | 2010-11-09 | 2017-02-01 | Fukuda Metal Foil&powder Co., Ltd. | Wear-resistant cobalt-based alloy and engine valve coated with same |
| US9885100B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-02-06 | Mesocoat, Inc. | Ternary ceramic thermal spraying powder and method of manufacturing thermal sprayed coating using said powder |
| DE102015203389A1 (de) * | 2015-02-25 | 2016-08-25 | Aktiebolaget Skf | Bohrmotor-Lageranordnung |
| CN106148945B (zh) * | 2015-04-22 | 2019-03-29 | 宝山钢铁股份有限公司 | 用于扁头套工作面的自润滑涂层及其扁头套的制备方法 |
| AU2017212472B2 (en) * | 2016-01-25 | 2022-10-13 | SuperMetalix, Inc. | Binder compositions of tungsten tetraboride and abrasive methods thereof |
| JP6813364B2 (ja) * | 2017-01-11 | 2021-01-13 | 株式会社日本製鋼所 | 耐摩耗性及び耐食性に優れたライニング材 |
| KR102581760B1 (ko) | 2017-02-06 | 2023-09-22 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 텅스텐 테트라보라이드 복합 매트릭스 및 이의 사용 |
| CN107868898B (zh) * | 2017-10-31 | 2019-09-17 | 武汉科技大学 | 一种WCoB-TiC-SiC复相金属陶瓷材料及其制备方法 |
| CN109553112B (zh) * | 2018-11-12 | 2022-03-22 | 北京工业大学 | 一种单相WCoB粉末的制备方法 |
| CN109351979B (zh) * | 2018-11-28 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 一种WCoB-B4C陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN112063905B (zh) * | 2020-08-28 | 2021-12-21 | 南京航空航天大学 | 一种高性能WC-WCoB-Co复相硬质合金及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US2097176A (en) * | 1936-08-18 | 1937-10-26 | Golyer Anthony G De | Alloy |
| US2776468A (en) * | 1953-06-22 | 1957-01-08 | Borolite Corp | Ternary metal boride compositions |
| USRE28552E (en) * | 1965-04-30 | 1975-09-16 | Cobalt-base alloys | |
| US3933482A (en) * | 1972-12-12 | 1976-01-20 | Daniil Andreevich Dudko | Wear-resistant composite material |
| SU514031A1 (ru) * | 1974-09-02 | 1976-05-15 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им. Ленсовета | Спеченный твердый сплав на основе диборида титана |
| JPS5274508A (en) * | 1975-12-18 | 1977-06-22 | Mitsubishi Metal Corp | Co-base sintered alloy |
| US4133682A (en) * | 1978-01-03 | 1979-01-09 | Allied Chemical Corporation | Cobalt-refractory metal-boron glassy alloys |
| US4210443A (en) * | 1978-02-27 | 1980-07-01 | Allied Chemical Corporation | Iron group transition metal-refractory metal-boron glassy alloys |
| US4523950A (en) * | 1980-12-29 | 1985-06-18 | Allied Corporation | Boron containing rapid solidification alloy and method of making the same |
| US4533389A (en) * | 1980-12-29 | 1985-08-06 | Allied Corporation | Boron containing rapid solidification alloy and method of making the same |
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| JPS6057499B2 (ja) * | 1981-10-19 | 1985-12-16 | 東洋鋼鈑株式会社 | 硬質焼結合金 |
| JPS5996250A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性焼結合金の製造方法 |
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| JPH05271842A (ja) * | 1990-09-12 | 1993-10-19 | Hitachi Metals Ltd | サーメット合金及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3037905A patent/JP2660455B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-01-23 US US07/824,436 patent/US5238481A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-06 DE DE4203443A patent/DE4203443C2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5238481A (en) | 1993-08-24 |
| DE4203443C2 (de) | 1993-12-23 |
| DE4203443A1 (de) | 1993-08-12 |
| JPH055152A (ja) | 1993-01-14 |
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