JP2666036B2 - 超硬合金 - Google Patents

超硬合金

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信昭 浅田
良彦 土井
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東京タングステン株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,特異微細構造を有する
超硬合金に関し,詳しくは,強度,硬度の優れた超硬合
金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,超硬合金の強度,硬度を改善する
方法として,炭化物の粒度,結合相量,添加元素の種類
と量,炭素量などいろいろな面から検討されている。炭
化物を微粒化するために添加元素を加えると,硬度は上
昇するが靱性は減少する。この靱性は減少を防止するた
めに,結合相を増加すると,耐摩耗性が落ちたり,耐熱
性が減少したりする。このように,検討されたいずれの
超硬合金も強度や硬度という物性面から見ると未だに十
分な改善は行われていないと言える。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開昭61−1284
7号公報(以下,従来技術1と呼ぶ)には,炭化タング
ステン・コバルト(WC−Co合金)に,バナジウム,
クロム(V,Cr)を添加することにより,WCの粒成
長抑制効果を狙った,すぐれた耐耗性,および高靱性
を有する超硬合金が示されている。
【0004】又,特開昭62−48413号公報(以
下,従来技術2と呼ぶ)には,炭化バナジウム,窒化ジ
ルコニウムを加えることにより,HRa91以上,抗折
力が350kg/mm2 以上であるすぐれた超硬合金が
示されている。
【0005】しかし,上記従来技術1,2に示されたい
ずれの合金も,数種類の添加炭化物を多く加え,その炭
化タングステンの粒子を小さくすることによって,抗折
力,硬度のアップを図ってきた。
【0006】そこで,本発明の技術的課題は,合金の組
織構造を,特異な微細構造にし,強度及び硬度の優れた
超硬合金を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは,上記課題
を解決するために検討した結果,炭化タングステン粒子
内に,クロム化合物{(W・Cr・Co)Cあるいは,
(W・Cr)Cのクロム炭化物と推定されるが,微粒な
ためその分子構造は同定できない。以下,このクロム化
合物をα相と呼ぶ}が分散した特異な微細構造を有する
超硬合金を作ることによって,強度,硬度の優れた超硬
合金を得ることが出来るという知見を得,本発明を為す
に至ったものである。
【0008】本発明によれば,炭化物成分を含む超硬合
金において,炭化タングステン粒子と,該炭化タングス
テン粒子内に分散された炭化クロム及び炭化クロム化合
物のうちの少なくとも一種からなるクロム化合物粒子
(α相)とを前記炭化物成分として含んでいることを特
徴とする超硬合金が得られる。
【0009】ここで,本発明による超硬合金は,炭化物
相及び結合相からなるとともに,特異な微細構造を有す
る。すなわち,この超硬合金は,炭化物相を構成する炭
化タングステン粒子内に,α相を分散させた構造を有
し,この炭化タングステン粒子及びα相を構成する粒子
の熱膨張係数の差により,圧縮残留応力を生じさせる。
この残留応力により炭化物相を進むクラックの進展を防
止し,阻止したりする事が出来る。ここで,当然,タン
グステン,クロムは,炭化物相間の結合相にも多量固溶
しているので,結合相も強化されており,炭化物相,お
よび結合相がともに強化され,このため,強度,硬度の
優れた超硬合金となるものである。
【0010】また,本発明においては,炭化タングステ
ン粒子の中にα相を分散させる方法として,あらかじ
め,炭化タングステンと炭化クロムを複合化させる事が
重要である。
【0011】つまりあらかじめ,複合化していない通常
の炭化クロム粉末と炭化タングステン粉末との混合原料
粉末を用いると,炭化クロムが炭化物相から結合相など
の焼結の際に形成される液相中,即ち,炭化タングステ
ン粒外に析出し,この炭化クロム相が,結合相の破壊の
起点となり,抗折力の低下をもたらすためである。
【0012】ここで,本発明において,炭化タングステ
ンの粒径は,0.1〜1.0μmにあることが好まし
い。その理由は,0.1μm未満であるといまだそのよ
うな炭化タングステンを用いた超硬合金は,実用上製作
されてなく,かつα相の粒子の取込みが充分に行われな
い事,又,1.0μmを越えてもその効果は期待される
が,現在の技術では,これ以上の粒子のものは,実験的
にも実現していないためである。
【0013】また,本発明において,炭化タングステン
粒子内のα相の分散粒子の径は,200nm以下が好ま
しい。その理由は,炭化タングステン粒子内に取り込ま
れる最適の粒度範囲であるためである。
【0014】また,本発明において,炭化物中の炭化ク
ロムの量が0.5〜2.0重量%の範囲にあることが好
ましい。その理由は,0.5重量%以下になると炭化タ
ングステン中に分散する分散粒子の量が少なくなり,所
望の効果が発揮出来ない。一方,2.0重量%を越える
と,焼結条件によっては,タングステン相及びα相から
なる第1相である炭化物相と第2相である結合相以外の
第3相を合金中に析出する事があるためである。
【0015】また,本発明において,結合相を主に構成
するコバルト(Co)含有量は,合金総重量に対して,
5〜20重量%が好ましい。というのは,Co含有量が
5重量%未満では,超硬合金の緻密化が十分おこなわれ
ず,また,20重量%を越えると硬度が低くなり,耐衝
撃性が低下するからである。
【0016】さらに,本発明において,炭化物成分は,
1300℃以上で,1600℃以下の水素,又は真空の
雰囲気中で複合化処理されていることが好ましい。その
理由は,1300℃以下の温度の場合,未反応のタング
ステン,カーボンブラックそして酸化クロムが残存する
ことがあり好ましくなく,又1600℃以上の場合,粒
が粗くなり,強度,硬度の改善が出来ないからである。
また,水素,真空の雰囲気中で行うのは,これらの雰囲
気以外では,炭化および複合化が進行しないためであ
る。
【0017】超硬合金の製造方法は,上記の方法で炭化
タングステン及び炭化クロムを複合化した粉末と,コバ
ルト粉末とを所定量湿式混合し,篩分,乾燥後,プレス
成型を行ない,真空中1350℃〜1450℃で1時間
焼結を行なう。その後1250〜1350℃,1000
気圧で熱間静水圧プレス処理をすることにより行われ,
その結果,特異な微細構造を有する強度,硬度の優れた
超硬合金が得られる。
【0018】
【実施例】以下,本発明の実施例について説明する。
【0019】原料粉末として平均粒径1.0μmおよび
2.0μmのタングステン粉末,平均粒径1.3μmの
炭化クロム粉末,及びカーボンブラックを表1に示した
配合組成で混合し,1500℃で30分間,水素雰囲気
中で複合化処理した粉末試料1〜5を得,得られた試料
1〜3の特性を表2に示した。
【0020】表3に示した配合組成で,表1及び表2で
示した試料1〜5とコバルト粉末とを配合した後,アル
コール中12時間,湿式混合した。その後減圧乾燥し,
1トン/cm2 の圧力でプレス成形した。次に,140
0℃,1時間真空焼結後,1350℃,1000気圧,
1時間,アルゴンガス雰囲気下で熱間静水圧プレス処理
をして,本発明合金6〜9を夫々得た。また,比較合金
10も同様に作製した。尚,表3の試料6〜9は,表1
及び表2の試料1〜4の試料を夫々対応させて用いてお
り,表3の比較合金10は表1及び表2の試料5を用い
て作製している。
【0021】また,本発明の実施例に対する比較合金と
して,表3に示すように,平均粒径0.8μmの微粒炭
化タングステン粉末とコバルト粉末,そして平均粒径
1.3μmの炭化クロム粉末を,アルコール中で混合
し,同様に調整して試料10〜14を得た。
【0022】次に,上記の本発明合金及び比較合金の焼
結体をダイヤモンド砥石で,4mm×8mm×25mm
の直方体状のJIS抗折片を作製し,これらの試片につ
いて抗折力,ロックウェル硬さについて測定した。合金
の粒度は,走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察するこ
とによって平均粒度を測定した。その結果を下表4に示
した。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】 上記のように得られた本発明合金7と比較合金12の透
過型電子顕微鏡(TEM)写真を図1及び図2に,ま
た,図1の本発明合金7の分散粒子およびマトリクスの
電子線回折(EDX)分析結果を,図3(A)及び
(B)に夫々示した。図1で示すように,本発明合金7
は,炭化タングステン粒子内(B)に異相(α相)の分
散粒子(B)が存在している。尚,炭化タングステン粒
子に隣接して,結合相であるコバルト相が設けられてい
る。しかし,図2の比較合金12は,タングステン粒子
内に全く異相が見られないことがわかる。
【0027】また,図3の(A)及び(B)の分析結果
からもわかるように,本発明合金7は,(B)炭化タン
グステン粒子内にα相である(W・Cr・Co)Cの分
散粒子(A)が存在している事がわかる。
【0028】
【発明の効果】以上の結果より,本発明の超硬合金は,
特異な微細構造により従来の超硬合金に比較して優れた
強度,硬度を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る超硬合金の結晶構造を示
すTEM写真である。
【図2】比較例に係る超硬合金の結晶構造を示すTEM
写真である。
【図3】(A)は図1の超硬合金の分散粒子の部分のE
DX分析図である。(B)は図1の超硬合金のマトリク
ス部分のEDX分析図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化物成分を含む超硬合金において,炭
    化タングステン粒子と,該炭化タングステン粒子内に分
    散された炭化クロム及び炭化クロム化合物のうちの少な
    くとも一種からなるクロム化合物粒子とを前記炭化物成
    分として含んでいることを特徴とする超硬合金。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超硬合金において,前記
    炭化タングステン粒子は,0.1〜1.0μmの範囲内
    の平均粒径を有し,前記クロム化合物粒子は,200n
    m以下の平均粒径を有することを特徴とする超硬合金。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の超硬合金におい
    て,更に,コバルトを含み,前記炭化物成分が95〜8
    0重量%で,前記コバルト成分が5〜20重量%である
    組成を有し,前記炭化物成分は,0.5〜2.0重量%
    の炭化クロムと残部が炭化タングステンとからなる組成
    を有することを特徴とする超硬合金。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか記載の超硬合
    金において,前記炭化物は,1300℃〜1600℃の
    温度範囲で,タングステン,カーボンブラック,及びク
    ロム成分を水素又は真空雰囲気で複合化処理した粉末に
    よって,形成され,前記クロム成分は酸化クロム及び炭
    化クロムの内の少なくとも一種からなることを特徴とす
    る超硬合金。
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