JP2726140B2 - 高靭性タングステン焼結合金 - Google Patents
高靭性タングステン焼結合金Info
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- JP2726140B2 JP2726140B2 JP14286290A JP14286290A JP2726140B2 JP 2726140 B2 JP2726140 B2 JP 2726140B2 JP 14286290 A JP14286290 A JP 14286290A JP 14286290 A JP14286290 A JP 14286290A JP 2726140 B2 JP2726140 B2 JP 2726140B2
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- Japan
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- tungsten
- sintered alloy
- toughness
- sintering
- tungsten sintered
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高比重で且つ高靭性が要求される弾心材や
クイルなどの用途に好適な高靭性タングステン焼結合金
に関する。
クイルなどの用途に好適な高靭性タングステン焼結合金
に関する。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕 高比重で且つ高靭性が要求される弾心材やクイルなど
の用途には、従来からＷ−Ni−Fe系の焼結合金が用いら
れてきたが、最近は性能向上の見地から同合金に対する
一層の靭性向上の要求が強くなってきている。
の用途には、従来からＷ−Ni−Fe系の焼結合金が用いら
れてきたが、最近は性能向上の見地から同合金に対する
一層の靭性向上の要求が強くなってきている。
ところで、Ｗ−Ni−Fe系の焼結合金組織にあっては、
組織中のタングステン粒同士の結合力が最も弱い。この
ため、当該合金の靭性を向上させるにはタングステン粒
同士の接触粒界を減らすことが重要である。そこで従来
は、例えば焼結温度を増大させると共にその保持時間を
延長することによって、タングステン粒の接触粒界への
液相の侵入を促進させる方法が行われている。或いはま
た、焼結温度から急冷させる方法が知られている（G.Pe
tzow et al.,“Modern Developmennts in Powder Metal
lurgy",Vol.14（1981）,189−203.）。
組織中のタングステン粒同士の結合力が最も弱い。この
ため、当該合金の靭性を向上させるにはタングステン粒
同士の接触粒界を減らすことが重要である。そこで従来
は、例えば焼結温度を増大させると共にその保持時間を
延長することによって、タングステン粒の接触粒界への
液相の侵入を促進させる方法が行われている。或いはま
た、焼結温度から急冷させる方法が知られている（G.Pe
tzow et al.,“Modern Developmennts in Powder Metal
lurgy",Vol.14（1981）,189−203.）。
しかしながら、前者の焼結温度を高める方法の場合は
材料の座屈やガス発泡による残留気孔が発生し易く、結
局は靭姓が変化するという問題点があった。
材料の座屈やガス発泡による残留気孔が発生し易く、結
局は靭姓が変化するという問題点があった。
一方、後者の急冷による場合は急速な凝固収縮による
ひけ巣が発生し易く、製造の歩留り低下につながるとい
う問題点があった。
ひけ巣が発生し易く、製造の歩留り低下につながるとい
う問題点があった。
そこで本発明の目的とするところは、タングステン粒
同士の接触を低減させる元素を添加して靭性を高めたタ
ングステン焼結合金を提供することにより、上記従来の
問題点を解決することにある。
同士の接触を低減させる元素を添加して靭性を高めたタ
ングステン焼結合金を提供することにより、上記従来の
問題点を解決することにある。
本発明の高靭性タングステン焼結合金は、タングステ
ン90〜98wt％，ホウ素（Ｂ）５〜100ppm、残部がニッケ
ル（Ni）と鉄（Fe）とからなり、そのニッケルと鉄との
重量比がNi/Fe＝0.5〜４である。
ン90〜98wt％，ホウ素（Ｂ）５〜100ppm、残部がニッケ
ル（Ni）と鉄（Fe）とからなり、そのニッケルと鉄との
重量比がNi/Fe＝0.5〜４である。
また本発明の高靭性タングステン焼結合金は、上記の
高靭性タングステン焼結合金において、コバルト（Co）
0.5wt％以下を含有するものである。
高靭性タングステン焼結合金において、コバルト（Co）
0.5wt％以下を含有するものである。
ホウ素を微量含有するとタングステン粒界の界面エネ
ルギーが低下して、粒界の間に液相が侵入し易くなる。
すなわち、微量のホウ粗の含有によりタングステン粒同
士の接触率が低下し、焼結タングステン合金の靭性が飛
躍的に向上する。
ルギーが低下して、粒界の間に液相が侵入し易くなる。
すなわち、微量のホウ粗の含有によりタングステン粒同
士の接触率が低下し、焼結タングステン合金の靭性が飛
躍的に向上する。
焼結温度を特に高める必要はないから、材料の座屈や
ガス発泡による残留気孔が発生するおそれはない。ま
た、焼結温度からの急冷を行う必要がないから、凝固収
縮による深いひけ巣も発生せず、高い歩留りが得られ
る。
ガス発泡による残留気孔が発生するおそれはない。ま
た、焼結温度からの急冷を行う必要がないから、凝固収
縮による深いひけ巣も発生せず、高い歩留りが得られ
る。
更に、その他の成分としてコバルトを添加すると、タ
ングステン合金の強度が向上する。
ングステン合金の強度が向上する。
以下、更に詳細に説明する。
本発明のタングステン焼結合金の主組成は、タングス
テン（Ｗ）が90〜98wt％で、残部がニッケル（Ni）と鉄
（Fe）である。Ｗ含有量は、所定の高密度を保つために
90％以上が必要である。かつ又、タングステン焼結合金
を製造する際の液相焼結工程において完全に緻密化する
液相量を確保するため、98wt％以下であることが必要で
ある。NiとFeは、焼結時に液相を発生して高密度化を促
進し、かつ材料の延性を高める結合材として添加され
る。その添加量は、合金量の２〜10wt％とする。2wt％
未満では十分な液相が発生せず、高密度化の効果が発揮
できない。一方、10wt％を越えるとＷの含有量が少なく
なりすぎて、合金の高比重が得られなくなる。又、Niと
Feの重量比率は、液相生成温度を下げて効果的な液相焼
結を実施するために、Ni:Fe＝0.5〜４の範囲内にするこ
とが好ましい。
テン（Ｗ）が90〜98wt％で、残部がニッケル（Ni）と鉄
（Fe）である。Ｗ含有量は、所定の高密度を保つために
90％以上が必要である。かつ又、タングステン焼結合金
を製造する際の液相焼結工程において完全に緻密化する
液相量を確保するため、98wt％以下であることが必要で
ある。NiとFeは、焼結時に液相を発生して高密度化を促
進し、かつ材料の延性を高める結合材として添加され
る。その添加量は、合金量の２〜10wt％とする。2wt％
未満では十分な液相が発生せず、高密度化の効果が発揮
できない。一方、10wt％を越えるとＷの含有量が少なく
なりすぎて、合金の高比重が得られなくなる。又、Niと
Feの重量比率は、液相生成温度を下げて効果的な液相焼
結を実施するために、Ni:Fe＝0.5〜４の範囲内にするこ
とが好ましい。
更に、その他の成分として、必要に応じコバルト（C
o）を添加することができる。Coはタングステン焼結合
金の強度を向上させるために添加されるものであるが、
その含有量が多過ぎると延性の劣化を招くから0.5wt％
以下が適当である。
o）を添加することができる。Coはタングステン焼結合
金の強度を向上させるために添加されるものであるが、
その含有量が多過ぎると延性の劣化を招くから0.5wt％
以下が適当である。
本発明は、タングステン焼結合金の靭性を高める手段
として、ホウ素を含有させる。５〜100ppmのホウ素
（Ｂ）は、先に述べたようにタングステン粒界の界面エ
ネルギーを低下せしめ、焼結工程においてタングステン
粒同士の粒界間への液相の侵入を容易にする。これによ
り結合力が最も弱いタングステン粒同士の接触率が低下
し、組織全体の結合力が強化され、ひいては、タングス
テン焼結合金の靭性が向上する。
として、ホウ素を含有させる。５〜100ppmのホウ素
（Ｂ）は、先に述べたようにタングステン粒界の界面エ
ネルギーを低下せしめ、焼結工程においてタングステン
粒同士の粒界間への液相の侵入を容易にする。これによ
り結合力が最も弱いタングステン粒同士の接触率が低下
し、組織全体の結合力が強化され、ひいては、タングス
テン焼結合金の靭性が向上する。
ホウ素含有量が5ppm未満では上記の効果が不十分であ
る。一方、ホウ素の含有量が100ppmを越えると、水素雰
囲気内で行う焼結工程で水素の固溶度が低下し、気孔が
発生し易くなって製品合金の伸び，衝撃値の劣化が顕著
になる。
る。一方、ホウ素の含有量が100ppmを越えると、水素雰
囲気内で行う焼結工程で水素の固溶度が低下し、気孔が
発生し易くなって製品合金の伸び，衝撃値の劣化が顕著
になる。
かくして本発明によれば、タングステン焼結合金の成
分中に微量のホウ素を含有させることによって、タング
ステン焼結合金の靭性を向上させることができる。
分中に微量のホウ素を含有させることによって、タング
ステン焼結合金の靭性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を説明する。
原料粉末として種々のロットの水素還元タングステン
粉と、カーボニルニッケル粉と、カーボニル鉄粉と、水
素還元コバルト粉とを用い、混合，成形，焼結，熱処理
の各製造工程を経て化学成分組成の異なる複数種のタン
グステン焼結合金を製造して被試験体とした。上記の水
素還元タングステン粉は、酸化タングステン（WO3）を
ホウ酸（H3BO3）水溶液中に浸し、乾燥した後H2気流中
で還元したものである。
粉と、カーボニルニッケル粉と、カーボニル鉄粉と、水
素還元コバルト粉とを用い、混合，成形，焼結，熱処理
の各製造工程を経て化学成分組成の異なる複数種のタン
グステン焼結合金を製造して被試験体とした。上記の水
素還元タングステン粉は、酸化タングステン（WO3）を
ホウ酸（H3BO3）水溶液中に浸し、乾燥した後H2気流中
で還元したものである。
原料粉の混合にはＶ型ミキサーを用いた。成形は冷間
静水圧プレスを用い、2ton/cm2の圧力で直径20mm,長さ1
40mmの成形体を得た。この成形体を、プッシャー連続焼
結炉を用いてH2気流中で表１に示す焼結温度，焼結時間
で焼結し、冷却した。次いで、真空度10-4Torrの下で11
50℃,2時間の真空熱処理を行ない、その後Arガスにより
20℃/minの冷却速度で冷却した。
静水圧プレスを用い、2ton/cm2の圧力で直径20mm,長さ1
40mmの成形体を得た。この成形体を、プッシャー連続焼
結炉を用いてH2気流中で表１に示す焼結温度，焼結時間
で焼結し、冷却した。次いで、真空度10-4Torrの下で11
50℃,2時間の真空熱処理を行ない、その後Arガスにより
20℃/minの冷却速度で冷却した。
表１に被試験体の成分組成とホウ素含有量とを示す。
No.1〜８は本発明の実施例であり、これに対してNo.9〜
13は比較例である。
No.1〜８は本発明の実施例であり、これに対してNo.9〜
13は比較例である。
ホウ素含有量については、実施例のものが７〜98ppm
の範囲内にあるのに対して、比較例９〜12は5ppm未満と
し、比較例13は120ppmとした。また、比較例10は焼結工
程の最終段階における冷却を急速に行い、比較例11は焼
結時間を延長し、比較例12は焼結温度を高くして、焼結
条件が与える影響を評価できるようにした。
の範囲内にあるのに対して、比較例９〜12は5ppm未満と
し、比較例13は120ppmとした。また、比較例10は焼結工
程の最終段階における冷却を急速に行い、比較例11は焼
結時間を延長し、比較例12は焼結温度を高くして、焼結
条件が与える影響を評価できるようにした。
このように形成した13種の被試験体のそれぞれにつ
き、ひけ巣深さ，気孔率，引張強さ，及び伸び，シャル
ピー衝撃値を測定し、試験結果を表１に併記した。ひけ
巣は焼結時に被試験体の後端部に生成するものであっ
て、深さ5mm未満であれば製品には影響を与えない。し
たがって本実施例では被試験体の断面で求めたひけ巣深
さで評価した。
き、ひけ巣深さ，気孔率，引張強さ，及び伸び，シャル
ピー衝撃値を測定し、試験結果を表１に併記した。ひけ
巣は焼結時に被試験体の後端部に生成するものであっ
て、深さ5mm未満であれば製品には影響を与えない。し
たがって本実施例では被試験体の断面で求めたひけ巣深
さで評価した。
気孔率は点算法で求めた。引張試験は標点距離16mm,
試験速度1mm/minで行い、シャルピー衝撃試験の試験片
は10mm角，長さ55mm,ノッチ無しとした。
試験速度1mm/minで行い、シャルピー衝撃試験の試験片
は10mm角，長さ55mm,ノッチ無しとした。
表１より、本実施例のタングステン焼結合金と比較例
のものとは、引張り強さの点では差異がない。一方、そ
の他の測定項目に関しては、明確な差異が認められた。
のものとは、引張り強さの点では差異がない。一方、そ
の他の測定項目に関しては、明確な差異が認められた。
比較例No.9は、ホウ素含有量が4ppmと少ないため靭性
向上の効果がみられず、伸びと衝撃値が低い値を示して
いる。
向上の効果がみられず、伸びと衝撃値が低い値を示して
いる。
比較例No.10はホウ素含有量が3ppmと少ないにもかか
わらず、焼結後に50℃/minの冷却速度で急冷することに
より伸びと衝撃値の低下は防止されている。しかし、急
冷により17mmという極めて深いひけ巣が生成されて歩留
りが悪い。
わらず、焼結後に50℃/minの冷却速度で急冷することに
より伸びと衝撃値の低下は防止されている。しかし、急
冷により17mmという極めて深いひけ巣が生成されて歩留
りが悪い。
比較例No.11はホウ素含有量が少なく、焼結時間を大
幅に延長したにもかかわらず靭性が低い。更に、ひけ巣
深さも7mmに及び、且つ気孔の発生が認められる。
幅に延長したにもかかわらず靭性が低い。更に、ひけ巣
深さも7mmに及び、且つ気孔の発生が認められる。
比較例No.12はホウ素含有量が少なく、焼結温度を高
くすることで衝撃値は実施例のものとほぼ同レベルの値
が得られたにもかかわらず伸びの値が低い。また、ひけ
巣深さは10mmに及び、且つ気孔の発生が認められる。
くすることで衝撃値は実施例のものとほぼ同レベルの値
が得られたにもかかわらず伸びの値が低い。また、ひけ
巣深さは10mmに及び、且つ気孔の発生が認められる。
比較例No.13はホウ素含有量が120ppmと過多であり、
伸び，衝撃値とも極めて低く且つ気孔の発生も顕著であ
る。
伸び，衝撃値とも極めて低く且つ気孔の発生も顕著であ
る。
表１の結果から、ホウ素を所定量含有させた実施例の
靭性向上の効果は明らかである。
靭性向上の効果は明らかである。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、タングステン
90〜98wt％、残部が重量比で0.5〜４の範囲にあるニッ
ケルと鉄とからなり、さらに必要に応じてコバルトを0.
5wt％を含むタングステン焼結合金において、ホウ素を
５〜100ppm含有させることにより、靭性と気孔率が顕著
に改善され且つ気孔がなく、問題となる深さのひけ巣も
発生しない歩留りの良いタングステン焼結合金を提供す
ることができるという効果が得られる。
90〜98wt％、残部が重量比で0.5〜４の範囲にあるニッ
ケルと鉄とからなり、さらに必要に応じてコバルトを0.
5wt％を含むタングステン焼結合金において、ホウ素を
５〜100ppm含有させることにより、靭性と気孔率が顕著
に改善され且つ気孔がなく、問題となる深さのひけ巣も
発生しない歩留りの良いタングステン焼結合金を提供す
ることができるという効果が得られる。
Claims (2)
- 【請求項１】タングステン（Ｗ）90〜98wt％，ホウ素
（Ｂ）５〜100ppm、残部がニッケル（Ni）と鉄（Fe）と
からなり、そのニッケルと鉄との重量比がNi/Fe＝0.5〜
４であることを特徴とする高靭性タングステン焼結合
金。 - 【請求項２】請求項（１）記載の高靭性タングステン焼
結合金において、コバルト（Co）0.5wt％以下を含有す
ることを特徴とする高靭性タングステン焼結合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14286290A JP2726140B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 高靭性タングステン焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14286290A JP2726140B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 高靭性タングステン焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436437A JPH0436437A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2726140B2 true JP2726140B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=15325341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14286290A Expired - Lifetime JP2726140B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 高靭性タングステン焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2726140B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05263163A (ja) * | 1992-03-18 | 1993-10-12 | Japan Steel Works Ltd:The | Ｗ−Ｎｉ −Ｆｅ 焼結合金の製造方法 |
| JP5805213B2 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-11-04 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP14286290A patent/JP2726140B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0436437A (ja) | 1992-02-06 |
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