JP2760007B2 - 耐摩工具用超硬合金及びその製造方法 - Google Patents
耐摩工具用超硬合金及びその製造方法Info
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- JP2760007B2 JP2760007B2 JP1039197A JP3919789A JP2760007B2 JP 2760007 B2 JP2760007 B2 JP 2760007B2 JP 1039197 A JP1039197 A JP 1039197A JP 3919789 A JP3919789 A JP 3919789A JP 2760007 B2 JP2760007 B2 JP 2760007B2
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- alloy
- group metal
- wear
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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、耐摩工具用超硬合金及びその製造方法に関
し、例えば耐摩耗性のパンチ、ヘッダ等の冷間鍛造工
具、温熱鍛造工具に用いるソリッド工具等の靱性と耐摩
耗性を兼ね備えた工具に適用することのできる上記合金
及びその製造方法に関するものである。
し、例えば耐摩耗性のパンチ、ヘッダ等の冷間鍛造工
具、温熱鍛造工具に用いるソリッド工具等の靱性と耐摩
耗性を兼ね備えた工具に適用することのできる上記合金
及びその製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来、上記のような耐摩、耐衝撃用工具として、WC−
Co系合金が用いられてきた。
Co系合金が用いられてきた。
このWC−Co系合金では、WCの粒度やCoの量の組合わせ
によって、耐摩耗性又は靱性の向上を図ってきた。
によって、耐摩耗性又は靱性の向上を図ってきた。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、耐摩耗性と靱性とは相反する性質故に、上記
のWC−Co系合金において、高靱性を付与するためにCoを
増加させると、必然的に耐摩耗性が低下してしまうとい
う欠点があった。
のWC−Co系合金において、高靱性を付与するためにCoを
増加させると、必然的に耐摩耗性が低下してしまうとい
う欠点があった。
このようなことから、WC−Co系合金の耐摩、耐衝撃用
工具としての用途は、ハイス（ハイスピードの略、高速
度）系合金に比し、制限されていた。
工具としての用途は、ハイス（ハイスピードの略、高速
度）系合金に比し、制限されていた。
また、CoをNi等に置き換えたり、WCを（MoW）Ｃで置
換した合金も検討されてきた。しかし、本質的な問題は
解決されていなかった。
換した合金も検討されてきた。しかし、本質的な問題は
解決されていなかった。
本発明は、耐摩耗性と靱性の両者を兼ね備えたソリッ
ド工具等用の超硬合金及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
ド工具等用の超硬合金及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を、WC−Co系等のWC−鉄族金属系
超硬合金を表面下特定領域部と内部とでCoの結合相量を
変えた複合構造とすることにより、達成するものであ
る。
超硬合金を表面下特定領域部と内部とでCoの結合相量を
変えた複合構造とすることにより、達成するものであ
る。
すなわち、本発明は、WCと鉄族金属からなる超硬合金
の表面下0.5〜2mmの間に鉄族金属の結合相富化層が存在
し、該合金全体にわたってη相が存在しないことを特徴
とする耐摩工具用超硬合金に関するものである。
の表面下0.5〜2mmの間に鉄族金属の結合相富化層が存在
し、該合金全体にわたってη相が存在しないことを特徴
とする耐摩工具用超硬合金に関するものである。
また、本発明は、WCと鉄族金属を結合相とする超硬合
金に予め遊離炭素を含有させ、該合金を1300℃から1200
℃までを５℃/min.以下の冷却速度で真空又は酸化性雰
囲気中で冷却した後、引き続いて1280〜1260℃の温度域
まで５℃/min.以下の昇温速度で酸化性雰囲気中で加熱
し、該1280〜1260℃の温度域で真空又は酸化性雰囲気中
で保持することを特徴とする耐摩工具用超硬合金の製造
方法に関するものである。
金に予め遊離炭素を含有させ、該合金を1300℃から1200
℃までを５℃/min.以下の冷却速度で真空又は酸化性雰
囲気中で冷却した後、引き続いて1280〜1260℃の温度域
まで５℃/min.以下の昇温速度で酸化性雰囲気中で加熱
し、該1280〜1260℃の温度域で真空又は酸化性雰囲気中
で保持することを特徴とする耐摩工具用超硬合金の製造
方法に関するものである。
［作用］ 本発明超硬合金は、表面部のCo等鉄族金属の結合相が
内部へ移行し、表面下0.5〜2mmの間のCo等鉄族金属の結
合相が富化した複合構造となっている。
内部へ移行し、表面下0.5〜2mmの間のCo等鉄族金属の結
合相が富化した複合構造となっている。
従って、表面のCo等鉄族金属結合相が減少し、表面の
耐摩耗性が向上する。
耐摩耗性が向上する。
一方、表面下0.5〜2mmの間では、Co等鉄族金属の結合
相が富化しているため、万一表面に亀裂が入り、該亀裂
が内部へ伝搬しても、該亀裂の伝搬はこの富化部により
遮断され、結果的に靱性向上につながる。
相が富化しているため、万一表面に亀裂が入り、該亀裂
が内部へ伝搬しても、該亀裂の伝搬はこの富化部により
遮断され、結果的に靱性向上につながる。
なお、このような構造の一例として、特開昭61−1798
46号公報において、η相を含むものが開示されている。
しかし、この公知例のものでは、靱性が不足し、本発明
の耐衝撃性工具として必要な靱性を得ることはできな
い。
46号公報において、η相を含むものが開示されている。
しかし、この公知例のものでは、靱性が不足し、本発明
の耐衝撃性工具として必要な靱性を得ることはできな
い。
この時、Co等鉄族金属の結合相富化領域を0.5〜2mmと
するのは、0.5mm未満では耐摩耗性の低下が生じ、2mmよ
り厚くても結合相富化領域の効果が生じないからであ
る。
するのは、0.5mm未満では耐摩耗性の低下が生じ、2mmよ
り厚くても結合相富化領域の効果が生じないからであ
る。
本発明方法は、以上のような複合構造の超硬合金を製
造するものである。
造するものである。
本発明方法においては、先ず、WCと鉄族金属を結合相
とする超硬合金に予め遊離炭素を含有させておく。
とする超硬合金に予め遊離炭素を含有させておく。
この遊離炭素の含有量は、以下に述べる徐冷工程でCo
等鉄族金属と反応させ融体相として表面部へ移動させ易
くする上では0.15重量％とすることが好ましいが、この
徐冷に引き続いて行われる昇温過程で脱炭され難いため
0.05〜0.10重量％程度とすることがより好ましい。
等鉄族金属と反応させ融体相として表面部へ移動させ易
くする上では0.15重量％とすることが好ましいが、この
徐冷に引き続いて行われる昇温過程で脱炭され難いため
0.05〜0.10重量％程度とすることがより好ましい。
次いで、上記の遊離炭素を含有させた超硬合金を1300
℃から1200℃まで５℃/min.以下の冷却速度で真空又は
酸化性雰囲気中で徐冷する。
℃から1200℃まで５℃/min.以下の冷却速度で真空又は
酸化性雰囲気中で徐冷する。
主として、遊離炭素とCo等鉄族金属で生じていた融体
相が固相化する温度は、遊離炭素量によって変化する
が、その最低温度は約1260℃と考えられる。従って、安
全のため、1300〜1200℃間を真空又は酸化性雰囲気で徐
冷すると、合金内外に炭素量の差を生じ、これによって
融体相量の差が生じ、合金表面部へ該融体相が移動す
る。
相が固相化する温度は、遊離炭素量によって変化する
が、その最低温度は約1260℃と考えられる。従って、安
全のため、1300〜1200℃間を真空又は酸化性雰囲気で徐
冷すると、合金内外に炭素量の差を生じ、これによって
融体相量の差が生じ、合金表面部へ該融体相が移動す
る。
この結果、合金表面部にCo等鉄族金属富化層が生じ
る。
る。
この時、５℃/min.以下の冷却速度とするのは、結合
相の拡散速度を考慮したものである。
相の拡散速度を考慮したものである。
なお、冷却速度の下限値は、量産性の低下を防止する
等の理由により、0.1℃/min.とすることが好ましい。
等の理由により、0.1℃/min.とすることが好ましい。
また、1300℃から1200℃まで冷却するのは、焼結炉は
温度分布を持ち、量産性を考慮すれば、その最低温度は
幅を持たせることが重要であり、少なくとも1200℃とす
れば、従来の焼結法と何ら変わりない量産性とすること
ができるからである。
温度分布を持ち、量産性を考慮すれば、その最低温度は
幅を持たせることが重要であり、少なくとも1200℃とす
れば、従来の焼結法と何ら変わりない量産性とすること
ができるからである。
また、真空又は酸化性雰囲気中で徐冷するのは、合金
内外で炭素量の差を与えるためである。
内外で炭素量の差を与えるためである。
この真空度は、脱炭性雰囲気を与えるために、10-5〜
10-3Torr程度とすることが好ましく、酸化性雰囲気とし
ては、例えばCO2、CO2とH2の混合ガス等が好ましく挙げ
られる。
10-3Torr程度とすることが好ましく、酸化性雰囲気とし
ては、例えばCO2、CO2とH2の混合ガス等が好ましく挙げ
られる。
以上の徐冷の後、1200℃から引き続いて1280〜1260℃
の温度域まで５℃/min.以下の昇温速度で酸化性雰囲気
中で加熱する。
の温度域まで５℃/min.以下の昇温速度で酸化性雰囲気
中で加熱する。
この工程によって、合金中の遊離炭素が酸化脱炭さ
れ、消滅する。
れ、消滅する。
この時の加熱温度を1280〜1260℃とするのは、1260℃
未満であれば遊離炭素の酸化脱炭が充分に生ぜず、1280
℃を超えても遊離炭素の酸化脱炭の作用は飽和してしま
うため、経済的に意味がないからである。
未満であれば遊離炭素の酸化脱炭が充分に生ぜず、1280
℃を超えても遊離炭素の酸化脱炭の作用は飽和してしま
うため、経済的に意味がないからである。
この温度域への昇温速度を５℃/min.以下とするの
は、これより速いと遊離炭素の酸化脱炭が充分に進行し
ないからである。
は、これより速いと遊離炭素の酸化脱炭が充分に進行し
ないからである。
なお、あまり遅い昇温速度であると、脱炭量が大き
く、η相（Co3W3C）等の発生があるため、昇温速度の下
限値は0.1℃/min.程度とすることが好ましい。
く、η相（Co3W3C）等の発生があるため、昇温速度の下
限値は0.1℃/min.程度とすることが好ましい。
そして、上記の1280〜1260℃の温度域で真空又は酸化
性雰囲気中で保持する。
性雰囲気中で保持する。
この過程で、表面のCo等鉄族金属の富化領域部から内
部に向かって炭素量が減少し、固液界面が内部へ移動す
る。この移動に伴い、表面の富化したCo等鉄族金属が内
部へ移動して行き、表面下0.5〜2mmの間が富化層となる
と推測される。
部に向かって炭素量が減少し、固液界面が内部へ移動す
る。この移動に伴い、表面の富化したCo等鉄族金属が内
部へ移動して行き、表面下0.5〜2mmの間が富化層となる
と推測される。
この過程を真空又は酸化性雰囲気中で行うのは、合金
内外に炭素量の差を与え、液相発生温度を変化させるた
めである。
内外に炭素量の差を与え、液相発生温度を変化させるた
めである。
この時の真空度は、脱炭性雰囲気にするために、10-5
〜10-3Torr程度とすることが好ましい。
〜10-3Torr程度とすることが好ましい。
また、酸化性雰囲気としては、例えばCO2、CO2とH2の
混合ガス等が好ましく使用される。
混合ガス等が好ましく使用される。
また、この過程の保持時間は１〜100時間程度が好ま
しく、１時間未満であると表面の富化したCo等鉄族金属
の内部への移動が充分に進まず、逆に100時間より長い
と移動が進み過ぎ、上記の表面下0.5〜2mmの間での富化
が得られない。
しく、１時間未満であると表面の富化したCo等鉄族金属
の内部への移動が充分に進まず、逆に100時間より長い
と移動が進み過ぎ、上記の表面下0.5〜2mmの間での富化
が得られない。
［実施例］ 実施例１ WC−10％（重量％、以下同じ）Co合金（0.10％の遊離
炭素を含む）を1400℃で30分間焼結した後、1300℃まで
10℃/min.の冷却速度で真空中で冷却し、次いで1200℃
まで２℃/min.の冷却速度で5TorrのCO2雰囲気中で冷却
した。
炭素を含む）を1400℃で30分間焼結した後、1300℃まで
10℃/min.の冷却速度で真空中で冷却し、次いで1200℃
まで２℃/min.の冷却速度で5TorrのCO2雰囲気中で冷却
した。
引き続いて、1270℃まで５℃/min.の昇温速度で昇温
し、この1270℃で30分間2TorrのCO2雰囲気中で保持し
た。
し、この1270℃で30分間2TorrのCO2雰囲気中で保持し
た。
この結果、表面下0.5mmの所に２〜３μｍのCoラメラ
ー状組織が観察された。
ー状組織が観察された。
また、合金分析結果では、遊離炭素の量は0.01％で、
表面のHvは内部に比し50％向上していた。
表面のHvは内部に比し50％向上していた。
上記合金を用いて、ポンチを作製し、S35C（炭素鋼−
0.35重量％Ｃ）（初期形状φ20、長さ／径＝1.3）を鍛
造（後方押出し）によって、ギアブランク（ギア素材）
を加工した。
0.35重量％Ｃ）（初期形状φ20、長さ／径＝1.3）を鍛
造（後方押出し）によって、ギアブランク（ギア素材）
を加工した。
この時の、ポンチの寿命は約８万個のショットが可能
であった。
であった。
比較のために、通常のWC−10％Co合金）では２万個の
ショットで割損が発生した。
ショットで割損が発生した。
実施例２ 実施例１と同一の合金を用い、実施例１と同一の条件
で焼結、冷却、昇温し、1270℃での保持時間を１時間、
２時間、３時間として合金を製造した。
で焼結、冷却、昇温し、1270℃での保持時間を１時間、
２時間、３時間として合金を製造した。
この結果、Co富化層領域は、夫々表面下0.7mm,1.0mm,
2.3mmであった。
2.3mmであった。
また、これらの合金を実施例１と同一条件で寿命テス
トした。
トした。
この結果、夫々９万個、６万個、2.5万個のショット
が可能であった。
が可能であった。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明合金及び方法において
は、耐摩耗性と靱性と言う相反する両性質を、合金の表
面下特定領域のCo等鉄族金属結合相量を多くする（富化
する）ことにより、高度に付与することができる。
は、耐摩耗性と靱性と言う相反する両性質を、合金の表
面下特定領域のCo等鉄族金属結合相量を多くする（富化
する）ことにより、高度に付与することができる。
この結果、WC−Co等鉄族金属系合金の耐摩、耐衝撃用
工具としての用途を、ハイス系合金と同等若しくはそれ
以上に広げることができ、本発明は、耐摩耗性と靱性の
両者を兼ね備えたソリッド工具用の超硬合金及びその製
造方法として有益である。
工具としての用途を、ハイス系合金と同等若しくはそれ
以上に広げることができ、本発明は、耐摩耗性と靱性の
両者を兼ね備えたソリッド工具用の超硬合金及びその製
造方法として有益である。
Claims (2)
- 【請求項１】WCと鉄族金属からなる超硬合金の表面下0.
5〜2mmの間に鉄族金属の結合相富化層が存在し、該合金
全体にわたってη相が存在しないことを特徴とする耐摩
工具用超硬合金。 - 【請求項２】WCと鉄族金属を結合相とする超硬合金に予
め遊離炭素を含有させ、該合金を1300℃から1200℃まで
を５℃/min.以下の冷却速度で真空又は酸化性雰囲気中
で冷却した後、引き続いて1280〜1260℃の温度域まで５
℃/min.以下の昇温速度で酸化性雰囲気中で加熱し、該1
280〜1260℃の温度域で真空又は酸化性雰囲気中で保持
することを特徴とする耐摩工具用超硬合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039197A JP2760007B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用超硬合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039197A JP2760007B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用超硬合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221354A JPH02221354A (ja) | 1990-09-04 |
| JP2760007B2 true JP2760007B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=12546398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1039197A Expired - Lifetime JP2760007B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用超硬合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760007B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102126025B (zh) * | 2011-02-22 | 2012-12-05 | 中南大学 | 一种表层脱碳WC-Co梯度硬质合金预制体的制备工艺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0182759B2 (en) * | 1984-11-13 | 1993-12-15 | Santrade Ltd. | Cemented carbide body used preferably for rock drilling and mineral cutting |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP1039197A patent/JP2760007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02221354A (ja) | 1990-09-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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