JP2770372B2 - 耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法 - Google Patents
耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法Info
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- JP2770372B2 JP2770372B2 JP1039198A JP3919889A JP2770372B2 JP 2770372 B2 JP2770372 B2 JP 2770372B2 JP 1039198 A JP1039198 A JP 1039198A JP 3919889 A JP3919889 A JP 3919889A JP 2770372 B2 JP2770372 B2 JP 2770372B2
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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、耐摩工具用被覆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靭性と耐
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。
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靭性と耐
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、耐摩耗性又は靭性の向上を図ってきた。
によって、耐摩耗性又は靭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、耐摩耗性と靭性とは相反する性質故に、上記
のWC−Co系合金において、高靭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、高靭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系合金表面にTiN,TiC等
を被覆し、表面の耐摩耗性を向上させた被覆耐摩耗用超
硬合金も検討されてきた。
を被覆し、表面の耐摩耗性を向上させた被覆耐摩耗用超
硬合金も検討されてきた。
しかし、この被覆合金では、合金強度の大幅な低下を
生じ、その用途は制限されていた。
生じ、その用途は制限されていた。
本発明は、耐摩耗性と靭性の両者を兼ね備えたソリッ
ド工具等用の被覆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。
ド工具等用の被覆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と鉄族金属からなる超硬合
金の表面下50μｍ間が結合相富化層であり、且つ該合金
中に遊離炭素が実質的に存在せず、該合金表面上にTiC,
TiN,TiCN,Al2O3の１種以上を被覆してなることを特徴と
する耐摩工具用被覆超硬合金に関するものである。
金の表面下50μｍ間が結合相富化層であり、且つ該合金
中に遊離炭素が実質的に存在せず、該合金表面上にTiC,
TiN,TiCN,Al2O3の１種以上を被覆してなることを特徴と
する耐摩工具用被覆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1250
℃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、引き続いて酸化性雰囲気中で1150
℃まで脱炭冷却して前記遊離炭素を消失させた後、表面
にTiC,TiN,TiCN,Al2O3の１種以上を被覆することを特徴
とする耐摩工具用被覆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1250
℃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、引き続いて酸化性雰囲気中で1150
℃まで脱炭冷却して前記遊離炭素を消失させた後、表面
にTiC,TiN,TiCN,Al2O3の１種以上を被覆することを特徴
とする耐摩工具用被覆超硬合金の製造方法に関するもの
である。
［作用］ 本発明被覆超硬合金は、TiC,TiN,TiCN,Al2O3の１種以
上の被覆層により耐摩耗性が確保され、表面下50μｍ間
のCo等鉄族金属結合相富化層により靭性が確保される。
上の被覆層により耐摩耗性が確保され、表面下50μｍ間
のCo等鉄族金属結合相富化層により靭性が確保される。
被覆層材料として、TiC,TiN,TiCN,Al2O3を使用するの
は、これらはいずれも硬度が高いからである。
は、これらはいずれも硬度が高いからである。
これらを２種以上組合わせる場合は、Al2O3は靭性が
低いため厚さ1mm以下の被覆とし、その下層にTiC,TiN,T
iCNを被覆するようにすることが好ましい。
低いため厚さ1mm以下の被覆とし、その下層にTiC,TiN,T
iCNを被覆するようにすることが好ましい。
そして、被覆厚みは、耐摩耗性、靭性及び剥離性等を
考慮して、0.5〜５μｍ程度とすることが好ましい。
考慮して、0.5〜５μｍ程度とすることが好ましい。
また、Co等鉄族金属の結合相富化層を表面下50μｍ間
とするのは、50μｍを超えると耐摩耗性が低下してしま
うからである。
とするのは、50μｍを超えると耐摩耗性が低下してしま
うからである。
本発明方法は、以上のような被覆超硬合金を製造する
ものである。
ものである。
本発明方法においては、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ておく。
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徐冷脱炭工程で脱炭され難い
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徐冷脱炭工程で脱炭され難い
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1250℃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1250℃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、13
00〜1250℃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、13
00〜1250℃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、合金表面にCo等鉄族金属富化層が生じる。
この時、５℃/min.以下の冷却速度とするのは、合金
内部から表面部への結合相の拡散を考慮したものであ
る。すなわち、これ以上の冷却速度では、表面への結合
相が充分に拡散しきれない。
内部から表面部への結合相の拡散を考慮したものであ
る。すなわち、これ以上の冷却速度では、表面への結合
相が充分に拡散しきれない。
なお、冷却速度の下限値は、量産性の点から、0.1℃/
min.とすることが好ましい。
min.とすることが好ましい。
また、1300℃から1250℃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1250℃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1250℃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表
面の炭素量を低下せしめ、融体相量の差によって、合金
表面へ結合相を移動させるためである。
面の炭素量を低下せしめ、融体相量の差によって、合金
表面へ結合相を移動させるためである。
この真空度は、脱炭性雰囲気とするために、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。
-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、1250℃から引き続いて酸化性雰囲気
中で1150℃まで冷却する。
中で1150℃まで冷却する。
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、1150℃まで冷却するのは、1150℃より低い温
度まで冷却し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。
度まで冷却し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。
この温度への冷却速度は、余り高速であると遊離炭素
の酸化脱炭が充分に進行しないため、５℃/min.以下と
することが好ましい。
の酸化脱炭が充分に進行しないため、５℃/min.以下と
することが好ましい。
なお、あまり遅い冷却速度であると、脱炭量が大き
く、η相（Co3W3C）等が発生してしまうため、冷却速度
の下限値は0.1℃/min.程度とすることが好ましい。
く、η相（Co3W3C）等が発生してしまうため、冷却速度
の下限値は0.1℃/min.程度とすることが好ましい。
この時の酸化性雰囲気としては、例えばCO2、CO2とH2
の混合ガスが好ましく使用される。
の混合ガスが好ましく使用される。
また、TiC,TiN,TiCN,Al2O3の１種以上の被覆は、通常
の化学蒸着法（CVD法）や物理蒸着法（PVD法）により行
われる。
の化学蒸着法（CVD法）や物理蒸着法（PVD法）により行
われる。
［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1250℃
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1250℃
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、1150℃まで２℃/min.の冷却速度で2Torr
のCO2雰囲気中で冷却した。
のCO2雰囲気中で冷却した。
この合金の断面組織を観察すると、表面下30μｍま
で、Coが内部に比し、５倍富化していた。なお、遊離炭
素は消失していた。
で、Coが内部に比し、５倍富化していた。なお、遊離炭
素は消失していた。
この合金を用いてポンチを作製し、この表面にCVD法
で３μｍ厚さのTiNを被覆し、S35C（炭素鋼−0.35重量
％Ｃ）（初期形状φ20、長さ／径＝2.0）を鍛造（前方
押し）加工した。
で３μｍ厚さのTiNを被覆し、S35C（炭素鋼−0.35重量
％Ｃ）（初期形状φ20、長さ／径＝2.0）を鍛造（前方
押し）加工した。
この時の、ポンチの寿命は約６万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合金に３μｍ厚さの
TiN被覆をしたものでは３万個のショットで割損が発生
した。
TiN被覆をしたものでは３万個のショットで割損が発生
した。
実施例２ 実施例１において、1300℃から1250℃までの冷却速度
を0.5℃/min.,2℃/min.,5℃/min.とする以外は実施例１
と同一として、合金表面下50μm,30μm,5μｍにCoを富
化した。
を0.5℃/min.,2℃/min.,5℃/min.とする以外は実施例１
と同一として、合金表面下50μm,30μm,5μｍにCoを富
化した。
これらの合金表面に、CVD法で、４μｍのTiCNを被覆
した。
した。
これらの合金を用いて前方押出し用ポンチとして、SC
r（Cr鋼）21を、断面減少率（加工前後の素材面積の変
化率）20％、押出長さ（押出し加工によって変化させた
長さ）5mmで加工して、上記合金の寿命テストを行っ
た。
r（Cr鋼）21を、断面減少率（加工前後の素材面積の変
化率）20％、押出長さ（押出し加工によって変化させた
長さ）5mmで加工して、上記合金の寿命テストを行っ
た。
この結果、夫々６万個、３万個、１万個のショットが
可能であった。
可能であった。
なお、通常のWC−10％Co合金に３μｍ厚さのTiCN被覆
をしたものでは3000個のショットで割損が発生した。
をしたものでは3000個のショットで割損が発生した。
実施例３ 実施例１と同様にして作成した合金を用いてポンチを
作製し、この表面にCVD法で2.5μｍのTiNをその上に0.5
μｍのAl2O3を被覆し、実施例１と同一条件で寿命テス
トを行った。
作製し、この表面にCVD法で2.5μｍのTiNをその上に0.5
μｍのAl2O3を被覆し、実施例１と同一条件で寿命テス
トを行った。
この結果、上記のポンチ寿命は７万個のショットが可
能であった。
能であった。
一方、通常の合金に同様の被覆層を形成したものは、
１万個のショットで割損が発生した。
１万個のショットで割損が発生した。
［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、耐摩耗性は表面に存在する硬質膜で付与され、該硬
質膜による強度の低下は合金表面の硬化層（Co等鉄族金
属富化層）の靭性で補われるため、靭性低下はなく、む
しろ靭性向上をもたらすことができる。
は、耐摩耗性は表面に存在する硬質膜で付与され、該硬
質膜による強度の低下は合金表面の硬化層（Co等鉄族金
属富化層）の靭性で補われるため、靭性低下はなく、む
しろ靭性向上をもたらすことができる。
このように、本発明合金及び方法によれば、耐摩耗性
と靭性と言う相反する性質故を、合金表面下のCo等鉄族
金属結合相を多くする（富化する）ことと、該合金表面
にTiC,TiN,TiCN,Al2O3を被覆することにより、合金強度
を低下させることなく、高度に付与することができるの
である。
と靭性と言う相反する性質故を、合金表面下のCo等鉄族
金属結合相を多くする（富化する）ことと、該合金表面
にTiC,TiN,TiCN,Al2O3を被覆することにより、合金強度
を低下させることなく、高度に付与することができるの
である。
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広げることができ、本発明は、耐摩
耗性と靭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広げることができ、本発明は、耐摩
耗性と靭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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 16/34 Ｃ２３Ｃ 16/34 16/36 16/36 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C23C 14/08,14/06 C22C 1/05
Claims (2)
- 【請求項１】WCと鉄族金属からなる超硬合金の表面下50
μｍ間が結合相富化層であり、且つ該合金中に遊離炭素
が実質的に存在せず、該合金表面上にTiC,TiN,TiCN,Al2
O3の１種以上を被覆してなることを特徴とする耐摩工具
用被覆超硬合金。 - 【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1250℃まで
は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、引き続いて酸化性雰囲気中で1150℃まで
脱炭冷却して前記遊離炭素を消失させた後、表面にTiC,
TiN,TiCN,Al2O3の１種以上を被覆することを特徴とする
耐摩工具用被覆超硬合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039198A JP2770372B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039198A JP2770372B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221373A JPH02221373A (ja) | 1990-09-04 |
| JP2770372B2 true JP2770372B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=12546426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1039198A Expired - Lifetime JP2770372B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770372B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102732766A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-17 | 四川大学 | 一种粗晶粒硬质合金材料及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7972409B2 (en) | 2005-03-28 | 2011-07-05 | Kyocera Corporation | Cemented carbide and cutting tool |
| JP5334704B2 (ja) * | 2009-06-25 | 2013-11-06 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158314A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-14 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | Coated sintered carbide |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP1039198A patent/JP2770372B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102732766A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-17 | 四川大学 | 一种粗晶粒硬质合金材料及其制备方法 |
| CN102732766B (zh) * | 2012-07-06 | 2014-08-06 | 四川大学 | 一种粗晶粒硬质合金材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02221373A (ja) | 1990-09-04 |
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