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 |
---|---|---|---|---|
KR100996838B1 (ko) * | 2005-03-28 | 2010-11-26 | 쿄세라 코포레이션 | 초경합금 및 절삭 공구 |
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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