JP3045199B2 - 高硬度超硬合金の製造法 - Google Patents
高硬度超硬合金の製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高圧水流ノズル用、
切削、摺動、線引ダイス等の工具用として切削特性に優
れた高硬度、高耐摩耗、高耐食、高剛性の超硬合金の製
造法に関するものである。
切削、摺動、線引ダイス等の工具用として切削特性に優
れた高硬度、高耐摩耗、高耐食、高剛性の超硬合金の製
造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、耐摩耗性が良く、切削特性に
優れる工具用硬質合金がＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属元
素の炭化物、窒化物などからなる硬質相と鉄族金属の結
合相とから得られていることは周知である。
優れる工具用硬質合金がＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族金属元
素の炭化物、窒化物などからなる硬質相と鉄族金属の結
合相とから得られていることは周知である。
【０００３】特に、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、機械的性
質に最も優れるため、切削工具や耐摩耗工具の分野では
有用である。このＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、ＷＣ粉末
（硬質相）とＣｏ粉末（結合相）からなる混合粉末を、
乾燥・造粒→ホットプレス→焼結することにより得てい
るが、合金の硬度向上や強度向上、耐摩耗性向上等を図
るには、合金中のＷＣ粒子を微粒にする必要がある。こ
の場合、使用原料のＷＣ粉末を微粒粉とする方法が採ら
れている。しかし、微粒のＷＣ粉末を用いれば、液相焼
結下で硬質相（ＷＣ）が粒成長する。これを防止するた
めに、従来ではＷＣ粉末の製造時にＣｒ，Ｖ等を添加し
て、上記粒成長の抑制を図っている。
質に最も優れるため、切削工具や耐摩耗工具の分野では
有用である。このＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、ＷＣ粉末
（硬質相）とＣｏ粉末（結合相）からなる混合粉末を、
乾燥・造粒→ホットプレス→焼結することにより得てい
るが、合金の硬度向上や強度向上、耐摩耗性向上等を図
るには、合金中のＷＣ粒子を微粒にする必要がある。こ
の場合、使用原料のＷＣ粉末を微粒粉とする方法が採ら
れている。しかし、微粒のＷＣ粉末を用いれば、液相焼
結下で硬質相（ＷＣ）が粒成長する。これを防止するた
めに、従来ではＷＣ粉末の製造時にＣｒ，Ｖ等を添加し
て、上記粒成長の抑制を図っている。
【０００４】ところが、上記従来例のように、ＷＣの粒
成長を抑制するために、Ｃｒ，Ｖ等を添加すると、ＷＣ
中にＣｒ2 Ｏ3 ，Ｖ2 Ｏ5 等の安定酸化物が多く含まれ
ることとなり、その量は例えばＷＣ原料粉末中０．３〜
０．８％となる。この安定酸化物の存在が少量結合金属
とのぬれ性を阻害し、合金の高密度化が妨げられる。こ
の結果、資源的に希少かつ高価なＣｏ量を減らすことが
できないという不具合が生じる。
成長を抑制するために、Ｃｒ，Ｖ等を添加すると、ＷＣ
中にＣｒ2 Ｏ3 ，Ｖ2 Ｏ5 等の安定酸化物が多く含まれ
ることとなり、その量は例えばＷＣ原料粉末中０．３〜
０．８％となる。この安定酸化物の存在が少量結合金属
とのぬれ性を阻害し、合金の高密度化が妨げられる。こ
の結果、資源的に希少かつ高価なＣｏ量を減らすことが
できないという不具合が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記従来
の課題に鑑みてなされたもので、焼結前の原料粉末中の
Ｃｏ量を減少でき、合わせてＷＣ−Ｃｏのぬれ性を向上
させることができる高密度、高強度の超硬合金の製造法
を提供することを目的とする。
の課題に鑑みてなされたもので、焼結前の原料粉末中の
Ｃｏ量を減少でき、合わせてＷＣ−Ｃｏのぬれ性を向上
させることができる高密度、高強度の超硬合金の製造法
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明者らは、鋭意研
究の末、ＷＣ−Ｃｏ混合物に、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ、及び
ＶＣを所定量添加することにより、Ｃｏ量を減らしても
ＷＣ−Ｃｏのぬれ性が阻害されることがなく、これによ
り高硬度、耐摩耗性、耐食性、高剛性に優れた硬質合金
が得られることを見出して、この発明を完成するに至っ
たものである。
究の末、ＷＣ−Ｃｏ混合物に、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ、及び
ＶＣを所定量添加することにより、Ｃｏ量を減らしても
ＷＣ−Ｃｏのぬれ性が阻害されることがなく、これによ
り高硬度、耐摩耗性、耐食性、高剛性に優れた硬質合金
が得られることを見出して、この発明を完成するに至っ
たものである。
【０００７】即ち、この発明に係る高硬度超硬合金は、
粒径２μｍ以下のＷＣ粉末に、Ｃｏ、Ｍｏ又はＭｏ
２Ｃ、及びＶＣを配合している原料粉末を成形したのち
に１３００℃以上１６００℃未満で予備焼結し、さらに
１３００℃以上１６００℃未満の高圧不活性ガス雰囲気
中にて熱間静水圧プレス焼結することにより、組成が
０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０〜７．０重量％Ｍｏ
又はＭｏ２Ｃ、０．２〜０．６重量％ＶＣ、残部がＷＣ
である硬質合金を得ることを特徴とするものである。
粒径２μｍ以下のＷＣ粉末に、Ｃｏ、Ｍｏ又はＭｏ
２Ｃ、及びＶＣを配合している原料粉末を成形したのち
に１３００℃以上１６００℃未満で予備焼結し、さらに
１３００℃以上１６００℃未満の高圧不活性ガス雰囲気
中にて熱間静水圧プレス焼結することにより、組成が
０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０〜７．０重量％Ｍｏ
又はＭｏ２Ｃ、０．２〜０．６重量％ＶＣ、残部がＷＣ
である硬質合金を得ることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】この発明は上記したように、ＷＣ、Ｃｏ、Ｍｏ
又はＭｏ２Ｃ、及びＶＣを原料粉末とする。硬質相の主
体となるＷＣは、不純物程度のＣｒ、Ｖを含有し、例え
ば９３．８７重量％Ｗ粉末に６．１３重量％Ｃ粉末を混
合し、炭化炉で非酸化性雰囲気で炭化して得られる粒径
２μｍ以下のＷＣ粉末を用いる。
又はＭｏ２Ｃ、及びＶＣを原料粉末とする。硬質相の主
体となるＷＣは、不純物程度のＣｒ、Ｖを含有し、例え
ば９３．８７重量％Ｗ粉末に６．１３重量％Ｃ粉末を混
合し、炭化炉で非酸化性雰囲気で炭化して得られる粒径
２μｍ以下のＷＣ粉末を用いる。
【０００９】結合金属としてのＣｏは、０．４重量％の
低い割合で配合される。上記ＷＣ粉末中のＣｒ，Ｖは不
純物程度であるので、安定酸化物の量が少なくなるた
め、このようにＣｏ量を減少させても、ＷＣ−Ｃｏのぬ
れ性が阻害されない。
低い割合で配合される。上記ＷＣ粉末中のＣｒ，Ｖは不
純物程度であるので、安定酸化物の量が少なくなるた
め、このようにＣｏ量を減少させても、ＷＣ−Ｃｏのぬ
れ性が阻害されない。
【００１０】ところで、上記Ｃｏを減じると、合金中に
ＷＣ（α相）−γ（Ｗを含むＣｏ相）の他にＷ3 Ｃｏ3
Ｃ（ζ相）の金属間化合物や遊離炭素（Ｆｒｅｅ Ｃａ
ｒｂｏｎ）が出現し易くなる。これが出現すると、合金
の硬度、強度が低下する原因となる。これを防止するた
めに、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃを５．５重量％の割合で配合す
る。このＭｏ又はＭｏ2 Ｃは、主に原料粉末中の遊離炭
素と結合する。
ＷＣ（α相）−γ（Ｗを含むＣｏ相）の他にＷ3 Ｃｏ3
Ｃ（ζ相）の金属間化合物や遊離炭素（Ｆｒｅｅ Ｃａ
ｒｂｏｎ）が出現し易くなる。これが出現すると、合金
の硬度、強度が低下する原因となる。これを防止するた
めに、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃを５．５重量％の割合で配合す
る。このＭｏ又はＭｏ2 Ｃは、主に原料粉末中の遊離炭
素と結合する。
【００１１】一方、上記ＷＣ粉末製造時にＣｒ，Ｖ量を
ＷＣ粉末中で不純物程度となるように添加するために、
安定酸化物の発生防止を図れる反面、液相焼結下で硬質
相（ＷＣ）が粒成長し易くなる。これを防止するため
に、０．４重量％のＶＣを配合する。このＶＣによって
粒成長を抑制することができ、合金の高密度化を達成で
きる。
ＷＣ粉末中で不純物程度となるように添加するために、
安定酸化物の発生防止を図れる反面、液相焼結下で硬質
相（ＷＣ）が粒成長し易くなる。これを防止するため
に、０．４重量％のＶＣを配合する。このＶＣによって
粒成長を抑制することができ、合金の高密度化を達成で
きる。
【００１２】この発明の超硬合金の製造の一例について
説明すると、上記ＷＣ，Ｃｏ，Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ，ＶＣ
からなる原料粉末を市販のボールミル湿式混合機で配合
し、この混合物を乾燥・造粒後にプレス成型し、所定条
件で予備焼結したのち、さらに液相出現温度より低い温
度以上の温度で５０kg／cm2 以上の高圧不活性ガス中で
熱間静水圧プレス焼結（ＨＩＰ）することによって得ら
れるのである。
説明すると、上記ＷＣ，Ｃｏ，Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ，ＶＣ
からなる原料粉末を市販のボールミル湿式混合機で配合
し、この混合物を乾燥・造粒後にプレス成型し、所定条
件で予備焼結したのち、さらに液相出現温度より低い温
度以上の温度で５０kg／cm2 以上の高圧不活性ガス中で
熱間静水圧プレス焼結（ＨＩＰ）することによって得ら
れるのである。
【００１３】この発明における予備焼結の条件は、真空
又は特殊雰囲気中で１３００℃〜１６００℃×１Ｈｒが
適当であり、熱間静水圧プレスによる焼結はアルゴン等
の不活性ガス雰囲気中８０kg／cm2 以上の圧力下、１３
００℃〜１６００℃×１Ｈｒが適当である。この予備焼
結と熱間静水圧プレス焼結は同一工程で行なうようにし
てもよい。即ち、同一炉内で予備焼結と熱間静水圧プレ
ス焼結を連続して行なうことにより、製造工程を簡略化
できると共に、焼結体表面が炉からの出し入れで変形す
るのを防止できるという利点が得られる。
又は特殊雰囲気中で１３００℃〜１６００℃×１Ｈｒが
適当であり、熱間静水圧プレスによる焼結はアルゴン等
の不活性ガス雰囲気中８０kg／cm2 以上の圧力下、１３
００℃〜１６００℃×１Ｈｒが適当である。この予備焼
結と熱間静水圧プレス焼結は同一工程で行なうようにし
てもよい。即ち、同一炉内で予備焼結と熱間静水圧プレ
ス焼結を連続して行なうことにより、製造工程を簡略化
できると共に、焼結体表面が炉からの出し入れで変形す
るのを防止できるという利点が得られる。
【００１４】上記製造法によって得られた合金は、超硬
合金の組成範囲は、０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０
〜７．０重量％Ｍｏ又Ｍｏ2 Ｃ、０．２〜０．６重量％
ＶＣ、残部がＷＣである。ここで、上記Ｃｏが０．２重
量％未満の場合、Ｃｏが硬質相の表面に均一にぬれず
に、著しい偏析を生ずる。結果として合金的諸特性が劣
ってしまう。これに対し、Ｃｏが１．０重量％を越える
と、Ｃｏ相がほぼ均一に硬質相の表面にぬれていくが、
合金としてはＣｏ相の特性の影響が表われる。また、上
記Ｍｏ又Ｍｏ2 Ｃが２．０重量％未満の場合、使用する
ＷＣ粉末中の遊離炭素（Ｆ．Ｃ）と反応し、Ｍｏ2 Ｃ生
成又は／及びａＷＣ＋ｂＣ＋ｃＭｏ→ａ’ＷＣ＋ｄＭｏ
2 Ｃ＋ｅＭｏ反応に伴うＣｏ相の硬質相へのぬれ性が促
進されず、合金中のＣｏは偏析してくる。これに対し、
Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃが７．０重量％を越えると、Ｍｏ又は
Ｍｏ2 Ｃの特性の影響が合金特性として大きく表われ、
硬度が低くなる。さらに、上記ＶＣが０．２重量％未満
の場合、ＶＣとＣｏ、硬質相とのぬれ性が悪く偏析し、
ＷＣの粒成長抑制効果が低下し、ＷＣが成長する。これ
に対し、ＶＣが０．６重量％を越えると、ＶＣの特性が
合金特性として影響大となったり（合金硬度が低くなる
等）、他の元素との金属間化合物の生成、析出等によ
り、合金特性の靭性低下を招く。
合金の組成範囲は、０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０
〜７．０重量％Ｍｏ又Ｍｏ2 Ｃ、０．２〜０．６重量％
ＶＣ、残部がＷＣである。ここで、上記Ｃｏが０．２重
量％未満の場合、Ｃｏが硬質相の表面に均一にぬれず
に、著しい偏析を生ずる。結果として合金的諸特性が劣
ってしまう。これに対し、Ｃｏが１．０重量％を越える
と、Ｃｏ相がほぼ均一に硬質相の表面にぬれていくが、
合金としてはＣｏ相の特性の影響が表われる。また、上
記Ｍｏ又Ｍｏ2 Ｃが２．０重量％未満の場合、使用する
ＷＣ粉末中の遊離炭素（Ｆ．Ｃ）と反応し、Ｍｏ2 Ｃ生
成又は／及びａＷＣ＋ｂＣ＋ｃＭｏ→ａ’ＷＣ＋ｄＭｏ
2 Ｃ＋ｅＭｏ反応に伴うＣｏ相の硬質相へのぬれ性が促
進されず、合金中のＣｏは偏析してくる。これに対し、
Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃが７．０重量％を越えると、Ｍｏ又は
Ｍｏ2 Ｃの特性の影響が合金特性として大きく表われ、
硬度が低くなる。さらに、上記ＶＣが０．２重量％未満
の場合、ＶＣとＣｏ、硬質相とのぬれ性が悪く偏析し、
ＷＣの粒成長抑制効果が低下し、ＷＣが成長する。これ
に対し、ＶＣが０．６重量％を越えると、ＶＣの特性が
合金特性として影響大となったり（合金硬度が低くなる
等）、他の元素との金属間化合物の生成、析出等によ
り、合金特性の靭性低下を招く。
【００１５】さらに、得られた超硬合金は、密度が１
４．８g ／cm2 以上、ビッカース硬度が２３００kg／mm
2 以上で、かつ破壊靭性値が３．０以上である。
４．８g ／cm2 以上、ビッカース硬度が２３００kg／mm
2 以上で、かつ破壊靭性値が３．０以上である。
【００１６】さらに、上記合金の有孔度は、ＡＳＴＭ規
格でＡ０６以下、Ｂ０６以下或はＣ０２以下である。こ
のＡＳＴＭ規格は、巣の大きさがＡ型は１０μｍ未満、
Ｂ型は１０μｍ以上２５μｍ未満、Ｃ型は遊離炭素に起
因するものであり、Ａ０６は、２００倍に拡大した顕微
鏡組織に基づき０．２％（vol.) 、Ｂ０６は、１００倍
に拡大した顕微鏡組織に基づき０．２％（vol.)（１３
００pores ／cm2)とされる。
格でＡ０６以下、Ｂ０６以下或はＣ０２以下である。こ
のＡＳＴＭ規格は、巣の大きさがＡ型は１０μｍ未満、
Ｂ型は１０μｍ以上２５μｍ未満、Ｃ型は遊離炭素に起
因するものであり、Ａ０６は、２００倍に拡大した顕微
鏡組織に基づき０．２％（vol.) 、Ｂ０６は、１００倍
に拡大した顕微鏡組織に基づき０．２％（vol.)（１３
００pores ／cm2)とされる。
【００１７】
【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。
る。
【００１８】表１に示す４種の配合組成（配合Ｗｔ／
％）のものをそれぞれボールミルにて約８時間混合して
原料粉を作成した。
％）のものをそれぞれボールミルにて約８時間混合して
原料粉を作成した。
【００１９】
【表１】
【００２０】これらの原料粉を乾燥・造粒後、１．０Ｔ
／cm2 （２０×２０×２０mm) でプレス成形し、約１時
間１４７０℃で予備焼結を行ない、引き続き同一炉内で
アルゴンガス雰囲気下、１０００kg／cm2 の高圧力で１
３２０℃、１時間の熱間静水圧プレス焼結（ＨＩＰ）を
行ない、硬質合金を得た。
／cm2 （２０×２０×２０mm) でプレス成形し、約１時
間１４７０℃で予備焼結を行ない、引き続き同一炉内で
アルゴンガス雰囲気下、１０００kg／cm2 の高圧力で１
３２０℃、１時間の熱間静水圧プレス焼結（ＨＩＰ）を
行ない、硬質合金を得た。
【００２１】熱間静水圧プレス後の合金特性を表２に示
す。実施例Ａでは比較例Ｂと比較して、高密度、高硬度
で、破壊靭性に優れていることが判る。
す。実施例Ａでは比較例Ｂと比較して、高密度、高硬度
で、破壊靭性に優れていることが判る。
【００２２】
【表２】
【００２３】この発明に係る高強度超硬質合金は、耐食
性、有孔度、耐摩耗性、耐放電加工、光沢性にも優れて
いることから、一般的なワークの切削工具（ＶB ，ＫT
広耗）、耐摩耗工具の他、Ｗ−Ｎｉ等、難加工ワークの
分野にも広範囲に活用し得る。
性、有孔度、耐摩耗性、耐放電加工、光沢性にも優れて
いることから、一般的なワークの切削工具（ＶB ，ＫT
広耗）、耐摩耗工具の他、Ｗ−Ｎｉ等、難加工ワークの
分野にも広範囲に活用し得る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＷＣ−Ｃｏ混合物に、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ、及びＶＣ
を所定量添加することにより、焼結前の原料粉末中のＣ
ｏ量を減少でき、合わせてＷＣ−Ｃｏのぬれ性を向上さ
せることができる。その結果、高圧水流ノズル用、切
削、摺動、線引ダイス等の工具用合金として切削特性に
優れ、高硬度、高耐摩耗、高耐食、高剛性の超硬合金を
得ることができる。
ば、ＷＣ−Ｃｏ混合物に、Ｍｏ又はＭｏ2 Ｃ、及びＶＣ
を所定量添加することにより、焼結前の原料粉末中のＣ
ｏ量を減少でき、合わせてＷＣ−Ｃｏのぬれ性を向上さ
せることができる。その結果、高圧水流ノズル用、切
削、摺動、線引ダイス等の工具用合金として切削特性に
優れ、高硬度、高耐摩耗、高耐食、高剛性の超硬合金を
得ることができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−33098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 3/15 B22F 1/00
Claims (3)
- 【請求項１】 粒径２μｍ以下のＷＣ粉末に、Ｃｏ、Ｍ
ｏ又はＭｏ２Ｃ、及びＶＣを配合している原料粉末を成
形したのちに１３００℃以上１６００℃未満で予備焼結
し、さらに１３００℃以上１６００℃未満の高圧不活性
ガス雰囲気中にて熱間静水圧プレス焼結することによ
り、組成が０．２〜１．０重量％Ｃｏ、２．０〜７．０
重量％Ｍｏ又はＭｏ２Ｃ、０．２〜０．６重量％ＶＣ、
残部がＷＣである硬質合金を得ることを特徴とする高硬
度超硬合金の製造法。 - 【請求項２】 得られた硬質合金の密度が１４．８g ／
cm2 以上、ビッカース硬度が２３００kg／mm2 以上で、
かつ破壊靭性値が３．０以上であることを特徴とする請
求項１記載の高硬度超硬合金の製造法。 - 【請求項３】 得られた硬質合金の有孔度がＡＳＴＭ規
格でＡ０６以下、Ｂ０６以下或はＣ０２以上であること
を特徴とする請求項１記載の高硬度超硬合金の製造法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3250437A JP3045199B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 高硬度超硬合金の製造法 |
| EP92918325A EP0559901B1 (en) | 1991-09-02 | 1992-08-27 | Hard alloy and production thereof |
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