JP3080983B2 - 傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製造方法 - Google Patents
傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製造方法Info
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- JP3080983B2 JP3080983B2 JP02316668A JP31666890A JP3080983B2 JP 3080983 B2 JP3080983 B2 JP 3080983B2 JP 02316668 A JP02316668 A JP 02316668A JP 31666890 A JP31666890 A JP 31666890A JP 3080983 B2 JP3080983 B2 JP 3080983B2
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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、旋削工具，フライス工具，ドリル，エンド
ミルなどの切削工具、ダイ，パンチ，スリッター，ライ
ナー，攪拌棒などの耐摩耗工具、カッタービットなどの
土木建設工具又は化学薬品用ノズル，時計外装部品など
の耐腐蝕性工具に代表される各種の工具もしくは工具部
品として適する傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製
造方法に関するものである。
ミルなどの切削工具、ダイ，パンチ，スリッター，ライ
ナー，攪拌棒などの耐摩耗工具、カッタービットなどの
土木建設工具又は化学薬品用ノズル，時計外装部品など
の耐腐蝕性工具に代表される各種の工具もしくは工具部
品として適する傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製
造方法に関するものである。
（従来の技術） 炭化チタン又は窒化チタンを主成分とする硬質相とCo
及び／又はNiを主成分とする結合相とからなっている焼
結合金は、各種の工具に使用されており、その工具の用
途に応じて硬質相の粒度及び種類、結合相量、添加物の
種類及び量などを調整し、耐摩耗性と靭性のバランスを
保持させている。しかし、焼結合金の耐摩耗性と靭性
は、一方を向上させると他方が低下するという二律背反
的な傾向にあることから、両方を同時に改善することは
非常に困難な問題である。
及び／又はNiを主成分とする結合相とからなっている焼
結合金は、各種の工具に使用されており、その工具の用
途に応じて硬質相の粒度及び種類、結合相量、添加物の
種類及び量などを調整し、耐摩耗性と靭性のバランスを
保持させている。しかし、焼結合金の耐摩耗性と靭性
は、一方を向上させると他方が低下するという二律背反
的な傾向にあることから、両方を同時に改善することは
非常に困難な問題である。
この問題を解決しようとしたものに、焼結合金の表面
近傍と内部との組成組織を異なるようにした合金があ
り、その代表的なものとして特開昭54−139815号公報，
特開平２−15139号公報及び特開平２−93036号公報で提
案されている。
近傍と内部との組成組織を異なるようにした合金があ
り、その代表的なものとして特開昭54−139815号公報，
特開平２−15139号公報及び特開平２−93036号公報で提
案されている。
（発明が解決しようとする課題） 焼結合金の表面近傍と内部との組成組織を異なるよう
にした先行技術の内、特開昭54−139815号公報に開示の
焼結合金は、表面から最大深さ1mmまでの内部に向って
連続的に低くなる硬さ分布を有し、しかも内部硬さに対
して表面硬さが５〜30％高い硬質表層をもつ合金であ
る。この同公報に開示の焼結合金の硬質表層は、液相出
現温度以下での浸炭雰囲気処理と真空焼結とにより形成
させたもので、単なる硬質表層に存在する硬質相中の結
合炭素量により生じた硬さ分布であることから、耐摩耗
性と靭性の両方を高めるという効果が弱く、結局用途範
囲が限定されるという問題がある。
にした先行技術の内、特開昭54−139815号公報に開示の
焼結合金は、表面から最大深さ1mmまでの内部に向って
連続的に低くなる硬さ分布を有し、しかも内部硬さに対
して表面硬さが５〜30％高い硬質表層をもつ合金であ
る。この同公報に開示の焼結合金の硬質表層は、液相出
現温度以下での浸炭雰囲気処理と真空焼結とにより形成
させたもので、単なる硬質表層に存在する硬質相中の結
合炭素量により生じた硬さ分布であることから、耐摩耗
性と靭性の両方を高めるという効果が弱く、結局用途範
囲が限定されるという問題がある。
また、特開平２−15139号公報には、合金の表面から1
000μｍまでの表面部を内部より高靭性，高硬度にしたT
iCN基サーメットが開示されており、特開平２−93036号
公報には、焼結合金の表面から50μｍまでの表面部の間
にビッカース硬度2000以上の部分を存在させたTiCNサー
メットが開示されている。これらの両公報に開示されて
いるTiCN基サーメットの表面部は、液相出現の温度以上
から最高の焼結温度到達以前に炉内にN2ガスを導入し、
最高の焼結温度に到達後に炉内圧力を低下させることに
より形成させたもので、表面近傍の硬質相中の窒化物生
成と結合相量の減少により形成されたものである。
000μｍまでの表面部を内部より高靭性，高硬度にしたT
iCN基サーメットが開示されており、特開平２−93036号
公報には、焼結合金の表面から50μｍまでの表面部の間
にビッカース硬度2000以上の部分を存在させたTiCNサー
メットが開示されている。これらの両公報に開示されて
いるTiCN基サーメットの表面部は、液相出現の温度以上
から最高の焼結温度到達以前に炉内にN2ガスを導入し、
最高の焼結温度に到達後に炉内圧力を低下させることに
より形成させたもので、表面近傍の硬質相中の窒化物生
成と結合相量の減少により形成されたものである。
これらの両公報のTiCN基サーメットは、表面部の靱性
が改善されるものの未だ耐欠損性及び耐塑性変形性が不
十分であり、耐摩耗性と同時にこれらの特性を全て向上
させることが困難で、実用上用途が限定されるという問
題がある。
が改善されるものの未だ耐欠損性及び耐塑性変形性が不
十分であり、耐摩耗性と同時にこれらの特性を全て向上
させることが困難で、実用上用途が限定されるという問
題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具
体的には、焼結合金の表面から0.1〜5mmの内部までの表
面層に拡散元素を漸次減少させるように存在させ、かつ
表面層中の結合相の相対濃度と硬質相の平均粒径の一方
もしくは両方を漸次増加及び／又は増大させることによ
り、耐摩耗性，耐塑性変形性，靱性，耐腐蝕性，耐酸化
性及び高温での耐摩耗性，耐欠損性にすぐれる傾斜組成
組織を有する硬質焼結合金の提供を目的とするものであ
る。
体的には、焼結合金の表面から0.1〜5mmの内部までの表
面層に拡散元素を漸次減少させるように存在させ、かつ
表面層中の結合相の相対濃度と硬質相の平均粒径の一方
もしくは両方を漸次増加及び／又は増大させることによ
り、耐摩耗性，耐塑性変形性，靱性，耐腐蝕性，耐酸化
性及び高温での耐摩耗性，耐欠損性にすぐれる傾斜組成
組織を有する硬質焼結合金の提供を目的とするものであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明者は、従来の焼結合金が耐摩耗性を向上させる
と靱性が低下し、靱性を向上させると耐摩耗性が低下す
るという問題について検討していた所、焼結合金の製造
工程の内、粉末成形体の焼結時に、拡散が容易で、かつ
表面層を硬化させ得る元素を或る表面領域に亘り傾斜を
もたせて拡散させ、しかも表面層における結合相濃度及
び／又は硬質相の平均粒径の分布を制御して表面層をさ
らに硬化すると、焼結合金自体の耐摩耗性，靱性及び耐
塑性変形性が顕著に向上するという知見を得たものであ
る。この知見に基づいて、本発明を完成するに至ったも
のである。
と靱性が低下し、靱性を向上させると耐摩耗性が低下す
るという問題について検討していた所、焼結合金の製造
工程の内、粉末成形体の焼結時に、拡散が容易で、かつ
表面層を硬化させ得る元素を或る表面領域に亘り傾斜を
もたせて拡散させ、しかも表面層における結合相濃度及
び／又は硬質相の平均粒径の分布を制御して表面層をさ
らに硬化すると、焼結合金自体の耐摩耗性，靱性及び耐
塑性変形性が顕著に向上するという知見を得たものであ
る。この知見に基づいて、本発明を完成するに至ったも
のである。
すなわち、本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金は、
Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれらの相互合金、
又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,V,Cr,Mo,Alの
少なくとも１種との合金からなる結合相５〜50体積％
と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる硬質
相（但し、炭化タングステンの硬質相は、除く）と不可
避不純物とからなる焼結合金であって、その表面の１部
もしくは全面に亘る表面から0.1〜5mmの内部までの表面
層は、Cr,Mo,V,Ta,Al,Zr,Nb,Hf,W,Si,B,P,Cの中の少な
くとも１種の拡散元素が表面から内部に向って漸次減少
し、かつ該結合相の相対濃度と該硬質相の平均粒径の一
方もしくは両方が表面から内部に向って漸次増加又は増
大していることを特徴とするものである。
Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれらの相互合金、
又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,V,Cr,Mo,Alの
少なくとも１種との合金からなる結合相５〜50体積％
と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる硬質
相（但し、炭化タングステンの硬質相は、除く）と不可
避不純物とからなる焼結合金であって、その表面の１部
もしくは全面に亘る表面から0.1〜5mmの内部までの表面
層は、Cr,Mo,V,Ta,Al,Zr,Nb,Hf,W,Si,B,P,Cの中の少な
くとも１種の拡散元素が表面から内部に向って漸次減少
し、かつ該結合相の相対濃度と該硬質相の平均粒径の一
方もしくは両方が表面から内部に向って漸次増加又は増
大していることを特徴とするものである。
この本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金における結
合相は、Co,Ni,Feの少なくとも１種又はこれらの相互合
金からなる場合、もしくは結合相中の50体積％以上がC
o,Ni,Feの少なくとも１種で、残りが、例えばTa,Nb,Cr,
Mo,V,Al,Cu,Mnからなる場合である。この内、Co及び／
又はNiと10体積％以下のTi,V,Cr,Mo,Alの少なくとも１
種とからなる合金の結合相が好ましいことである。
合相は、Co,Ni,Feの少なくとも１種又はこれらの相互合
金からなる場合、もしくは結合相中の50体積％以上がC
o,Ni,Feの少なくとも１種で、残りが、例えばTa,Nb,Cr,
Mo,V,Al,Cu,Mnからなる場合である。この内、Co及び／
又はNiと10体積％以下のTi,V,Cr,Mo,Alの少なくとも１
種とからなる合金の結合相が好ましいことである。
この結合相の他に本発明の硬質焼結合金を構成してい
る硬質相は、周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化
物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる
硬質相（但し、炭化タングステンの硬質相は、除く）か
らなり、これらの硬質相は、不可避不純物程度に含有し
た酸素でもって、炭酸化物、窒酸化物，炭窒酸化物とし
て混在している場合もある。これらの硬質相は、芯部と
芯部を囲んでなる外周部とからなり、芯部と外周部とに
おける金属元素及び／又は非金属元素の種類又は含有量
が異なる有芯構造になっている場合もある。
る硬質相は、周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化
物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種でなる
硬質相（但し、炭化タングステンの硬質相は、除く）か
らなり、これらの硬質相は、不可避不純物程度に含有し
た酸素でもって、炭酸化物、窒酸化物，炭窒酸化物とし
て混在している場合もある。これらの硬質相は、芯部と
芯部を囲んでなる外周部とからなり、芯部と外周部とに
おける金属元素及び／又は非金属元素の種類又は含有量
が異なる有芯構造になっている場合もある。
この本発明の硬質焼結合金を構成している表面層は、
その部分に、硬質相及び／又は結合相に固溶する拡散元
素を存在させることにより、内部に比べて硬化させ、そ
の結果焼結合金自体の耐摩耗性を高めたもので、その厚
さが0.1mm未満では耐摩耗性の向上が弱く、逆に5mmを超
えて厚くなると靱性の低下及び製造上の困難性を伴こと
から、0.1〜5mmと定めたものである。
その部分に、硬質相及び／又は結合相に固溶する拡散元
素を存在させることにより、内部に比べて硬化させ、そ
の結果焼結合金自体の耐摩耗性を高めたもので、その厚
さが0.1mm未満では耐摩耗性の向上が弱く、逆に5mmを超
えて厚くなると靱性の低下及び製造上の困難性を伴こと
から、0.1〜5mmと定めたものである。
この表面層中に存在させる拡散元素は、表面層中の結
合相に固溶した、例えばCo−Cr,Ni−Mo,Ni−Cr,Co−V,N
i−V,Co−Zr,Co−Tiのような状態で存在し、場合によっ
ては結合相中に、例えばCo3Si,CoTi3,Ni3Al,Ni3P,AlTi3
のような金属間化合物の状態で存在し、あるいは表面層
中の硬質相に固溶し、例えば（Ti,Mo）C,（Ti,Mo）CN,
（V,W）C,（Ti,W）C,（Ta,W）Ｃのような硬質相の構造
で存在するものである。これらの拡散元素の内、Cr,B,A
l,Si,Pは、主として結合相に固溶しV,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W
は主として硬質相に固溶して、表面層を硬化すると共
に、表面層中の結合相量を減少させる作用によりさらに
硬さを向上させる。また、拡散元素の内、Mo,W,C,Nは、
表面層を硬化させると共に、表面層中の硬質相の粒子成
長を抑制させる効果がある。
合相に固溶した、例えばCo−Cr,Ni−Mo,Ni−Cr,Co−V,N
i−V,Co−Zr,Co−Tiのような状態で存在し、場合によっ
ては結合相中に、例えばCo3Si,CoTi3,Ni3Al,Ni3P,AlTi3
のような金属間化合物の状態で存在し、あるいは表面層
中の硬質相に固溶し、例えば（Ti,Mo）C,（Ti,Mo）CN,
（V,W）C,（Ti,W）C,（Ta,W）Ｃのような硬質相の構造
で存在するものである。これらの拡散元素の内、Cr,B,A
l,Si,Pは、主として結合相に固溶しV,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W
は主として硬質相に固溶して、表面層を硬化すると共
に、表面層中の結合相量を減少させる作用によりさらに
硬さを向上させる。また、拡散元素の内、Mo,W,C,Nは、
表面層を硬化させると共に、表面層中の硬質相の粒子成
長を抑制させる効果がある。
さらに、拡散元素の内、W,Moは、硬質相の粒子成長抑
制効果が大きいこと及び硬さ向上が大きいことから特に
好ましいことである。
制効果が大きいこと及び硬さ向上が大きいことから特に
好ましいことである。
この表面層中に存在する硬質相は、周期律表4a,5a,6a
族金属の炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種を芯部とし、該芯部を囲んだ外周部に上
記拡散元素を固溶した有芯構造になっていることが好ま
しく、特に、この硬質相の芯部が炭化チタン又は炭窒化
チタンからなり、かつ外周部に固溶する上記拡散元素が
Mo又はＷからなる場合が好ましいものである。
族金属の炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種を芯部とし、該芯部を囲んだ外周部に上
記拡散元素を固溶した有芯構造になっていることが好ま
しく、特に、この硬質相の芯部が炭化チタン又は炭窒化
チタンからなり、かつ外周部に固溶する上記拡散元素が
Mo又はＷからなる場合が好ましいものである。
特に、表面層中における拡散元素の濃度，硬質相の粒
径，結合相濃度については、焼結合金の表面から内部に
向って0.1mmまでの表面層における拡散元素の平均的濃
度（Cs）と内部における拡散元素の平均的濃度（Ci）と
の比がCs/Ci＝2.0以上で、かつ該表面層における結合相
の平均的濃度（bs）、硬質相の平均粒径（ds）と、内部
における結合相の平均的濃度（bi）、硬質相の平均粒径
（di）との比がbs/bi＝0.9以下及び／又はds/di＝0.9以
下であることが耐摩耗性と靭性の両方を高めるのに好ま
しいことである。
径，結合相濃度については、焼結合金の表面から内部に
向って0.1mmまでの表面層における拡散元素の平均的濃
度（Cs）と内部における拡散元素の平均的濃度（Ci）と
の比がCs/Ci＝2.0以上で、かつ該表面層における結合相
の平均的濃度（bs）、硬質相の平均粒径（ds）と、内部
における結合相の平均的濃度（bi）、硬質相の平均粒径
（di）との比がbs/bi＝0.9以下及び／又はds/di＝0.9以
下であることが耐摩耗性と靭性の両方を高めるのに好ま
しいことである。
さらに、この表面層における硬さについては、焼結合
金の表面から内部に向って0.1mmまでの平均ビッカース
硬さ（HVs）と、内部における平均ビッカース硬さ（HV
i）との比がHVs/HVi＝1.20以上であることが好ましいこ
とである。
金の表面から内部に向って0.1mmまでの平均ビッカース
硬さ（HVs）と、内部における平均ビッカース硬さ（HV
i）との比がHVs/HVi＝1.20以上であることが好ましいこ
とである。
本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金は、粉末圧粉体
の焼結時又は焼結後にその表面から拡散元素を拡散させ
ればよく、その方法としては、例えば拡散させようとす
る拡散元素の含有した固体，液体又は気体から拡散させ
るという方法があるけれども、特に次の方法で行うと表
面層の厚さ及び拡散元素の傾斜度合いなどの制御が容易
で好ましいことである。
の焼結時又は焼結後にその表面から拡散元素を拡散させ
ればよく、その方法としては、例えば拡散させようとす
る拡散元素の含有した固体，液体又は気体から拡散させ
るという方法があるけれども、特に次の方法で行うと表
面層の厚さ及び拡散元素の傾斜度合いなどの制御が容易
で好ましいことである。
すなわち、本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金の製
造方法は、Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれらの
相互合金、又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,V,C
r,Mo,Alの少なくとも１種との合金からなる粉末５〜50
％体積％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物，
窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の
粉末とを粉砕混合して混合粉末を得る工程、該混合粉末
を所定の形状に加圧成形して粉末成形体を得る工程、拡
散元素を含む金属，合金，化合物の固体物質を粉末成形
体に接触させて、真空又は非酸化性雰囲気中で1250〜16
00℃に加熱するか、もしくは拡散元素を含むガス雰囲気
中で1250〜1600℃に加熱する工程とからなることを特徴
とする方法である。この方法における工程の内、拡散元
素を含む固体物質を粉末成形体に接触させるとは、例え
ば粉末の固体物質を粉末成形体表面に一体化成形する方
法、粉末成形体の表面に塗布する方法、又は粉末の固体
物質を塗付した焼結用板体に粉末形成体を載置させる方
法、もしくは固体物質中に粉末成形体を埋設させる方法
を挙げることができる。また、固体物質としては、拡散
元素の含有した金属や合金の他に、例えばMo2C,Cr3C2,V
C,WC,Al4C3,WB,MoB,NbNなどの化合物を用いることがで
き、特に周期律表の4a,5a,6a族金属の拡散元素からなる
場合には、その炭化物を固体物質として用いると結合相
への固溶が低温から起るため拡散効果が大きく、また表
面層に存在する硬質相中の炭素量が低下し難いので好ま
しいことである。
造方法は、Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれらの
相互合金、又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,V,C
r,Mo,Alの少なくとも１種との合金からなる粉末５〜50
％体積％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物，
窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の
粉末とを粉砕混合して混合粉末を得る工程、該混合粉末
を所定の形状に加圧成形して粉末成形体を得る工程、拡
散元素を含む金属，合金，化合物の固体物質を粉末成形
体に接触させて、真空又は非酸化性雰囲気中で1250〜16
00℃に加熱するか、もしくは拡散元素を含むガス雰囲気
中で1250〜1600℃に加熱する工程とからなることを特徴
とする方法である。この方法における工程の内、拡散元
素を含む固体物質を粉末成形体に接触させるとは、例え
ば粉末の固体物質を粉末成形体表面に一体化成形する方
法、粉末成形体の表面に塗布する方法、又は粉末の固体
物質を塗付した焼結用板体に粉末形成体を載置させる方
法、もしくは固体物質中に粉末成形体を埋設させる方法
を挙げることができる。また、固体物質としては、拡散
元素の含有した金属や合金の他に、例えばMo2C,Cr3C2,V
C,WC,Al4C3,WB,MoB,NbNなどの化合物を用いることがで
き、特に周期律表の4a,5a,6a族金属の拡散元素からなる
場合には、その炭化物を固体物質として用いると結合相
への固溶が低温から起るため拡散効果が大きく、また表
面層に存在する硬質相中の炭素量が低下し難いので好ま
しいことである。
表面層中の拡散元素の量又は表面層の厚さは、粉末成
形体に接触させる固体物質の量によっても調整すること
ができるけれども、結合相中での拡散元素の拡散係数、
焼結のための加熱温度、保持時間によって制御するのが
好ましいことである。
形体に接触させる固体物質の量によっても調整すること
ができるけれども、結合相中での拡散元素の拡散係数、
焼結のための加熱温度、保持時間によって制御するのが
好ましいことである。
また、拡散元素を含むガス雰囲気によって拡散元素を
焼結合金の表面に拡散させる場合は、例えばVOCl3,CrO2
Cl2,NbOCl3,MoF6,TaCl5,BCl3,Al Cl3,SiCl4,PCl3などの
塩化物又は酸塩化物と、H2及びCH4の混合気体ガス雰囲
気中で行うのが好ましいことである。
焼結合金の表面に拡散させる場合は、例えばVOCl3,CrO2
Cl2,NbOCl3,MoF6,TaCl5,BCl3,Al Cl3,SiCl4,PCl3などの
塩化物又は酸塩化物と、H2及びCH4の混合気体ガス雰囲
気中で行うのが好ましいことである。
（作用） 本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金は、主として表
面層が耐摩耗性及び耐塑性変形性を高め、内部が靭性を
高める作用をし、表面層中の拡散元素と、結合相の相対
濃度及び／又は硬質相の平均粒径との相乗効果でもって
表面層を硬化する作用をし、拡散元素の内、V,Cr,Mo,C,
B,Al,Si,Pの場合は、液相出現温度を低下させる作用を
し、その結果焼結（加熱）時に表面で優先的に液相が出
現し、この液相が毛細管現象でもって、内部に向って急
激に移動し、表面部の結合相量を減少させる作用をし、
Cr,B,Al,Si,Pの場合は結合相に固溶分散し、V,Zr,Nb,M
o,Hf,Ta,Wは硬質相に固溶して表面層を効果させる作用
をし、Mo,Wの拡散元素の場合は、焼結時に硬質相粒子の
成長を抑制する作用をし、その結果表面層の硬質相粒径
を内部よりも微細にするという作用をしているものであ
る。
面層が耐摩耗性及び耐塑性変形性を高め、内部が靭性を
高める作用をし、表面層中の拡散元素と、結合相の相対
濃度及び／又は硬質相の平均粒径との相乗効果でもって
表面層を硬化する作用をし、拡散元素の内、V,Cr,Mo,C,
B,Al,Si,Pの場合は、液相出現温度を低下させる作用を
し、その結果焼結（加熱）時に表面で優先的に液相が出
現し、この液相が毛細管現象でもって、内部に向って急
激に移動し、表面部の結合相量を減少させる作用をし、
Cr,B,Al,Si,Pの場合は結合相に固溶分散し、V,Zr,Nb,M
o,Hf,Ta,Wは硬質相に固溶して表面層を効果させる作用
をし、Mo,Wの拡散元素の場合は、焼結時に硬質相粒子の
成長を抑制する作用をし、その結果表面層の硬質相粒径
を内部よりも微細にするという作用をしているものであ
る。
（実施例） 市販の平均粒径が0.2μｍと1.5μｍのTiC粉末,1.5μ
ｍのTiC0.7Ｎ0.3粉末,1.5μｍのカーボニルNi粉末,1.2
μｍのCo粉末,1.1μｍのTiC/WC/TaC＝50/20/30の固溶体
粉末及び１〜２μｍのVC,Mo2C,ZrC,NbC,Cr3C2,TaC,WC,T
iN,TiH2粉末をそれぞれ第１表に示す配合組成に秤量配
合し、超硬合金製のポットにアセトン溶媒、超硬合金製
ボールとともに装入して48Hr混合粉砕した。乾燥後80℃
に加熱しながら3.0wt％のパラフィンワックスを添加混
合し、混合粉末を得た。
ｍのTiC0.7Ｎ0.3粉末,1.5μｍのカーボニルNi粉末,1.2
μｍのCo粉末,1.1μｍのTiC/WC/TaC＝50/20/30の固溶体
粉末及び１〜２μｍのVC,Mo2C,ZrC,NbC,Cr3C2,TaC,WC,T
iN,TiH2粉末をそれぞれ第１表に示す配合組成に秤量配
合し、超硬合金製のポットにアセトン溶媒、超硬合金製
ボールとともに装入して48Hr混合粉砕した。乾燥後80℃
に加熱しながら3.0wt％のパラフィンワックスを添加混
合し、混合粉末を得た。
次に20φのプレスモールドを使用し、その下ピンのプ
レス面にMo2C,VC,WC,TaC,Al4C3の各粉末もしくはこれら
の混合粉末からなる第１表の拡散元素粉末を均一に敷
き、その後この下ピンをモールドにセットし、第１表の
配合組成の各混合粉末を充填して1ton/cm2の圧力で加圧
することにより下面に各拡散元素の薄膜が一体化成形さ
れた20φ×25mmの成形体を作製した。得られた成形体を
カーボン粉末を敷いたカーボン板に置き、真空炉に装入
して約10-2Torrの雰囲気中、所定の温度，時間条件で焼
結し、本発明品１〜10を得た。
レス面にMo2C,VC,WC,TaC,Al4C3の各粉末もしくはこれら
の混合粉末からなる第１表の拡散元素粉末を均一に敷
き、その後この下ピンをモールドにセットし、第１表の
配合組成の各混合粉末を充填して1ton/cm2の圧力で加圧
することにより下面に各拡散元素の薄膜が一体化成形さ
れた20φ×25mmの成形体を作製した。得られた成形体を
カーボン粉末を敷いたカーボン板に置き、真空炉に装入
して約10-2Torrの雰囲気中、所定の温度，時間条件で焼
結し、本発明品１〜10を得た。
また、第１表に示す配合組成の各混合粉末を用いて、
20φ×25mmの成形体を作製し、この片面にパラフィンワ
ックスとヘキサンに混在させたMo2C粉末あるいはNbC粉
末を所定量塗布した後、同様に真空中焼結し、本発明品
11,12を得た。一方、成形体をAl2O3粉末とCr3C2あるい
はB4C粉末との混合粉末中に埋設し、真空焼結して本発
明品13,14を得た。
20φ×25mmの成形体を作製し、この片面にパラフィンワ
ックスとヘキサンに混在させたMo2C粉末あるいはNbC粉
末を所定量塗布した後、同様に真空中焼結し、本発明品
11,12を得た。一方、成形体をAl2O3粉末とCr3C2あるい
はB4C粉末との混合粉末中に埋設し、真空焼結して本発
明品13,14を得た。
さらに第１表の配合組成の混合粉末の成形体をAr−10
vol％H2−0.5vol％MoF6からなる混合ガス中で焼結し、
本発明品15を得た。
vol％H2−0.5vol％MoF6からなる混合ガス中で焼結し、
本発明品15を得た。
以上の条件によって作製された円柱状の焼結体（約20
φ×20mm）を切断し表面層と内部について、拡散元素の
濃度，結合相量，硬質相粒径及びビッカース硬さを測定
した。結果を拡散処理を施していない通常焼結の焼結合
金と比較して第２表に示した。また、本発明品１の表面
から内部に向っての拡散元素濃度，結合相Ni量，硬質相
粒径，ビッカース硬さの分布の実測値を第１図及び第２
図に示した。
φ×20mm）を切断し表面層と内部について、拡散元素の
濃度，結合相量，硬質相粒径及びビッカース硬さを測定
した。結果を拡散処理を施していない通常焼結の焼結合
金と比較して第２表に示した。また、本発明品１の表面
から内部に向っての拡散元素濃度，結合相Ni量，硬質相
粒径，ビッカース硬さの分布の実測値を第１図及び第２
図に示した。
比較品１は、市販のTiC−Mo−Ni系サーメット 比較品２は、市販のTiC−TiN−WC−TaC−Mo2C−Ni−C
o系サーメット 比較品３は、市販のTiN−WC−TaC−Ni−Co系サーメッ
ト 第２表中に示した各因子の測定は、 拡散元素の濃度:EPMA分析により、表面より0.1mmまでの
平均濃度Csと内部での値Ciを測定した。
o系サーメット 比較品３は、市販のTiN−WC−TaC−Ni−Co系サーメッ
ト 第２表中に示した各因子の測定は、 拡散元素の濃度:EPMA分析により、表面より0.1mmまでの
平均濃度Csと内部での値Ciを測定した。
結合相量 :EPMA分析により、表面より0.1mmまでの
平均濃度bsと内部での値biを測定した。
平均濃度bsと内部での値biを測定した。
WC粒径 :SEMの組成像から、表面より0.1mmまで
の平均粒径dsと内部の粒径diを算出（Fulmanの式）し
た。
の平均粒径dsと内部の粒径diを算出（Fulmanの式）し
た。
ビッカース硬さ：微少硬度計を用い荷重200gにて、表面
より0.1mmまでのビッカース硬さHVsと内部の硬さHViを
測定した。
より0.1mmまでのビッカース硬さHVsと内部の硬さHViを
測定した。
次に、本発明品の実用試験結果について述べる。
まず、第２表中の本発明品11と比較品２を用いて、外
径10mm,切刃部長さ60mm,柄部30mmのソリッドドリルを製
作し、炭素鋼S48Cの板材（厚み30mm）を使用して、切削
速度100m/min,送り速度0.1〜0.3mm/revの条件で穴明け
テストを実施した。200穴加工後のコーナー部摩耗量を
第３表に示す。
径10mm,切刃部長さ60mm,柄部30mmのソリッドドリルを製
作し、炭素鋼S48Cの板材（厚み30mm）を使用して、切削
速度100m/min,送り速度0.1〜0.3mm/revの条件で穴明け
テストを実施した。200穴加工後のコーナー部摩耗量を
第３表に示す。
この結果から明らかなように本発明品は外周切刃部の
耐摩耗性にすぐれると同時に軸中心の靭性が高いため折
損しにくいものである。
耐摩耗性にすぐれると同時に軸中心の靭性が高いため折
損しにくいものである。
次に、第２表中の本発明品１と比較品１を用いて、IS
O規格SNMN120408（掬い面の取り代0.05mm）チップを製
作し、これらを旋盤を使用して、第４表に示す切削条件
で耐摩耗性試験（Ａ）と耐欠損性試験（Ｂ）を行った。
O規格SNMN120408（掬い面の取り代0.05mm）チップを製
作し、これらを旋盤を使用して、第４表に示す切削条件
で耐摩耗性試験（Ａ）と耐欠損性試験（Ｂ）を行った。
第４表の条件で行った結果を第５表に示した。
（発明の効果） 本発明の傾斜組成組織の硬質焼結合金は、耐摩耗性が
すぐれると同時に、靱性，耐衝撃性及び耐塑性変形性に
すぐれるもので、その結果切削工具，耐摩耗工具又は工
具部品として用いると高寿命になるという効果があるこ
と、特にドリルやカッター用部品のような回転工具とし
て用いると従来の焼結合金に比較して高寿命化が顕著で
ある。
すぐれると同時に、靱性，耐衝撃性及び耐塑性変形性に
すぐれるもので、その結果切削工具，耐摩耗工具又は工
具部品として用いると高寿命になるという効果があるこ
と、特にドリルやカッター用部品のような回転工具とし
て用いると従来の焼結合金に比較して高寿命化が顕著で
ある。
第１図は、実施例の本発明品２の表面から内部における
結合相濃度，拡散元素であるMo濃度の分布状態を表わす
曲線図である。 第２図は、実施例の本発明品２の表面から内部における
硬質相の平均粒径，ビッカース硬さの分布状態を表わす
曲線図である。 図中、1:結合相濃度曲線 2:Mo拡散元素の濃度曲線 3:硬質相の平均粒径 4:ビッカース硬さ
結合相濃度，拡散元素であるMo濃度の分布状態を表わす
曲線図である。 第２図は、実施例の本発明品２の表面から内部における
硬質相の平均粒径，ビッカース硬さの分布状態を表わす
曲線図である。 図中、1:結合相濃度曲線 2:Mo拡散元素の濃度曲線 3:硬質相の平均粒径 4:ビッカース硬さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−128330（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−209448（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−209447（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−28348（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−269548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−93865（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 29/00 - 29/16 C22C 1/05
Claims (7)
- 【請求項１】Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれら
の相互合金、又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,
V,Cr,Mo,Alの少なくとも１種との合金からなる結合相５
〜50体積％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化
物、窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
種でなる硬質相（但し、炭化タングステンの硬質相は、
除く）と不可避不純物とからなる焼結合金において、該
焼結合金の表面の１部もしくは全面に亘る表面から0.1
〜5mmの内部までの表面層は、Cr,Mo,V,Ta,Al,Zr,Nb,Hf,
W,Si,B,P、Ｃの中の少なくとも１種の拡散元素が表面か
ら内部に向かって漸次減少し、かつ該結合相の相対濃度
と該硬質相の平均粒径の一方もしくは両方が表面から内
部に向かって漸次増加又は増大していることを特徴とす
る傾斜組成組織の硬質焼結合金。 - 【請求項２】上記焼結合金の表面から内部に向かって0.
1mmまでの表面層における上記拡散元素の平均的濃度（C
s）と、該内部における上記拡散元素の平均的濃度（C
i）との比がCs/Ci＝2.0以上で、かつ該表面層における
上記結合相の平均的濃度（bs）、上記硬質相の平均的粒
径（ds）と、該内部における上記結合相の平均的濃度
（bi）、上記硬質相の平均的粒径（di）との比がbs/bi
＝0.9以下及び／又はds/di＝0.9以下であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の傾斜組成組織の硬
質焼結合金。 - 【請求項３】上記焼結合金の表面から内部に向かって0.
1mmまでの表面層における平均ビッカース硬さ（HVs）
と、該内部における平均ビッカース硬さ（HVi）との比
がHVs/HVi＝1.20以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の傾斜組成組織の硬質焼結合金。 - 【請求項４】上記焼結合金の表面層における硬質相が周
期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化物及びこれらの
相互固溶体の中の少なくとも１種を芯部とし、該芯部を
囲んだ外周部に上記拡散元素を固溶した有芯構造になっ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
傾斜組成組織の硬質焼結合金。 - 【請求項５】上記硬質相の芯部が炭化チタン又は炭窒化
チタンからなり、かつ外周部に固溶する上記拡散元素が
Mo又はＷからなることを特徴とする特許請求の範囲第４
項に記載の傾斜組成組織の硬質焼結合金。 - 【請求項６】Co,Ni,Feの少なくとも１種もしくはこれら
の相互合金、又はCo及び／又はNiと10体積％以下のTi,
V,Cr,Mo,Alの少なくとも１種との合金からなる粉末５〜
50体積％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物、
窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の
粉末（但し、炭化タングステンの硬質相は、除く）とを
粉砕混合して混合粉末を得る工程、該混合粉末を所定の
形状に加圧成形して粉末成形体を得る工程、Cr,Mo,V,T
a,Al,Zr,Nb,Hf,W,Si,B,P、Ｃの中の少なくとも１種の拡
散元素を含む金属、合金、化合物でなる固体物質を該粉
末成形体に接触させて真空又は非酸化性雰囲気中で1250
〜1550℃に加熱するか、もしくは該拡散元素を含むガス
雰囲気中で1250〜1550℃に加熱する工程とからなること
を特徴とする傾斜組成組織の硬質焼結合金の製造方法。 - 【請求項７】上記混合粉末がCo及び／又はNiと、炭化チ
タンもしくは炭窒化チタンと、炭化タンタル，炭化ニオ
ブ，炭化バナジウム，炭化タングステン，窒化チタンの
中の少なくとも１種とからなり、かつ上記固体物質がモ
リブデンあるいは炭化モリブデンの粉末からなることを
特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の傾斜組成組織
の硬質焼結合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02316668A JP3080983B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02316668A JP3080983B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187739A JPH04187739A (ja) | 1992-07-06 |
| JP3080983B2 true JP3080983B2 (ja) | 2000-08-28 |
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ID=18079580
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02316668A Expired - Fee Related JP3080983B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 傾斜組成組織の硬質焼結合金及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3080983B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| SE511846C2 (sv) * | 1997-05-15 | 1999-12-06 | Sandvik Ab | Sätt att smältfassintra en titanbaserad karbonitridlegering |
| GB0027357D0 (en) | 2000-11-09 | 2000-12-27 | Bradford Particle Design Plc | Particle formation methods and their products |
| AT5837U1 (de) | 2002-04-17 | 2002-12-27 | Plansee Tizit Ag | Hartmetallbauteil mit gradiertem aufbau |
| JP2004292905A (ja) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Tungaloy Corp | 傾斜組成燒結合金及びその製造方法 |
| CA2547926C (en) * | 2003-12-15 | 2013-08-06 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cemented carbide tools for mining and construction applications and method of making the same |
| JP5153455B2 (ja) * | 2008-05-28 | 2013-02-27 | 京セラ株式会社 | サーメット |
| US8535600B2 (en) | 2009-03-23 | 2013-09-17 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | High temperature-resistant article, method for producing the same, and high temperature-resistant adhesive |
| SE537113C2 (sv) * | 2010-03-01 | 2015-01-20 | Westinghouse Electric Sweden | Bränslekomponent och förfarande för framställning av en bränslekomponent |
| SE536815C2 (sv) * | 2010-03-01 | 2014-09-16 | Westinghouse Electric Sweden | Reaktorkomponent |
| SE536814C2 (sv) * | 2010-03-01 | 2014-09-16 | Westinghouse Electric Sweden | Neutronabsorberande komponent och förfarande för framställning av en neutronabsorberande komponent |
| MX350838B (es) | 2011-02-11 | 2017-09-18 | Grain Proc Corporation * | Composicion de sal. |
| EP2926964A4 (en) * | 2012-11-29 | 2016-07-13 | Kyocera Corp | STRAWBERRY SHAPE AND TOOL FOR WOOD SHAPE |
| JP2023148472A (ja) * | 2022-03-30 | 2023-10-13 | Ｎｔｋカッティングツールズ株式会社 | 焼結体、及び切削工具 |
-
1990
- 1990-11-21 JP JP02316668A patent/JP3080983B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10995399B2 (en) | 2015-04-30 | 2021-05-04 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cutting tool |
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