JP3950229B2 - Cemented carbide, method for producing the same and cemented carbide tool - Google Patents

Cemented carbide, method for producing the same and cemented carbide tool Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切削工具、ビットなどの耐衝撃工具、ロールや製缶工具などの塑性加工用工具に用いられる、硬度と靭性のバランスに優れた炭化タングステン(以下「WC」と称する)基超硬合金に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、WCを主体とした結晶粒と、CoあるいはNiのような鉄族金属を主体とする結合相からなる超硬合金は、その優れた硬度、靭性、剛性率のため、各種の切削工具や耐摩工具などに用いられてきた。しかし、近年、超硬合金の用途が拡大するにつれて、一段と優れた硬度、靭性を有するWC超硬合金へのニーズが高まってきた。
【0003】
このようなニーズに対して、特開平2−47239号公報、特開平2−138434号公報、特開平2−274827号公報、特開平5−339659号公報では、WC結晶粒の粒形状を板状とし、従来の超硬合金よりもさらに硬度と靭性に優れたものとする提案がなされている。
【0004】
上記特開平5−339659号公報には、超硬合金中に存在するWC結晶粒の15%以上が1〜10μmの最大寸法で最小寸法の2倍以上である板状のWC結晶粒からなるものが開示されている。また、特開平7−278719号公報、あるいは特開平8−199285号公報には、最小寸法に対する最大寸法の比(以下アスペクト比と称す。すなわち、WCを主体とする結晶粒と鉄族金属を主体とする結合相からなる超硬合金が板状のWC結晶粒を含有している場合、超硬合金の任意の断面を走査型電子顕微鏡で観察したとき、該任意断面での個々の板状WC結晶粒の最大寸法の最小寸法に対する比率をいう。)が、3〜20である板状WC結晶粒を含有しているものが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような提案では、合金の特性をある程度向上させることができたが、特殊な原料粉末や製造方法を用いるため製造コストが増大していた。また、板状WC結晶粒の生成量も不安定であり、その結果、合金特性が不安定なものであった。
【0006】
しかもこれらの板状WC結晶粒の生成で靭性の改善はある程度達成されたが、一部の粗大化しすぎた板状WC結晶粒の強度は粗大化していないWC結晶粒と比較して必ずしも高くなく、超硬合金自体の強度のばらつきを大きくする要因となっていた。また、WC結晶粒が粗大化すると合金は低硬度となるため、さらに硬度と靭性に優れたWC超硬合金の開発が望まれていた。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。この発明の目的は、強度のばらつきが小さく、かつ硬度および靭性に優れた超硬合金および超硬工具を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超硬合金は、WCを主体とする結晶粒と、鉄族金属を主体とする結合相からなる。そして、WC結晶粒の少なくとも一部の内部に、IVa,Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物(以下、単に「上記化合物」と称した場合には本化合物のことを意味する)が存在している。
【0009】
本願の発明者らは、上記の目的を達成すべく種々の研究を行い、強度のばらつきが小さく、硬度および靭性に優れた超硬合金を製造することに成功した。具体的には、本願の発明者らは、板状WC結晶粒の少なくとも一部に上述の化合物が存在することにより、WC結晶粒内に歪みが生じ、この歪みがWC結晶粒の強化に役立つことを知得した。
【0010】
なお、WC結晶粒内にTiの化合物を分散させてWC結晶粒に圧縮応力を生じさせた複合硬質セラミックス粒子が、特開平5−850に開示されている。しかし、この方法で作製された粉末は、固相焼結用原料としては適するものの、本発明のような液相焼結では十分その効果を発揮できない。これは、液相焼結中に原料が溶解再析出するために効果が半減するものと考えられる。本発明では、特開平5−850の場合のように予め特殊な原料を作製することなく、液相焼結中に上記のような構造のWC結晶粒を安価に作製することができる。しかも、特開平5−850では、WC結晶粒の強化に体積率で10%以上70%以下のTiの化合物の分散が必要であるが、本発明では面積率で10%以下の化合物の分散量でも、WC結晶粒の強化が可能となった。また、上記化合物が結晶粒内に存在するWC結晶粒の面積率は、すべてのWC結晶粒面積の10%以上が好ましく、特に好ましいのは30%を越える場合である。
【0011】
上記化合物は、特に、Ti,Zr,Hf,Wの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなることが好ましい。なかでも、ZrおよびまたはTiの酸化物、炭酸化物、窒酸化物もしくは炭窒酸化物であると、靭性および強度向上の効果が大きい。
【0012】
これは、Ti,Zr,Hf,Wの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物は、WC結晶粒内に取込まれやすく、本発明の効果を発揮しやすいからである。さらに、Ti,Zr,Hfの超硬合金全体に対する含有量は、10重量%以下であることが好ましい。より好ましくは、上記含有量は、5重量%以下である。これは、Ti,Zr,Hfの含有量が多すぎると焼結性が低下し、超硬合金の強度が低下するためである。
【0013】
なお、上記化合物は、WC結晶粒内にのみ存在する必要はなく、WC結晶粒内と結合相内の両方に存在してもよい。また、上記化合物の粒径(多角形の場合は対角線の最大長さで示し、三角形の場合は辺の最大長さとした。WC結晶粒の粒径も同じ。)は、1μm未満である場合にWC結晶粒の強化が行われやすく、靭性が大幅に向上する。特に好ましいのは、上記化合物の粒径が0.3μm未満の場合である。
【0014】
また、上記超硬合金におけるVa,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWaとし、IVa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWbとしたときに、Wa/Wbの値が0〜0.2である場合には特に優れた靭性と硬度のバランスを示す。
【0015】
これは、Ti,Zr,HfなどのIVa族元素の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物若しくはそれらの固溶体からなる化合物はWC結晶粒内に取込まれやすいのに対し、Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物はWC結晶粒内に取込まれにくく、さらに焼結時のWC結晶粒成長を抑制する働きがあるからである。そこで、Wa/Wbの値を0〜0.2とした場合に、本発明の効果を発揮させやすいためこのように限定した。
【0016】
また、前述の理由で、Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物、もしくはそれらの1種の固溶体の含有量が結合相の重量に対し10重量%以下とした場合には、Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物のWC結晶粒内への取込が行われやすくなる。
【0017】
次に、超硬合金の断面組織において、粒径が1μm以下のWC結晶粒の面積率が、すべてのWC結晶粒面積の10〜40%で、粒径が1μmを越えるWC結晶粒の面積率が60〜90%である場合、上記化合物が1μmを越える粒径のWC結晶粒内に主に存在すると、特に優れた硬度と靭性とを有する超硬合金が得られる。
【0018】
ここで、粒径が1μm以下のWC結晶粒の面積率をすべてのWC結晶粒の面積の10〜40%と限定したのは、10%よりも少ないと硬度が低下し、40%よりも多いと靭性が低下するためである。また、粒径が1μmを越えるWC結晶粒の面積率を60〜90%と規定したのは、60%よりも少ないと靭性が低下し、90%よりも多いと硬度が低下するためである。
【0019】
また、断面組織上の形状がアスペクト比で2以上のWC結晶粒内に上記化合物が存在する場合には、特に優れた硬度と靭性とを示す。これは、WC結晶粒が板状に粗粒化した場合に、通常生じる硬度の低下が上記化合物がWC結晶粒内に存在することによって緩和されること、粗粒化による靭性向上効果、WC結晶粒の強化が顕著になったこと等に起因するものと考えられる。
【0020】
また、上記粒径が1μmを越えるWC結晶粒のうち、断面組織上の形状がアスペクト比で2以上のものを30%以上含む場合には特に靭性が向上する。通常、アスペクト比が2以上と大きくなると硬度が低下するが、上記化合物が粒内に存在している場合には、硬度の低下が抑制される。そのため、靭性と硬度に特に優れた超硬合金を製造することができる。なお、WC結晶粒内に上記化合物が存在する効果は、アスペクト比が1〜2の場合でも期待できる。
【0021】
この発明に係る超硬合金の製造方法は、下記の工程を備える。すなわち、平均粒径が0.6〜1μmのWC粉末(原料A)と、平均粒径が原料Aの2倍以上となるWC粉末(原料B)と、Co,Ni,Cr,Fe,Moから選ばれた少なくとも1種の金属の粉末(原料C)と、IVa,Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはこれらの固溶体であって平均粒径が0.01〜0.5μmのもの(原料D)を各々原料粉末として用い、好ましくは1500℃以上の温度で焼結する。それにより本発明に係る超硬合金を安定して製造することができる。なお、上記原料A,B,Dの平均粒径は、粉砕、混合工程で上記の値となってもよい。
【0022】
また、上述の方法では、特開平2−47239号公報、特開平2−138434号公報、特開平2−274827号公報のように特殊な原料粉末を用いる必要がない。さらに、特開平5−339659号公報のようにWC粉末を0.5μm以下まで粉砕する必要もない。それにより、市販されているWC原料粒径に近いWC粉末を過度に粉砕することなく利用でき、余分な粉砕時の粉砕・混合装置(アトライタ)からの異物混入やWC粉末の酸化現象を抑制できる。その結果、優れた特性の超硬合金を安価に安定して製造することができる。
【0023】
上記本方法により、安定して板状WC結晶粒を含有する超硬合金を製造できる原因は、板状WC結晶粒が成長する機構としてWCの液相への溶解再析出現象(微粒WCが液相中に溶解し、粗粒WC上に再析出する現象)が主であると考えられる。また、粉砕、混合後の原料WC粉末の平均粒径(フィッシャーサブシーブサイザ粒径とも称され、JIS H 2116による装置で測定した平均粒径のことである。以下同じ。)が2倍以上、好ましくは3倍以上異なる2種類のWC粉末を原料として用いることも寄与し得るものと考えられる。このような平均粒径の異なる2種類のWC粉末を原料として用いることにより、WCの溶解再析出のための駆動力が向上し、板状WC結晶粒が生成しやすくなる。そればかりでなく、原料Bとして添加した粗粒WCが原料粉末内に均一に存在し、粒成長の種結晶として作用する。それにより、局所的な板状WCの成長が抑制され、粉末ロットや焼結ロットなどの違いに関係なく、板状WC結晶粒が焼結体内で安定して生成され得る。
【0024】
従来の製造法でも何らかの問題で粉砕工程で均一な粉砕が行われず、結果的にWC粒度分布が大きくなることで板状WC結晶粒の生成が促進され、α2と呼ばれる異常に粗大なWC結晶粒が生成されることは報告されていた。しかし、粗粒側のWCの粒度管理がなされていないため、安定した板状WC結晶粒の生成が行えなかった。これに対し、本発明に係る方法では、原料Aと原料Bの配合比および原料Aと原料Bの平均粒度差を管理することで、WC結晶粒の形状、粒度分布などの組織制御が可能となる。また、本発明の方法では、欠陥の少ない特性の優れた粗粒WCを原料Bとして用いた場合、このWCが種結晶となって溶解再析出現象により成長する。それにより、半導体製造で有名なブリッジマン法のように、欠陥の少ない特性の優れたWCを生成させることができる。さらに、上記のように粒度の異なる2種類のWC粉末を使用することにより、原料DがWC粒内に取込まれやすくなる。
【0025】
なお、原料A、原料BのWC粉末には、市販のWC原料をそのまま用いることもできる。また、予備粉砕により、粒度調整(原料Aは0.6〜1μm、原料Bはその2倍以上の平均粒径)した粉末を用いて、ボールミルなどにより軽混合して用いたり、混合、粉砕工程で狙いとする粒度となるような平均粒径の異なる2種類以上の市販WC粉末を用いてもよい。
【0026】
また、平均粒径0.01〜0.5μmの原料Dもしくは粉砕、混合工程で平均粒径が0.01〜0.5μmとなる原料Dを原料粉末として用いることにより、WCの溶解再析出時に原料DがWC結晶粒内に取込まれやすくなる。それにより、安定して本発明の超硬合金を作製することができる。このように平均粒径の小さい原料を準備するには、通常の粉砕法以外にゾルゲル法などの液相合成法やPVDやCVDなどの気相合成法により作製された原料粉末を使用することもできる。なお、ここで原料Dの平均粒径を0.01〜0.5μmとしたのは、0.01μmよりも小さくすることは工業的に難しく、0.5μmよりも大きくすると原料DをWC結晶粒へ取込みにくくなるためである。
【0027】
なお、原料Aの重量WAと原料Bの重量WBの比WA/WBが0.5〜30であるときに、特に優れた性能の超硬合金を得ることができる。より好ましくは、WA/WBが1〜10である。WA/WBが0.5より小さい場合にはアスペクト比が2より大きい板状WC結晶粒を生成しにくくなる。また、WA/WBが30よりも大きい場合には、板状WC結晶粒の生成が不安定となり、局所的に粗大な板状WC結晶粒が生成しやすくなる。その上、WC結晶粒内に上記化合物が取込まれにくくなる。
【0028】
また、原料Aの少なくとも一部に使用済超硬合金をリサイクル法(亜鉛処理法や高温処理法等による)でリサイクルしたWC粉末を使用することができる。それにより、安価に本発明の超硬合金が製造できるばかりでなく、地球環境保護の観点からタングステン(W)鉱山の無益な採掘を抑制できる。従来より、超硬合金のリサイクル粉末を使用することは試みられてきたが、ごく一部に使用されるだけで全面的な採用はなされていないのが現状であった。
【0029】
リサイクルは、一般に亜鉛処理法で行われるが、リサイクルWC粉末の粒度はリサイクルする使用済超硬合金のWC結晶粒度に依存するため、特定の粒度のWC原料を作製することはできない。高温処理法でも、処理時にWC結晶粒が部分的に粒成長するため、その後粉砕したとしてもWC粉末の粒度分布の幅が非常に大きくなる。このため、これらのリサイクル粉末を使用して超硬合金を作製すると、WC結晶粒度分布を管理することができないため、性能のばらつきが大きくなるという問題があった。
【0030】
これに対し、本発明に係る製造方法では、リサイクル原料である使用済超硬合金から再生された粒径0.6〜1μmの範囲のリサイクル粉末を、焼結過程で液相中に溶解させ、より平均粒径の大きい原料B上に再析出させている。それにより、作製した焼結体の板状WC結晶の粒径を原料BのWC粉末粒度で制御することとなる。そのため、リサイクル粉末の粒度が最終焼結体の粒径を決定することにならず、前述の問題を回避できる。しかも、本方法では前述したように微粒原料Aは、液相に溶解後、粗粒原料B上に析出するので板状WCの特性は粗粒原料Bの特性に依存することとなる。そのため、特性が不安定なリサイクル原料を用いた場合でも、優れた特性を有する焼結体を作製できる。
【0031】
上記リサイクル原料である使用済超硬合金を粉砕したリサイクル粉末から生じたWC粉末の重量WRと原料Aの重量WAの比WR/WAが0.3〜1(好ましくは0.5〜1)である場合には、特に安価に本発明の超硬合金を作製できるほか、地球環境保護の観点から好ましい超硬合金が得られる。
【0032】
以上のような超硬合金からなる工具等の製品の表面に、さらにIVa,Va,VIa族元素,Alから選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物およびこれらの固溶体、あるいはダイヤモンド、DLC、CBNから選ばれた少なくとも1層以上からなる被覆膜を設け、これらを切削工具や耐摩工具として用いた場合に、合金母材が優れた硬度と靭性のバランスを有するため、特に優れた性能を発揮する。
【0033】
特に、20μm以上の被覆膜を従来のWC基超硬合金上に被覆した場合には、被覆膜が亀裂の発生を助長(グリフィスの予亀裂の働き)すると考えられる。そのため、超硬合金における耐欠損性の低下が見られた。しかし、本発明に係る超硬合金では、WC結晶粒内に上記化合物が析出し、WC結晶粒が強化されているため、亀裂の進展が起こりにくく優れた耐欠損性が得られることが判明した。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図1,図2および表1〜表14を用いて説明する。
【0035】
【実施例】
(実施例1) 原料粉末として粉砕効率の高いアトライタを用いて粉砕した平均粒径0.7μmのWC粉末(原料A)と、同様の粉砕により平均粒径2μmのWC粉末(原料B)を準備した。また、平均粒径1.5μmのCo粉末、平均粒径1.3μmのNi粉末、平均粒径2μmのZrC粉末、平均粒径1.5μmのTiC粉末、平均粒径2μmのZrCN粉末、平均粒径2μmのNbC粉末、平均粒径1.5μmのTaC粉末、平均粒径2μmのCr32粉末、平均粒径2μmのMo2C,VC粉末、平均粒径1.5μmのZrN粉末、平均粒径0.3μmの(W,Ti)(C,N,O)固溶体粉末、平均粒径0.3μmの(W,Zr)(C,O)固溶体粉末、平均粒径0.2μmの(Ti,Zr)(C,O)固溶体粉末、平均粒径0.3μmのZrCO,TiCO,HfO2粉末、平均粒径0.4μmのWO3粉末、平均粒径0.5μmのCr23粉末、平均粒径0.3μmのV25粉末を加えて、表1の組成に配合し、通常のボールミルを用いてアセトン溶媒中で2時間の混合を行った。その後、スプレードライヤによって造粒を行った。
【0036】
【表1】

Figure 0003950229
【0037】
上記の表1において、原料NoおよびWa/Wbの列の数字以外の数字は、wt%を示す。また、表1には、Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWaとし、IVa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWbとしたときのWa/Wbの値が示されている。
【0038】
これらの粉末を1ton/cm2の圧力で金型を用いてプレスし、真空中で1500℃で1時間保持して焼結を行う。それにより、ISO型番CNMG120408の形状(JIS G 4053に準拠した菱形スローアウェイチップ)の焼結体を作製した。焼結体は、#200のダイヤモンド砥石で研削加工され、ダイヤモンドペーストを用いてラッピング処理が施される。その後、ダイヤモンド製のビッカース圧子を用いて50kg荷重で硬度と、同圧子の圧痕隅に生じる亀裂長より求めるIndentation Fracture法による破壊靭性の値KIC(MPam1/2)を測定した。
【0039】
また、本発明との比較のために従来例による平均粒径6μmのWC粉末と、平均粒径1.5μmのCo粉末、平均粒径1.3μmのNi粉末、平均粒径2μmのZrC粉末、平均粒径1.5μmのTiC粉末、平均粒径2μmのZrCN粉末、平均粒径2μmのNbC粉末、平均粒径1.5μmのTaC粉末、平均粒径2μmのCr32粉末、平均粒径2μmのMo2C,VC粉末、平均粒径1.5μmのZrN粉末、平均粒径2μmの(W,Ti)(C,N,O)固溶体粉末、平均粒径1.5μmの(W,Zr)(C,O)固溶体粉末、平均粒径1.8μmの(Ti,Zr)(C,O)固溶体粉末、平均粒径2μmのZrCO,TiCO,HfO2粉末、平均粒径1.5μmのWO2粉末をアトライタで5時間混合し、同様にして造粒した粉末も作製した。この粉末を1ton/cm2の圧力で金型を用いてプレスし、真空中で1400℃で1時間保持して焼結を行った。そして、焼結体の硬度、破壊靭性を同様の方法で測定した。
【0040】
また、WC結晶粒内にIVa,Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が存在しているかどうかを測定した。すなわち、走査型電子顕微鏡もしくは透過電子顕微鏡用の試料を作製し、EDX(Energy dispersive X-Spectrometerの略称であって、半導体検出器を用いて電気的に分光選別するエネルギー分散型の蛍光X線分析)にて元素分析した。そして、ZrとOが検出された際には、その物質はZrの酸化物であるとした。これらの測定結果を表2に示す。なお、表2の試料番号において、No.1−1〜10が本発明に係る方法により作製された焼結体を示し、No.2−1〜10が従来のWC粉末により作製された焼結体を示している。
【0041】
【表2】
Figure 0003950229
【0042】
表2において、○印は、本発明に該当していることを示している。表2の結果より、本発明の方法で作製した試料には、WC結晶粒内にIVa,Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が存在し、これらの試料の硬度、破壊靭性は従来の方法で作製した試料と比較して優れた値を示していることがわかる。
【0043】
図1に示される写真は、試料1−1の透過電子顕微鏡写真である。図1において、中央に四角形状に見える結晶がWC結晶粒1であり、WC結晶粒内に白色に見える析出物(化合物2)はZrの炭酸化物で、その周りに歪3、結合相4が見える。この写真より、試料1−1のWC結晶粒1内に存在する上記化合物2の粒径は約0.2μmであって、0.3μm未満であることがわかる。また、上記化合物2を内部に有するWC結晶粒の面積に対する上記化合物2の面積が10%以下であることもわかる。本発明では、このような断面組織を用いて、WC結晶粒内の化合物の存在の有無を判定した。
【0044】
同様にして、表2の1−2〜1−8の試料には、Ti,Zr,Hf,Wの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物がWC結晶粒内に存在していることが確認できた。1−9、1−10の試料には、Ti,Zr,Hf,Wの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体以外のIVa,Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が存在していることが確認できた。
【0045】
1−1〜1−8までの試料の特性値は従来の方法による2−1〜2−8の試料の特性値と比較して優れた値を示し、その向上割合は1−9〜1−10の本発明の試料が従来の方法による試料2−9〜2−10の特性値に対して向上した値と比較して大きいことも判明した。すなわち、WC結晶粒内に存在する化合物としては、Ti,Zr,Hf,Wの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が好ましく、特にZrの炭酸化物がWC結晶粒内に存在していた試料1−1とZrとTiの炭酸化物がWC結晶粒内に存在していた1−2は非常に優れた合金特性を示すことも確認できた。
【0046】
中でも、Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWaとし、IVa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体の重量%をWbとしたときにWa/Wbの値が0〜0.2の範囲にある1−1〜1−6の試料が、従来の方法による試料2−1〜2−6と比較して特に優れた特性を示すことも確認できた。
【0047】
(実施例2) 実施例1で作製した原料No.8とIVa,Va,VIa族元素の炭化物であるTiCO,TaC,Mo2Cの量が異なる原料No.11〜15を準備し(表3)、実施例1と同様にして焼結体を作製し、硬度および破壊靭性の測定を行った。その結果を表4に示す。また、WC結晶粒内の上記化合物の有無について、実施例1と同様に調べたところ、いずれの試料にもWC結晶粒内に上記化合物が存在することが確認できた。
【0048】
【表3】
Figure 0003950229
【0049】
表3の割合(%)は、Va,VIa族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物もしくはそれらの固溶体(WCを除く)の含有量の、結合相の重量に対する割合(%)である。なお、原料No.割合およびWa/Wbの列の数字以外の数字は、wt%を示す。
【0050】
【表4】
Figure 0003950229
【0051】
表4の結果より、TaC,Mo2Cの合計添加量が結合相の量に対して10wt%以下である試料No.1−12〜1−15の合金特性は優れており、中でもTaC,Mo2Cの添加量が結合相に固溶できる量より少ない試料1−14、1−15は特に優れた合金特性を示すことが確認できた。
【0052】
(実施例3) 実施例1と同様にして、原料Aと原料Bの配合比の異なる原料No.16〜23を表5に示す組成で準備した。これらの粉末を1ton/cm2の圧力で金型を用いてプレスし、真空中で1550℃で1時間保持して焼結を行った。それにより、ISO型番CNMG120408の焼結体を作製した。
【0053】
【表5】
Figure 0003950229
【0054】
表5の原料No.およびWA/WBの列の数字以外の数字は、wt%を示す。次に、これらの試料の硬度および破壊靭性を、実施の形態1の場合と同様の方法で測定した。その測定結果を表6に示す。また、これらの試料を平面研削、鏡面研磨後に走査電子顕微鏡で5000倍にて写真撮影した。この写真を画像処理装置を用いて粒径が1μmを越えるWC結晶粒と粒径が1μm以下のWC結晶粒に分類し、それぞれの面積率を測定した結果についても表6中に記載した。さらに、これらのWC結晶粒のうち、粒径が1μmを越えるWC結晶粒のうちのアスペクト比が2以上であるものの面積割合を同様にして測定し、その結果についても表6中に記載した。なお、WC結晶粒内へのZrCO,TiCO化合物の有無については実施例1と同様にして調べた。その結果、3−16、3−23以外の試料については、いずれもWC結晶粒内に上記化合物が存在していることが確認できた。
【0055】
【表6】
Figure 0003950229
【0056】
表6の結果より、原料Aの重量WAと原料Bの重量WBの比WA/WBが0.5〜30の範囲にある3−18〜3−21の試料は、粒径が1μm以下のWC結晶粒の面積率が10〜40%の範囲内にあり、優れた硬度と破壊靭性のバランスを有している。中でも、粒径が1μmを越えるWC結晶粒のうちのアスペクト比が2以上であるWC結晶粒を、面積率で30%以上を有する試料3−20と3−21は、特に優れた合金特性を示すことがわかる。
【0057】
(実施例4) 実施例1で作製した試料1−1〜1−10および試料2−1〜2−10のCNMG120408形状のチップに0.05Rのホーニング処理を行った後、表7に示す被覆膜を形成した。そして、丸棒材の円周方向に4本の溝を設けた図2に示す形状のSCM435製被削材3を下記条件で切削テストし、欠損するまでの時間を測定した。その結果を表7に示す。なお、表7の被覆膜中のDLCはダイヤモンドライクカーボン、CVDは化学蒸着法、PVDは物理蒸着法を示す。
【0058】
Figure 0003950229
【0059】
【表7】
Figure 0003950229
【0060】
表7の欠損に至るまでの時間を測定した結果より、本発明の試料No.1−1〜1−5に被覆膜を形成した工具は従来の方法の試料No.2−1〜2−5に被覆膜を形成した工具よりも優れた性能を示すことがわかる。なお、表7中のダイヤモンドを立方晶窒化ホウ素(CBN)にしても同様の優れた結果を得ることができた。このように、本発明の超硬合金に被覆膜を形成した試料は優れた特性を発揮できることがわかる。
【0061】
(実施例5) 実施例1で作製したNo.1の原料粉末と同一の組成で、原料Aの一部に使用済超硬合金を亜鉛処理法もしくは高温処理法で処理したリサイクルWC粉末を使用した原料No.24〜28(表8)を作製した。これらを実施例1と同一の方法で焼結し、硬度、破壊靱性、WC結晶粒内の上記化合物の有無を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を表9に示す。
【0062】
【表8】
Figure 0003950229
【0063】
【表9】
Figure 0003950229
【0064】
表9の結果より、亜鉛処理法、高温処理法でリサイクルした粉末を使用した試料24〜28の合金特性は、リサイクル粉末を用いない試料1と同等の優れた特性を示していることがわかる。このように、本発明の方法では、従来、合金特性が劣るため少量しか使用できなかったリサイクル粉末をWC粉末の主成分として使用できる。それにより、これまでの超硬合金の製造法と比較して低コストで地球環境保護に好ましい超硬合金が得られる。
【0065】
(実施例6) 原料Aとして平均粒径0.9μmのWC粉末、原料Bとして平均粒径4μmのWC粉末、原料Cとして平均粒径1.5μmのCo粉末、平均1.8μmのCr粉末、原料Dとして平均粒径0.1μm、0.5μm、0.9μmのZrCNO粉末を用いて、表10の組成に配合した原料No.29〜32を作製した。
【0066】
【表10】
Figure 0003950229
【0067】
表10の原料No.の列の数字以外の数字は、wt%を示す。原料No.29〜32の粉末を用いて、実施例1と同様にして、プレス、焼結を行い、ISO型番CNMG120408の形状の焼結体を作製した。次に、実施例4と同様の手法で、これらの試料の切削テストを行ない、欠損するまでの時間の測定を行った。測定結果を表11中に示す。また、これらの試料を平面研削、鏡面研磨後に、走査電子顕微鏡で5000倍にて写真撮影したところ、WC結晶粒に0.3μm未満のサイズの化合物が存在していることが確認できた。また、この化合物の組成は、EDX分析により、Zrの炭窒酸化物であることも確認できた。さらに、この写真を用いて、画像処理装置により、写真内のWC結晶粒の総面積とそれらの中で結晶粒内に上記化合物の存在が認められる結晶粒の面積を測定し、結晶粒内に上記化合物が存在するWC結晶粒の面積率を算出した。その結果を表11に示す。
【0068】
【表11】
Figure 0003950229
【0069】
表11の結果より、ZrCNO粉末には微粒原料を用いた方が、ZrCNOを結晶粒内に取込むWC結晶粒の面積率が高くなり、結晶粒内に上記化合物が存在するWC結晶粒の面積率が多いほど耐欠損性も向上することがわかる。中でも、結晶粒内に上記化合物が存在するWC結晶粒の面積率が10%を超えると急激に耐欠損性が向上することも確認できた。
【0070】
(実施例7) 表12に示す組成の粉末を用いて、ボールミルによりアセトン溶媒中で2時間の混合を行った。その後、この粉末を乾燥させ1ton/cm2の圧力で金型を用いてプレスし、真空中で1500℃の温度下で1時間保持して焼結を行なった。それにより実施例1と同じCNMG120408の形状の焼結体No.3−1〜3−6を作製した。なお、これらの焼結体にはWC結晶粒内に表13に示す化合物が存在することが、透過型電子顕微鏡でEDXもしくはX線定性分析を行うことで確認できた。次に、これらの試料の硬度および破壊靭性を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を表14に示す。
【0071】
【表12】
Figure 0003950229
【0072】
【表13】
Figure 0003950229
【0073】
【表14】
Figure 0003950229
【0074】
表14の結果より、Zr化合物がWC結晶粒内に析出した試料No.3−4〜3−6の試料は、Ti化合物がWC結晶粒内に析出した試料No.3−1〜3−3の試料よりも優れた硬度と破壊靱性のバランスを有することが確認できた。さらに、この焼結体を平面研削、外周研削し、さらに0.05Rのホーニング処理を行なった後、下層から順に0.5μmTiN、5μmTiCN、3μmTiC、2μmアルミナ0.5μmTiNの被覆膜をCVD法でコーティングした。
これらの試料を用いて、実施例4で用いた被削材を下記の条件で切削し、欠損するまでの時間を測定した。その結果を表14に示す。
【0075】
Figure 0003950229
表14に記載した結果より、Zr化合物がWC結晶粒内に析出した試料No.3−4〜3−6の試料は、Ti化合物がWC結晶粒内に析出した試料No.3−1〜3−3の試料よりも優れた耐欠損性を示すことが確認できた。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、IVa,Va,VIa族の元素から選ばれた少なくとも1種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物がWC結晶粒の中に生成されることにより、強度に優れたWC結晶となり、特にその効果はWC結晶粒が板状である場合に顕著となる。その結果、強度と靱性に優れた超硬合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超硬合金の透過型電子顕微鏡写真を示す図(複写)である。
【図2】切削試験に用いた被削材の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
1 WC結晶粒
2 化合物
3 歪
4 結合相
5 被削材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tungsten carbide (hereinafter referred to as “WC”) based carbide that is used for cutting tools, impact resistant tools such as bits, and plastic working tools such as rolls and canning tools, and has an excellent balance between hardness and toughness. Regarding alloys.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, cemented carbides composed of crystal grains mainly composed of WC and binder phases mainly composed of iron group metals such as Co or Ni have various cutting tools because of their excellent hardness, toughness and rigidity. It has been used for anti-wear tools. However, in recent years, as the use of cemented carbide has expanded, there has been an increasing need for a WC cemented carbide having superior hardness and toughness.
[0003]
In response to such needs, in JP-A-2-47239, JP-A-2-138434, JP-A-2-274727, and JP-A-5-339659, the shape of the WC crystal grains is a plate shape. In addition, proposals have been made to further improve the hardness and toughness of conventional cemented carbides.
[0004]
JP-A-5-339659 discloses that 15% or more of the WC crystal grains present in the cemented carbide are composed of plate-like WC crystal grains having a maximum dimension of 1 to 10 μm and at least twice the minimum dimension. Is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-278719 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-199285 discloses a ratio of the maximum dimension to the minimum dimension (hereinafter referred to as an aspect ratio. That is, a crystal grain mainly composed of WC and an iron group metal. When the cemented carbide composed of the binder phase contains plate-like WC crystal grains, when an arbitrary cross section of the cemented carbide is observed with a scanning electron microscope, each plate-like WC in the arbitrary cross section is observed. The ratio of the maximum size of the crystal grains to the minimum size is disclosed. It contains 3 to 20 plate-like WC crystal grains.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above proposal, although the characteristics of the alloy could be improved to some extent, the manufacturing cost was increased due to the use of special raw material powders and manufacturing methods. Further, the amount of plate-like WC crystal grains produced was also unstable, and as a result, the alloy characteristics were unstable.
[0006]
Moreover, toughness has been improved to some extent by the generation of these plate-like WC crystal grains, but the strength of some of the excessively coarsened plate-like WC crystal grains is not necessarily high compared with the WC crystal grains that are not coarsened. It was a factor that increased the variation in strength of the cemented carbide itself. Further, since the alloy becomes low in hardness when the WC crystal grains become coarse, it has been desired to develop a WC cemented carbide having excellent hardness and toughness.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide a cemented carbide and a cemented carbide tool having small variations in strength and excellent in hardness and toughness.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The cemented carbide according to the present invention comprises crystal grains mainly composed of WC and a binder phase mainly composed of iron group metals. In addition, at least a part of the WC crystal grains includes at least one oxide selected from IVa, Va, and VIa group elements, a carbonate, a nitride oxide, a oxycarbonitride, or a compound made of a solid solution thereof ( Hereinafter, simply referring to “the above compound” means the present compound).
[0009]
The inventors of the present application have made various studies in order to achieve the above object, and succeeded in producing a cemented carbide having a small variation in strength and excellent in hardness and toughness. Specifically, the inventors of the present application show that the presence of the above-mentioned compound in at least a part of the plate-like WC crystal grains causes distortion in the WC crystal grains, and this distortion helps strengthen the WC crystal grains. I knew that.
[0010]
JP-A-5-850 discloses composite hard ceramic particles in which a Ti compound is dispersed in WC crystal grains and compressive stress is generated in the WC crystal grains. However, although the powder produced by this method is suitable as a raw material for solid phase sintering, the effect cannot be sufficiently exhibited by liquid phase sintering as in the present invention. This is considered to be half the effect because the raw material is dissolved and reprecipitated during liquid phase sintering. In the present invention, WC crystal grains having the structure as described above can be produced at low cost during liquid phase sintering without producing a special raw material in advance as in JP-A-5-850. Moreover, in JP-A-5-850, it is necessary to disperse a 10% or more and 70% or less Ti compound by volume for strengthening WC crystal grains, but in the present invention, the amount of a compound having an area ratio of 10% or less is dispersed. However, WC crystal grains can be strengthened. Further, the area ratio of the WC crystal grains in which the above compound is present in the crystal grains is preferably 10% or more of all WC crystal grain areas, and more preferably 30%.
[0011]
In particular, the compound is preferably composed of an oxide of Ti, Zr, Hf, and W, a carbonate, a nitride oxide, a carbonitride, or a solid solution thereof. Among them, the effect of improving toughness and strength is large when it is an oxide, carbonate, nitride or carbonitride of Zr and / or Ti.
[0012]
This is because Ti, Zr, Hf, W oxides, carbonates, nitrides, carbonitrides or their solid solution compounds are easily taken into the WC crystal grains and exhibit the effects of the present invention. Because it is easy to do. Furthermore, the content of Ti, Zr, and Hf with respect to the entire cemented carbide is preferably 10% by weight or less. More preferably, the content is 5% by weight or less. This is because if the content of Ti, Zr, and Hf is too large, the sinterability decreases and the strength of the cemented carbide decreases.
[0013]
In addition, the said compound does not need to exist only in a WC crystal grain, and may exist in both a WC crystal grain and a binder phase. In addition, when the particle size of the above compound is the maximum length of the diagonal line in the case of a polygon, and the maximum length of a side in the case of a triangle. The WC crystal grains are easily strengthened and the toughness is greatly improved. Particularly preferred is the case where the particle size of the compound is less than 0.3 μm.
[0014]
In addition, the weight% of at least one carbide, nitride, oxide or solid solution thereof selected from Va, VIa group elements in the cemented carbide is Wa, and at least one carbide selected from group IVa elements is Wa. When the weight percentage of the nitride, oxide or solid solution thereof is Wb and the value of Wa / Wb is 0 to 0.2, particularly excellent balance between toughness and hardness is exhibited.
[0015]
This is because an oxide of an IVa group element such as Ti, Zr, and Hf, a carbonate, a nitride oxide, a oxycarbonitride or a compound made of a solid solution thereof is easily taken into the WC crystal grains, while Va , VIa group element selected from at least one oxide, carbonate, nitride, carbonitride, or a solid solution thereof is difficult to be taken into the WC crystal grains, and moreover the WC during sintering This is because it has a function of suppressing crystal grain growth. In view of this, when the value of Wa / Wb is set to 0 to 0.2, the effect of the present invention is easily exhibited, and thus the above is limited.
[0016]
For the reasons described above, the content of at least one carbide, nitride, oxide, or one solid solution thereof selected from Va, VIa group elements is 10% by weight or less based on the weight of the binder phase. In this case, at least one oxide selected from the group elements Va and VIa, carbonate, nitride oxide, carbonitride oxide or a compound made of a solid solution thereof is taken into the WC crystal grains. It becomes easy to be broken.
[0017]
Next, in the cross-sectional structure of the cemented carbide, the area ratio of WC grains having a grain size of 1 μm or less is 10 to 40% of the area of all WC grains, and the area ratio of WC grains having a grain size exceeding 1 μm. Is 60 to 90%, the cemented carbide having particularly excellent hardness and toughness can be obtained when the compound is mainly present in the WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm.
[0018]
Here, the reason why the area ratio of the WC crystal grains having a grain size of 1 μm or less was limited to 10 to 40% of the area of all the WC crystal grains is that the hardness is reduced when it is less than 10%, and is more than 40%. This is because the toughness decreases. The reason why the area ratio of WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm is defined as 60 to 90% is that the toughness is lowered when the grain ratio is less than 60%, and the hardness is lowered when the grain ratio exceeds 90%.
[0019]
Moreover, when the said compound exists in the WC crystal grain whose shape on a cross-sectional structure is 2 or more by aspect ratio, especially outstanding hardness and toughness are shown. This is because when the WC crystal grains are coarsened into a plate shape, the decrease in hardness that normally occurs is mitigated by the presence of the above-mentioned compound in the WC crystal grains, the effect of improving toughness due to the coarsening, WC crystals This is thought to be due to the remarkable strengthening of grains.
[0020]
Further, among the WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm, the toughness is improved particularly when the shape on the cross-sectional structure contains 30% or more of those having an aspect ratio of 2 or more. Usually, when the aspect ratio increases to 2 or more, the hardness decreases, but when the compound is present in the grains, the decrease in hardness is suppressed. Therefore, a cemented carbide having particularly excellent toughness and hardness can be produced. The effect of the presence of the compound in the WC crystal grains can be expected even when the aspect ratio is 1 to 2.
[0021]
The manufacturing method of the cemented carbide according to the present invention includes the following steps. That is, from WC powder (raw material A) having an average particle size of 0.6 to 1 μm, WC powder (raw material B) having an average particle size twice or more that of raw material A, and Co, Ni, Cr, Fe, and Mo. At least one selected metal powder (raw material C) and at least one carbide, nitride, oxide or solid solution selected from IVa, Va, VIa group elements and having an average particle size of 0 Each of 0.01 to 0.5 μm (raw material D) is used as a raw material powder, and preferably sintered at a temperature of 1500 ° C. or higher. Thereby, the cemented carbide according to the present invention can be manufactured stably. The average particle diameter of the raw materials A, B, and D may be the above value in the pulverization and mixing process.
[0022]
In the above-described method, there is no need to use a special raw material powder as in JP-A-2-47239, JP-A-2-138434, and JP-A-2-274748. Furthermore, it is not necessary to pulverize the WC powder to 0.5 μm or less as disclosed in JP-A-5-339659. As a result, commercially available WC powder having a particle diameter close to that of the WC material can be used without excessively pulverizing, and contamination of foreign matters from an excessive pulverization / mixing device (attritor) and oxidation phenomenon of WC powder can be suppressed. . As a result, a cemented carbide having excellent characteristics can be stably produced at a low cost.
[0023]
The reason why a cemented carbide containing plate-like WC crystal grains can be produced stably by the above-described method is as follows. The mechanism of growth of plate-like WC crystal grains is the phenomenon of dissolution and reprecipitation into the liquid phase of WC (fine WC is a liquid It is considered that the phenomenon of dissolution in the phase and reprecipitation on the coarse WC) is the main. In addition, the average particle size of the raw material WC powder after pulverization and mixing (also referred to as “Fischer sub-sieve sizer particle size, which is an average particle size measured by an apparatus according to JIS H 2116. The same shall apply hereinafter.)” Is twice or more. It is considered that the use of two types of WC powders that are preferably three times or more different as raw materials can also contribute. By using such two types of WC powders having different average particle diameters as raw materials, the driving force for dissolution and reprecipitation of WC is improved, and plate-like WC crystal grains are easily generated. In addition, the coarse WC added as the raw material B exists uniformly in the raw material powder, and acts as a seed crystal for grain growth. Thereby, local growth of the plate-like WC is suppressed, and plate-like WC crystal grains can be stably generated in the sintered body regardless of the difference between the powder lot and the sintered lot.
[0024]
Even in the conventional manufacturing method, uniform crushing is not performed in the crushing process due to some problem, and as a result, the generation of plate-like WC crystal grains is promoted by increasing the WC grain size distribution, and abnormally coarse WC crystal grains called α2 Has been reported to be generated. However, since the grain size of the WC on the coarse grain side is not controlled, stable plate-like WC crystal grains could not be generated. On the other hand, in the method according to the present invention, by controlling the blending ratio of raw material A and raw material B and the average particle size difference between raw material A and raw material B, it is possible to control the structure such as the shape of WC crystal grains and the particle size distribution. Become. Further, in the method of the present invention, when coarse WC having excellent characteristics with few defects is used as the raw material B, this WC becomes a seed crystal and grows by dissolution reprecipitation phenomenon. As a result, an excellent WC with few defects can be generated as in the Bridgman method, which is famous for semiconductor manufacturing. Furthermore, by using two types of WC powders having different particle sizes as described above, the raw material D is easily taken into the WC grains.
[0025]
A commercially available WC raw material can be used as it is for the WC powder of the raw material A and the raw material B. In addition, the powder whose particle size has been adjusted by pre-grinding (the raw material A is 0.6 to 1 μm and the raw material B is twice or more the average particle size) is used by lightly mixing with a ball mill or the like, or a mixing and grinding process Two or more types of commercially available WC powders having different average particle sizes so as to obtain a target particle size may be used.
[0026]
In addition, by using the raw material D having an average particle diameter of 0.01 to 0.5 μm or the raw material D having an average particle diameter of 0.01 to 0.5 μm in the pulverization and mixing process as a raw material powder, The raw material D is easily taken into the WC crystal grains. Thereby, the cemented carbide of the present invention can be produced stably. In order to prepare a raw material with a small average particle size in this way, it is also possible to use a raw material powder produced by a liquid phase synthesis method such as a sol-gel method or a gas phase synthesis method such as PVD or CVD in addition to a normal pulverization method. it can. Here, the average particle size of the raw material D is set to 0.01 to 0.5 μm. It is industrially difficult to make the raw material D smaller than 0.01 μm, and when it is larger than 0.5 μm, the raw material D is converted into WC crystal grains. It is because it becomes difficult to take in.
[0027]
In addition, when the ratio WA / WB of the weight WA of the raw material A and the weight WB of the raw material B is 0.5 to 30, a cemented carbide having particularly excellent performance can be obtained. More preferably, WA / WB is 1-10. When WA / WB is smaller than 0.5, it becomes difficult to generate plate-like WC crystal grains having an aspect ratio larger than 2. When WA / WB is larger than 30, the generation of plate-like WC crystal grains becomes unstable, and locally coarse plate-like WC crystal grains are likely to be generated. In addition, the above compound is less likely to be taken into the WC crystal grains.
[0028]
Moreover, WC powder which recycled the used cemented carbide alloy by the recycle method (by a zinc treatment method, a high temperature treatment method, etc.) can be used for at least a part of the raw material A. Thereby, not only the cemented carbide of the present invention can be produced at low cost, but also the useless mining of the tungsten (W) mine can be suppressed from the viewpoint of protecting the global environment. In the past, attempts have been made to use cemented carbide recycled powder, but the present situation is that only a small portion of the powder has been used and has not been fully adopted.
[0029]
Recycling is generally performed by a zinc treatment method. However, since the particle size of the recycled WC powder depends on the WC crystal particle size of the used cemented carbide to be recycled, a WC raw material having a specific particle size cannot be produced. Even in the high temperature treatment method, the WC crystal grains partially grow during the treatment, and therefore the width of the particle size distribution of the WC powder becomes very large even if pulverized thereafter. For this reason, when a cemented carbide is produced using these recycled powders, the WC crystal grain size distribution cannot be managed, and there is a problem that the dispersion of performance becomes large.
[0030]
On the other hand, in the production method according to the present invention, the recycled powder having a particle size of 0.6 to 1 μm regenerated from the used cemented carbide which is a recycled raw material is dissolved in the liquid phase in the sintering process, It is reprecipitated on the raw material B having a larger average particle diameter. Thereby, the particle size of the plate-like WC crystal of the produced sintered body is controlled by the WC powder particle size of the raw material B. Therefore, the particle size of the recycled powder does not determine the particle size of the final sintered body, and the aforementioned problem can be avoided. Moreover, in the present method, as described above, the fine raw material A is dissolved in the liquid phase and then deposited on the coarse raw material B. Therefore, the characteristics of the plate-like WC depend on the characteristics of the coarse raw material B. Therefore, even when a recycled material having unstable characteristics is used, a sintered body having excellent characteristics can be produced.
[0031]
The ratio WR / WA of the weight WR of the WC powder generated from the recycled powder obtained by pulverizing the used cemented carbide which is the recycled raw material and the weight WA of the raw material A is 0.3 to 1 (preferably 0.5 to 1). In some cases, the cemented carbide of the present invention can be produced at a particularly low cost, and a cemented carbide preferable from the viewpoint of protecting the global environment can be obtained.
[0032]
Further, at least one kind of carbide, nitride, oxide, boride and solid solution thereof selected from IVa, Va, VIa group elements and Al are provided on the surface of a product such as a tool made of the above cemented carbide. Alternatively, when a coating film composed of at least one layer selected from diamond, DLC, and CBN is provided, and these are used as a cutting tool or an anti-abrasion tool, the alloy base material has an excellent balance of hardness and toughness. Particularly excellent performance.
[0033]
In particular, when a coating film of 20 μm or more is coated on a conventional WC-based cemented carbide, it is considered that the coating film promotes the generation of cracks (the action of pre-cracking of Griffith). Therefore, the fracture resistance of the cemented carbide was reduced. However, in the cemented carbide according to the present invention, it has been found that the above compound is precipitated in the WC crystal grains and the WC crystal grains are strengthened, so that crack progress hardly occurs and excellent fracture resistance is obtained. .
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 and Tables 1 to 14.
[0035]
【Example】
(Example 1) A WC powder (raw material A) having an average particle diameter of 0.7 μm pulverized using an attritor with high pulverization efficiency as a raw material powder and a WC powder (raw material B) having an average particle diameter of 2 μm are prepared by the same pulverization. did. Also, Co powder with an average particle size of 1.5 μm, Ni powder with an average particle size of 1.3 μm, ZrC powder with an average particle size of 2 μm, TiC powder with an average particle size of 1.5 μm, ZrCN powder with an average particle size of 2 μm, average particle NbC powder with a diameter of 2 μm, TaC powder with an average particle diameter of 1.5 μm, Cr with an average particle diameter of 2 μm Three C 2 Powder, Mo with an average particle size of 2 μm 2 C, VC powder, ZrN powder with an average particle size of 1.5 μm, (W, Ti) (C, N, O) solid solution powder with an average particle size of 0.3 μm, (W, Zr) (average particle size of 0.3 μm) (C, O) solid solution powder, (Ti, Zr) (C, O) solid solution powder having an average particle size of 0.2 μm, ZrCO, TiCO, HfO having an average particle size of 0.3 μm 2 Powder, WO with an average particle size of 0.4 μm Three Powder, Cr with an average particle size of 0.5 μm 2 O Three Powder, V with an average particle size of 0.3 μm 2 O Five Powder was added and blended to the composition shown in Table 1, followed by mixing for 2 hours in an acetone solvent using a normal ball mill. Thereafter, granulation was performed by a spray dryer.
[0036]
[Table 1]
Figure 0003950229
[0037]
In Table 1 above, numbers other than the numbers in the raw material No and Wa / Wb columns indicate wt%. Table 1 also shows that at least one carbide, nitride, oxide or solid solution thereof selected from Va, VIa group elements is represented by Wa, and at least one carbide selected from group IVa elements. The value of Wa / Wb when the weight% of nitride, oxide or their solid solution is Wb is shown.
[0038]
1 ton / cm of these powders 2 Is pressed using a mold at a pressure of 1, and held in a vacuum at 1500 ° C. for 1 hour for sintering. Thereby, the sintered compact of the shape of ISO type | model number CNMG120408 (the rhombus throwaway chip based on JISG4053) was produced. The sintered body is ground with a # 200 diamond grindstone and lapped with a diamond paste. After that, using a diamond Vickers indenter, the hardness at 50 kg load and the fracture toughness value K by the Indentation Fracture method obtained from the crack length generated at the indentation corner of the indenter I c (MPam 1/2 ) Was measured.
[0039]
For comparison with the present invention, a WC powder having an average particle diameter of 6 μm according to the prior art, a Co powder having an average particle diameter of 1.5 μm, a Ni powder having an average particle diameter of 1.3 μm, a ZrC powder having an average particle diameter of 2 μm, TiC powder with an average particle size of 1.5 μm, ZrCN powder with an average particle size of 2 μm, NbC powder with an average particle size of 2 μm, TaC powder with an average particle size of 1.5 μm, Cr with an average particle size of 2 μm Three C 2 Powder, Mo with an average particle size of 2 μm 2 C, VC powder, ZrN powder with an average particle diameter of 1.5 μm, (W, Ti) (C, N, O) solid solution powder with an average particle diameter of 2 μm, (W, Zr) (C, O) solid solution powder, (Ti, Zr) (C, O) solid solution powder having an average particle size of 1.8 μm, ZrCO, TiCO, HfO having an average particle size of 2 μm 2 Powder, WO with an average particle size of 1.5 μm 2 The powder was mixed with an attritor for 5 hours, and a granulated powder was produced in the same manner. 1 ton / cm of this powder 2 The sample was pressed using a mold at a pressure of 1 and held at 1400 ° C. in a vacuum for 1 hour for sintering. Then, the hardness and fracture toughness of the sintered body were measured by the same method.
[0040]
Further, whether or not a compound composed of at least one oxide selected from IVa, Va, and VIa group elements, carbonate, nitride oxide, carbonitride oxide or a solid solution thereof is present in the WC crystal grain. It was measured. In other words, a sample for a scanning electron microscope or a transmission electron microscope is prepared, and EDX (Energy Dispersive X-Spectrometer is an abbreviation for Energy Dispersive X-Spectrometer, which is an energy dispersive X-ray fluorescence analysis that is electrically spectrally sorted using a semiconductor detector ) For elemental analysis. When Zr and O were detected, the substance was assumed to be an oxide of Zr. These measurement results are shown in Table 2. In the sample numbers in Table 2, No. 1-1 to 10 represent sintered bodies produced by the method according to the present invention. Reference numerals 2-1 to 10 indicate sintered bodies made of conventional WC powder.
[0041]
[Table 2]
Figure 0003950229
[0042]
In Table 2, the ◯ marks indicate that the present invention is applicable. From the results shown in Table 2, the sample produced by the method of the present invention has at least one oxide selected from IVa, Va, and VIa elements in the WC crystal grains, carbonate, nitride oxide, and carbonitride oxidation. It can be seen that the hardness and fracture toughness of these samples show superior values compared to the samples prepared by the conventional method.
[0043]
The photograph shown in FIG. 1 is a transmission electron micrograph of Sample 1-1. In FIG. 1, a crystal that looks like a square at the center is WC crystal grain 1, and a precipitate (compound 2) that appears white in the WC crystal grain is a Zr carbonate, around which strain 3 and a binder phase 4 are present. appear. From this photograph, it can be seen that the particle diameter of the compound 2 existing in the WC crystal grain 1 of the sample 1-1 is about 0.2 μm and less than 0.3 μm. Moreover, it turns out that the area of the said compound 2 with respect to the area of the WC crystal grain which has the said compound 2 inside is 10% or less. In the present invention, using such a cross-sectional structure, the presence or absence of the compound in the WC crystal grains was determined.
[0044]
Similarly, in the samples of 1-2 to 1-8 in Table 2, WC, Tir, Zr, Hf, W oxides, carbonates, nitride oxides, oxycarbonitrides or compounds composed of solid solutions thereof are WC. It was confirmed that it was present in the crystal grains. The samples 1-9 and 1-10 are selected from Ti, Zr, Hf, W oxides, carbonates, nitrides, carbonitrides or their IVa, Va, and VIa group elements other than their solid solutions. In addition, it was confirmed that there was a compound composed of at least one oxide, carbonate, nitride oxide, oxynitride or a solid solution thereof.
[0045]
The characteristic values of the samples 1-1 to 1-8 are superior to those of the samples 2-1 to 2-8 according to the conventional method, and the improvement ratio is 1-9 to 1-1- It was also found that ten samples of the present invention were large compared to the improved values for the characteristic values of samples 2-9 to 2-10 by the conventional method. That is, the compound present in the WC crystal grains is preferably an oxide of Ti, Zr, Hf, W, a carbonate, a nitride oxide, a oxycarbonitride or a compound thereof, particularly a Zr carbonate. It was also confirmed that Sample 1-1, in which Z was present in WC crystal grains, and 1-2, in which Zr and Ti carbonates were present in WC crystal grains, showed very excellent alloy characteristics.
[0046]
In particular, the weight% of at least one carbide, nitride, oxide or solid solution thereof selected from Va, VIa group elements is Wa, and at least one carbide, nitride, oxidation selected from group IVa elements is Wa. Samples 1-1 to 1-6 in which the value of Wa / Wb is in the range of 0 to 0.2 when the weight% of the product or their solid solution is Wb are the samples 2-1 to 2 by the conventional method It was also confirmed that particularly excellent characteristics were exhibited as compared with -6.
[0047]
(Example 2) The raw material No. produced in Example 1 was obtained. 8 and carbides of IVa, Va, VIa group elements TiCO, TaC, Mo 2 Raw material Nos. With different amounts of C 11-15 were prepared (Table 3), the sintered compact was produced like Example 1, and the hardness and fracture toughness were measured. The results are shown in Table 4. Moreover, when the presence or absence of the compound in the WC crystal grain was examined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the compound was present in the WC crystal grain in any sample.
[0048]
[Table 3]
Figure 0003950229
[0049]
The ratio (%) in Table 3 is the ratio (%) of the content of the carbide, nitride, carbonitride or their solid solution (excluding WC) of the Va, VIa group element to the weight of the binder phase. In addition, raw material No. Numbers other than those in the ratio and Wa / Wb columns indicate wt%.
[0050]
[Table 4]
Figure 0003950229
[0051]
From the results in Table 4, TaC, Mo 2 Sample No. in which the total addition amount of C is 10 wt% or less with respect to the amount of the binder phase. The alloy characteristics of 1-12 to 1-15 are excellent, especially TaC, Mo 2 It was confirmed that Samples 1-14 and 1-15, in which the amount of C added was less than the amount that can be dissolved in the binder phase, exhibited particularly excellent alloy characteristics.
[0052]
(Example 3) In the same manner as in Example 1, raw material Nos. 16 to 23 having different mixing ratios of the raw material A and the raw material B were prepared with the compositions shown in Table 5. 1 ton / cm of these powders 2 Was pressed using a mold at a pressure of 1, and held at 1550 ° C. in a vacuum for 1 hour for sintering. Thereby, a sintered body of ISO model number CNMG120408 was produced.
[0053]
[Table 5]
Figure 0003950229
[0054]
Raw material No. in Table 5 Numbers other than those in the WA / WB column indicate wt%. Next, the hardness and fracture toughness of these samples were measured by the same method as in the first embodiment. The measurement results are shown in Table 6. Moreover, these samples were photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 5000 after surface grinding and mirror polishing. This photograph was classified into WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm and WC crystal grains having a grain size of 1 μm or less using an image processing apparatus, and the results of measuring the respective area ratios are also shown in Table 6. Furthermore, among these WC crystal grains, the area ratio of those having an aspect ratio of 2 or more among the WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm was measured in the same manner, and the results are also shown in Table 6. The presence or absence of ZrCO and TiCO compounds in the WC crystal grains was examined in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the compounds other than 3-16 and 3-23 were present in the WC crystal grains.
[0055]
[Table 6]
Figure 0003950229
[0056]
From the results in Table 6, the samples of 3-18 to 3-21 in which the ratio WA / WB of the weight WA of the raw material A and the weight WB of the raw material B is in the range of 0.5 to 30 are WC having a particle size of 1 μm or less. The area ratio of crystal grains is in the range of 10 to 40%, and has an excellent balance between hardness and fracture toughness. Among them, samples 3-20 and 3-21 having an area ratio of 30% or more of WC crystal grains having an aspect ratio of 2 or more among WC crystal grains having a grain size exceeding 1 μm have particularly excellent alloy characteristics. You can see that
[0057]
(Example 4) The CNMG120408-shaped chips of Samples 1-1 to 1-10 and Samples 2-1 to 2-10 produced in Example 1 were subjected to a honing treatment of 0.05R, and then subjected to the coating shown in Table 7. A covering film was formed. Then, the SCM435 work material 3 having the shape shown in FIG. 2 provided with four grooves in the circumferential direction of the round bar was subjected to a cutting test under the following conditions, and the time until failure was measured. The results are shown in Table 7. In Table 7, DLC in the coating film is diamond-like carbon, CVD is chemical vapor deposition, and PVD is physical vapor deposition.
[0058]
Figure 0003950229
[0059]
[Table 7]
Figure 0003950229
[0060]
From the result of measuring the time until the defect in Table 7, the sample No. A tool in which a coating film is formed on 1-1 to 1-5 is the sample No. of the conventional method. It turns out that the performance superior to the tool which formed the coating film in 2-1 to 2-5 is shown. Similar excellent results could be obtained even when the diamond in Table 7 was cubic boron nitride (CBN). Thus, it turns out that the sample which formed the coating film in the cemented carbide alloy of this invention can exhibit the outstanding characteristic.
[0061]
(Example 5) No. 1 produced in Example 1. A raw material No. 1 using a recycled WC powder having the same composition as that of the raw material powder No. 1 and using a used cemented carbide alloy as a part of the raw material A treated with a zinc treatment method or a high temperature treatment method. 24-28 (Table 8) were produced. These were sintered in the same manner as in Example 1, and the hardness, fracture toughness, and the presence or absence of the above compound in the WC crystal grains were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 9.
[0062]
[Table 8]
Figure 0003950229
[0063]
[Table 9]
Figure 0003950229
[0064]
From the results of Table 9, it can be seen that the alloy characteristics of Samples 24-28 using powders recycled by the zinc treatment method and the high temperature treatment method show excellent characteristics equivalent to those of Sample 1 using no recycled powder. As described above, in the method of the present invention, the recycled powder, which has conventionally been used only in a small amount due to poor alloy properties, can be used as the main component of the WC powder. As a result, a cemented carbide preferable for global environmental protection can be obtained at a lower cost than conventional cemented carbide manufacturing methods.
[0065]
Example 6 WC powder having an average particle size of 0.9 μm as raw material A, WC powder having an average particle size of 4 μm as raw material B, Co powder having an average particle size of 1.5 μm as raw material C, Cr powder having an average particle size of 1.8 μm, Using the ZrCNO powder having an average particle diameter of 0.1 μm, 0.5 μm, and 0.9 μm as the raw material D, the raw material No. 29-32 were produced.
[0066]
[Table 10]
Figure 0003950229
[0067]
Raw material No. in Table 10 Numbers other than the numbers in the column indicate wt%. Raw material No. Using the powders 29 to 32, pressing and sintering were performed in the same manner as in Example 1 to produce a sintered body having the shape of ISO model number CNMG120408. Next, a cutting test of these samples was performed in the same manner as in Example 4, and the time until loss was measured. The measurement results are shown in Table 11. Moreover, when these samples were photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 5000 after surface grinding and mirror polishing, it was confirmed that a compound having a size of less than 0.3 μm was present in the WC crystal grains. It was also confirmed that the composition of this compound was Zr carbonitride by EDX analysis. Furthermore, using this photograph, the total area of the WC crystal grains in the photograph and the area of the crystal grains in which the presence of the above-mentioned compound is recognized are measured by using an image processing apparatus. The area ratio of WC crystal grains in which the compound was present was calculated. The results are shown in Table 11.
[0068]
[Table 11]
Figure 0003950229
[0069]
From the results of Table 11, the area ratio of WC crystal grains in which ZrCNO is incorporated into the crystal grains is higher when the finer raw material is used for the ZrCNO powder, and the area of the WC crystal grains in which the above compounds are present in the crystal grains. It can be seen that the greater the rate, the better the fracture resistance. In particular, it was also confirmed that when the area ratio of the WC crystal grains in which the above-described compound is present in the crystal grains exceeds 10%, the fracture resistance is rapidly improved.
[0070]
(Example 7) The powder having the composition shown in Table 12 was mixed in an acetone solvent by a ball mill for 2 hours. Then, this powder is dried and 1 ton / cm 2 Was pressed using a mold at a pressure of 1, and held in a vacuum at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour for sintering. Thereby, the sintered body No. 1 having the same shape of CNMG120408 as in Example 1 was used. 3-1 to 3-6 were produced. In these sintered bodies, the presence of the compounds shown in Table 13 in the WC crystal grains could be confirmed by performing EDX or X-ray qualitative analysis with a transmission electron microscope. Next, the hardness and fracture toughness of these samples were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 14.
[0071]
[Table 12]
Figure 0003950229
[0072]
[Table 13]
Figure 0003950229
[0073]
[Table 14]
Figure 0003950229
[0074]
From the results shown in Table 14, the sample No. in which the Zr compound was precipitated in the WC crystal grains. Samples Nos. 3-4 to 3-6 are sample Nos. In which the Ti compound was precipitated in the WC crystal grains. It was confirmed that the balance of hardness and fracture toughness was superior to those of samples 3-1 to 3-3. Further, this sintered body was subjected to surface grinding and outer periphery grinding, and further subjected to a honing treatment of 0.05R, and then a coating film of 0.5 μm TiN, 5 μm TiCN, 3 μm TiC, 2 μm alumina 0.5 μm TiN was sequentially formed from the lower layer by the CVD method. Coated.
Using these samples, the work material used in Example 4 was cut under the following conditions, and the time until chipping was measured. The results are shown in Table 14.
[0075]
Figure 0003950229
From the results shown in Table 14, the sample No. in which the Zr compound was precipitated in the WC crystal grains was obtained. Samples Nos. 3-4 to 3-6 are sample Nos. In which the Ti compound was precipitated in the WC crystal grains. It was confirmed that the fracture resistance superior to the samples of 3-1 to 3-3 was exhibited.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a compound comprising at least one oxide, carbonate, nitride oxide, carbonitride oxide or a solid solution thereof selected from elements of groups IVa, Va and VIa. By being generated in the WC crystal grains, the WC crystal is excellent in strength, and the effect is particularly remarkable when the WC crystal grains are plate-like. As a result, a cemented carbide excellent in strength and toughness can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram (copy) showing a transmission electron micrograph of a cemented carbide.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of a work material used in a cutting test.
[Explanation of symbols]
1 WC grain
2 compounds
3 Distortion
4 bonded phases
5 Work material

Claims (16)

炭化タングステン(WC)を主体とする結晶粒と鉄族金属を主体とする結合相からなる超硬合金において、
炭化タングステン結晶粒の少なくとも一部の内部にチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タングステン(W)の少なくとも一種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が存在し、この化合物は、原料粉末段階の炭化タングステンの結晶粒の内部には実質的に取込まれておらず、液相焼結中に炭化タングステンの結晶粒の内部に取込まれて存在することを特徴とする超硬合金。
In cemented carbide consisting of crystal grains mainly composed of tungsten carbide (WC) and a binder phase mainly composed of iron group metal,
At least a portion of the internal titanium tungsten carbide grains (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), less an oxide of one or even tungsten (W), carbonates, oxynitride, oxycarbonitride Or a compound composed of a solid solution thereof , and this compound is not substantially incorporated into the tungsten carbide crystal grains in the raw powder stage, and the tungsten carbide crystal grains are formed during the liquid phase sintering. A cemented carbide characterized in that it is taken into the interior of the steel.
前記超硬合金の断面組織において、前記化合物を内部に有する前記炭化タングステン結晶粒の面積に対する前記化合物の面積が10%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の超硬合金。  2. The cemented carbide according to claim 1, wherein in the cross-sectional structure of the cemented carbide, the area of the compound is 10% or less with respect to the area of the tungsten carbide crystal grains having the compound inside. 3. 前記超硬合金の断面組織において、結晶粒内に前記化合物が存在する前記炭化タングステン結晶粒の面積率が、すべての前記炭化タングステン結晶粒の面積の10%以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の超硬合金。  In the cross-sectional structure of the cemented carbide, the area ratio of the tungsten carbide crystal grains in which the compound is present in crystal grains is 10% or more of the area of all the tungsten carbide crystal grains, Item 3. The cemented carbide according to Item 1 or 2. 前記化合物がジルコニウムとチタンの酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の超硬合金。It said compound oxide of zirconium and titanium, fluoride carbonate, oxynitride, characterized in that it comprises at least one oxycarbonitride, the cemented carbide according to any one of claims 1 to 3. 前記化合物が、ジルコニウム(Zr)の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の少なくとも1種からなることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の超硬合金。  The cemented carbide according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound is made of at least one of an oxide of zirconium (Zr), a carbonate, a nitride oxide, and a oxynitride. 前記化合物の存在が、断面組織上の形状がアスペクト比で2以上の前記炭化タングステン結晶粒内で認められることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の超硬合金。  The cemented carbide according to any one of claims 1 to 5, wherein the presence of the compound is recognized in the tungsten carbide crystal grains having an aspect ratio of 2 or more in an aspect ratio. 前記化合物の平均粒径が0.3μm未満であることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の超硬合金。  The cemented carbide according to claim 1, wherein an average particle size of the compound is less than 0.3 μm. Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体であって前記炭化タングステン以外のものからなる化合物の重量%をWaとし、IVa族元素もしくはタングステン(W)から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体であって前記炭化タングステン以外のものからなる化合物の重量%をWbとしたときに、Wa/Wbの値が0〜0.2であることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の超硬合金。  The weight% of the compound consisting of at least one carbide, nitride, oxide or solid solution thereof selected from Va, VIa group elements other than tungsten carbide is defined as Wa, and IVa group element or tungsten (W When the weight% of the compound consisting of at least one kind of carbide, nitride, oxide or solid solution thereof other than tungsten carbide selected from the above is Wb, the value of Wa / Wb is 0 to 0. The cemented carbide according to any one of claims 1 to 7, wherein the cemented carbide is 0.2. Va,VIa族元素から選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体であって前記炭化タングステン以外のものからなる化合物の含有量が、結合相の重量に対して10重量%以下であることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の超硬合金。  The content of at least one kind of carbide, nitride, oxide or solid solution thereof selected from Va, VIa group elements other than the tungsten carbide is 10% by weight of the binder phase. The cemented carbide according to claim 1, wherein the cemented carbide is at most%. 前記超硬合金の断面組織において、粒径が1μm以下の前記炭化タングステン結晶粒の面積率が、すべての前記炭化タングステン結晶粒面積の10〜40%で、粒径が1μmを越える前記炭化タングステン結晶粒の面積率が、すべての前記炭化タングステン結晶粒面積の60〜90%であることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の超硬合金。  The tungsten carbide crystal in which the area ratio of the tungsten carbide crystal grains having a grain size of 1 μm or less in the cross-sectional structure of the cemented carbide is 10 to 40% of all the tungsten carbide crystal grain areas and the grain size exceeds 1 μm. The cemented carbide according to any one of claims 1 to 9, wherein an area ratio of grains is 60 to 90% of all the tungsten carbide crystal grain areas. 粒径が1μmを越える前記炭化タングステン結晶粒のうち断面組織上の形状がアスペクト比で2以上であるものを30%以上含むことを特徴とする、請求項10に記載の超硬合金。  The cemented carbide according to claim 10, comprising 30% or more of the tungsten carbide crystal grains having a grain size exceeding 1 μm and having an aspect ratio of 2 or more in a sectional structure. 平均粒径が0.6〜1μmの炭化タングステン(WC)粉末(原料A)と、平均粒径が前記原料Aの2倍以上となる炭化タングステン粉末(原料B)と、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、モリブデン(Mo)から選ばれた少なくとも1種の金属の粉末(原料C)と、平均粒径が0.01〜0.5μmでありチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タングステン(W)の少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物もしくはそれらの固溶体であって前記炭化タングステン以外のものからなる原料Dとを原料粉末とし
炭化タングステン結晶粒の少なくとも一部の内部にチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タングステン(W)の少なくとも一種の酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物もしくはそれらの固溶体からなる化合物が液相焼結中に取込まれて存在する超硬合金を製造することを特徴とする、超硬合金の製造方法。
Tungsten carbide (WC) powder (raw material A) having an average particle size of 0.6 to 1 μm, tungsten carbide powder (raw material B) having an average particle size twice or more that of the raw material A, cobalt (Co), nickel At least one metal powder (raw material C) selected from (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), and molybdenum (Mo), and an average particle diameter of 0.01 to 0.5 μm and titanium ( Raw material powder of raw material D comprising at least one kind of carbide, nitride, oxide or solid solution of Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tungsten (W) and a solid solution thereof other than tungsten carbide and,
At least a part of the tungsten carbide crystal grains, titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tungsten (W) at least one oxide, carbonate, nitride oxide, carbonitride oxide or the like A method for producing a cemented carbide comprising producing a cemented carbide in which a compound comprising a solid solution is incorporated during liquid phase sintering .
前記原料Aの重量WAと、前記原料Bの重量WBの比WA/WBが0.5〜30であることを特徴とする、請求項12に記載の超硬合金の製造方法。  The method for producing a cemented carbide according to claim 12, wherein a ratio WA / WB of the weight WA of the raw material A and the weight WB of the raw material B is 0.5 to 30. 前記原料Aの少なくとも一部に、超硬合金のリサイクル粉末を用いることを特徴とする、請求項12または13に記載の超硬合金の製造方法。  The method for producing a cemented carbide according to claim 12 or 13, wherein a recycled powder of the cemented carbide is used for at least a part of the raw material A. 前記リサイクル粉末の粉砕で生じた前記炭化タングステン粉末の重量WRと前記原料Aの重量WAの比WR/WAが0.3〜1であることを特徴とする、請求項14に記載の超硬合金の製造方法。  The cemented carbide according to claim 14, wherein a ratio WR / WA of a weight WR of the tungsten carbide powder generated by pulverization of the recycled powder and a weight WA of the raw material A is 0.3 to 1. Manufacturing method. 請求項1から11のいずれか1項に記載の超硬合金からなる超硬工具であって、
この工具表面に、IVa,Va,VIa族元素,Alから選ばれた少なくとも1種の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、これらの固溶体、あるいはダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、立方晶窒化ホウ素(CBN)の少なくとも1層以上からなる被覆膜を設けたことを特徴とする、超硬工具。
A cemented carbide tool comprising the cemented carbide according to any one of claims 1 to 11 ,
On the surface of the tool, at least one carbide, nitride, oxide, boride, solid solution thereof selected from IVa, Va, VIa group elements, and Al, diamond, diamond-like carbon (DLC), cubic nitriding characterized in that a coating film made of at least one layer of boron (CBN), carbide tools.
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