JP5079940B2

JP5079940B2 - 炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体

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Publication number: JP5079940B2
Application number: JP2000391572A
Authority: JP
Inventors: 貴道小川; 和浩浦島; 聡飯尾
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002194474A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化タングステン系（以下、「ＷＣ系」という。）超硬基複合材料焼結体に関し、更に詳しくは、耐酸化性、耐食性、耐衝撃性、耐欠損性、特には耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体に関する。本発明の超硬基複合材料焼結体は、高速切削、高送り切削、重切削等に用いる切削工具や、熱間圧延ロール、ガイドロール、線引きロール、ダイス、パンチ等の熱間、温間、冷間における塑性加工及び延性加工に用いる治工具や、軸受け、ベアリングボール、すべり軸受け、すべりガイド等の高い耐摩耗性を必要とされる部材に用いる材料として好適に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＣ系超硬複合材料焼結体は、靭性、機械的強度に優れており、従来より、切削工具等の用途に用いられている。一方、ＷＣ系超硬複合材料焼結体は、上記のように靭性、機械的強度に優れる反面、耐酸化性、化学的安定性、高温特性、耐摩耗性の面で十分な特性が得難いという問題がある。そのため、これらの特性が要求される部材、例えば、温度特性が重要な温間・熱間鋳造用工具や、高い耐摩耗性を必要とする軸受け、ベアリングボール、すべり軸受け、すべりガイド等の部材等としての利用上問題がある。
【０００３】
かかる問題を解決するため、従来より一般に、超硬合金の表面にアルミナ等からなる硬質層を被覆形成することが行われている。例えば、特開昭６３−５１６９４２号公報には、ＷＣからなる硬質相と、Ｎｉ、Ｃｏからなる結合金属相とを主体とする焼結体の表面に、ＣＶＤ、ＰＶＤ等を用いてアルミナ等の硬質相を被覆形成した超硬工具が記載されている。また、特開平２−２２１３７３号公報には、ＷＣと鉄族金属結合相からなる超硬合金に予め遊離炭素を含有させ、特定の熱処理を施して遊離炭素を消失させた後にアルミナ等を被覆する方法が記載されている。
【０００４】
しかし、硬質相を焼結体の表面に被覆する方法では、製造コストが増加することに加え、被覆硬質相が摩耗・剥離した場合に再研磨による再生が利かないといった問題がある。
【０００５】
そのため、製造コストや再研磨による再生を加味した上でＷＣ系超硬複合材料焼結体の特性を改善するため、高温安定なアルミナ等を硬質粒子として添加・分散させる方法が従来より行われている。例えば、特開昭６１−２３５５３３公報や特開昭６２−１４６２３７号公報には、ＷＣからなる硬質相と、鉄族等からなる結合金属相とを主体とする焼結体に、アルミナ等の硬質分散粒子や硬質ウィスカーを均一微細に分散した高耐熱性超硬合金が記載されている。また、特表平４−５０２３４７号公報には、ＷＣ等からなる硬質相と、鉄族等からなる結合金属相とを主体とする焼結体に、アルミナ等の単結晶補強材料を分散させる方法が記載されている。その他、特開平９−３１６５８９号公報には、アルミナにナノサイズの微細なＣｏ粉末とＷＣを添加したＡｌ₂Ｏ₃−ＷＣ−Ｃｏ系複合材料が記載されている。
【０００６】
しかし、アルミナ等の硬質粒子は金属との濡れが非常に悪いため、ただ単に超硬合金に分散させて焼成しただけでは十分緻密化せず、強度・硬度等の機械的特性も超硬合金と比較して著しく低下するという問題がある。また、少量しか添加できず、しかも、微細、微小粉末等の特殊形態の高価な粉末材料が必要になることから、超硬合金焼結体の耐摩耗性を効果的に向上させることが困難であるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、耐酸化性、耐食性、耐衝撃性、耐欠損性、特には耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ＷＣ系超硬複合材料焼結体の各種成分と特性との関係について検討した結果、ＷＣを主体とする硬質相と鉄族金属結合相とからなる超硬合金焼結体中に、セラミックス硬質分散粒子を分散させ、密度及び気孔率を所定範囲とすることにより、従来の超硬複合材料よりも軽量であると共に、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性に優れた超硬基複合材料焼結体が得られることを見出して先に出願をしている（特願２０００−２７８３１号）。
【０００９】
引き続き本発明者等は、ＷＣ系超硬複合材料焼結体の各種成分と特性との関係について検討した結果、ＷＣを主体とする硬質相と鉄族金属結合相とからなる超硬合金焼結体中にセラミックス硬質分散粒子を分散させ、更にＷを除く４ａ乃至６ａ族元素のうち１種又は２種以上を分散含有させることにより、更に焼結性が改善され、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体が得られることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体は、焼結体中、炭化タングステン（ＷＣ）を主体とする硬質相が１０〜７６体積％、鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる金属結合相８〜２０体積％、セラミックス硬質分散粒子を４〜７０体積％、及びＷを除く４ａ乃至６ａ族元素の１種又は２種以上を炭化物換算で０．１〜３．０体積％分散含有する。
そして、セラミック硬質分散粒子がアルミナ硬質分散粒子であり、金属結合相の結合金属としてのＮｉが２〜１７体積％含有されている。
【００１１】
本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体における上記「炭化タングステン（ＷＣ）を主体とする硬質相」（以下、「ＷＣ系硬質相」という。）の含有量は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１００体積％に対し１０〜７６体積％、好ましくは２０〜７０体積％、更に好ましくは３０〜６５体積％である。上記ＷＣ系硬質相の含有量が１０体積％未満では、焼結体の靭性が著しく低下し、必要な耐欠損性、耐衝撃性が得られないので好ましくない。また、上記ＷＣ系硬質相の含有量が７６体積％を超えると、残部の鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる金属結合相やアルミナ等のセラミックス硬質分散粒子が少なくなるため、焼結性が低下し、その結果、焼結体の耐摩耗性、耐酸化性、耐食性が不足するので好ましくない。尚、本明細書中で使用される体積％の値の求め方としては、ＳＥＭ写真から、全体面積に対する粒子の面積割合より求める方法があるが、原料粉末の調合添加量から体積％を算出して体積％として代用することもできる。これは、ＷＣ系硬質相は焼結時に殆ど揮発することがないので、調合組成と焼成後の組成のズレが極めて少ないからである。
【００１２】
本発明の金属結合相を構成する成分である上記「鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる金属結合相」（以下、「鉄族金属結合相」という。）としては、鉄族金属から選ばれるものであり、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等が挙げられるが、本発明では、金属結合相の結合金属としてのＮｉが２〜１７体積％含有されている。Ｎｉを用いると、焼結性の点から好ましい。本発明の上記鉄族金属結合相の含有量としては、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１００体積％に対して、好ましくは５〜１７体積％、更に好ましくは８〜１５体積％である。上記鉄族金属結合相の含有量が３体積％未満では、焼結性と靭性が低下し、焼結体として必要な耐欠損性が得られないので好ましくない。一方、２０体積％を超えると、焼結体の硬度が低下し、必要な耐摩耗性が得られないので好ましくない。
【００１３】
本発明の上記「セラミックス硬質分散粒子」としては、酸化物系硬質分散粒子（Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３等）、炭化物系硬質分散粒子（ＺｒＣ、ＳｉＣ、ＶＣ、ＴｉＣ等）、窒化物系硬質分散粒子（Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＶＮ等）及びホウ素系硬質分散粒子（ＷＢ、ＭｏＢ、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２等）等を用いることができるが、本発明ではアルミナ硬質分散粒子を用いる。耐摩耗性の向上と製造コストの低減を図る観点から、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）硬質分散粒子が好ましい。尚、上記「セラミックス硬質分散粒子」は１種でもよいが、２種以上併用してもよい。また、上記「セラミックス硬質分散粒子」の含有量は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体１００体積％に対し４〜７０体積％、好ましくは１０〜６０体積％、更に好ましくは３５〜５５体積％である。上記「セラミックス硬質分散粒子」の含有量が４体積％未満では、セラミックス硬質分散粒子の量が少なすぎる結果、セラミックスの化学的安定性に起因する耐酸化性、耐食性、耐摩耗性において所望の性能が得られないので好ましくない。一方、７０体積％を超えると、焼結性、靭性が低下する結果、耐欠損性、耐衝撃性において所望の性能が得られないので好ましくない。
【００１４】
上記「セラミックス硬質分散粒子」は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体中に存在していれば、その存在状態には特に限定はないが、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体中に均質に存在するのが好ましい。ここで「均質」とは、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の内外においてセラミックス硬質分散粒子の分散状態が実質的に同じであることをいう。より具体的には、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の断面積１００００μｍ²あたりに存在するセラミックス硬質分散粒子の個数を数えた場合、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の内外での個数の比が０．１〜１０の範囲である場合をいう。
【００１５】
また、上記「セラミックス硬質分散粒子」の平均粒径についても特に限定はないが、好ましくは０．０５〜５０μｍである。かかる範囲とすることにより、セラミックス硬質分散粒子のＷＣ系超硬基複合材料焼結体への食い込み量が十分となると共に、分散状態も均一となる結果、焼結体の耐摩耗性を向上させることができるので好ましい。ここで、上記「セラミックス硬質分散粒子」の平均粒径は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の断面（いわゆる鏡面研磨面）の５０００倍のＳＥＭ写真から、３０μｍ四方の範囲に観察される硬質分散粒子の最も短い部分（いわゆる短径）の長さを測定し、これらの測定値を平均した値として求める。
【００１６】
本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、上記各成分に加え、更に「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」を分散含有している。上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」を含有することにより、上記金属結合相に固溶し合金化し、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体中の上記鉄族金属結合相の耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、強度や硬度等を向上させると共に、セラミックス硬質分散粒子との濡れ性を改善するものと考えられる。また、本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体において、上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」の少なくとも一部を上記セラミックス硬質分散粒子内に分散させることにより、粒内残留応力が生じて高靭化がなされると共に、セラミックス硬質分散粒子の粒成長を抑制して組織が微細化するため高強度となる結果、焼結体の耐欠損性及び耐衝撃性を向上させることができるので好ましい。
【００１７】
本発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」としては、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ等が挙げられ、このうちの１種又は２種以上を用いることができる。この中で、特に、Ｚｒ及びＨｆはセラミックスを還元することが可能なため、セラミックス硬質分散粒子表面をメタル化し、鉄族金属結合相との濡れを著しく改善することができるので好ましい。本発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」を焼結体中に含有させるために用いられる出発原料については特に限定はないが、好ましくは、炭化物、窒化物、炭窒化物、２種以上の複合炭化物、複合窒化物、複合炭窒化物、純金属、２種以上の合金、２種以上の金属間化合物、Ａｌとの金属間化合物、鉄族金属との金属間化合物、酸化物が挙げられる。この中で、特に炭化物は、焼結性を向上させて高硬度の焼結体とすることができるので好ましい。
【００１８】
本発明の上記「Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素」の含有量は、超硬基複合材料１００体積％に対して炭化物換算で０．1体積％以上、好ましくは０．３体積％以上、更に好ましくは０．５〜２．５体積％である。上記Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素の含有量が０．１体積％未満では、上記金属結合相への固溶量が不足する結果、焼結体の強度と硬度の向上を図ることができないので好ましくない。一方、上記Ｗを除く４ａ乃至６ａ族元素の含有量を２．５体積％以下とすることにより、焼結性が低下を防止して、優れた耐欠損性、耐衝撃性を発揮することができるので好ましい。
【００１９】
本発明の超硬基複合材料焼結体中において、焼結体中に金属間化合物が存在するものとすることができる。かかる金属間化合物が存在することにより、本来、金属と濡れの悪いアルミナ等のセラミックス硬質分散粒子と、焼結体中の鉄族金属結合相との濡れ性を改善し、より緻密な焼結体を得ることができる。その結果、極めて優れた高温強度及び高温硬さを有すると共に、更に耐熱衝撃性、耐熱疲労性、耐酸化性及び耐食性に優れた超硬基複合材料焼結体とすることができるので好ましい。上記「金属間化合物」を焼結体中に存在させる方法としては特に限定はなく、例えば、金属間化合物を原料として添加する他、焼成中に金属間化合物を反応析出する方法が挙げられる。このうち、焼成中に金属間化合物を反応析出する方法によれば、超硬基複合材料焼結体中の上記金属結合相と上記セラミックス硬質分散粒子との結合力をより高めることができるので好ましい。
【００２０】
上記「金属間化合物」の例として、好ましくは鉄族金属とＡｌとの金属間化合物、４ａ乃至６ａ族元素とＡｌとの金属間化合物、４ａ乃至６ａ族元素と鉄族金属との金属間化合物が挙げられ、特にＮｉ₃Ａｌ、Ｎｉ₃（Ａｌ，Ｔｉ）、ＮｉＡｌ、ＴｉＡｌ、Ｔｉ₃Ａｌ、ＣｏＡｌは、焼結体の高温特性の改善及び本発明の超硬基複合材料焼結体中の上記セラミックス硬質分散粒子との結合力向上という点から好ましい。本発明の超硬基複合材料焼結体中に含まれている上記金属間化合物は１種でもよいが、異なる記金属間化合物を２種以上含むものとすることもできる。
【００２１】
本発明の超硬基複合材料焼結体は、焼結性に優れていることから、緻密で気孔が少ない焼結体とすることができる。具体的には、本発明の超硬基複合材料焼結体において、有孔度をＡＳＴＭ（ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ）規格でＡ０２以下のレベルにすることができる。有孔度をＡ０２以下のレベルとすることにより、更に緻密で気孔が少ない焼結体とすることができ、優れた強度と硬度を維持することができるので好ましい。
【００２２】
本発明のＷＣ系超硬基複合材料焼結体は、上記構成を備えることにより、耐酸化性、耐食性、耐衝撃性、耐欠損性、特には耐摩耗性を向上させることができる。具体的には、強度をＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲げ試験において１３００ＭＰａ以上（好ましくは１４００ＭＰａ以上、更に好ましくは１５００ＭＰａ以上、最も好ましくは１６００ＭＰａ以上）とすることができる。また、破壊靭性をＪＩＳＲ１６０７に準拠した方法において、１０．０ＭＰａ・ｍ^0.5以上（好ましくは１１．０ＭＰａ・ｍ^0.5以上、更に好ましくは１１．５ＭＰａ・ｍ^0.5以上、最も好ましくは１２．０ＭＰａ・ｍ^0.5以上）とすることができる。更に、硬度をＪＩＳＲ１６１０に準拠した方法において１５００Ｈｖ以上（好ましくは１６００Ｈｖ以上、更に好ましくは１６５０Ｈｖ以上）とすることができる。また、比摩耗量を実施例の▲９▼に記載した方法で５．０×１０^-16ｍ²／Ｎ以下（好ましくは４．５×１０^-16ｍ²／Ｎ以下、更に好ましくは４．０×１０^-16ｍ²／Ｎ以下）とすることができる。更に、実施例に記載の方法による酸化増量を９００ｇ／ｍ²以下（好ましくは８００ｇ／ｍ²以下、更に好ましくは７００ｇ／ｍ²以下、最も好ましくは６００ｇ／ｍ²以下）とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。
＜実験例１＞
（１）ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の調製
原料としてＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｍｏ_２Ｃ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅ（平均粒子径０．５〜３μｍ）と、Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒子径０．２μｍ）を用い、これを以下の表１に示した組成で配合して原料粉末混合物を調製した。そして、該原料粉末混合物を、アトライターを用いて湿式で粉砕した後、溶媒を脱気、乾燥し、所定の形状にプレス成形した。得られたプレス成形体を炉内に入れ、７０Ｐａのアルゴンガスを導入した状態で１５００℃まで昇温した後、更にアルゴンガスを導入して１３０ＫＰａで９０分間保持して、目的とするＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．１〜２３を得た。尚、Ｎｏ．７は参考例である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
（２）性能評価
上記ＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．１〜２３について、以下の方法により性能評価を行った。その結果を以下の表２に示す。尚、表２において、試料Ｎｏ．の前に「＊」を付したものは、本発明の範囲外の比較例である。また、Ｎｏ．７は参考例である。
＜１＞焼結体密度（ｇ／ｃｍ^３）
アルキメデス法を用いて測定した。
＜２＞理論密度比（％）
上記＜１＞で得られた焼結体密度の値を組成の混合則で算出される理論密度の値で除し、この値を百分率で表示することにより求めた。
＜３＞有孔度
焼結体の研磨面の２００倍の光学顕微鏡写真を用いて、ＡＳＴＭＢ２７６−７９に照らして評価した。
＜４＞焼結体中のＮｉ_３Ａｌ相の同定
焼結体中のＮｉ_３Ａｌ相の有無を、Ｃｕ−Ｋα線源によるＸ線回折法によって得られたピークを同定して評価した。
＜５＞焼結体中のアルミナ粒内の観察
焼結体中のアルミナ粒内をＳＴＥＭ（走査式透過型電子顕微鏡）によって観察し、ＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ線分光器）測定により，アルミナ粒内の４ａ乃至６ａ族元素の有無を確認した。
＜６＞強度（ＭＰａ）
ＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲げ試験により求めた。
＜７＞破壊靭性（ＭＰａ・ｍ^０．５）
ＪＩＳＲ１６０７に準拠した方法で測定した。
＜８＞硬度（Ｈｖ）
ＪＩＳＲ１６１０に準拠した方法で測定した。
＜９＞比摩耗量（×１０^−１６ｍ^２／Ｎ）
リングオンプレート法で測定した。即ち、上記Ｎｏ．１〜２３の各超硬基複合材料焼結体を用いてプレート（３０ｍｍ角、厚み５ｍｍ）を作製し、その上に炭素鋼製のリング（外径φ２０ｍｍ、内径１５ｍｍ）を５００〜２０００Ｎの荷重を負荷した状態で３００〜６００ｒｐｍの回転数にて回転させながら、水を潤滑剤として２〜５時間摺動する。その後、プレートの摩耗量を重量変化から求め、その値を摺動距離と荷重で除して求めた。
【００２６】
【表２】

【００２７】
＜実験例２＞
上記実験例１と同じ原料を用い、これを以下の表３に示した組成で配合して原料粉末混合物を調製した。そして、上記実験例１と同じ製造方法によって、目的とするＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．２４〜２７を得た。そして、得られたＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．２４〜２７について、以下に示す方法により、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体の大気中高温における酸化増量（ｇ／ｍ²）を測定した。即ち、上記ＷＣ系超硬基複合材料焼結体Ｎｏ．２４〜２７の小片（２．５×２．５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍ）を白金製の容器に入れ、大気中において室温から１０００℃まで１０℃毎分で昇温し、小片の重量を熱天秤で測定する。そして、１０００℃までの総重量変化を試料の比表面積で除することにより酸化増量を求めた。この方法において、基準物質にはα−アルミナを使用した。この結果を以下の表３に示す。尚、表３において、試料Ｎｏ．の前に「＊」を付したものは、本発明の範囲外の比較例である。
【００２８】
【表３】

【００２９】
（３）実験例の効果
表２に示すように、本発明の範囲内であるＮｏ．１〜６、８〜１４の各ＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、理論密度比が９７．１〜９９．９％で有孔度のレベルもＡ０２以下であることから、緻密で焼結性に優れていることが判る。また、強度が１３４０〜２１２０ＭＰａ、破壊靭性が１０．１〜１５．２ＭＰａ・ｍ^０．５、硬度が１５２０〜１９９０Ｈｖと高く、比摩耗量が１．６〜４．５×１０^−１６ｍ^２／Ｎと低いことから、高強度、高硬度でありながら十分な靭性を兼ね備え、しかも優れた耐摩耗性を示すことが判る。また、金属間化合物が存在するＮｏ．１〜６、８〜９と、存在しないＮｏ．１０〜１４とを対比すると、Ｎｏ．１０〜１４では、平均で強度が１４２２ＭＰａ、硬度が１６１０Ｈｖ、比摩耗量が３．９×１０^−１６ｍ^２／Ｎであるのに対し、Ｎｏ．１〜９では、平均で強度が１６７２ＭＰａ、硬度が１７４９Ｈｖと高く、比摩耗量が３．１×１０^−１６ｍ^２／Ｎと低いことから、金属間化合物が存在することにより、更に高強度、高硬度で耐摩耗性に優れたＷＣ系超硬基複合材料焼結体とすることができることが判る。
【００３０】
これに対し、Ｎｏ．１５のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、ＷＣ含有量が８０体積％と多いことから、鉄族金属含有量が少なくなる結果、理論密度比が９３．２％と低く焼結性に劣り、しかも、有孔度がＡ０４であることから、残留気孔のため強度が１２１０ＭＰａ、硬度が１３８０Ｈｖと低く、強度及び硬度に劣ることが判る。更に、アルミナ硬質分散粒子も少なくなる結果、比摩耗量が６．１×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗性が低下していることが判る。一方、Ｎｏ．１６のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、ＷＣ含有量が７．５体積％と少ないことから、耐摩耗性及び硬度がＮｏ．１５より若干改善されている反面、強度が１２２０ＭＰａと低く、しかも、破壊靭性が８．９ＭＰａ・ｍ^0.5と低いことから、焼結体の靭性が低下してしまうことが判る。
【００３１】
また、Ｎｏ．１７のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、アルミナ硬質分散粒子が３体積％と少ないため、強度、靭性及び硬度に優れる反面、比摩耗量が８．２×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗性が著しく低いことが判る。一方、Ｎｏ．１８及びＮｏ．２１のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、アルミナ硬質分散粒子が８０体積％と多いため、理論密度比が９２．２％及び９４．２％と低く焼結性に劣り、強度が１２２０ＭＰａ及び１３１０ＭＰａ、硬度が１３２０Ｈｖ及び１５００Ｈｖと低く、強度と硬度にも劣っている。しかも、比摩耗量が６．６及び９．０×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、耐摩耗性にも劣ることが判る。更に、Ｎｏ．２１のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、ＴｉＣが５．０体積％と多いため、焼結性が低下し、また低靭性となることが判る。
【００３２】
更に、Ｎｏ．１９のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、鉄族金属結合相が１．５体積％と少ないことから、理論密度比が９３．８％と低く焼結性に劣り、しかも、強度は１１００ＭＰａ、破壊靭性が７．７ＭＰａ・ｍ^0.5と低く、強度及び靭性に劣るものであることが判る。一方、Ｎｏ．２０ＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、鉄族金属結合相が２８体積％と多いことから、理論密度比が９９．８％と高く、破壊靭性は１６．７ＭＰａ・ｍ^0.5と改善されている反面、硬度が１２１０Ｈｖ、比摩耗量が７．９×１０^-16ｍ²／Ｎと高く、硬度及び耐摩耗性に劣るものであることが判る。
【００３３】
また、Ｎｏ．２３のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、４ａ乃至６ａ族元素を含んでいないため、理論密度比が９４．３％と低く焼結性に劣り、しかも、強度は１２２０ＭＰａ、硬度は１５８０Ｈｖと低く、比摩耗量が４．５×１０^-16ｍ²／Ｎと高いことから、強度、硬度及び耐摩耗性に劣るものであることが判る。また、Ｎｏ．２２は、ＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、４ａ乃至６ａ族元素であるＺｒを含んでいるが、その量が０．０５体積％と少ないため、Ｎｏ．２３と同様に、理論密度比が８９．９％と低く焼結性に劣り、しかも、強度は１２８０ＭＰａ、硬度は１３２０Ｈｖと低く、比摩耗量が６．６×１０^-16ｍ²／Ｎと高いことから、強度、硬度及び耐摩耗性に劣るものであることが判る。
【００３４】
表３より、本発明の範囲に含まれるＮｏ．２４及び２５のＷＣ系超硬基複合材料焼結体では、いずれも１０００℃という高温での酸化増量が６００ｇ／ｍ²以下と少なく、優れた耐酸化性を示していることが判る。これに対し、Ｎｏ．２６のＷＣ系超硬基複合材料焼結体ではＮｉが２体積％と鉄族金属結合相が少ないため、８００℃を超す高温になると急速に酸化するＷＣを十分に被覆する事ができず、１０００℃における酸化増量が９５２．５ｇ／ｍ²と大きく、耐酸化性に劣ることが判る。また、Ｎｏ．２７のＷＣ系超硬基複合材料焼結体は、Ａｌ₂Ｏ₃を含まないため、焼結体中の酸素の拡散が速く、酸化が急速に進む上、しかもＣｒ₃Ｃ₂の量が少ないため、十分な酸化抵抗を示さないことから、１０００℃における酸化増量が１１４８．０ｇ／ｍ²と大きく、耐酸化性に劣ることが判る。
【００３５】
尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて種々変更した実施例とすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の超硬基複合材料焼結体は、ＷＣを主体とする硬質相と、鉄族金属結合相とからなる超硬合金焼結体中に、化学的に安定で高温特性にも優れたセラミックス硬質分散粒子が分散し、更にＷを除く４ａ乃至６ａ族元素のうち１種又は２種以上を含有させることにより、強度、硬度が向上し、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性に優れた超硬基複合材料焼結体とすることができる。本発明の超硬基複合材料焼結体は、上記特性を有することから、耐摩耗性、耐酸化性、耐食性、耐欠損性が要求される各種工具（高速切削、高送り切削、重切削等に用いる切削工具や、熱間圧延ロール、ガイドロール、線引きロール、ダイス、パンチ等の熱間、温間、冷間における塑性加工及び延性加工に用いる治工具等）、耐摩耗性部材（軸受け、ベアリングボール、すべり軸受け、すべりガイド等）等に好適に用いることができる。

Claims

焼結体中、
炭化タングステン（ＷＣ）を主体とする硬質相が１０〜７６体積％、
鉄族金属のうち１種又は２種以上の合金からなる金属結合相８〜２０体積％、
セラミックス硬質分散粒子を４〜７０体積％、
及びＷを除く４ａ乃至６ａ族元素の１種又は２種以上を炭化物換算で０．１〜３．０体積％分散含有する炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体であって、
上記セラミック硬質分散粒子がアルミナ硬質分散粒子であり、
上記金属結合相の結合金属としてのＮｉが２〜１７体積％含有されている炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。
上記４ａ乃至６ａ族元素の少なくとも一部が上記セラミックス硬質分散粒子内に分散している請求項１記載の炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。
焼結体中に焼成により反応析出した金属間化合物が存在する請求項１又は２記載の炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。
上記金属間化合物は、Ｎｉ_３Ａｌ、Ｎｉ_３（Ａｌ，Ｔｉ）及びＮｉＡｌの１種又は２種以上である請求項３記載の炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。
焼結体の有孔度がＡＳＴＭ規格でＡ０２以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の炭化タングステン系超硬基複合材料焼結体。