JP5466003B2 - 精密構造を有する焼結炭化物 - Google Patents
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Description
本発明は、焼結炭化物アロイに関する。極度に少量のＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、ＴａもしくはＮｂ、またはこれらの組み合わせを追加することにより、より異常でないＷＣ粒子を有する微粒化された焼結炭化物構造が得られた。
焼結炭化物の切削工具は、強靱性および耐摩耗性の両者において高い要求のある用途におけるスチールの機械加工、硬化鉄、ステンレススチール、鋳造鉄および耐熱アロイ中で使用される。ＷＣおよびＣｏを除く、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣおよびＨｆＣのような立方晶炭化物が、多くの場合、所望の特性を達成するために加えられる。これらの立方晶炭化物は、微細構造中に存在する第３相、しばしば、γ−相と呼ばれる面心立方炭化物（Ｂ１）を生成するであろう。焼結炭化物が微粒子化されようが、または粒子化されようが、焼結の間に粒の成長を制御することが必要である。阻害剤を有さないＷＣ−Ｃｏグレードを焼結する場合に、ＷＣ粒子の粒子成長は、非常に急速であり、そして非常に大きいＷＣ粒子が構造中に存在するような、異常な粒子成長が起こることが知られている。これらの異常な粒子は、それらが重大な欠陥として働き、そして破損を生じるので、切断性能に有害である場合がある。粒の成長を制御するためのある周知の方法は、一般的に炭化物、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣのような立方晶炭化物を生成するものを加えることである。しかし、これらの追加は、通常、立方晶炭化物相が微細構造中に存在するような量で行われる。しかし、欠点は、混ぜもののないＷＣ−Ｃｏグレードに比較して強靭性が低下することである。
粒子の成長を制御する別の方法は、標準的な技法による混合、粉砕に続く焼結を含む微粒子化タングステンカーバイド−コバルト焼結炭化物の製造方法を開示する欧州特許出願公開第１５００７１３号明細書に記載されているように、窒素中で焼結することである。脱ロウ後であるが孔閉鎖前に、窒素を０.５気圧超の圧力で焼結雰囲気中に導入することによって、減少した粒径およびより異常でない粒子を含む微粒化を得ることができる。
国際公開第２００６/０４３４２１号パンフレットは、硬質相として＜０.３μｍの平均粒径を有するＷＣ、およびバインダー相として５.５〜１５重量％の少なくとも１種の鉄族の金属元素を含み、そして上記の硬質相およびバインダー相に加えて、０.０４〜０.２のバインダー相に対する重量比で０.００５〜０.０６重量％のＴｉ、Ｃｒを含む焼結炭化物を開示する。特に、上記の焼結炭化物は、Ｔａを全く含まない。上記の焼結炭化物は、一様に微粒子を生成し、そして粗ＷＣへの成長において効率的に抑制され、強度および強靱性の両者において、優れた焼結炭化物の提供となるアロイ中のＷＣからなる。
本発明の目的は、従来技術の問題を回避または軽減することである。
本発明のさらなる目的は、改善された機械的特性および切断特性を有する焼結炭化物ツールを与える、バインダー相の改善された分布および異常なＷＣ粒子の量を減少させた焼結炭化物の切削工具を提供することである。
本発明のさらなる目的は、改善された機械的特性および切断特性を有する焼結炭化物ツールを与える、バインダー相の改善された分布および異常なＷＣ粒子の量を減少させた焼結炭化物の切削工具を提供することである。
焼結炭化物において、ｐｐｍレベルのＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒもしくはＴａまたはこれらの組み合わせの導入によって、バインダー相の改善された分布とともに、顕著な微粒化効果を得ることができることが、驚くべきことに見いだされた。
焼結炭化物体は、１.０〜２.５μｍの粒径と、３〜１５重量％のＣｏと、そしてこれに加えてＭｅ／Ｃｏ＝（Ｔｉの原子％＋Ｖの原子％＋Ｎｂの原子％＋Ｚｒの原子％＋Ｔａの原子％）/原子％Ｃの比が、０.０１４−（ＣＷ）×０.００８以下、かつ０.０００５超、好ましくは０.０００７超で、ＣＷが０.８０〜０.９５、好ましくは０.８３〜０.９２（式中、ＣＷ＝磁性Ｃｏの％／Ｃｏの重量％（式中、磁性Ｃｏの％は、磁性Ｃｏの重量パーセントであり、そしてＣｏの重量％は、焼結炭化物におけるＣｏの重量パーセントである。））であるような、ｐｐｍレベルの次の元素、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａまたはこれらの混合物を有するタングステンカーバイドとを含む。ＣＷは、Ｃｏバインダー相中のＷの含有量の関数である。約１のＣＷは、バインダー相中の非常に低いＷ含有量に対応し、そして０.７５〜０.８のＣＷは、バインダー相中の高いＷ含有量に対応する。
焼結体はまた、＜０.５％の少量のイータ（ｅｔａ）相、または立方晶のＭＸ炭化物または炭窒化物（式中、Ｍ＝（Ｖ＋Ｚｒ＋Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂ＋Ｗ）、およびＸ＝ＣまたはＮ）等のさらなる相の析出を含むことができる。
第１の好ましい態様では、追加の元素は、Ｔｉである。
第２の好ましい態様では、追加の元素は、ＴｉおよびＴａの混合物である。
第３の好ましい態様では、追加の元素は、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂの混合物である。
第４の好ましい態様では、追加の元素は、ＴｉおよびＺｒの混合物である。
第５の好ましい態様では、焼結炭化物は、０.０１〜０.１０重量％のＮを含む。
第６の好ましい態様では、追加の元素は、Ｔｉ、またはＴｉおよびＴａの混合物であり、そして両者の場合において、Ｎは、０.０２重量％超のＮ、好ましくは０.０３重量％超のＮであるが、０.１０重量％未満である。
第２の好ましい態様では、追加の元素は、ＴｉおよびＴａの混合物である。
第３の好ましい態様では、追加の元素は、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂの混合物である。
第４の好ましい態様では、追加の元素は、ＴｉおよびＺｒの混合物である。
第５の好ましい態様では、焼結炭化物は、０.０１〜０.１０重量％のＮを含む。
第６の好ましい態様では、追加の元素は、Ｔｉ、またはＴｉおよびＴａの混合物であり、そして両者の場合において、Ｎは、０.０２重量％超のＮ、好ましくは０.０３重量％超のＮであるが、０.１０重量％未満である。
本発明による焼結炭化物の製造方法は、標準的技法によるＷＣ−Ｃｏ体の混合、粉砕、圧縮および焼結を含む。上記に従ったＭｅ/ＣｏおよびＣＷの値が、焼結した焼結炭化物において達成される量で、ｐｐｍレベルのＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒもしくはＴａ、またはそれらの混合物が、加えられる。Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒもしくはＴａは、純粋な金属として、または炭化物、窒化物および／もしくは炭窒化物もしくはそれらの混合物として加えることができる。
例１
９.２５重量％のＣｏに加えて、重量％で以下の組成物、および残りとしてＷＣを有する焼結炭化物体１Ａ〜１Ｆを調製した。
表１ａ（炭化物として加えられた重量％の元素）
９.２５重量％のＣｏに加えて、重量％で以下の組成物、および残りとしてＷＣを有する焼結炭化物体１Ａ〜１Ｆを調製した。
表１ａ（炭化物として加えられた重量％の元素）
混合物を、それぞれ湿式粉砕し、乾燥し、圧縮し、そして１４１０℃で、Ａｒの保護的な雰囲気において、４０００Ｐａ（４０ｍｂａｒ）の圧力で、１時間焼結した。ＣＷ、Ｍｅ／Ｃｏを焼結後に、０.０１４−（ＣＷ）×０.００８および焼結後の粒径を決定し、そして表１ｂ中に示した。
ＮＡ＝適用できず
立方晶炭化物を生成するものを少し追加した、焼結後のＷＣ粒径サイズへの驚くべき効果が明確に示された。
立方晶炭化物を生成するものを少し追加した、焼結後のＷＣ粒径サイズへの驚くべき効果が明確に示された。
例２
例１と同様な方法により、表２ａに示される組成を有する焼結炭化物の変化物２Ａ〜２Ｅを調製した。両者ともにＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋから供給された、０.０８重量％のＮを有するＷＣ−粉末および１.３μｍのＦＳＳＳ粒径のＷＣ粉末を、ＯＭＧからの微粒子コバルト粉末、およびＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋからの微粒子ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣとともに使用した。
表２ａ 重量％での元素
例１と同様な方法により、表２ａに示される組成を有する焼結炭化物の変化物２Ａ〜２Ｅを調製した。両者ともにＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋから供給された、０.０８重量％のＮを有するＷＣ−粉末および１.３μｍのＦＳＳＳ粒径のＷＣ粉末を、ＯＭＧからの微粒子コバルト粉末、およびＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋからの微粒子ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣとともに使用した。
表２ａ 重量％での元素
混合物を湿式粉砕し、乾燥し、圧縮し、そしてそれぞれ、１４５０℃で、Ａｒの保護的雰囲気下、４０００Ｐａ（４０ｍｂａｒ）の圧力下で、１時間焼結した。ＣＷを焼結後に、Ｍｅ/Ｃｏ、０.０１４−（ＣＷ）×０.００８および焼結後の粒径を決定し、そして表２ｂに示した。
さらに焼結体を、切断し、粉砕し、そして研磨し、そしてエッチングした。断面を光学顕微鏡によって調べ、そして任意の方向において１０μｍより大きいＷＣ粒子の数を計算した。結果を表２ｂに示す。
表２ｂ
表２ｂ
例１および２から、本発明による変化物は、遙かに少ない大粒子、およびＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、ＮｂまたはＶを少し追加した強い微細化効果による全体的に微粒子径を有する微細構造を有することが明らかである。
Claims (8)
- １.０〜２.５μｍのＷＣ粒径、ならびに３〜１５重量％のＣｏ含有量、およびそれに、Ｍｅ／Ｃｏ＝（Ｔｉの原子％＋Ｖの原子％＋Ｎｂの原子％＋Ｚｒの原子％＋Ｔａの原子％）/Ｃｏの原子％の比が、０.０１４−（ＣＷ）×０.００８以下で、かつ０.０００５超で、ＣＷが０.８０〜０.９５（式中、ＣＷ＝磁性Ｃｏの％／Ｃｏの重量％（式中、磁性Ｃｏの％は、磁性Ｃｏの重量パーセントであり、そしてＣｏの重量％は、焼結炭化物中のＣｏの重量パーセントである。））であるように、ｐｐｍレベルの次の元素、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒもしくはＴａまたはこれらの混合物を加えることを特徴とする、ＷＣ−Ｃｏ焼結炭化物。
- 追加の元素が、Ｔｉであることを特徴とする、請求項１に記載の焼結炭化物。
- 追加の元素が、ＴｉおよびＴａの混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結炭化物。
- 追加の元素が、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂの混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結炭化物。
- 追加の元素が、ＴｉおよびＺｒの混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結炭化物。
- ０.０１〜０.１０重量％のＮを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結炭化物。
- 追加の元素が、Ｔｉ、またはＴｉおよびＴａの混合物であり、いずれの場合でも０.０２重量％超のＮの含有量を有することを特徴とする、請求項１に記載の焼結炭化物。
- ＷＣおよびＣｏの粉末を混合し、そして湿式粉砕して、加圧し、そして焼結することを含んで成る、１.０〜２.５μｍのＷＣの粒径および３〜１５重量％のＣｏ含有量を有するＷＣ−Ｃｏ焼結炭化物の製造方法であって、純粋な金属として、または炭化物、窒化物および／もしくは炭窒化物またはそれらの混合物として、ｐｐｍレベルのＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、ＺｒもしくはＴａまたはそれらの混合物を、Ｍｅ/Ｃｏ＝（Ｔｉの原子％＋Ｖの原子％＋Ｎｂの原子％＋Ｚｒの原子％＋Ｔａの原子％）/Ｃｏの原子％が０.０１４−（ＣＷ）×０.００８以下で、かつ０.０００５超で、ＣＷ＝０．８０〜０.９５（式中、ＣＷ＝磁性Ｃｏの％/Ｃｏの重量％（式中、磁性Ｃｏの％は、磁性Ｃｏの重量パーセントであり、そしてＣｏの重量％は、該焼結炭化物中のＣｏの重量パーセントである。））であるような量で、ＷＣおよび３〜１５重量％のＣｏを含む粉末混合物に追加することを特徴とする、方法。
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