JP6227517B2 - Cemented carbide - Google Patents

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Description

本発明は切削工具、耐摩耗部材として用いた際に、優れた性能を発揮する超硬合金に関する。   The present invention relates to a cemented carbide that exhibits excellent performance when used as a cutting tool or wear-resistant member.

金属材料の切断・切削工具用の素材として超硬合金が広く利用されている。超硬合金とは、鉄系金属(Fe、Co、Ni)を結合材として、周期律表の第4族、第5族、第6族金属であるTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wの炭化物粒子を焼結させた合金である。特に、切削工具用としてはWC−Co系が最も広範に使用されている。
この超硬合金では、WC等の炭化物粒子を含む硬質相の粒成長を抑制することで、より高い硬度を得ることができる。この粒成長抑制剤としては、VC、Cr、TaC等の炭化物が知られている。
引用文献1では、Coを3〜13%、VCを0.05〜0.5%、Alを0.1〜1.0%含有し、残部がWC及び不可避不純物からなる高硬度超硬合金が開示されている。
引用文献2では、重量比で、Co及び/又はNiが5〜12%、Cr、VC、TaC、Mo、Ru、Siの少なくとも2種以上の合計量が0.1〜3%、残部がWC及び不可避の不純物からなる組成を有する超微粒超硬合金が開示されている。
Cemented carbide is widely used as a material for cutting and cutting tools for metal materials. Cemented carbides are iron, metal (Fe, Co, Ni) binders, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, which are metals of Group 4, Group 5 and Group 6 of the Periodic Table. , Cr, Mo, W carbide alloy sintered. In particular, the WC-Co system is most widely used for cutting tools.
In this cemented carbide, higher hardness can be obtained by suppressing the grain growth of the hard phase containing carbide particles such as WC. As this grain growth inhibitor, carbides such as VC, Cr 3 C 2 and TaC are known.
In Cited Document 1, a high-hardness cemented carbide containing 3 to 13% Co, 0.05 to 0.5% VC, 0.1 to 1.0% Al, and the balance of WC and inevitable impurities is used. It is disclosed.
In Cited Document 2, Co and / or Ni is 5 to 12% by weight, and the total amount of at least two of Cr 3 C 2 , VC, TaC, Mo, Ru, and Si is 0.1 to 3%, An ultrafine cemented carbide having a composition consisting of WC and inevitable impurities in the balance is disclosed.

特に、近年は、炭窒化物相を添加し、WC相の粒子成長を抑制する超硬合金が開発されている。引用文献3では、WC相と炭窒化物相と結合相の合計は100vol%であり、WC相の平均粒径が0.05〜0.8μmであり、炭窒化物相の平均粒径が0.03〜1.1μmである超硬合金が開示されている。また、引用文献4では、第4族元素、第5族元素および第6族元素からなる群より選択される1種または複数種の元素の炭窒化物を主成分とする第2相を設ける超硬合金が開示されている。   In particular, cemented carbide has been developed in recent years that adds a carbonitride phase to suppress WC phase grain growth. In Cited Document 3, the total of the WC phase, the carbonitride phase, and the binder phase is 100 vol%, the average particle size of the WC phase is 0.05 to 0.8 μm, and the average particle size of the carbonitride phase is 0. A cemented carbide of 0.03 to 1.1 μm is disclosed. Further, in Cited Document 4, a superphase having a second phase mainly composed of carbonitrides of one or more elements selected from the group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements. A hard alloy is disclosed.

特開2006−257469JP 2006-257469 A 特開2004−256863JP 2004-256863 A 特開2012−251242JP2012-251242 特開2012−229138JP2012-229138

WCの粒成長抑制は、超微粒超硬合金を作製するにあたり、必須の材料技術であり、粒成長抑制剤としてVC、Cr、TaC、NbC等の炭化物が用いられている。特にVCは粒成長抑制効果が高いため、広く使用されている。ところでVCがWCの粒成長を抑制するメカニズムは明らかになっていないが、焼結中にWCの一部およびVCが液相に溶解し、冷却とともに再析出する際、VCがWCのステップに吸着することで起こっているものと考えられている。そのため、高い粒成長抑制効果を得るためには、結合相への溶解限界に近い添加量が必要となるが、その場合(W,V)C相が発生し、材料の強度を低下させてしまう恐れがある。また、VCがWC/Co界面に偏析していることも分かっており、これが界面強度を低下させてしまうという問題点もある。またTaCやNbCは結合相にほとんど溶解しないため、上述のような問題は発生しにくいと言えるが、粒成長抑制効果がVCに比べて低いため、超微粒超硬を得るためには多量に添加しなければならず、これにより強度や熱伝導率といった工具に必要な特性値を低下させてしまうという問題がある。
本発明の目的は、結合相に溶解しにくい超微粒炭窒化物粒子を添加することで、強度を低下させずに、高硬度な超微粒超硬合金を提供することにある。
Inhibition of grain growth of WC is an indispensable material technology for producing ultrafine cemented carbide, and carbides such as VC, Cr 3 C 2 , TaC, and NbC are used as grain growth inhibitors. In particular, VC is widely used because it has a high effect of suppressing grain growth. By the way, although the mechanism by which VC suppresses the grain growth of WC has not been clarified, when part of WC and VC dissolve in the liquid phase during sintering and reprecipitates with cooling, VC is adsorbed to the WC step. Is believed to be happening. Therefore, in order to obtain a high grain growth suppressing effect, an addition amount close to the solubility limit in the binder phase is required, but in this case, a (W, V) C phase is generated and the strength of the material is reduced. There is a fear. It is also known that VC is segregated at the WC / Co interface, which causes a problem that the interface strength is lowered. In addition, TaC and NbC are hardly dissolved in the binder phase, so it can be said that the above problems are unlikely to occur. However, since the grain growth inhibitory effect is lower than that of VC, it is added in a large amount to obtain ultrafine carbide. As a result, there is a problem that characteristic values necessary for the tool such as strength and thermal conductivity are lowered.
An object of the present invention is to provide an ultrafine cemented carbide with high hardness without adding strength by adding ultrafine carbonitride particles that are difficult to dissolve in the binder phase.

上記課題を解決するため、本発明の超硬合金は、原料平均粒径0.05〜2.0μmの炭化タングステン(WC)を主成分とする第1相を、超硬合金全体に対して70〜99.4wt%含み、Tiの酸化物を焼結中に炭窒化させて生成された炭窒化物からなる第2相を、超硬合金全体に対して0.1〜30wt%含み、Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を主成分とする結合相を、超硬合金全体に対して0.5〜30wt%含み、硬質相である第1相と炭窒化物相である第2相と結合相との合計が100wt%であり、さらに不可避的に混入される以外のVを含まず、焼結後の平均WC粒径が1.0μm以下であることを特徴とする。  In order to solve the above-mentioned problems, the cemented carbide of the present invention has a first phase mainly composed of tungsten carbide (WC) having a raw material average particle size of 0.05 to 2.0 μm as a main component with respect to the entire cemented carbide. A second phase composed of carbonitride produced by carbonitriding Ti oxide during sintering, containing 0.1 to 30 wt% of the entire cemented carbide; A binder phase mainly composed of at least one selected from the group consisting of Ni and Fe is included in an amount of 0.5 to 30 wt% with respect to the entire cemented carbide, and includes a first phase and a carbonitride phase that are hard phases. The total of a certain second phase and a binder phase is 100 wt%, does not contain V other than inevitably mixed, and has an average WC grain size after sintering of 1.0 μm or less. .
また、本発明の超硬合金は、前記酸化物の原料平均粒径が5〜100nmの範囲にあることを特徴とする。  The cemented carbide of the present invention is characterized in that the raw material average particle diameter of the oxide is in the range of 5 to 100 nm.
また、本発明の超硬合金は、さらにCr  Further, the cemented carbide of the present invention further comprises Cr. 3 C 2 を添加し、CrAnd add Cr 3 C 2 の添加量は、結合相全体に対して0.1〜20wt%であることを特徴とする。Is added in an amount of 0.1 to 20 wt% with respect to the entire binder phase.

上記課題を解決する手段である本発明によって、以下のような特有の効果を奏する。
本発明の超硬合金では、WC相の粒径を細かくすることができ、硬度が高く、かつ高強度な超硬合金を得ることができる。
The present invention, which is a means for solving the above problems, has the following specific effects.
In the cemented carbide of the present invention, the grain size of the WC phase can be reduced, and a cemented carbide with high hardness and high strength can be obtained.

液相焼結法におけるWC相の粒成長抑制について示す模式図Schematic diagram showing WC phase grain growth inhibition in liquid phase sintering 炭窒化物を添加した材料のSEM写真SEM picture of material with carbonitride added TiOの添加量を変化させて作製した材料のSEM写真SEM photograph of material produced by changing the amount of TiO 2 added TiOとCrを複合添加させて作製した材料のSEM写真SEM photograph of material made by adding TiO 2 and Cr 3 C 2 in combination

本発明の超硬合金は、WC相とCo、NiおよびFeから成る群から選択された少なくとも1種類を含む結合相からなり、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo及びWからなる群から選択された少なくとも1種類の金属からなる炭窒化物相を有する。   The cemented carbide of the present invention consists of a WC phase and a binder phase containing at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe, and consists of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W. Having a carbonitride phase of at least one metal selected from the group.

WC相は、超硬合金全体に対して70wt%未満になると、相対的に結合相が多くなりWC相の粒成長の制御が困難となり超硬合金の硬さが低下することから、WC相を超硬合金全体に対して70〜99.4wt%とした。この要件を達成するためには、この範囲に入る量の原料粉末を配合すれば良い。その中でも、WC相を超硬合金全体に対して80〜95wt%とするとさらに好ましい。発明のWC相の原料平均粒径を0.05μm未満にすることは焼結中の粒成長により製造が困難であり、本発明のWC相の原料平均粒径が2.0μmを超えて大きくなると超硬合金の硬さと強度が低下することから、本発明のWC相の原料平均粒径は0.05〜2.0μmと定めた。この要件を達成するためには、焼結後にこの範囲に入るサイズの原料粉末を使用すれば良い。その中でも、WC相の平均粒径は0.1〜1.0μmであるとさらに好ましい。   When the WC phase is less than 70 wt% with respect to the entire cemented carbide, the binder phase is relatively increased, and it becomes difficult to control the grain growth of the WC phase and the hardness of the cemented carbide decreases. It was set as 70-99.4 wt% with respect to the whole cemented carbide. In order to achieve this requirement, an amount of raw material powder that falls within this range may be blended. Among these, it is more preferable that the WC phase is 80 to 95 wt% with respect to the entire cemented carbide. Making the average particle diameter of the WC phase of the invention less than 0.05 μm is difficult to produce due to grain growth during sintering, and when the average particle diameter of the WC phase of the present invention exceeds 2.0 μm, Since the hardness and strength of the cemented carbide are lowered, the raw material average particle size of the WC phase of the present invention is determined to be 0.05 to 2.0 μm. In order to achieve this requirement, a raw material powder having a size within this range after sintering may be used. Among these, the average particle diameter of the WC phase is more preferably 0.1 to 1.0 μm.

本発明の超硬合金における炭窒化物相は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWから選択された少なくとも1種類の炭窒化物であり、強度を低下させずに、高硬度な超微粒超硬合金を作製することができ、耐摩耗性を向上させる。
その中でも、炭窒化物相は、金属元素がTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWから成る2種以上からなる複炭窒化物であってもよい。特に、炭窒化物相は、Tiを必須として、その他にZr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWから選択された少なくとも1種からなる複炭窒化物であるとさらに好ましい。
また、炭窒化物の具体例としては、Ti(C,N)、(Ti,Mo)(C,N)、(Ti,W)(C,N)等が挙げられる。
更に前述の炭窒化物相に加えてTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo等の炭化物を微量に含むことが好ましく、特にCrの炭化物を含むことが好ましい。これによって、より硬質相の粒成長を抑制することできる。
The carbonitride phase in the cemented carbide of the present invention is at least one type of carbonitride selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W. A hard ultra-fine cemented carbide can be produced, improving wear resistance.
Among them, the carbonitride phase may be a double carbonitride composed of two or more metal elements composed of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, and W. In particular, the carbonitride phase is more preferably a double carbonitride composed of at least one selected from Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W in addition to Ti as an essential component.
Specific examples of carbonitride include Ti (C, N), (Ti, Mo) (C, N), (Ti, W) (C, N), and the like.
Further, in addition to the carbonitride phase described above, it is preferable to contain a small amount of carbides such as Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, and Mo, and it is particularly preferable to include a carbide of Cr. Thereby, grain growth of the hard phase can be further suppressed.

超硬合金におけるWC相の粒成長は、焼結における高温時、結合相中に溶解したWC相が、他のWC相に析出し、WC粒子が粒成長するものと、冷却工程時に溶解しきらなかったWC相をコアとして再析出することで起こる。そこで、本発明の超硬合金では、炭窒化物相をWC相と結合相との界面に、点状に存在させることにより、冷却工程中にもWC相をコアとした析出を起こりにくくさせることで、WC相の粒成長を抑制するものである(ピン止め効果)。
ここでより高い粒成長抑制効果を得るためには、炭窒化物相がWC相の周囲に多数存在している必要がある。しかし、炭窒化物相を多量に添加するとこれが凝集し、強度が低下してしまう恐れがある。このため、高い強度を維持したまま、十分な粒成長抑制効果を得るためには、少ない添加量で多数の炭窒化物相が必要ということになる。
この要求を満たすために、炭窒化物相は微粒であることが好ましい。このために、炭窒化物相の平均粒径が5〜100nmの範囲にあることがよい。炭窒化物相の平均粒径が100nmを越えると、前述の通り多量に添加しなければ、十分な粒成長抑制効果が得られず、強度と硬度を高い水準で両立することが困難となる。また、5nm未満の炭窒化物相は、粉末混合中に凝集してしまい、強度の低下を招くものと思われる。この要件を達成するためには、焼結後にこの範囲に入るサイズの原料粉末を使用すれば良い。
The grain growth of the WC phase in the cemented carbide is that the WC phase dissolved in the binder phase precipitates in the other WC phase at a high temperature during sintering, and the WC grains are grain-grown and completely dissolved during the cooling step. This is caused by reprecipitation of the WC phase that did not exist as a core. Therefore, in the cemented carbide of the present invention, the carbonitride phase is made to be present in the form of dots at the interface between the WC phase and the binder phase, so that precipitation with the WC phase as a core is less likely to occur during the cooling process. Thus, the grain growth of the WC phase is suppressed (pinning effect).
Here, in order to obtain a higher grain growth suppressing effect, a large number of carbonitride phases need to exist around the WC phase. However, if a large amount of the carbonitride phase is added, it may aggregate and the strength may be reduced. For this reason, in order to obtain a sufficient grain growth suppressing effect while maintaining a high strength, a large number of carbonitride phases are required with a small addition amount.
In order to satisfy this requirement, the carbonitride phase is preferably fine. For this purpose, the average particle size of the carbonitride phase is preferably in the range of 5 to 100 nm. When the average particle size of the carbonitride phase exceeds 100 nm, if not added in a large amount as described above, a sufficient grain growth suppressing effect cannot be obtained, and it becomes difficult to achieve both strength and hardness at a high level. Moreover, it seems that the carbonitride phase of less than 5 nm aggregates during the powder mixing and causes a decrease in strength. In order to achieve this requirement, a raw material powder having a size within this range after sintering may be used.

また、本発明の超硬合金における炭窒化物相は、超硬合金全体に対して、30wt%を超えて多くなると、炭窒化物相の凝集により強度が低下してしまう。また、0.1wt%未満では、十分な粒成長抑制効果を得ることができない。したがって、本発明の炭窒化物相は、0.1〜30wt%の範囲に入る量の原料粉末を配合すれば良い。   Moreover, when the carbonitride phase in the cemented carbide of the present invention exceeds 30 wt% with respect to the entire cemented carbide, the strength is reduced due to aggregation of the carbonitride phase. Moreover, if it is less than 0.1 wt%, a sufficient grain growth suppressing effect cannot be obtained. Therefore, the carbonitride phase of this invention should just mix | blend the raw material powder of the quantity which falls in the range of 0.1-30 wt%.

炭窒化物相は微粒であるほど、高い粒成長抑制効果が得られるが、一般に生産されているTiC、TaC、Ti(C,N)などの炭窒化物粒子の粒径は1μm以上である。また、炭窒化物の粒子でこれよりも小さな粒径となるとコンタミなどの不純物が増加し、材料の焼結性を著しく損ね、満足のいく材料を作ることが困難となる。そこで、より微粒である酸化物を添加し、焼結中に炭窒化させることで、一般に生産されているTiCやTi(C,N)などよりも微粒な炭窒化物粒子を得ることができる。これにより、大きな粒成長抑制効果を得ることができ、高強度と高硬度を両立させることが可能となる。
図1は、液相焼結法におけるWC相の粒成長抑制について示す模式図である。
(a)は、粒成長抑制剤を添加してないWC相とCo相とで構成されている超硬合金である。(b)は、(a)に粒成長抑制剤としてVCを添加している超硬合金である。(c)は、(a)に粒成長抑制剤として(Ti,Mo)(C,N)を添加している超硬合金である。(d)は、(a)に粒成長抑制剤としてTiOを添加している超硬合金である。
ここで、(a)に示すように、粒成長抑制剤を添加してない超硬合金では、焼結における高温時にCo相に溶解したWC相が、溶解していない粗いWC相をコアとして再析出することで、著しく粒成長してしまう。(b)に示すように、VCを添加した材料は、高温時にCo相にVCが溶解し、再析出する際、VCがWCのステップに吸着することで粒成長を抑制する。WC粒子表面にVCが存在し、WC/Co界面強度を低下させる。また、この際(W,V)C相が発生し、材料の強度を低下させてしまう恐れもある。
(c)に示すように、(Ti,Mo)(C,N)粒成長抑制剤を添加した場合、粒成長抑制効果はあるが、粒成長抑制剤の粒子径が大きいため、粒成長抑制効果はVC添加やTiO添加合金に比べて劣る傾向がある。そこで、(d)に示すように、高温時にも結合相および硬質相にほとんど溶解しないTiO粉末を添加することで、有害相を発生させず、材料の強度を低下させることなく、超微粒合金を得ることができる。またTiOは、一般的な炭窒化物よりも粒度が細かいため少量で大きな粒成長抑制効果を得ることができる。しかし、TiOは酸化物であり、真空中で焼結したのでは緻密な焼結体を得ることができない。そこで、焼結中に窒素ガスを流すことで炭窒化させ、Ti(C,N)とすることで焼結性を改善する。
The finer the carbonitride phase, the higher the effect of suppressing the grain growth. The generally produced carbonitride particles such as TiC, TaC, and Ti (C, N) have a particle size of 1 μm or more. Further, when the particle size of the carbonitride is smaller than this, impurities such as contamination increase, and the sinterability of the material is remarkably impaired, making it difficult to produce a satisfactory material. Therefore, finer carbonitride particles than TiC and Ti (C, N) that are generally produced can be obtained by adding finer oxides and carbonitriding during sintering. Thereby, the big grain growth inhibitory effect can be acquired and it becomes possible to make high intensity | strength and high hardness compatible.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the grain growth suppression of the WC phase in the liquid phase sintering method.
(A) is a cemented carbide composed of a WC phase and a Co phase to which no grain growth inhibitor is added. (B) is a cemented carbide obtained by adding VC as a grain growth inhibitor to (a). (C) is a cemented carbide obtained by adding (Ti, Mo) (C, N) as a grain growth inhibitor to (a). (D) is a cemented carbide obtained by adding TiO 2 as a grain growth inhibitor to (a).
Here, as shown in (a), in the cemented carbide to which the grain growth inhibitor is not added, the WC phase dissolved in the Co phase at a high temperature in sintering is regenerated using the coarse WC phase not dissolved as a core. Precipitation causes significant grain growth. As shown in (b), the material added with VC suppresses grain growth by adsorbing VC in the WC step when VC dissolves in the Co phase and reprecipitates at a high temperature. VC exists on the surface of the WC particle, and the WC / Co interface strength is lowered. At this time, a (W, V) C phase is generated, which may reduce the strength of the material.
As shown in (c), when a (Ti, Mo) (C, N) grain growth inhibitor is added, there is a grain growth inhibitory effect, but the grain growth inhibitory effect is large because the particle diameter of the grain growth inhibitor is large. tend to be inferior compared to the VC addition and TiO 2 addition of alloy. Therefore, as shown in (d), by adding TiO 2 powder that hardly dissolves in the binder phase and the hard phase even at high temperatures, no harmful phase is generated, and the strength of the material is not reduced. Can be obtained. Moreover, since TiO 2 has a smaller particle size than general carbonitride, a large grain growth suppressing effect can be obtained with a small amount. However, TiO 2 is an oxide, and a dense sintered body cannot be obtained by sintering in vacuum. Therefore, carbonitriding is performed by flowing nitrogen gas during sintering, and Ti (C, N) is used to improve sinterability.

Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWから選択された少なくとも1種類の金属からなる酸化物を用いる。特に、酸化物としては、窒素雰囲気中で液相焼結しているときに、炭窒化物に変化するものが良好で、微粒であることが好ましい。また、切削工具等に使用した場合、優れた性能を示すものがさらに望ましい。このために、酸化物としてはTiOが特に好ましい。 An oxide made of at least one metal selected from Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and W is used. In particular, oxides that change to carbonitrides during liquid phase sintering in a nitrogen atmosphere are good and are preferably fine particles. Moreover, when using for a cutting tool etc., what shows the outstanding performance is further desirable. For this reason, TiO 2 is particularly preferred as the oxide.

本発明の結合相は、Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を主成分とする金属である。本発明において、Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を主成分とする金属とは、Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を合計して50wt%以上含む金属を意味する。
本発明の結合相はCo、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を合計して70〜100wt%含むことが好ましい。
本発明の結合相は、Coを主成分とすると耐熱性、靭性、被膜との密着性に優れるので、さらに好ましい。本発明のCoを主成分とする結合相とは、Coを結合相全体に対して50wt%以上含む結合相を意味する。
また、本発明の結合相にCrまたはCrが、結合相全体に対して0.1wt%以上含まれると、結合相の硬さ、強度および耐酸化性が向上し、WC相と炭窒化物相の粒成長が抑制され、超硬合金の硬さおよび強度が向上する。しかしながら、本発明の結合相にCrまたはCrが、結合相に対して、20wt%を超えて溶解することは困難である。そのため、本発明の結合相に含まれるCr量またはCrは、結合相全体に対して0.1〜20wt%であると好ましい。
本発明の結合相は、超硬合金全体に対して、30wt%を超えて多くなると超硬合金の強度が低下することから、本発明の結合相を0.5〜30wt%とした。この要件を達成するためには、この範囲に入る量の原料粉末を配合すれば良い。
The binder phase of the present invention is a metal mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe. In the present invention, the metal mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe is 50 wt% or more in total of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe. Means containing metal.
The binder phase of the present invention preferably contains 70 to 100 wt% in total of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe.
The binder phase of the present invention is more preferably made of Co as a main component because it is excellent in heat resistance, toughness, and adhesion to a coating. The bonded phase containing Co as a main component of the present invention means a bonded phase containing 50 wt% or more of Co with respect to the entire bonded phase.
Further, when Cr or Cr 3 C 2 is contained in the binder phase of the present invention in an amount of 0.1 wt% or more based on the entire binder phase, the hardness, strength and oxidation resistance of the binder phase are improved, and the WC phase and carbon Grain growth of the nitride phase is suppressed, and the hardness and strength of the cemented carbide are improved. However, it is difficult for Cr or Cr 3 C 2 to dissolve in the binder phase of the present invention in excess of 20 wt% with respect to the binder phase. Therefore, the amount of Cr or Cr 3 C 2 contained in the binder phase of the present invention is preferably 0.1 to 20 wt% with respect to the entire binder phase.
If the binder phase of the present invention is more than 30 wt% with respect to the entire cemented carbide, the strength of the cemented carbide decreases, so the binder phase of the present invention is set to 0.5 to 30 wt%. In order to achieve this requirement, an amount of raw material powder that falls within this range may be blended.

本発明の超硬合金の製造方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。原料粉として、平均粒径0.05〜2.0μmのWCを超硬合金に対して70〜99.4wt%になるように秤量し、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、MoおよびWから選択された少なくとも1種類の金属の酸化物を超硬合金に対して、0.1〜30wt%になるように秤量する。また、結合相として、Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を主成分とする金属をWC相と炭窒化物相と結合相の合計が100wt%となるように秤量する。また、焼結後に遊離炭素や脱炭相を生じないように原料粉末に1wt%以下の炭素粉末または、1wt%以下のタングステン粉末を加えても良い。これらを有機溶剤ともに、ボールミルまたはアトライタに投入し、所定の時間、粉砕・混合する。その後、乾燥を経て、所定の形状に成形する。   Examples of the method for producing the cemented carbide of the present invention include the following methods. As a raw material powder, WC having an average particle diameter of 0.05 to 2.0 μm is weighed so as to be 70 to 99.4 wt% with respect to the cemented carbide, and Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo and The oxide of at least one metal selected from W is weighed so as to be 0.1 to 30 wt% with respect to the cemented carbide. In addition, as the binder phase, a metal mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni, and Fe is weighed so that the total of the WC phase, the carbonitride phase, and the binder phase is 100 wt%. Also, 1 wt% or less of carbon powder or 1 wt% or less of tungsten powder may be added to the raw material powder so that free carbon or a decarburized phase does not occur after sintering. These together with an organic solvent are put into a ball mill or an attritor, and pulverized and mixed for a predetermined time. Then, after drying, it is formed into a predetermined shape.

次に窒素雰囲気中で、1300〜1500℃の温度にし、60〜120分で焼結する。これにより、添加した酸化物は材料中の炭素と焼結時の窒素により、炭窒化する。焼結温度が1300℃未満の場合、超硬合金の緻密化が不十分である恐れがある。また、1500℃よりも高くなるかまたは、120分を超えて焼結するとWC相と炭窒化物相の粒成長を抑制することが困難となる。さらに、これを、不活性ガス雰囲気中で、1300〜1500℃の温度にし、60〜120分の時間でHIP処理をする。   Next, the temperature is set to 1300 to 1500 ° C. in a nitrogen atmosphere, and sintering is performed for 60 to 120 minutes. Thereby, the added oxide is carbonitrided by carbon in the material and nitrogen during sintering. When the sintering temperature is less than 1300 ° C., the cemented carbide may be insufficiently densified. Moreover, when it becomes higher than 1500 degreeC or it sinters exceeding 120 minutes, it will become difficult to suppress the grain growth of a WC phase and a carbonitride phase. Furthermore, this is made into the temperature of 1300-1500 degreeC in inert gas atmosphere, and HIP processing is performed in the time for 60 to 120 minutes.

添加材としてTiO、TaC、Crを添加した超硬合金および炭窒化物を添加していない超硬合金の硬さを測定した。組成および硬さを以下に示す。
表1に示すように、TiOを添加した超硬合金は、比較例1、2、3よりも硬さが高くなっている。図2にこれら超硬合金のSEM組織を示す。炭窒化物無添加の材料は、著しく粒成長しているのに対し、炭窒化物を添加した材料はWC相の粒成長が抑制されていることが分かる。その中でもTiOを添加した材料は、特に粒成長が抑制され、微粒な超硬合金となっている。
The hardness of the cemented carbide added with TiO 2 , TaC, Cr 3 C 2 as an additive and the cemented carbide not added with carbonitride was measured. The composition and hardness are shown below.
As shown in Table 1, the cemented carbide added with TiO 2 has a higher hardness than Comparative Examples 1, 2, and 3. FIG. 2 shows the SEM structure of these cemented carbides. It can be seen that the carbonitride-free material has significantly grown grains, whereas the carbonitride-added material has suppressed WC phase grain growth. Among them, the material to which TiO 2 is added particularly suppresses grain growth and is a fine cemented carbide.

さらにTiOの添加量を変化させた超硬合金の硬さおよび組織について評価を行った。
表2からTiOの添加量が増えるほど硬さが高くなることが分かる。また、図3に示すように、極わずかな添加量でも粒成長抑制効果を示すことが分かる。さらに添加量を増やすことでより高い粒成長抑制効果が得られることが分かる。
Furthermore, the hardness and structure of the cemented carbide with the added amount of TiO 2 varied were evaluated.
It can be seen from Table 2 that the hardness increases as the added amount of TiO 2 increases. In addition, as shown in FIG. 3, it can be seen that even a very small addition amount exhibits a grain growth suppressing effect. Furthermore, it turns out that the higher grain growth inhibitory effect is acquired by increasing addition amount.

より高い粒成長抑制効果を得るために、TiOとCrを複合添加した超硬合金を作製した。これらについて硬さと強度を測定した。さらにCr単体添加品と比較した。
表3よりCrを複合添加することで、高硬度かつ高強度な超硬合金が得られることが分かる。Cr単体添加で3vol%添加したものよりも、TiOとCrを複合添加して合計3vol%添加した材料のほうが高硬度かつ高強度になっている。図4にそれぞれのSEM組織を示す。複合添加により高い粒成長抑制効果が得られ、材料が微粒かつ均一な組織になっていることが分かる。
In order to obtain a higher effect of suppressing grain growth, a cemented carbide in which TiO 2 and Cr 3 C 2 were added in combination was produced. These were measured for hardness and strength. Furthermore, it compared with the Cr 3 C 2 simple substance addition product.
From Table 3, it can be seen that a cemented carbide with high hardness and high strength can be obtained by adding Cr 3 C 2 in combination. A material in which TiO 2 and Cr 3 C 2 are added in combination and added in a total of 3 vol% is higher in hardness and strength than those in which 3 vol% is added by adding Cr 3 C 2 alone. FIG. 4 shows each SEM structure. It can be seen that a high grain growth suppression effect is obtained by the composite addition, and the material has a fine and uniform structure.

高い粒成長抑制効果が得られ超微粒超硬合金の製作が可能となることから、高い耐摩耗性を要求される、線引きダイスや成形用金型などへの利用が期待される。また、高強度および高硬度な材料が得られるので、マイクロドリルなどの切削工具にも利用が可能であると思われる。   Since a high grain growth inhibitory effect is obtained and it becomes possible to produce ultrafine cemented carbide, it is expected to be used for drawing dies and molding dies that require high wear resistance. In addition, since a material having high strength and high hardness can be obtained, it can be used for a cutting tool such as a micro drill.

Claims (3)

原料平均粒径0.05〜2.0μmの炭化タングステン(WC)を主成分とする第1相を、超硬合金全体に対して70〜99.4wt%含み、
Tiの酸化物を焼結中に炭窒化させて生成された炭窒化物からなる第2相を超硬合金全体に対して0.1〜30wt%含み、
Co、NiおよびFeから成る群より選択された少なくとも1種類を主成分とする結合相を、超硬合金全体に対して0.5〜30wt%含み
質相である第1相と炭窒化物相である第2相と結合相との合計が100wt%であり、さらに不可避的に混入される以外のVを含まず、焼結後の平均WC粒径が1.0μ以下である
ことを特徴とする超硬合金。
Including 70 to 99.4 wt% of the first phase mainly composed of tungsten carbide (WC) having a raw material average particle size of 0.05 to 2.0 μm, based on the entire cemented carbide;
Containing a second phase composed of carbonitride produced by carbonitriding an oxide of Ti during sintering with respect to the whole cemented carbide ;
Including 0.5 to 30 wt% of a binder phase mainly composed of at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Fe , based on the whole cemented carbide ;
The sum of the second phase and the binder phase is a first phase and the carbonitride phase is a hard substance phase is 100 wt%, not including V other than those further inevitably mixed, average WC after sintering cemented carbide having a particle size is equal to or less than 1.0 micron m.
請求項1に記載の超硬合金において、
前記酸化物の原料平均粒径が5〜100nmの範囲にある
ことを特徴とする超硬合金。
The cemented carbide according to claim 1,
A cemented carbide characterized in that the raw material average particle diameter of the oxide is in the range of 5 to 100 nm .
請求項1又は2に記載の超硬合金において、
さらにCr を添加し、Cr の添加量は、結合相全体に対して0.1〜20wt%である
ことを特徴とする超硬合金。
In the cemented carbide according to claim 1 or 2,
Further added Cr 3 C 2, the addition amount of Cr 3 C 2 is cemented carbide, which is a 0.1-20 weight% with respect to the total binding phases.
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