JP7385751B2 - 炭化タングステン系硬質金属材料 - Google Patents

炭化タングステン系硬質金属材料 Download PDF

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Description

本発明は、炭化タングステン系硬質金属材料、木材加工工具または成形工具のためのこの材料の使用、ならびにこの硬質金属材料からなる加工部を有する木材加工工具、およびこの材料からなる加工部を有する成形工具に関する。
炭化タングステン系硬質金属材料とは、少なくとも大部分が炭化タングステンによって形成された硬質材料粒子が複合材料の大部分を形成しており、かつ硬質材料粒子の間隙が延性を有する金属バインダーで満たされている、複合材料である。このような硬質金属材料は、特に高い硬度と良好な破壊靭性とを併せ持つという有利な材料特性を理由に、例えば、金属切削、摩耗部品、木材加工工具、成形工具などの幅広い分野で長年にわたって使用されている。このような硬質金属材料を様々な適用領域で使用する場合の材料要件は、非常に様々である。特に、ある用途では、高い硬度が主として重要であり、他の用途では、可能な限りバランスのとれた硬度と靭性との組み合わせが主として重要であり、さらに他の用途では、例えば、良好な耐食性も主として重要である。
特に、このような硬質金属材料を木材加工工具および成形工具に使用する場合、硬質金属材料の高い硬度および良好な耐食性に加えて、高い破壊靭性ＫＩＣおよび高い曲げ破壊強度ＢＢＦが重要である。
本発明の課題は、特に木材加工工具または成形工具に使用するための、硬度、耐食性、破壊靭性、および抗折力の特に有利な組み合わせを有する改善された炭化タングステン系硬質金属材料を提供することであり、また、改善された木材加工工具および改善された成形工具を提供することである。
この課題は、請求項１に記載の炭化タングステン系硬質金属材料によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
硬質金属材料は、平均粒子径が０．１～１．３μｍの炭化タングステンと、１．０～５．０重量％の（Ｃｏ＋Ｎｉ）（ただし、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は、重量％基準で、０．４≦Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．９５である）と、０．１～１．０重量％のＣｒ（ただし、（Ｃｏ＋Ｎｉ）に対するＣｒの比は、重量％基準で、０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．２０である）と、０．０１～０．３重量％のＭｏと、０．０２～０．４５重量％のＭｅ（ここでＭｅは、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉからなる群からの１以上の元素、好ましくはＴａおよび／またはＮｂであり、０．０１≦Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．１３である）と、を有する。
硬質金属材料における炭化タングステンの割合は、特に好ましくは９２～９８．５重量％とすることができる。ここで、重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）とは、重量％基準でのＣｏとＮｉとの合計の割合を意味する。また、Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は、重量パーセントで決定される。本発明の硬質金属材料は、高い硬度と、良好な耐食性と、同時に、高い硬度にもかかわらず同様に高い破壊靭性および曲げ破壊強度との有利な組み合わせを達成し、これは、木材加工工具および成形工具に特に有利に適用できる。このような有利な特性は、ＣｏとＮｉとを記載されている範囲で組み合わせ、ＣｒおよびＭｏを狙いを定めた記載されている範囲で添加し、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、およびＮｂのうちの少なくとも１つの元素を狙いを定めた記載されている量で添加することによるものである。したがって、硬質金属材料は、ＷＣ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、およびＭｏに加え、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉのうちの少なくとも１つの元素を有し、これらの元素のうちの複数を有していてもよい。ここで、好ましくは、硬質金属材料は、Ｔａ、Ｎｂ、またはＴａおよびＮｂの組み合わせ、を有し得る。本明細書の範囲において別段の記載がない限り、量および比率の記載は、いずれの場合も、構成成分の重量パーセントに基づく。クロムは、例えば、純金属として、またはＣｒ３Ｃ２もしくはＣｒ２Ｎ粉末の形態で、硬質金属材料の粉末冶金的製造において添加することができる。Ｍｏは、好ましくは、Ｍｏ２Ｃ粉末の形態で添加することができるが、例えば、純金属として、または例えば（Ｗ，Ｍｏ）Ｃ混合炭化物として、添加することも可能である。さらなる１以上の元素は、例えば、特に、炭化物ＭｅＣ、すなわち、ＴａＣ、ＮｂＣなどとして、または、例えば（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃもしくは（Ｗ，Ｍｅ）Ｃ、特に、例えば（Ｗ，Ｔａ）Ｃもしくは例えば（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ）Ｃなどの混合炭化物として添加することができる。硬質金属材料はさらに、任意選択的に、０．２重量パーセントまで、好ましくは最大０．１５重量パーセントまで、の少量のバナジウムを含むことができる。硬質金属材料は、好ましくは、記載されている組成および不可避の不純物のみを有する、すなわち、実質的に記載されている組成からなるものであってよい。
さらなる構成によると、硬質金属材料は、平均結晶粒径０．１～０．８μｍの炭化タングステンを有し、これは、硬度および破壊靭性ならびに曲げ破壊強度の折衷の観点で、特に木材加工工具または成形工具における適用にとって特に有利である。硬質金属材料は、好ましくは、炭化タングステンの平均結晶粒径を０．２～０．５μｍとすることができる。
さらなる構成によると、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は、０．６≦Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．９とすることができる。特にこの比率では、炭化タングステン結晶粒とバインダーとの良好な濡れ性と、硬質金属材料の高い耐食性および破壊靭性との間の良好なバランスを達成することができる。
さらなる構成によると、重量％での、Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比として、０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．１５を適用することができる。この範囲では、特に、主要なバインダー成分であるＣｏおよびＮｉに対して非常に多くのＣｒが存在するため、高い硬度および耐食性が達成されるが、ここで同時に、この製造におけるプロセスパラメータは、通常の許容誤差に対してなおも十分に敏感性が低い。
さらなる構成によると、重量％でのＣｒに対するＭｏの比率について、Ｍｏ／Ｃｒ＜０．５、好ましくはＭｏ／Ｃｒ＜０．４を適用することができる。Ｍｏに対するＣｒの割合が有意に高いと、硬度と耐食性との折衷、および破壊靭性と曲げ破壊強度との折衷に有利な効果をもたらすことができる。
さらなる構成によると、０．０２≦Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．０８を適用することができる。ここでも、比率は重量％で決定される。特にこの範囲では、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、および／またはＴｉからの１つ以上の元素を添加すると、材料特性に有利な影響を与えることができる。ここで、Ｍｅについて、Ｍｅは、Ｔａおよび／またはＮｂであることが特に好ましい。
ここで、好ましくは、重量％でのＣｒに対するＭｅの比率について、Ｍｅ／Ｃｒ＜０．６５を適用することができる。ここで、特に、一方ではさらなる添加の十分な影響を達成するために、他方では不利な影響を回避するために、Ｍｅ／Ｃｒは、０．０５超とすることができる。
さらなる構成によると、硬質金属材料は、ビッカース硬度ＨＶ１０が２０５０～２４５０の範囲である。このような高い硬度は、特に木材加工工具または成形工具における適用の場合に有利である。ここで、ＩＳＯ３８７８：１９９１（"Hardmetals - Vickers hardness test"）に準拠したビッカース硬さＨＶ１０は、好ましくは、特に、
ＨＶ１０＝２５５０－１００×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±１５０
の範囲にある。
さらなる構成によると、硬質金属材料は、破壊靭性ＫＩＣが７．１～８．５ＭＰａ・ｍ１／２の範囲にあることを特徴とする。測定は、ＩＳＯ２８０７９：２００９に準じ、圧痕荷重（押し込み荷重）１０ｋｇｆ（９８．０６６５Ｎに相当）で行うものとする。ここで、ＭＰａ・ｍ１／２での破壊靭性ＫＩＣは、特に、
ＫＩＣ＝６．８＋（１／３）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±０．５
の範囲にあるとよく、好ましくは、
ＫＩＣ＝６．８＋（１／３）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±０．３
の範囲にあるとよい。
さらなる構成によると、硬質金属材料は、２５６０ＭＰａ～４２３０ＭＰａの範囲の曲げ破壊強度を有する。ここで、曲げ破壊強度は、ＩＳＯ３３２７：２００９規格に従って、円筒形断面を有する試験体（Ｃ型）を用いて決定される。ここで、ＭＰａでの曲げ破壊強度は、特に、
ＢＢＦ＝２１５０＋（２５００／６）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±５００
の範囲にあるとよく、好ましくは、
ＢＢＦ＝２１５０＋（２５００／６）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±３００
の範囲にあるとよい。
この課題はまた、請求項１１に記載の、木材加工工具または成形工具のための硬質金属材料の使用によっても解決される。
この課題はまた、このような炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部（作業域）を有する、請求項１２に記載の木材加工工具によっても解決される。
この課題はまた、そのような炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部を有する、請求項１３に記載の成形工具によっても解決される。
さらなる構成によると、成形工具は、冷間成形用の工具であり、特に線材製造用の引抜きダイ、または深絞り成形工具（Tiefziehwerkzeug）である。
本発明のさらなる利点および有用性は、添付の図を参照する以下の実施例の説明に基づいて明らかとなる。
一実施形態による、硬質金属材料製の加工部を有する木材加工工具の概略図を示す。 図１からの詳細ＩＩの拡大概略図を示す。 他の実施形態による、硬質金属材料からなる加工部を有する成形工具の概略図を示す。 図３の成形工具の概略平面図を示す。 図３の成形工具の概略断面図を示す。 比較例１による硬質金属材料の光学顕微鏡像を示す。 実施例１による硬質金属材料の光学顕微鏡像を示す。 実施例２による硬質金属材料の光学顕微鏡像を示す。 実施例３による硬質金属材料の光学顕微鏡像を示す。 実施例４による硬質金属材料の光学顕微鏡像を示す。
実施形態
以下ではまず、炭化タングステン系硬質金属材料の実施形態について、一般的に説明する。
硬質金属材料は、特定の組成を有しており、これについては、以下でより詳細に説明する。
硬質金属材料は主に、０．１～１．３μｍの範囲の平均結晶粒径を有する炭化タングステンからなる。平均結晶粒径は、好ましくは、０．１～０．８μｍの範囲にあり得る。特に好ましくは、平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲にある。
硬質金属材料における炭化タングステンの割合は、特に９２～９８．５重量％であってよい。硬質金属材料は、延性金属バインダーをさらに含む。この実施形態では、金属バインダーは主に、Ｃｏ（コバルト）およびＮｉ（ニッケル）からなり、ＣｏとＮｉとの合計に対するＣｏの重量パーセントでの割合は、０．４～０．９５である。好ましくは、この割合は、０．６～０．９であり、すなわち、好ましくは、金属バインダーにおけるＣｏの割合は、金属バインダーにおけるＮｉの割合よりも大きい。
炭化タングステン系硬質金属材料は、さらに０．１～１重量％のＣｒを含み、ＣｏとＮｉとの合計に対するＣｒの重量パーセントでの比率は、０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．２０となるように選択される。Ｃｒ含有量がこの範囲で保たれる場合、所望の結晶粒微細化効果が得られ、クロム含有混合炭化物の析出を大幅に回避することができる。好ましくは、０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．１５が該当し得る。この場合、粉末冶金的製造における製造パラメータを狭い許容範囲に維持する必要なく、クロム含有混合炭化物の析出を特に確実に回避することができる。
この実施形態による硬質金属材料は、さらに０．０１～０．３重量％のＭｏを含有する。ここで、Ｍｏ含有量は、好ましくは、Ｃｒ含有量よりも有意に低く、好ましくはＣｒ含有量の半分未満になるように、特に好ましくはＣｒ含有量の４０％未満になるように調整される。
本発明によると、硬質金属材料は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉの群からの１以上の元素をさらに含有し、硬質材料におけるそれらの総割合は、０．０２～０．４５重量パーセントである。ＣｏとＮｉとの総割合に対するＴａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉの総割合の比率は、０．０１～０．１３である。特に好ましくは、この比率は、０．０２～０．０８の範囲にあり得る。ここで、好ましくは、硬質金属材料は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉの群のうち、硬質金属材料の物理的特性に特に有利な影響を及ぼすＴａおよび／またはＮｂのみを有し得る。ここで、硬質金属材料におけるＴａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉの群からの他の元素の総割合は、好ましくは、硬質金属材料におけるＣｒの割合よりも有意に低くすることができ、特にＣｒ含有量の６５％未満とすることが好ましい。硬質金属材料は、任意選択的に、最大０．２重量パーセントまで、好ましくは最大０．１５重量パーセントまでのバナジウムをさらに含有することができる。
本実施形態による硬質金属材料は、ＦＳＳＳ粒径（フィッシャーふるいサイズによる粒径）が０．５μｍのＷＣ粉末、ＦＳＳＳ粒径が０．９μｍのＣｏ粉末、ＦＳＳＳ粒径が２．５μｍのＮｉ粉末、ＦＳＳＳ粒径が１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、ＦＳＳＳ粒径が１．３５μｍのＭｏ２Ｃ粉末、ＦＳＳＳ粒径が１．２μｍのＮｂＣ粉末、ＦＳＳＳ粒径が０．９μｍのＴａＣ粉末、およびＦＳＳＳ粒径が１．２μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ粉末（より正確には、（Ｔａ０．６，Ｎｂ０．４）Ｃ粉末）を使用して、粉末冶金によって製造した。まず、それぞれの出発粉末を、ボールミルまたはアトライター内で溶媒と混合し、続いて、通常の手法で噴霧乾燥することによって調製した。次いで、得られた造粒物を所望の形状にプレス成形し、続いて、従来の手法で焼結して硬質金属材料を得た。この硬質金属材料から、成形工具用の加工部としての鋼線用の引抜きダイと、丸鋸の形の木材加工工具用の加工部としての鋸歯と、を作製した。硬質金属材料中の炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径を、電子後方散乱回折（electron backscatter diffraction：ＥＢＳＤ）像から「等価円直径（equivalent circle diameter：ＥＣＤ）」法に従って求めた。この方法は、例えば、Frederik Josefssonによる「Development of quantitative method for grain size measurement using EBSD（ＥＢＳＤを用いた粒度分布の定量的測定法の開発）」、Master of Science Thesis, Stockholm（ストックホルム） 2012に記載されている。
上述したように、炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部１０を有する木材加工工具１００の第１の実施形態を、図１および図２に示す。
具体的に図示されている実施形態において、木材加工工具１００は、複数の鋸歯を有する丸鋸刃であり、複数の鋸歯のそれぞれが、加工される木材と接触する加工部１０を形成している。鋸歯の形態の硬質金属材料製の加工部１０は、それぞれが材料結合で、例えばろう接によって、例えば鋼から常法で形成することができる丸鋸刃の基体１１に接合されている。
図１および図２には、例示的に丸鋸刃が木材加工工具として図示されているが、炭化タングステン系硬質金属材料は、他の木材加工工具の加工部としても使用することができる。
上述したように、炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部２０を有する成形工具２００の実施形態を、図３～図５に示す。
図３～図５に具体的に図示されている実施形態では、成形工具２００は、冷間成形用の工具、特に、線材製造用の伸線用ダイであり、加工部２０は、被加工材、例えば鋼線などと直接接触する引抜きダイである。硬質金属材料製の加工部２０は、例えば鋼から作製され得るハウジング２１に収容されている。
比較例１
比較例として、上述した粉末冶金方法により、以下の組成：２．２５重量％Ｃｏ；０．７５重量％Ｎｉ；０．３５重量％Ｃｒ（出発材料として０．４重量％Ｃｒ３Ｃ２に相当）；０．０４７重量％のＭｏ（出発材料として０．０５重量％Ｍｏ２Ｃに相当）、残部ＷＣおよび不可避的不純物；の炭化タングステン系硬質金属材料を、製造した。したがって、ＷＣの含有量は、約９６．５５重量％であった。この硬質金属材料の微細組織の光学顕微鏡像を、図６に示す。
製造に際し、得られる硬質金属材料が少なくとも実質的にη相を含まないように、すなわち、望ましくない（Ｗｘ，Ｃｏｙ）ｚＣ混合相を含まないように、かつ実質的に炭素が析出しないように、炭素バランスを調整した。この文脈において、実質的にη相を含まないということは、η相が０～最大０．５体積％で存在することを意味する。
炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲にあった。測定されたビッカース硬度ＨＶ１０は２１４０、破壊靭性ＫＩＣは７．８ＭＰａ・ｍ１／２、そして曲げ破壊強度は３２００ＭＰａであった。
実施例１
上述の粉末冶金製造方法により、以下の組成：２．７重量％Ｃｏ；０．９重量％Ｎｉ；０．４５重量％Ｃｒ（出発材料として０．５２重量％Ｃｒ３Ｃ２に相当）；０．０４７重量％Ｍｏ（出発材料として０．０５重量％Ｍｏ２Ｃに相当）、ならびに０．０９４重量％Ｔａ（出発材料としての０．１重量％ＴａＣに相当）、残部ＷＣおよび不可避的不純物：の炭化タングステン系硬質金属材料を製造した。したがって、ＷＣの含有量は、約９５．７３重量％であった。Ｃｏ＋Ｎｉ含有量は３．６重量％であり、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．７５、Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．１２５、Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．０２６であり、この実施例１では、Ｍｅ＝Ｔａであった。この硬質金属材料の微細組織の光学顕微鏡像を、図７に示す。
この実施例でも、製造における炭素のバランスは、得られる硬質金属材料が、少なくとも実質的にη相を含まないように、すなわち、望ましくない（Ｗｘ，Ｃｏｙ）ｚＣ混合相を含まず、かつ炭素が実質的に析出しないように調整した。
硬質金属材料中の炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲にあった。また、ビッカース硬度ＨＶ１０を（ＩＳＯ３８７８：１９９１に準拠して）測定したところ、２１４５であった。さらに、上述したように破壊靭性ＫＩＣを測定したところ、８．０ＭＰａ・ｍ１／２であった。上述の方法によって曲げ破壊強度を測定したところ、３６５０ＭＰａであった。
したがって、実施例１の炭化タングステン系硬質金属材料は、比較例１の硬質金属材料と比較して、同等の硬度ＨＶ１０で、より高い破壊靭性ＫＩＣとより高い曲げ破壊強度との両方を有することが分かる。
実施例２
炭化タングステン系硬質金属材料を、上述の粉末冶金製造方法により、以下の組成：３．１５重量％Ｃｏ；１．０５重量％Ｎｉ；０．８３重量％Ｃｒ（出発材料として０．９６重量％Ｃｒ３Ｃ２に相当）；０．１３２重量％Ｍｏ（出発材料として０．１４重量％Ｍｏ２Ｃに相当）；０．１８８重量％Ｔａ（出発材料として０．２重量％ＴａＣに相当）；残部ＷＣおよび不可避的不純物；で製造した。したがって、ＷＣの割合は、約９４．５０重量％であった。Ｃｏ＋Ｎｉ含有量は４．２重量％であり、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．７５であり、Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．１９８であり、Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．０４５であり、この実施例２でも、Ｍｅ＝Ｔａであった。硬質金属材料の光学顕微鏡像を、図８に示す。
この実施例でも、炭素のバランスは、硬質金属材料がη相を実質的に含まず、かつ炭素の析出がないように調整した。
炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲にあった。ビッカース硬度ＨＶ１０は２１８０、破壊靭性ＫＩＣは８．１ＭＰａ・ｍ１／２、および曲げ破壊強度は３８００ＭＰａであることが測定された。
実施例２の硬質金属材料は、比較例１と比較して、より高い硬度ＨＶ１０で、より高い破壊靭性ＫＩＣとより高い曲げ破壊強度との両方を有することが分かる。
実施例３
炭化タングステン系硬質金属材料を、上述の粉末冶金製造方法において以下の組成：２．７重量％Ｃｏ；０．９重量％Ｎｉ；０．４５重量％Ｃｒ（出発材料として０．５２重量％Ｃｒ３Ｃ２に相当）；０．０９４重量％Ｍｏ（出発材料として０．１重量％Ｍｏ２Ｃに相当）、ならびに０．１７７重量％Ｎｂ（出発材料として０．２重量％ＮｂＣに相当）、残部ＷＣおよび不可避的不純物；で製造した。したがって、ＷＣの含有量は、約９５．５８重量％であった。また、この実施例３では、Ｍｅ＝Ｎｂである。硬質金属材料の光学顕微鏡像を、図９に示す。
この実施例でも、炭素バランスは、硬質金属材料が実質的にη相を含まず、かつ炭素の析出がないように調整した。
炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲であった。ビッカース硬度ＨＶ１０＝２２３５、破壊靭性ＫＩＣは７．９ＭＰａ・ｍ１／２、および曲げ破壊強度は３６００ＭＰａであることが測定された。
実施例３の硬質金属材料は、比較例１と比較して、硬度ＨＶ１０が著しく高く、破壊靭性ＫＩＣおよび曲げ破壊強度の両方が共に高いことが分かる。
実施例４
炭化タングステン系硬質金属材料を、上述した粉末冶金製造方法によって、以下の組成：２．７重量％Ｃｏ；０．９重量％Ｎｉ；０．４５重量％Ｃｒ（出発材料として０．５２重量％Ｃｒ３Ｃ２に相当）；０．０９４重量％Ｍｏ（出発材料として０．１０重量％Ｍｏ２Ｃに相当）、０．１１３重量％Ｔａ（出発材料として０．２重量％（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃに相当）、ならびに０．０７１重量％Ｎｂ（出発材料として０．２重量％の（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃに相当）、残部ＷＣおよび不可避的不純物；で製造した。したがって、ＷＣの含有量は、約９５．５８重量％であった。Ｃｏ＋Ｎｉ含有量は３．６重量％であり、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．７５であり、Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は０．１２５であり、Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）率は０．０５１であり、この実施例４では、Ｍｅ＝Ｔａ＋Ｎｂであった。この硬質金属材料の組織の光学顕微鏡像を、図１０に示す。
この実施例でも、炭素のバランスは、硬質金属材料が実質的にη相を含まず、かつ炭素の析出がないように調整した。
硬質金属材料中の炭化タングステン結晶粒の平均結晶粒径は、０．２～０．５μｍの範囲にあった。ビッカース硬度ＨＶ１０を（ＩＳＯ３８７８：１９９１に準拠して）求めたところ、２２２０であった。さらに、破壊靭性ＫＩＣを上述したように測定したところ、７．９ＭＰａ・ｍ１／２であった。上述の方法によって曲げ破壊強度を測定したところ、３５００ＭＰａであった。
実施例４の硬質金属材料は、比較例１と比較して、硬度ＨＶ１０が著しく高く、より高い破壊靭性ＫＩＣとより高い曲げ破壊強度の両方を有することが分かる。
１０…加工部、２０…加工部、２１…ハウジング、１００…木材加工工具、２００…成形工具

Claims (14)

  1. 平均結晶粒径が０．１～１．３μｍの炭化タングステンを含み、
    ９２～９８．５重量％の前記炭化タングステン、
    １．０～５．０重量％の（Ｃｏ＋Ｎｉ）（ただし、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）比は、重量％で、０．４≦Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．９５である）、
    ０．１～１．０重量％のＣｒ（ただし、（Ｃｏ＋Ｎｉ）に対するＣｒの比は、重量％で、０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．２０である）、
    ０．０１～０．３重量％のＭｏ、
    ０．０２～０．４５重量％のＭｅ（ただし、Ｍｅ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、およびＴｉからなる群から選択される１以上の元素であり、０．０１≦Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．１３である）、
    を含有する、炭化タングステン系硬質金属材料。
  2. 前記炭化タングステンの平均結晶粒径は、０．１～０．８μｍである、請求項１に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  3. ０．６≦Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．９である、請求項１または２に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  4. ０．０５≦Ｃｒ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．１５である、請求項１～３のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  5. Ｃｒに対するＭｏの比は、重量％で、Ｍｏ／Ｃｒ＜０．５を満たす、請求項１～４のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  6. ０．０２≦Ｍｅ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）≦０．０８である、請求項１～５のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  7. Ｃｒに対するＭｅの比が、重量％で、Ｍｅ／Ｃｒ＜０．６５を満たす、請求項１～６のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  8. 硬度ＨＶ１０は、式：
    ＨＶ１０＝２５５０－１００×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±１５０；
    で表される範囲にある、請求項１～７のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  9. 破壊靭性ＫＩＣは、ＭＰａ・ｍ１／２単位で、
    ＫＩＣ＝６．８＋（１／３）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±０．５
    で表される範囲にある、請求項１～８のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  10. 曲げ破壊強度ＢＢＦは、ＭＰａ単位で、
    ＢＢＦ＝２１５０＋（２５００／６）×重量％（Ｃｏ＋Ｎｉ）±５００
    で表される範囲にある、請求項１～９のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料。
  11. 木材加工工具または成形工具のための、請求項１～１０のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料の使用。
  12. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部を有する、木材加工工具。
  13. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の炭化タングステン系硬質金属材料から形成された加工部を有する、成形工具。
  14. 前記成形工具は、冷間成形用の工具である、請求項１３に記載の成形工具。
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