JPH01127647A - 高強度焼結高速度鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は高強度焼結高速度鋼、特に還元粉末を原料と
した高強度焼結高速度鋼に関する。

〈従来の技術〉 高速度鋼を粉末冶金法によってつくると、溶製材に比べ
て炭化物粒子の分布が均−且つ微細となり、強靭性・鍛
造性・被研削性に優れるなど、多くの利点があることが
古くから知られている。そして、従来における焼結高速
度鋼はアトマイズ粉末を原料としているものが殆どであ
ったが、これは鍛造・圧延などがされるため強度に方向
性がある。従って、最近では還元粉末を用いたものが使
用されている。

還元粉末は微細な成分酸化物の配合粉末を、強粉砕・混
合の後に約１０００°Ｃの高純度水素中で還元・加炭し
て作られるもので、炭化物は掻めて微細であるばかりで
なく、アトマイズ粉とは異なり、成形性が優れる。従っ
て、各種形状の耐摩耗工具部品などの量産に適し、得ら
れる合金は鍛造・圧延などの必要がなく強度に方向性が
ないため、近年はこの方面の需要が増加しつつある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この還元粉未利用の高速度鋼は、その強
度又は抗折力に関する研究があまり進められておらず、
その強度面等での信頼性が必ずしも十分であるとは言え
なかった。

そこで、本発明者達は、この還元粉未利用の高速度鋼を
より優れたものとするために、この高速変調の強度支配
因子について鋭意研究を行ってきた。すなわち、焼結高
速度鋼の抗折力試験（ＪｒＳＢ４１０４）を行い、破断
した試片について破断の起源（原因）について研究した
。そして、その結果高速度鋼の強度（抗折力）が高速度
鋼中に含まれる微細なポア（ｍ細空孔）により支配され
ているという知見を得た。つまり、破断した焼結高速度
鋼の抗折破面を詳しく調べたところ、破断の起源が、凹
凸のない「平滑領域」であることを発見し、この「平滑
領域」について更に電子顕微鏡による拡大観察を行った
結果、多数のポアが発生していることを確認できた。こ
のポアは粉末原料中に微量残存する酸化物が焼結中に還
元されて発生したものであり、不活性ガスを用いて静水
圧加圧しながら加熱するＨＩＰ　（熱間静水圧プレス）
処理にて一旦は消滅するものの、後の熱処理によって再
び生じるものである。そして、この各ポアの寸法、また
ポアの平均寸法、そしてポアの分散性が、高速度鋼の強
度に多大な影響を与えるということがわかった。つまり
、ポアの寸法が大きいと、そこから破断していまうし、
また各ポアの寸法が適正でもポア又は微細なポア凝集部
分の平均寸法が大きいと破断し易い。更にポア又は微細
なポア凝集部分が均等に分散しておらず、ポア集合体に
一定の方向性があれば、その方向に沿って破断され易い
。

この発明はこのような知見に基づいて為されたものであ
り、上記各ポア又は微細なポア凝集部分の寸法又は平均
寸法などを制御して高強度焼結高速度鋼を得んとするも
のである。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明に係る高強度焼結高速度鋼は、上記の目的を達
成するために、各ポア又は微細なポア凝集部分の寸法が
５０ａｍ以下で且つ該ポア又は微細なポア凝集部分の平
均寸法が３０μｍ以下である。

〈作　　　用〉 各ポア又は微細なポア凝集部分の寸法は５０μｍ以下で
なければならない。５０μｍより大きいと破壊の起源と
して作用する確率が高くなり結果としてより低強度で破
壊し易い状態となり、焼結高速度鋼として必要な４００
ｋｇｆ／ｍｍ”以上の抗折力を得ることができない。

また、ポア又は微細なポア凝集部分の平均寸法が３０μ
ｍ以下でなければならない、３０μｍより大きいと、前
記寸法と同様に、より低強度で破壊し易い状態となり、
必戸な抗折力を得られない。

ポア又は微細なポア凝集部分を上記の如き寸法及び平均
寸法にするための制御手段としては、以下に示す４通り
の手段が主に講じられる。

２め蕾る 酸化物の混合粉末を約１０００°Ｃの水素流中で還元す
るに際して、還元終了後の酸素量を１．０以下とする。

尚、酸素量が少ないほど（欠陥となる）ポアが減少する
。

ｉる 焼結に際し、室温より昇温途中の１１００°Ｃ程度にお
いて、真空度をＩ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ以下で保持し
、原料に残存する酸化物を本温度以下にて減少させる。

尚、当然のことながら、より強い還元作用を有するＨ２
などのガス雰囲気とすれば短時間で目的を達せられる。

°る 焼結温度は、液相を生じるに十分な温度で、最も低い温
度とする。すなわち、低すぎれば連続する孔を残存させ
、ＨＩＰ処理を行っても緻密な合金を得られないか、ま
たは破壊の起源となるポアを多数生ずることとなる。ま
た、温度が高すぎると、液相中で還元される微量酸化物
の量が増加し、結果として熱処理持主じるポアの量を多
くする。

本発明者は適正なる焼結温度の目安として、真密度に対
して９５％まで焼結を進める温度が良い事を見出した。

尚、保持時間は一般に考えられる最低時間とする。

几　　′　Ｊ　　　　ｉ、　　　　　る熱処理、特に焼
入れ温度（保持時間は一般に考えられる最低時間とする
）はなるべく低温が望ましい。すなわち、高温となれば
なるほど、ＨＩＰ処理で消滅したポアの再生量が増加す
るためである。しかし、あまり低温とすれば工具として
の実用硬度が得られないので１１７０°Ｃ〜１２３０℃
が望ましい温度である。

尚、上記の如き寸法又は平均寸法に制御した焼結高速度
鋼は、塑性加工してはならない、なぜならば、つくられ
た高速度鋼に冷間・熱間における鍛造、圧延等の塑性加
工を行ってしまうと、塑性加工した方向に沿ってポア又
は微細なポア凝集部分も一定の方向性をもってしまい、
この方向に沿って破断し易くなり、結果として強度に方
向性を有することになるからである。尚、予め所定の形
状に冷間成形してから合金化（焼結）でき、特に塑性加
工する必要もない。

従って、硬度を高めて塑性加工が不可能となるほど、上
記の如くポアの制御が行われた焼結高速度鋼に炭化物、
窒化物、硼化物の少なくとも一種以上を、元の高速度鋼
の組成に対して６．５〜４０ｗｔ％多く含ませるように
してもよい、ここで炭化物とは、ＷＣ，ＶＣ，Ｍｏｔ　
Ｃ，ＴｉＣ，ＴａＣ。

ＺｒＣ，ＨｆＣ，で、窒化物とは、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔ
ａＮ、ＮｂＮ、ＣｒＮ、ＶＮで、硼化物とは、ＴＩＢｇ
　、ＺｒＢｇ　、ＷＢ、ＭｏＢ、ＣｒＢ。

ＴａＢよ、ＮｂＢｔのことをいう、また、これら炭化物
、窒化物、硼化物の増加量を６．５〜４０ｗｔ％とした
のは、６．５ｗｔ％より少ないと、塑性加工できる（可
能となる）ためであり、４０ｗｔ％より多いと強度が低
下するだけでなく、研削、切削加工が困雛となるからで
ある。

く実　施　例〉 玉上皇施■ 原料粉末としては、以下の表１の如き組成を有する還元
粉末（ＳＫＨ５７，５ＫＨ５１）を３種類づつ、計６種
類用意した。各還元粉末（ＳＫ）Ｉ５７．５ＫＨ５１）
同士の違いは酸素量が違うだけである。

そして、この６種類の原料粉末を用いて、上記の如きポ
ア制御を行った場合と行わない場合とに分けて焼結高速
度鋼の製造を行った。

以下、ポア制御を行った場合の製造方法を詳細に説明す
る。

まず、還元粉末にＣ調整を目的として０．４７５Ｈｔ％
のカーボンブラックを添加し、次に７２時間の湿式ボー
ルミル混合の後、乾燥、成形（成形圧力１００ＭＰａ）
を経て、そして「ポア制御手段」として、真空中で温度
１１００°Ｃを３時間保持して真空焼結を行った。尚、
上記の単なる真空焼結の代わりに、水素雰囲気で１時間
保持した後、温度１２００°Ｃで１時間真空焼結しても
良い。

そして、真空焼結したものを１時間ＨＩＰ処理（１５０
ＭＰａ、Ａｒ雰囲気、１１５０℃）し、その後これを１
２００℃の焼入れ温度で５分間保持して油中焼入れした
後、５６０℃で１．５時間の焼戻しを普通の方法で３回
行い、２４Ｘ８Ｘ４ｍｍ３のＪＩＳ試験片を得た。

尚、「ポア制御なし」の場合は、真空中１１０Ｏ℃での
保持時間を１時間以下とし、他は同様とした場合である
。

そして、得られた焼結高速度鋼を調べたところポア又は
微細なポア凝集部分の寸法は５０ａｍ以下で、その平均
寸法並びに抗折力、硬度は以下の表２の通りであった。

以上のように、ポア制御を行った場合の方が、抗折力に
勝っていることが判った。尚、「一部あり」とは、一部
にポア制御された部分が認められるだけで、ポア制御が
十分でない状態をいう。

また、上表の結果に対して、「ポア制御」の方法として
焼入れ温度を１１７０°Ｃにする方法を行ったところ、
上表の実施例に比べ、５〜ｌ　Ｏｋｇｆ／　ｍ　ｍ　”
の抗折力向上が認められたく但し、この場合、硬度は）
ＩＶ３０程度低くなる）。

里又裏履■ 次に、上記の粉末原料５ＫＨ５７（０□１．０％）に予
めＶＣまたはＷＣを所定量増加または添加し、そして、
ポア制御を行った場合と行わない場合とに分けて焼結高
速度鋼の製造を行った。

この第２実施例における製造工程は、先の第１実施例と
同様である。尚、予め原料の酸化物の組成について、Ｖ
とＷの酸化物を所定量増加しく当然炭化物形成に必要な
量加炭される）ておく方法と、湿式ボールミル混合にお
いて、■とＷと炭素、又は両方として所定量添加する方
法の２種類がとれらる０本実施例では前者を採用した。

尚、「ポア制御手段」としては、第１実施例と同様にし
た。そして、得られた焼結高速度鋼を調べたところポア
又は微細なポア凝集部分の寸法は５０μｍ以下で、その
抗折力、硬度は以下の表３の通りであった。

表　　　３ 上記表の如く、ＶＣまたはＷＣを添加した方が、それら
を含まない先の第１実施例よりも硬度が高くなっている
。従って、得られた焼結高速度鋼は塑性加工不可能であ
るが、最初から求める形状に成形することができるので
問題とならない。結果として塑性加工によりポアに方向
性がでて、破断し易くなるということもない。

く効　　果〉 この発明に係る高強度焼結高速度鋼は、以上説明した如
き内容のものなので、強度（抗折力）及び硬度が高く、
破断しにくいという効果がある。

また、炭化物、窒化物、硼化物を多く含ませることによ
り、硬度を高くできる。このとき、塑性加工が不可能と
なる場合も含まれるが、最初から求める形状に成形する
ことができるためこれは問題にとならない、更にこのこ
とは、塑性加工によりポアに方向性がでて、破断し易く
なったり、強度に方向性を生じさせたりすることを防止
することにもなる。従って、高速度鋼としての信頌性が
高く、工具や部品等として用いるのに最適である。

手続補正書（自発） 昭和６３年　２月　５日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各ポア又は微細なポア凝集部分の寸法が５０μｍ
   以下で且つ該ポア又は微細なポア凝集部分の平均寸法が
   ３０μｍ以下であることを特徴とする高強度焼結高速度
   鋼。
2. （２）炭化物、窒化物、硼化物の少なくとも一種以上を
   、６．５〜４０ｗｔ％多く含ませたことを特徴とする前
   記第１項記載の高強度焼結高速度鋼。