JPH01201434A - 耐摩耗合金およびその合金を用いた切断具ならびに金型部品 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は’Ｔ’　ｉ　、　ＷおよびＴａを基体として必
要な部位を窒化層とした耐摩耗合金およびその合金を用
いた切断具ならびに金型部品に関する。

（従来の技術） 従来、高い硬度および耐摩耗性が要求される切削工具や
各種ダイス、圧延用工具等の対摩耗工具の材料として、
タングステンカーバイド・コバルト＜ＷＣ−Ｃｏ）系超
硬合金が知られている。

この超硬合金は難加工材で、鋳造や鍛造が困難であるた
め、一般に粉末冶金法により製造されている。しかし粉
末冶金法では原料粉末の性状や焼結合金の炭化物粒度、
炭素量などを厳密に管理する必要があり、これらの管理
が比較的面倒である。

一方、耐摩耗性および＾硬度を備え、かつ機械加工が可
能な鉄基合金として高速度鋼が知られているが、高速度
鋼は硬さが超硬合金のおよそ１／２以下で、用途上の制
約がある。

また、高硬度材料として金属間化合物が知られているが
、脆性が大きく、塑性加工が極めて困難である。

ところで、切断具として用いられているハサミや包丁に
（よ従来からステンレス鋼や炭素工具鋼などが用いられ
ている。この場合これらを構成する材料としては、高硬
度であると同時に、被切断素材に含有される各種成分に
対する耐食性が優れていることが必要である。特に録音
用等の磁気テープなどの磁性材料の切断具として用いら
れるハサミやカッタ等には、非磁性であることが必要な
ため、Ｂｅ−Ｃｕ系合金が用いられている。この場合、
これらを構成する材料としては、上記のとおり非磁性で
あることが必要であると共に、さらに高硬度の磁性粉が
固着しているテープ切断のために高硬度であることが必
要である。

しかしながら、上記した材料のうちステンレス鋼はその
耐食性は良好であるが、硬度がそれほど＾くなく比較的
摩耗し易い材料であるため、必ずしも満足すべきもので
はない。また、炭素工具鋼は高硬度であるが、耐食性が
非常に小さく包丁用材料としては好適ではない。また、
３ｅ−Ｃｕ系合金は、耐食性が小さく、硬度が低いと共
に製造工程において有害なベリリウムの蒸気や酸化物を
発生することなど、磁気テープ用も含め切断用材料とし
ては好適ではない。

さらにまた、粉末マグネットの成形やフエライトマグネ
ッ］−の粉末あるいは希土類−コバルトマグネットの粉
末を添加したプラスチック、いわゆるプラマグの成形な
どに使用される成形金型や押出しビンなどは非磁性で高
硬度のものが要求される。

例えばブラマグ用の押出しビンとしては使用中の変形や
折損の生じないような充分な強度を右すること、また摩
耗しないように充分な硬さを有すること、さらに透磁率
が１．０１以下の非磁性であることなどが要求される。

従来この押出しビンにはＳＵＳ　　３０４を３０％程度
冷間加工し、硬さを３００〜３５０Ｈｖとしたものが用
いられているが、ＳＵＳ　　３０４は冷間加工によって
組織がマルテンサイトとなるため、透磁率が１．３〜１
．５以上となり、マグネットに吸引されるようになるた
め作業に支障をきたす。また、硬さも低いことから使用
中に曲りを生じたり、早期に摩耗したりする欠点もある
。そのため強度や硬さが高くかつ非磁性で耐食性にも優
れたものが要望されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来公知の超硬合金、高速度鋼あるいは金属間化合物の
もつ硬度、耐摩耗性および加工容易性等の特性では、種
々の要望に必ずしも十分に沿うことができない場合があ
る。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、第１
の目的はＷＣ−Ｇｏ系超超硬合金高速度鋼よりも耐摩耗
性および硬度が高く、しかも十分な強度を有するととも
に加工性が良好な耐摩耗合金を提供しようとするもので
ある。

また、第２の目的は、ハサミ、包丁等として高硬度であ
ると共に耐食性が良好で、さらに磁気テープ等磁性材料
の切断用としても優れた特性を右する切断具を提供する
ことにある。

さらに、第３の目的は、透磁率が１．０１以下という非
磁性を呈し、かつ高硬度で耐摩耗性に優れ、特に磁性粉
末の成形に好適な金型部品を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）前記の第１の
目的を達成するためにｔよ、基体が十分強固で加工性に
優れ、かつ表面硬化層が形成され易く、しかもその硬化
層の硬度が高いことが望まれる。

発明者においては、チタン（Ｔ　ｉ　）合金を窒化する
ことにより、表面硬化層が形成される事実に着目して種
々の検討を行なった。この結果、一定節囲のＴｉ合金の
成分組成により、基体が強固で、加工性に優れ、かつ窒
化による高硬度の表面硬化層が比較的容易に形成される
ことを見出した。

本発明はこのような知見に基づくもので、請求項１の発
明は、重ａ％でＴｉが３５％を超え６０％以下、タング
ステン（Ｗ）が１０％以上４０％以下、残がタンタル（
Ｔａ）からなる組成の基体を有し、耐摩耗性の必要な部
位が前記基体の窒化層である耐摩耗合金を要旨とするも
のである。

ここでＴｉは表面硬化層としての窒化物（ＴｉＮ）を（
７るために必要な元素であり、上記組成において、Ｔ１
が３５％以下では窒化した場合に十分な硬さが得られな
い。また、７ｉが６０％を超えると基体の強度が低下し
、工具あるいはダイス等としての部材への適用が困難と
なる。

Ｗは基体の硬度を高めるための元素であり、これが１０
％未満では十分な硬化が得られず、また４０％を超える
と加工性が悪化する。なお、好ましい含有量は２０％以
上である。

Ｔａは加工性、耐食性等を高めるために添加する元素で
ある。

上記組成の合金製造は、アーク溶解法等によって行なえ
る。なお、粉末冶金法でも行なえる。

窒化処理は、例えばアンモニアガス中で２４〜４８時間
、４００〜６００℃の加熱により行なう。

窒化物による表面硬化層はＷＣ−Ｃｏ系合金や高速度鋼
よりも高硬度となる。また、その表面硬化層は金色を帯
び、装飾的効果も発揮される。したがって、用途として
は、切削工具や各種ダイスあるいは圧延用工具等の他、
時計側や宝飾具、釣具の通糸フックその他の加部的用具
類にも拡大できる。なお、表面硬化層の色彩は基体への
Ｔｉ含有扮によって変化する。

また、前記第２の目的を達成するためには、基体が十分
強固で非磁性であり、かつ表面硬化層が形成され易く、
しかもその硬化層の硬度が高く、耐食性に優れているこ
とが望まれる。

発明者において前記の如くチタン（Ｔｉ）合金を窒化す
ることにより、表面硬化層が形成される事実に着目して
種々の検討を行なった結果、一定範囲のＴｉ合金の成分
組成により、基体が強固で、非磁性で、かつ窒化による
高硬度の表面硬化層が比較的容易に形成されることを見
出した。

請求項２の発明はこのような知見に基づくもので、重量
％でＴ１が３５％を超え６０％以下、Ｗが１０％以上４
０％以下、残がＴａからなる組成の基体を有し、少なく
とも刃部が前記基体の窒化層である切所具を要旨とする
ものである。

ここでＴｉが３５％以下では窒化した場合に十分な硬さ
が得られない。また、Ｔｉが６０％を超えると基体の強
度が低下し、ハサミ、カッター等への適用が困難となる
。

さらに前記第３の目的を達成するためには、基体が十分
強固で、非磁性であり、かつ表面硬化層が形成され易く
、しかもその硬化層の硬度が高く、耐食性に優れている
ことが望まれる。

発明者において前記の如くチタン（Ｔ１）合金を窒化す
ることにより、表面硬化層が形成される事実に着目し一
〇種々の検討を行なった結果、一定範囲のＴｉ合金の成
分組成により、基体が強固で、非磁性であり、かつ窒化
による高硬度の表面硬化層が比較的容易に形成されるこ
とを見出した。

請求項３の発明はこのような知見に基づくもので、重量
％でＴｉが３５％を超え６０％以下、Ｗが１０％以上４
０％以下、残がＴａからなる組成の基体を有し、少なく
とも耐摩耗性および耐食性の必要な部位が前記基体の窒
化層である金型部品を要旨とするものである。

ここで７ｉが３５％以下では窒化した場合に十分な硬さ
が得られない。また、Ｔｉが６０％を超えると基体の強
度が低下し、金型への適用が困難となる。

（実施例１） 重量％でＷを２０％、Ｔｉを３０％、残をＴａとした配
合粉末を、消耗電極によりアーク溶解し、直径１００ｍ
、長さ３００ｍの円柱状インゴットを作成した。

このインゴットに熱間鍛造および熱間圧延を施した後、
切断して１０ＩＩＩＩＩ×２０ＭＲで厚ざ５＃の四角形
板を作成した。

これをアンモニアガス中で約２４時間、５００℃に加熱
して窒化処理した。

シリコンサンド製回転砥石によって加圧力０゜２Ｋｙ／
−で耐摩耗試験を行なったところ、６０００回転侵の摩
耗量は４．１−であり、またとツカ−ス硬さは２．１０
０８Ｖであった。摩耗量および硬さについてＷＣ−１２
％ＣＯ系超硬合金および高速度鋼と比較したところ、下
記の第１表に示すように、前記実施例の合金は、いずれ
の点についても優れていることが認められた。

第１表 また、基体は十分な強度を有するとともに、加工性もよ
く、種々の形状に形成できた。

第１図は前記実施例の試験片どして用いた耐摩耗合金製
の四角形板について、表面からの距離と硬度との関係を
示したグラフである。■具としてはＨＶが５００以上の
もの（Ｂの範囲）を使用することが望ましい。なお、よ
り好ましくはＨｖが９００以上のものくＡの′１ｉＡＩ
ＩＯ）である。

なお、前記実施例以外にも、本発明による成分組成の範
囲で種々試験を行なったところ、前記同様の効果が認め
られた。

（実施例２） 切断具形成のため、まずｌｆｆ１％でＷを２０％、Ｔｉ
を３０％、残をＴａとした配合粉末を、消耗電極により
アーク溶解し、直径１００４Ｉｌ、長さ３００ｍ＋の円
柱状インゴットを作成した。

このインゴットに熱間鍛造および熱間圧延を施した侵、
切断して１０履Ｘ２０ｍで厚さ５顛の四角形板を作成し
た。

これをアンモニアガス中で約２４時間、５００℃に加熱
して窒化処理した。得られた試験片を切断刃としての耐
摩耗性および耐食性を偏えるか否かテストに供した。

比較のため、３ｅ−Ｃｕ合金、５ｔＪＳ３０４゜ＳＫ５
についても同様にテストを行なった。

ここで、硬度はマイクロヴイツカース硬度であり、摩耗
量はそれぞれの組成からなる試験片上に磁気テープを９
　Ｑ　１ｎｃｈ／秒、延べ１０００時間送行させたとき
の試験片の摩耗ｍを測定した。また耐食性は５％塩水４
０℃で６０時間の塩水噴霧テストと、室温における６０
時間のレモン果汁中への浸漬試験を行なった。その結果
、下記の第２表に示すように、本発明のＴｉ−Ｗ−Ｔａ
によるものは耐摩耗性および耐食性のいずれも優れてい
ることが確認された。

第２表 ０　変色なし　　　△　変色程度　　　×　仝面腐蝕（
以下余白〕 （実施例３） 金型部品形成のため、まずｆｆｌｆｆｌ％でＷを２０％
、７ｉを３０％、残をＴａとした配合粉末を、消耗電極
によりアーク溶解し、直径１００ａｓ＋、長さ３００ｍ
の円柱状インゴットを作成した。

このインゴットに熱間Ｒ造および熱間圧延を施した後、
切断して１０＃ｌ１ｌＸ２０＋１１１１１で厚さ５１１
１１の四角形板を作成した。

これをアンモニアガス中で約２４時間、５００℃に加熱
して窒化処理した。下記の第３表に市販の５ｔＪＳ　　
３０４で１０５０℃溶体化後、室温で加工した材料と硬
さおよび透磁率を比較したものを示す。

第３表 第３表から明らかなように、本実施例のものは透磁率が
１．０１未満と従来のＳＵＳ　　３０４冷間加工のもの
に比べ非常に小さく、金型、特にマグネット成形用非磁
性金型あるいはその部品とし１−： て優れた特性を有している。

また、硬さも１２００Ｈ，と従来のものに比べ遥かに硬
く、摩耗しにくいことが判る。

さらに本実施例のものを人工海水中に３ケ月間浸漬した
ところ発錆が見られなかったことから、上記硬さ、透磁
率などが優れていることと併せて、磁石成形用非磁性金
型およびその部品として工業上有利である。

〔発明の効果〕

以上で詳述したように、請求項１の発明によればＷＣ−
Ｃｏ系超硬合金や高速度鋼等に比較して、さらに耐摩耗
性、硬度が高く、しかも十分な強度を有するとともに、
加工性もよい耐摩耗合金が容易に得られるという効果が
奏される。

また、請求項２の発明によれば、高硬度であると同時に
耐食性が優れているので、ハサミ、包丁等の切断具とし
て有用である。

また、この合金は非磁性であることから、磁気テープ切
断用ハサミや、磁気テープ、磁石等磁性材料を取り扱う
ときに用いるピンセット等にも適用できる。

さらに請求項３の発明によれば、磁性粉体の成形に好適
な金型部品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における硬度特性を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量％でＴｉが３５％を超え６０％以下、Ｗが１０
   ％以上４０％以下、残がＴａからなる組成の基体を有し
   、耐摩耗性の必要な部位が前記基体の窒化層であること
   を特徴とする耐摩耗合金。 ２、重量％でＴｉが３５％を超え６０％以下、Ｗが１０
   ％以上４０％以下、残がＴａからなる組成の基体を有し
   、少なくとも刃部が前記基体の窒化層であることを特徴
   とする切断具。 ３、重量％でＴｉが３５％を超え６０％以下、Ｗが１０
   ％以上４０％以下、残がＴａからなる組成の基体を有し
   、少なくとも耐摩耗性および耐食性の必要な部位が前記
   基体の窒化層であることを特徴とする金型部品。