JPH0196350A - 耐食耐摩耗焼結合金とその製造法 - 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］ 本発明は従来のＣｏ基合金と比較して焼結後、室温で１
ｌＲｃ６２以上の高硬度を有し、常温はちとより高温に
おける優れた耐摩耗性を有する耐食耐摩耗合金に関する
。

〔従来の技術］ 従来、ステライトと称される一群のＣｏ基の耐食耐摩耗
合金がある。なかでもＷを１０％以上含有する高ＷＣｏ
基合金は高温硬さが高く、Ｍ２３Ｃ６，ＭｔＣｉ。

Ｍ、Ｃ等の多量の炭化物を有することから耐摩耗性にも
優れ、鋳造バイト等切削工具としても一部使われている
。

しかし、この高ＷＣｏ基合金は熱間での可塑性に乏しく
可鍛性がないことから鋳造材としてのみ使用されてきた
。鋳造材は凝固時の冷却速度が遅いとＣ，ｒ炭化物が板
状に大きく晶出することから、靭性が低下し、炭化物粒
子の分散硬化も充分発揮されず低硬度となる。

従ってこの合金は、断面積２０ｍｍφ以下の小径材につ
いて金型中で急冷凝固鋳造された場合にのみ実用化され
ている状況にある。

かかる問題点に対し粉末冶金の手法を用いる合金系はい
くつかの開示例がある。例えば特開昭６１−４４１４５
には結合相としてＣｒ１５〜３０％、　ＭｏまたはＷの
１種または２種を５〜２０％、Ｎｉ５〜２５％、Ｃ１，
Ｏ〜３．０％残部Ｃｏに、分散相として元素周期律表の
ＩＶａ、ＶａおよびＶｉａ族の金属元素の窒化物もしく
は炭窒化物の２種以上を重量比で２〜２０％添加した合
金が開示されている。

また特開昭６１−５２３４１では結合相としてＣｒ２Ｏ
〜４０％、Ｆｅ１Ｏ〜３０％、Ｃ０，２〜０．３％を含
有するＣｏ基合金に元素周期律表の■ａ、Ｖａ、ＶＩａ
族の金属元素のうちの１種以上の炭化物、窒化物もしく
は炭窒化物の単独または複合で２種以上を３〜３０％添
加した合金が記載されている。

前者は硬さがＩＩＲＣ６２以下でＮｉを添加することに
より靭性を重要視した合金であり、後者はＦｅ１Ｏ〜３
０％を含むＣｏ基合金で硬さは示されていないが組成よ
り類推するにＨＲＣ６０以下と推定される。

又、製造法として特公昭５４−３５５６４には合金粉末
にＣｏ粉末（５０〜′８５％重量比）、Ｗ粉末を添加す
る方法、特公昭５６−１９３９０には合金粉末にＦｅ−
Ｂと水素化チタン粉末を添加する方法、特公昭５６−１
９３９１には金属酸化物の混合粉末を同時に添加した炭
化粉末によって還元する方法が開示されているが、これ
らの方法を用いて切削工具として使用する場合は硬さが
低く問題がある。さらに特公昭５Ｂ−３９８９９には金
属酸化物の混合粉末を同時に混合した炭素粉末によって
還元して得られた粉末に、さらにＭｏ（１２，０％以下
）、Ｔｉ（５，０％以下）。

Ｔａ（１５，０％以下）およびＮｂ（１５，０％以下）
を含む粉末を添加する方法が開示されておりＨＲＣ６３
，２の高い硬度が得られるものの靭性に難点がある。

また特公昭５４−３５５６４には水またはガスアトマイ
ズ法によって製造されるステライト合金の粉末は球状粉
末であることに加えてそれ自体の硬さが非常に高く、そ
のままでは使用できないことが明示されており成形性に
優れた安価な製造方法が人望された。

本発明はかかる点に鑑み経済的かつ簡便な製造方法によ
り高密度で高い硬さと優れた靭性を兼備した耐食耐摩耗
合金とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明は構成元素の含有量、含有比率を適正に決め、
さらに分散相の種類と配合比を定めて難切削工具として
必要な室温の硬さをＨＲＣ６２以上という従来のＣｏ基
合金では到達できなかった高硬度を与え、さらに経済的
な水またはガスアトマイズ粉末を出発原料とし、これに
機械粉砕を付加することで平均１５μｍ以下の微粉末を
得ることによって焼結性を上げ焼結組織を微細化し、焼
結後の炭窒化物粒径が７μｍ以下という微細なミクロ組
織を有して硬さと優れた靭性を兼備した新規合金と製造
方法を見出したものである。

〔作　　用〕

次に本発明のＣｏ基合金の成分、分散相の量および焼結
後の炭窒化物粒子サイズの限定理由について述べる。

（合金組成） ＣＴＣはＣｒ、　Ｗ、　Ｍｏ等の炭化物形成元素と結合
して炭化物を形成し、耐摩耗性を付与することと、一部
は基地に固溶し基地硬さを上げる為に必須の構成元素と
なる。１．５％以下では目的とする硬さが得られず、２
．５％以上では基地が脆化するのでＣＩ、５〜２．５％
とする。

Ｃｒ　：　Ｃｒは炭化物を形成し、耐摩耗性を付与する
と共に基地にも固溶し、基地の強化と耐食性の向上に必
須の元素である。２５％以下では生成する炭化物の容積
比が足りず、分散強化による初期の硬さが得られず、３
５％以上は基地が脆化する。

Ｗ、Ｍｏ：この両元素は主として炭化物生成元素でＭ６
Ｃ炭化物を生成し、著しく耐摩耗性を向上させる。一部
は基地に固溶して基地の高温硬さを上昇させる。ＷとＭ
ｏは同様の効果を有し、Ｍｏは原子比の関係から、重量
比１％でＷ２％と同等の効果を有する。Ｗ＋２Ｍｏの総
量で１５％以下では目標硬さを得ることができず２５％
以上では炭化物の晶出量が増加し、脆化する。したがっ
てＷ＋２Ｍｏは１５〜２５％とする。

Ｆｅ　：　Ｆｅは焼結合金の特性を損うことなくＣＯの
一部と置換しうるが５％を越えると耐酸化性が低下する
のでその上限を５％とした。

Ｎｉ　：　Ｎｉは焼結合金の素地に固溶し靭性を向上せ
しめる効果があるが５％を越えると目標とする硬さが得
られずその上限を５％とした。

ＢＩＢは焼結性の改善に寄与するが０．０５％以下では
その効果が小さく０．５％以上添加すると他の合金元素
と反応して靭性が劣化するためその限定範囲を０．０５
％〜０．５％とした。

ＴｉＮ：　ＴｉＮは添加すると分散硬化により耐焼付性
が向上し耐摩耗性が著しく増加する。ＴｉＮは混合時は
ＴｉＮ単独粒子として存在するが、焼結時にＶＣと反応
して、芯部がＴｉＮで外周部がＶＣの固溶体状の炭化物
粒子の状態で存在する。

ＶＣが共存した方が焼結性が向上する。５％ＴｉＮ以下
では耐摩性、硬さ向上に寄与する効果が小さく、１５％
以上では焼結性が下がり、高密度化しにくくなり靭性も
低下する。

ＶＣ：　Ｃｏ基合金では■は被研削性を低下するものと
して、はとんど添加されていないがＶＣは主要な添加物
質である。本発明においては微粒子のＶＣを添加する場
合、より望ましくは粒子２μ以下の粒子としてＶＣを添
加する場合、焼結後もＶＣの単独粒子相として存在し、
微粒な為、被研削性を劣化させないことを見出した。

合わせてＶＣ炭化物添加によって焼結後の炭化物粒子の
成長抑制効果がきわめて大きく、組織微細化による機械
的性質（特に靭性）の向上効果が大きい。ＴｉＮ粒子が
共存する場合は前述のようにＴｉＮと固溶体状の炭化物
粒子を生成し、耐焼付性を向上させる。５％以下の添加
ではこれらの効果が小さく、１５％以上の添加では靭性
が低下するのでＶＣの量は５〜１５％とする。

炭窒化物粒子サイズ：焼結後の炭窒化物の分散効果をあ
げて目標とする硬さ、被研削性および優れた靭性を得る
ための必須条件で７μｍ以上ではこれらの効果が小さく
炭窒化物粒子サイズは７μｍ以下とする。

本発明のＣｏ基結合和合金は、基地は常温でもオーステ
ナイト相で温度変化による相変化を生じない合金である
。従って焼なましによる粉末の軟化は期待できない。水
アトマイズ又はガスアトマイズままの粉末では１ＩＲｃ
５５以上の硬さを有する為型中で塑性変形せず、実質的
に金型成形は困難と考えられてきた。本発明では水アト
マイズままの平均粒径５０μｍの粉末をアトライター等
の強粉砕機で強粉砕を実施し、粉末を平均粒径１５μｍ
以下に微粒化し、あわせて歪みを付与することによって
焼結性を著しく向上させたものである。

強粉砕する粉末の平均粒径は微粉末に付与された歪と圧
密化によって焼結時の高密度化に寄与する他分散相との
混合比をあげる上で必須条件で１５μｍより大きいとこ
れらの効果が小さ（、粉砕粉末粒径は１５μｍ以下とす
る。

〔実施例１〕 第１表に示した１９種類の合金を焼結法で作成した。結
合相合金は水アトマイズ法によって得た平均粒径５０μ
ｍの不規則形状粉末をアトライターにかけ、平均粒径１
３，０μｍの微粒子を作成した。この状態で平均粒径０
，８μｍのＴｉＮとＶＣ粉末をボールミルで混合し、こ
の際パラフィンワックス１％を添加した。

これらを油圧プレスを使用し成形圧６ｔｏｎ／ｃ＋ｆｌ
で成形した後、１０−”〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの真空中で
１２２０℃〜１２６０°ＣＸ１ｈの焼結を行った。焼結
温度は各材料について、もっとも高密度化し、且つ組織
粗大化を生じない温度を選定した。焼結体の評価は硬さ
と抗折力および耐摩耗性について行ない代表的な材料に
ついてはバイトを作成し、切削性能も評価した。抗折力
は５ＩｎＩＩｌφ×５０１１ＩＩＩｌｌの試験片に３０
胴支点の中央−点過重方式で測定した。耐摩耗性は大越
式迅速摩耗試験法で相手材が３４５Ｃの場合について行
ない、比摩耗量の絶対値によって耐摩耗性の良い順から
Ａ、Ｂ、Ｃの三ランクにわけて評価した。ランクＣのも
のの耐摩耗性は実用上問題のあるレベルである。

ＶＣ，ＴｉＮ粒子をまったく添加しない比較合金（試料
Ｎα１９）と５〜１５％のＶＣ，又はＴｉＮをそれぞれ
単独添加した合金（試料Ｎα１〜３．試料Ｎｏ、　４〜
６）を比較するとＶＣ９又はＴｉＣ添加によって硬さが
上昇し、且つ、抗折力も上昇していることがわかる。

これはＶＣｌまたはＴｉＣ添加によって、焼結後のミク
ロ組繊が微細化することによる。これ以上添加量を漸次
増量することによって硬さは上界するが抗折力はやや低
下する。ＶＣとＴｉＮではＶＣ添加の方が硬さと抗折力
のバランスがよりすぐれている。ＶＣ２又はＴｉＮの添
加量が試料Ｎα１１．１３のように２％程度では添加効
果が少なく、２０％程度と多くなると抗折力が大巾に低
下する。約ＩＯ％Ｎｉを含有する比較合金（試料Ｎα１
５，１６）は抗折力はやや高いが硬さが目標値に到達せ
ず、耐摩耗性がやや劣る。約２０％のＦｅを含む比較合
金はさらに硬さが低く、耐摩耗性も低い。

なお焼結後密度はいづれの焼結合金も微粒粉末で且つ歪
付与粉末を使用した為、９８％以上の高密度化が達成さ
れ、実質的に真害度化可能であった。第１図に比較合金
１９と対比して、本発明の代表合金試料Ｎα２、試料Ｎ
ｏ、　５のミクロ組繊を示した。

第１図に示すごと（本発明合金は炭化物窒化物の粒径が
７μｍ以下となっている。

実施例２ 本発明の代表合金（試料Ｎｏ、２．５）について、１０
φの真剣バイトを作成し、高速度Ｉ　５Ｋ１１５７（Ｉ
ＩＲＣ６７，２）と切削性能の比較を行った。被研削は
Ｓ　４５　Ｃ，５ＫＤ６１．５ＵＳ３０４．５ＲＤＩ　
１の４種類で連続切削方式で切削し、切削不能時点迄の
切削時間を求め、第２図にその結果を示した。

発明合金はＳ　４５　Ｃ，５ＵＳ３０４．５ＫＤＩ　１
に対してとくに顕著な切削性能の上昇が認められた。

〔発明の効果］ 以上述べたように本願発明の耐食耐摩耗焼結合金は従来
のＣｏ基合金と比較して１ｌＲｃ６２以上の高い硬さを
有し、かつ優れた耐食性、耐摩耗性、抗折力、切削性能
などを兼備しており切削工具、耐摩耗工具、耐熱治具、
耐食工具等の分野の常温、高温耐食耐摩耗用として使用
可能な材料であり、従来に比べその使用範囲を大幅に拡
大することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で使用した試料Ｎα１９（ａ）、試料
Ｎα５（ｂ）、試料Ｎα２（Ｃ）の４００倍のミクロ金
属組織写真、第２図は実施例２で行った切削性能試験結
果のグラフをそれぞれ示す。 出願人　日立金属株式会社７．−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記組成よりなるＣｏ基合金を結合相とし、分散
   相としてＴｉＮ、ＶＣを単独または複合で重量比で５〜
   １５％含有し、焼結後のミクロ組織で炭窒化物粒子サイ
   ズが７μ以下で、かつ室温の硬さがＨＲＣ６２以上であ
   ることを特徴とする耐食耐摩耗焼結合金 Ｃｒ：２５〜３５％ Ｗ＋２Ｍｏ：１５〜２５％ Ｃ：１．５〜２．５％ 残部Ｆｅ５％以下、Ｎｉ５％以下、および不可避的不純
   物を含むＣｏ基合金。
2. （２）下記組成よりなるＣｏ基合金を結合相とし、分散
   相として、ＴｉＮ、ＶＣを単独又は複合で重量比で５〜
   １５％含有し、焼結後のミクロ組織で炭窒化物粒子サイ
   ズが７μ以下で、かつ室温の硬さがＨＲＣ６２以上であ
   ることを特徴とする耐食耐摩耗焼結合金。 Ｃｒ：２５〜３５％ Ｗ＋２Ｍｏ：１５〜２５％ Ｃ：１．５〜２．５％ Ｂ：０．０５〜０．５％ 残部Ｆｅ５％以下、Ｎｉ５％以下および不可避的不純物
   を含むＣｏ基合金。
3. （３）結合相があらかじめ予備合金化された水アトマイ
   ズ又はガスアトマイズ粉末であり、この粉末を機械粉砕
   で平均粒径１５μ以下の粒子とした後、ＴｉＮ、ＶＣを
   単独又は複数で重量比で５〜１５％添加混合した後、真
   空焼結法で９８％以上の密度とし、焼結後のミクロ組織
   で炭窒化物粒子サイズが７μ以下でかつ室温の硬さがＨ
   ＲＣ６２以上であることを特徴とする耐食、耐摩耗焼結
   合金の製造法。