JPH02145742A - 工具の製造方法 - 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、金属炭化物を含む鉄系合金の耐摩耗性に優れ
た工具の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、耐摩耗を要する切削工具や熱間ロール等のような
工具は主に溶解法により製造されているが、近年、これ
らの工具を粉末冶金法によって製造する技術も実用化さ
れている。そして、この粉末冶金法において、耐摩耗性
を付与するために、Ｃｒ、　Ｍｏ、■、Ｗ等の炭化物を
添加した工具の製造方法も提案されている（例えば、特
開昭５（１−１０９８０６号公報、同６１−１９７５６
号公報）。

このようなセラミックスを添加した工具は、超硬合金な
どの製造と同様、母材粉末にセラミックス粉末を添加し
、これをボールミルなどで混合した後、圧粉成形を行い
、次いで、圧粉成形で得られた圧粉成形体を液相焼結又
はＨＩＰ（熱間静水圧プレス）！２伸する方法で製造さ
れている。

ところが、この液相焼結法およびＨＩ　Ｐ鍛伸法で得ら
れた焼結材は、靭性面および耐摩耗性において問題があ
る。即ち、液相焼結法およびはＨＩＰ鍛伸法では、添加
セラミックス粉末が母材粉末の界面のみに存在するので
、粉末同志の結合力が弱く、また内部にボア（空孔）が
残存したりするので、靭性面での劣化が起こるのである
。さらには、多量のセラミックスを添加した場合には、
セラミックスの凝集が起こり、この凝集部分が剥離し、
かえって工具の摩耗量を増加させる場合がある。

一方、炭化物を添加した工具を押出し法で製造する方法
もある。その方法とは、母材粉末と炭化物粉末との混合
粉末を変形可能なカプセル（容器）に充填し、このカプ
セル内を脱気および密閉した後、熱間で押出し成形して
焼結材とする方法である。この押出し法では、押出しに
より粉末の界面が潰れるので前記の液相焼結法およびＨ
ＩＰ鍛伸法のような靭性が低下するというようなことは
ない、しかし、母材粉末に炭化物粉末を単に添加した混
合粉末を押出し成形しても耐摩耗性に優れた工具を製造
することができない、これは押出し法では、炭化物粉末
を添加すると炭化物粉末が界面で凝集を起こしたり、こ
れを押出し成形しても炭化物粉末が押出し方向に線状に
並ぶだけで１、母材中に均一分散されないため耐摩耗性
が向上しないのである。

（発明が解決しようとする１題） 本発明の課題は、母材中に金属炭化物が均一分散した耐
摩耗性に優れる工具を製造する方法を提供することにあ
る。

（！Ｉ題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を達成するために種々検討を行
った結果、押出し法により工具の製造を行い、その製造
に際して、特定粒径の鉄系合金のアトマイズ粉末と、こ
れよりも比重が大ぎく且つ特定の粒径の金属炭化物粉末
を使用し、そして、アトマイズ粉末に金属炭化物粉末を
一定の量をもって添加し、混合したものを一定の条件の
もとで押出し成形すれば、添加金属炭化物粉末が凝集す
ることなく均一分散し、耐摩耗性が著しく向上するとと
もに靭性も確保することができることを見出し、本発明
に至った。

ここに本発明の要旨は［粒径が４４μｍ以下である鉄系
合金のアトマイズ粉末と、この粉末よりも比重が大きく
粒径が１〜１０μｍの金属炭化物粉末とを、金属炭化物
粉末が体積率で１０〜４０％となるように混合した後、
この混合粉末をカプセルに充填し、カプセル内を脱気お
よび密閉した後、前記アトマイズ粉末の固相線以下の加
熱温度で押出比４以上の押出し成形を行うことを特徴と
する工具の製造方法」にある。

本発明において、鉄系合金とは高速度鋼の組成をもつ合
金、例えばＪＡＳ　Ｇ　４４０３　　で規定されている
高速度工具鋼のような鋼材、例えば圧延ロールに使用さ
れている高Ｃｒ鋳鉄（３，０％Ｃ−１８％Ｃｒ）系、ア
ダマイト（１，５％Ｃ−０，７％５ｉ−１，０％Ｃｒ）
系の炭化物が析出した高硬度の合金等である。また、母
材粉末に添加する金属炭化物粉末としては、ＷＣｌＨｆ
Ｃ５ＴａＣ、ＭｏｘＣ等を使用することができる。

本発明において、前記比重とは真比重即ち、物質そのも
のの固有の比重を意味する。

（作用） 以下、本発明の構成要件とその限定理由について説明す
る。

まず、本発明の工具の製造方法において、母材粉末には
上記成分のような枝糸が４４μｍ以下である鉄系合金の
アトマイズ粉末を使用する。

母材粉末に鉄系合金を使用する理由は、次のとおりであ
る。

母材粉末に要求される特性は、靭性および耐摩耗性であ
る。母材粉末自体の熱処理後の硬度が低いと硬質粒子を
添加しても耐摩耗性が向上しないので、母材粉末として
は高硬度になる鉄系合金が必要である。また、鉄系合金
を母材とすれば、従来の炭化物工具や超硬合金に較べて
靭性に優れたものとなる。このような理由から母材粉末
に鉄系合金を使用するのである。

この母材粉末を粒径が４４μｍ以下のアトマイズ粉末と
する理由は、金属炭化物粉末を母材粉末に添加した場合
、添加金属炭化物粉末は押出し成形前には母材粉末界面
に存在しているが、粒径が４４μ口を超えるような母材
粉末では押出し成形によっても均一分散されず、耐摩耗
性が十分に向上しないからである。そして、この粉末を
アトマイズ法により製造された粉末とする理由は、粉砕
粉と比較してアトマイズ粉末の場合は、形状が球状であ
り硬質粒子との分散がより均一となるからである。

このアトマイズ粉末は、その製法により水アトマイズ粉
末、油アトマイズ粉末およびガスアトマイズ粉末とがあ
るが、ガスアトマイズ粉末は表面の酸素レベルが１１０
０ｐｐ＋以下と低く靭性に優れているので、本発明では
鉄系合金粉末は、ガスアトマイズ粉末を使用することが
推奨される。

なお、水アトマイズ粉末の場合は、粉末表面の酸化があ
るので、押出し法では粉末の界面の接合が弱い、また油
アトマイズ粉末の場合には、表面の酸素レベルが小さい
もののそれでも数１００ｐＰｓある。このために、これ
らの粉末はガスアトマイズ粉末に比べて靭性面で劣る。

しかし、表面の酸素レベルが１０ｐｐ−以下であれば水
アトマイズ粉末および油アトマイズ粉末でも使用するこ
とに何ら支障はない。

一方、この母材粉末に添加する金属炭化物粉末は、母材
粉末より比重が大きく且つ粒度が１〜１０〃Ｉのものを
使用する。

母材粉末より比重の大きい金属炭化ｖｙＪ粉末を使用す
る理由は、母材との均−分、敗を画るためである。

添付図は、金属炭化物粉末の比重と母材粉末との比重の
比と、押出し成形後の金属炭化物粉末の分散状態との関
係を調べたものである。

調査は、母材粉末にＪＩＳ　Ｇ　４４０３５ＫＩＩＩＯ
の高速度鋼（１，５％Ｃ−０，３％５ｔ−０，３％Ｍｎ
−４，１％Ｃｒ−０，１％）’Ｉｏ−１１．６３％Ｗ−
４，８％Ｖ−５，１％Ｃｏ）を用い、この母材粉末に第
１表に示す粒度および比重をもつ各種の金属炭化物粉末
を３０ｖｏ　１％添加し、ボールミルで１時間混合した
後、軟鋼型のカプセルに充填して脱気および密閉し、次
いで、これを１１００℃の温度に加熱して７０１履φか
ら３０鰺罫φに押出し成形を行い、その後、８５０℃の
温度で焼鈍、１１００℃の温度で焼き入れ、５５０″Ｃ
の温度で焼戻しを施して焼結材を製造し、この焼結材の
ミクロｍ織から金属炭化物の分散度を次のようにして評
価したものである。

分散度の評価は、＆Ｉ織を２００倍の光学顕＠鏡で２０
視野観察し、視野中で添加金属炭化物が凝集又は剥離し
ていれば分散不良とし、この不良視野が５視野以上ある
ものを分散度不良、それ未満のものを分散度良好とした
。

（注）高速度鋼の比重：８，２ 添付図から、押出し成形後の金属炭化物の分散度が良好
になるのは、金属炭化物の比重が母材粉末である高速度
鋼の比重よりも大きいときであることがわかる。

従って、母材粉末の比重よりも大きな比重をもつ金属炭
化物粉末を使用すれば、金属炭化物の均一分散した工具
を製造することができるのである。

本発明で使用する金属炭化物粉末は、前記のように母材
粉末の比重より大きな比重をもつものであるが、その粒
径は１〜１０ｕｓのものを使用する。

金属炭化物粉末の粒径を１〜１０μｍの範囲に限定する
理由は、１μ鋼未満のものでは耐摩耗性の向上効果が得
られず、１０μ霞を超えるものでは押出し成形後の被研
削性が著しく劣化するからである。

このような母材粉末と金属炭化物粉末とを配合し、ボー
ルミル等で均一に混合して変形可能なカプセル、例えば
軟鋼型のカプセル又はステンレス鋼製のカプセルに充填
し、そして、カプセル内を脱気および密閉した後、押出
し成形するのであるが、このとき、本発明では金属炭化
物粉末を体積率で１０〜４０％となるように母材粉末に
添加し、均一混合する。

金属炭化物粉末の添加量を体積率で１０〜４０％とする
理由は、金属炭化物粉末の添加量が増加する程耐摩耗性
は向上するが、１０％未満ではその向上が小さいからで
ある。一方、４０％を超えて添加すると耐摩耗性が向上
する反面、被研削性が劣化するとともに押出し成形後の
焼結材料に内部欠陥が発生し昌くなる。

押出し成形は、母材粉末である鉄系合金の固相線取下の
温度に加熱して押出比４以上で行う。

この押出し成形の加熱温度を、鉄系合金の固相線以下の
温度とする理由は、これを超える温度では液相が現れ、
良好な靭性を確保することができないからであり、押出
比を４以上とする理由は、これ未満では金属炭化物の均
一分散が不十分であって、耐摩耗性が向上せず、また、
粉末界面の破壊が十分でないために靭性の改善が小さい
からである。

次に、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例１） 母材粉末にＪＩＳ　Ｇ　４４０３５ＫＨＩＯの高速度鋼
のガスアトマイズ粉末（粒径：４４μｍ以下、比重：８
．２）を用い、この粉末に第２表に示ず粒度および母材
粉末との比重の比が異なる各種の金属炭化物粉末を体積
分率で１０〜４０％添加し、これをボールミルで１時間
混合した後、７０ｍｍ径Ｘ　１６０ｍｍ高さの軟鋼製カ
プセルに充填し、脱気、口締を行い、次いで、これを１
１００’Ｃの温度に加熱してから種々の押出し比で押出
し成形を行い、５＋ｕａｒｇ、Ｘ　ｌｋｍ幅×５５１長
さの焼結材を得た。そして、得られた焼結材について金
属炭化物の分散度について調べた。その結果を同じく第
２表に示す。

分散度は前記と同様、得られた焼結材料のミクロ＆１１
織を２００倍の光学顕微鏡で２０視野観察し、視野中で
添加金属炭化物が凝集又は剥離していれば分散不良とし
、この不良視野が５視野以上あるものを分散度不良、そ
れ未満のものを分散度良好とした。

（以下、余白） 第２表より、本発明例（距１〜Ｎα１０）のように金属
炭化物粉末の比重が母材粉末の比重の１．０倍以上で、
且つ押出し比が４以上であれば分散度に優れるが、比較
例の１ｈｌｌとＮａ１６に示すように金属炭化物粉末の
比重が母材粉末の比重より大きくても押出し比が４未満
の場合、或いは岡１２〜Ｎ１１１５に示すように押出し
比が４以上であっても金属炭化物粉末の比重が母材粉末
の比重より小さい場合には、金属炭化物の分散度は悪い
。

（実施例２） 母材粉末に同５ＫＨＩＯの高速度鋼のガスアトマイズ粉
末（粒径：４４μｍ以下、比重：８．２）を用い、この
粉末に平均粒径が５μｍの炭化タングステン（ＷＣ１比
重：　１６．５）の粉末を第３表に示す体積分率の盪で
添加し、これを実施例１と同様、ボールミルで混合した
後、押出し法と液相ｖｔ、結法により５Ｉ厚×１０ｍｍ
輻Ｘ　５５ｗ＋ｗ長さの焼結材を製造した。

押出し法では、母材粉末とＷＣ粉末の混合粉末を軟鋼カ
プセルに充填し、脱気、口締を行い、１１００゛Ｃの温
度に加熱して押出し比５．０で押出し成形を行った。

焼結法では、母材粉末とＷＣ粉末の混合粉末に更にステ
アリン酸を２％添加した混合粉末を５ｔｏｎ／ｃ＋＋”
で圧縮成形し、１２７０℃の温度で１時間液相焼結を行
った。

このようにして得られた焼結材を１２３０°Ｃの温度で
５分間保持し、油冷する焼き入れ、５５０°Ｃの温度で
３０分間保持した後、空冷する焼戻しを３回行い、その
ときの硬度および靭性ついて調べた。その結果を第３表
に示す。

（以下、余白） 第３表より、硬度については押出し材Ｃ本発明例および
比較例■）および液相焼結材（比較例■）ともＷＣの添
加量が多くなるほど高くなる。また靭性については液相
焼結材よりも押出し材の方が高い、しかし、押出し法で
も比較例ＩのＮａ５のようにＷＣを添加しないものは硬
度が低く、比較例ＩのＮα６のように添加量が本発明で
規定する範囲を超えると、靭性の低下が著しい。

（実施例３） 母材粉末に圧延ロールとして使用される合金鋳鉄相当成
分（３，０％Ｃ−４％Ｃｒ−３．５％Ｍｏ−６％Ｗ−１
０％ｖ−ｉ、ｏ％Ｃｏ）のガスアトマイズ粉末（比重＝
８．０）を用い、この粉末に粒度が０．９〜４．０μｍ
の炭化タンタル（ＴａＣ１比重：８．０）の粉末を体積
分率で８〜２０％添加し、これを実施例１と同様に均一
混合した後、軟鋼カプセルに充填し、脱気、口締を行い
、次いで、１１２０°Ｃの温度に加熱して押出し比６．
０で押出し成形を行い、２ｋｍ径Ｘ　５００ａｍ長さの
焼結材を得た。その後、この焼結材を１２００’Ｃの温
度で５分間保持し、油冷する焼き入れ、５５０°Ｃの温
度で３０分間保持した後、空冷する焼戻しを行い、焼戻
し後の焼結材からｌｈ−厚Ｘ　２０ｍｍ幅×２０ＩＩＩ
１１長さの摩耗試験片を採取して、室温での摩耗量を調
べた。その結果を第４表に示す。

摩耗量は、相手材に３４５Ｃの１００ｍｍ径の棒を用い
、これに５０ｋｇｆの荷重を加えて摩耗試験片に当接し
、相手材を１ｍ／ｓｅｃの速度で６０ｈ移動させる試験
を行い、そのときの摩耗試験片の比摩耗量を調べた。な
お、この試験において、潤滑剤は使用していない。

（以下、余白） 第４表より、本発明方法に従い製造したＮα１〜階６（
本発明例）は摩耗量が少ないが、比較例の胤７のように
炭化タンタル（ＴａＣ）の粒度および添加量が本発明で
規定する範囲より少ない場合、およびに８〜ＮｃｌＯの
ようにＴａＣの添加量は本発明で規定する範囲であるが
、その粒度が小さい場合、並びにＮ１１ｌｌと阻１２の
ようにＴａＣの粒度は本発明で規定する範囲であるが、
添加量が少ない場合、何れも摩耗量が大きい、また、Ｉ
＆Ｌ１３とＮｏ、１４のように母材粉末の粒径が４４μ
婦超える場合も摩耗量が大きい。

（発明の効果） 以上説明した如く１本発明方法によれば母材中に金属炭
化物が・均一分散した工具を製造することができるので
、得られる工具は従来の炭化物系の工具よりも高い耐摩
耗性を示すとともに優れた靭性をも有する。

【図面の簡単な説明】

添付図は、各種の金属炭化物粉末の比重と母材粉末（高
速度＠　５Ｋｏｌｏ）との比重の比と押出し成形後の金
属炭化物の分散状態との関係を調べた結果を示すグラフ
、 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粒径が４４μｍ以下である鉄系合金のアトマイズ粉末と
   、この粉末よりも比重が大きく粒径が１〜１０μｍの金
   属炭化物粉末とを、金属炭化物粉末が体積率で１０〜４
   ０％となるように混合した後、この混合粉末をカプセル
   に充填し、カプセル内を脱気および密閉した後、前記ア
   トマイズ粉末の固相線以下の加熱温度で押出比４以上の
   押出し成形を行うことを特徴とする工具の製造方法。