JPH03115541A

JPH03115541A - Ｗｃ基硬質合金

Info

Publication number: JPH03115541A
Application number: JP1253378A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Imazato; 州一今里; Osamu Ishibashi; 修石橋
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1991-05-16
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JP2813005B2

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ＷＣ−Ｃｏ系やＷＣ−Ｎｉ系の超硬質合
金が利用されて来た耐摩耗性を必要とする分野で用いる
合金に関し、更に詳しくはＣｏやＮｉ等の金属結合相を
含まず微細な硬質物粒子のみで構成され、優れた耐食性
、耐酸化性を有し、平滑で面粗度の良い鏡面を提供し得
るＷＣ基硬質合金に関するものである。

〈従来の技術〉従来からＷＣを硬質相とし、ＧｏやＮｉ等の金属を結合
相とする超硬合金は、高硬度、高強度ゆえに切削工具、
耐摩耗工具材料として広（用いられて来た。

又近年では腐食環境下で用いられる機械部材への適用も
広がり、優れた耐食性、耐酸化性が求められ、この様な
分野に於いては、ＣｏやＮｉ等の金属結合相を含まない
超硬合金として、平均粒子径が１．０〜１．５ａｍのＷ
Ｃ粉末を用いたＷ　Ｃ−Ｔｉｃ−ＴａＣ系バインダーレ
ス合金が用いられる。

〈発明が解決しようとする課題〉上記ＣｏやＮｉ等の金属結合相を含む超硬合金は、平滑
な鏡面を得る際に問題がある。即ち、平滑な鏡面を得る
ためには、研削加工後ダイヤモンドバヴダー等でラップ
仕上加工を行うが、この際ＷＣ硬質相とＣｏやＮｉの結
合相との硬度差により凹凸を生じ平滑な面が得難いので
ある。

この問題を解決する為に、ＷＣ粒子を微細化しＷＣ粒子
の平均自由行程（結合相相厚）を小さくする事によりラ
ップ時の凹凸を極力防止し、面粗度を向上させる方法が
採られいるが、更に平滑な鏡面が望まれている。なおこ
の平滑な鏡面は高温域でも保持される事が望ましいが、
結合金属相であるＣｏやＮｉの酸化温度が低く、耐酸化
性に劣り使用に制限を受けるのである。

一方上記Ｗ　Ｃ−Ｔｉｃ−ＴａＣ系バインダーレス合金
は、結合相が無いので、緻密な焼結体を得る為には焼結
温度が１７００℃以上と非常に高温を必要とし、その為
にＷＣ粒子が粒成長し易く、エネルギー的にも問題があ
る。更には曲げ強度も結合相を含有していない為に８０
〜１２０ｋｇ／ｎ＋ｍ”程度と、ＷＣ−Ｃ。

系超硬合金に比べて低く、強度の向上が望まれている。

本発明は、上記従来の超硬合金の欠点を解消し、耐食性
、耐酸化性に富み、平滑で面粗度の良い鏡面を得ること
が出来る硬質合金を提供することを目的とするものであ
る。

く課題を解決する為の手段〉上記本発明の目的は、次の如き手段を採用することによ
り達成出来る。即ち、炭化タンタル０．１〜５重量％、
炭化チタン０．１〜５重量％、窒化チタン０．１〜５重
量％の中の少なくとも１種を含有し、残部が炭化タング
テン及び不可避不純物から成り、しかも上記炭化タング
ステンの平均粒子径が０．７μｍ以下である様なＷＣ基
硬質合金である。

又この硬質合金に更に炭化クロム０．１〜２重量％。

炭化バナジウム０．１〜２重量％の中の少なくとも１種
を含有せしめるとより微細な結晶の合金が得られるもの
である。

なお上記ＷＣ基硬質合金中、炭化タンタル、炭化チタン
、窒化チタンは、共に焼結を促進する焼結助剤として働
くものであり、その量が０．１重量％未満では焼結促進
効果が見られず、逆に５重量％を越えると、炭化タンタ
ルの場合にはその融点が高い為に焼結が困難となり有孔
度が悪くなるし、炭化チタン、窒化チタンの場合では粗
大なβ相と呼ばれる相が析出し著しく強度が低下する。

又炭化クロム、炭化バナジウムは、単体又は複合添加に
より焼結時の粒成長抑制剤として働くものであるが、そ
の量が０．１重量％未満では粒成長抑制効果はなく、一
方２重量％を越えると焼結時に粗大に析出し、合金自体
の靭性低下をもたらす。

次にＷＣ粒子径を０．７μｍ以下とするのは、後述する
実施例でも明らかな如く、１６００°Ｃ程度の温度でも
十分に焼結され高強度の合金を得んが為である。

〈作用〉本発明合金は、使用するＷＣ粒子の平均粒子径を０．７
μｍとなし、適当な炭化物、窒化物の添加物を選択する
事により、１６００°Ｃ位の低温でも十分に緻密化する
。この現象は、焼結体の粒子が微細化する程粒子比表面
積が太き（なり、粒子表面に存在する表面エネルギーが
大きくなる。この表面エネルギーが焼結時の焼結駆動力
となり、低温での焼結が可能となる為である。

従って、本発明合金にあっては、低い焼結温度で十分な
焼結が出来る為に、ＷＣ粒子を粒成長させ、ず均一で微
細な焼結体を得ることが出来る。

〈実施例〉・以下本発明の実施例を比較例と共に示す。

尖施炎土原料粉末として、平均粒子径０．６μｍのＷＣ粉末、同
１．５ａ　ｍのＷＣ粉末、同１〜１．５μｍのＴｉｃ。

ＴＶ４ａＣ＋Ｃｒ３Ｃ１＋　Ｖ　Ｃ粉末を用い、これら
の原料粉末をそれぞれ第１表に示す組成に配合し、アル
コール中温式ボールミル３日間混合後減圧乾燥した。

得られた混合粉末を１　ｔｏｎ／ｃ４の圧力で圧粉体に
プレス成形し、該プレス成形体を１０−”Ｔｏｒｒ、の
真空中で１６００〜１７５０°Ｃの温度で焼結し、本発
明合金Ｎα１〜１０．比較合金Ｎα１１〜１８を得た。

これらの合金の相対密度、硬度及び抗折力を第１表に示
す。

、第１表に示される結果より、本発明合金随１〜ｌＯは
、いずれも１６００〜１６５０℃の温度で相対密度９９
．５％以上に緻密化しており、十分焼結している事が判
る。

一方比較合金は、！？２０−１７５０℃の高温では相対
密度が９９．５％以上に達しているが、１６００〜１６
５０”Ｃの焼結では、９４〜９６％と低く、焼結が不十
分である事が判る。又本発明合金は、いずれも硬度Ｈ，
Ａ９４以上、抗折力１５０ｋｇ／Ｉａｍ”以上となって
いるのに対し、比較合金では十分に緻密化した合金でも
１１８Ａ９３．０〜９３．７．抗折力１００〜１２０ｋ
ｇ／ＩＩＩｍ”と劣っている事が判る。

災胤１試料として、上記実施例１の本発明合金Ｎα１゜比較合
金Ｎα１１．−船釣なＷＣ−Ｃｏ超微粒超硬合金を用い
、２０００番のダイヤモンドホイールにて研削加工後、
約１ａｍのダイヤモンドパウダーを用いてラップ鏡面仕
上加工を行い、それぞれ鏡面加工材を得た。

これらの３個の試料につき、それぞれ面粗さ（Ｒｍａｘ
　：μｍ）を測定し、その後４５０℃大気中に保持し、
３時間後及び６時間後のそれぞれの面粗さを測定し、そ
の結果を第１図に示す。

第１図に示す結果より、鏡面仕上後の面粗度は、本発明
合金Ｎａｉが最も優れ、次にＷＣ−Ｃｏ超微粒合金、比
較合金ＮＩＩＬＩＩの順である事が判る。又酸化テスト
後の結果ではＷＣ−Ｃｏ超微粒合金は時間の経過と共に
著しく面粗度が悪くなっており、これはＣｏの酸化開始
温度が約３００°Ｃと低温であり、Ｃ。

が酸化した為だと考えられる。

これに対し本発明合金隘１は、高温でも優れた面粗度が
維持されている事が判る。

裏隻皿主試料として、上記実施例１の本発明合金Ｎａｌ。

比較合金Ｎα１１．市販のＪＩＳＫ２０相当合金（ＷＣ
−６重量％Ｃｏ）を用い、２００番のダイヤモンドホイ
ールにて研削加工仕上し、腐食試験片とした。

腐食試験は、ＨＣＩ、ｌ１ｔＳＯａ、ｌｌＮＯｘのそれ
ぞれ１０％溶液に、液温５０°Ｃの下で２４時間浸漬し
た後、腐食減量を測定し、単位時間当たりの腐食量を求
め、腐食速度Ｃｇ／ｌａ”・ｄａｙ）とし、その結果を
第２表に示した。

第２表上記第２表の結果より、いずれの溶液に於いても腐食速
度は、ＷＣ−６重量％Ｃｏ、比較合金Ｎ１１ｌｌ。

本発明合金Ｎａｉの順となり、金属結合相Ｃｏを含有す
るＷＣ−６重量％Ｃｏ合金は、Ｃｏ溶出により耐食性に
劣り、金属結合相を有しない本発明実施例１と比較合金
Ｎα１１の方が数段価れている事が判る。

又本発明合金Ｎ１１ｌは、微細な炭化物粒子のみで構成
されている為、粒界腐食現象が防止出来、比較合金Ｎａ
　１１よりも更に耐食性に冨む事が判る。

なお上記本発明合金Ｎα１．比較合金Ｎα１１及び市販
のＪＩＳＫ２０相当合金（ＷＣ−６重量％Ｃｏ）の顕微
鏡組織写真（倍率１０００倍）をそれぞれ第２図〜第４
図に示す。これらの写真よりＷＣ−６重量％Ｃｏ合金は
、硬質相（ＷＣ相）と結合相（Ｃｏ相）の２相より構成
されている事、比較合金Ｎ（１１１は結合相は含有して
いないが、炭化物（ＷＣ粒子）が粗大化しており、高温
での焼結により粒成長したものである事が判る。

一方本発明合金阻１は、微細で均一な炭化物粒子のみで
構成されている事が観察される。

〈発明の効果〉以上述べて来た如く、本発明の硬質合金は、金属結合相
を含まず微細な粒子のみから構成されている為に、低温
で十分に緻密な焼結体が得られ、高硬度、高強度で耐食
性にも優れ、かつ平滑で面粗６度の良い鏡面を現出出来
るものであり、従来の超硬合金に比し幅広い用途に活用
出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例２に於ける酸化テストの結果を示
すグラフ、第２図〜第４図はそれぞれ本発明合金Ｎａ　
１　、比較合金随１１及びＷＣ−６１ｉ量％Ｃｏ合金の
顕微鏡組繊写真で倍率は共に１ｏｏｏ倍である。

Claims

【特許請求の範囲】１、炭化タンタル０．１〜５重量％、炭化チタン０．１
〜５重量％、窒化チタン０．１〜５重量％の中の少なく
とも１種を含有し、残部が炭化タングステン及び不可避
不純物から成り、しかも上記炭化タングステンの平均粒
子径が０．７μｍ以下であることを特徴とするＷＣ基硬
質合金。２、請求項１に記載の合金に於いて、更に炭化クロム０
．１〜２重量％、炭化バナジウム０．１〜２重量％の中
の少なくとも１種を含有することを特徴とするＷＣ基硬
質合金。