JPH03173739A - 強度および耐蝕性に優れる超硬合金 - 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］ 本発明は粉末冶金法による強度および耐蝕性に優れる超
硬合金に関するものである。

［従来技術］ 一般的に、粉末冶金法によるＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、
強度および硬さ等の優れた機械的性質を有しているため
に、主として耐摩耗性材料および切削工具材料として広
く使用されている。

しかし、このＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、化学的に腐蝕さ
れ易い環境において使用する場合には、耐蝕性が不充分
であるという問題がある。

例えば、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は、オーステナイト系ス
テンレス鋼と比較すると、硫酸中における耐蝕性がやや
劣り、さらに、硝酸中においては耐蝕性が著しく劣るこ
とは知られている。そして、このＷＣ−Ｃｏ系超硬合金
の耐蝕性は、主に結合相の特性に依存していると考えら
れる。

従って、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金の耐蝕性を改善したもの
として、いままでも粉末冶金法によるＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ
系合金、或いは、粉末冶金法によるＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ系
合金等が開発されて発表されている。

そして、これらの各合金が耐蝕性に優れている理由は、
含有されているＮ１ＩＪ（Ｃｏに比較して腐蝕生成物を
生じる時の自由エネルギー変化が大きいこと、および、
Ｎｉ中に固溶されるＷの量がＣｏに比較して３〜５倍と
大きいこと、また、Ｃｒは酸化性環境の下で不働体皮膜
を形成すると考えられていることに基づくものである。

しかし、これらＷＣ−Ｇｏ−Ｎｉ系合金およびＷＣ−Ｃ
ｏ−Ｃｒ系合金等の合金は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に比
較して、耐蝕性は改善されてはいるが、強度および硬さ
等の機械的性質が劣っており、超硬合金としての本来の
性能が充分に発揮されていないので、用途は自ずと限定
されたものとなっていることは否めない事実である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記に説明した従来の超硬合金である粉末冶金
法によるＷＣ−Ｇｏ−Ｎｉ系合金は粉末冶金法によるＷ
Ｃ−Ｃｏ系超硬合に比較してＷＣ粒子が異常粒に成長し
易（なり、また、粉末冶金法によるＷＣ−Ｇｏ−Ｃｒ系
合金は粗大なりロム炭化物が析出して、何れも耐蝕性は
充分使用に耐えるけれども、強度が著しく低下するとい
う問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行なった結果、
耐蝕性を損なうことなく強度および硬さ等の超硬合金の
特性を著しく向上させるために超硬合金の硬質粒子の主
としてＷＣ粒子の粒径、結合相組織、合金炭素量等を適
正に調整することにより、従来の粉末冶金法によるＷＣ
−Ｇｏ−Ｎｉ系合金およびＷＣ−Ｇｏ−Ｃｒ系合金のよ
うに耐蝕性は充分であるが機械的性質が劣化するという
問題点を解決できることを知見し、機械的性質、特に、
強度および耐蝕性に優れる粉末冶金法による超硬合金を
開発したのである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕性に優れ
る超硬合金の特徴とするところは、Ｎｉを３０質量％以
上含有するＣｏ−Ｎｉ合金結合相を５〜２５質量％、 Ｃｒ５Ｃｔ　　結合相に対して２〜１５質量％、ＭＯＩ
Ｃ結合相に対して２〜ｌＯ質漬％を含有し、かつ、 Ｍｏ／Ｃｒモル比が０．１〜１．０ であり、残部ＷＣよりなることにある。

本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕性に優れ
る超硬合金について、以下詳細に説明す即ち、本発明に
係る粉末冶金法による強度および耐蝕性に優れる超硬合
金は、粉末冶金法によるＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金
に、さらに、少量のＭＯＩＣを含有させることによって
、Ｎｉを多量に含有されていてもＷＣ硬質粒子の成長が
抑制され、さらに、結合相を固溶強化する機構とも相ま
って高強度合金が得られるのである。

この場合、Ｃｒ５Ｃｔの含有量は、Ｎｉを３０質屑％以
上含ａするＣｏ−Ｎｉ合金の結合相に対して、２質量％
未満では硬質粒子（ＷＣ）の成長を抑制する効果や、結
合相を固溶強化する効果が不充分であり、また、Ｃｒ　
ｓ　ｅ　ｔの含有量が１５質飛％を越えて多量に含有さ
せるとＣｒｓ　ｅ　を粒子は結合相中に全部固溶せず、
一部析出粗大化して強度が低下してしまう。よって、Ｃ
ｒ３Ｃ２の含有量は、Ｎｉを３０質ｍ％以上含有するＣ
ｏ−Ｎｉ結合相に対して２〜１５質量％とする。

また、Ｍｏ、Ｃの含有量は、Ｎｉを３０質ｍ％以上含ａ
するＣｏ−Ｎｉ合金の結合相に対して２質量％未満では
硬質粒子（ＷＣ）の成長を抑制する効果や、結合相を固
溶強化する効果がは不充分であり、また、ＭＯＩＣの含
有量が上記結合相に対してｌＯ質量％を超えて多量に含
有させるとＭｏｅＣ粒子は結合相中に全部固溶せず、一
部析出粗大化して強度が低下してしまう。よって、ＭＯ
ＩＣの含有量はＮ１をａｏ＊ｍ％以上含有するＣｏ−Ｎ
ｉ合金結合相に対して２〜ｌＯ質量％とする。

しかして、Ｍｏｗ　Ｃは単独で含有させても効果は少な
く、かえって強度が低下してしまうのであり、Ｃｒを同
時に含有させることが必要であり、この場合、Ｍｏ／Ｃ
ｒ質虫比を適正に保つことが重要であり、この範囲は０
．１〜１．０とするのがよく、Ｍａｔ　Ｃが０．１より
少ないと硬質粒子（ＷＣ）の成長を抑制する効果は不充
分であり、また、ｌ、０より多いと強度が低下する。よ
って、Ｍｏ１０ｒ質量比は０．１〜！、０とする。

さらに、超硬合金として適正な強度および硬さを保有す
るためには、Ｎｉが３０質量％以上含有するＣｏ−Ｎｉ
合金結合相は５〜２５質量％とする必要があり、５質量
％未満では強度低く、また、２５質潰％を超えると硬さ
が不充分となる。よって、Ｎｉを３０質量％以上含有す
るＧｏ−Ｎｉ合金結合相は５〜２５質量％とする。

第１図に機械的特性について示す。即ち、結合相中のＮ
ｉ含有量と抗折力と硬さとの関係を示してあり、本発明
に係る強度および耐蝕性に優れる超硬合金（ＣｒａＣ，
＋Ｍｏ２Ｃ含有）は、Ｃｒ１Ｃｔ単独含有の場合より優
れていることがわかる。なお、第１図において、Ｃｒ　
ｓ　Ｃｘが×は０％、△は０．５％、ムは１．０％であ
り、ｃｒ、ｃｔ＋Ｍｏｔｃｈ＜ｏは０．５＋０．５％、
・は１．０＋１．０％である。

一般に粉末冶金法による超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金）は
、アルカリには侵され難いが、酸に対する耐蝕性はあま
り強くなく、特に、酸素消費型の硝酸には著しく腐蝕す
る。

しかし、本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕
性に優れる超硬合金において、Ｎｉ／Ｃ。

比を３０／７０以上とＮｉの含有量を多くすることによ
り、さらに、Ｃｒ３０＊を含有させることによって腐蝕
量を著しく減少することがわかった。

また、Ｍｏ＊Ｃは積極的に耐蝕性を改善することはない
が、結合相中のＮｉの含有量が多い場合には、耐蝕性に
悪影響のないことがわかった。

そして、水素発生型の塩酸中における耐蝕性は、粉末冶
金法によるｗｃ−Ｃｏ合金でも既にかなり良好であるか
ら、本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕性に
優れる超硬合金においても大きな差異はなかった。

なお、本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕性
に優れる超硬合金のＮａＯＨ中における腐蝕減量を調査
したところ、減量は殆ど認められなかった。従って、Ｃ
ｏ−Ｎｉ合金結合相中のＣ。

とＮｉとの比率はＮｉ／Ｃｏ＝３０／７０〜ｌ　００１
０の範囲がよく、Ｎｉがこの範囲より少ないと耐蝕性が
不充分となる。

第２図により耐蝕性について説明する。この第２図にお
いてはＣｏ−Ｎｉ合金結合相中のＮｉ含有量と腐蝕減量
との関係について示しである。なお、腐蝕は３０℃のｌ
Ｏ％ＨＮＯ，の溶液において、２４時間浸漬した場合の
腐蝕減量である。また、Ｃｒ５ｅｔ含有量はＸは０％、
ムは１．０％であり、ＣｒｚＣｔ＋Ｍｏ１Ｃ含有量はＯ
は０．５＋０．５％である。

この第２図から粉末冶金法による本発明に係る強度およ
び耐蝕性に優れる超硬合金は腐蝕減量が極めて少ないこ
とがわかる。

［実　施　例〕 本発明に係る粉末冶金法による強度および耐蝕性に優れ
る超硬合金の実施例を比較例と共に説明する。

実施例 使用原料粉末 平均粒径１．５μ嘴のタングステン・カーバイド（ＷＣ
）粉末 平均粒径ＩＪμｍのコバルト（ｃｏ）粉末平均粒径１．
８μｍのニッケル（Ｎ　ｉ）粉末平均粒径１．９μｍの
クロム・カーバイト（ＣｒｓＣｘ）粉末 平均粒径１．９μｍのモリブデン・カーバイド（Ｍｏｗ
　Ｃ）粉末 製造法 上記の各粉末を用いて、第１表に示すように、ＷＣ−（
３〜３０）質量％（Ｃｏ−Ｎｉ）−（０〜３）質量％ｃ
ｒ３ｃ＊　　（０〜３）質量％Ｍｏｗ　Ｃの組成に配合
し、有機溶媒とともにアトライタを使用して８時間湿式
混合を行った。

湿式混合後乾燥して製造された粉末を、２ｔ／Ｃがの成
形圧力により５ＸＩＯＸｂ を成形した。

この試験片を１４００℃の温度において真空焼結を行っ
たのち、Ａｒガス中において１３００℃の温度で１時間
のＨＩＰ処理を行った。

製造された焼結体を研削加工を行ない、４×８Ｘ　２４
　＋ｕ’のＪＩＳ抗折試験片を製造した。

この試験片を使用して抗折力、破壊靭性値および硫酸中
における腐蝕減量を調査した。

第１表にその結果を示す。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る粉末冶金法による強
度および耐蝕性に優れる超硬合金は上記の構成を有して
いるものであるから、超硬合金としての強度および硬さ
の優れた機械的性質を有しており、さらに、酸に対する
耐蝕性にも優れているという効果を有しているものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＷＣ−１０％（Ｃｏ−Ｎｉ）超硬合金の結合用
組成と抗折力および硬さとの関係を示す図、第２図はＷ
Ｃ−１０％（Ｃｏ−Ｎｌ）超硬合金の結合相組成と硝酸
中の腐蝕減量との関係を示す図である。 牙１図 配合相中ＦＪ１ｉ　（ＯＡ＞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎｉを３０質量％以上含有するＣｏ−Ｎｉ合金結合相を
   ５〜２５質量％、 Ｃｒ＿３Ｃ＿２結合相に対して２〜１５質量％、Ｍｏ＿
   ２Ｃ結合相に対して２〜１０質量％ を含有し、かつ、 Ｍｏ／Ｃｒ質量比が０．１〜１．０ であり、残部ＷＣよりなることを特徴とする粉末冶金法
   による強度および耐蝕性に優れる超硬合金。