JPH0382766A - 耐摩工具用被覆超硬合金 - 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」 この発明は被覆超硬合金、例えばパンチ、ヘッダー等の
冷間鍛造用工具、打抜用工具、あるいは温熱鍛造用のソ
リッド工具等のように耐摩耗性と靭性を兼ね備える必要
のある工具に使用するための耐摩工具用被覆超硬合金に
関するものである。

「従来の技術」 従来から耐摩、耐衝撃用工具の材料としてタングステン
カーバイド（ＷＣ）粉末と鉄族金属、例えばＣＯ粉末を
混合してプレス成形し、焼結して製造するｗＣ−ｃｏｏ
合金（超硬合金）が用いられている。

このＷＣと鉄族金属の合金、例えばｗｅ−ｃ。

系合金はＷＣ合金粉末の粒度、焼結条件やＷＣと鉄族金
属であるＣＯの配合量の比率によって耐摩耗性や靭性が
異なるので、それらを調節して両者の向上を図ることが
行われてきた。

しかしこの材料に対して耐摩耗性（硬度）と靭性（強度
と耐衝撃性）は相互に相反する性質であり、ｗｃ−ｃｏ
系超超硬合金おいてＣＯ量を増加すると高靭性は得られ
るが必然的に耐摩耗性（硬度）が低下する性質がある。

（特開昭６１−１７９８４６号には理論炭素量より少な
い炭素を含むｗｃ５３末とＣＯ粉末を混合焼結したη相
を有する超硬合金を浸炭処理してη相の無い表面層を形
成することによって問題を解決する方法が開示されてい
る。そして浸炭処理によって表面からη相が消滅すると
ともに、ＣＯ含有量が表面で減少し、次いで増加するよ
うに結合相が流動することが示されている。しかし開示
された超硬合金では表面の硬度が低下して耐摩耗性が悪
く、またη相を含む超硬合金は靭性がなく、前記問題を
解決することはできない。）これに対しＷＣ−Ｃｏ系超
硬合金の表面に、ＴｉＣ，ＴｉＮ、Ａｌｔｏｓ　等の硬
度の高い物質を被覆して表面の耐摩耗性を向上させた耐
摩耗性被覆超硬合金が研究されてきた。

「発明が解決しようとする課題」 ところがＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に前記の材料を被覆する
と応力で発生する被覆層の微細な亀裂等によって使用し
た際の超硬合金の強度（靭性）が大幅に低下してしまう
ので、結局被覆超硬合金の用途が制限されてしまうとい
う課題があった。

この発明は高い耐摩耗性と同時に高い靭性を有するソリ
ッド工具用等の被覆超硬合金を提供することを目的とす
るものである。

「課題を解決するための手段」 この発明はＷＣと鉄族金属からなる超硬合金において、
超硬合金の表面から１０〜１１０００７ｚの深さまでの
間に、厚さが５〜１００μｍの鉄族金属の結合相量（含
有量）が超硬合金内部に比し１．２〜５倍に富化された
富化層（高靭化層）を有し、該超硬合金の表面にＴｉＣ
，ＴｉＮ、Ｔ１ＣＮ。

ＡｈＯｓの１種以上を被覆してなる耐摩工具用被覆超硬
合金工具であり、前記課題を解決するものである。

この場合に合金の表面と富化層との間の合金は中心部と
異なる組成でもよく、中心部より鉄族金属の含有量が少
なくて硬度が高くまた中心部より被覆材料を被覆し易い
組成としてもよい。

「作用」 本発明の超硬合金では合金表面から１０〜１０００μｍ
の深さの間に存在させた厚さが５〜１００μｍの合金内
部に比し１．２〜５倍に結合相量を富化させた富化層（
高靭化層）の存在によって超硬合金の靭性が付与される
。

富化層が表酊から１０μｍ以下の浅い場所に存在するの
では使用による工具の摩耗の進行によって富化層すなわ
ち高靭化層が露出して耐摩耗性が低下する。また富化層
が１０００μｍ以上の深さにあるのでは靭性低下を防止
するという高靭化層の効果が十分でない。

高靭化層（富化層）の厚さが５μｍ以下では耐摩工具と
しての靭性向上の効果が不足するし、厚さが１００μｍ
を越えると表酊部に塑性変形をもたらすので好ましくな
い。また高靭化層内の結合相量は合金内部に比し１．２
〜５倍がよく、この比率が大きい程高靭化層の厚さを小
さくすることができる。

本発明の超硬合金工具ではＴｉｅ、ＴｉＮ、Ｔ１ＣＮ。

Ａｌ　２０．の１種以上の材料を被覆するが、これらの
材料は非常に高い硬度を有するので耐摩耗性が確保され
る。また表面から１０〜１０００μｍの深さの間にある
高靭化層（富化層）によって靭性が確保され、被覆によ
る靭性の低下が防止できる。

これらの材料を２種以上組み合わせる場合ｔこＡｌ　２
０ｇは靭性が特に低いので、下層にＴｉＣ。

Ｔ　ｉＮ＋　Ｔ　ｉＣＮを被覆しその上にｋｌｔｏｓを
１μｍ以下の厚さに被覆することが好ましい。そして全
被覆厚さは耐摩耗性、靭性および剥離性等を考慮して０
．５〜５μｍ程度とするのがよい。

本発明の超硬合金を製造するには、ＷＣと鉄族金属の粉
末を比率を異にしてプレスした圧粉体を焼結する。或い
は本体となる圧粉体に適当な成分の層を形成した板状の
圧粉体をラミネート構造にプレス成形して焼結する。或
いは同一組成の圧粉体を焼結工程、あるいは焼結後に液
相、固相状態で高温で脱炭処理、浸炭処理を繰り返して
超硬合金の表面での結合相の流動を利用して製造するこ
とができる。

またＴＩＣ，ＴｉＮ、Ｔｉ０Ｎ、Ａｌ２Ｏ，の１種以上
の被覆は通常の化学蒸着法（ＣＶＤ法）や物理蒸着法（
ＰＶＤ法）によって行うことができる。

「実施例」 実施例１゜ 中心部にＷＣ−１０％ＣＯの混合粉末、その周辺にＣＯ
粉末を多量、すなわち（Ａ）１２％、（Ｂ）２０％、（
Ｃ）４０％、（ｇｓｏ％ＣＯを含む混合粉末を挿入した
後、さらにその外側に７％ＣＯを含有する粉末を挿入し
て所定のパンチ形状にプレス成形して１３６０°Ｃで真
空雰囲気中で焼結して超硬合金を造った。その場合に第
１表の構造となるように充填量を調整した。

第　１　表　（Ｃｏ量％、深さμｍ） これらの合金の表面にＣＶＤ法により３μｍの厚さにＴ
ｉＮを被覆した。

前記の試料合金と比較のための全体が１０％ＣＯ及び２
０％ＣＯの合金のパンチを用いて、５Ｃｒ（Ｃｒ鋼）２
１を断簡減少率（加工前後の素材断百積の変化率）５８
％、押し出し長さ（押出し加工によって変化させた長さ
１０門に押出し加工試験を行った。

その結果、本発明合金のＡ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄの各試
料ではそれぞれ１８万個、２０万個、４０万個。

３５万個のショットが可能であったが、比較のための１
０％ＣＯ合金では０．１万個で割損し、２０％ＣＯ合金
では１万個で摩耗寿命となった。

実施例２゜ 実施例１のＢの組成の合金において、高靭化層の厚さを
それぞれ５，２０，６０，１００μｍ（各試料Ｅ、　　
Ｆ、　　Ｇ、　Ｈとする）とした試料を造って、実施例
１と同じ試験を行った。

結果は試料合金Ｅ、　　Ｆ、’Ｇ、　　Ｈはそれぞれ１
３万個、１８万個、３８万個、３７万個のショットが可
能であった。

「発明の効果」 以上に詳しく説明したように本発明の耐摩工具用超硬合
金は表面に硬質膜をもうけることによって耐摩耗性が付
与され、該硬質膜による超硬合金の強度（靭性）の低下
は表面近傍にもうけられた高靭化層によって補われ、靭
性の低下はなく、むしろ従来の超硬合金のみの場合より
靭性が向上する。すなわち本発明の合金は合金表面近傍
のＣＯ等の鉄族金属結合相を富化した層をもうけ、且つ
合金表酊にＴｉｃ、　ＴｉＮ、　ＴｉｃＮ、Ａ１２ｏｓ
の１種以上の被覆をすることによって合金強度を低下さ
せることなく高度の耐摩耗性を有せしめることができる
のであり、従来の超硬合金の耐摩耗性と靭性が相反する
という性質を克服できて耐摩工具用超硬合金として非常
に有効なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ＷＣと鉄族金属からなる超硬合金工具において、超
   硬合金の表面から１０〜１０００μｍの深さまでの間に
   鉄族金属の結合相量（含有量）が超硬合金内部に比し１
   ．２〜５倍に富化された富化層（高靭化層）を有し、該
   超硬合金の表面にＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，Ａｌ＿２
   Ｏ＿３の１種以上を被覆したことを特徴とする耐摩工具
   用被覆超硬合金工具２．富化層の厚さが５〜１００μｍ
   であることを特徴とする請求項１記載の耐摩工具用被覆
   超硬合金工具