JPH0436407A - タングステン焼結合金の製造方法 - 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、高比重で且つ高靭性が要求される弾心材やタ
イルなどの用途に好適な高靭性タングステン焼結合金の
製造方法の改良に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕高比重で
且つ高靭性が要求される弾心材やタイルなどの用途には
、従来からＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系の焼結合金が用いられてき
たが、最近は性能向上の見地から同合金に対する一層の
靭性向上の要求が強くなってきている。

ところで、Ｗ−Ｎｉ−４ｅ系の焼結合金は、組織中のＷ
粒同士の結合力が最も弱い。このため、当該合金の靭性
を向上させるにはＷ粒同士の接触粒界を減らすことが重
要である。Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ系焼結合金の場合、連続焼結
炉の予熱室を経て液相焼結室内に送りこまれた成形材料
を焼結温度で所定時間加熱する。数％のＮｉ−Ｆｅ成分
にＷが固溶してなるＮ１−Ｆｅ−Ｗ成分が約１４５０°
Ｃの融点より２０〜４０°Ｃ高い温度に加熱されて液相
焼結され、Ｗ粒同士の接触粒界へ液相が侵入し、合金組
織の緻密化が促進される。その後、冷却室で冷却するこ
とによって焼結中に固相であったＷ粒の回りを液相から
凝固したＮ１−Ｆｅ−Ｗ成分が取り囲む組織となり、Ｎ
１−Ｆｅ−Ｗ成分の延性によって焼結合金の延性が向上
する。

なお、基本的にはＮ１−Ｆｅ−Ｗ成分であるが、更にそ
の他の成分として、必要に応じコバルト（Ｃｏ）が添加
されることがある。ＣＯはタングステン焼結合金の強度
を向上させるために添加されるものであり、その含有量
が多過ぎると延性の劣化を招くから０．５ｗｔ％以下が
適当とされるが、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ成分の場合の融
点は１４７０℃になる。

いずれにしても、液相焼結温度から冷却する際の冷却速
度は、通常３〜６°（：／ｍｉｎ程度が一般的であるが
、その冷却過程でＷ粒の回りを囲む液相が排出されて再
びＷ粒同士の接触が生じてしまい、所期の延性が得にく
い。そこで、液相焼結温度からの冷却速度を８℃／ｍｉ
ｎ以上にして急冷させることによりＷ粒同士の再接触を
防止し、延性の向上を図る方法が知られている。しかし
ながら、液相焼結温度から急冷すると、液相の急速な凝
固収縮によるひけ巣（空孔欠陥）が発生して、延性が大
きく劣化する（Ｇ、Ｐｅｔｚｏｗ　ｅｔ　ａｌ−＋“Ｍ
ｏｄｅｒｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｎｔｓ　ｉｎ　Ｐｏｗ
ｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ”、Ｖｏｌ、１４（１９
８１）　、　１８９−２０３．）。

本発明者らの冷却速度についての詳細な研究によれば、
液相温度からの冷却速度を速くすると、連続焼結炉内を
進行している被焼結材料の後端部に、特に、凝固収縮に
よるひけ巣が発生し易い。

その結果、靭性劣化又はひけ巣部分の切捨てによる歩留
り低下を招くという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
ものであり、液相焼結温度冷される材料の後端部に熱を
補給して深いひけ巣が発生することを防止した高靭性の
タングステン焼結合金の製造方法を提供することにより
上記従来の問題点を解決することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、タングステン８５〜９８ｗｔ％、残部がニッ
ケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）と更に必要に応じて含まれる
コバルト（Ｃｏ）からなる組成の圧粉成形体をトレー内
に収納し、連続炉で予熱、液相焼結、冷却の工程を経て
焼結するタングステン焼結合金の製造方法において、前
記トレー内の成形体の後端部に前記タングステン焼結合
金と類似の融点を有する金属又は合金を配置して焼結す
る。

〔作用〕

材料を融点以上の温度に加熱するとＦｅ−Ｎ１（−Ｃｏ
）成分にＷが固溶したＦｅ−Ｎ１（−ＣＯ）−Ｗ成分が
液相となり、固相であるＷ粒同士の接触粒界に侵入する
。かくして分離されたＷ粒同士は、冷却速度を８°Ｃ／
ｍｉｎ以上にして急冷することにより再接触することが
防止され、Ｗ粒の回りをＦｅ−Ｎｉ　　（−Ｃｏ）　−
Ｗ成分が取り囲んだ組織となり、延性が向上する。本発
明においてトレー内の成形材料の後端部に配置したタン
グステン焼結合金と類似の融点を有する金属又は合金は
、上記加熱の際に溶融する。そして冷却の際は、当該溶
融金属または合金の凝固潜熱が成形材料の後端部に与え
られる。この外部からの熱の補給により、成形材料の後
端部のみは急冷されずに徐々に凝固する。したがって深
いひけ巣は発生しない。ひけ巣深さが浅ければ十分良い
歩留りで製品加工が可能であるから、急冷により靭性が
向上した高靭性タングステン焼結合金を歩留り良く製造
することができる。

以下、更に詳細に説明する。

本発明のタングステン焼結合金の主組成は、タングステ
ン（Ｗ）が８５〜９８＠ｔ％で、残部がニッケル（Ｎｉ
）と鉄（Ｆｅ）及び必要に応じて含まれるコバル）　（
Ｃｏ）である。Ｗ含有量は、所定の高密度を保つために
８５％以上が必要である。

かつ又、タングステン焼結合金を製造する際の液相焼結
工程において完全に緻密化する液相量を確保するため、
９８ｗｔ％以下であることが必要である。ＮｉとＦｅは
、焼結時に液相を発生して高密度化を促進し、かつ材料
の延性を高める結合材として添加される。一方、ＣＯは
タングステン焼結合金の強度を向上させるが、延性を低
下させないために０．５ｗｔ％以下の含有量がよい。

ＮｉとＦｅの重量比率は、液相生成温度を下げて効果的
な液相焼結を実施するために、Ｎｉ：Ｆｅ　＝　０．５
〜４の範囲内にすることが好ましい。

本発明の高靭性タングステン焼結合金の製造は、原料粉
末を混合する混合工程と、この混合粉末を所定の成形型
内で加圧成形する成形工程と、成形した材料を焼結炉で
液相生成温度を越える液相焼結温度に加熱して液相焼結
し、その後冷却ガス気流中で８℃／ｍｉｎ以上の冷却速
度をもって急冷する焼結工程と、焼結完了後の材料を真
空熱処理炉内で熱処理する熱処理工程とを経て行われる
。

しかして本発明者らは、上記焼結工程で、液相焼結後に
冷却する際に通常発生する材料後端部の深いひけ巣によ
る欠陥を防止する方法を鋭意研究し、その結果、液相温
度からの凝固域で、材料後端部に材料外部から熱を与え
ることがひけ巣の防止に極めて有効であること、その熱
の付与の仕方は種々あるが溶融金属の凝固潜熱を利用す
ることが最も実用的で且つ十分な成果が得られることを
確認した。

凝固潜熱を付与するものとしては、タングステン焼結合
金と類似の融点を有する金属又は合金が良い。ここに類
似の融点とは、（タングステン焼結合金の融点＋２５℃
以内）の温度である。この範囲を越える温度の融点を有
する金属または合金を用いると、凝固潜熱の発生時とタ
ングステン焼結合金のひけ巣生成時期とがずれてしまい
、目的を達成することができない。

例えば、棒状の材料を予熱室、液相焼結室、冷却室が連
続している連続焼結炉を用いて棒状に成形した材料を焼
結するような場合、その成形材料は長手方向を炉内進行
方向に向けてトレー内の充填アルミナ粉末（Ａ１２０３
）中に埋め込まれる。

そのとき、当該材料の後端部近くにタングステン焼結合
金と類似の融点を有する金属又は合金を入れたるつぼ等
の容器を配設する。トレーが炉内を進行する過程で、液
相焼結温度に達したタングステン焼結合金材料に液相が
生成されると共に、るつぼ内の類似の融点を有する金属
又は合金が溶融する。ついで液相焼結温度からの冷却過
程に到ると、材料は進行方向の先端から急冷され、後端
側に向かって順次に凝固しつつ進行する。最終的に凝固
する材料の後端部に、凝固収縮によるひけ巣が形成され
るが、近くに配置されたるつぼ内の類似の融点を有する
金属又は合金の冷却凝固に伴い、凝固潜熱が伝達される
。その熱補給のため、材料後端部のみは徐冷されること
となり、急冷による深いひけ巣が発生しない、一方、材
料の後端部以外の部分では、急冷による良好な延性が得
られる。

かくして本発明によれば、タングステン焼結合金の焼結
工程において、材料を液相焼結温度から８℃／ｍｉｎ以
上の冷却速度で冷却する際に、材料後端部に熱が補給さ
れることによって、深いひけ巣の発生が効果的に防止で
きる。ひけ巣の深さが１．５閣以内であれば、焼結完了
後の成形材料を製品に加工する時に、十分に歩留り良く
加工する〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。

第１図は、連続焼結炉内で材料を焼結する際に用いるト
レーの縦断面図で、矢符号Ａは炉内の進行方向を表す。

原料粉末として水素還元タングステン粉と、カーボニル
ニッケル粉と、カーボニル鉄粉と、水素還元コバルト粉
とを用いて、■型ミキサーを用いて混合した。成形は冷
間静水圧プレスを用い、２ｔｏｎ／ｃ１ａの圧力で直径
２５閣、長さ１８Ｃｗ＋の成形体１を得た。成分組成は
９３ｗｔ％Ｗ−４，９ｈｔ％Ｎｉ　　２．０ｗｔ％Ｆｅ
−０，１ｗｔ％ＣＯとした。この成形体１を、第１図に
示すＭｏ製トレー２内のアルミナ粉末３中に埋める。成
形体１の後端付近には、成形体１のタングステン焼結合
金の融点１４７０°Ｃに類似の融点を有する金属または
合金４を充填したアルミするつぼ５を埋設配置した。こ
の実施例では、上記類似の融点を有する金属または合金
４として表１に示す種々のものを用いて比較した。

トレー２を図示しないブツシャ一連続焼結炉に送り液相
焼結した。焼結炉は、予熱室、液相焼結室、冷却室が連
続的に連なっていて、上記のトレー２は炉内の搬送装置
の進行方向を長手方向にして予熱室の入口から送りこむ
。そして予熱室を経て予熱した後、液相焼結室において
Ｈ２気流中で１５００℃の液相焼結温度で６０分間にわ
たり加熱した。この加熱で成形体１の液相生成金属が溶
融すると共にるつぼ５内の類似の融点を有する金属また
は合金４も溶融する。次いで液相焼結室から連続的に冷
却室に移しつつ液相焼結温度から冷却した。この時、成
形体１の内部は初めに冷却室に入る前端部が最も温度が
低くなり、凝固は成形体１の進行と共に順次後方に進む
。最後に成形体ｌの後端に残った液相の部分が冷却され
るが、この部分には、るつぼ５内の類似の融点を有する
金属または合金４の凝固に伴い発生する凝固潜熱が伝達
されて、冷却凝固は比較的徐々に行われる。

焼結炉から取り出した成形体ｌは、真空度１Ｏ−４Ｔｏ
ｒｒＯ下で１１５０°Ｃ，２時間の真空熱処理を行ない
、その後Ａｒガスにより２０℃／ｍｉｎの冷却速度で冷
却し被試験体を得た。この被試験体を切断してひけ巣の
深さを測定した。

表１に類似の融点を有する金属または合金４の融点と、
被試験体のひけ巣の深さ（後端からの距離）を示した。

Ｎα１〜３は本発明の実施例であり、これに対してＮα
４〜６は比較例である。

表−１ 表中Ａは搬送速度２０ｍ／ｍｉｎの場合、Ｂは搬送速度
１５　ｗａ／ｍ　ｉ　ｎの場合である。

表１より、本実施例のタングステン焼結合金と比較例の
ものとは、ひけ巣深さの点で明確な差異が認められた。

すなわち、比較例のものはいずれも２０数閣ないし１０
数閣と深いひけ巣が生成したのに対して、本実施例のも
のはひけ巣深さが０゜５ｍ以下であり、実質的に製品の
歩留りを低減させるひけ巣の発生はなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、Ｗ８５〜９８−
１％、残部がＮｉとＦｅと更に必要に応じて含まれるＣ
Ｏからなる組成の圧粉成形体をトレー内に収納し、連続
炉で予熱、液相焼結、冷却の工程を経て焼結するタング
ステン焼結合金の製造方法において、トレー内の成形体
の後端部に前記タングステン焼結合金と類似の融点を有
する金属又は合金を配置して焼結するものとしたため、
材料の内部に急速な凝固収縮による深いひけ巣が発生す
ることが防止でき、靭性の向上が顕著で且つ実質的に歩
留りを低下せしめるひけ巣もないタングステン焼結合金
を提供することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で、焼結工程におけるトレー内
の配置を説明する縦断面図である。 １は成形体、２はトレー、４はタングステン焼結合金と
類（以の融点を有する金属又は合金である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タングステン８５〜９８ｗｔ％、残部がニッケル
   （Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）と更に必要に応じて含まれるコバ
   ルト（Ｃｏ）からなる組成の圧粉成形体をトレー内に収
   納し、連続炉で予熱、液相焼結、冷却の工程を経て焼結
   するタングステン焼結合金の製造方法において、 前記トレー内の成形体の後端部に前記タングステン焼結
   合金と類似の融点を有する金属又は合金を配置して焼結
   することを特徴するタングステン焼結合金の製造方法。