JPH0436436A - 高靭性タングステン焼結合金 - 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、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−１”ｅ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。

このような要求を満たすべく、従来は例えば所定比率の
タングステン、ニッケル、鉄からなる原料粉体を圧粉成
形して液相焼結した後に真空中において加熱後急冷する
熱処理を施す（特開昭６２１８５８０５号公報）とか、
タングステン焼結合金中の酸素量と炭素量とを低減する
こと（特公昭６３−３０３９１号公報）などの方法が研
究されると共に、他方において、タングステン焼結合金
中に含まれる各種不純物成分が靭性に与える影響につい
て研究されてきた。

しかしながら、靭性に悪影響を及ぼす不純物を総合的に
制御して、極めて靭性の高いタングステン焼結合金を工
業的規模で得るとの提案は未だなされていない。

そこで本発明者らは、タングステン焼結合金に及ぼす不
純物の影響について鋭意研究を重ねた結果、本発明を提
案するに到ったものである。すなわち、本発明の目的と
するところは、不純物を制御することにより極めて高靭
性のタングステン焼結合金を工業的規模で得ることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本出願の第１の発明は、タングステ
ン９０〜９８ｗｔ％、不純物成分含有量がＰ≦８ｐｐｍ
、Ａｓ＋Ｓｂ十Ｂｉ≦２ｏｐｐｍ。

Ａ　Ｉ　＋Ｔ　ｉ≦２０ｐｐｍ。

Ｃｒ＋Ｍｎ十Ｖ≦１００１００ ｐｐ≦２０ｐｐｍ、Ｃ≦１１００ｐｐｍ、残部がニッケ
ル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）とからなり、そのニッケルと鉄
との重量比がＮ　ｉ　／　Ｆ　ｅ　＝　０．〜４である
。

又、本出願の第２の発明は、タングステン９０〜９８ｗ
ｔ％、Ｎｂ１Ｏ〜１１００ｐｐを含み、不純物成分含有
量が Ｐ≦８ｐｐｍ、Ａｓ十Ｓｂ＋Ｂｉ≦２０ｐｐｍ。

ＡＩ＋Ｔｉ≦２０ｐｐｍ。

Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｖ≦１１００ＰＰ。

Ｓｉ≦５０ｐｐｍ、Ｃ≦２００ｐｐｍ。

残部がニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）とからなり、その
ニッケルと鉄との重量比がＮ　ｉ　／　Ｆ　ｅ　＝　０
．〜４である。

又、本出願の第３の発明は、上記第１又は第２の発明に
おいて、コバルト　（Ｃｏ）０．５ｗｔ％以下を含有す
るものである。

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９０〜９８ｗｔ％で、残部がニッケル（Ｎｆ
）と鉄（Ｆｅ）である。Ｗ含有量は、所定の高密度を保
つために９０％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。その添加量は、合金量の２〜１０
ｗｔ％とする。２ｗｔ％未満では十分な液相が発生せず
、高密度化の効果が発揮できない。一方、１０−１％を
越えるとＷの含有量が少なくなりすぎて、合金の高比重
が得られなくなる。又、ＮｉとＦｅの重量比率は、液相
住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．〜４の範囲内にすることが好ましい。

更に、その他の成分として、必要に応じコバルト（Ｃｏ
）を添加することができる。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るが、
その含有量が多過ぎると延性の劣化を招くから０．５ｔ
ｓｒｔ％以下が適当である。

さらに本発明者らは、工業的規模でタングステン焼結合
金を製造する場合に、混入される可能性のある各種不純
物が製品合金の靭性に及ぼす影響を総合的に把握すると
共に、高純度化による靭性向上の可能性を追求した。そ
して研究の過程で、以下の事実を見出した。

リン（Ｐ）は、熱処理後の冷却過程で粒界に偏析し、靭
性のうち特に衝撃値を劣化せしめる。しかして、水冷冷
却手段による急冷を施した場合には１１００ｐｐ程度ま
で悪影響はない。しかし、通常の工業的規模での製造に
おいて真空熱処理工程で行われるように、Ａｒガス冷却
手段による冷却速度（≦２０℃／ｍ１ｎ）の場合は、許
容量は８ｐｐｍ以下と極めて微量になる。

ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（ｓｂ）、　　ビスマス（Ｂ
ｉ）は、Ｐと同程度の悪影響を示す元素であるが劣化の
度合いが小さく、王者合計で２０ｐｐｍの許容量が認め
られる。

アルミニウム（ＡＩ）、チタン（Ｔｉ）は、通常酸化物
として含有されている。しかして、タングステン焼結合
金中のＷ粒子の延性は固溶酸素量によって著しく劣化す
る。そのため、ＡＩとＴｉの各酸化物によるＡＩ＋Ｔｉ
元素含有量が２０ｐｐｍを越えてタングステン焼結合金
中に残留すると、それらの結合酸素原子がＷ原子と固溶
し、タングステン焼結合金の靭性を著しく劣化せしめる
。

クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム■）も
結合酸素がＡＩ、Ｔｉの場合と同種の悪影響を及ぼすが
、Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｖ元素の合計含有量が１１００ｐｐ以下
であれば許容できる。

ケイ素（Ｓｔ）及び炭素（Ｃ）は、焼結中に液相難吸収
性のガスであるＨ、Ｏガスを発生し、焼結合金内に残留
ボアが形成されて特に製品合金の伸びのバラツキを招（
。これは、Ｓｉ、ＣがＨ２気流中で行われる焼結工程で
のＨ２ガスの溶解度を下げる性質を有しており、そのた
め未溶解のＨ。

が多くなって雰囲気内の水蒸気と結合してＨ！０ガスが
性成されるためである。そのため、Ｓｉ≦２０ＰＰｍ、
Ｃ≦１１００ｐｐとする必要がある。

ニオブ（Ｎ　ｂ　）は逆にＨ２ガスの溶解度を高める性
質を有しており、これを１０〜１１００ｐｐと微量添加
することにより焼結中の液相へのガス吸収性が改善され
るから、上記のＳｉ、Ｃの弊害を軽減することができる
。そのため、Ｎｂを添加すれば、不純成分の含有量の規
制はＳｉ≦２０ｐｐｍ、Ｃ≦１１００ｐｐからＳｔ≦５
０ｐｐｍ。

Ｃ≦２００ｐｐｍに緩和される。

かくして本発明によれば、タングステン焼結合金中の特
定の不純物を積極的に制御することによって、タングス
テン焼結合金の靭性を向上させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

原料粉末として種々のロフトの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、混合。

成形、焼結、熱処理の各製造工程を経て化学成分組成の
異なる複数種のタングステン焼結合金を製造して被試験
体とした。原料粉の混合には■型ミキサーを用いた。成
形は冷間静水圧プレスを用い、２ｔｏｎ／ｃｊの圧力で
直径２０ａｎ、長さ１４０ａｎの成形体を得た。この成
形体を、プ・ンシャ一連続焼結炉を用いてＨ２気流中で
１４８０℃で４０分間加熱処理して焼結した後、５０°
Ｃ／ｍｉｎの冷却速度で急冷した。次いで、真空度１０
−’ｔｏｒｒＯ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
速度で冷却した。

表１に被試験体の主成分組成と不純物含有量とを示す。

Ｎ１１ｌ〜８は本発明の実施例であり、これに対してＮ
１１９〜１８は比較例である。

このように形成した１８種の被試験体のそれぞれにつき
、気孔率、引張強さ、伸び、シャルピー衝撃値を測定し
試験結果を表１に併記した。気孔率は点算法で求めた。

引張試験は標点距離１６■２試験速度１ｍｍ／ｍｉｎで
行い、シャルピー衝撃試験の試験片は１０ｍ＋角、長さ
５５ｍ＋、ノツチ無しとした。

表１より、本実施例のタングステン焼結合金は、引張り
強さが最低で９２．８　ｋｇ／ａｍ”で大部分が９５　
ｋｇ／ａｍ”以上、また伸びは最低の２８．６％以外は
３０％台、衝撃値は最低の３．４　ｋｇｗｔａ／　ａｌ
ｌを除き他は全て５ｋｇ−ｍ／ｃｃｉ以上である。なお
、実施例のＮｏ、５及び８は、不純物中に多量のＳｉと
Ｃとが存在するのに対して、Ｎｂを添加することにより
液相へのガス吸収性の改善を図っている。

比較例のものは引張り強さについては９２．７　ｋｇ／
ｌｌｌｌ１１２以上と実施例に比し大差はないが、伸び
と衝撃値については不純物との関連において実施例のも
のに比し顕著な劣化が認められた。

すなわち、比較例のに９，１０．及び１７，１８はＰ含
有量が８ｐｐｍ以上あり、そのため特に衝撃値が０．〜
２．３　ｋｇ−ｓ／　ｃｔＡと大きく低下している。

比較例ｋｌｌはＡｓ、Ｓｂ、Ｂｉの合計含有量が２０ｐ
ｐｍ以上あり、そのため衝撃値が１．９ｋｇ−鵬／ｉに
止まっている。

比較例階１２はＡＩとＴｉの合計含有量が２０ｐｐｍ以
上あり、また比較例Ｎ［ｌ１３はＣｒ、Ｍｎ。

■の合計含有量が１ｏｏｐｐｍ以上になっているため、
いずれも２ｋｇ−ｍ／ｃｇｉ１台の衝撃値しか得られな
い。

比較例Ｎａ１４，１５．１６は、液相難吸収性ガスの発
生源となるＳｉ又はＣの含有量が多く、そのため衝撃値
は高くても気孔率が悪い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、タングステン９
０〜９８ｗｔ％、残部が重量比で０．〜４の範囲にある
ニッケルと鉄とからなり、さらに必要に応じてコバルト
を０．５ｗｔ％を含むタングステン焼結合金において、
特定の不純物成分の許容含有量を規制した。これにより
、靭性と気孔率が顕著に改善されたタングステン焼結合
金を工業的規模で提供することができるという効果が得
られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）タングステン９０〜９８ｗｔ％、 不純物成分含有量が Ｐ≦８ｐｐｍ，Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｂｉ≦２０ｐｐｍ、Ａｌ＋
   Ｔｉ≦２０ｐｐｍ、 Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｖ≦１００ｐｐｍ、 Ｓｉ≦２０ｐｐｍ、Ｃ≦１００ｐｐｍ、 残部がニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）とからなり、その
   ニッケルと鉄との重量比がＮｉ／Ｆｅ＝０．〜４である
   ことを特徴とする高靭性タングステン焼結合金。
2. （２）タングステン９０〜９８ｗｔ％、Ｎｂ１０〜１０
   ０ｐｐｍを含み、 不純物成分含有量が Ｐ≦８ｐｐｍ、Ａｓ＋Ｓｂ＋Ｂｉ≦２０ｐｐｍ、Ａｌ＋
   Ｔｉ≦２０ｐｐｍ、 Ｃｒ＋Ｍｎ＋Ｖ≦１００ｐｐｍ、 Ｓｉ≦５０ｐｐｍ、Ｃ≦２００ｐｐｍ、 残部がニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）とからなり、その
   ニッケルと鉄との重量比がＮｉ／Ｆｅ＝０．５〜４であ
   ることを特徴とする高靭性タングステン焼結合金。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の高靭性タ
   ングステン焼結合金において、 コバルト（Ｃｏ）０．５ｗｔ％以下を含有することを特
   徴とする高靭性タングステン焼結合金。