JPH055104A

JPH055104A - 高速度鋼合金粉末の押出し成形体とその焼結品

Info

Publication number: JPH055104A
Application number: JP15351691A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kato; 靖正加藤; Hideaki Matsuo; 英明松尾
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【構成】高速度鋼合金粉末をバインダと混合・混練
し、加熱下に成形ノズルより押出し成形してなる成形
体。また、この成形体を加熱焼結してなる焼結品。【効果】従来の１／２以下の製造工程において、高生
産性で高品質の成形品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速度鋼合金粉末の
押出し成形体とその焼結品に関するものである。さらに
詳しくは、この発明は、難加工材料である合金材料の成
形寸法、形状の自由度を高め、かつ新規な方法によって
製造してその材料特性をも向上させた切削工具材等とし
て有用な高速度鋼合金粉末の押出し成形体とその焼結品
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】高速度鋼は、その特徴とし
て、炭素と結合して硬質の炭化物を形成し、工具等に使
用するに充分な耐磨耗性を有し、工具鋼材料のなかでも
最も多くの合金元素を含有し、さらには基地中に前記炭
化物を固溶することにより工具の強度を増大する基地強
化作用をも有することが知られている。このため、Ｅｌ
（％）ＲＡ（％）が著しく低く、塑性加工が容易でない
ため、鍛造、圧延、伸線等の熱間、温間、あるいは冷間
等の塑性加工を行うと致命的ともいえる欠陥が発生し、
所要の寸法形状を得ることが容易ではないという難問を
かかえている。

【０００３】このようなことから、実際の製造プロセス
においては、塑性加工性を向上させるために種々の技術
的工夫が採用されている。たとえばその溶解技術につい
ては、特殊元素を添加（ＲＥＭ）して、圧延時における
熱間加工性の向上を図ることや、また、圧延前後には、
特殊焼鈍を施すことによって、致命的な欠陥（割れ等）
を防ぐことなどが行われている。さらに、伸線の際に
は、材料の冷間加工性を向上させるため、材料表面品位
を健全な状態にすべく、特殊研削、研磨等を行ってい
る。

【０００４】たとえばこのような改善、工夫を採用して
の溶解から、鍛造、圧延、熱処理、伸線、機械加工のプ
ロセスを経て、５mm径以下の高速度鋼線材製品の製造も
可能となっている。しかしながら、このような従来の方
法、プロセスにおいては、極めて長い製造工程が必要で
あり、しかも、この工程は、極めて複雑で、省エネルギ
ー、省資源、製造コストの低減等の観点からは、改善す
べき多くの課題を有している。

【０００５】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の高速度鋼線材の製造法の欠点
を克服し、難加工材料である工具鋼材料等の寸法、形状
の加工自由度を高め、高品質で、かつ、加工性の良好
な、新しい製造プロセスによる高速度鋼合金材料の成形
体を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、高速度鋼合金粉末をバインダー
と混合・混練し、加熱下に成形ノズルより押出し成形し
てなることを特徴とする高速度鋼合金粉末の押出し成形
体を提供する。また、この発明は、この合金粉末の押出
し成形体を不活性ガスまたは還元性ガスの保護雰囲気下
に加熱してバインダーを除去し、真空下、または還元性
ガスもしくは不活性ガス雰囲気下に加熱焼結してなるこ
とを特徴とする焼結品をも提供する。

【０００７】押出し成形体の成形にあたっては、まず高
速度鋼合金の粉末をバインダーと混合・混練する。この
際に対象となる合金は、たとえばＭｏを４重量％以上含
有するＭｏ系、Ｗを１５重量％以上含有するＷ系、Ｖが
４重量％以上のＶ系の高速度鋼粉末が主たるものとして
例示される。もちろん、それ以下の含有割合であって
も、主成分がＭｏ、Ｗ、Ｖの合金系がこの発明の対象と
して含まれる。このＭｏ、Ｗ、Ｖ以外にも、ＶＣ、Ｗ
Ｃ、ＴｉＣなどの炭化物等を含有することができる。さ
らに、適宜な合金成分を含有することもできる。

【０００８】このような合金としては、たとえばドリ
ル、タップ、エンドミル、カッター等の切削工具用材料
としての、ＪＩＳＳＫＨ５１，５２，５３，５５，５
６，５７，５８，５９，（Ｍｏ系）、ＪＩＳＳＫＨ
２，３，４（Ｗ系）、ＪＩＳＳＫＨ１８，５４（Ｖ系）
などを例示することができ、その合金粉末の粒度も代表
的なものとしては数μｍから数十μｍ程度のものを例示
することがきる。

【０００９】これらの合金粉末と混合・混練するバイン
ダーとしては、分子量100,000 〜500,000 程度の高分子
量バインダ、あるいは分子量1,000,000 〜3,000,000 程
度の超高分子量の有機バインダを好ましく用いることが
できる。上記高分子量のバインダとしては、たとえばエ
チレン酢酸ビニル共重合樹脂が、また、超高分子量のバ
インダとしては、たとえばポリブテンなどを例示するこ
とができる。これらのバインダを合金粉末と混合・混練
することにより、粉末を結合して押出し成形を可能とす
る。

【００１０】また、バインダには押出し成形性を良好と
するために、滑剤、可塑剤等の適宜な成分を添加併用し
てもよい。たとえば滑剤としては合成ワックス、特にオ
レフインワックスを好ましいものとして用いることがで
きる。これらの添加成分を加えての有機成分の使用量
は、およそ１５重量％以下、さらに好ましくは１０重量
％以下とする。あまり多すぎる場合には保形性が悪くな
る。また、少なすぎる場合には成形性が悪くなる。

【００１１】これらのバインダーと合金粉末との混合・
混練のための装置の種類には特段の限定はない。合金粉
末とバインダーとの混練物は成形ノズルより押出して、
所定の寸法および形状の成形体とするがこの押出し成形
時の温度は、一般的には 160 ℃以下、より好ましくは
130 ℃以下の温度とする。成形ノズルの形状、長さにも
特に限定はなく、均質な成形ができるように配慮する。
たとえば高速度鋼細線材用の成形体を得ようとする場合
には、実用上、0.5 〜１０mm径、５０〜150mm 程度の長
さのノズルを好適なものとして例示することができる。

【００１２】切削工具用高速度鋼線材の成形体として上
記程度の径、および長さのノズルを用いて線状の成形体
を得る場合には、たとえば図１に示したように、温度、
圧力、速度等の条件を適切に設定した押出し成形ノズル
（１）より、溝部（２）を有する可動セッター（３）上
に押出し、この溝部（２）に沿って直線状の押出し成形
体（４）を得ることができる、セッター（３）を固定
し、成形ノズル（１）を前後左右に動かせるようにして
もよい。このセッター（３）によって、所要形状と寸法
の成形体（４）が効率的に、かつ均一に得られる。セッ
ター（３）を耐熱性のセラミック製等にする場合には、
成形体（４）をのせたまま、次の加熱焼結工程へ移すこ
ともできる。

【００１３】あるいはまた、図２に示したように、セラ
ミック、グラファイト製等の円筒形のセッター（５）
に、ノズル（１）から押出し成形体（４）を巻き取るよ
うにして所要の大きさと形状のコイル状の成形体（４）
を得ることもできる。もちろん、押出し成形体の寸法、
形状は以上の例によって限定されるものではない。ノズ
ル吐出口の形状、セッターの形状や大きさ等によって適
宜なものとすることができる。

【００１４】このようにして成形した押出し成形体は次
に焼結することがでる。この際の脱脂焼結は、前記した
通り、押出し成形体を不活性ガスまたは還元性ガスによ
る保護雰囲気下に加熱してバインダーを除去し、次い
で、真空下、または還元性ガスもしくは不活性ガス雰囲
気下に加熱焼結することによって実施する。バインダー
の除去のための加熱は、保護雰囲気下での脱脂として位
置づけられる工程であり、窒素、アルゴン等の不活性ガ
スや水素ガス等の還元性ガスの雰囲気で加熱する。一般
的には500 ℃前後の温度にまで加熱して、バインダーお
よびこれに併用している滑剤や可塑剤をも分解除去し、
脱酸素を行い、次いで脱水素する。

【００１５】有機系成分の残存量は、好ましくは１重量
％以下にまで低減させ、実質的に残存しない状態とす
る。次いで、真空中、あるいは、Ｈ₂、Ａ_r、Ｎ₂ガス
等の雰囲気下において、一般的には1190〜1250℃の温度
に加熱して焼結する。この時の温度は、成形体の組成、
所要の性質等に応じて選択することができる。また、焼
結時間は、たとえば、５mm径の成形体の場合には0.5 〜
1.0 時間程度とすることができる。もちろん、この温
度、時間は被焼結体のマスエフェクトによって異なり、
限定的なものではない。

【００１６】たとえばＭｏ系高速度鋼粉末から線材また
はコイルを製造する場合には、相対的密度を９９％以上
にまで緻密化し、５％以上の伸びが得られる延性を有す
る焼結品とすることが好ましい。このような焼結品は、
これまでのいずれの方法によっても実現されなかったも
のである。以下、実施例を示し、この発明についてさら
に詳しく説明する。

【００１７】

【実施例】実施例１次の化学成分組成（重量％）Ｃｒ：3.80〜4.50 Ｍｏ：4.50〜5.50 Ｗ：5.50〜6.70 Ｖ：1.60〜2.20 Ｃ：0.80〜0.90 残部ＦｅからなるＪＩＳＳＫＨ５１，Ｍｏ系高速度鋼の高圧水
噴霧粉末（平均粒径１０μｍ）を、ポリブテンからなる
バインダー、合成ワックスおよび可塑剤と混合し、混練
した。

【００１８】この合金粉末の混練物を、120 〜140 ℃の
温度において、2.5 mm径で長さ140mmの各種ノズルより
図１に示した形状のセラミックセッターの溝部に押出し
た。この押出しにより2.5mm径の、長さ1000mm以上の押
出し成形体を得た。また、図２の円筒型セッターを用い
ることにより、コイル状の押出し成形体を得た。

【００１９】次いで、上記成形体を、脱脂焼結炉内にお
いて、大気圧下、Ａｒガス１０ｌ／分流通下の雰囲気に
おいて５０℃／時の昇温速度で500 ℃まで加熱して脱バ
インダー処理を行い、250 ℃／時の昇温速度で1220℃の
焼結温度にまで昇温し、１時間保持した。その後、室温
まで炉内にて冷却し、焼結を完了させた。得られた焼結
品は、所定の寸法、形状を有し、その表面には、欠陥は
認められなかった。また、内部品質も良好で、ほぼ完全
に緻密化状態となっているのがミクロ組織で観察でき、
その裏付けともなる相対密度は９９％を越えていた。機
械的性質としては、引張り破断強度９０kg／mm²以上、
伸び５％以上、絞り６％以上の特性を有し、９０°曲げ
試験においても折損されず、優れた延性を示した。

【００２０】また、２０％以上の減面率で冷間伸線が実
施でき、冷間加工が可能なことも実証された。なお、こ
の実施例は水アトマイズ法による異形状粉末を使用した
例であるが、ガスアトマイズ、遠心アトマイズ法により
得られる球状あるいは球状近似の粉末を使用しても同様
の効果を得ることができた。実施例２バインダーとしてエチレン酢酸ビニル共重合樹脂を用
い、実施例１と同様にして押出し成形し、得られた成形
体を焼結した。

【００２１】実施例１と同様に優れた特性の焼結品が得
られた。

【００２２】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、従来、難加工材としてその製造の自由度が乏しく、
かつ品質、生産性にも問題の多かった高速度鋼材料を合
金粉末の押出し成形と焼結とによって、従来の１／２以
下の製造工程において、製造容易に、高い生産性で、か
つ高い品質を有する成形品として実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】

【図２】この発明の押出し成形体の製造法を例示した斜
視図である。

【符号の説明】

１成形ノズル２溝部３セッター４成形体５セッター

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】高速度鋼合金粉末をバインダーと混合・
混練し、加熱下に成形ノズルより押出し成形してなるこ
とを特徴とする高速度鋼合金粉末の押出し成形体。【請求項２】高分子量または超高分子量のバインダー
を混合・混練する請求項１の押出し成形体。【請求項３】バインダーとともに、滑剤および可塑剤
を混合・混練する請求項１の押出し成形体。【請求項４】切削工具鋼用高速度鋼合金粉末を直線状
またはコイル状に押出し成形してなる請求項１の押出し
成形体。【請求項５】請求項１の押出し成形体を不活性ガスま
たは還元性ガス雰囲気下に加熱してバインダーを除去
し、真空下、または還元性ガスもしくは不活性ガス雰囲
気下に加熱焼結してなることを特徴とする高速度鋼合金
粉末焼結品。【請求項６】請求項５の焼結品としての切削工具鋼
材。