JPH0598384A - 高強度および高硬度を有する炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents

高強度および高硬度を有する炭化タングステン基超硬合金

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JPH0598384A
JPH0598384A JP28918891A JP28918891A JPH0598384A JP H0598384 A JPH0598384 A JP H0598384A JP 28918891 A JP28918891 A JP 28918891A JP 28918891 A JP28918891 A JP 28918891A JP H0598384 A JPH0598384 A JP H0598384A
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JP
Japan
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binder phase
tungsten carbide
less
powder
carbide
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JP28918891A
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English (en)
Inventor
Koji Shinohara
耕治 篠原
Fumihiro Ueda
文洋 植田
Teruyoshi Tanase
照義 棚瀬
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 WC基超硬合金の強度と硬さを向上させる。 【構成】 WC基超硬合金が、重量%で、3〜20%の
結合相とWCの分散相で構成され、かつ上記結合相が、 酸素:50〜500ppm 、 を含有し、さらに必要に応じて、V,Cr,Ta,およ
びTiのうちの1種または2種以上:0.1〜20%、
を含有し、残りがCoまたはCo+Niと不可避不純物
からなる組成を有すると共に、 WCの平均粒径:1μm以下、 結合相の大きさ:最大径で2μm以下、 の組織を有する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、結合相中に酸素を含
有せしめ、これによって細粒組織として強度と硬さの向
上をはかった炭化タングステン基超硬合金に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、全体に占める重量割合
で、3〜20%の結合相が、CoまたはCo+Niと不
可避不純物からなり、残りの分散相が炭化タングステン
(以下、WCで示す)からなるWC基超硬合金が知られ
ており、さらに特開昭61−12847号公報に記載さ
れる通り、前記WC基超硬合金の結合相に、合金成分と
してVおよび/またはCrを、全体に占める重量割合で
それぞれ0.1〜2%含有させて、WCの平均粒径を
0.7μm以下に微細化することにより硬さ向上をはか
ったWC基超硬合金も提案されている。また、これらの
WC基超硬合金が、各種の剪断刃や、プリント基板用ド
リル、エンドミル、およびリーマなどの切削工具などの
製造に用いられていることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の切断お
よび切削加工の省力化に対する要求は厳しく、これに伴
ない、これらの加工に用いられる各種工具は苛酷な条件
下での使用を余儀なくされる傾向にあるが、これら工具
を構成する上記従来WC基超硬合金は、いずれも結合相
が相対的に大寸の結合相プールとして存在することが原
因で、十分な強度を具備するものでないため、これらの
現状に満足に対応することができないものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、高強度を有するWC基超硬合金
を開発すべく研究を行なった結果、上記の従来WC基超
硬合金の結合相に、結合相に占める割合で50〜500
ppm の酸素を含有させると(一般に従来WC基超硬合金
の結合相中の酸素含有量は10ppm 以下)、この酸素の
作用で、分散相を構成するWCの粒成長が抑制されると
共に、結合相の大きさが最大径で2μm以下と微細にな
り、さらに結合相中に合金成分としてV,Cr,Ta,
およびTiのうちの1種または2種以上を、同じく結合
相に占める重量割合で0.1〜20%含有した場合に
は、分散相のWCの微細化が一段と進行し、この結果高
強度と高硬度を具備するようになるという研究結果を得
たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、全体に占める重量割合で3〜2
0%の結合相が、(a) CoまたはCo+Niと不可避不
純物、(b) 合金成分としてV,Cr,Ta,およびTi
のうちの1種または2種以上:0.1〜20重量%を含
有し、残りがCoまたはCo+Niと不可避不純物、以
上(a) または(b)からなり、かつ残りの分散相がWCか
らなるWC基超硬合金において、上記結合相に、結合相
に占める割合で50〜500ppm の酸素を含有させて、 WCの平均粒径:1μm以下、 結合相の大きさ:最大径で2μm以下、 に微細化し、もって強度および硬さの向上をはかったW
C基超硬合金に特徴を有するものである。
【0006】なお、この発明のWC基超硬合金は、原料
粉末として、いずれも1μm以下の平均粒径を有するW
C粉末、CoおよびNiの酸化物粉末、V,Cr,T
a,およびTiの金属粉末、これら金属の炭化物粉末お
よび酸化物粉末、もさらに炭素粉末を用い、これら原料
粉末を、焼結後のWC基超硬合金の結合相が所定量の酸
素を含有するように、酸化物粉末の還元に必要な炭素粉
末あるいは炭素粉末と炭化物粉末の割合を調整しながら
所定の配合組成に配合し、いずれも通常の条件で、混合
し、圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、真空焼結す
るに際して、真空雰囲気中、焼結温度への昇温過程で、
酸化物粉末の炭素粉末あるいは炭素粉末と炭化物粉末に
よる還元を行ない、引続いて焼結温度に昇温して焼結を
行なうことにより製造するのが望ましい。
【0007】つぎに、この発明のWC基超硬合金におい
て、組成割合を上記の通りに限定した理由を説明する。
【0008】(a) 結合相の重量割合 結合相形成成分には、焼結性を向上させて、これを緻密
化し、かつ靭性および耐欠損性を向上させる作用がある
が、その割合が3%未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方その割合が20%を越えると耐摩耗性およ
び耐塑性変形性が低下するようになることから、その割
合を3〜20%と定めた。
【0009】(b) 結合相中のV,Cr,Ta,およびT
iの含有割合 これらの成分には、WC粒を微細化する作用があるの
で、必要に応じて結合相中に含有させるが、その割合が
0.1重量%未満では所定の微細化効果が得られず、一
方その割合が20重量%を越えると、結合相中への固溶
限界を越え、金属間化合物が析出して、靭性が低下する
ようになることから、その割合を結合相に占める割合で
0.1〜20重量%と定めた。
【0010】(c) 結合相中の酸素含有割合 酸素には、上記の通り結合相を微細化すると共に、WC
の粒成長を抑制する作用があるが、その含有割合が、結
合相に占める割合で50ppm 未満では、結合相について
は、その大きさを最大径で2μm以下に、またWCにつ
いては、平均粒径で1μm以下にすることができず、一
方その含有割合が、同500ppm を越えると、焼結時の
WCに対する結合相のぬれ性が低下し、著しい強度低下
をきたすようになることから、その含有割合を50〜5
00ppm と定めた。
【0011】
【実施例】つぎに、この発明のWC基超硬合金を実施例
により具体的に説明する。原料粉末として、表1に示さ
れる平均粒径のWC粉末、平均粒径:0.8μmのCo
およびNiの酸化物粉末、同1μmのV,Cr,Ta,
およびTi粉末、同1μmのV,Cr,Ta,およびT
iの炭化物粉末および酸化物粉末、同1μmの炭素粉末
を用い、これら原料粉末を表1に示される配合組成に配
合し、72時間ボールミルで湿式混合し、乾燥した後、
1ton /cm2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉
体を真空加熱炉に装入し、炉内雰囲気を1torr以下に維
持しながら、450〜950℃の昇温過程を2時間以上
かけて昇温して、酸化物粉末の炭素粉末あるいは炭素粉
末と炭化物粉末による還元を行ない、1280〜139
0℃の範囲内の所定温度に昇温し、この温度に3時間保
持後炉冷の条件で真空焼結を行なうことにより表2に示
される成分組成をもった本発明WC基超硬合金1〜12
をそれぞれ製造した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】また、比較の目的で、原料粉末として、表
3に示される平均粒径のWC粉末、平均粒径:1μmの
CoおよびNi粉末、同1μmのVC粉末およびCr3
2 粉末を用意し、これら原料粉末を同じく表3に示さ
れる配合組成に配合し、72時間ボールミルにて湿式混
合し、乾燥した後、1ton /cm2 の圧力で圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体を、0.1torrの真空中、128
0〜1390℃の範囲内の所定温度で焼結することによ
り実質的に配合組成と同一の成分組成(酸素含有量はい
ずれも10ppm 以下)をもった従来WC基超硬合金1〜
3をそれぞれ製造した。
【0015】
【表3】
【0016】ついで、この結果得られた各種のWC基超
硬合金について、WCの平均粒径を測定する共に、走査
型電子顕微鏡を用い、倍率:5000倍で、8×10cm
の視野で任意に選んだ5ケ所の組織観察を行ない、結合
相の最も大きいものの径を測定した。また、強度を評価
する目的で抗折力を測定し、かつロックウェル硬さ(A
スケール)も測定した。これらの測定結果を表4に示し
た。
【0017】
【表4】
【0018】表4に示される結果から、本発明WC基超
硬合金1〜12は、いずれも結合相中の酸素含有によっ
てWCの粒成長が抑制され、かつV,Cr,Ta,およ
びTiの含有によって、一段とWC粒が微細化されて、
1μm以下の平均粒径を有し、さらに酸素含有による結
合相の微細化も著しく、その大きさが最大径で2μm以
下になっており、この結果高強度および高硬度を具備す
るようになるのに対して、従来WC基超硬合金1〜3
は、VおよびCrの含有によってWC粒は平均粒径で1
μm以下の細粒となっているため高硬度をもつものの、
一方で結合相の粗大化が著しいために、強度が相対的に
劣ったものになっていることが明らかである。
【0019】上述のように、この発明のWC基超硬合金
は、高強度と高硬度を具備するので、これを各種の剪断
刃や切削工具などの製造に適用した場合、苛酷な条件下
での実用に際してもすぐれた性能を発揮するのである。
【手続補正書】
【提出日】平成3年12月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】 なお、この発明のWC基超硬合金は、原
料粉末として、いずれも1μm以下の平均粒径を有する
WC粉末、CoおよびNiの酸化物粉末、V,Cr,T
a,およびTiの金属粉末、これら金属の炭化物粉末お
よび酸化物粉末、らに炭素粉末を用い、これら原料粉
末を、焼結後のWC基超硬合金の結合相が所定量の酸素
を含有するように、酸化物粉末の還元に必要な炭素粉末
あるいは炭素粉末と炭化物粉末の割合を調整しながら所
定の配合組成に配合し、いずれも通常の条件で、混合
し、圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、真空焼結す
るに際して、真空雰囲気中、焼結温度への昇温過程で、
酸化物粉末の炭素粉末あるいは炭素粉末と炭化物粉末に
よる還元を行ない、引続いて焼結温度に昇温して焼結を
行なうことにより製造するのが望ましい。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全体に占める重量割合で、3〜20%の
    結合相が、CoまたはCo+Niと不可避不純物からな
    り、残りの分散相が炭化タングステンからなる炭化タン
    グステン基超硬合金において、 上記結合相に、結合相に占める割合で、50〜500pp
    m の酸素を含有させて、 炭化タングステンの平均粒径を1μm以下、 結合相の大きさを、最大径で2μm以下、に微細化した
    ことを特徴とする高強度および高硬度を有する炭化タン
    グステン基超硬合金。
  2. 【請求項2】 全体に占める重量割合で、3〜20%の
    結合相が、合金成分としてV,Cr,Ta,およびTi
    のうちの1種または2種以上:0.1〜20重量%を含
    有し、残りがCoまたはCo+Niと不可避不純物から
    なる組成を有し、残りの分散相が炭化タングステンから
    なる炭化タングステン基超硬合金において、 上記結合相に、結合相に占める割合で、50〜500pp
    m の酸素を含有させて、 炭化タングステンの平均粒径を1μm以下、 結合相の大きさを、最大径で2μm以下、に微細化した
    ことを特徴とする高強度および高硬度を有する炭化タン
    グステン基超硬合金。
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