JPH06128680A - ホウ化物、窒化物および鉄バインダー金属に基づく混合焼結金属材料 - Google Patents
ホウ化物、窒化物および鉄バインダー金属に基づく混合焼結金属材料Info
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- JPH06128680A JPH06128680A JP2419105A JP41910590A JPH06128680A JP H06128680 A JPH06128680 A JP H06128680A JP 2419105 A JP2419105 A JP 2419105A JP 41910590 A JP41910590 A JP 41910590A JP H06128680 A JPH06128680 A JP H06128680A
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- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
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- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0292—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with more than 5% preformed carbides, nitrides or borides
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- C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高融点ホウ化物および窒化物と低融点鉄バイ
ンダー金属とに基づく硬質金属混合材料および製造方
法。 【構成】 次の成分： （１） 例えば二ホウ化チタンおよび二ホウ化ジルコニ
ウムのような、ホウ化物４０〜９７容量％、（２） 例
えば窒化チタンおよび窒化ジルコニウムのような窒化物
１〜４８容量％、（３） 例えば酸化チタンおよび酸
化ジルコニウムのような酸化物 ０〜１０容量％、この
場合に、（２）と（３）を例えばオキシ窒化チタンおよ
びオキシ窒化ジルコニウムのようなオキシ窒化物とする
こともできる（４） 例えば鉄および鉄合金のような低
炭素バインダー金属 ２〜４９容量％から上記混合材料
を構成する。
ンダー金属とに基づく硬質金属混合材料および製造方
法。 【構成】 次の成分： （１） 例えば二ホウ化チタンおよび二ホウ化ジルコニ
ウムのような、ホウ化物４０〜９７容量％、（２） 例
えば窒化チタンおよび窒化ジルコニウムのような窒化物
１〜４８容量％、（３） 例えば酸化チタンおよび酸
化ジルコニウムのような酸化物 ０〜１０容量％、この
場合に、（２）と（３）を例えばオキシ窒化チタンおよ
びオキシ窒化ジルコニウムのようなオキシ窒化物とする
こともできる（４） 例えば鉄および鉄合金のような低
炭素バインダー金属 ２〜４９容量％から上記混合材料
を構成する。
Description
【０００１】周期律表第４ｂ族〜第６ｂ族の金属の▲高
▼融点炭化物と鉄族 特にコバルトからの低融点バイン
ダー金属とに基づく金属硬質材料からの焼結材料を意味
する硬質金属はかなり以前から公知である。これらは主
として切削加工テクノロジーおよび摩耗の制御に用いら
れる。通常の粉末硬質材料からこの硬質金属を製造する
ためには、バインダー金属が必要であり、これは合金形
成（溶液）下の焼結プロセス中に硬質材料を濡らさなけ
ればならない。これによって初めて、使用に適した硬質
金属の粘り強く−硬い 硬質金属ミクロ構造が形成され
る、このようなミクロ構造ではＷＣ−ＣＯとＴｉＣ−Ｗ
Ｃ−ＣＯの系が最も周知である。さらに、鉄族からのバ
インダーは例えばホウ化物および窒化物のような、他の
▲高▼融点金属硬質材料にも適していることは公知であ
る〔「ウールマンズ エンサイクロペディア デア テ
クン．ケミー（Ｕｌｌｍａｎｓ 「硬質金属（Ｈａｒｔｍｅｔａｌｌｅ）」章５１５−５
２１頁参照〕。
▼融点炭化物と鉄族 特にコバルトからの低融点バイン
ダー金属とに基づく金属硬質材料からの焼結材料を意味
する硬質金属はかなり以前から公知である。これらは主
として切削加工テクノロジーおよび摩耗の制御に用いら
れる。通常の粉末硬質材料からこの硬質金属を製造する
ためには、バインダー金属が必要であり、これは合金形
成（溶液）下の焼結プロセス中に硬質材料を濡らさなけ
ればならない。これによって初めて、使用に適した硬質
金属の粘り強く−硬い 硬質金属ミクロ構造が形成され
る、このようなミクロ構造ではＷＣ−ＣＯとＴｉＣ−Ｗ
Ｃ−ＣＯの系が最も周知である。さらに、鉄族からのバ
インダーは例えばホウ化物および窒化物のような、他の
▲高▼融点金属硬質材料にも適していることは公知であ
る〔「ウールマンズ エンサイクロペディア デア テ
クン．ケミー（Ｕｌｌｍａｎｓ 「硬質金属（Ｈａｒｔｍｅｔａｌｌｅ）」章５１５−５
２１頁参照〕。
【０００２】６０年代に、ＴｉＢ２−Ｆｅ、Ｃｏまたは
Ｎｉ、およびＺｒＢ２とＦｅ、ＣｏまたはＮｉの系がす
でに研究されていた。これによって、バインダーとして
２０％までのＦｅを含むＴｉＢ２に基づくこのような合
金がＷＣ−ＣｏおよびＴｉＣ−ＷＣ−Ｃｏに基づく合金
よりもかなり硬質であることが判明していた。ＣｏとＮ
ｉとを含むＺｒＢ２に基づく合金は脆く、非酸化安定性
であるが、ＦｅはＺｒＢ２と反応して正方晶系のＦｅ２
Ｂを形成するので、バインダーとして用いられない〔ブ
イ．エフ．フンケ（Ｖ．Ｆ．Ｆｕｎｋｅ）等およびエ
ム．イー．チレル（Ｍ．Ｅ．Ｔｙｒｅｌｌ）等の研究、
「ホウ素と耐火性ホウ化物（Ｂｏｒｏｎ ａｎｄ Ｒｅ
ｆｒａｃｔｏｒｙ）」ブイ．ジェイ．マトコヴィッチ
（Ｖ．Ｊ．Ｍａｔｋｏｖｉｃｈ）編集、シュプリンゲル
出版社（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、ベルリン
−ハイデルベルグ−ニューヨーク、１９７７年、ＸＩＶ
章、表７に関連して４８４頁、表８に関連して４８８頁
参照〕。
Ｎｉ、およびＺｒＢ２とＦｅ、ＣｏまたはＮｉの系がす
でに研究されていた。これによって、バインダーとして
２０％までのＦｅを含むＴｉＢ２に基づくこのような合
金がＷＣ−ＣｏおよびＴｉＣ−ＷＣ−Ｃｏに基づく合金
よりもかなり硬質であることが判明していた。ＣｏとＮ
ｉとを含むＺｒＢ２に基づく合金は脆く、非酸化安定性
であるが、ＦｅはＺｒＢ２と反応して正方晶系のＦｅ２
Ｂを形成するので、バインダーとして用いられない〔ブ
イ．エフ．フンケ（Ｖ．Ｆ．Ｆｕｎｋｅ）等およびエ
ム．イー．チレル（Ｍ．Ｅ．Ｔｙｒｅｌｌ）等の研究、
「ホウ素と耐火性ホウ化物（Ｂｏｒｏｎ ａｎｄ Ｒｅ
ｆｒａｃｔｏｒｙ）」ブイ．ジェイ．マトコヴィッチ
（Ｖ．Ｊ．Ｍａｔｋｏｖｉｃｈ）編集、シュプリンゲル
出版社（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、ベルリン
−ハイデルベルグ−ニューヨーク、１９７７年、ＸＩＶ
章、表７に関連して４８４頁、表８に関連して４８８頁
参照〕。
【０００３】これらの結果から、過度に脆いという欠点
を補償し、耐食性、熱安定性および／または酸化安定性
を高度に必要とする切削材料分野その他の用途に対して
このような合金の工業的使用を可能にする、これらのホ
ウ化物に適したバインダーがまだ発見されていないこと
は明らかであると結論された（上記文献４８９頁参
照）。
を補償し、耐食性、熱安定性および／または酸化安定性
を高度に必要とする切削材料分野その他の用途に対して
このような合金の工業的使用を可能にする、これらのホ
ウ化物に適したバインダーがまだ発見されていないこと
は明らかであると結論された（上記文献４８９頁参
照）。
【０００４】非常に高い割合（少なくとも５０％以上）
のバインダー特に鉄を含む、チタンおよびジルコニウム
の窒化物およびカルボ窒化物（ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄ
ｅ）に基づく合金は特に強靱であるが、もはやあまり硬
質ではない（ＨＶ １０５０−１１７５）〔オスカーソ
ン（Ｏｓｋａｒｓｓｏｎ）等の米国特許第Ａ４，１４
５，２１３号明細書参照〕。このような物質は上記窒化
物に基づく系よりも実際に脆くないと思われる。しか
し、これらは硬度が低いために、例えばＳＩＣ強化アル
ミニウム合金のような、硬質の耐高温性材料の加工には
適していない。
のバインダー特に鉄を含む、チタンおよびジルコニウム
の窒化物およびカルボ窒化物（ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄ
ｅ）に基づく合金は特に強靱であるが、もはやあまり硬
質ではない（ＨＶ １０５０−１１７５）〔オスカーソ
ン（Ｏｓｋａｒｓｓｏｎ）等の米国特許第Ａ４，１４
５，２１３号明細書参照〕。このような物質は上記窒化
物に基づく系よりも実際に脆くないと思われる。しか
し、これらは硬度が低いために、例えばＳＩＣ強化アル
ミニウム合金のような、硬質の耐高温性材料の加工には
適していない。
【０００５】特にチタンおよびジルコニウムの二ホウ化
物、特に窒化チタンおよび炭化チタンである炭化物およ
び／または窒化物 ならびに 例えば特にホウ化コバル
ト、ホウ化ニッケルまたはホウ化鉄のような、ホウ化物
に基づくバインダーに基づく組合せは、特にＣｏＢと理
解されるホウ化物バインダーのために非常に硬質であり
強靱であるが、その代りに特に脆いので、問題を解決す
ることにはならない〔ワタナベ（Ｗａｔａｎａｂｅ）等
の米国特許第Ａ４，３７９，８５２号明細書参照〕。
物、特に窒化チタンおよび炭化チタンである炭化物およ
び／または窒化物 ならびに 例えば特にホウ化コバル
ト、ホウ化ニッケルまたはホウ化鉄のような、ホウ化物
に基づくバインダーに基づく組合せは、特にＣｏＢと理
解されるホウ化物バインダーのために非常に硬質であり
強靱であるが、その代りに特に脆いので、問題を解決す
ることにはならない〔ワタナベ（Ｗａｔａｎａｂｅ）等
の米国特許第Ａ４，３７９，８５２号明細書参照〕。
【０００６】最後に、焼結工程中に存在する酸素と反応
する黒鉛を、ホウ化チタンと任意に炭化チタンとに基づ
く、鉄、コバルトおよびニッケルまたはこれらの合金で
あるバインダーを含む公知の系に、混合物を焼結する前
に加えることもすでに試みられている。このようにし
て、充分に硬質かつ強靱である切削材料（ｃｕｔｔｉｎ
ｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）が得られ、これらは特にアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金の切削に有用であるとい
われている〔モスコヴィッチ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）等
のヨーロッパ特許第Ｂ１４８，８２１号明細書（これは
ＰＣＴ出願第ＷＯ８４／０４，７１３号に基づく）参
照〕。しかし、鉄存在下での黒鉛とホウ化チタンとの反
応によって、好ましくないＦｅ２Ｂ相の形成が促進され
る、Ｆｅ２Ｂ相は二ホウ化チタンよりも硬質でないのみ
でなく、延性鉄バインダー相の割合をも減ずるので、こ
れから得られる材料は低硬度であるのみでなく、低靱性
である。
する黒鉛を、ホウ化チタンと任意に炭化チタンとに基づ
く、鉄、コバルトおよびニッケルまたはこれらの合金で
あるバインダーを含む公知の系に、混合物を焼結する前
に加えることもすでに試みられている。このようにし
て、充分に硬質かつ強靱である切削材料（ｃｕｔｔｉｎ
ｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）が得られ、これらは特にアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金の切削に有用であるとい
われている〔モスコヴィッチ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）等
のヨーロッパ特許第Ｂ１４８，８２１号明細書（これは
ＰＣＴ出願第ＷＯ８４／０４，７１３号に基づく）参
照〕。しかし、鉄存在下での黒鉛とホウ化チタンとの反
応によって、好ましくないＦｅ２Ｂ相の形成が促進され
る、Ｆｅ２Ｂ相は二ホウ化チタンよりも硬質でないのみ
でなく、延性鉄バインダー相の割合をも減ずるので、こ
れから得られる材料は低硬度であるのみでなく、低靱性
である。
【０００７】従って、周期律表第４ｂ族の金属の高融点
ホウ化物および窒化物と、鉄または鉄合金から成る低融
点バインダー金属とに基づく、▲高▼度にち密であり、
非常に硬質、靱性かつ安定であるため、硬質かつ耐高温
性である材料の切削用材料として有用である硬質金属−
混合材料を提供することが目的である。
ホウ化物および窒化物と、鉄または鉄合金から成る低融
点バインダー金属とに基づく、▲高▼度にち密であり、
非常に硬質、靱性かつ安定であるため、硬質かつ耐高温
性である材料の切削用材料として有用である硬質金属−
混合材料を提供することが目的である。
【０００８】本発明による混合材料は次の成分： （１）二ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウムおよびこ
れらの混合結晶から成る群から選択されたホウ化物４０
〜９７容量％； （２）窒化チタンおよび窒化ジルコニウムから成る群か
ら選択された窒化物１〜４８容量％； （３）酸化チタンおよび酸化ジルコニウムから成る群か
ら選択された酸化物０〜１０容量％；この場合に成分
（２）と（３）の全てまたは一部がオキシ窒化チタンお
よびオキシ窒化ジルコニウムから成る群から選択された
オキシ窒化物として存在することもありうる；および （４）低炭素鉄または鉄合金２〜５９容量％から成り、
次の性質：混合材料全体の理論的に可能な密度を基準に
して少なくとも９７％ＴＤの密度、硬質物質相の粒度
最大５．５μｍ、硬度（ＨＶ３０）少なくとも１２０
０、曲げ破壊強さ（室温において４点法によって測定）
少なくとも１，０００ＭＰａ、破壊抵抗 ＫＩＣ 少な
くとも８．０ＭＰａｍ１／２を有する。
れらの混合結晶から成る群から選択されたホウ化物４０
〜９７容量％； （２）窒化チタンおよび窒化ジルコニウムから成る群か
ら選択された窒化物１〜４８容量％； （３）酸化チタンおよび酸化ジルコニウムから成る群か
ら選択された酸化物０〜１０容量％；この場合に成分
（２）と（３）の全てまたは一部がオキシ窒化チタンお
よびオキシ窒化ジルコニウムから成る群から選択された
オキシ窒化物として存在することもありうる；および （４）低炭素鉄または鉄合金２〜５９容量％から成り、
次の性質：混合材料全体の理論的に可能な密度を基準に
して少なくとも９７％ＴＤの密度、硬質物質相の粒度
最大５．５μｍ、硬度（ＨＶ３０）少なくとも１２０
０、曲げ破壊強さ（室温において４点法によって測定）
少なくとも１，０００ＭＰａ、破壊抵抗 ＫＩＣ 少な
くとも８．０ＭＰａｍ１／２を有する。
【０００９】硬質物質成分がホウ化チタンおよび窒化チ
タンから成り、これらが混合材料全体の５０〜９７容量
％、好ましくは５０〜９０容量％、特に約８０容量％を
共に占める硬質金属混合材料が特に適切であることが判
明している。硬質物質成分の２．５〜５０容量％が窒化
チタンから成ることが好ましい。混合材料全体中の１０
０容量％までの残りの割合は、０．１〜１０容量％の割
合で任意に存在しうる酸化物、特に酸化チタンと、低炭
素鉄または鉄合金から成るバインダー金属相とに分配さ
れる。低炭素鉄等級の合金元素はクロムまたはクロム／
ニッケル混合物であることが好ましい。
タンから成り、これらが混合材料全体の５０〜９７容量
％、好ましくは５０〜９０容量％、特に約８０容量％を
共に占める硬質金属混合材料が特に適切であることが判
明している。硬質物質成分の２．５〜５０容量％が窒化
チタンから成ることが好ましい。混合材料全体中の１０
０容量％までの残りの割合は、０．１〜１０容量％の割
合で任意に存在しうる酸化物、特に酸化チタンと、低炭
素鉄または鉄合金から成るバインダー金属相とに分配さ
れる。低炭素鉄等級の合金元素はクロムまたはクロム／
ニッケル混合物であることが好ましい。
【００１０】本発明による硬質金属−混合材料は例えば
微細な出発物質粉末混合物の無圧焼結または低炭素バイ
ンダーによる硬質物質成分からの孔質成形体の浸透のよ
うな、本来公知の方法によって製造することができる。
微細な出発物質粉末混合物の無圧焼結または低炭素バイ
ンダーによる硬質物質成分からの孔質成形体の浸透のよ
うな、本来公知の方法によって製造することができる。
【００１１】この方法の実施には、出発物質として非常
に微細で、非常に純粋な出発物質粉末を用いることが好
ましい。硬質物質成分として選択する、ホウ化物と窒化
物は、生成した焼結体中のミクロ構造の形成に不利に作
用する炭素含有不純物をできるだけ含まないことが望ま
しい。例えば、製造に帰因して炭化ホウ素を含みうる二
ホウ化チタンは鉄の存在下での焼結工程中に、既述した
ように、黒鉛と反応するのみでなく、炭化ホウ素とも反
応して次式：
に微細で、非常に純粋な出発物質粉末を用いることが好
ましい。硬質物質成分として選択する、ホウ化物と窒化
物は、生成した焼結体中のミクロ構造の形成に不利に作
用する炭素含有不純物をできるだけ含まないことが望ま
しい。例えば、製造に帰因して炭化ホウ素を含みうる二
ホウ化チタンは鉄の存在下での焼結工程中に、既述した
ように、黒鉛と反応するのみでなく、炭化ホウ素とも反
応して次式：
【化１】 によって示すように、好ましくないＦｅ２Ｂ相を形成す
る。
る。
【００１２】しかし、例えばＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３およ
び／またはＴｉＯおよびジルコニウムの対応酸化物を意
味する、チタンおよびジルコニウムの付着性酸化物とし
て主として存在する酸素は妨害とならず、出発物質粉末
中で約２重量％まで許容される。さらに、このような酸
化物（特に酸化チタン）の別の添加も焼結過程を妨げ
ず、例えば完成混合材料中に１０容量％まで存在する場
合も酸化チタンは混合材料の性質を実際に変化させない
ことが判明した。
び／またはＴｉＯおよびジルコニウムの対応酸化物を意
味する、チタンおよびジルコニウムの付着性酸化物とし
て主として存在する酸素は妨害とならず、出発物質粉末
中で約２重量％まで許容される。さらに、このような酸
化物（特に酸化チタン）の別の添加も焼結過程を妨げ
ず、例えば完成混合材料中に１０容量％まで存在する場
合も酸化チタンは混合材料の性質を実際に変化させない
ことが判明した。
【００１３】酸素は酸化物としての他に、全てまたは一
部がチタンおよびジルコニウムのいわゆるオキシ窒化物
としても存在しうる。これは、式Ｔｉ（ＯＮ）およびＺ
ｒ（ＯＮ）に応じて窒素原子の幾つかが、酸素原子によ
って替えられた窒化チタンと窒化ジルコニウムと理解さ
れる、窒化チタン格子または窒化ジルコニウム格子中の
窒素と酸素は交換可能であり、混合間隙（ｍｉｘｉｎｇ
ｇａｐ）を生ずることなく混合結晶を形成するからで
ある。
部がチタンおよびジルコニウムのいわゆるオキシ窒化物
としても存在しうる。これは、式Ｔｉ（ＯＮ）およびＺ
ｒ（ＯＮ）に応じて窒素原子の幾つかが、酸素原子によ
って替えられた窒化チタンと窒化ジルコニウムと理解さ
れる、窒化チタン格子または窒化ジルコニウム格子中の
窒素と酸素は交換可能であり、混合間隙（ｍｉｘｉｎｇ
ｇａｐ）を生ずることなく混合結晶を形成するからで
ある。
【００１４】低炭素バインダー金属としては、Ｃ含量が
０．１重量％以下、好ましくは０．０５重量％以下であ
る等級の鉄が有利に用いられる。特に、Ｆｅ含量が９
９．９５〜９９．９８重量％であるカルボニル鉄粉末が
実証されている。この低炭素等級の鉄は合金成分とし
て、例えば約１２重量％量のクロム または例えばニッ
ケル８重量％およびクロム１８重量％からのニッケル−
クロム混合物を含みうる。
０．１重量％以下、好ましくは０．０５重量％以下であ
る等級の鉄が有利に用いられる。特に、Ｆｅ含量が９
９．９５〜９９．９８重量％であるカルボニル鉄粉末が
実証されている。この低炭素等級の鉄は合金成分とし
て、例えば約１２重量％量のクロム または例えばニッ
ケル８重量％およびクロム１８重量％からのニッケル−
クロム混合物を含みうる。
【００１５】特に炭素を含む不純物を避けるために、製
造時からすでに充分に純粋でなければならない、この出
発物質粉末を自己磨砕することが有利である。このため
には、磨砕体（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｂｏｄｙ）と磨砕容
器とが、本発明の場合には、例えば二ホウ化チタンおよ
び低炭素鉄等級と理解すべきである処理物質と同じ材料
から成る、例えばボールミル、遊星形ボールミルおよび
アトリッターのような、公知の磨砕装置を用いることが
できる。
造時からすでに充分に純粋でなければならない、この出
発物質粉末を自己磨砕することが有利である。このため
には、磨砕体（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｂｏｄｙ）と磨砕容
器とが、本発明の場合には、例えば二ホウ化チタンおよ
び低炭素鉄等級と理解すべきである処理物質と同じ材料
から成る、例えばボールミル、遊星形ボールミルおよび
アトリッターのような、公知の磨砕装置を用いることが
できる。
【００１６】二ホウ化チタンの磨砕体により磨砕では、
特に粗粒の出発粉末は好ましい粒度にまで粉砕され、出
発粉末の充分な混合には低炭素鉄等級の磨砕体が適して
おり、この場合には硬質物質成分による粉砕効果はごく
小さい。それ故、この場合には出発粉末の好ましい粒度
分布が磨砕前にすでに存在しなければならない。
特に粗粒の出発粉末は好ましい粒度にまで粉砕され、出
発粉末の充分な混合には低炭素鉄等級の磨砕体が適して
おり、この場合には硬質物質成分による粉砕効果はごく
小さい。それ故、この場合には出発粉末の好ましい粒度
分布が磨砕前にすでに存在しなければならない。
【００１７】混合−磨砕後に得られた粉末混合物に必要
に応じて、一時的バインダーまたは圧縮助剤を加え、混
合物は噴霧乾燥によって自由流動性になる。次に、これ
らを例えば冷間アイソスタチック圧縮またはダイ圧縮の
ような通常の手段によって圧縮して、好ましい形状と少
なくとも６０％ＴＤ（理論密度）の密度を有するグリー
ン体を形成する。バインダーおよび／または圧縮助剤を
４００℃における熱処理によって、残渣を残すことな
く、除去される。次に、酸素を排除しながら、グリーン
体を１３５０〜１９００℃、好ましくは１５５０〜１８
００℃の範囲内の温度に加熱し、この温度に１０〜１５
０分間、好ましくは１５〜４５分間、液体の鉄を多く含
む相が形成されるまで維持し、次に室温に徐冷する。こ
の焼結工程は、焼結体の好ましくない炭化を避けるため
に、例えばタングステン、タンタルまたはモリブデンの
金属加熱要素を備えた炉装置内で実施することが有利で
ある。
に応じて、一時的バインダーまたは圧縮助剤を加え、混
合物は噴霧乾燥によって自由流動性になる。次に、これ
らを例えば冷間アイソスタチック圧縮またはダイ圧縮の
ような通常の手段によって圧縮して、好ましい形状と少
なくとも６０％ＴＤ（理論密度）の密度を有するグリー
ン体を形成する。バインダーおよび／または圧縮助剤を
４００℃における熱処理によって、残渣を残すことな
く、除去される。次に、酸素を排除しながら、グリーン
体を１３５０〜１９００℃、好ましくは１５５０〜１８
００℃の範囲内の温度に加熱し、この温度に１０〜１５
０分間、好ましくは１５〜４５分間、液体の鉄を多く含
む相が形成されるまで維持し、次に室温に徐冷する。こ
の焼結工程は、焼結体の好ましくない炭化を避けるため
に、例えばタングステン、タンタルまたはモリブデンの
金属加熱要素を備えた炉装置内で実施することが有利で
ある。
【００１８】次に、焼結体を好ましくは室温に冷却する
前に例えばアルゴンのような気体状圧力伝達媒質を加え
ることによって、１５０〜２５０ＭＰａ、好ましくは約
２００ＭＰａの圧力下で１２００〜１４００℃の温度に
さらに１０〜１５分間加熱する。この被覆なし熱間アイ
ソスタチック再圧縮によって、まだ存在する孔の実際に
全てが除かれて、完成した硬質金属混合材料が１００％
ＴＤの密度を有する。
前に例えばアルゴンのような気体状圧力伝達媒質を加え
ることによって、１５０〜２５０ＭＰａ、好ましくは約
２００ＭＰａの圧力下で１２００〜１４００℃の温度に
さらに１０〜１５分間加熱する。この被覆なし熱間アイ
ソスタチック再圧縮によって、まだ存在する孔の実際に
全てが除かれて、完成した硬質金属混合材料が１００％
ＴＤの密度を有する。
【００１９】この焼結工程の代りに、例えばホウ化チタ
ン、窒化チタンおよび任意に酸化チタンのような硬質物
質成分を本質的に自己磨砕し、これらの粉末混合物を圧
縮成形して密度５０〜８０％ＴＤを有するグリーン体を
得る。次に、これらの孔質グリーン体を次に例えば窒化
ホウ素または酸化アルミニウム製の耐火るつぼ内に入
れ、好ましいバインダー金属から成り、孔質グリーン体
の表面の一部のみを覆う粉末充てんによって囲む。次
に、金属加熱要素（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）を含む炉装置内で
るつぼを炭素不純物を含まない真空下において、金属バ
インダー相の融点より高い温度に加熱すると、溶融バイ
ンダー金属は孔質グリーン体中に浸透によって侵入し、
グリーン体の孔が実際に完全に閉塞される。この場合に
も殆んど１００％ＴＤの密度を有する実際に孔の無い混
合材料が得られる。これに要する時間は本質的に、バイ
ンダー金属の溶融に要する時間によって定まる。加工品
の大きさに依存して、プロセスは一般に３０秒間から３
０分間までの期間内に完成する。
ン、窒化チタンおよび任意に酸化チタンのような硬質物
質成分を本質的に自己磨砕し、これらの粉末混合物を圧
縮成形して密度５０〜８０％ＴＤを有するグリーン体を
得る。次に、これらの孔質グリーン体を次に例えば窒化
ホウ素または酸化アルミニウム製の耐火るつぼ内に入
れ、好ましいバインダー金属から成り、孔質グリーン体
の表面の一部のみを覆う粉末充てんによって囲む。次
に、金属加熱要素（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）を含む炉装置内で
るつぼを炭素不純物を含まない真空下において、金属バ
インダー相の融点より高い温度に加熱すると、溶融バイ
ンダー金属は孔質グリーン体中に浸透によって侵入し、
グリーン体の孔が実際に完全に閉塞される。この場合に
も殆んど１００％ＴＤの密度を有する実際に孔の無い混
合材料が得られる。これに要する時間は本質的に、バイ
ンダー金属の溶融に要する時間によって定まる。加工品
の大きさに依存して、プロセスは一般に３０秒間から３
０分間までの期間内に完成する。
【００２０】このようにして得られた本発明による硬質
金属混合材料は非常にち密であるばかりでなく、非常に
硬質、靱性かつ安定である。例えば、窒化チタンは二ホ
ウ化チタンに比べて幾らか強靱であるが、硬度はやや低
いので、硬質物質の混合比によって靱性と硬度との好ま
しい組合せは広範囲に変化しうる。従って、使い捨て切
断ツール先端に通常生ずるクレーター摩耗（ｃｒａｔｅ
ｒ ｗｅａｒ）は、二ホウ化チタンに比べて軟い硬質物
質成分のこのような影響が予想されないとしても、窒化
チタンの少量の添加によってかなり減ぜられる。最も望
ましい用途にその都度正確に適合させることのできる性
質の組合せに基づいて、本発明の混合材料は例えばＳｉ
Ｃ強化アルミニウム合金およびニッケル主成分超合金の
ような非常に硬質の材料を切削するための切断ツールと
して、例えばコアー掘削または例えばコンクリートのよ
うなシリカ含有建築材料ののこ引きのような、衝撃の無
い加工のための切断ツールとして等しく適している。
金属混合材料は非常にち密であるばかりでなく、非常に
硬質、靱性かつ安定である。例えば、窒化チタンは二ホ
ウ化チタンに比べて幾らか強靱であるが、硬度はやや低
いので、硬質物質の混合比によって靱性と硬度との好ま
しい組合せは広範囲に変化しうる。従って、使い捨て切
断ツール先端に通常生ずるクレーター摩耗（ｃｒａｔｅ
ｒ ｗｅａｒ）は、二ホウ化チタンに比べて軟い硬質物
質成分のこのような影響が予想されないとしても、窒化
チタンの少量の添加によってかなり減ぜられる。最も望
ましい用途にその都度正確に適合させることのできる性
質の組合せに基づいて、本発明の混合材料は例えばＳｉ
Ｃ強化アルミニウム合金およびニッケル主成分超合金の
ような非常に硬質の材料を切削するための切断ツールと
して、例えばコアー掘削または例えばコンクリートのよ
うなシリカ含有建築材料ののこ引きのような、衝撃の無
い加工のための切断ツールとして等しく適している。
【００２１】本発明による硬質金属混合材料の製造を下
記実施例にさらに詳しく述べる：
記実施例にさらに詳しく述べる：
【００２２】次の粉末分析値を有する硬質材料とバイン
ダー金属を実施例１〜７に用いた：
ダー金属を実施例１〜７に用いた：
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【実施例１】平均粒度５μｍの二ホウ化チタン１３５０
ｇ、平均粒度２μｍの窒化チタン５０ｇおよび平均粒度
２０μｍのカルボニル鉄６００ｇを二ホウ化チタンの粉
砕ボールを含む熱間圧縮二ホウ化チタン製磨砕機中で、
パラフィン２ｇおよびヘプタン１０ｄｍ３と共に１２０
ｒｐｍにおいて２時間磨砕した。平均粒度０．７μｍを
有する微粉状粉末混合物（ＦＳＳＳ）から噴霧乾燥によ
って自由流動性粉末を製造し、これをダイプレス中で３
２０ＭＰａの圧力下で圧縮して、５３×２３ｍｍのサイ
ズを有する長方形プレート形状のグリーン体を得た。次
にこのグリーン体をタングステン加熱要素を含む炉の中
で炭素を含まない残留ガスの存在中の真空下１７００℃
において３０分間圧縮焼結し（ｄｅｎｓｅ−ｓｉｎｔｅ
ｒｅｄ）、室温に徐冷した。
ｇ、平均粒度２μｍの窒化チタン５０ｇおよび平均粒度
２０μｍのカルボニル鉄６００ｇを二ホウ化チタンの粉
砕ボールを含む熱間圧縮二ホウ化チタン製磨砕機中で、
パラフィン２ｇおよびヘプタン１０ｄｍ３と共に１２０
ｒｐｍにおいて２時間磨砕した。平均粒度０．７μｍを
有する微粉状粉末混合物（ＦＳＳＳ）から噴霧乾燥によ
って自由流動性粉末を製造し、これをダイプレス中で３
２０ＭＰａの圧力下で圧縮して、５３×２３ｍｍのサイ
ズを有する長方形プレート形状のグリーン体を得た。次
にこのグリーン体をタングステン加熱要素を含む炉の中
で炭素を含まない残留ガスの存在中の真空下１７００℃
において３０分間圧縮焼結し（ｄｅｎｓｅ−ｓｉｎｔｅ
ｒｅｄ）、室温に徐冷した。
【００２６】
【実施例２】平均粒度５μｍの二ホウ化チタン１５７０
ｇ、同じ粒度の窒化チタン１１０ｇ、平均粒度２０μｍ
のカルボニル鉄粉末３００ｇをカルボニル鉄ボール含有
Ｖ２Ａ鋼製磨砕機内で、パラフィン１重量％およびヘプ
タン１０ｄｍ３と共に、２時間１２０ｒｐｍで磨砕し
た。
ｇ、同じ粒度の窒化チタン１１０ｇ、平均粒度２０μｍ
のカルボニル鉄粉末３００ｇをカルボニル鉄ボール含有
Ｖ２Ａ鋼製磨砕機内で、パラフィン１重量％およびヘプ
タン１０ｄｍ３と共に、２時間１２０ｒｐｍで磨砕し
た。
【００２７】
【実施例３】実施例１に述べたものと同じ量の二ホウ化
チタン、窒化チタンおよびカルボニル鉄から、同じ条件
下でプレート形状のグリーン体を製造し、炭素を含まな
い真空下１６５０℃において１５分間焼結した。温度が
１２００℃に低下した後に、この予備焼結したプレート
を同じ炉室内で２００ＭＰａのアルゴンガス圧下におい
て１５分間熱間アイソスタチック再圧縮し、次に室温に
徐冷した。
チタン、窒化チタンおよびカルボニル鉄から、同じ条件
下でプレート形状のグリーン体を製造し、炭素を含まな
い真空下１６５０℃において１５分間焼結した。温度が
１２００℃に低下した後に、この予備焼結したプレート
を同じ炉室内で２００ＭＰａのアルゴンガス圧下におい
て１５分間熱間アイソスタチック再圧縮し、次に室温に
徐冷した。
【００２８】
【実施例４】平均粒度＜１０μｍの二ホウ化チタン１３
００ｇと窒化チタン１７５ｇを二ホウ化チタン粉砕ボー
ルを含む二ホウ化チタン製磨砕機中でヘプタン１０ｄｍ
３と共に、１２０ｒｐｍにおいて２時間磨砕した。微粉
状の硬質物質粉末混合物を次にゴムケースに入れて冷間
アイソスタチック圧縮して、６０％ＴＤの密度を有する
グリーン体を形成した。このグリーン体を酸化アルミニ
ウム製るつぼに入れ、グリーン体の上縁の約２ｃｍ下方
まで達するカルボニル鉄から成る粉末混合物で囲んだ。
次に、るつぼをタングステン加熱要素を含む炉中に入
れ、炭素を含まない真空下で１７００℃に加熱し、この
温度に３０分間維持した。この場合に、孔質グリーン体
は液状鉄を孔が実際に完全に閉塞されるまで吸収する。
００ｇと窒化チタン１７５ｇを二ホウ化チタン粉砕ボー
ルを含む二ホウ化チタン製磨砕機中でヘプタン１０ｄｍ
３と共に、１２０ｒｐｍにおいて２時間磨砕した。微粉
状の硬質物質粉末混合物を次にゴムケースに入れて冷間
アイソスタチック圧縮して、６０％ＴＤの密度を有する
グリーン体を形成した。このグリーン体を酸化アルミニ
ウム製るつぼに入れ、グリーン体の上縁の約２ｃｍ下方
まで達するカルボニル鉄から成る粉末混合物で囲んだ。
次に、るつぼをタングステン加熱要素を含む炉中に入
れ、炭素を含まない真空下で１７００℃に加熱し、この
温度に３０分間維持した。この場合に、孔質グリーン体
は液状鉄を孔が実際に完全に閉塞されるまで吸収する。
【００２９】
【実施例５】実施例１と同じ量のホウ化チタンおよび窒
化チタンを、ニッケル１８重量％、クロム８重量％およ
び炭素＜０．０５重量％を含み、平均出発粒度２０μｍ
を有するステンレス鋼粉末６００ｇと共に、実施例１と
同じ条件下で磨砕した。焼結は１６５０℃の温度におい
て実施した。
化チタンを、ニッケル１８重量％、クロム８重量％およ
び炭素＜０．０５重量％を含み、平均出発粒度２０μｍ
を有するステンレス鋼粉末６００ｇと共に、実施例１と
同じ条件下で磨砕した。焼結は１６５０℃の温度におい
て実施した。
【００３０】
【実施例６】二ホウ化チタン１０３０ｇ（６０容量
％）、窒化チタン２０６ｇ（１０容量％）、二酸化チタ
ン１６４ｇ（１０容量％）およびカルボニル鉄粉末６０
０ｇ（出発粉末の平均粒度 それぞれ＜３０μｍ）を実
施例１に述べた通りに磨砕し、再処理した。
％）、窒化チタン２０６ｇ（１０容量％）、二酸化チタ
ン１６４ｇ（１０容量％）およびカルボニル鉄粉末６０
０ｇ（出発粉末の平均粒度 それぞれ＜３０μｍ）を実
施例１に述べた通りに磨砕し、再処理した。
【００３１】
【実施例７】二ホウ化チタン６８７ｇ（４０容量％）、
窒化チタン８２４ｇ（４０容量％）およびカルボニル鉄
粉末６００ｇ（２０容量％）（出発粉末の平均粒度それ
ぞれ＜３０μｍ）をカルボニル鉄ボールを含むＶ２Ａ鋼
製磨砕機において１２０ｒｐｍで２時間磨砕した。再処
理は実施例１に述べたように実施した。
窒化チタン８２４ｇ（４０容量％）およびカルボニル鉄
粉末６００ｇ（２０容量％）（出発粉末の平均粒度それ
ぞれ＜３０μｍ）をカルボニル鉄ボールを含むＶ２Ａ鋼
製磨砕機において１２０ｒｐｍで２時間磨砕した。再処
理は実施例１に述べたように実施した。
【００３２】実施例１〜７において製造した硬質金属混
合材料を分析し、その機械的性質に関して試験した。結
果は「表３」と「表４」に要約する。
合材料を分析し、その機械的性質に関して試験した。結
果は「表３」と「表４」に要約する。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３４】以下、本発明の好適な実施態様を例示す
る。 １） 硬質物質成分（１）と（２）が二ホウ化チ
タンと窒化チタンから成り、全混合材料の５０〜９７容
量％を共に占め、硬質物質成分（３）が酸化チタンから
成り、０．１％〜１０容量％の割合であることを特徴と
する請求項１記載の混合材料。
る。 １） 硬質物質成分（１）と（２）が二ホウ化チ
タンと窒化チタンから成り、全混合材料の５０〜９７容
量％を共に占め、硬質物質成分（３）が酸化チタンから
成り、０．１％〜１０容量％の割合であることを特徴と
する請求項１記載の混合材料。
【００３５】２） バインダー金属成分（４）が
合金成分としてクロムまたはクロム−ニッケル混合物を
含む低炭素鉄合金から成ることを特徴とする請求項１ま
たは前項１記載の混合材料。
合金成分としてクロムまたはクロム−ニッケル混合物を
含む低炭素鉄合金から成ることを特徴とする請求項１ま
たは前項１記載の混合材料。
【００３６】３） 硬質物質成分（１），
（２），任意に（３）およびバインダー金属（４）から
成る非常に純粋な出発物質粉末を自己磨砕し（ａｕｔｏ
ｇｅｎｏｕｓｌｙ ｇｒｏｕｎｄ）、 このようにし
て得られた微細な出発物質粉末混合物を冷間圧縮して、
グリーン体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）に成形して、次に
炭素を含まない雰囲気下で酸素を遮断して１３５０℃〜
１９００℃の範囲内の温度において無圧焼結することを
特徴とする請求項１記載の混合材料の製造方法。
（２），任意に（３）およびバインダー金属（４）から
成る非常に純粋な出発物質粉末を自己磨砕し（ａｕｔｏ
ｇｅｎｏｕｓｌｙ ｇｒｏｕｎｄ）、 このようにし
て得られた微細な出発物質粉末混合物を冷間圧縮して、
グリーン体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）に成形して、次に
炭素を含まない雰囲気下で酸素を遮断して１３５０℃〜
１９００℃の範囲内の温度において無圧焼結することを
特徴とする請求項１記載の混合材料の製造方法。
【００３７】４） 無圧焼結した混合材料をガス
状圧力伝達媒質を用いて１２００℃〜１４００℃の温
度、１５０〜２５０ＭＰａの圧力において加圧下で等温
再圧縮することを特徴とする前項３記載の方法。
状圧力伝達媒質を用いて１２００℃〜１４００℃の温
度、１５０〜２５０ＭＰａの圧力において加圧下で等温
再圧縮することを特徴とする前項３記載の方法。
【００３８】５） 硬質物質成分（１），（２）
および任意に（３）から成る非常に純粋な出発物質粉末
を自己磨砕し、 このようにして得られた微細な出発
物質粉末混合物を冷間圧縮してグリーン体を成形し、こ
れらをバインダー金属成分（４）の粉末充てん下、炭素
を含まない雰囲気中で、液状バインダー金属が孔質グリ
ーン体中に浸透して、その孔を完全に閉塞するまで、金
属バインダー相の融点より高い温度に加熱することを特
徴とする請求項１記載の混合材料の製造方法。
および任意に（３）から成る非常に純粋な出発物質粉末
を自己磨砕し、 このようにして得られた微細な出発
物質粉末混合物を冷間圧縮してグリーン体を成形し、こ
れらをバインダー金属成分（４）の粉末充てん下、炭素
を含まない雰囲気中で、液状バインダー金属が孔質グリ
ーン体中に浸透して、その孔を完全に閉塞するまで、金
属バインダー相の融点より高い温度に加熱することを特
徴とする請求項１記載の混合材料の製造方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートリッヒ・ランゲ ドイツ連邦共和国 ケンプテン、リークニ ツァー・シュトラーセ 41 (72)発明者 ロレンツ・ズィクル オーストリア国 ブライテンヴァング、オ ベリート ５ (72)発明者 カール・アレキサンダー・シュヴェツ ドイツ連邦共和国 ズルツベルク、ベルク シュトラーセ ４
Claims (1)
- 【請求項１】 周期律表第４６族金属の▲高▼融点ホウ
化物および窒化物と、鉄および鉄合金からの低融点金属
とに基づく硬質混合材料であって、次の成分： （１）三ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウムおよびこ
れらの混合結晶から成る群から選択されたホウ化物４０
〜９７容量％； （２）窒化チタンおよび窒化ジルコニウムから成る群か
ら選択された窒化物１〜４８容量％； （３）酸化チタンおよび酸化ジルコニウムから成る群か
ら選択された酸化物０〜１０容量％；この、場合に
（２）と（３）の成分の全てまたは一部がオキシ窒化チ
タンおよびオキシ窒化ジルコニウムから成る群から選択
されたオキシ窒化物として存在することもありうる；お
よび （４）低炭素鉄および鉄合金２〜５９容量％から成り、
次の性質：混合材料全体の理論的に可能な密度を基準に
して少なくとも９７％ＴＤの密度、硬質物質相の粒度、
最大５．５μｍ、硬度（ＨＶ３０） 少なくとも１２０
０、曲げ破壊強さ、（室温において４点法によって測
定）少なくとも１，０００ＭＰａ、破壊抵抗ＫＩＣ 少
なくとも８．０ＭＰａ ｍ１／２を有することを特徴と
する混合材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3941536.8 | 1989-12-15 | ||
| DE3941536A DE3941536A1 (de) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Hartmetall-mischwerkstoffe auf basis von boriden, nitriden und eisenbindemetallen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128680A true JPH06128680A (ja) | 1994-05-10 |
| JPH08944B2 JPH08944B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=6395567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2419105A Expired - Lifetime JPH08944B2 (ja) | 1989-12-15 | 1990-12-14 | ホウ化物、窒化物および鉄バインダー金属に基づく混合焼結金属材料 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5045512A (ja) |
| EP (1) | EP0433856B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08944B2 (ja) |
| AT (1) | ATE102263T1 (ja) |
| AU (1) | AU633665B2 (ja) |
| CA (1) | CA2031640A1 (ja) |
| DE (2) | DE3941536A1 (ja) |
| ES (1) | ES2050923T3 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR920019961A (ko) * | 1991-04-26 | 1992-11-20 | 기시다 도시오 | 고영율재료 및 이것을 이용한 표면피복공구 부재 |
| FR2678286B1 (fr) * | 1991-06-28 | 1994-06-17 | Sandvik Hard Materials Sa | Cermets a base de borures des metaux de transition, leur fabrication et leurs applications. |
| GB9127416D0 (en) * | 1991-12-27 | 1992-02-19 | Atomic Energy Authority Uk | A nitrogen-strengthened alloy |
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- 1989-12-15 DE DE3941536A patent/DE3941536A1/de not_active Withdrawn
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1990
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