JPH062918B2 - Method for producing tungsten sintered alloy - Google Patents

Method for producing tungsten sintered alloy

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JPH062918B2
JPH062918B2 JP27506888A JP27506888A JPH062918B2 JP H062918 B2 JPH062918 B2 JP H062918B2 JP 27506888 A JP27506888 A JP 27506888A JP 27506888 A JP27506888 A JP 27506888A JP H062918 B2 JPH062918 B2 JP H062918B2
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Japan
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tungsten
nickel
iron
powder
residual stress
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信義 岡登
裕志 ▲吉▼田
将雄 中井
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速回転体又は防護物を貫通する発射体に有
用なタングステン焼結合金の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a tungsten sintered alloy useful for a projectile penetrating a high speed rotating body or a protective object.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高速回転体は、高度の引張り強さ、ヤング率を有し、し
かも高速回転時に破壊しないような十分な靱性を有して
いなければならない。又、上記発射体は、高度の引張り
強さ,密度,硬さを有し、しかも発射体が防護物を完全
に貫通する前に破壊しないように十分の延性,靱性を有
することが必要である。
The high-speed rotating body must have a high degree of tensile strength and Young's modulus and have sufficient toughness so as not to be broken at high speed rotation. The projectile must also have a high degree of tensile strength, density and hardness, yet be sufficiently ductile and tough so that the projectile will not break before completely penetrating the protective object. .

このような要求に応ずるべく高比重,高延性のタングス
テン合金の製造方法が、特開昭62−185843号公
報に開示されている。このものは、タングステン粉末8
5〜97%および残部がニッケルと鉄の粉末からなる混
合粉末を1〜4ton/cm2の静水圧下で圧粉し、得ら
れた圧粉体を水素気流中で液相焼結した後、該焼結体を
真空中において加熱後急冷する熱処理を施すものであ
る。
A method for producing a tungsten alloy having a high specific gravity and a high ductility in order to meet such requirements is disclosed in JP-A-62-185843. This is a tungsten powder 8
A mixed powder of 5 to 97% and the balance of nickel and iron powder was compacted under hydrostatic pressure of 1 to 4 ton / cm 2 , and the obtained compact was liquid-phase sintered in a hydrogen stream, The sintered body is subjected to heat treatment in which it is heated in a vacuum and then rapidly cooled.

上記焼結後に真空中で加熱・急冷の熱処理を施すことに
より、焼結体中に過剰に固溶した水素が除去され、又脆
化の原因となる不純物の粒界析出を防止できるため高延
性が得られるとされている。
By performing heat treatment of heating and quenching in a vacuum after the above-mentioned sintering, excess solid-solved hydrogen in the sintered body is removed, and grain boundary precipitation of impurities that cause embrittlement can be prevented, resulting in high ductility. Is said to be obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来の製造方法により得られたタングステン合金が
適用される高速回転体や防護物を貫通する発射体にあっ
ては、寸法精度の要求が厳しく、最終的にセンタレス盤
などによる表面研削加工は必須の工程である。
[Problems to be Solved by the Invention] In a projectile penetrating a high-speed rotating body or a protective object to which the tungsten alloy obtained by the above-mentioned conventional manufacturing method is applied, dimensional accuracy is strictly required, and finally Surface grinding using a centerless machine is an essential process.

しかして、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果によれ
ば、タングステン−ニッケル−鉄(W−Ni−Fe)系
焼結合金の延性は、セラミックスと同様に表面の残留応
力に極めて敏感である。したがって、上記従来例におけ
る脱水素の加熱・急冷の熱処理を施した後に、センタレ
ス盤などにより表面研削加工を加えると延性が著しく劣
化してしまい、実際に使用する上で問題になることが見
出された。
According to the results of the intensive studies by the present inventors, the ductility of the tungsten-nickel-iron (W-Ni-Fe) -based sintered alloy is extremely sensitive to the residual stress on the surface as in the case of ceramics. is there. Therefore, it is found that if the surface grinding is applied by a centerless machine after the heat treatment for dehydrogenation and the heat treatment for rapid cooling in the above conventional example, the ductility is remarkably deteriorated, which is a problem in actual use. Was done.

そこで本発明の目的とする所し、最終形状に機械加工後
の表面の残留応力の悪影響を除去し得るタングステン合
金の製造方法を提供することにより、上記従来の問題点
を解決することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems by providing a method for manufacturing a tungsten alloy capable of removing the adverse effect of residual stress on the surface after machining into a final shape.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するため、本発明は、タングステン85
〜97%、残部がニッケルと鉄の粉末からなる混合粉を
圧縮成形し、ついで該圧縮成形体を水素中で液相焼結に
より緻密化し、得られた焼結体を最終形状に加工した後
に、表面をエッチングする 以下、更に詳細に説明する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a tungsten 85
˜97%, the mixed powder consisting of nickel and iron powder as the balance is compression molded, then the compression molded body is densified by liquid phase sintering in hydrogen, and the obtained sintered body is processed into a final shape. Etching the surface will be described in more detail below.

本発明に用いる原料粉末は、高純度のタングステン
(W),ニッケル(Ni),鉄(Fe)り粉末である。
タングステン含有量は、所定の高密度を保つために85
%以上が必要である。かつ又、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、97%以下であ
ることが必要である。ニッケルと鉄は、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目
的で添加される。その添加量は、合金量の3〜15%と
する。3%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、15%を越えるとタングス
テン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、ニッケルと鉄の成分比率は、ニッケル
・鉄結合相全体に対して鉄が20〜50%程度、すなわ
ちNi:Fe=5:5からNi:Fe=8:2の間に調
整することが望ましい。その理由は、この組成範囲で、
液相焼結工程における液相生成温度(融点)を、ニッケ
ル又は鉄単体の場合より十分な低下せしめ、ひいては効
果的な液相焼結が可能となるためである。
The raw material powder used in the present invention is high-purity tungsten (W), nickel (Ni), iron (Fe) powder.
Tungsten content is 85 in order to maintain a predetermined high density.
% Or more is required. Moreover, in order to secure the amount of the liquid phase which is completely densified in the liquid phase sintering step, it is necessary to be 97% or less. Nickel and iron are added for the purpose of generating a liquid phase during sintering, promoting densification, and increasing the ductility of the material. The addition amount is 3 to 15% of the alloy amount. If it is less than 3%, a sufficient liquid phase is not generated and the effect of increasing the density cannot be exhibited. On the other hand, if it exceeds 15%, the content of tungsten becomes too small, and the high specific gravity of the alloy cannot be obtained. Further, the component ratio of nickel and iron can be adjusted to about 20 to 50% of iron with respect to the entire nickel-iron binding phase, that is, between Ni: Fe = 5: 5 and Ni: Fe = 8: 2. desirable. The reason is that in this composition range,
This is because the liquid phase generation temperature (melting point) in the liquid phase sintering step can be sufficiently lowered as compared with the case of nickel or iron alone, and eventually effective liquid phase sintering can be performed.

したがって、単体のニッケルと鉄の混合粉末に代えて、
上記組成を有する両者の合金粉末を使用しても同等の効
果がある。
Therefore, instead of a single powder of nickel and iron,
Even if both alloy powders having the above composition are used, the same effect can be obtained.

上記原料粉末の粒度は、成形性,焼結性および材料の延
性の観点から1〜10μm程度が望ましい。
The particle size of the raw material powder is preferably about 1 to 10 μm from the viewpoint of moldability, sinterability and ductility of the material.

混合物を圧縮成形する際の圧力は、1〜4ton/cm2
の静水圧とする。1ton/cm2未満での成形では、液
相焼結を行っても2〜3%の気孔が残留する。そのため
圧縮成形体の密度が小さすぎて、完全に緻密化できず、
延性が落ちる。また4ton/cm2を越える成形では、
逆に密度が高くなりすぎて圧縮成形体中にクローズドボ
アが生じ、結局完全に緻密化できない。
The pressure for compression molding the mixture is 1 to 4 ton / cm 2
Hydrostatic pressure. In the case of molding at less than 1 ton / cm 2 , 2-3% of pores remain even after liquid phase sintering. Therefore, the density of the compression molded product is too small to be completely densified,
Ductility decreases. Moreover, in the case of molding over 4 ton / cm 2 ,
On the contrary, the density becomes too high, and a closed bore occurs in the compression-molded product, which cannot be completely densified.

加圧に際して、通常の一軸圧縮ではなく静水圧力を用い
るのは、四方から万遍なく加圧することにより合金の均
質性を高め、ひいては延性を高めるためである。
The reason why the hydrostatic pressure is used instead of the usual uniaxial compression is to increase the homogeneity of the alloy and thus the ductility by uniformly pressing from all sides.

液相焼結は、水素中で、ニッケル・鉄成分が液相を生成
する温度である1430℃以上で行うことが必要であ
る。
Liquid phase sintering needs to be performed in hydrogen at 1430 ° C. or higher, which is the temperature at which the nickel / iron component forms a liquid phase.

焼結時間は完全に緻密化が進行するに必要な時間、すな
わち20分間以上を要し、しかして焼結中に粗大ポロシ
ティを生じさせないためには、60分間以下が望まし
い。
The sintering time is a time required for complete densification, that is, 20 minutes or more, and 60 minutes or less is desirable in order to prevent coarse porosity from being generated during sintering.

次に焼結体を最終形状まで加工する。加工方法は、切
削、研削、あるいはスエージング等の塑性加工等いずれ
も良く、又これらの組み合わせでも良い。
Next, the sintered body is processed into a final shape. The processing method may be cutting, grinding, plastic working such as swaging, or a combination thereof.

本発明にあっては、最終形状まで加工した後に、表面に
エッチングを施す。その理由は、エッチング後に表面研
削などの機械加工を施したのでは、表面残留応力の悪影
響を除去出来ないからである。
In the present invention, the surface is etched after the final shape is processed. The reason is that the adverse effect of the residual surface stress cannot be removed by performing mechanical processing such as surface grinding after etching.

表面をエッチングする方法としては、公知の種々の方法
が用い得るが、NaOH,KOH,硝弗酸等を用いてタ
ングステン部をエッチングするのが望ましい。エッチン
グ深さは、1μm以上で効果は表れるが望ましくは10
μm以上である。
As a method for etching the surface, various known methods can be used, but it is preferable to etch the tungsten portion using NaOH, KOH, hydrofluoric acid or the like. When the etching depth is 1 μm or more, the effect appears, but it is preferably 10
It is at least μm.

また、ニッケル,鉄をエッチングして応力除去を行うこ
とも可能ではあるが、上記のようにタングステン部をエ
ッチングするのがよい。その理由は残留応力が主として
タングステン粒に存在することに加えて、ニッケル,鉄
の場合はノッチ効果が生じ、逆に靱性を劣化させる危険
があるためである。
Although it is possible to remove stress by etching nickel and iron, it is preferable to etch the tungsten portion as described above. The reason is that the residual stress is mainly present in the tungsten grains and, in the case of nickel and iron, the notch effect occurs, and on the contrary, there is a risk of degrading the toughness.

一般に材料の特性、例えば疲労強度等に関して、表面の
残留応力が影響することはよく知られている。特に、先
にも述べたように、セラミックス及びタングステンなど
の脆性材料は表面残留応力に敏感である。どれほど注意
深く加工を施しても、残留応力を生じさせないことは不
可能である。本発明者らは、この表面の残留応力がタン
グステン焼結合金の延性に極めて大きい影響を与えるこ
とを見出した。第1図にタングステン合金における表面
残留応力と伸びとの関係を示す。なお、表面残留応力は
X線回折を用いて半価幅中点法により行ったものであ
る。第1図から、表面残留応力の増加に反比例して伸び
が減少していることがわかる。換言すれば、延性の向上
には表面残留応力の除去が非常に重要である。
It is well known that the residual stress on the surface generally affects the material properties such as fatigue strength. In particular, as mentioned above, brittle materials such as ceramics and tungsten are sensitive to surface residual stress. No matter how carefully the material is processed, it is impossible to generate residual stress. The present inventors have found that this residual stress on the surface has an extremely large effect on the ductility of the tungsten sintered alloy. FIG. 1 shows the relationship between surface residual stress and elongation in a tungsten alloy. The surface residual stress is measured by the half-value width midpoint method using X-ray diffraction. From FIG. 1, it can be seen that the elongation decreases in inverse proportion to the increase in the surface residual stress. In other words, removal of surface residual stress is very important for improving ductility.

本発明によれば、圧縮成形した所定の金属粉末を液相焼
結し、次いで最終形状まで加工した後に、その加工によ
る残留応力のある表層をエッチングで取り除くことによ
り残留応力の除去を行い、延性を有効に向上させること
ができた。
According to the present invention, after compression-molding a predetermined metal powder is liquid-phase sintered and then processed into a final shape, the surface layer having residual stress due to the processing is removed by etching to remove the residual stress, thereby improving ductility. Could be effectively improved.

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below.

タングステン粉95wt%−ニッケル粉3.5wt%−鉄
粉1.5wt%の組成に配合し、V型混合機を用いて混合
した。得られた混合粉を2ton/cm2の静水圧下に圧
縮成形し、その成形体を水素中で1530℃で40分間
液相焼結した。つづいて焼結体を1200℃で2時間、
真空中で熱処理した後に、引張り試験片に機械加工し
た。
Tungsten powder 95 wt% -nickel powder 3.5 wt% -iron powder 1.5 wt% were mixed and mixed using a V-type mixer. The obtained mixed powder was compression-molded under a hydrostatic pressure of 2 ton / cm 2 , and the molded body was liquid-phase sintered in hydrogen at 1530 ° C. for 40 minutes. Next, the sintered body was heated at 1200 ° C. for 2 hours,
After heat treatment in vacuum, tensile specimens were machined.

この機械加工により、試験片に表面残留応力が生じる。
この引張り試験片を5N−KOH溶液で電解エッチング
し、表面を1〜50μm除去した。かくして得られた引
張り試験片につき行った引張り試験の結果を第1表に示
す。
This machining causes surface residual stress in the test piece.
The tensile test piece was electrolytically etched with a 5N-KOH solution to remove the surface of 1 to 50 μm. The results of the tensile test conducted on the thus obtained tensile test pieces are shown in Table 1.

又、比較例として、引張り試験片に機械加工後、エッチ
ング処理を施さなかったものの結果についても示す。
In addition, as a comparative example, the results of those in which the tensile test piece was not machined and then subjected to no etching treatment are also shown.

第1表より、本実施例の方法によるものは、エッチング
処理を施さなかったものより高い伸びを示すことがわか
る。
From Table 1, it can be seen that the method according to the present example exhibits higher elongation than that not subjected to the etching treatment.

〔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8
5〜97%、残部がニッケルと鉄の粉末からなる混合粉
を圧縮成形し、ついで該圧縮成形体を液相焼結により緻
密化し、得られた焼結体を最終形状に加工した後に、表
面をエッチングして加工による表面応力が残留している
部分を除去するものとした。そのため、タングステン焼
結合金の最終製品形状における延性を著しく高めること
ができ、実質的に優れた発射体、高速回転体が得られる
という効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the tungsten 8
A mixed powder of 5 to 97%, the balance being nickel and iron powder, is compression molded, and then the compression molded body is densified by liquid phase sintering, and the obtained sintered body is processed into a final shape. Was etched to remove the portion where the surface stress due to processing remained. Therefore, the ductility of the tungsten sintered alloy in the final product shape can be remarkably enhanced, and a substantially excellent projectile and high-speed rotating body can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のタングステン合金における表面圧縮残
留応力と伸びとの関係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between surface compressive residual stress and elongation in the tungsten alloy of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】タングステン85〜97%、残部がニッケ
ルと鉄の粉末からなる混合粉を圧縮成形し、ついで該圧
縮成形体を水素中で液相焼結により緻密化し、得られた
焼結体を最終形状に加工した後に、表面をエッチングす
ることを特徴とするタングステン焼結合金の製造方法。
1. A sintered body obtained by compression-molding a mixed powder comprising 85-97% tungsten and the balance being powder of nickel and iron, and then densifying the compression-molded body by liquid phase sintering in hydrogen. A method for producing a tungsten sintered alloy, which comprises etching the surface after processing into a final shape.
JP27506888A 1988-10-31 1988-10-31 Method for producing tungsten sintered alloy Expired - Lifetime JPH062918B2 (en)

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