JPH0676642B2 - 焼結高合金鋼の製造方法 - Google Patents
焼結高合金鋼の製造方法Info
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- JPH0676642B2 JPH0676642B2 JP61213388A JP21338886A JPH0676642B2 JP H0676642 B2 JPH0676642 B2 JP H0676642B2 JP 61213388 A JP61213388 A JP 61213388A JP 21338886 A JP21338886 A JP 21338886A JP H0676642 B2 JPH0676642 B2 JP H0676642B2
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- JP
- Japan
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- sintering
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- alloy steel
- sintered
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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、焼結高合金鋼の製造方法に関し、さらに詳し
くは、切削工具、金型および圧延ロール用高性能工具材
料に適した焼結高合金鋼の製造方法に関する。
くは、切削工具、金型および圧延ロール用高性能工具材
料に適した焼結高合金鋼の製造方法に関する。
従来の技術 近年、金属材料の素形材加工に対して高精度化および低
コスト化が要求されるとともに、被加工材の高硬度化お
よび加工速度の高速度化等、加工条件も一層苛酷なもの
となり、より高性能な切削工具、金型および圧延ロール
用工具材料が求められている。
コスト化が要求されるとともに、被加工材の高硬度化お
よび加工速度の高速度化等、加工条件も一層苛酷なもの
となり、より高性能な切削工具、金型および圧延ロール
用工具材料が求められている。
このような要求を満たすため、切削工具に対しては高速
度鋼（以下、ハイスという）工具から超硬合金への転換
が進みつつある。一方、機械加工の容易さと靱性に対す
る要求の高い精密工具に対しては、高硬度、高靱性ハイ
ス工具およびコーティングハイス工具が今後も使用され
ると考えられる。しかしながら、このような高度の要求
を満たす工具材料は、従来の製造方法を用いて健全な材
料として製造することが困難であるため、信頼性が高
く、高硬度化の可能な粉末冶金法を用いて製造された材
料を用いることが最適と考えられる。
度鋼（以下、ハイスという）工具から超硬合金への転換
が進みつつある。一方、機械加工の容易さと靱性に対す
る要求の高い精密工具に対しては、高硬度、高靱性ハイ
ス工具およびコーティングハイス工具が今後も使用され
ると考えられる。しかしながら、このような高度の要求
を満たす工具材料は、従来の製造方法を用いて健全な材
料として製造することが困難であるため、信頼性が高
く、高硬度化の可能な粉末冶金法を用いて製造された材
料を用いることが最適と考えられる。
このような粉末冶金法として、従来の溶解ハイス法、ガ
スアトマイズHIP法等を改良した方法が特開昭58-181848
号に開示されている。これは酸化物粉（Fe、Cr、Co、
Ｗ、Mo、およびＶの酸化物）を混合した後、H2およびＣ
により共還元し、得られた還元塊状物を粉末とし、炭化
物および窒化物粉末を添加して焼結ハイスを製造する方
法であり、超硬合金に近い硬度、耐摩耗性および抗折力
に優れた高耐摩耗性焼結ハイスを提供するものである。
かかる方法による製造工程を示すと以下のとおりであ
る。
スアトマイズHIP法等を改良した方法が特開昭58-181848
号に開示されている。これは酸化物粉（Fe、Cr、Co、
Ｗ、Mo、およびＶの酸化物）を混合した後、H2およびＣ
により共還元し、得られた還元塊状物を粉末とし、炭化
物および窒化物粉末を添加して焼結ハイスを製造する方
法であり、超硬合金に近い硬度、耐摩耗性および抗折力
に優れた高耐摩耗性焼結ハイスを提供するものである。
かかる方法による製造工程を示すと以下のとおりであ
る。
（酸化物粉末）→［混合粉砕］→［共還元］→（基本組
成合金粉末）→［混合粉砕］→［結合剤混練］→焼結
（脱パラフィン→脱ガス→本焼結）→［HIP処理］→
［熱処理］→［仕上加工］→（切削および切削加工）→
（製品） さらに、他の類似の方法として原料粉末に水或いはガス
によってアトマイズした合金微粉末を用いる方法もあ
る。
成合金粉末）→［混合粉砕］→［結合剤混練］→焼結
（脱パラフィン→脱ガス→本焼結）→［HIP処理］→
［熱処理］→［仕上加工］→（切削および切削加工）→
（製品） さらに、他の類似の方法として原料粉末に水或いはガス
によってアトマイズした合金微粉末を用いる方法もあ
る。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記の従来技術においては、混合からHI
P処理の間の製造工程が複雑で且つ処理時間が長く、ま
た加熱冷却処理等におけるエネルギー損失が大きい。一
方、圧縮成形を実施する際、金型を用いて冷間で機械プ
レスを行うか又はゴム型を用いて冷間静水圧成形を行う
が、金型成形では５t/cm2程度の圧力が要求され、冷間
静水圧成形でも２t/cm2の圧力が要求されるため大型で
高価な成形機が必要となる。特に金型成形の場合、硬い
粉末を圧縮するため金型の寿命が短かく経済上、問題を
有する。
P処理の間の製造工程が複雑で且つ処理時間が長く、ま
た加熱冷却処理等におけるエネルギー損失が大きい。一
方、圧縮成形を実施する際、金型を用いて冷間で機械プ
レスを行うか又はゴム型を用いて冷間静水圧成形を行う
が、金型成形では５t/cm2程度の圧力が要求され、冷間
静水圧成形でも２t/cm2の圧力が要求されるため大型で
高価な成形機が必要となる。特に金型成形の場合、硬い
粉末を圧縮するため金型の寿命が短かく経済上、問題を
有する。
問題点を解決するための手段 発明者らはかかる問題点に鑑み、検討を加えた結果、焼
結高合金鋼の製造工程において、原料粉末を坩堝中に自
然充填して焼結することにより、結合材等を含有しない
清浄で且つ次工程のHIP処理が可能な高密度焼結体が得
られることを見出し、さらに該工程に改良を加えて本発
明を完成するに至った。
結高合金鋼の製造工程において、原料粉末を坩堝中に自
然充填して焼結することにより、結合材等を含有しない
清浄で且つ次工程のHIP処理が可能な高密度焼結体が得
られることを見出し、さらに該工程に改良を加えて本発
明を完成するに至った。
すなわち本発明は、工具鋼アトマイズ粉末に、周期律表
第IVa族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および窒
化物の粉末の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加
し、混合後、坩堝に充填して、１段目の予備焼結および
２段目の液相焼結による本焼結からなる２段の真空焼結
を行い、ついで得られた真密度に対し93％以上の相対密
度を有する焼結体をHIP処理することを特徴とする耐摩
耗性に優れた焼結高合金鋼の製造方法、および、混合粉
末を坩堝に充填後、HIP処理装置内において、１段目の
予備焼結および２段目の液相焼結による本焼結からなる
２段の真空焼結を行い、引続いて同装置によりHIP処理
することを特徴とする焼結高合金鋼の製造方法を提供す
るものである。
第IVa族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および窒
化物の粉末の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加
し、混合後、坩堝に充填して、１段目の予備焼結および
２段目の液相焼結による本焼結からなる２段の真空焼結
を行い、ついで得られた真密度に対し93％以上の相対密
度を有する焼結体をHIP処理することを特徴とする耐摩
耗性に優れた焼結高合金鋼の製造方法、および、混合粉
末を坩堝に充填後、HIP処理装置内において、１段目の
予備焼結および２段目の液相焼結による本焼結からなる
２段の真空焼結を行い、引続いて同装置によりHIP処理
することを特徴とする焼結高合金鋼の製造方法を提供す
るものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明にて使用されるアトマイズ粉末は、 C :0.5〜３％ Cr:2〜30％ W :0又は0.1〜30％ Mo:0又は0.1〜20％ V :0.5〜7.5％ Co:0.2又は0.1〜20％ からなる主要組成からなり、平均粒径は３〜30μ程度の
ものが好適に用いられる。該粉末に、周期律表第IVa族
元素としてTi、Zr、Hf等の、同第Va族元素としてＶ、N
b、Ta等から選ばれた金属の炭化物および窒化物の粉末
の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加し、オート
ミルおよびアトライター等を用いメタノール中にて湿式
法にて混合後、乾燥させて均一な混合粉末とする。次
に、該混合粉末を坩堝（Al2O3、MgOおよびBN、またはか
かる材料を混合した耐火物からなる）内に所定量を自然
充填し、0.1Torr以下の真空雰囲気中で900〜1200℃で0.
5〜10時間予備焼結し、1200〜1350℃で0.5〜５時間本焼
結する。
ものが好適に用いられる。該粉末に、周期律表第IVa族
元素としてTi、Zr、Hf等の、同第Va族元素としてＶ、N
b、Ta等から選ばれた金属の炭化物および窒化物の粉末
の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加し、オート
ミルおよびアトライター等を用いメタノール中にて湿式
法にて混合後、乾燥させて均一な混合粉末とする。次
に、該混合粉末を坩堝（Al2O3、MgOおよびBN、またはか
かる材料を混合した耐火物からなる）内に所定量を自然
充填し、0.1Torr以下の真空雰囲気中で900〜1200℃で0.
5〜10時間予備焼結し、1200〜1350℃で0.5〜５時間本焼
結する。
その後、得られた焼結体を前記坩堝から取り出し、HIP
処理装置により1000〜1200℃、600気圧以上の条件でHIP
処理を行う。なおHIP処理前の焼結体の相対密度（相対
密度とは、焼結後の焼結体密度を示す。）は、真密度に
対し93％以上、望ましくは95％以上必要であり、該相対
密度が93％未満の焼結体は空孔が外部に通じているため
カプセルに真空封入後にHIP処理を行う。
処理装置により1000〜1200℃、600気圧以上の条件でHIP
処理を行う。なおHIP処理前の焼結体の相対密度（相対
密度とは、焼結後の焼結体密度を示す。）は、真密度に
対し93％以上、望ましくは95％以上必要であり、該相対
密度が93％未満の焼結体は空孔が外部に通じているため
カプセルに真空封入後にHIP処理を行う。
さらに、本発明の他の方法によれば、前記アトマイズ粉
末と所定の炭化物、窒化物粉末との混合粉末をHIP処理
装置内にて真空焼結し、引続いて同装置にてHIP処理を
行う。すなわち、前記と同様、アトマイズ粉末に周期律
表第IVa族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および
窒化物の粉末を1.0〜50重量％添加し、混合する。
末と所定の炭化物、窒化物粉末との混合粉末をHIP処理
装置内にて真空焼結し、引続いて同装置にてHIP処理を
行う。すなわち、前記と同様、アトマイズ粉末に周期律
表第IVa族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および
窒化物の粉末を1.0〜50重量％添加し、混合する。
得られた混合粉末を乾燥した後、坩堝内に所定量を自然
充填し、HIP処理装置内にて、0.1Torr以下の真空雰囲気
中で900〜1200℃で0.5〜10時間予備焼結し、1200〜1350
℃で0.5〜５時間本焼結を行う。その後引続き、同装置
にて1000〜1200℃、600気圧以上の条件でHIP処理を行
う。
充填し、HIP処理装置内にて、0.1Torr以下の真空雰囲気
中で900〜1200℃で0.5〜10時間予備焼結し、1200〜1350
℃で0.5〜５時間本焼結を行う。その後引続き、同装置
にて1000〜1200℃、600気圧以上の条件でHIP処理を行
う。
実施例 つぎに、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に
説明する。
説明する。
実施例１ 以下に示す化学成分組成（重量％）を有するガスアトマ
イズハイス粉（平均粒径19.0μ）を用いて焼結合金鋼を
製造した。
イズハイス粉（平均粒径19.0μ）を用いて焼結合金鋼を
製造した。
ガスアトマイズ粉の化学成分： C Cr Mo W V Co 1.27 3.93 5.14 6.30 2.95 7.99 アトライター中にて該アトマイズ粉に3.5％VC、10％TiN
および0.4％Ｃを加え、メタノール中に25時間混合し
た。ついで該混合粉末を乾燥して内径50φ×高さ100mm
のAl2O3製坩堝に自然充填し、10-2Torrの真空雰囲気
中、1000℃で２時間予備焼結し、引続いて1250℃で２時
間本焼結した。本焼結後、得られた焼結体は外形47φ×
高さ60mmとなりルツボから容易に取り出すことが可能で
あり、また該焼結体の相対密度は真密度に対し97％を示
した。ついで該焼結体を1100℃、800気圧、２時間の条
件でHIP処理した。得られた焼結合金鋼の特性を第１表
に示すが、第１表より明らかなごとく、得られた合金鋼
は、抗折力が高く、エンドミル切削性能にも優れること
がわかる。
および0.4％Ｃを加え、メタノール中に25時間混合し
た。ついで該混合粉末を乾燥して内径50φ×高さ100mm
のAl2O3製坩堝に自然充填し、10-2Torrの真空雰囲気
中、1000℃で２時間予備焼結し、引続いて1250℃で２時
間本焼結した。本焼結後、得られた焼結体は外形47φ×
高さ60mmとなりルツボから容易に取り出すことが可能で
あり、また該焼結体の相対密度は真密度に対し97％を示
した。ついで該焼結体を1100℃、800気圧、２時間の条
件でHIP処理した。得られた焼結合金鋼の特性を第１表
に示すが、第１表より明らかなごとく、得られた合金鋼
は、抗折力が高く、エンドミル切削性能にも優れること
がわかる。
実施例２ 前記実施例１と同一の混合粉末を内径50φ×高さ100mm
のAl2O3製ルツボに自然充填し、HIP処理装置内に装入し
た。つぎに10-2Torrの真空雰囲気中、950℃で２時間予
備焼結し、1250℃で２時間本焼結した。引続いて同装置
内にアルゴンガスを導入すると共に1100℃に温度を下
げ、1100℃、800気圧、２時間の条件でHIP処理した。得
られた焼結高合金鋼の特性を第１表に示す。第１表より
明らかなごとく、得られた合金鋼は、抗折力が高く、エ
ンドミル切削性能にも優れていることがわかる。
のAl2O3製ルツボに自然充填し、HIP処理装置内に装入し
た。つぎに10-2Torrの真空雰囲気中、950℃で２時間予
備焼結し、1250℃で２時間本焼結した。引続いて同装置
内にアルゴンガスを導入すると共に1100℃に温度を下
げ、1100℃、800気圧、２時間の条件でHIP処理した。得
られた焼結高合金鋼の特性を第１表に示す。第１表より
明らかなごとく、得られた合金鋼は、抗折力が高く、エ
ンドミル切削性能にも優れていることがわかる。
比較例１ 実施例１と同一の混合粉末にパラフィンを４％混合し、
２t/cm2で40φ×80mmのサイズに冷間静水圧成形し、450
℃で２時間脱パラフィン処理した。その後、10-2Torrの
真空雰囲気中、1000℃で２時間予備焼結し、1260℃で２
時間本焼結した。なお得られた焼結体の相対密度は99％
以上であった。
２t/cm2で40φ×80mmのサイズに冷間静水圧成形し、450
℃で２時間脱パラフィン処理した。その後、10-2Torrの
真空雰囲気中、1000℃で２時間予備焼結し、1260℃で２
時間本焼結した。なお得られた焼結体の相対密度は99％
以上であった。
発明の効果 本発明方法では、圧粉成形工程を要しないため、プレス
処理、パラフィン等の混練および成形後の脱パラフィン
処理等が不要となり、大幅な工程時間の短縮が可能とな
り且コスト面の効果も得られる。さらに昇温、降温の時
間短縮によって得られる合金鋼の結晶粒が微細化され、
抗折力が向上し、工具としての特性が改善される。
処理、パラフィン等の混練および成形後の脱パラフィン
処理等が不要となり、大幅な工程時間の短縮が可能とな
り且コスト面の効果も得られる。さらに昇温、降温の時
間短縮によって得られる合金鋼の結晶粒が微細化され、
抗折力が向上し、工具としての特性が改善される。
Claims (4)
- 【請求項１】工具鋼アトマイズ粉末に、周期律表第IVa
族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および窒化物の
粉末の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加し、混
合後、坩堝に充填して、１段目の予備焼結および２段目
の液相焼結による本焼結からなる２段の真空焼結を行
い、ついで得られた真密度に対し93％以上の相対密度を
有する焼結体をHIP処理することを特徴とする耐摩耗性
に優れた焼結高合金鋼の製造方法。 - 【請求項２】前記周期律表第IVa族の元素がTi、Zr、Hf
であり、同第Va族の元素がＶ、Nb、Taである前記第
（１）項の焼結高合金鋼の製造方法。 - 【請求項３】工具鋼アトマイズ粉末に、周期律表第IVa
族およびVa族から選ばれた金属の炭化物および窒化物の
粉末の１種または２種以上を1.0〜50重量％添加し、混
合後、坩堝に充填し、HIP処理装置内において、１段目
の予備焼結および２段目の液相焼結による本焼結からな
る２段の真空焼結を行い、引続いて同装置によりHIP処
理することを特徴とする耐摩耗性に優れた焼結高合金鋼
の製造方法。 - 【請求項４】前記周期律表第IVa族の元素がTi、Zr、Hf
であり、同第Va族の元素がＶ、Nb、Taである前記第
（３）項の焼結高合金鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213388A JPH0676642B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 焼結高合金鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213388A JPH0676642B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 焼結高合金鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6369939A JPS6369939A (ja) | 1988-03-30 |
| JPH0676642B2 true JPH0676642B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=16638374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61213388A Expired - Lifetime JPH0676642B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 焼結高合金鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676642B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0288747A (ja) * | 1988-09-27 | 1990-03-28 | Nippon Steel Corp | 耐摩耗ロール材 |
| CN115041690B (zh) * | 2022-06-13 | 2023-08-04 | 中机新材料研究院(郑州)有限公司 | 一种刀具高速钢的制备方法及配套的雾化装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5760049A (en) * | 1980-08-18 | 1982-04-10 | Kennametal Inc | Steel hard carbite macro-textured tool composition and formation |
-
1986
- 1986-09-09 JP JP61213388A patent/JPH0676642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6369939A (ja) | 1988-03-30 |
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