JPH07258785A - 高硬度超硬合金 - Google Patents

高硬度超硬合金

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JPH07258785A
JPH07258785A JP7818094A JP7818094A JPH07258785A JP H07258785 A JPH07258785 A JP H07258785A JP 7818094 A JP7818094 A JP 7818094A JP 7818094 A JP7818094 A JP 7818094A JP H07258785 A JPH07258785 A JP H07258785A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 六方晶炭化タングステンの(001)結晶面
の成長割合を高くし、その含有量を多くした超硬合金で
あり、高硬度で耐摩耗性に優れ、かつ高強度,高靭性で
耐欠損性に優れ、これらの諸特性のシナジ効果を発揮さ
せて、長寿命を達成できる高硬度超硬合金を提供する。 【構成】 Coおよび/またはNiを主成分とする結合
相3〜40体積%と、必要に応じて含有される55体積
%以下の立方晶系化合物と、残りが六方晶炭化タングス
テンと不可避不純物とからなる超硬合金において、該六
方晶炭化タングステンのCu−Kα線によるX線回折曲
線における(101)結晶面のピーク強度に対する(0
01)結晶面の強度比が0.50以上である。 【効果】 同一組成成分で、かつほぼ同一WC粒径でな
る従来の超硬合金に比べて、硬さが約1.1〜2.9
(GPa)高く、抗折力が約0.1〜0.4(GPa)
高くなるという優れた効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、(001)結晶面が発
達した六方晶炭化タングステンを多く含有してなる超硬
合金に関し、具体的には、例えばバイト,ドリル,エン
ドミル,カッターおよびこれらに用いるスローアウェイ
チップ,インサートチップ,ロー付けチップ,ソリッド
チップに代表される切削工具、絞り型,しごき型,鍛造
型などの塑性加工工具や打抜き型,スリッターなどの剪
断加工工具に代表される耐摩耗工具、道路工事,土建工
事,トンネル工事に用いられるビット,穿孔工具に代表
される土木鉱山工具、メカニカルシ−ル,軸受けに代表
される摺動材料、時計枠,釣具,タイピン,ノズルに代
表される装飾・耐蝕材料、および機械部品,化学工業用
部品に用いられる各種の構造用材料として適する高硬度
超硬合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超硬合金は、六方晶炭化タングステン,
または六方晶炭化タングステンと立方晶系化合物とでな
る硬質相をCoおよび/またはNiを主成分とする結合
相で結合した焼結合金であり、優れた特性を有している
ことから、多種多様の用途に広く実用されている。この
超硬合金は、主として六方晶炭化タングステンの粒度,
結合相含有量,立方晶系化合物含有量により、その特性
を調整させることができる。しかしながら、一般に、超
硬合金の特性は、硬さ,耐摩耗性を高めると強度,靭
性,耐欠損性が低下し、逆に強度,靭性,耐欠損性を高
めると硬さ,耐摩耗性が低下するという二律背反的傾向
を示すという問題がある。
【0003】この問題を解決するために、一つの方向か
ら提案されているものとして、六方晶炭化タングステン
の結晶面による機械的特性の異方性について注目したも
の、具体的には、例えば、六方晶炭化タングステンの
(001)結晶面が最高硬さで、(100)結晶面が最
高弾性率を示すことから、硬さの高い(001)結晶面
または或る結晶面を成長させた炭化タングステン含有超
硬合金もしくはその製造方法に関するものがある。
【0004】結晶面を成長させた炭化タングステン含有
超硬合金に関した先行技術の代表的なものに、特公昭4
7−23049号公報,特公昭47−23050号公
報,特開昭57−34008号公報,特開平2−472
39号公報,特開平2−51408号公報,特開平2−
138434号公報,特開平2−274827号公報お
よび特開平5−339659号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】結晶面を成長させた炭
化タングステン含有超硬合金に関連した先行技術の内、
特公昭47−23049号公報,特公昭47−2305
0号公報,特開平2−274827号公報および特開平
5−339659号公報には、結晶面が明確ではないが
炭化タングステンの或る結晶面を成長させた超硬合金ま
たはその製造方法に関することが記載されている。これ
ら4件の公報に記載されている超硬合金、または記載さ
れている製造方法により得られる超硬合金は、炭化タン
グステンの(001)結晶面の成長割合が低いため、も
しくは(001)結晶面に成長した炭化タングステンの
含有量が少ないために、硬さ,耐摩耗性,強度,靭性,
耐欠損性に代表される超硬合金の諸特性を向上する効果
が弱く、特にこれらの諸特性全てを向上させるに至らな
いという問題がある。
【0006】また、特開昭57−34008号公報に
は、(001)結晶面に成長させて、(001)面で接
合させた双晶炭化タングステンの製造方法について記載
されている。同公報に記載されている双晶炭化タングス
テンは、生成し難く、かつ生成率も低いことから、これ
を用いて超硬合金を作製したとしても、上述の公報に記
載された超硬合金と同様に、その効果が弱いという問題
がある。
【0007】さらに、特開平2−47239号公報,特
開平2−51408号公報および特開平2−13843
4号公報には、(0001)結晶面を成長させた炭化タ
ングステンの含有した超硬合金、またはその超硬合金を
得るための組成物について記載されている。これら3件
の公報に記載されている超硬合金またはその組成物から
得られる超硬合金には、(001)結晶面を成長した炭
化タングステンの含有率が少なく、そのために、結局上
述した公報に記載された超硬合金と同様に、その効果が
弱いという問題がある。
【0008】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、六方晶炭化タングステンの(00
1)結晶面の成長割合を高くし、その含有量を多くした
超硬合金とし、高硬度で耐摩耗性に優れ、かつ高強度,
高靭性で耐欠損性に優れ、これらの諸特性のシナジ効果
を発揮させて長寿命を達成できる高硬度超硬合金の提供
を目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、長年に亘
り、超硬合金の硬さ,耐摩耗性を低下させずに、強度,
靭性,耐欠損性を向上させるための検討を行っていた
所、超硬合金の任意断面で求めたX線回折曲線における
六方晶炭化タングステンの(001)結晶面のピーク強
度と超硬合金の諸特性とにおいて、相関性があること、
ASTMカード(AMERICAN SOCIETY
FOR TESTING MATERIALS)におけ
るCuX線回折曲線による六方晶炭化タングステン(W
C)の(101)結晶面強度に対する(001)結晶面
強度比が0.45と記載されており、実際に実用されて
いる従来の超硬合金の任意断面でのCuX線回折曲線に
よる六方晶炭化タングステンの(101)結晶面強度に
対する(001)結晶面強度比が0.25〜0.45で
あるのに対し、この六方晶炭化タングステンの(10
1)結晶面強度に対する(001)結晶面強度比を高め
ていくと、硬さ,耐摩耗性,靭性,強度および耐欠損性
の向上した超硬合金になるという知見を得て、本発明を
完成するに至ったものである。
【0010】すなわち、本発明の高硬度超硬合金は、C
oおよびNiを主成分とする結合相3〜40体積%と、
残りが六方晶炭化タングステンと不可避不純物とからな
る超硬合金において、該六方晶炭化タングステンのCu
−Kα線によるX線回折曲線における(101)結晶面
のピーク強度をh(101)と表わし、(001)結晶
面のピーク強度をh(001)と表わしたとき、h(0
01)/h(101)≧0.50であることを特徴とす
る。
【0011】本発明の超硬合金における結合相は、具体
的には、例えばCo,Ni,Co−Ni合金,Co−C
r合金,Ni−Cr合金,Co−Ni−Cr合金,Ni
−Mo合金,Co−W合金、またはこれらに後述する立
方晶化合物を構成する元素,不可避不純物としての主と
してFeなどが微量含有した合金を挙げることができ
る。これらの結合相の内、耐蝕性を重視する用途に対し
ては、全結合相量に対して2〜20体積%のCrを含有
したNi−Cr合金,Co−Cr合金,Ni−Co−C
r合金が好ましく、耐摩耗性を重視する用途に対して
は、全結合相量に対して0.5〜5体積%のWを含有し
たCo−W合金、Ni−W合金、Co−Ni−W合金が
好ましい。この結合相量が超硬合金全体に対して、3体
積%未満になると、焼結が困難となって内部に巣孔が残
留し易く、その結果強度および硬さの低下が著しく、逆
に40体積%を超えて多くなると、相対的に六方晶炭化
タングステン量が減少し、その結果硬さおよび耐摩耗性
の低下が顕著になる。
【0012】この結合相で結合されている六方晶炭化タ
ングステンは、ASTMカードの25−1047に記載
されているWCに相当するが、このASTMカードに記
載のWCとは異なり、Cu−Kα線によるX線回折曲線
における(101)結晶面のピーク強度をh(101)
と表わし、(001)結晶面のピーク強度をh(00
1)と表わしたとき、h(001)/h(101)≧
0.50であること、好ましくはh(001)/h(1
01)≧0.50、特に好ましくはh(001)/h
(101)≧0.60からなるものである。このh(0
01)/h(101)が0.50未満になると、六方晶
炭化タングステンの中で(001)結晶面の成長したW
Cが少なくなること、または(001)結晶面の成長割
合が低くなって合金の硬さ,耐摩耗性,靭性,強度およ
び耐欠損性の向上効果が低くなる。
【0013】不可避不純物としては、後述する製造方法
において用いる市販されている出発物質中に混在してい
る不純物と、製造工程、特に出発物質を混合粉砕する工
程から混入してくる不純物があり、主な不可避不純物と
して、例えばFe,Al,酸素がある。
【0014】上述の結合相と六方晶炭化タングステンと
不可避不純物とでなる本願発明の超硬合金は、常温また
は使用時にそれ程高温に達しない場合、具体的には、例
えば前述した耐摩耗工具,土木鉱山工具,摺動材料,装
飾,耐蝕材料または構造用材料としては効果が高いが、
使用時に高温に昇温するような用途、具体的には、例え
ば切削工具、特に切削工具の中でもJIS規格の鋼切削
としてのP系列超硬合金、鋼,鋳物の両方に用いる汎用
切削としてのM系列用超硬合金、および鋳物切削として
のK系列用超硬合金の一部には、高温における硬さ,耐
摩耗性,耐熱衝撃性,靭性,強度,耐溶着性,耐剥離性
などを考慮した以下の本発明の超硬合金が好ましい。
【0015】すなわち、本発明の高硬度超硬合金は、C
oおよび/またはNiを主成分とする結合相3〜40体
積%と、周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物,
窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種
の立方晶系化合物55体積%以下と、残りが六方晶炭化
タングステンと不可避不純物とからなる超硬合金におい
て、該六方晶炭化タングステンのCu−Kα線によるX
線回折曲線における(101)結晶面のピーク強度をh
(101)と表わし、(001)結晶面のピーク強度を
h(001)と表わしたとき、h(001)/h(10
1)≧0.50であることを特徴とする。
【0016】この本発明の超硬合金における立方晶系化
合物は、具体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,
VC,NbC,TaC,V43,Mo2C,Cr32
TiN,ZrN,Ti(C,N),(W,Ti)C,
(W,Ti,Ta)C,(W,Ti)(C,N),
(W,Ti,Ta)(C,N),(W,Nb,Zr)
(C,N),(W,Ti,Nb,Ta)C,(W,T
i,Nb,Ta)(C,N)を挙げることができる。こ
の立方晶系化合物量が55体積%を超えて多くなると、
相対的に六方晶炭化タングステン量が減少するために、
硬さ,強度および靭性の向上効果が低下する。
【0017】また、本発明の超硬合金を基材とし、この
基材上に周期律表の4a,5a,6a族金属の炭化物,
窒化物,炭酸化物,窒酸化物,Alの窒化物,酸化物,
Siの炭化物,窒化物,ダイヤモンド,ダイヤモンド状
カーボン,立方晶窒化ホウ素,硬質窒化ホウ素の中の少
なくとも1種の単層または2種以上の多層でなる硬質被
膜を被覆すると、さらに耐摩耗性が向上し、基材そのも
のの高靭性,高強度と併せてより長寿命が期待できるの
で好ましいことである。
【0018】本発明の超硬合金は、例えば特開昭57−
34008号公報に記載されている双晶炭化タングステ
ンを分離抽出して、これを出発物質として用いることに
より作製することも考えられるが、Wと炭素とCo,N
i,Crの1種以上とでなる複合炭化物粉末、またはW
2CとCo,Ni,Crの1種以上とでなる混合物の1
方もしくは両方を含有させた出発物質として用いて、後
工程は従来の粉末冶金法でもって行うこと、簡易で安定
に作製できることから特に好ましいことである。具体的
には、実施例の中で詳細に説明する。
【0019】
【作用】本発明の高硬度超硬合金は、任意断面におい
て、六方晶炭化タングステンの(001)結晶面を、
(101)結晶面に対して相対的に増加させたものであ
り、その結果任意断面における硬さの向上作用,合金全
体の強度および靭性向上作用に寄与しているものであ
る。
【0020】
【実施例】市販されている平均粒径0.5μmのW、平
均粒径0.02μmのカーボンブラック(表中にはCと
記す)、平均粒径1μmのCoを用いて、まずはじめ
に、W2C,Co24C,Co33Cが生成される組成
に配合および混合粉末をカーボンボートに挿入し、雰囲
気圧力10-2Torrの真空炉中で1400℃,1時間
焼成して、W2C,Co24C,Co33Cの各粉末を
得た。
【0021】こうして得たW2C,Co24C,Co3
3Cおよび上述のW,Co,カーボンブラックと、さら
に市販の平均粒径2.0μmのWC、平均粒径1〜2μ
mのCr32,Ni,(W,Ti,Ta)C(重量比で
WC/TiC/TaC=50/20/30、表中WTT
と記す)の各粉末を用いて、表1に示す配合組成に秤量
し、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボ
ールと共に挿入し、48時間の混合粉砕後、乾燥して混
合粉末を得た。これらの混合粉末を金型に充填し、2t
/cm2の加圧でもって約5.5×9.5×29mmの
圧粉成形体を作製し、アルミナとカーボン繊維からなる
シート上に設置し、雰囲気圧力10-2Torrの真空中
で表1に併記した温度で1時間加熱保持して、本発明品
1〜9および比較品1〜10の超硬合金を得た。
【0022】こうして得た本発明品1〜9および比較品
1〜10の超硬合金を#230のダイヤモンド砥石で湿
式研削加工し、4.0×8.0×25.0mmの形状に
作製し、JIS法による抗折力を測定して、その結果を
表2に示した。また、同試料の一面を1μmのダイヤモ
ンドペーストでラップ加工した後、ビッカース硬さ(荷
重20kgf)を測定し、その結果を表2に併記した。
さらに、各試料のラップ加工面について電子顕微鏡にて
組織写真を撮り、画像処理装置にて、結合相、立方晶系
化合物,六方晶炭化タングステン(WC)の体積割合お
よびWCの平均粒径を測定し、前者を表1に後者を表2
に併記した。次いで、各試料について、Cuターゲッ
ト,Niフィルターを用いたX線回折法により、六方晶
炭化タングステンの(001)結晶面と(101)結晶
面のピーク強度を測定し、そのピーク強度比h(00
1)/h(101)を計算し、その結果を表2に併記し
た。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】本発明の高硬度超硬合金は、同一組成成
分で、かつほぼ同一WC粒径でなる従来の超硬合金に比
べて、硬さが約1.1〜2.9(GPa)高く、抗折力
が約0.1〜0.4(GPa)高くなるという、従来の
超硬合金では達成できなかった同一組成成分,同一WC
粒径という条件において硬さおよび強度の両方を高める
ことができるという優れた効果がある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Coおよび/またはNiを主成分とする
    結合相3〜40体積%と、残りが六方晶炭化タングステ
    ンと不可避不純物とからなる超硬合金において、該六方
    晶炭化タングステンのCu−Kα線によるX線回折曲線
    における(101)結晶面のピーク強度をh(101)
    と表わし、(001)結晶面のピーク強度をh(00
    1)と表わしたとき、h(001)/h(101)≧
    0.50であることを特徴とする高硬度超硬合金。
  2. 【請求項2】 Coおよび/またはNiを主成分とする
    結合相3〜40体積%と、周期律表の4a,5a,6a
    族金属の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体の中
    の少なくとも1種の立方晶系化合物55体積%以下と、
    残りが六方晶炭化タングステンと不可避不純物とからな
    る超硬合金において、該六方晶炭化タングステンのCu
    −Kα線によるX線回折曲線における(101)結晶面
    のピーク強度をh(101)と表わし、(001)結晶
    面のピーク強度をh(001)と表わしたとき、h(0
    01)/h(101)≧0.50であることを特徴とす
    る高硬度超硬合金。
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