JPH07278719A - 微粒板状晶wc含有超硬合金およびその製造方法 - Google Patents
微粒板状晶wc含有超硬合金およびその製造方法Info
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- JPH07278719A JPH07278719A JP6095884A JP9588494A JPH07278719A JP H07278719 A JPH07278719 A JP H07278719A JP 6095884 A JP6095884 A JP 6095884A JP 9588494 A JP9588494 A JP 9588494A JP H07278719 A JPH07278719 A JP H07278719A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 板状晶WCの含有量を多くするにもかかわら
ず、炭化タングステン全体の平均粒径を1.0μm以下
と微細にすることにより、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た微粒板状晶
WC含有超硬合金およびその製造方法を提供する。 【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、残りが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、該炭化タングステ
ンは、最小寸法に対する最大寸法の比(アスペクト比)
が3〜20でなる板状晶炭化タングステンを含有し、該
板状晶炭化タングステンが該炭化タングステン全体の3
0体積%以上であり、該炭化タングステン全体の平均粒
径が1μm以下でなることを特徴とする。
ず、炭化タングステン全体の平均粒径を1.0μm以下
と微細にすることにより、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た微粒板状晶
WC含有超硬合金およびその製造方法を提供する。 【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、残りが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、該炭化タングステ
ンは、最小寸法に対する最大寸法の比(アスペクト比)
が3〜20でなる板状晶炭化タングステンを含有し、該
板状晶炭化タングステンが該炭化タングステン全体の3
0体積%以上であり、該炭化タングステン全体の平均粒
径が1μm以下でなることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微粒の炭化タングステ
ン中に微細な板状晶炭化タングステン(以下、板状晶W
Cという)を多く含有してなる超硬合金およびその製造
方法に関し、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微粒板
状晶WC含有超硬合金およびその製造方法に関するもの
である。
ン中に微細な板状晶炭化タングステン(以下、板状晶W
Cという)を多く含有してなる超硬合金およびその製造
方法に関し、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微粒板
状晶WC含有超硬合金およびその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】超硬合金は、炭化タングステン,または
炭化タングステンと立方晶系化合物とでなる硬質相をC
o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。
炭化タングステンと立方晶系化合物とでなる硬質相をC
o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、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、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。
ら提案されているものとして、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、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】板状晶WC含有超硬合金に関する先行技術
の代表的なものに、特公昭47−23049号公報,特
公昭47−23050号公報,特開昭57−34008
号公報,特開平2−47239号公報,特開平2−51
408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。
の代表的なものに、特公昭47−23049号公報,特
公昭47−23050号公報,特開昭57−34008
号公報,特開平2−47239号公報,特開平2−51
408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】板状晶WC含有超硬合
金に関連した先行技術の内、特公昭47−23049号
公報および特公昭47−23050号公報には、0.1
〜50μmの最大寸法を有し、その最大寸法が最小寸法
の少なくとも3倍でなる板状晶WCの含有した超硬合金
と、多孔性の凝集体でなるコロイド状炭化タングステン
粉末とFe族金属またはこれらの合金の粉末からなる混
合粉末を用いて板状晶WCの含有した超硬合金を作製す
る方法について記載されている。この超硬合金は、板状
晶WCを含有していて、炭化タングステン全体の平均粒
径を1.0μm以下に抑制するのが非常に困難であるこ
と、または板状晶WCの含有量が少なく、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。一方、製造方法
は、使用するコロイド状炭化タングステン粉末の調整が
困難であり、これを用いて超硬合金を作製する場合に
は、加熱焼結時に起こる微細なコロイド状炭化タングス
テンの粒成長作用を利用した方法であるために、板状晶
WCの粒径の制御が非常に困難であるという問題があ
る。
金に関連した先行技術の内、特公昭47−23049号
公報および特公昭47−23050号公報には、0.1
〜50μmの最大寸法を有し、その最大寸法が最小寸法
の少なくとも3倍でなる板状晶WCの含有した超硬合金
と、多孔性の凝集体でなるコロイド状炭化タングステン
粉末とFe族金属またはこれらの合金の粉末からなる混
合粉末を用いて板状晶WCの含有した超硬合金を作製す
る方法について記載されている。この超硬合金は、板状
晶WCを含有していて、炭化タングステン全体の平均粒
径を1.0μm以下に抑制するのが非常に困難であるこ
と、または板状晶WCの含有量が少なく、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。一方、製造方法
は、使用するコロイド状炭化タングステン粉末の調整が
困難であり、これを用いて超硬合金を作製する場合に
は、加熱焼結時に起こる微細なコロイド状炭化タングス
テンの粒成長作用を利用した方法であるために、板状晶
WCの粒径の制御が非常に困難であるという問題があ
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。
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、かつ炭化タングステ
ン全体の平均粒径を1.0μm以下に調整するのが非常
に困難でそのために、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。
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、かつ炭化タングステ
ン全体の平均粒径を1.0μm以下に調整するのが非常
に困難でそのために、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】次に、特開平2−274827号公報に
は、使用済みの超硬合金を酸化し、還元した後、炭化し
て得られた粉末を用いて異方性超硬合金を作製する方法
が記載されている。同公報に記載されている方法は、還
元と炭化によって生成した炭化タングステン粉末の粒成
長作用を利用した方法であるために、炭化タングステ
ン、特に板状晶WCの粒径の制御が困難であり、炭化タ
ングステン全体の平均粒径を1μm以下にすることが非
常に困難であるという問題がある。
は、使用済みの超硬合金を酸化し、還元した後、炭化し
て得られた粉末を用いて異方性超硬合金を作製する方法
が記載されている。同公報に記載されている方法は、還
元と炭化によって生成した炭化タングステン粉末の粒成
長作用を利用した方法であるために、炭化タングステ
ン、特に板状晶WCの粒径の制御が困難であり、炭化タ
ングステン全体の平均粒径を1μm以下にすることが非
常に困難であるという問題がある。
【0009】その他、特開平5−339659号公報に
は、0.5μm以下のWCと、3〜40重量%の立方晶
系化合物と、1〜25重量%のCoおよび/Niからな
る混合粉末を長時間混合粉砕し、1450℃以上で焼結
して板状晶WC含有超硬合金を作製する方法が記載され
ている。同公報に記載されている方法は、長時間混合粉
砕により、微細で、かつ高歪量の炭化タングステンの含
有した粉末とするために、不純物量が多くなること、製
造工程が長くなること、得られる超硬合金中の板状晶W
Cの粒径および含有量が制御し難く、板状晶WC含有量
が少なく、その効果が弱いという問題がある。
は、0.5μm以下のWCと、3〜40重量%の立方晶
系化合物と、1〜25重量%のCoおよび/Niからな
る混合粉末を長時間混合粉砕し、1450℃以上で焼結
して板状晶WC含有超硬合金を作製する方法が記載され
ている。同公報に記載されている方法は、長時間混合粉
砕により、微細で、かつ高歪量の炭化タングステンの含
有した粉末とするために、不純物量が多くなること、製
造工程が長くなること、得られる超硬合金中の板状晶W
Cの粒径および含有量が制御し難く、板状晶WC含有量
が少なく、その効果が弱いという問題がある。
【0010】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、板状晶WCの含有量を多くするに
もかかわらず、炭化タングステン全体の平均粒径を1.
0μm以下と微細にすることにより、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た
微粒板状晶WC含有超硬合金の提供を目的とするもので
ある。
もので、具体的には、板状晶WCの含有量を多くするに
もかかわらず、炭化タングステン全体の平均粒径を1.
0μm以下と微細にすることにより、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た
微粒板状晶WC含有超硬合金の提供を目的とするもので
ある。
【0011】
【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、超硬合金中に所定量の板状晶WCを含有させて、か
つ板状晶WCを含めた全炭化タングステンの平均粒径を
1μm以下にすると、略同一粒径の炭化タングステンを
含有し、同一組成成分でなる従来の超硬合金に比べて、
硬さ,強度および靭性が向上すること、並びにCo,N
i,Crの1種以上とWと炭素とからなる複合炭化物粉
末を平均粒径1μm以下として出発物質中に存在させ
て、この出発物質を用いて粉末冶金法でもって超硬合金
を作製すると、目的の本発明の超硬合金を得ることがで
き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。
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、超硬合金中に所定量の板状晶WCを含有させて、か
つ板状晶WCを含めた全炭化タングステンの平均粒径を
1μm以下にすると、略同一粒径の炭化タングステンを
含有し、同一組成成分でなる従来の超硬合金に比べて、
硬さ,強度および靭性が向上すること、並びにCo,N
i,Crの1種以上とWと炭素とからなる複合炭化物粉
末を平均粒径1μm以下として出発物質中に存在させ
て、この出発物質を用いて粉末冶金法でもって超硬合金
を作製すると、目的の本発明の超硬合金を得ることがで
き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。
【0012】すなわち、本発明の超硬合金は、Coおよ
び/またはNiを主成分とする結合相3〜40体積%
と、残りが炭化タングステンと不可避不純物からなる超
硬合金において、該炭化タングステンは、最小寸法に対
する最大寸法の比(アスペクト比)が3〜20でなる板
状晶炭化タングステンを含有し、該板状晶炭化タングス
テンが該炭化タングステン全体の30体積%以上であ
り、該炭化タングステン全体の平均粒径が1μm以下で
なることを特徴とする。
び/またはNiを主成分とする結合相3〜40体積%
と、残りが炭化タングステンと不可避不純物からなる超
硬合金において、該炭化タングステンは、最小寸法に対
する最大寸法の比(アスペクト比)が3〜20でなる板
状晶炭化タングステンを含有し、該板状晶炭化タングス
テンが該炭化タングステン全体の30体積%以上であ
り、該炭化タングステン全体の平均粒径が1μm以下で
なることを特徴とする。
【0013】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
方晶系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。
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
方晶系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。
【0014】この結合相で結合されている炭化タングス
テンは、板状晶WCが含まれており、この板状晶WCを
含めた炭化タングステン全体の平均粒径が1.0μm以
下、好ましくは0.5μm以下でなるものである。炭化
タングステン全体の平均粒径が1.0μmを超えて大き
くなると、強度,靭性および硬さを高める効果が低く、
特に硬さの低下が顕著になる。この炭化タングステンに
含まれる板状晶WCは、超硬合金の任意断面において観
察した形状が三角形状でなるもの、または針状,棒状,
四角形状,六角形状を主形状とする多角形状でなるもの
であって、アスペクト比が3〜20でなる板状晶WC、
好ましくは平均アスペクト比が3〜10、さらに好まし
くは平均アスペクト比が3.5〜7.0からなる板状晶
WCを含有していることであり、この板状晶WCが炭化
タングステン全体の30体積%以上、好ましくは炭化タ
ングステン全体の50体積%以上からなるものである。
この板状晶WCが炭化タングステン全体に対して30体
積%未満になると、硬さ,耐摩耗性,強度,靭性,耐欠
損性の向上効果が低下する。
テンは、板状晶WCが含まれており、この板状晶WCを
含めた炭化タングステン全体の平均粒径が1.0μm以
下、好ましくは0.5μm以下でなるものである。炭化
タングステン全体の平均粒径が1.0μmを超えて大き
くなると、強度,靭性および硬さを高める効果が低く、
特に硬さの低下が顕著になる。この炭化タングステンに
含まれる板状晶WCは、超硬合金の任意断面において観
察した形状が三角形状でなるもの、または針状,棒状,
四角形状,六角形状を主形状とする多角形状でなるもの
であって、アスペクト比が3〜20でなる板状晶WC、
好ましくは平均アスペクト比が3〜10、さらに好まし
くは平均アスペクト比が3.5〜7.0からなる板状晶
WCを含有していることであり、この板状晶WCが炭化
タングステン全体の30体積%以上、好ましくは炭化タ
ングステン全体の50体積%以上からなるものである。
この板状晶WCが炭化タングステン全体に対して30体
積%未満になると、硬さ,耐摩耗性,強度,靭性,耐欠
損性の向上効果が低下する。
【0015】また、板状晶WCは、最大寸法の平均値が
0.1〜3.0μmでなることが好ましく、特に最大寸
法の平均値が1.0〜2.5μmでなることが好まし
い。
0.1〜3.0μmでなることが好ましく、特に最大寸
法の平均値が1.0〜2.5μmでなることが好まし
い。
【0016】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。
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。
【0017】上述の結合相と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、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。特に、刃先の
シャ−プな、例えばドリルには最適な超硬合金となる。
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、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。特に、刃先の
シャ−プな、例えばドリルには最適な超硬合金となる。
【0018】すなわち、2つ目の本発明の超硬合金は、
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50体積%以下と、残りが炭化タ
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、該炭化タングステンはアスペクト比が3〜20でな
る板状晶WCを含有し、該板状晶WCが該炭化タングス
テン全体の30体積%以上であり、該炭化タングステン
全体の平均粒径が1μm以下でなることを特徴とする。
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50体積%以下と、残りが炭化タ
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、該炭化タングステンはアスペクト比が3〜20でな
る板状晶WCを含有し、該板状晶WCが該炭化タングス
テン全体の30体積%以上であり、該炭化タングステン
全体の平均粒径が1μm以下でなることを特徴とする。
【0019】この2つ目の本発明の超硬合金における結
合相,炭化タングステンおよび不可避不純物は、前述し
たものと同一であり、残りの立方晶系化合物は、具体的
には、例えばTiC,ZrC,HfC,VC,NbC,
TaC,V4C3,Mo2C,Cr3C2,TiN,Zr
N,Ti(C,N),(W,Ti)C,(W,Ti,T
a)C,(W,Ti)(C,N),(W,Ti,Ta)
(C,N),(W,Nb,Zr)(C,N),(W,T
i,Nb,Ta)C,(W,Ti,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5
0体積%を超えて多くなると、相対的に炭化タングステ
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。
合相,炭化タングステンおよび不可避不純物は、前述し
たものと同一であり、残りの立方晶系化合物は、具体的
には、例えばTiC,ZrC,HfC,VC,NbC,
TaC,V4C3,Mo2C,Cr3C2,TiN,Zr
N,Ti(C,N),(W,Ti)C,(W,Ti,T
a)C,(W,Ti)(C,N),(W,Ti,Ta)
(C,N),(W,Nb,Zr)(C,N),(W,T
i,Nb,Ta)C,(W,Ti,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5
0体積%を超えて多くなると、相対的に炭化タングステ
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。
【0020】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。
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。
【0021】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、さらに微細な板状晶WCを選別し、こ
れを出発物質として用いることにより作製することがで
きるかもしれないが工業的には煩雑でコスト高になるこ
とから、以下の本発明の製造方法で作製することが好ま
しい。
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、さらに微細な板状晶WCを選別し、こ
れを出発物質として用いることにより作製することがで
きるかもしれないが工業的には煩雑でコスト高になるこ
とから、以下の本発明の製造方法で作製することが好ま
しい。
【0022】すなわち、本発明の超硬合金の製造方法
は、炭素粉末と、Co,Ni,Crの1種以上とWと炭
素とからなる複合炭化物粉末と、必要に応じて含有させ
る周期律表の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種の化合
物粉末および/またはW,Co,Niの中の少なくとも
1種の金属粉末とでなる混合粉末を成形後、真空または
非酸化性ガスの雰囲気中で1200〜1500℃に加熱
焼結して超硬合金を作製する方法であって、該複合炭化
物粉末が平均粒径1μm以下でなることを特徴とするも
のである。
は、炭素粉末と、Co,Ni,Crの1種以上とWと炭
素とからなる複合炭化物粉末と、必要に応じて含有させ
る周期律表の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種の化合
物粉末および/またはW,Co,Niの中の少なくとも
1種の金属粉末とでなる混合粉末を成形後、真空または
非酸化性ガスの雰囲気中で1200〜1500℃に加熱
焼結して超硬合金を作製する方法であって、該複合炭化
物粉末が平均粒径1μm以下でなることを特徴とするも
のである。
【0023】本発明の製造方法における複合炭化物粉末
は、具体的には、例えばCo3W9C4,Co2W4C,C
o3W3C,Co6W6C,Ni2W4C,(Ni,Cr)2
W4Cを挙げることができる。これら以外にも、Co,
Ni,Crの1種以上とWと炭素からなり、Wに対する
炭素の化学量論値が1.0未満である固溶体化合物、ま
たはこれらの前駆体物質、具体的には、例えばW2Cと
Co,Ni,Crの1種以上との混合物、もしくはC
o,Ni,Crの1種以上とWと炭素の混合物であり、
あるいは前述の複合炭化物粉末とこれらの混合物との組
合わせを挙げることができる。重要な点は、平均粒径が
1μm以下で、かつWに対する炭素の化学量論値が1.
0未満でなる複合炭化物粉末および/または混合物を出
発物質として用いることである。この平均粒径が1μm
以下でなる複合炭化物粉末は、平均粒径が1μmを超え
る複合炭化物粉末を粉砕して得ることもできるが、微細
なCo,Ni,W,Crの金属またはこれらの酸化物と
カ−ボンおよび/またはグラファイトに代表される炭素
との混合粉末を、800〜1100℃の真空中もしくは
非酸化性ガス中で加熱処理すると容易に得ることができ
る。また、例えばH2WO3とCo(OH)2とコロイド
状カ−ボンとの共沈物を同様に加熱処理して複合炭化物
粉末とすることも好ましいことである。特に、平均粒径
が0.5μm以下の複合炭化物粉末を用いることが好ま
しい。本発明の製造方法における混合,成形および加熱
焼結は、従来の粉末冶金法で行われているそれぞれの方
法を応用して行うことができる。このような方法で作製
した超硬合金をさらに熱間静水圧処理(HIP)するこ
とも好ましいことである。
は、具体的には、例えばCo3W9C4,Co2W4C,C
o3W3C,Co6W6C,Ni2W4C,(Ni,Cr)2
W4Cを挙げることができる。これら以外にも、Co,
Ni,Crの1種以上とWと炭素からなり、Wに対する
炭素の化学量論値が1.0未満である固溶体化合物、ま
たはこれらの前駆体物質、具体的には、例えばW2Cと
Co,Ni,Crの1種以上との混合物、もしくはC
o,Ni,Crの1種以上とWと炭素の混合物であり、
あるいは前述の複合炭化物粉末とこれらの混合物との組
合わせを挙げることができる。重要な点は、平均粒径が
1μm以下で、かつWに対する炭素の化学量論値が1.
0未満でなる複合炭化物粉末および/または混合物を出
発物質として用いることである。この平均粒径が1μm
以下でなる複合炭化物粉末は、平均粒径が1μmを超え
る複合炭化物粉末を粉砕して得ることもできるが、微細
なCo,Ni,W,Crの金属またはこれらの酸化物と
カ−ボンおよび/またはグラファイトに代表される炭素
との混合粉末を、800〜1100℃の真空中もしくは
非酸化性ガス中で加熱処理すると容易に得ることができ
る。また、例えばH2WO3とCo(OH)2とコロイド
状カ−ボンとの共沈物を同様に加熱処理して複合炭化物
粉末とすることも好ましいことである。特に、平均粒径
が0.5μm以下の複合炭化物粉末を用いることが好ま
しい。本発明の製造方法における混合,成形および加熱
焼結は、従来の粉末冶金法で行われているそれぞれの方
法を応用して行うことができる。このような方法で作製
した超硬合金をさらに熱間静水圧処理(HIP)するこ
とも好ましいことである。
【0024】
【作用】本発明の超硬合金は、微粒の板状晶WCと微細
粒炭化タングステンが硬さ,耐摩耗性,強度,靭性,耐
欠損性の向上を同時に向上させるという従来合金では達
成できなかった作用効果を発揮しているものである。ま
た、本発明の製造方法は、平均粒径1μm以下の複合炭
化物粉末と炭素との反応によって微粒の板状晶WCの晶
出と、一部の微細粒炭化タングステンとCoおよび/ま
たはNiを主成分とする結合相との分解を促進する作用
をしているものである。
粒炭化タングステンが硬さ,耐摩耗性,強度,靭性,耐
欠損性の向上を同時に向上させるという従来合金では達
成できなかった作用効果を発揮しているものである。ま
た、本発明の製造方法は、平均粒径1μm以下の複合炭
化物粉末と炭素との反応によって微粒の板状晶WCの晶
出と、一部の微細粒炭化タングステンとCoおよび/ま
たはNiを主成分とする結合相との分解を促進する作用
をしているものである。
【0025】
【実施例】市販されている一次粒子の平均粒径0.5μ
mのW、平均粒径0.1μmのWO3、平均粒径0.2
μmのCoO,NiO、平均粒径0.03μmのCr2
O3およびカーボンブラック(表中、C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−ルと共に挿入
し、12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カ−ボンボ−トに挿入し、真空また
はN2ガス雰囲気、900〜1000℃の温度で1時間
加熱・保持をして表1に併記したW−(Co/Ni/C
r)−C系の複合炭化物粉末(イ)〜(ホ)を作製し
た。
mのW、平均粒径0.1μmのWO3、平均粒径0.2
μmのCoO,NiO、平均粒径0.03μmのCr2
O3およびカーボンブラック(表中、C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−ルと共に挿入
し、12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カ−ボンボ−トに挿入し、真空また
はN2ガス雰囲気、900〜1000℃の温度で1時間
加熱・保持をして表1に併記したW−(Co/Ni/C
r)−C系の複合炭化物粉末(イ)〜(ホ)を作製し
た。
【0026】得られた各粉末について、全炭素量と電子
顕微鏡観察による一次粒子の平均粒径を測定した後、X
線回折による生成物の同定と内部添加法での定量を行っ
た。これらの結果を表1および表2に併記した。
顕微鏡観察による一次粒子の平均粒径を測定した後、X
線回折による生成物の同定と内部添加法での定量を行っ
た。これらの結果を表1および表2に併記した。
【0027】次に、上記の複合炭化物粉末(イ)〜
(ホ)、カーボンブラックおよび市販されている一次粒
子の平均粒径0.2μmのWC、平均粒径が1.3μm
のCo、平均粒径2.7μmのCr3C2、平均粒径1.
2μmのTaC、平均粒径0.2μmのTiO2、平均
粒径1.0μmの(W,Ti,Ta)C固溶体(重量比
でWC/TiC/TaC=50/20/30、表中WT
Tと略す)の各粉末を用いて、表2および表3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。そして、これらの混合粉
末を金型に充填し、2ton/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2および表3に併記す
る温度で1時間加熱・保持して、本発明品1〜9および
比較品1〜9の超硬合金を得た。
(ホ)、カーボンブラックおよび市販されている一次粒
子の平均粒径0.2μmのWC、平均粒径が1.3μm
のCo、平均粒径2.7μmのCr3C2、平均粒径1.
2μmのTaC、平均粒径0.2μmのTiO2、平均
粒径1.0μmの(W,Ti,Ta)C固溶体(重量比
でWC/TiC/TaC=50/20/30、表中WT
Tと略す)の各粉末を用いて、表2および表3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。そして、これらの混合粉
末を金型に充填し、2ton/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2および表3に併記す
る温度で1時間加熱・保持して、本発明品1〜9および
比較品1〜9の超硬合金を得た。
【0028】こうして得た超硬合金を#230のダイヤ
モンド砥石で湿式研削加工し、4.0×8.0×25.
0mmの試料を作製して、抗折力(JIS法)を測定し
た。また、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、荷重20kgfでビッカース硬さ
と破壊靭性値:K1c(IM法)を測定した。さらに、
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WCの平均粒径および最大寸法と最小
寸法との比(アスペクト比)が3.0以上である板状晶
WCの体積割合(WC全体に対する)を求めた。これら
の結果を表4に示す。また、上記組織写真より測定した
おおよその組成を表4に併記した。
モンド砥石で湿式研削加工し、4.0×8.0×25.
0mmの試料を作製して、抗折力(JIS法)を測定し
た。また、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、荷重20kgfでビッカース硬さ
と破壊靭性値:K1c(IM法)を測定した。さらに、
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WCの平均粒径および最大寸法と最小
寸法との比(アスペクト比)が3.0以上である板状晶
WCの体積割合(WC全体に対する)を求めた。これら
の結果を表4に示す。また、上記組織写真より測定した
おおよその組成を表4に併記した。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
【発明の効果】本発明の超硬合金は、実施例における本
発明品1と比較品1、本発明品2と比較品2、本発明品
3と比較品3、本発明品5と比較品4、本発明品7と比
較品8とのそれぞれの対比で明らかなように、炭化タン
グステンの粒径が略同一で、かつ同一組成成分でなる従
来の微粒超硬合金に比べて、抗折力が約0.2〜0.3
GPa、硬さが1.5〜2.2GPaおよび破壊靭性値
が0.4〜0.9MPa・m3/2も向上するという、従
来の超硬合金では達成することができなかった強度,硬
さ,靭性の全てを向上させることができたものである。
発明品1と比較品1、本発明品2と比較品2、本発明品
3と比較品3、本発明品5と比較品4、本発明品7と比
較品8とのそれぞれの対比で明らかなように、炭化タン
グステンの粒径が略同一で、かつ同一組成成分でなる従
来の微粒超硬合金に比べて、抗折力が約0.2〜0.3
GPa、硬さが1.5〜2.2GPaおよび破壊靭性値
が0.4〜0.9MPa・m3/2も向上するという、従
来の超硬合金では達成することができなかった強度,硬
さ,靭性の全てを向上させることができたものである。
Claims (4)
- 【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、該炭化タング
ステンは、最小寸法に対する最大寸法の比(アスペクト
比)が3〜20でなる板状晶炭化タングステンを含有
し、該板状晶炭化タングステンが該炭化タングステン全
体の30体積%以上であり、該炭化タングステン全体の
平均粒径が1μm以下でなることを特徴とする微粒板状
晶WC含有超硬合金。 - 【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50体積%以下と、
残りが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、該炭化タングステンは、最小寸法に対す
る最大寸法の比(アスペクト比)が3〜20でなる板状
晶炭化タングステンを含有し、該板状晶炭化タングステ
ンが該炭化タングステン全体の30体積%以上であり、
該炭化タングステン全体の平均粒径が1μm以下でなる
ことを特徴とする微粒板状晶WC含有超硬合金。 - 【請求項3】 上記板状晶炭化タングステンは、最大寸
法の平均値が0.1〜3.0μmでなることを特徴とす
る請求項1または2記載の微粒板状晶WC含有超硬合
金。 - 【請求項4】 炭素粉末とCo,Ni,Crの1種以上
とWと炭素とからなる複合炭化物粉末と、必要に応じて
含有させる周期律表の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種の化合物粉末および/またはW,Co,Niの中の
少なくとも1種の金属粉末とでなる混合粉末を成形後、
真空または非酸化性ガスの雰囲気中で1200〜150
0℃に加熱焼結して超硬合金を作製する方法であって、
該複合炭化物粉末が平均粒径1μm以下でなり、該超硬
合金が請求項1,2または3でなることを特徴とする微
粒板状晶WC含有超硬合金の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6095884A JPH07278719A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 微粒板状晶wc含有超硬合金およびその製造方法 |
TW084108233A TW368522B (en) | 1994-03-07 | 1995-08-08 | Plate-crystalline tungsten carbide-containing hard alloy, composition for forming plate-crystalline tungsten carbide and process for preparing said hard alloy |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6095884A JPH07278719A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 微粒板状晶wc含有超硬合金およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07278719A true JPH07278719A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=14149755
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP6095884A Pending JPH07278719A (ja) | 1994-03-07 | 1994-04-08 | 微粒板状晶wc含有超硬合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07278719A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-04-08 JP JP6095884A patent/JPH07278719A/ja active Pending
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