JPH0770689A - 重金属合金及びその製造方法 - Google Patents

重金属合金及びその製造方法

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JPH0770689A
JPH0770689A JP6125120A JP12512094A JPH0770689A JP H0770689 A JPH0770689 A JP H0770689A JP 6125120 A JP6125120 A JP 6125120A JP 12512094 A JP12512094 A JP 12512094A JP H0770689 A JPH0770689 A JP H0770689A
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実質的に約８５から９８重量％のタングステ
ンから成る重金属合金及びその製造方法に関する。 【構成】 バインダー相の固溶体中にタングステンも含
むオーステナイトバインダー相中にバインダー元素とし
てほぼ１．６から３．５の間の重量比Ｎｉ／Ｃｏでニッ
ケルとコバルト、及び球状のタングステン粒子の形態で
実質的に存在させる約８５から９８重量％のタングステ
ンから成る重金属合金であり、この適切な粉末から焼結
した合金は、熱処理を施される。この合金は高い延性を
保持する共に非常に高い強度値が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、実質的に球状のタング
ステン粒子の形態で存在する約８５から９８重量％のタ
ングステン、並びにバインダー元素として重量比Ｎｉ／
Ｃｏが約１．６から３．５までのニッケルとコバルトと
が存在し、オーステナイトバインダー相は固溶体中にタ
ングステンをさらに含有してなる重金属合金に関する。
本発明は、さらにこの合金の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】適切な粉末を混合した後、圧縮、焼結、
熱処理及び変態をさせ得られるＷ、Ｎｉ及びＦｅからな
る重金属合金については、米国特許第３，９７９，２３
４号において公知である。オーステナイトバインダー相
内に高密度で及び球状のタングステン粒子を有する合金
は、バインダ−元素のＮｉ及びＦｅを液体状態で焼結す
ることにより得られる。液体相焼結中に、２０から６０
μｍの範囲内で比較的粗い結晶粒へとタングステン粒子
の急激な成長が生じ、この現象は「オストワルドの成
長」として知られている。この結果は、特に９０から９
７重量％のタングステンを有する場合、強度と延性はタ
ングステン焼結結晶粒のサイズによって制限される。
【０００３】装甲を破壊するには、高い強度と延性を有
するタングステン重金属の銃弾を必要とする。特に、長
さと直径の比率が大きなミサイル及び銃弾の場合、発射
に対する強度を確保する一方で、高破裂強度を実現する
ため、銃弾等の材料は高い曲げ及び横荷重特性を満足せ
ねばならない。これを達成することが米国特許第４，０
１２，２３０号で公知であり、比較的低焼結温度である
ため、約８μｍのタングステン結晶粒径を有する微細構
造を得ることができる手段であり、バインダー元素のＮ
ｉとＣｏを塗布したタングステン粉末粒子の使用によっ
てＷ−Ｎｉ−Ｃｏ重金属合金を製造する。これは硬度に
著しい増加をもたらす。しかしながら、この方法は、塗
布されたタングステン粉末を使用するため非常に高価で
ある。
【０００４】米国特許第５，０６４，４６２号で公知の
９３Ｗ−５．６Ｎｉ−１．４Ｃｏ重金属合金は、コバル
トが固体と液体相の間の界面エネルギーを減少させ、こ
れが「オストワルド成長」を抑止するため、比較的高い
曲げモーメントに耐えることができると推測している。
Ｈ2 及びＡｒ雰囲気中の加温度が重金属合金の引張り強
さ（ＵＴＳ）と破断伸びに及ぼす影響に関する実験が、
「９０Ｗ−７Ｎｉ−３Ｆｅ重金属合金の機械的性質に及
ぼすか熱処理の影響」、Ｚ．Ｍｅｔａｌｌｋｕｎｄｅ、
第７８巻（１９８７）、頁２５０〜２５８に公知であ
る。上記の雰囲気の９００℃で等温熱処理した場合に、
実験した合金ではバインダー相内に、不連続なタングス
テン析出物が観察され、この析出は引張り強さと破断伸
びに著しい効果をもたらさないが、破壊様式にはひどい
変化をもたらす。
【０００５】また、球状のタングステン粒子を変形およ
び配向する手段により破壊強度値を増加するため、Ｃｏ
を含むＷ−Ｎｉ−Ｆｅ重金属合金を、１０００と１３０
０℃の間で複数回の熱処理及び加工からなるサイクルを
施すことがヨーロッパ特許第０、３１３、４８４号で公
知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、極め
て高い剛性を設定できる前記のような重金属合金を提供
することにある。この目的は、バインダー相が球状のタ
ングステン結晶粒に比較して非常に小さなタングステン
析出物を含有し、広範囲に均一に分布することで達成さ
れる。
【０００７】本発明の目的は、約８５から９８重量％の
タングステンから成る重金属合金を創作することであ
り、この合金は、球状のタングステン粒子の形態で実質
的に存在させ、並びにバインダー元素として重量比Ｎｉ
／Ｃｏで約１．６から３．５の間のニッケル及びコバル
ト、すなわち、固溶体中にタングステンをも含むオース
テナイトバインダー相を実質的に存在させ、これにより
非常に高い強度を与えることができる。
【０００８】この場合、バインダー相の全体に均一に分
布する微細タングステン析出物は、バインダー相の１％
以上の体積パーセントで、好ましくは約１０と２０％の
間で、特に約１５％で構成するのが好ましい。タングス
テン析出物は、約１０から１０００ｎｍの範囲内の平均
粒子径、好ましくは５００ｎｍ未満を有する。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】公知のタングス
テン重金属合金おいては、変態されていない状態で、２
０〜４０％の破断伸び及び１００〜３００ジュールの範
囲内の衝撃エネルギーであって、９５０〜１０００ＭＰ
ａの引張り強度が達成される。本発明にしたがうバイン
ダー相内に微細タングステン粒子を含むタングステン重
金属合金においては、同様に変態されていない状態で、
約４０％の同様の破断伸び及び約４００ジュールの衝撃
エネルギーであって、約１１００ＭＰａの引張り強度が
達成される。付加される加工熱処理後は、例えば、１０
％の破断伸びと約１００ジュールの衝撃エネルギーであ
って、１７００ＭＰａの強度レベルを達成することがで
きる。
【００１０】本発明にしたがう微細タングステン析出物
をバインダー相内に広範囲に均一に分布するため、適切
な粉末（例えば、約１から１５μｍのフィシャー(Fishe
r)直径を有する粒子からなる粉末）を焼結した合金を熱
処理する。この熱処理は、約８００から１０５０℃の範
囲内、特に約９５０℃で等温焼鈍からなり、バインダー
合金の少なくとも部分的が金属間βプライム相へと変態
を生じる少なくとも１つのサイクルを含む。さらに、こ
の熱処理は１１００から１２００℃の範囲で、特に約１
１５０℃で後工程焼鈍を含み、金属間βプライム相を少
なくとも部分的に再溶解する、その後ほぼ周囲温度（２
０℃）までの急冷却が実施され、βプライム相の再形成
と成長抑止する。
【００１１】バインダー合金の析出硬化は、オーステナ
イトバインダー相より多くのタングステンを含む金属間
βプライム相へとバインダーの相変態から生じる。その
結果、バインダー中に大きいタングステン濃度差が作り
だされる。このベータプライム相は、化学量論的組成
（Ｎｉ、Ｃｏ）3 Ｗを有する脆い３元系金属間相であ
る。この結晶組織は、現実には斜方晶であり格子寸法は
ａ＝５．０９２４Å、Ｂ＝４．１７５３Å、及びｃ＝
４．４４７２Åを有する。さらに、このβタプライム相
は非準安定性を示す規則構造である。
【００１２】バインダー合金（ガンマー相）の金属間β
プライム相への変態は、変態初期にＷ／ガンマー相境界
で変態初期に始まる。焼鈍時間の増加は、βプライム相
構成部分をより広範囲に生じさせる。最初の等温変態の
後に、バインダー組織は約５０から１００％が、好まし
くは８０％がβプライム相に変換するが、この段階でこ
のバインダー相にタングステン析出はまだ生じない。こ
れらはその後の溶体焼鈍中の高温度でこのβプライム相
が再溶解するまで生じない。
【００１３】１回の変態と溶体焼鈍の後では、タングス
テン析出の割合はまだ少ない。これを増加させるため、
ガンマー相のβプライム相への変態が繰り返す（相当す
る組織例は図１に示される）その後溶体焼鈍が繰り返さ
れる。
【００１４】
【実施例及び発明の効果】本発明の実施態様は、次の記
載と従属請求項にしたがう。本発明に添付した図面によ
り以下に詳細に説明する。図２は、焼結９３Ｗ−６Ｎｉ
−１Ｆ重金属合金（この組織を図３に示す）、及び９５
０℃で４．５時間の変態焼鈍を伴う少なくとも１回の熱
処理、及び１１５０℃で５時間の溶体加熱、続いて溶体
温度から周囲温度に急冷却を施した焼結９１Ｗ−６Ｎｉ
−３Ｃｏ重金属合金（重量％の合金成分）の引張り強さ
（ＭＰａ）と破断伸び（％）に関する図である。さら
に、この図は、付加した加工熱処理（１回或いは数回の
加工及び焼鈍からなるサイクル）を施すことによって双
方の値に現れる変化についての曲線を示す。バインダー
相に微細タングステン析出物を有するＷ−Ｎｉ−Ｃｏ重
金属合金は、強度と延性特性に優れていることは明らか
である。
【００１５】図４は、少なくとも１回の変態焼鈍及び溶
体焼鈍からなる熱処理を施されたＷ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の
組織を示す（但し加工熱処理をせず）。白く大きく且つ
球状に見えるタングステン結晶粒（アルファ−相）と共
に、バインダー母相に全体に広範囲に均一に分布するタ
ングステン析出物は、球状のタングステン結晶粒に比較
して非常に小さくて、黒く顕れたバインダー母相にラメ
ラ（板状）を示さない。
【００１６】この状態ではバインダーの合金中のタング
ステン量は決して少なくはなく、むしろ、固溶体の状態
で約４２重量％のタングステンを含有し、比較的大量の
タングステンを固溶体の形態で含んでいる。コバルトと
タングステンの双方は積層欠陥エネルギーを減少するた
め、このバインダー相生成物は変態後の硬度(hardenin
g) を著しく増加し、この変態は転位に関係した粒子硬
化として一般に知られ、硬度をさらに増加する機構であ
り、バインダー合金に使用することができ、そのため
に、高い延性と共に著しく強度を増加することができ
る。
【００１７】図５は、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｏ重金属合金のバイ
ンダ−相内に最も微細な結晶粒を得るための熱処理に対
する温度−時間曲線の実施例を模式的に示したものであ
る。図６に示されるように、変態と溶体化サイクルの回
数を増加させた場合、最大限の量のタングステン析出物
がバインダー相内に生じさせることができる。特に真空
中で実行される等温変態は約０．５から２０時間の期
間、例えば４．５時間適切に実行し、一方溶体焼鈍工程
は約０．２から１０時間、例えば５時間実行することが
できる。
【００１８】他に種々の改良が本発明の分野と精神から
離れることなく当業者によりなされることは容易且つ確
実であることは理解できる。したがって、添付される特
許請求の範囲は、ここに明らかにした記載を制限するも
のでなく、むしろこの請求項は、本発明が属する当業者
によって同等として扱われる全ての特徴を含み、本発明
が属する特許性新規性の特徴を全て包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】変態したバインダー相内のタングステン析出物
を示す図である。
【図２】公知の焼結９３Ｗ−６Ｎｉ−１Ｆｅ重金属合金
と本発明の焼結９１Ｗ−６Ｎｉ−３Ｃｏ重金属合金を対
比した引張り強さ（ＵＴＳ）と破断伸びを示す図であ
る。
【図３】公知の９３Ｗ−６Ｎｉ−１Ｆｅ重金属合金の組
織を示す図である。
【図４】加工熱処理をせずに熱処理が施された本発明の
Ｗ−Ｎｉ−Ｃｏ重金属合金の組織を示す図である。
【図５】本発明のＷ−Ｎｉ−Ｃｏ重金属合金のバインダ
ー相内に微細結晶粒のタングステン析出物を得るための
時間−温度の模式図である。
【図６】バインダ−相内のタングステン析出物量を増加
するための変態と溶体サイクルの増加回数を示す別の時
間−温度の模式図である。
フロントページの続き (72)発明者 コルネリス タール オランダ国，5469 ベーエル エルプ，ス クールストラート 15

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に球状のタングステン粒子の形態
    で存在する約８５から９８重量％のタングステン、及び
    固溶体状態のタングステンをも含むオーステナイトバイ
    ンダー相にバインダー元素として重量比Ｎｉ／Ｃｏで約
    １．６から３．５の間のニッケル及びコバルトとを含ん
    でなる重金属合金において、前記バインダー相が球状の
    タングステン粒子より小さい且つ均一に分布するタング
    ステン析出物も含有することを特徴とする重金属合金。
  2. 【請求項２】 タングステン析出物が１％以上の体積百
    分率で存在する請求項１記載の重金属合金。
  3. 【請求項３】 タングステン析出物が約１０から１００
    ０ｎｍの範囲内の平均粒子径を有する請求項１記載の重
    金属合金。
  4. 【請求項４】 タングステン析出物が約１０から５００
    ｎｍの範囲内の平均粒子径を有する請求項１記載の重金
    属合金。
  5. 【請求項５】 タングステン析出物が約１０から２０％
    の間の体積百分率で存在する請求項２記載の重金属合
    金。
  6. 【請求項６】 タングステン析出物が１５％の体積百分
    率で存在する請求項２記載の重金属合金。
  7. 【請求項７】 請求項８の方法により製造される重金属
    合金。
  8. 【請求項８】 約８５から９８重量％のタングステン、
    及びＮｉ／Ｃｏ重量比で約１．６から３．５の間のニッ
    ケル及びコバルトを含有する合金を用意する工程、 金属間βプライム相に変態するため約８００℃から１０
    ５０℃の範囲内の温度で前記合金を等温焼鈍する工程、 前記金属間βプライム相を少なくとも部分的に再溶解す
    るため約１１００℃から１２００℃の範囲内の温度で金
    属間βプライム相を含有する前記合金をさらに溶体化焼
    鈍する工程、及び約２０℃まで前記合金を急冷却する工
    程を含んでなる重金属合金を製造する方法。
  9. 【請求項９】 前記金属間βプライム相が化学量論的組
    成（Ｎｉ、Ｃｏ）3Ｗを有する請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記等温変態、前記さらに溶体化焼
    鈍、及び前記急冷却を繰り返す工程を含む請求項８記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 前記等温変態が約９５０℃である請求
    項８記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記さらに溶体化焼鈍が約１１５０℃
    である請求項８記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記等温変態が約０．５から２０時間
    の期間である請求項８記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記さらに行う溶体化焼鈍が約０．２
    から１０時間の期間である請求項８記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記等温変態が真空中で行われる請求
    項８記載の方法。
  16. 【請求項１６】 実質的に球状のタングステン粒子の形
    態で存在する約８５から９８重量％のタングステン、及
    びバインダー元素として重量比Ｎｉ／Ｃｏで約１．６か
    ら３．５の間のニッケル及びコバルトとをベースとし、
    オーステナイトバインダー相が固溶体の形でタングステ
    ンをも含み、対応組織の粉末から焼結された合金を熱処
    理する重金属合金の製法において、バインダー相を約８
    ００℃から１０５０℃の範囲で等温焼鈍処理をして少な
    くとも一部を金属間βプライム相に変態させ、次いで金
    属間βプライム相を少なくとも一部が再溶解するまで約
    １１００℃から１２００℃の範囲で焼鈍する少なくとも
    １つのサイクルを含み、次いで室温近くまで急冷するこ
    とを特徴とする重金属合金を製造する方法。
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