JPH09227981A - 超硬合金 - Google Patents

超硬合金

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JPH09227981A
JPH09227981A JP3207696A JP3207696A JPH09227981A JP H09227981 A JPH09227981 A JP H09227981A JP 3207696 A JP3207696 A JP 3207696A JP 3207696 A JP3207696 A JP 3207696A JP H09227981 A JPH09227981 A JP H09227981A
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Nobuaki Asada
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度,靭性,クラック伝播抵抗を高めた超硬
合金を提供すること。 【解決手段】 炭化クロムを含有するWC基超硬合金
は,実質的に2種類の粒径の異なる炭化タングステン相
からなる。この超硬合金において,炭化クロムを0.5
〜2.0重量%,Coを5〜15重量%含有する。ま
た,これらの超硬合金において,2種類の炭化タングス
テン相の平均粒径の比が3≦平均粒径(大)/平均粒径
(小)≦7であり,かつその体積比が1.5≦平均粒径
(大)の体積/平均粒径(小)の体積≦3である。さら
に,前記炭化タングステン相の最大粒径が3.0μm以
下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,耐クラック伝播
性,耐欠損性,耐熱クラック性に優れた炭化タングステ
ン基超硬合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来,炭化タングステン基超硬合金は,
炭化タングステン粉末を微細にするほど,硬さおよび靭
性,耐摩耗性が向上し,エンドミルやプリント基盤穴開
け用ドリルに使用されている。また,このような用途に
使用するためには,均一な粒径の微粒炭化タングステン
を用いることが一般的に行われてきた。
【0003】しかし,炭化タングステンを微細にするこ
とによってクラック抵抗は低くなり,亀裂が進展しやす
くなる傾向にある。
【0004】高強度,高靭性,高硬度の超硬合金を得る
ために次の発明がなされている。
【0005】特開平6−81072号公報(以下,従来
技術1と呼ぶ)には,Co及びNiのうちの1種または
2種を4〜40重量%含有し,さらにV,Cr,Ta,
NbおよびTiのうち1種または2種以上を0.1から
5.0重量%を含有する組成を有し,平均粒度が0.6
μm以下でかつ最大粒径が3.0μm以下のWC粒子が
分散しているWC基超硬合金の素地中に,さらに最大粒
径が3.0μm以下であるV,Cr,Ta,Nbおよび
Tiのうち1種または2種以上の炭化物もしくは,炭窒
化物の固溶体粒子が分散している組織を有するWC基超
硬合金を製造する方法が開示されている。
【0006】また,特開平6−264158号公報(以
下,従来技術2と呼ぶ)には,原料粉末としていずれも
1μm以下の平均粒径を有するWC粉末,CoおよびN
iの酸化物粉末V,Cr,TaおよびTiの金属粉末
と,これら金属の炭化物粉末及び酸化物粉末,炭素粉末
を用い,これらの原料粉末を配合,混合し,圧粉体に成
形し,ついで前記圧粉体を真空焼結するに際して,その
昇温過程で炭素粉末または炭素粉末と炭化物粉末によっ
て,結合相に占める割合で50〜500ppmの酸素が
残留する割合に配合した酸化物粉末の還元を行い,3〜
20重量%を占める結合相に上記含有量したWC基超硬
合金を製造する方法が開示されている。
【0007】また,特開平5−339659号公報(以
下,従来技術3と呼ぶ)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及び/またはNiからなる混合粉末でなる出発物質
を用いて,1450℃以上で焼結した板状WC結晶を有
する超硬合金を作製する方法が開示されている。
【0008】さらに,特開昭61−124548号公報
(以下,従来技術4と呼ぶ)には,重量比でWCを主成
分とする硬質相75〜90重量%,Fe族およびCr族
のうち1種または2種を10〜25重量%,Hfまたは
Hf炭化物を0.1〜3.2重量%,硬質相の一部をT
aCおよびNbCの1種または2種を0.1〜5重量%
で置換した超硬合金について開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし,従来技術1に
おいて,V,Cr,Ta,NbおよびTiのうち1種ま
たは2種以上からなる第3相は,当然WCよりヤング率
が低い相として存在するため,当然のごとく,高強度,
高硬度を得るためには,欠陥として働き,その期待され
る効果は低い。
【0010】また,従来技術2において酸化物粉末の還
元を昇温過程中に行うため,炭素量および酸素量の制御
が安定せず,期待通りに高強度,高硬度の超硬合金を安
定して得ることは難しい。
【0011】また,従来技術3において,原料粉末を長
時間混合粉砕することにより,非常に微細で応力の有す
る粉末となり不純物が多く,かつ製造工程が長く狙いと
した板状WCの生成が少なく粒径の制御も困難である。
【0012】さらに,従来技術4において,炭化タング
ステン以外の炭化物による粗大な樹脂状析出物の晶出が
生じ,強度,靭性を満足できない。
【0013】そこで,本発明の技術的課題は,強度,靭
性,クラック伝播抵抗を高めた超硬合金を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は,上記の技術的
課題を解決するためのもので,具体的には2種類の粒度
の異なる炭化タングステンを用いて,それらの炭化タン
グステン粒子を結合相中に分散させ,かつ結合相に炭化
クロムを固溶強化させることによって,強度,靭性,ク
ラック伝播抵抗を高めた超硬合金を提供するものであ
る。
【0015】即ち,本発明の超硬合金は,炭化クロムを
含有するWC基超硬合金において,結合相中に分散した
2種類の粒径の異なる炭化タングステン相を備えている
ことを特徴としている。
【0016】また,本発明の超硬合金では,前記超硬合
金において,前記結合相として,炭化クロムを0.5〜
2.0重量%,Coを5〜15重量%含有することを特
徴としている。
【0017】また,本発明の超硬合金では,前記いずれ
かの超硬合金において,前記炭化タングステンの相は2
種類であることを特徴としている。
【0018】また,本発明の超硬合金では,前記いずれ
かの超硬合金において,2種類の炭化タングステン相の
平均粒径の比が3≦平均粒径(大)/平均粒径(小)≦
7であり,かつその体積比が1.5≦平均粒径(大)の
体積/平均粒径(小)の体積≦3であることを特徴とし
ている。
【0019】さらに,本発明の超硬合金では,前記いず
れかの超硬合金において,前記炭化タングステン相の最
大粒径が3.0μm以下であることを特徴としている。
【0020】次に,本発明の超硬合金の成分組成を上記
の如く限定した理由について説明する。
【0021】まず,コバルト(Co)成分について説明
する。Coは結合相形成成分として添加され,靭性かつ
耐欠損性を向上させる作用をするが,その含有量が5重
量%未満では,WC基超硬合金の緻密化が十分なされ
ず,前記作用の所望の効果が得られない。
【0022】一方,Coの含有量が15重量%を越える
と硬度が低下した耐摩耗性,耐塑性変形性が低下する事
から,その含有量を5〜15重量%と定めた。
【0023】次に,炭化クロムについて説明する。炭化
クロムは,焼結時のWC粒成長を抑制する作用および結
合相に固溶することによる結合相の固溶強化が挙げられ
る。WC基超硬合金において,その含有量が0.5%未
満では,焼結時のWC粒成長抑制効果,および結合相の
固溶強化が期待出来ない。一方,2.0重量%を越えて
含有すると,焼結条件により靭性の低下をもたらす第3
相が析出し,好ましくない。したがって,炭化クロムの
含有量を0.5〜2.0重量%に定めた。
【0024】また,平均粒径比と平均粒径の体積比との
関係について説明する。本発明において,2種類の炭化
タングステン粉末の平均粒径の比が3≦平均粒径(大)
/平均粒径(小)≦7であり,かつその体積比が1.5
≦平均粒径(大)の体積/平均粒径(小)の体積≦3,
および炭化タングステン粉末の最大粒径が3.0μm以
下である事としたのは,平均粒径の比が3以下の場合,
大きい粒子と小さい粒子の差がすくなく,クラックの伝
播経路を阻止する効果が期待出来ない事にある。
【0025】一方,平均粒径の比が7を越えると,大き
な粒子が,素地中において欠陥として働き,強度が低下
し,靭性の向上に働かなくなるためである。
【0026】また,体積比が1.5以下の場合,平均粒
径(大)なる粒子の全体に占める割合が少なく,クラッ
クの伝播経路を阻止する効果が期待出来ない。一方,体
積比が3.0を越える場合,超硬合金の強度や硬度の向
上に働かなくなる理由からである。
【0027】さらに,最大粒径について説明する。炭化
タングステン粉末の最大粒径を3.0μm以下としたの
は,3.0μmを越える粒子が超硬合金の素地中にある
と,炭化タングステンが破壊の起点として作用し,合金
の強度,耐欠損性に有利に働かないために定めた。
【0028】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0029】まず,本発明の第1の実施の形態によるW
C基超硬合金について説明する。
【0030】原料として,下記表1のA〜Gに示される
平均粒径のWC粉末,平均粒径1.2μmのCo粉末,
平均粒径2.3μmの炭化クロム粉末をそれぞれ用意
し,これらの粉末を下記表2に示したように所定の割合
に配合し,6時間アトライターで湿式混合し,乾燥後,
1ton/cm2 10-2Torrの真空炉中で1400℃1
時間焼成した。その後,アルゴンガス雰囲気中,100
0気圧 1350℃で1時間熱間静水圧プレス(HI
P)処理を行った。
【0031】一方,比較WC基超硬合金については,下
記表1に示したWC粉末を単独で用いて,本発明の第1
の実施の形態による合金と同様の方法で調整した。
【0032】こうして得た本発明の第1の実施の形態に
よる合金及び比較超硬合金を#200のダイヤモンド砥
石で湿式研削加工し4.0×8.0×25.0の形状に
作製し,抗折力(JIS法)を測定した。次に,これら
の超硬合金の一面を1μmのダイヤモンドペーストでラ
ップ加工し,破壊靭性値K1C(IM法)を測定した。
【0033】下記表3に示した結果から,本発明の第1
の実施の形態によるWC基超硬合金は比較WC基超硬合
金に比較してすぐれた抗折力,破壊靭性値を示すことが
わかる。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】次に,本発明の第2の実施の形態について
説明する。
【0038】第1の実施の形態で製造した本発明のWC
基超硬合金2と,比較WC基超硬合金2から,直径6m
mの2枚刃エンドミルを試作した。被削材はSKD(H
RC25)であり,切削速度は20m/min,切り込
み深さは8mmの条件で鋼の湿式切削試験を実施し,逃
げ面摩耗幅0.3mmを寿命基準として,寿命に至るま
での切削長を求め,本発明エンドミルに対する比較エン
ドミルの切削長さの比率を求め切削性能を評価した。そ
の結果を下記表4に示した。
【0039】
【表4】
【0040】上記表4に示した結果から,本発明のWC
基超硬合金で作製したエンドミルは比較WC基超硬合金
で作製したエンドミルに比較して優れた切削性能を示す
ことがわかる。
【0041】
【発明の効果】以上,説明したように,本発明によれ
ば,強度,靭性,クラック伝播抵抗を高めた超硬合金を
提供することができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化クロムを含有するWC基超硬合金に
    おいて,結合相中に分散した複数の平均粒径の異なる炭
    化タングステン相を備えていることを特徴とする超硬合
    金。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超硬合金において,前記
    結合相として,炭化クロムを0.5〜2.0重量%,C
    oを5〜15重量%含有することを特徴とする超硬合
    金。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の超硬合金におい
    て,前記炭化タングステンの相は2種類であることを特
    徴とする超硬合金。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の超硬合金において,前記
    2種類の炭化タングステン相の平均粒径の比が3≦平均
    粒径(大)/平均粒径(小)≦7であり,かつその体積
    比が1.5≦平均粒径(大)の体積/平均粒径(小)の
    体積≦3であることを特徴とする超硬合金。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4の内のいずれかに記載の
    超硬合金において,前記炭化タングステン相の最大粒径
    が3.0μm以下であることを特徴とする超硬合金。
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