JPH11302767A

JPH11302767A - 機械的特性に優れた超硬合金およびその製法

Info

Publication number: JPH11302767A
Application number: JP10128178A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 正樹小林; Jun Watanabe; 潤渡辺
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の粒状晶ＷＣ含有超硬合金は、破壊靭性
値を高めると硬さが低下し、硬さを高めると破壊靭性値
が低下するという二律背反的傾向にあるという課題があ
り、この課題を解決しようとした従来の板状晶ＷＣ含有
超硬合金は、粒状晶ＷＣ含有超硬合金に対し破壊靭性値
と硬さを同時に高めることを可能としたがまだ満足でき
るに至っていないという課題がある。【解決手段】Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種
を主成分とする結合相：３〜３０重量％と、、残りが炭
化タングステンを主成分とする硬質相と不可避不純物と
からなる超硬合金であって、該超硬合金のビッカース硬
さ：Ｈｖ（単位：ｋｇ／ｍｍ²）をＹと表示し、破壊靱
性値：Ｋ_1c（単位：ＭＰａ・ｍ^1/2）をＸと表示したと
きに、ＹとＸとの関係がＸ（Ｙ−１０００）≧９０００
の式を満足する機械的特性に優れた超硬合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化タングステン
を含有した機械的特性に優れた超硬合金およびその製法
に関し、具体的には、板状晶ＷＣの粒子成長やスケルト
ン形成を防止して、硬さ，靱性，強度，耐摩耗性，耐欠
損性および耐塑性変形性などを大幅に改善し、スローア
ウエイチップ，ドリル，エンドミルに代表される切削工
具、ノズル，スリッター，型工具部品，製缶工具部品に
代表される耐摩耗工具・部品、ビット，穿孔工具部品に
代表される土木建設工具などとして実用できる機械的特
性に優れた超硬合金およびその製法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超硬合金の硬さと靱性は二律背
反的傾向にあるが、これらを同時に改善することにより
性能を向上させる方法として、板状晶ＷＣを含有させた
超硬合金およびその製造方法が多数提案されている。し
かし、超硬合金中の板状晶ＷＣの含有量に限界があり、
かつその板状晶ＷＣを多量に含有させて、硬さおよび靱
性を同時向上させるとしても、現状では、それらの値が
ほぼ限界に達しているという問題がある。

【０００３】一方、ホットプレス（以下、「ＨＰ」と記
す）や熱間静水圧処理（以下、「ＨＩＰ」と記す）を利
用し、低温で焼結することにより超硬合金を得る方法も
あるが、硬さが増加しても靱性は低下するという問題が
ある。さらに、メカニカルアロイング法を応用した超微
粒子超硬合金の製造方法も種々提案されているが、ＷＣ
の微粒化とＣｏの均一分散による焼結性の改善や硬さ向
上には効果があるものの、靱性が低下するという問題が
ある。

【０００４】これらの従来の超硬合金に関する先行技術
のうち、板状晶ＷＣを含有させた超硬合金およびその製
造方法に関する代表的なものとして、本発明者らが提案
している特開平７ー２７８１７９号公報および特開平７
ー２９２４２６号公報がある。また、低温焼結による高
強度微粒超硬合金の製造方法に関する代表的なものとし
て、特公昭６２ー４５２５９号公報がある。さらに、メ
カニカルアロイング法に関する代表的なものとして、特
開平４ー３２９８４４号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の超硬合金に関す
る先行技術のうち、本発明者らが提案している特開平７
ー２７８１７９号公報には、平均粒子径が１μｍ以下
で、アスペクト比が２〜２０の板状晶ＷＣを２０体積％
以上含有した超硬合金、および１μｍ以下のＣｏ−Ｗ−
Ｃ系複合炭化物を出発原料物質として含む製造方法が記
載されている。同公報に記載されている超硬合金は、微
粒でかつ板状晶ＷＣを含有するものの、焼結温度が１３
６０℃以上と高くて、ＷＣの粒成長とＷＣ同志の接合が
起りやすく、スケルトンを形成しやすくなることから、
硬さと靱性を同時向上する効果に未だ満足できないとい
う問題がある。

【０００６】また、特開平７ー２９２４２６号公報に
は、Ｃｏと炭素とＷとの混合粉末を加熱して焼結する際
に、Ｃｏ−Ｗ−Ｃ系の複合炭化物が生成する第一過程
と、該複合炭化物と残留炭素との反応により板状晶ＷＣ
が生成する第二過程とを含む板状晶ＷＣ含有超硬合金の
製法が記載されている。同公報に記載されている製造方
法は、混合・粉砕が不十分であるためにナノレベルに均
一化・合金化されておらず、また１３６０℃以上で焼結
するために、微細な板状晶ＷＣが少なくて硬さと靭性を
同時向上する効果に未だ満足できないという問題があ
る。

【０００７】一方、特公昭６２ー４５２５９号公報に
は、Ｃｏ₇Ｗ₆などのＣｏ−Ｗ合金粉末やＣｏ₂Ｗ₂Ｃなど
のＣｏ−Ｗ−Ｃ系化合物粉末と炭素粉末との混合粉末
を、通常より低温（１２８０〜１２９０℃）で焼結する
ことによって、微粒で高強度な超硬合金の製造方法が記
載されている。同公報に記載されている製造方法は、予
めＣｏを合金化して被砕性を高め、焼結性が改善される
ことによって低温焼結を可能にしたものである。しか
し、焼結性改善が不十分で、Ｃｏプールや微孔が残留し
易いために、硬さと靱性の同時向上を達成するには至っ
ていないという問題がある。特に、同公報に記載されて
いるように、焼結後にＨＩＰ処理を施した場合、微孔が
減少して強度が向上するとしても、Ｃｏプールが消滅し
ないために靱性の向上は困難である。

【０００８】また、特開平４ー３２９８４４号公報に
は、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａなど炭化物を形成する金属粉
末と、炭素粉末と、Ｃｏ，Ｎｉなどの金属結合相を形成
する粉末とを、乾式で機械的な混合・粉砕を繰り返すこ
とにより微細な炭化物を合成すると同時に、炭化物粒子
と金属結合相の密着性を向上させた混合粉末を作製し、
低温で焼結することにより高靱性・高硬度の炭化物分散
型複合材料の製造方法が記載されている。同公報に記載
されている製造方法は、炭化物形成粉末がＴｉの場合に
は粉砕中にＴｉＣを生成するものの、ＷではＷＣを生成
し難いために超硬合金の混合粉末が得られず、また加熱
によりＷＣを生成させても、焼結温度が１３５０℃と高
いためにＷＣが粒成長して硬さが低下するという問題が
ある。

【０００９】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、液相焼結されていた従来の超硬合
金に対し、出発原料物質を選定し、かつ液相が出現する
温度以下での焼結、すなわち固相焼結または固液共存焼
結とすることにより、硬さ、靱性、強度および耐摩耗
性、耐欠損性、耐塑性変形性を大幅に改善した超硬合
金、特に従来の超硬合金に対し全く飛び抜けた硬さと靭
性を有する超硬合金およびその製法の提供を目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、長年に亘
り、硬さと靱性が同時に向上する超硬合金について検討
していた所、板状晶ＷＣを含有させれば、硬さと靱性が
同時に向上すること、焼結過程で板状晶ＷＣを形成でき
る出発原料物質を、液相領域の温度で焼結する従来の超
硬合金に対し、固相領域または固液共存領域の低温で加
圧焼結すれば、緻密化と同時に微粒の板状晶ＷＣを含有
できること、低温で形成された微粒板状晶ＷＣはアスペ
クト比が高く、かつ板状晶ＷＣの間にＣｏが均一に分散
していること、結果として従来の超硬合金に対し、全く
予測できないほど硬さおよび靭性とも顕著に向上すると
いう知見を得て、本発明を完成するに至ったものであ
る。

【００１１】本発明の機械的特性に優れた超硬合金は、
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種を主成分とする
結合相：３〜３０重量％と、残りが炭化タングステンを
主成分とする硬質相と不可避不純物とからなる超硬合金
であって、該超硬合金のビッカース硬さ：Ｈｖ（単位：
ｋｇ／ｍｍ²）をＹと表示し、破壊靱性値：Ｋ_1c（単
位：ＭＰａ・ｍ^1/2）をＸと表示したときに、ＹとＸと
の関係がＸ（Ｙ−１０００）≧９０００の式を満足する
ことを特徴とするものである。この式は、特にＸ（Ｙ−
１０００）≧９５００でなる場合には寿命向上がより顕
著になることから好ましいことである。

【００１２】

【発明の実施の態様】本発明の超硬合金における結合相
は、具体的には、実質的にＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少な
くとも１種からなる場合、これらの中の少なくとも１種
を５０重量％以上とその他金属元素を主として含む、例
えば、Ｃｏ−Ｗ合金，Ｃｏ−Ｗ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｃｏ
−Ｃｒ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｗ合金，Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ合
金などの場合を挙げることができる。この結合相の量
は、超硬合金全体に対し、３重量％未満では合金内に巣
孔が残留し易いために低温焼結が困難であり、逆に３０
重量％を超えて多くなると、硬さや耐摩耗性が低下し
て、上述のＸ（Ｙ−１０００）≧９０００の式を満足す
ることが困難となることから、結合相量を３〜３０重量
％と定めたものである。

【００１３】この結合相の他に、本発明の超硬合金を構
成している硬質相は、実質的に炭化タングステンのみか
らなる場合、または炭化タングステンを５０重量％以上
と残りが結晶構造が立方晶でなる立方晶系化合物とを含
む場合を挙げることができる。この硬質相を構成してい
る炭化タングステンは、上述のＸ（Ｙ−１０００）≧９
０００の式を満足しやすくするために、平均粒子径が１
μｍ以下でなる場合が好ましいことである。また、本発
明の超硬合金は、Ｘ（Ｙ−１０００）≧９５００の式を
満足し、かつＹ≧１６００およびＸ≧８．０をも満足す
ることが特に好ましく、このためには、炭化タングステ
ンの平均粒子径を１μｍ以下、超硬合金全体に対する炭
化タングステンの含有量を７０重量％以上、結合相の含
有量を２０重量％以下とすることが好ましいことであ
る。この炭化タングステンは、超硬合金の任意の断面を
観察して得られる該炭化タングステンの粒子の最大長と
最小長の比が３以上でなる板状晶ＷＣが炭化タングステ
ン全体に対して３０体積％以上を含有していると、Ｘ
（Ｙ−１０００）≧９５００の式を満足するとともに、
Ｙ≧１６００およびＸ≧８．０をも満足することが容易
になることから、特に好ましいことである。

【００１４】硬質相として含有する立方晶系化合物は、
具体的には、ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，
（ＷＴｉ）Ｃ，（ＷＴｉＴａ）Ｃ，（ＷＺｒ）ＣＮ，
（ＷＴｉＮｂ）ＣＮなどの固溶体化合物の中の少なくと
も１種からなる場合を代表例として挙げることができ
る。立方晶系化合物の含有量は、３０体積％を超えて多
くなると、立方晶系化合物自体が脆弱であること、およ
び相対的に炭化タングステンの含有量が少なくなり、靱
性の低下が著しくなることから、超硬合金全体に対して
３０体積％以下でなることが好ましいことである。

【００１５】本発明の超硬合金における硬さおよび破壊
靭性値は、具体的には１９６．２Ｎ荷重で測定したビッ
カース硬さ（ＨＶ：単位ｋｇ／ｍｍ²）をＹ、破壊靱性
値Ｋ_lc（ＭＰａ・ｍ^1/2）をＸと表示したとき、ＹとＸ
との関係式がＸ（Ｙ−１０００）≧９０００を満足する
ものである。これらのうち、Ｘ（Ｙ−１０００）≧９５
００で、かつＹ≧１６００の範囲とＸ≧８．０の範囲と
の両方を満足する場合には、切削工具もしくは耐摩耗部
品として使用した場合に耐摩耗性および耐欠損性の向上
が顕著となり、長寿命となることから好ましいことであ
る。このＸ（Ｙ−１０００）≧９０００の関係式につい
て、縦軸をＹ、横軸をＸで表わした図１により説明する
と、本発明の超硬合金における硬さと破壊靭性値との関
係は、図１の丸印付実線（１）の関係にあるのに対し、
従来の板状晶ＷＣ含有超硬合金においては、三角印付破
線（２）に示したように、ほぼＸ（Ｙ−１０００）≦８
０００の関係にあり、従来の粒状晶ＷＣ含有超硬合金に
おいては、四角印付点線（３）に示したように、ほぼＸ
（Ｙ−１０００）≦７２００の関係にある。

【００１６】本発明の超硬合金は、従来の超硬合金が液
相焼結による製法であるのに対し、この従来の製法から
は発想不可能な固相領域焼結または固液共存領域焼結と
いう全く異なる製法を取入れることにより、完成してい
るものである。

【００１７】すなわち、本発明の超硬合金の製法は、Ｗ
元素とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種の鉄族元
素と炭素元素とを含む複合炭化物粉末と、炭素および／
または炭素前駆体物質でなる炭素源粉末とを含む出発原
料物質に調整する第１工程、該出発原料物質を混合およ
び粉砕し、混合粉末とする第２工程、該混合粉末を１１
５０〜１３２０℃にて加圧焼結し、超硬合金とする第３
工程を含むことを特徴とする製法である。

【００１８】また、もう一つの本発明の超硬合金の製法
は、Ｗ粉末とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種の
鉄族粉末と炭素および／または炭素前駆体物質でなる炭
素源粉末とを含む出発原料物質に調整する第１工程、該
出発原料物質を混合および粉砕し、混合粉末とする第２
工程、該混合粉末を１１５０〜１３２０℃にて加圧焼結
し、超硬合金とする第３工程を含むことを特徴とする製
法である。

【００１９】この本発明の製法における出発原料物質
は、市販されている金属Ｗ粉末とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中
の少なくとも１種の鉄族粉末とカーボンおよび／または
黒鉛の炭素源粉末とを使用すると簡易なことから好まし
いことである。また、上述の市販されている物質から、
Ｗ元素とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種の鉄族
元素と炭素元素とを含む複合炭化物粉末を形成しておい
て、この鉄族元素含有の複合炭化物粉末を出発原料物質
中に含有させておくと、得られる超硬合金の硬さおよび
破壊靭性値が高くなり、上述した（Ａ）式をより一層満
足することができることから好ましいことである。勿
論、鉄族元素含有の複合炭化物粉末と、市販されている
金属Ｗ粉末とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種の
鉄族粉末とカーボンおよび／または黒鉛の炭素源粉末と
を含む出発原料物質として使用することも簡易性と
（Ａ）式の満足性の両方から好ましいことである。

【００２０】この複合炭化物は、具体的には、例えばＣ
ｏ₃Ｗ₉Ｃ₄，Ｃｏ₂Ｗ₄Ｃ，Ｃｏ₃Ｗ₃Ｃ，Ｃｏ₆Ｗ₆Ｃ，Ｎ
ｉ₂Ｗ₄Ｃ，ＦｅＷ₃Ｃ，Ｆｅ₃Ｗ₃Ｃ，Ｆｅ₄Ｗ₂Ｃ，Ｆｅ₆
Ｗ₆Ｃおよびこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種
を含むことである。

【００２１】この複合炭化物粉末と炭素源粉末とからな
る出発原料物質、市販されている金属Ｗ粉末とＣｏ，Ｎ
ｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種の鉄族粉末とカーボンお
よび／または黒鉛の炭素源粉末とからなる出発原料物
質、またはこれらの混合された出発原料物質により本発
明の超硬合金を作製することも可能であるが、これらの
場合には、得られる超硬合金の組成成分が非常に制限さ
れたものとなる。そこで、さらにＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，
Ｗ，または周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化
物，窒化物，炭窒化物およびこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種の組成成分調整用粉末を添加した出発原
料物質を用いると、ＪＩＳのＢ４１０４規格に該当する
超硬合金を含めた各種の組成成分からなる超硬合金を作
製することが可能となり好ましいことである。複合炭化
物粉末を作製する場合、および組成成分調整粉末として
用いる場合に、結合相形成粉末，金属Ｗ粉末，炭素源粉
末の粒度は、３μｍ以下であると第２工程における混合
粉末中で容易に均一分散し、かつ第２工程における焼結
時に低温反応が生じて、得られる超硬合金中でも均一に
分散することから好ましいことである。また、炭素源粉
末は、具体的には、例えばカーボンブラック、黒鉛など
の炭素、または樹脂などの炭素前駆体物質を挙げること
ができる。

【００２２】この第２工程は、金属結合相形成粉末と金
属Ｗ粉末と炭素粉末とを含む出発原料物質の場合には、
メカニカルアロイングによりナノ分散と非平衡状態での
合金化を促進することが好ましく、具体的な方法とし
て、真空あるいは不活性ガス雰囲気中での長時間の通常
ボールミルや高エネルギーの遊星ボールミルを用いたメ
カニカルアロイング法を挙げることができる。また、こ
の第２工程は、出発原料物質の混合・粉砕時に金属亜鉛
を外掛けで０．１〜５重量％添加しておくと、第３工程
の焼結時に炭化タングステンの形成および焼結反応を促
進し、金属亜鉛が飛散されて焼結後の硬さと靱性を向上
する効果が高くなることから好ましいことである。

【００２３】この第３工程における焼結は、第２工程に
おける混合．粉砕をメカニカルアロイング法など、より
強制粉砕すると減圧焼結または常圧焼結とすることもで
きるが、特に加圧焼結をするとより低温で緻密な超硬合
金を得ることができることから好ましいことである。こ
の加圧焼結は、具体的には、例えば第２工程により得た
混合粉末を直接ＨＰ焼結すること、もしくはＨＩＰ焼結
すること、あるいは一度焼結した後にＨＩＰ焼結するこ
とを挙げることができる。加圧は、第２工程における混
合粉末の組成によって異なるが、１〜５０ＧＰａのＨＰ
にすると簡易に実用できることから好ましいことであ
る。

【００２４】この第３工程における焼結温度は、１１５
０℃未満では巣孔の残留あるいは粒子間の相互拡散が不
十分なために硬さと靱性が低く、逆に１３２０℃を超え
て高くなると、Ｃｏおよび／またはＮｉとＷとＣとの共
晶点から液相が発生して炭化タングステンの急激な粒成
長とスケルトン形成が起って硬さと靱性が低下するため
に、焼結温度を１１５０℃〜１３２０℃と定めた。ま
た、第３工程における焼結雰囲気は、得られる超硬合金
の変形、および酸化などを防止する必要があることから
真空あるいは非酸化性雰囲気にすることが好ましいこと
である。

【００２５】

【作用】本発明の機械的特性に優れた超硬合金は、固相
領域または固液共存領域という低温焼結により板状晶Ｗ
Ｃが形成されること、特に微粒の板状晶ＷＣが形成され
ること、しかも結合相が硬質相の粒界に均一厚さとなる
ように均一に分散されること、この板状晶ＷＣを主とす
る炭化タングステンと結合相の均一分散による作用によ
り、超硬合金自体の硬さと靱性を顕著に向上させる効果
を発揮するものである。また、本発明の製法は、固相領
域または固液共存領域という低温での加圧焼結が緻密化
と同時に、微粒板状晶ＷＣの粒成長抑制とスケルトン形
成を防止する作用をしているものである。

【００２６】

【実施例１】市販されている平均粒子径が０．５μｍの
Ｗ（以下、「Ｗ／Ｆ」と記す），１．５μｍのＷ（以
下、「Ｗ／Ｍ」と記す），０．５μｍのＷＣ，０．６μ
ｍの黒鉛（以下、「Ｇ」と記す），０．０３μｍのカー
ボンブラック（以下、「Ｃ」と記す），１．２μｍのＣ
ｏ，１．７μｍのＮｉ，１．３μｍのＣｒ₃Ｃ₂，１．０
μｍの（Ｗ，Ｔｉ）Ｃ（重量比でＷＣ／ＴｉＣ＝７０／
３０），１．０μｍのＴａＣ，１．７μｍのＶＣ，０．
５μｍのＷＣ，２０μｍの金属亜鉛（以下、「Ｚｎ」と
記す）の各粉末を出発原料物質として用い、表１に示す
配合組成に秤量し、ステンレス製ポットに超硬合金製ボ
ールと共に装入し、表１に併記した雰囲気と時間で混合
・粉砕して混合粉末を得た。ここで、上記のＷ／Ｆ，
Ｃ，Ｃｏの各粉末を９０Ｗ−１．８Ｃ−１０．４Ｃｏ
（重量％）の組成に秤量し、２４時間の湿式混合と乾燥
を行って得た混合粉末を真空中で１０５０℃ー１時間保
持の条件で加熱して、６０Ｃｏ₂Ｗ₄Ｃ−３０Ｃｏ₃Ｗ₉Ｃ
₄−５Ｗ−５ＷＣ（重量％）の組成からなる鉄族元素含
有複合炭化物粉末（以下、「Ａ」と記す）を作製し、こ
れも出発原料物質として用いた。尚、雰囲気としては、
真空排気後に１０ＭＰａのＡｒガスを導入（以下、「乾
式」と記す）する場合とアセトン溶媒を導入（以下、
「湿式」と記す）する場合の２種を用いた。

【００２７】そして、これらの混合粉末の内、本発明品
１〜８および比較品６，８，９については、窒化ホウ素
粉末を塗布した黒鉛製のモールドに充填し、炉内雰囲気
圧力５Ｐａの真空中において２０ＧＰａの加圧でもって
加熱して表１に併記した焼結温度で１時間保持し、約５
５×５５×５ｍｍでなる角板状の超硬合金をそれぞれ作
製した。その後、ダイヤモンドソーで切断して約５×
８．５×２７ｍｍの短冊状試験片とした。また、比較品
１〜５，７の混合粉末については、金型に充填して２ト
ン／ｃｍ²の加圧でもって約５．５×９．５×２９ｍｍ
の粉末成形体を作製し、アルミナとカーボンの繊維から
なるシートに載置し、炉内雰囲気圧力１Ｐａの真空中で
加熱し、表１に併記した焼結温度で１時間保持し、短冊
状の超硬合金試験片をそれぞれ得た。

【００２８】こうして得た試験片を＃２３０のダイヤモ
ンド砥石による湿式研削加工して、４．０×８．０×２
５ｍｍの試験片を作製して抗折力（ＪＩＳ法による）を
測定した。また、試料の１面を０．３μｍのダイヤモン
ドペーストでラップ加工した後、測定荷重：１９６．２
Ｎでビッカース硬さと破壊靱性値：Ｋ_1c（ＩＭ法によ
る）を測定した。さらに、ラップ加工面については電子
顕微鏡にて組織写真を撮り、画像処理装置にてＷＣの平
均粒子径およびアスペクト比（最大径／最小径）が３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。また、合金内部に巣孔が存在する場合には、そ
の径と体積を測定した。これらの測定結果から、おおよ
その合金組成と巣孔量を表２に、また抗折力，硬さ，破
壊靱性値，硬さと破壊靱性値との関係式の値，ＷＣ平均
粒径および板状晶ＷＣの割合を表３に示した。

【００２９】こうして得た本発明品２および７と、本発
明から外れた比較品２を用いて、それぞれ直径６ｍｍ，
長さ７０ｍｍ，刃長３０ｍｍの４枚刃エンドミルを作製
し、被削材：Ｃ／Ｃコンポジット，工具突出し：３０ｍ
ｍ，切削速度：８０ｍｍ／ｍｉｎ，切込み：軸方向５ｍ
ｍ−半径方向１．５ｍｍ，刃当りの送り：０．０１ｍｍ
／ｒｅｖ，乾式切削という条件によりエンドミルの切削
試験を行った結果、本発明品２および７は、比較品２の
寿命に対し、約３〜５倍の寿命向上が見られた。また、
本発明品１，３，４，５と、本発明から外れた比較品
１，３，４，５と、従来の板状晶ＷＣ含有超硬合金の比
較品６とを用いて、それぞれ直径０．５ｍｍ，長さ５０
ｍｍのミクロンドリルを作製し、被削材：厚さ０．６ｍ
ｍのＡｌとＣｕを積層したプラスチック製電子回路用プ
リント基板，切削速度：１．４ｍ／ｍｉｎ，回転当りの
送り：２μｍ／ｒｅｖ，穴深さ：３ｍｍ，乾式切削とい
う条件でプリント基板の穴明け試験を行った結果、本発
明品は、比較品に対比して、約２〜８倍の寿命向上が見
られた。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】本発明の超硬合金は、従来の粒状晶ＷＣ
含有超硬合金および板状晶ＷＣ含有超硬合金に対比し
て、破壊靭性値と硬さとの両方が顕著に高く、この結
果、耐欠損性，耐チッピング性，耐破損性，耐塑性変形
性および耐摩耗性を顕著に向上するという効果があるこ
と、品質が安定し、突発的な欠損および破損などが減少
し、工具管理が容易になること、特にドリルおよびエン
ドミルに使用した場合には、寿命向上が顕著であるこ
と、このことからスローアウエイチップ，ドリル，エン
ドミルなどに代表される切削工具、切断工具，裁断工
具，ノズル，金型などに代表される耐摩耗工具、ビッ
ト，穿孔工具部品などに代表される土木建設工具として
実用した場合に、また基材の表面に被膜を被覆した被覆
工具部材における基材として実用した場合に、顕著に寿
命向上するという効果が期待されること、またはスリッ
ターもしくは金型などの耐摩耗性工具として顕著に寿命
向上するという効果が期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超硬合金と従来の超硬合金における破
壊靭性値と硬さの関係を対比した、破壊靭性値−硬さの
関係図である。

【符号の説明】

１本発明の超硬合金における破壊靭性値と硬さとの関
係の境界線を表わしている式Ｘ（Ｙ−１０００）＝９０
００に相当する線。２従来の板状晶ＷＣ含有超硬合金における破壊靭性値
と硬さとの関係をほぼ表わしている式Ｘ（Ｙ−１００
０）＝８０００に相当する線。３従来の粒状ＷＣ含有超硬合金における破壊靭性値と
硬さとの関係をほぼ表わしている式Ｘ（Ｙ−１０００）
＝７２００に相当する線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なくとも１種
を主成分とする結合相：３〜３０重量％と、、残りが炭
化タングステンを主成分とする硬質相と不可避不純物と
からなる超硬合金であって、該超硬合金のビッカース硬
さ：Ｈｖ（単位：ｋｇ／ｍｍ²）をＹと表示し、破壊靱
性値：Ｋ_1c（単位：ＭＰａ・ｍ^2/1）をＸと表示したと
きに、ＹとＸとの関係が下記の（Ａ）式を満足する機械
的特性に優れた超硬合金。Ｘ（Ｙ−１０００）≧９０００ −−−（Ａ）
【請求項２】上記炭化タングステンは、平均粒子径が
１μｍ以下からなる請求項１に記載の機械的に優れた超
硬合金。
【請求項３】上記硬質相は、上記炭化タングステンの
他に、超硬合金全体に対して、周期律表の４ａ，５ａ，
６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこれらの
相互固溶体の中の少なくとも１種からなる立方晶系化合
物を３０重量％以下含有している請求項１または２に記
載の機械的特性に優れた超硬合金。
【請求項４】上記（Ａ）式は、Ｘ（Ｙ−１０００）≧
９５００からなり、かつＹ≧１６００の範囲にあり、Ｘ
≧８．０の範囲にあることを満足する請求項１〜３のう
ちのいずれか１項に記載の機械的特性に優れた超硬合
金。
【請求項５】上記炭化タングステンは、超硬合金の任
意の断面を観察して得られる該炭化タングステンの粒子
の最大長と最小長の比が３以上でなる板状晶ＷＣが炭化
タングステン全体に対して３０体積％以上を含有してい
る請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の機械的特
性に優れた超硬合金。
【請求項６】Ｗ元素とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少なく
とも１種の鉄族元素と炭素元素とを含む複合炭化物粉末
と、炭素および／または炭素前駆体物質でなる炭素源粉
末とを含む出発原料物質に調整する第１工程、該出発原
料物質を混合および粉砕し、混合粉末とする第２工程、
該混合粉末を１１５０〜１３２０℃にて加圧焼結し、超
硬合金とする第３工程を含む機械的特性に優れた超硬合
金の製法。
【請求項７】Ｗ粉末とＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅの中の少な
くとも１種の鉄族粉末と炭素および／または炭素前駆体
物質でなる炭素源粉末とを含む出発原料物質に調整する
第１工程、該出発原料物質を混合および粉砕し、混合粉
末とする第２工程、該混合粉末を１１５０〜１３２０℃
にて焼結し、超硬合金とする第３工程を含む機械的特性
に優れた超硬合金の製法。
【請求項８】上記第１工程における複合炭化物粉末
は、Ｃｏ₃Ｗ₉Ｃ₄，Ｃｏ₂Ｗ₄Ｃ，Ｃｏ₃Ｗ₃Ｃ，Ｃｏ₆Ｗ₆
Ｃ，Ｎｉ₂Ｗ₄Ｃ，ＦｅＷ₃Ｃ，Ｆｅ₃Ｗ₃Ｃ，Ｆｅ₄Ｗ
₂Ｃ，Ｆｅ₆Ｗ₆Ｃおよびこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種である請求項６に記載の機械的特性に優れた
超硬合金の製法。
【請求項９】上記第１工程における出発原料物質は、
さらにＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｗ，または周期律表の４ａ，
５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこ
れらの相互固溶体の中の少なくとも１種の組成成分調整
用粉末を含有する請求項６〜８のうちのいずれか１項に
記載の機械的特性に優れた超硬合金の製法。
【請求項１０】上記第１工程における出発原料物質
は、さらに該出発原料物質に対して外掛けで０．１〜５
重量％の金属亜鉛を添加したことを特徴とする請求項６
〜９のうちのいずれか１項に記載の機械的特性に優れた
超硬合金の製法。
【請求項１１】上記第２工程は、メカニカルアロイン
グ法により混合および粉砕される請求項６〜１０のうち
のいずれか１項に記載の機械的特性に優れた超硬合金の
製法。
【請求項１２】上記第３工程における加圧焼結は、１
〜５０ＧＰａのホットプレス法による加圧焼結である請
求項６〜１１のうちのいずれか１項に記載の機械的特性
に優れた超硬合金の製法。