JPS5844734B2 - 硬質合金およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鍛造及Ｕ、／、％ろいは圧延による処理の可
能な硬質合金に関する。

特に本発明は、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、コバルト
、クローム、モリブデン、タングステン、バナジウム、
ニオブ、および窒素を含み且つ鋼の製造において普通で
あるその他の元素の残留含有量を有する合金に関するも
のである。

これ等の新規な合金はそれぞれの化学的組成内における
ニオブの存在と、タングステンおよびモリブデンに富ん
だ共晶炭化物以外にその溶解されたままでの組織内にお
いて個々の（凝離した）単一のニオブ炭化物の形成また
は個々の（凝集した）バナジウムとニオブとの２重炭化
物の形成とを特徴としている。

これ等の合金の重量パーセントにおける化学的組成の範
囲は次のとおりである： 炭素 １．００〜１．４０％ ケイ素 １％以下 マンガン ０．５％以下 りん ０．０３％以下 硫黄 ０．２０％以下 クロム ３．００−６．００％ モリブデン ４．００−６．００％ タングステン ６．００−１０．０％ バナジウム ４．００％以下 ニオブ ０．４０−７．００％ アルミニウム ０．２５％以下 コバルト ４．００−１２．０％窒素
０．０８％以下 鉄 残部 炭素量は、耐摩耗性とかたさを材料に付与するのに充分
な量の炭化物を設けるため最低１．００％は必要であり
、また１、４０％を超えると材料は鍛造及び／あるいは
圧延が不可能となるので、最大１．４０％である。

ケイ素、マンガン、隣及び硫黄は通常の不純物であり、
材料の製造過程で避けることができないものであり、且
つこれら不純物を最大量以下にすることは現在の技術で
容易にできる。

特に硫黄は機械加工性のために意図的に制御されるが、
硫黄が０．２０％を超えると材料の鍛造及び／あるいは
圧延が不可能となる。

クロムは、容易に固溶される炭化物を形成することによ
ってその材料の硬化能を増大する役目を有し、３．０％
より低いと充分な硬化能が得られず且つ６．００％を超
えると経済的にコスト高となる。

モリブデンとタングステンは部分的に固溶可能な炭化物
を形成し且つ高温での耐軟化性を増大するので切削工具
用材料の成分として重要である。

モリブデンが４．００％より低く、タングステンが６．
００％より低いと上記高温での耐軟化性が得られず、且
つモリブデンが６．００％を超え、タングステンが１０
．０％を超えると経済的にコスト高となると共に鍛造及
び／または圧延が不可能となる。

バナジウムはモリブデンとタングステンの効果を高める
役目をするが、絶対必要という成分ではなく任意の成分
であり、４％を超すと経済的にコスト高となる。

ニオブは、耐摩耗性を増大する非常に安定した炭化物を
形成する効果を有し、０．４０％より低いとその効果が
得られず７．００％を超えると鍛造及び／あるいは圧延
が不可能となり且つ急冷材料を硬化させる固溶炭素の量
が不充分となる。

高硬度炭化物を形威し且つ耐摩耗性を付与するニオブと
バナジウムは、２．０％以下であると耐摩耗性を増大す
る効果が不充分なので、２．０％より多くする。

アルミニウムは合金の通常の脱酸剤であり、０．２５％
を超えると介在物が過剰となって製造上問題となると共
に表面欠陥が生ずる。

コバルトは、４．００％より低いと高温耐軟化性が増大
せず、１２％を超えると鍛造及び／または圧延が困難と
なり且つ経済的にコスト高となる。

窒素は、溶解方法によって変動する通常の不純物であり
、０．０８％を超えると望ましくない量の残留オーステ
サイトイが発生する。

重量でクローム４．０％、タングステン８．０％、モリ
ブデン４．５％、コバルト１０％、およびバナジウムお
よびニオブの異つノ、−含有量とを有する基礎糺戊のた
めの溶解されたままの状態における前記合金の代表的ミ
クロ組織が以−目こ開示される図に図示されている。

これ等の図は全て同じスケール−２００倍で拡大されて
おり且つ少しもエツチングされずに得られている。

第１図（バナジウム０．２％およびニオブ２．５％）、
第２図と第３図にオブ２．７％）および第４図（バナジ
ウム０．５％およびニオブ２．２ ％ ）。

第２図および第３図において、個々の炭化′物が９する
ことのできる各種の形態構造（方形または糸状）が注［
」されるべきである。

一般に、個々の（凝離された）炭化物の形態描込、はバ
ナジウムの含有量、ニオブの含有量、二オフ？、ｔバナ
ジウムの比、アルミニウムおよびその他の脱酸剤の作用
と、製造方法とにより変更され、その他の前記の化学元
素はほとんど杉響しない。

個々の炭化物の形態の制御はたとえばアルミニウム、希
土類金属、カルシラＡ 、およびそれ等の組合わせのご
とき脱酸剤を全装入量の０．４％にもおよぶ量で用うる
ことで達成されることができる。

アルミニウムの効果が第５図（エツ′チッグなしの２０
０倍）に図示されている。

−上記脱酸はまた真空状態、すなわち、６６５０ニユ一
１〜ン／平方メートル以下の圧力で行われてもよい。

しばしば、たとえば３０メツシユ以下の小さい粒度を有
する鉄−ニオブ合金を付加し、この付加の直後に注入ま
たは鋳込みを行うことで上記の技法を使用する必要がな
くされる。

最終製品の個々の炭化物の形態構造は溶解されたままで
の組織、バナジウトとニオブの含有量、製鋼所内での製
造方法および使用された圧延縮小量次第で変わる。

１００倍に拡大された第７図（表１の合金４）には電解
エツチングと、個々の炭化物の分布および大ぎさが示さ
れている。

エツチングなしで１００倍に拡大された第８図（表１の
合金２）には二、オブの含有量を増加すると同時にバナ
ジウムの含有量を減小し７た効果が示されている。

これ等の合金は同様な相成を有している市販の台金に相
当した鍛造と圧延とに対する塑性を有し、したがって従
来の設備で鍛造され且つ圧延されることができる。

これ等の合金の熱処理は溶解された塩浴内で行われ、ま
たオースブナイト化は１１００℃、ないし１２６０℃、
で行われるべきであり且つ４００−６００℃の温度に保
持されている他の浴内で１５分もの間冷却が行われ、さ
らに空気中で冷却が写えられる。

所望の硬さ次第で急冷が４００℃、ないし６００℃、の
温度でら−えられるべきであり、また過大な量の保持さ
れたオーステサイトを避けるためには少くとも２回行わ
れるべきである。

代筆としで、脱炭を回避するため、保護雰囲気を有する
または真空状態における炉さえ使用できる。

オースブナイト化は以上に述べられた温度範囲内で与え
られるべきである。

塩浴内での／１６１〜．４６７（表１）の合金の焼入れ
と急冷との後に得られる硬さが第９図へ一部１５図に示
されている。

これ等の温度曲線は１１８０°ないし１２４０℃、でオ
ーステナイト化温度を変えることと、５３００Ｃ〜６５
０°゛Ｃ１の範囲内で各２時間の急冷を３回行うことと
によりプロットされた。

ニオブの導入で、上記オーステナイトの粒はスナイダー
グラフ法で定められる所にしたがって改善される。

この粒の改善は個々の炭化物の形態構造とその分布およ
び使用された圧延縮小度とに依存している。

この効果がある種の組成に関し第１６図に図示されてい
る。

合金４が最大の縮小度を受け、合金３および合金１なら
びに２（同じ縮小）が続いた。

これ等の合金から作られた工具が切削性に関してテスト
され、ニオブを除外されているがバナジウム（１，３％
Ｃ，４，２０％Ｃｒ１４．５０％ＭＯ１８，０％Ｗ１２
．９％Ｖ１１０％Ｃｏ、０．０１５％８１０．０２１％
Ｐ、０．２９％Ｍｎ）を含んだ合金と比較された。

この合金から作られた工具はＡと呼ばれた。

その他の工具は次の通りに呼ばれる。Ｂ−合金１ Ｃ−合金２ Ｄ−合金５ Ｅ−合金６ Ｆ−合金７ 使用された工具の寸法形状は下記のとおりであった。

逃げ角−＝＋７゜ アウトプット角−＝＋１０’ 傾斜角−＝＋４゜ ポジション角−＝６０゜ 曲率半径−二１ｍ風 切削深さＰ ＝ ２ ｍｍで、回転当り０．２０２ｍｍ
の送りが使用された。

上記のごとく機械仕上げされた材料は３００ ＨＢの硬
さまで焼入れされて急冷された５ＡＥ−４３４０鋼であ
った。

摩耗幅ＩＬＯ，６ｍｖｔに対する切削速度の関数として
の工具の寿命が第１７図に図示されている。

この新規な鋼から作られた工具はニオブを含まない鋼か
ら作くられた工具よりもかなり長い寿命を有している。

たとえば、毎分３５メートルの切削速度に対して、合金
６から作られた工具Ｅはニオブを含まない合金から作ら
れた工具Ａよりも１００％大きい寿命を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は溶解されたままの状態における本
文記載の合金の代表的ミクロ組織を示した顕微鏡写真、
第４図ないし第７図は本文記載のとおり変性剤の使用に
よる個々の（凝離された）炭化物の粒の形状の形態構造
的制御を示した顕微鏡写真、第８図はニオブの含有量の
増加と、それと同時のバナジウムの含有量の減小との影
響を示した顕微鏡写真、第９図ないし第１５図は番号１
ないし７で示された新規な合金で得られた硬さを示した
グラフ、第１６図および第１７図はこれ等の合金により
示されている技術上の効果および利点を示したグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で、Ｃ：１．０Ｏ−１，４０％ Ｓｉ：１％以下 Ｍｎ：１％以下 Ｐ：０．０３％以下 Ｓ：０．２０％以下 Ｃｒ ： ３．００−６．００％ Ｍｃ ： ４．００−６．００％ Ｗ ：６．０Ｏ−１０，０％ Ｖ：４．００％以下 Ｃｃ ： ４．００−１２．０％ Ｎ：０．０８％以下 Ａ７：０．２５％以下及び Ｆｅ：残部 とを有し且つ製鋼において普通である残余の元素を付加
   的に含むことのできる化学組成を有する、切削工具用の
   耐摩耗性硬質合金において、その化学組成内にＮｂを重
   量で０．４０−７．００％の割合で有し、且つ（Ｎｂ＋
   Ｖ）＞２．ｏ％であることを特徴とする上記切削工具用
   の耐摩耗性硬質合金。 ２、特許請求の範囲第１項による硬質合金であって、溶
   融したままの組織において且つ塑性変形後の組織におい
   て個々の（凝集した）Ｎｂ単一の炭化物あるいは個々の
   （凝集した）Ｎｂと■との複合炭化物を有する上記硬質
   合金。 ３ 重量で、Ｃ：１．０Ｏ−１，４０％ Ｓｉ：１％以下 Ｍｎ：１％以下 Ｐ：０．０３％以下 Ｓ：０．２０％以下 Ｃｒ ： ３．００−６．００％ Ｍｏ ： ４．００−６．００％ Ｗ ：６．０Ｏ−１０，０％ Ｖ：４．００％以下 Ｃｏ ： ４．００−１２．０％ Ｎ：０．０８％以下 Ａｌ：０．２５％以下及び Ｆｅ：残部 とを有し且つ製鋼において普通である残余の元素を付加
   的に含むことのできる化学組成を有し、更にＮｂを重量
   で０．４０−７．００％の割合で有し、且つ（Ｎｂ＋Ｖ
   ）＞２．０％である切削工具用の耐摩耗性硬質合金の製
   造方法に於いて、他側の炭化物の形態を制御するため、
   重量％で装入物の０．４０％以下の量のＡｌあるいはＴ
   ｉあるいはＣａ、Ｓｉあるいは希土類金属あるいはこれ
   らの組合せを使用することを特徴とする上記製造方法。 ４ 特許請求の範囲第３項による、硬質合金の製造方法
   であって、１１０００Ｃから１２４０℃までの温度での
   オースティナイト化と、冷却と、４００℃から６５０°
   Ｃまでの温度で少なくとも二回の焼戻しの使用を含む熱
   処理をされた上記硬質合金の製造方法。