JPS5847461B2 - タンカブツリユウシブンサンガタゴウキンノ セイゾウホウホウ - Google Patents

タンカブツリユウシブンサンガタゴウキンノ セイゾウホウホウ

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JPS5847461B2
JPS5847461B2 JP50074378A JP7437875A JPS5847461B2 JP S5847461 B2 JPS5847461 B2 JP S5847461B2 JP 50074378 A JP50074378 A JP 50074378A JP 7437875 A JP7437875 A JP 7437875A JP S5847461 B2 JPS5847461 B2 JP S5847461B2
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carbide
alloy
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保 深津
慶三 島村
誠 白兼
一雄 鈴木
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Toshiba Corp
Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐衝撃性、耐摩耗性、および切削性能などに卓
越した炭化物粒子分散型焼結合金材料の製造方法に関す
る。
金属炭化物を主或分とし、これをNi,Goなどの金属
にて結合した材料、すなわち超硬合金には、通常の切削
工具用材料以外に耐衝撃性、耐摩耗性、耐熱衝撃性など
を重視した熱間工具材料、高速摺動摩耗材料、高速断続
重切削工具用材料などの用途への要求が高まりつ5ある
WC−Co系超硬合金の結合相含有量と衝撃値との関係
は第1図の曲線Aに示されるから、前記耐衝撃性のため
には結合相量を高くすることが有利であるが、いっぽう
前記用途のためには靭性、延性もまた重要な性質であり
、その指標としての抗折力および引張り強さは第1図の
曲線BおよびCにそれぞれ示されるように、結合相量4
0%程度をピークとしてかえって低下する。
したがって従来は前記用途のための超硬合金であっても
、結合相量は40%以下、ほとんどの場合は30%以下
であって、耐衝撃性、靭性、延性ともに不充分であった
結合相量をさらに増しても、前記のように靭性の低下が
あり、また次のような製造上の欠点が生じた。
すなわち従来の超硬合金はほとんど液相焼結法によって
製造されるが、液相焼結法による高密度化がうまくいく
ためには必須条件として、三元共晶などの液相が焼結温
度で出現すること、炭化物と液相聞の濡れの良好なこと
、焼結中に炭化物粒子がスケルトンを形或し保持してい
ること、などが挙げられる。
結合相量が40%以上になると、前記スケルトンが構或
されにくくなって、形状保持が困難であった。
また液相゛暁結法でなく溶融法で製造する場合は、さら
に高温を必要とし、また形状の形或が面倒であるから、
コストが高くなるという欠点があった。
本発明は従来の製造方法の前記欠点を除去した新規な製
造方法を提供するものであって、これによって従来と回
し化学戊分でも性質のすぐれた合金の製造が可能となり
、また従来は製造しにくかった化学戊分の合金も容易に
製造できるのである。
本発明の製造方法は、遷移金属炭化物中より選ばれた1
種または2種以上の炭化物粉末が5〜65重量%で、残
りが鉄族金属または鉄族金属をペースとした合金である
混合粉末を、圧粉戊形し、前記混合粉末の固相・焼結温
度領域内で還元または不活性雰囲気中にて前記圧粉成形
体を焼結して多孔質焼結体とした後に、前記多孔質焼結
体に前記固相焼結温度領域内で外部応力に加えて緻密化
することを特徴とする、炭化物粒子分散型合金の製造方
法である。
本発明製造方法における炭化物粉末は、W , T i
,Ta ,Nb ,Zr ,Hf ,Cr ,Mo等
の炭化物、もしくはこれらの混合炭化物、複合炭化物か
ら或り、使用目的等に応して選択できる。
その量は原料粉末全体の5〜65重量%である。
65重量%を越えると、本発明製造方法の緻密化の工程
、例えば熱間鍛造で変形低抗が大きい上にクラツク発生
のおそれがあり、さらに従来の液相焼結法でも容易に製
造できるために本発明の効果が少なく、本発明の目的に
適さない。
また5重量%未満では、緻密化の工程等製造はきわめて
容易であるが、炭化物粒子の分散が希薄となるために、
製品の強度および耐摩耗性が低い。
本発明における鉄族金ffi(Fe,NiおよびCo)
または鉄族金属をベースとした合金は、炭化物粒子を結
合するバインダー相となり、焼結合金材料のマトリック
ス用(母相)を形或する。
Feを使用する場合は、熱処理特性を付与する目的で、
炭素(黒鉛)を0.4〜1.2重量%添加することが好
ましい。
鉄族金属をベースとした合金では、Nl基合金としてハ
ステロイ、インコネルおよびウデイメット合金、Co基
合金としてヌテライト合金、Fe−Ni基合金としてイ
ンコロイ合金、Fe基合金としてステンレス合金(オー
ステナイト系およびフエライト系)、炭素鋼(低、中お
よび高)、高速度鋼などが好適である。
本発明の製造方法は、混合粉末を圧粉或形後、液相の発
生しない固相焼結温度領域内で還元または不活性雰囲気
中にて焼結して多孔質焼結体を得る第1工程と、多孔質
焼結体に固相焼結温度領域内で外部応力を加えて緻密化
する第2工程とを包含する。
第1工程の圧粉或形の圧力は1〜5t〆メ程度が好適で
ある。
焼結体の相対密度は、第1工程で理論密度の65〜85
%程度となり、第2工程で100%に近くなる。
第2工程は、高速高エネルギー加工機(H.E.R.F
法)または高温静水圧或形機により行なうのが好ましい
が、必ずしもそれに限らない。
必要ならば、第2工程後に熱処理を行なってもよい。
第l工程、第2工程、熱処理の工程間は、冷却して再加
熱してもよく、冷却せずに連続して行なってもよい。
以上のような構或の本発明は、その構或によって下記の
ような多犬の効果を奏する。
まず、従来の製造方法では前記のように製造困難であっ
た結合相量の高い超硬合金が容易に製造され、さらにマ
トリックス中に分散した炭化物粒子の平均粒径は、原料
粉末状態をそのまま保持するため、その制御が容易であ
る。
すなわち従来の液相・焼結法では、焼結時に炭化物粒子
が液相中に溶解後再析出するため、粒或長を生じてね径
が過大になりやすく、また粒径の制御も困難であったが
、本発明はこの欠点を解消した。
また、本発明方法は液相焼結法を用いないため、マトI
Jツクスと炭化物間の合金反応がほとんど生ぜず、その
結果、意図した性能のマトリックス組或の合金が容易に
得られる。
また、本発明方法では多孔質焼結体を緻密化するため、
緻密化の際に変形抵抗が小さくて変形させやすく、緻密
化用の工具の寿命も非常に長い。
また、本発明方法によれば、前記のように炭化物粒子は
原料粉状態のまま焼結されるので、従来の液相焼結体と
は異なり球状の状態でマt− IJツクス中に分散する
例えば本発明方法によるWC−35%Co合金のtoo
o倍の顕微鏡観察図を第2図に、液相焼結法によるWC
−25%Co合金のそれを第3図にそれぞれ示す。
このように炭化物粒子が球状であるため、これらの界面
がノッチ効果として働く確率が低下し、機械的強度およ
び耐熱衝撃が大巾に改善される。
すなわち第1図において、本発明方法による合金の抗折
力および引張り強さはそれぞれ曲線DおよびEで示され
、これは従来の方法による合金のこれに相当する曲線B
およびCに比較して、同一結合相含有量での値が高いと
共に、ピークが結合相含有量の高い側に寄つている。
本発明方法は従来の方法より実質的にすぐれた性能の製
品が得られ、結合相含有量の大きい合金の実用化を可能
にするものである。
以上のような本発明の構成、効果を具体的に例示するた
め、本発明の実施例を以下説明する。
実施例 1 平均粒径15μの炭化タングステン粉末、平均粒径l.
5μのCo粉末、粒度−325メッシュのNi粉末を
用いて、第1表に示すような或分の粉末を湿式ボールミ
ルにて約48時間混合粉砕して混合粉を得、金型を用い
て4〜6t/一の或形圧力にて40φ×501n71l
の円柱状圧粉体を得た。
4X10−’Torrの真空中で1200’C,1時間
の焼結を行ない、相対密度78〜82%の多孔質体を得
た。
次いで高純度水素ガス中で1200℃に再加熱後、高速
高エネルギー加工機を用い、鍛造エネルギー0.8〜1
.5tmで密閉型鍛造し、それぞれ相対密度100%の
炭化物分散合金を得た。
この合金の性質、性能を第1表に示す。
抗折力の単位はkg/critであり、横線を引いた3
例では破断せずに変形するため測定不能であった。
硬度はHV硬度である。耐摩耗性は、PIN/DISC
型摩耗試験機を用いて、pv値は34m/sec−ky
/mで、相手材はJIS規格のS55C鋼材を焼入した
HV硬度950の物とし、無潤滑で3b摺動後の摩耗量
を■単位で表わした。
耐熱衝撃性は、コンデンサー放電法により、熱クラツク
の全長をmm単位で表わした。
引張り強さの単位はkg/mAである。伸びの単位は%
である。
耐衝撃性は、一定のおもりを一定の高さから落下させて
破懐するまでの回数で表わした。
第l表に示すように、延性、靭性、耐摩耗性および耐熱
衝撃性に卓越した合金が得られ、本発明の効果が現われ
ている。
実施例 2 粒度−325メッシュのNi基合金粉末(組或はN i
− 2 3%C r−1 4%Fe−1.5%Al)
69.5重量%、平均粒径2.5μの炭化タングステン
(WC)粉末25重量%、および平均粒径5μのwc−
vc複合炭化物( 1 : 1 )粉末5−5重量%、
を秤量後、湿式ボールミル混合粉砕を約75時間行ない
、混合粉末を得た。
ついで4. 5 t /critで50ψX60mmの
円柱状試料に圧粉戊形後、J250゜C1時間の真空焼
結により相対密度72.8%の多孔質体を得た。
多孔質体を軟鋼(JIS規格のSS41)製カプセルに
挿入後、真空排気して密封し、ASEA社製の高温静水
圧或形装置を用い、6000C/hの昇温速度で120
0℃まで加熱し、同時にアルゴンガスにより1200気
圧を等方的にカプセルに加え、緻密化処理を施した。
緻密化処理前および処理後の合金の1 000倍の顕微
鏡観察図をそれぞれ第4図および第5図に示す。
斜線の部分が複炭化物、小さい球形がWCである。
高温静水圧或形処理によっても、炭化物と母相間の拡散
合金反応はきわめて軽微であり、さらに分散状態も良好
であった。
緻密化によって相対密度1. O O%となった合金よ
り、13X13X5間の切削工具チップを切出し、仕上
研磨後、旋削で被切削材にJIS規格のSCM21鋼を
用いて切削試験し、従来の超硬合金(WC−10%Co
)および高速度鋼の切削工具との比較を行なった結果、
本発明合金はクレーター摩耗巾、ノーズ摩耗巾ともに小
さく、亀裂も発生しなかった。
本発明合金は特に高速重切削域での切削特性が卓越して
いることが判明し、本発明の効果が現われていた。
実施例 3 粒度−250メッシュのAISI規格の4600相当の
低合金鋼粉末85重量%、平均粒径4〜6μの炭化チタ
ン(Tic)粉末15重量%となるように秤量後、約5
0時間ボールミル混合を行ない、混合粉末を得た。
次いで4t/−の圧力で40ψX50mmの円柱状試料
に或形後、真空中、l200℃で1時間焼結し、相対密
度82%を有する多孔?体を得た。
次いで、較鋼容器に真空封入し、高温静水圧或形装置を
用い、1200℃で1200気圧までアルゴンガスで昇
圧し、相対密度100%の素材を得た。
この素材を冷凍機コンプレツサ用ブレード形状に加工後
、900℃で油焼入し、300℃で焼戻処理を施した結
果、ビツカース硬度は533、引張強さは1 2 5k
g/my?tの材料が得られ、実機テストによる評価で
きわめて良好な耐摩耗性を示し、本発明の効果が現われ
ていた。
実施例 4 平均粒径1.5μの炭化タングステン(WC)粉末25
重量%、粒度−325メッシュのCo基合金( C o
− 3 0%Cr−12.5%W−3%Fe−2.4
%C)粉末75重量%を秤量後、湿式ボールミル混合粉
砕を約75時間行ない、混合粉を6t /crAの圧力
で50ψX60mmの円柱試料に或形し、露点−53℃
の脱水水素ガス中、1200℃で2時間焼結し、相対密
度84.6%の多孔質体を得た。
次いで同種雰囲気中で1200℃に試料を再加熱後、高
速高エネルギー加工後(ダイナパツク620)を用いて
焼結鍛造し、相対密度ioo%の素材を得た。
これより13Xl3X5mmの切削工具チップを切出し
、仕上研磨を行ない、旋削で切削工具としての特性評価
を行なった結果、高速重切切削域での性能が従来のWe
−Co系超硬合金および高速度鋼両者の欠点を補なう利
点を発揮し、卓越した切削特性を示して、本発明の効果
が現れていた。
実施例 5 平均粒径2.0μの炭化タングステン(WC)粉末20
重量%、平均粒径6μの炭化チタン粉末10重量%、粒
度−325メッシュのFe基合金( F e−0.9%
C−2%Si−6%W−5%Mo−4%Cr)粉末70
重量%をボールル混合後、51 /crAの圧力で40
φX40mmの円柱試料に戊形した。
次いで1200℃、1時間、高純度水素ガス中で焼結し
、相対密度76.8%の多孔質体を得た。
軟鋼性カプセルに真空封入し、1150℃でアルゴンガ
スを用いてl250気圧、30分の加圧を行ない、相対
密度100%の炭化物分散型合金を得た。
組織観察すると、添加炭化物は母相とはほとんど反応せ
ず、また分散度もきわめて良好であった。
13Xl3X5mmの切削工具チップを切出し、1 2
00℃で油焼入し、550℃で焼戻処理後、実施例4と
同様な方法で切削性能試験を行なった結果、高速重切削
域で充分実用に供し得る卓越した性能を示し、本発明の
効果が現われていた。
実施例 6 平均粒径5.4μの炭化クロム(Cr3C2)粉末30
重量%、平均粒径6μの炭化チタン(Tic)15重量
%、JIS規格のSUS 4 1 0相当のステンレス
鋼粉末(−200メッシュ)56重量%を秤量後、湿式
ボールミル混合を50時間行ない、混合粉を得た。
次いで、6t/一の戊形圧力にて50ψ×607rLT
Itの円柱状試料に或形後、2X10−’Torrの真
空中、1200℃で2.5時間焼結し、相対密度80.
2%の多孔質体を得た。
これを高純度水素ガス中で1200℃に再加熱後、実施
例4と同様な方法で加工エネルギー1.2tmにて焼結
鍛造し、相対密度100%の素材を得た。
これより摩耗試験片を切り出し摩耗試験を行なった結果
、焼入ボロン鋳鉄材にくらべその耐摩耗性は優秀であり
、さらに耐酸性はきわめて良好であって、本発明の効果
が現われていた。
【図面の簡単な説明】
第1図はW C − C o系超硬合金の結合相含有量
と性質との関係を示す曲線図、第2図ないし第5図は本
発明製造方法による合金および比較のための合金の顕微
鏡組織を例示する観察図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 遷移金属炭化物中より選ばれた1種または2種以上
    の炭化物粉末が5〜65重量%で、残りが鉄族金属また
    は鉄族金属をベースとした合金である混合粉末を、圧粉
    戊形し、前記混合粉末の固相焼結温度領域内で還元また
    は不活性雰囲気中にて前記圧粉或形体を焼結して多孔質
    焼結体とした後に、前記多孔質焼結体に前記固相焼結温
    度領域内で外部応力を加えて緻密化することを特徴とす
    る、炭化物粒子分散型合金の製造方法。
JP50074378A 1975-06-20 1975-06-20 タンカブツリユウシブンサンガタゴウキンノ セイゾウホウホウ Expired JPS5847461B2 (ja)

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