JPS597342B2 - 焼結炭化物金属合金組成物及びその組成物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼結炭化物合金、特に合金中のタングステン
カーバイドがモリブデンカーバイドによって置換される
ような合金組成物に関するものである。

得られる合金はタングステンカーバイドのみを含有する
合金と強度、硬さ及び摩損抵抗に関して同等であるばか
りでなく、製造中において、優秀な熱変形抵抗や粒子生
長の安定性を示す。

従来、当業者らによって切削工具などの種々の異なる組
成物が調べられており、その中でもヘキサゴナル結晶構
造を有するものとして知られているタングステンカーバ
イド（ＷＣ）は、単独でもしくは任意のバインダー物質
、代表的には鉄グループ金属を用いて、チタンカーバイ
ドなどの他のカーバイドと合金化して望ましい切削工具
を形成するために焼結される。

しかしながら、タングステンは比較的高価な金属であり
、地球上では極く僅かしか発見できないものであるので
、いわゆる「戦略」物質として考えられており、その利
用度は政治的な貴重価値ということができる。

これらの要因は、本願出願人らに材料組成’Ｊｋ探究さ
せる原因となった。

この組成物は、機能的に従来のタングステンカーバイド
と交換することができるが、タングステンの有効部分の
１部又は全部が公知の不利益をもたらすことのない数種
の他の材料と交換される。

本願の出願人らが調査することを決めた１つの領域は、
カーバイド相のタングステンの全部又は有効な部分をモ
リブデンと交換することが可能であったことである。

事実これが可能であれば、この交換は、数種の根拠を引
きつけることになる。

第１に、モリブデンは元素の周期律表においてタングス
テンの隣りにあり、しばしばタングステン化合物と類似
し、しかも同一な―的性質を有する他の元素類と化合物
を形成する。

第２に、モリブデンは比較的、豊富に存在し、しかも低
廉価な金属である。

例えば、現在モリブデンのコストはまた、モリブデンは
、タングステンの比重に対し？ステンと交換されると、
同等な寸法の切削工具用の材料はわずかに約八のコスト
しかかからないことになる。

このように、本願の出願人らは、タングステンカーバイ
ドと交換されるヘキサゴナルモリブデンカーバイド（Ｍ
ｏＣ ）の有効量を含有する切削工具を製造すること
、及びこの組成物が比較できる切削特性を有するもので
あるかどうかを測定することを試みた。

しかしながら、タングステンカーバイドと類似するモリ
ブテンカーバイドを合成する試みが従来技術において何
回となく行われてきたが、均一な規則正しい生成物を得
ることができなかったため、ヘキサゴナルモリブデンカ
ーバイドの存在でさえも今日まで疑問点を残していた。

例えば、Ｒ．Ｋｉｅｆｆｅｒ及びＦ ， Ｂ ｅｎｅｓ
ｏｖｓｋｙらの「Ｈ ａｒｔ ｓｔｏｆ ｆｅｕｎｄ
Ｈａｒｔｍｅｔａｌｌｅ Ｊ （Ｗｉｅｎ ， Ｓｐｒ
ｉｎｇｅｒ ，１９６３年）；Ｅ．Ｒｕｄｙ、Ｓ．Ｗｉ
ｎｄｉ ｓｃｈ ，Ａ ．Ｊ．Ｓ ｔｏｓｉ ｃｋ及
びＪ ． Ｒ． Ｈｏｆｆ ｍａｎらの「Ｔｒａｎｓ．
ＡＩＭＥ２３９（１９６７年）、１２４７Ｊ；Ｐ，Ｅ
ｔｔ ｍａｙｅｒらの「Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ ｆ．
Ｃｈｅｍｉｅ１０１（１９７０年）、１７２０Ｊなどが
ある。

タングステンカーバイドによるＭｏＣを安定化させる試
みとしては、Ｗ．Ｄａｗｉｈｌ （Ｚｅｉｔｓｃｈｖｉ
ｆｔｆ， Ａｎｏｒｇａｎｉｓｃｈｅ Ｃｈｅｍｉｅ
２ ６ ２ （ １ ９ ５ ０年）、２１２）が２０
００℃で混合物（ＭＯ４Ｗ５３）Ｃを実質的に均一にさ
せることを発見したが、平衡実験を１６００℃で実施し
ているときに、タングステンカーバイドと副カーバイド
、Ｍｏ２Ｃとの異質混合物が存在することを発見した。

Ｗ．Ｄａｗｉｈｌ、Ｒ．Ｋｉｅｆｆｅｒ及びＦ ， Ｂ
ｅｎｅ ｓｏｖｓｋｙ らの報告によると、１３５０
〜１５００℃の低温でＭｏＣを含有する焼結炭化歓製造
することは無理であり、従って単一相のモノカーバイト
嘴調製することは不可能で、しかもコバルトの存在下で
固溶体を安定化させることは不可能であるとされていた
。

タングステンとモリブデンとの交換に限界があることは
、Ｈ， Ｊ． ＡｌｂｅｒｔとＪ ．Ｔ．Ｎｏｒｔｏｎ
らのｒＰｌａｎｓｅｅｂｅｒ．Ｐｕｌｖｅｒｍｅｔ
， ４ （ １ ９ ５ ６年）、２」によって確認
されている。

このように、１〜２％の量を超えないタングステンが、
ＷＣにおいて、モリブデンと交換され、しかも、固溶体
（Ｍｏ ，Ｗ）Ｃ又はＭｏＣが望ましい温度範囲１２０
０℃〜１９００℃において存在しないということが従来
の報告であった。

１％までのＭｏ又はＴｉ のみを含有するＷＣ一Ｍｏ
２Ｃ−Ｎｉ （Ｃｏ ）及びＷＣ−Ｍｏ２Ｃ−ＴｉＣ−
Ｎｉ （ Ｃｏ ）がしばしば鋼切削工具（Ｒ．Ｋｉｅ
ｆｆｅｒ及びＦ．Ｂ ｅｎｅｓｏｖｓｋｙらの［Ｈａｒ
ｔｍｅｔａｌｌｅ Ｊ Ｗｉｅｎ， Ｓｐｒｉｎｇｅ
ｒ、１９６５年）のために研究調査されていたが、モリ
ブデンを含まず化学量論的炭素残分を有する等級のもの
に匹敵する貧弱な靭性特性を示した。

少量のモリブデン、又はＭｏ２Ｃをタングステンカーバ
イト女基礎とした硬質金属の合金に添加することは、合
金の生長安定性を遂行するためにも、バインダー強度を
改良するためにもカーバイド工場において受け入れられ
る価値があるものである。

しかしながら、この添加量の許容範囲は、バインダー中
での溶解度によって制限を受ける。

と言うのは、粗雑な討算量の組成物が極めてこわれやす
いη一カーバイド（Ｍ６Ｃ又はＭ１２Ｃ、ここでＭは、
カーバイト沖の金属を示す）を形成するためである。

少量の過剰のＭｏ２Ｃでも強度や硬さの性質を急激に崩
壊する原因となる。

従って本発明の目的は、鉄グループ金属で焼結した固溶
体（Ｍｏ，Ｗ）Ｃを基礎とした組成物を提供するにあり
、この組成物は同等の嫉及び硬さ性質を有するが、同等
のバインダー汁を有するタングステンカーバイドよりも
生長安定性や熱変形性質において優れている。

また、本発明の他の目的はモリブテツータングステンモ
ノカーバイドをさらにＴｉＣ，ＶＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ及
びＨｆＣ のような他のカーバイドで合金化した材料
の組成物を提供することにあり、このものは鉄族金属の
バインダーと結合するとき特に切削鋼に有用な浸炭工具
材料を生ずる。

更に本発明は、モリブデンとタングステンとの全ての比
率においてＭｏＣ と単一相（ Ｍｏ， Ｗ） Ｃの
固溶体を製造することができる方法を提供するにある。

本発明の好ましい具体ｆｌｌＫ従うと、焼結カーバイド
ーバインダー金属合金から成る組成物が提供されている
。

カーバイドは、ヘキサゴナルＷＣとＭｏＣの固溶体であ
り、１０ないし１００モル％のＭｏＣ を有する化学量
論的組成を有するものである。

バインダーは鉄族の金属から選ばれた少なくとも１種で
あってもよ《、あるいはこれとモリブデン、タングステ
ンおよび銅からなる付加グループから選ばれた少なくと
も１種とからなるものであってもよい。

鉄族金属は、組成物の３ないし５０重量％を占め、付加
グループは、組成物の１ないし１０ｉ量％を占める。

本発明の他の観点に従うと、ヘキサゴナル（Ｍｏ，Ｗ）
Ｃは、ＴｉＣ，ＴａＣ１ＶＣ，ＮｂＣ及びＨｆＣ から
成る群から選ばれた少なくとも１種の三次元カーバイド
との合金とすることができ、ここで三次元カーバイドは
、組成物のカーバイド相の１ないし８５重量％を占める
。

本発明を完全に理解するため、又、その目的及び利点を
併せて理解するために、添附の図面を詳細に参照しなが
ら、以下に本発明の好まし（・具体例を記載する。

カーバイド成分の全体組成は、好まし《は（ ＭｘＷｘ
！’Ｍ’ｘ’−・・） Ｃ ｚの形状のようにモル分率
で表わす。

ここでＭ，Ｍ’、Ｍ／・・・・・・は、金属成分であり
、理論的なパラメーターＺは、結合金属のグラマトム（
Ｇｒａｍａｔｏｍ ）に対するグラマトムズ炭素の数
を測定する。

このようにパラメータＺは、カーバイド組成物の理論的
な測定値を与える。

Ｚ＝１の値では、理論量のモノカーバイドを規定する。

ｘ， ｘ’、Ｘ〃・・・・・・は、金属構成要素Ｍ，
Ｍ’、雇・・・・・対応モル分率（金属交換）を表わす
。

ここで、１００・Ｘはモル％ＭＣＺ又はモル％ＭＣＺ−
交換を、１００・Ｘ′はモル％Ｍ’ＣＺ 一交換を、１
００．Ｘ″はモル％Ｍ″ＣＺ又はモル％ｌｌｉ／ｉ’／
ＣＺ一交換をそれぞれ規定することに注意されたい。

カーバイド構成要素の全ての組成物を限定する方法は、
特に割れ目のある合金の濃度間隔を記述するのに有利で
あり、しばしば個々の成分１量％に与える組成物と関連
させて使用される。

本発明の材料を基礎とする基本の合金の主要なものが第
１図及び第２図に示されている。

そこには、本願出願人が１４５０℃でＭｏ−Ｗ−Ｃ系統
の部分相図で何を測定したのか、また集結線ＭｏＣ−Ｗ
Ｃに沿う系統の部分で何を測定したのかが示されている
。

第２図において、純粋な二成分系ＭｏＣが１１８０℃ま
での温度では安定であり、この温度を越えるとＭｏ２Ｃ
とグラファイトに分解することが示されている。

第１図の１４５０℃における図中の温度区分において、
モノカーバイドの固溶体は二成分系Ｍｏ−Ｃには延長し
ていない。

しかしながら、タングステンとモリブデンとの置換は、
より高温になるのを限定して相の安定度を増大させろ。

例えば第２図について述べると ＭｏＣにおける１０モ
ル％のタングステンカーバイドの置換は、モノカーバイ
ドが分解することな《ほとんど１４００℃で加熱できる
のに十分な程、ＭｏＣの安定度を増大させる。

２０モル％のＷＣについては、分離温度が１６００℃に
まで上昇し、そしてタングステン成分が更に増大すると
、更に高い温度に延長する。

第１図及び第２図に示した相律図のデータは、平衡状態
に関するものであり、与えられた相又は相の組み合わせ
における速度に関する情報は確実な条件の下では形成さ
れていなし・。

例えば、Ｍｏ２Ｃと炭素又はモリブデンと炭素との混合
物が、ヘキサゴナルモノカーバイドの安定領域内の温度
で１００時間加熱されたとしても、検出できるモノカー
バイドの性質は形成されない。

Ｍｏ２Ｃと炭素とはニッケルやコバルトなどの鉄グルー
プ金属が存在していても、準安定平衡状態において共存
することができる。

しかしながら、本発明の１つの観点に従うと、安定なヘ
キサゴナルＭｏＣが適当な反応時間と温度とにおいてＭ
ｏ２Ｃと炭素又はモリブデンとの炭素との混合物から作
ることができる方法を見い出した。

第２図を参照すると、ヘキサゴナル（ＭＯ、Ｗ）Ｃ相の
中核は、三次元（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ１−Ｘ相（第２図での相
で示されている）から急激に発生するけれども、みがけ
の立方体（ Ｍｏ， Ｗ ）３ Ｃ ２相（第２図でη
相を示す）からは実際に使用するには十分な程急激に発
生しない。

これらの相がヘキサゴナル（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ相を形成する
のに要される平衡温度に冷却されると、これらの相の分
解によって得られ！細な分散炭素により形成される短い
拡散通路のために（Ｍｏ，Ｗ）Ｃの形成は、観察できる
程より急激に越る。

第２図には、タングステン交換の機能としての平衡温度
が示されており、もちろんこの温度は、（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ
を限定する領域の頂部境界又は相図のε領域を形成する
ラインによって表現される。

鉄の独占的な使用が、鉄とモリブデンとを含有する中間
体のカーバイドを形成することになってその収率を減少
させることになるため、■ないし４原子％の鉄族金属、
好まし《はニッケル、コバルトなどの拡散促進金属を添
加して拡散を更に促進することができる。

拡散促進金属の望ましい特質は、炭素の優れた溶解度を
有し、カーバイト゛反応に関与しないということである
。

ヘキサゴナルＭｏ Ｃ又は固溶体（ Ｍｏ， Ｗ ）
Ｃを製造するための好ましい方法は、少量（０．５ない
し１．０重量％）のニッケル又はコバルトの存在下にお
いて、望ましい組成物の緊密に混合させた混合物を、ヘ
キサゴナルＭｏＣ相（又は第２図のα相）の中核が始ま
る温度に加熱することである。

好まし《は、混合物は、三次元（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ１−Ｘ相
（又は第２図のα相）の安定領域に加熱される。

第２図に示されているように、この温度は略２０００℃
であり、タングステン置換量の作用温度である。

しかしながら、この中核はまた、みかけの三次元（Ｍｏ
Ｗ）ｓＣ２相の安定領域内にも発生する。

第２図に示したように、この相の低温は、約２２％より
は少ないタングステン置換のために略１７００’：Ｃで
あり、その後、タングステン置換と共に上昇する。

次いで温度はヘキサゴナルＭｏＣ又は（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ固
溶体の安定領域内の温度に低下され、次いで通常数時間
で生成するモノカーバイドの形成が完了するまでこの温
度に保持する。

この方法の変形は、高温の粉末生成物を液体金属浴に充
満させ、選定温度で、モノカーバイドの結晶を任意の寸
法に生長させることからなる。

後者の方法は、市販のニッケル浴工程を容易に適応させ
ることができるため、特に１０モル％のタングステンカ
ーバイドよりも多い量を含有しているモノカーバイドの
固溶体を製造するのに適している。

金属浴の融解温度をカーバイドの安定領域に転移させる
ために、モリブデン、又はＭｏＣ の更に豊富な固溶体
の製造には、銅又はスズなどの低融点付加物を浴に加え
る必要がある。

代表的な固溶体（ Ｍｏ、８５Ｗ、１５）Ｃの製造方法
を以下に述べる。

Ｍｏ２Ｃ ７ １． ５ ２重量％、ＷＣ２４．２６重
量％及びＣ４．２２重量％とから成る粉末混合物に、拡
散を促進するために略コバルト１重量％を加えた混合物
をボールミル中で完全に混合し、この混和した混合物を
グラファイト製コンテナに移し換えて、減圧下で１７５
０℃に手早く加熱する。

この段階では、一部分が反応したＷＣ、η−モリブデン
カーバイド及び少量の炭素から成る混合物である反応ケ
ーキが形成される。

次いで、燃焼温度を１３６０℃に降下させて、この温度
で１０時間保持する。

ヘキサゴナル（ Ｍｏ ， Ｗ） Ｃの固溶体が急速に
生長するために、反応ケーキを最終反応生成物としての
容易に純粋しやすい固溶体結晶の団塊物にいたらせる。

第３図には、この段階で組成物を１６０倍に拡大した顕
微鏡写真が示されており、そこには均一状態の固溶体が
描写されている。

Ｘ一線回折によってａ＝２．９０２６人、Ｃ一２．８２
１人のタングステンカーバイド型の結晶格子の単位セル
寸法を有する単一相の反応生成物が示されている。

この方法で製造された固溶体は、４９．７ないし４９．
９原子％の限界量の炭素分を含んでいる。

第４図は、タングステン置換の機能としての格子パラメ
ータａ，Ｃを示すグラフである。

製造工程の細部にわたって種々の変形がたとえ選定され
たとしても、炭素を融溶反応によってＭｏ２Ｃから物理
的に分離し、Ｍｏ２Ｃの多犬な団塊物を形成することに
なるため、モリブデン豊富（Ｍｏ，Ｗ）Ｃな固溶体の温
度安定度の限度は、液体鉄グループ金属が多量に存在し
ても限界を越えることはない。

そのため、均一なモノカーバイドを形成するために構成
物の再化合反応を適宜な反応時間内で実行することがで
きない。

常法による製造工程を変形させることを除いては、カー
バイド原料の選定、付加のカーバイド、カーバイドの粉
末寸法の分布、特にモリブテツータングステンモノカー
バイド、並びに混合及び焼結条件、強力な顕微鏡構造及
び相構成要素、そして焼結団塊物の性質などを変化、変
形させることが考えられる。

本発明の他の観点に従うと、鋼を工作するのに有効な焼
結工具の材料は、上述のヘキサゴナルＭｏＣと（Ｍｏ，
Ｗ）Ｃの固溶体とを、任意のバインダー金属と共に、チ
タニウムカーバイド、バナジウムカーバイド、タンタル
カーバイド、ニオブカーバイド及びハフニウムカーバイ
ドなどの三次元カーバイドと合金させて製造することが
できる。

この場合、カーバイド相のー＼キサゴナルＭｏＣ 又は
（Ｍｏ，Ｗ）Ｃのタを含有する組成物は、しばしば非合
金の組成物として存在するけれども、カーバイド相の１
又はそれ以上の立方体力−バイド？含有する組成物は合
金の組成物として存在する。

第５図には１４５０℃においてのみかけの３成分系Ｔｉ
Ｃ −ＭｏＣ−ＷＣの相律図が示されている。

溶解度ライン１０は、ヘキサゴナルカーバイドのモリブ
デン成分としての役割をする立方体力−バイドのヘキサ
ゴナルカーバイドの最大溶解度を示している。

ライン１２は、１４５０℃におけるＴ ａ Ｃ −Ｍ
ｏ Ｃ −Ｗ Ｃの近似溶解度ラインを現わす。

第５図には数種の先行技術のＣ−５、Ｃ−７程度の工具
の組成物が示されており、この組成物は三次元ＴｉＣ
と、い《らかのモリブデン原子％を含むヘキサゴナル
ＷＣとの合金である。

カーバイド（Ｍｏ，Ｗ）Ｃ以外に何も含まない焼結カー
バイドを調製する場合には、モリブデン分が増大するに
つれてモノカーバイド溶液の低い動力学的安定性が次第
に増大してバインダーのカーバイドをより高い溶解度へ
導《原因となり、そしてタングステンカーバイドで見ら
れたよりもよい高いバインダーの硬さを現わすことにな
ることに注意されたい。

モリブデンを含有する焼結合金の硬さを比較するために
、対応するタングステンカーバイド合金よりも僅かに大
きな団塊寸法のものを選定すべきである。

更に重要な相異は、炭素欠陥の組成物に現われる相律の
性格に関与する。

極端な格子のη一カーバイド（ Ｗ６ｃ又はＷ１Ｃ ）
が炭素欠陥のある水準以上であらわれるような焼結タン
グステンカーバイドとは違って、モリブデン豊富（ Ｍ
ｏ，．Ｗ） Ｃな固溶体における対応の平衡相は、副カ
ーバイド（Ｍｏ，Ｗ）２Ｃである。

焼結合金の副カーバイド次第に崩壊又は破壊効果は、η
一カーバイドの場合よりもよい小さいが、強度や屈曲強
さなどの性質についてはその存在によって有匁な利益を
もたらす。

ヘキサゴナル相並びに製造中に調製された合金中の適当
な炭素の均衡に対しては、特に気を配る必要はな《、ま
た化学論量の合金におけるバインダー物質とカーバイド
との間に形成スル副カーバイドのフイルムは、引き続い
て焼結させる合金を急激に冷却することにより妨げるこ
とができる。

より高いバインダー準位では、これらの効果は著しく降
下し、炭素の化学量論での特定な変異性に対し焼結材料
の実質的な性質を減少させることなく耐えることができ
る。

合金の度合において、準化学量論的な組成物でＭ２Ｃ
カーバイドを形成する感応度は、非合金の度合よりも劣
る。

この感応度の作用は主に炭素欠陥組成物に近くの三次元
カーバイドの同質性領域の多犬な部分に帰因する。

しかしながら、不適応な合金工程や鋼材切断の製造技術
では焼結作業中に望ましくない転移現象が発生し、焼結
物の表面にヘキサゴナルカーバイドを集積させ、引き続
いて表面領域の摩損耐性を減少させることになる。

以下の表及びグラフには、本発明の範囲内の異なる組成
物を有する多数の工具の性能が示されており、また同様
な目的のために企画された先行技術の工具との比較試験
結果も列挙した。

鋼材を切断するときに焼結タングステンカーバイドと比
較した場合の非合金度の性能結果は、合金の主要な適用
分野がダイス、精練工具などの坤の領域にも存在するた
め、タングステンカーバイドに関しては摩損耐性の手引
きとしてのみ与えられている。

４３４０の鋼材について４つの異なる試験条件を使用し
た。

便宜上これらを試験条件Ａ，Ｂ、Ｃ及びＤとする。

試験用工具及び市販の比較試験用工具については、試験
用鋼材の性質に変化を与えることのないように交互に通
路に送られる。

試験条件は下記の通りである。

試験条件Ａ（摩耗試験、非合金度） ４３４０鋼材、Ｒｃ２０ないし２９；切断速度７５ｍ／
分；供給速度２．５４ｘｌＯ−２ｃｍ回転；切削深さ０
．１３ｃＩｆＬ、冷却剤なし。

ＳＮＧ４４３又はＳＮＧ４２３挿入。

試験条件Ｂ（摩耗試験、合金度） ４３４０鋼材、Ｒｃ２０ないしＲｃ２９：切削速度１
５ ０ｍ／分：供給速度０．３８１（１７７１回転：切
削深さＱ． １ ３ｃｍ，冷却剤なし。

ＳＮＧ４３３又はＳＮＧ４２３挿入。

試験条件Ｃ（熱変形試験、非合金度） ４３４０鋼材、Ｒｃ２２ないし２９：切削速度６０ｍ／
分：供給速度１．３３ｃＩＩＬ回転；切削深さ０．１３
（；７７１、冷却剤なし。

ＳＮＧ４３ ３又はＳＮＧ４２３挿入。

試験条件Ｄ（熱変形試験、合金度） ４３４０鋼材、Ｒｃ２２ないし２９：切削速度１５０ｍ
／分；供給速度１．１７ＣＩＩＬ回転：切削深さ０．２
（１７７１、冷却剤なし。

ＳＮＧ４３３又はＳＮＧ ４ ２ ３挿入。

本発明の組成物の比較できる性能数値を得るために、異
なる製造業者から入手した代表的な工具の横断面につい
で試験を行い、標準比較としては最高の性能を有する工
具を選定した。

本発明の合金として企てられ、３つの異なる使用目的か
ら市販の工具と比較すると、下記の様である。

粗生組成物 Ｃ−２度ＷＣ＋コバルト６重量％ Ｃ−５度 （ Ｔｌ ２４ＴａｌＯＷ６６ ） Ｃ＋コ
バルト８．５軍量％ Ｃ−７度 （ Ｔｉｓｓ Ｔａ １０Ｗ５７ ） Ｃ＋
コバルト４．５重量％ 本発明の数種の組成物を代表する以下の実施例には、６
個の特殊な組成物とこれらが製造される方法とが記載さ
れている。

実施例 １ （非合金度） 粗生組成物： （Ｍｏ８Ｗ２ ）Ｃ８ ９．５容量％＋
コハルト１０．５容量％ カーバイド粉末（ Ｍｏ ａ Ｗ２ ） Ｃ ９ ０．
８ ０重量％とコバルト９．２重量％との混合物を直
径６． ３ ５ ｍｍのタングステンカーバイドボール
と製粉液体としてベンゼンを使用してステンレス鋼容器
内で６０ないし９５時間混和した。

粉末スラリーを乾燥しプレス促進のために略２重量％の
パラフィンを添加した。

混合機で均一化された混合物を４２０ｋ９／ｃｒＡの圧
力で押圧して所定の寸法の形状となし、この粒状物質（
１５０〜６００μ）を２１００ｋｇ／ｃ４で押圧したの
ち、減圧下、３５０℃で３時間、脱脂した。

脱脂した粒状物を１時間、１１５０℃ないし１ ２０
０℃に加熱し、次いで減圧下又は水素気流中で１時間、
１３７０℃ないし１４００℃に焼成した。

得られた粒状物の寸法に従って、焼結合金の硬さを約Ｒ
ｏｃｋｗｅｌｌＡ（ＲＡ）９０ないし９２．８の間で変
化させることができ、また、約２９０ないし２ ３ ０
Ｋｓｉ （ Ｋｓｉ＝ ７ ０ ｋｇ／ｃｒＡ ）の
間で屈曲強度を変化させることができる。

実施例 ２ （非合金度） 粗生組成物： （ ＭＯ２５Ｗ７５ ） Ｃ 十＝ツケ
／Ｌ／１０．５容量％ ９３．５Ｑ重量％のカーバイド（３９重量％の粉末（
Ｍｏ ８Ｗ２ ） ｃと６１重量％のタングステンカー
バイド）と６．５重量％のニッケルとの混合物をボール
ミルで粉末混合し、実施例１で述べたと同様な方法で処
理して、１時間１３８０℃で焼成した。

得られた粒状物の寸法とバインダーの分布とによって、
焼結合金の硬さを略ＲＡ８９ないし９２の間で変化させ
、また略２００ないし２６５Ｋｓｉの間で屈曲強度させ
ることができる。

実施例 ３ （非合金度） 粗生組成物： （ＭＯｏ −５ＷＯ − ５ ） Ｃ
＋ １ ０． ５容量％（コバルト−ニッケル１：１） ９２．３重量％の粉末（ Ｍｏ ５Ｗ ５ ） Ｃ、３
．８５重量％のニッケル及び３．８５重量％のコバルト
の混合物をボールミルで粉末混合し、実施例１で述べた
と同様な方法で処理し、１時間、１３８０℃ないし１４
００゜Ｃで焼成した。

得られた粒状物の寸法によって、焼成合金の硬さを略Ｒ
Ａ９０ないし９２の間で変化させ、また略２３０ないし
２９０Ｋｓｉの間で屈曲強度を変化させることができる
。

実施例 ４ （合金度 Ｃ−５） 粗生組成吻： （ Ｔ ｉ２４Ｔａ１０Ｍｏ １６Ｗ５
．） Ｃ ＋１ ３容量％コバルト ９０．４重量％の合金混合物（２１．０４重量％（Ｔｉ
６Ｍｏ４）Ｃ９ａ、１ ２．８ ８重量％ＴａＣ及び６
６．０８重量％ＷＣ〕と９．６重量％のコバルトとの混
合物をボールミルで混合し、実施例ｌで述べたと同様な
方法で処理し、１時間減圧下で１４４０℃で焼成した。

得られた粒状物の寸法によって、焼成合金の硬さを略Ｒ
Ａ８１．４ないし９２．６の間で変化させ、また略２１
０ないし２４０Ｋｓｉの間で屈曲強さを変化させること
ができる。

実施例 ５ （合金度 Ｃ−７） 粗生組成物： （ Ｔ ｉ３３Ｔａ１ｏＭｏ２４Ｗ３３
） Ｃ＋６． ６容量％コバルト ９４．５重量％の合金混合物（５０．３０重量％（Ｔｉ
４ｇＭｏ３６Ｔａ１５）Ｃと４９．７０重量％ＷＣ，
）と５−５重量％のコバルトの混合物をボールミルで混
合し、実施例１で述べたと同様な方法で処理し、１時間
減圧下、１４６５℃で焼成した。

得られた粒状物の寸法によって、焼成合金の硬さを略Ｒ
Ａ９２，３ないし９３．８の間で変化させ、また略１７
０ないし２１０ＫｓｉＯ間で屈曲強さを変化させること
ができる。

実施例 ６ （合金度 Ｃ−５） 粗生組成物： （ ’ｌ’１２５Ｗ２５Ｍｏ４５Ｈｆ（
，．２５ＮｂＯ．２．）Ｃ十１３容量％（ニッケル、モ
リブデン） ８’６．５重量％の合金混合物（３０．６０重量％（
Ｔｉ ６Ｗ１Ｍｏ３ ）、２０．３０重量％（Ｍｏ８Ｗ
２）Ｃ１４２．９５重量％（Ｍｏ５Ｗ５）Ｃ及び１６．
５重量％（’Ｈｆ５Ｎｂ５）Ｃ）、１０．５重量％のニ
ッケル及び３重量％のモリブデンとの混合吻をボールミ
ル中で混和し、実施例１で述べたと同様な方法で処理し
、１時間、減圧下で１４３０℃で焼成した。

得られた粒状物の寸法によって、焼成合金の硬さを略９
１．９ないし９２．６の間で変化させ、また略１９０な
いし２５０ＫＳｉＯ間で屈曲強さを変化させることがで
きる。

本発明に従う他の工具や選ばれた従来の工具のこれらの
実施例に記載された合金組成物の試験結；果と性能結果
とは、以下の表１ないし４、図８ないし１２に示されて
いる。

第８図には、試験条件Ａに従った場合の実施例１及び先
行技術Ｃ−２から形成された工具の切削時間としての偶
部及び側部Ｏ平均摩耗度が示されている。

第９図には、試験条件Ａに従う本発明の工具及び先行技
術Ｃ−２カーバイドの（ Ｍｏ ， Ｗ ） Ｃ固溶体
におけるタングステンカーバイド分としての崩壊速度が
示されており、この崩壊速度は、タングステン置換又は
工具のモリブデン分とは独立していることが示されてい
る。

第１０図には、コバルト分としての本発明に従うカーバ
イト゛組成物（Ｍｏ８Ｗ２）Ｃの崩壊速度が示されてい
る。

？具Ａ （Ｍｏ６５Ｗ３５）Ｃ＋１６重量％コバルトＢ
（ Ｍｏ ８Ｗ２ ） Ｃ ＋６重量％コバルトＣ
（Ｍｏ５Ｗ２５ ） Ｃ ＋２ ５重量％コバルト工具
Ｄ （Ｍｏ３Ｗ２）Ｃ＋１６重量％コバルトＥ （Ｍ
Ｏ８Ｗ２）Ｃ＋２１ 〃 Ｆ （ ＭｏｇＷ２ ） Ｃ ＋２ ８ 〃工
具Ｇ ，（ Ｔ ｉ２４Ｈｆｏ５Ｎｂｏ５Ｗ５０ Ｍ１
６ ） Ｃ ＋９．５重量％ニッケル ２重量％モリ
ブデンＨ （ Ｔｉ３０Ｗ３５ＭＯ３５ ）＋１ １
重量％ニッケルＩ （ＴｉｓｏＮｂｏｓＨｆｇ５Ｗ３
５Ｍｏ２５） ５．５ニッケル １モリブデン第１１
図には、本発明に従５１０．５容量％のコルトを含む（
Ｍｏ−Ｗ）Ｃ固溶体と同量のコバルトを含む先行技術の
タングステンカーバイドとのＲｏｃｒｗｅｌｌＡ硬さが
示されており、この硬さが、タングステン置換又は工具
のモリブデン分とは独立になっていることが示されてい
る。

第１２図にはコバルト分としての平均粒子寸法２．５な
いし３ミクロンを有する固溶体 （Ｍｏ８Ｗ２）Ｃの硬さ及び屈曲強度が示されている。

本発明の合金から製造された工具の性質及び性能はタン
グステンカーバイドを基礎とした先行技術の工具と有益
的に比較でき、またそれらの低密度が更に経済的に有利
であるということが第８図ないし第１２図、表１ないし
表４から明らかであろう。

粒状物構造を比較して見ても、モリブデン基礎の鋼質切
削度は、同様の目的に企てられた市販のカーバイドより
もより熱変形耐性に優れており、焼成中の粒子生長の安
定度がタングステンヵーバイ１４ｔ料の場合よりもより
優れていることが判る。

下記の表５には試験条件Ａに従う本発明の（Ｍｏ−Ｗ）
Ｃ固溶体の範囲内における特別な組成物から調製した多
数の工具の試験結果が示されている。

表６には試験条件Ｂに従う本発明の組成物から調製され
た多数の合金カーバイド工具の試験結果が示されている
。

表７には、表６に列記した合金の製造時に使用される未
処理合金カーバイド原料の組成物のリストが示されてい
る。

＊ ＡからＧまでの投入カーバイド組成物表７参照＊＊
側部０．０２ｃｍまでの切削時間（分）＊＊＊ ク
レータの深さ０．０１ｃＩｒＬまでの切削時間（分）表
７ 鋼材切削カーバイドの 製造に使用する投入力 −バイド組成物 記号 組 成 物 Ａ （ Ｔｉ６０Ｍｏ４（， ） Ｃ，８Ｂ
（ Ｔ ｉ ６０Ｗ１ ０ Ｍｏ ３ｏ ） Ｃ９
８ ５Ｃ （ Ｔｌ ａｏＷ１ ５Ｍｏｌ ５
） ＣｇｇＤ （ Ｔｉ７６Ｗ２４ ） Ｃ９９
Ｅ （ ＭＯ ８Ｗ２ ） ｃ Ｆ （ Ｍｏ５Ｗ５ ） Ｃ Ｇ ＷＣ 本発明の組成物は、鉄グループ金属、特にニッケルとコ
バルトから選ばれたバインダーを用いてカーバイド合金
と可能な付加カーバイドとから製造される。

バインノ゛一合金としては、バインダーの性質を改良す
るためのモリブデン、タングステン及びクロムなどの耐
火性金属や銅などの付加金属などの小量の合金付加物を
含んでいてもよい。

この付加物はしばしばバインダーの融解温度以下で加え
られて、低温での組成物の製造を容易にさせる。

本発明の合金のバインダー成分は使用の目的によって異
なり、非合金組成物、即ち焼成 （Ｍｏ−Ｗ）Ｃ固溶体の約３ないし５０重量％の間で、
また鋼材を加工する工具として使用される合金型の約４
ないし２０重量％の間で変化させてもよい。

一般に、バインダー成分が増大すると、強度や硬さが増
大するが摩耗耐性、特に熱変形耐性が減少する。

適宜なバインダー合金の選定は、附加的に工具合金の粗
生組成物、粒状物構造及び焼結団塊物の特質などに依存
する。

非合金カーバイドにおいてＧｉ，水素気流中又は減圧下
で焼成された場合には、ニッケルを含む合金の強度は、
通常、コバルトを含むものよりも１５ないし２０％強度
が落ちる。

窒素気流中で焼成された場合には、ニッケル含有合金の
強度はコバルトバインダーの場合と略、同じであるが、
窒素気流中で暁成されると通常、コバルト含有の（Ｍｏ
．Ｗ）Ｃ固溶体の強度は減少することが見い出されてい
る。

合金の鋼材切削カーバイドにおいて、ニッケル含有合金
と比較した場合に、より高い強度と耐熱変形を示すため
コバルト合金は、好ましくはタングステン豊富な組成物
であることがよい。

しかしながら、より高いモリブデン置換においては、ニ
ッケル含有合金又は二ツケルーモリブデン合金の方が、
鋼材を加工する場合に工具相互間における摩擦抵抗や熱
がより低く、従ってコバルトバインダーを含む工具より
も工具の寿命がより優れている。

本発明のカーバイドーバインダー金属組成物の性質は、
硬質合金相の粗成組成物や異なるカーバイドの原料組成
物を選択することによって更に経済的に変形させること
ができる。

下記の有効な主要合金原料についての大要は、合金製造
時の特質、測定特性や工具材料としての組成物の性能研
究などの観点に基すいている。

しかしながら、他の構成要素を有する低準位の合金も本
発明の精神から逸脱することなく使用することができる
。

１ 合金の鋼材切削カーバイドにおけるモリブデンとタ
ングステンとの置換の増大は、耐摩耗性を改良するが、
かかる置換が組成物の三次元カーバイドの相対量を増大
させるために組成物の熱感応度が減少する。

ニソケルーモリブデンから構成するバインダーは、高い
モリブデン分を含有する鋼材切削に好まし《、これは鋼
材を製粉時に使用すると、かかる工具の耐欠陥性や良質
の硬さを示すためである。

２ 焼結組成物に分布する鉄金属の焼結 （Ｍｏ−Ｗ）Ｃ合金の粒状寸法は、粉砕状態における粉
末に分布する粒状寸法よりも太きいものとして測定され
る。

これは、制限された粒子の生長が焼成温度で熱処理下で
実施されるためである。

観察できる粒子の生長は、銅などの低融点金属のバイン
ダー付加物を含有する合金に見い出される。

３ カーバイドにおけるモリブデンとタングステンのク
ロム部分置換やバインダへのクロム添加などは、焼成組
成物の硬さや強度を減少させるが耐酸化性を改良する。

４ １０００℃以下の温度へ炭素欠陥のある非合金を
呈することは、バインダーモノカーバイド間に、Ｍｏ豊
富な副カーバイト゛を蓄積させるために、焼結合金の性
質が次第に破壊することになる。

この堆積したカーバイ ドは１２５０℃ないし１３００
℃の焼成部分の溶液処理によって急激に室温まで冷却す
ることにより除去することができる。

５ 焼結した非合金へのバナジウムチタン及びチタンカ
ーバイドの低準位での添加は、強度や摩耗性においては
有効ではないが、焼結作業中に更に粒子を生長させて安
定領域に促進させる。

６ 付加カーバイドにおけるタンクルと、ハフニウム及
びニオブとの部分置換は、合金の耐崩壊性を改良する。

７ 酸化物、窒化物及びカーバイドなどの耐摩耗性被覆
用の基質としてのモリブデン含有の合金と焼結（Ｍｏ．
Ｗ）Ｃ固溶体との作用東対応のモリブデンを含まない合
金と同一であり、切削鋼材に挿入される被覆性能もまた
同一である。

これまで述べてきた表や図に示した結果については、本
発明の範囲内の多種の他の合金を現わしている。

本発明の合金は、同様な目的に使用される焼結カーバイ
ドの価格維持にお℃・ても実質的に改良されているとい
うことが性能や物理的な性質の結果からも明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１４５０℃におけるＭｏ−Ｗ−Ｃ系の部分相
律図であり、第２図＆人区分ＭｏＣ−ＷＣに沿って見た
Ｍｏ−Ｗ−Ｃ系のイソプレスであり、第３図は、均一状
態にある（Ｍｏ８５Ｗ１５）Ｃ固溶体粒子を示した組成
物の１６０倍拡大図であり、第４図は（Ｍｏ ．Ｗ）Ｃ
固溶体の格子パラメータであり、第５図は、１４５０℃
におげるＴｉｅ一ＭｏＣ−ＷＣの三次元系相律図であり
、第６図は、９．２重量％のコバルトバインダーを有す
る（Ｍ０８Ｗ２）Ｃの固溶体のミクロ構造を示した組成
物の１０００倍の拡大図であり、第７図は、１０重量％
のニッケルバインダーと （ Ｔｉ ２３Ｔａ１ｏＷ３７Ｍｏ３０ ） Ｃ Ｉｍ
成物を有する焼結カーバイドのミクロ構造を示した組成
物の１０００倍の拡大図であり、第８図は、本発明及び
先行技術に従う同条件下での工具の摩擦抵抗の比較曲線
であり、第９図は、タングステンカーバイド分としての
本発明に従う工具の崩壊速度を表わしたものであり、第
１０図は、バインダーとしての本発明に従う工具の崩壊
速度を表わしたものであり、第１１図は、モノカーバイ
ド溶液中のタングステンカーバイド分としての本発明に
従う工具のＲｏｃｒｗｅｌｌＡ硬さを表わしたものであ
り、そして、第１２図は、バインダー分としての本発明
に従う工具のＲ ｏｃｒｗｅｌ Ｉ Ａ硬さと屈曲強度
とを表わしたものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焼結した炭化物一バインダー金属合金からなる工具
   用組成吻であって、該バインダーが鉄族の金属から選ば
   れた少なくとも１種であり、該鉄族の金属が組成物の３
   ないし５０重量パーセントを占める工具用組成吻におい
   て、炭化物かへキサゴナルモノカーバイドであり、ヘキ
   サゴナルモノカーバイドが、１０ないし１００モルパー
   セントのモリブデンモノカーバイドを含有しそしてヘキ
   サゴナルモノカーバイドの残部がタングステン七ノカー
   バイト゛である化学量論的組成を有することを特徴とす
   る工具用組成物。 ２ 焼結した炭化物一バインダー金属合金からなる工具
   用組成物であって、該バインダーが鉄族の金属から選ば
   れた少なくとも１種であり、該鉄族の金属が組成物の３
   ないし５０重量パーセントを占める工具用組成物におい
   て、炭化物かへキサゴナルモノカーバイドおよび三次元
   カーバイドからなり、ヘキサゴナルモノカーバイドが、
   １０ないし１００モルパーセントのモＩＪ ７”テンモ
   ノカーバイドを含有しそしてヘキサゴナルモノカーバイ
   ドの残部がタングステンモノカーバイドである化学量論
   的組成を有し、そして三次元カーバイドがチタニウムカ
   ーバイド、タンタルカーバイド、バナジウムカーバイド
   、ニオブカーバイドおよびハフニウムカーバイドからな
   る群より選ばれた少なくとも１種であり、該三次元カー
   バイドが全カーバイド相の１ないし８５重量パーセント
   を占めることを特徴とする工具用組成物。 ３ 焼結した炭化物一バインダー金属合金からなる工具
   用組成物であって、該バインダーが鉄族の金属から選ば
   れた少なくとも１種と、モリブデン、タングステンおよ
   び銅からなる付目グノレーフ゜から選ばれた少なくとも
   １種とからなり、該鉄族の金属が組成吻の３ないし５０
   重量パーセントを占め、該付加グループの金属が組成吻
   の１ないし１０重量パーセントを占める工具用組成物に
   おいて、炭化物かへキサゴナルモノカーバイドであり、
   ヘキサゴナルモノカーバイドが、１０ないし１００モル
   パーセントのモリブデンモノカーバイドを含有しそして
   ヘキサゴナルモノカーバイドの残分がタングステンモノ
   カーバイドである化学量論的組成を有することを特徴と
   する工具用組成物。 ４ バインダー金属として鉄族の金属から選ばれた少な
   くとも１種３ないし５０重量パーセントと残部が炭化物
   とからなる緊密に配合した混合物を形成する工程、ここ
   で炭化物が１０ないし１００モルパーセン１・のモリブ
   デンモノカーバイドと残分がタンク゛ステンモノカーバ
   イドである化学量論的組成を有し； 炭化物中のタングステンモノカーバイドのモルハーセン
   ｌ・の関数でありそして第２図のα＋Ｃ、α±η＋Ｃ及
   びα＋ε＋Ｃの領域の下部境界線によって限定され温度
   に該混合物を加熱する工程；該混合物の温度をヘキサゴ
   ナルモノカーバイドの安定領域内の温度に低下させる工
   程、ここで該温度は炭化物中のタングステンモノカーバ
   イドのモルパーセントの関数でありそして第２図の，の
   領域の上部境界線によって限定されるものであり；そし
   てヘキサゴナルモノカーバイドの形成が完了するまで混
   合物の温度を該低温に維持する工程よりなることを特徴
   とする焼結した炭化物−バインダー金属合金からなる工
   具用組成物の製造方法。 ５ バインダー金属として鉄族の金属から選ばれた少な
   《とも１種３ないし５０重量パーセントと残部が炭化物
   とからなる緊密に配合した混合物を形欣する工程、ここ
   で炭化物が１０ないし１００モルパーセントのモリブデ
   ンモノカーバイドと残分がタングステンモノカーバイド
   である化学量論的組成を有し； 該混合物をみかけの三次元（Ｍｏ，Ｗ）３Ｃ２の安定領
   域内の温度に加熱する工程、ここで該温度は炭化物中の
   タングステンモノカーバイドのモルパーセントの関数で
   ありそして第２図のη十Ｃ１α十η＋Ｃ、η＋γ＋Ｃ及
   びε＋η＋Ｃの領域の下部境界線によって限定されるも
   のであり；該混合物の温度をヘキサゴナルモノカーバイ
   ドの安定領域内の温度に低下させる工程、ここで該温度
   は炭化物中のタングステンモノカーバイドのモルパーセ
   ントの関数でありそして第２図のεの領域の上部境界線
   によって限定されるものであり：そしてヘキサゴナルモ
   ノカーバイドの形成が完了するまで混合物の温度を該低
   温に維持する工程よりなることを特徴とする焼結した炭
   化物−バインダー金属合金からなる工具用組成物の製造
   方法。 ６ 混合物を加熱する前に、１ないし４原子パーセント
   の鉄族金属を混合物に拡散を促進させるために添加する
   ことからなる特許請求の範囲第４項に記載の製造方法。 ７ 混合物を加熱する前に、■ないし４原子パーセント
   の鉄族金属を混合物に拡散を促進させるために添加する
   ことからなる特許請求の範囲第５項に記載の製造方法。