JPS62103338A

JPS62103338A - 焼結高合金鋼の製造方法

Info

Publication number: JPS62103338A
Application number: JP24512485A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hirano; 稔平野; Kiyomi Oe; 大江　清美; Hiroshi Takigawa; 滝川　博; Nobuyasu Kawai; 河合　伸泰
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-10-30
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1987-05-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業」二の千１１用分野本発明は、焼結高合金網の製造方法に関し、さらに詳し
くは、切削工具、金型および圧延ロール用品性能工具＋
Ａ料として適した焼結高合金鋼の製造方法に関ずろ。

従来の技術およびその問題点近年、金属材料の素形材加工に対して、高精度化、低コ
スト化が要求されるととらに、かつ、被加工材の高硬度
化あるいは加工速度の高速度化など、Ｉ＋ロエ条件も一
層苛酷なしのとなり、より高性能な切削工具、金型およ
び圧延ロール用工具材料が、にめられている。

このため、切削工具では高速度鋼（以下、ハイスという
）工具から超硬合金への転換が進みつつある。一方、機
械加工の容易さと靭性に対ずろ請求の高い精密工具には
、高硬度、高靭性ハイス工具およびコーティングハイス
エ呉が今後ら使用されろと考えられる。しかしながら、
これらの工具材料は、従来の製造方法を用いて健全な材
料として製造することは困難であるため、信頼性が高く
、高硬度化の可能な粉末冶金法を用いて製造された材料
を用いることか最適と煮えられる。

従来、工具鋼の製ノ告方法としては、っぎのような方法
か採用されている。

溶解ハイス法高硬度（ＨＲＣ６５〜７０）ハイスであるＡｌ５Ｉ　　
Ｍ４０シリーズでは、硬度向上のためにＣｏ　５重量％
（以下、単に％という）以上を添加するとともに、Ｃｆ
ｆ１を増加し、また、靭性の低下を防止するためにＶ量
を下げる。

しかしながら、上記Ｍ４０ンリーズの高速度鋼は溶解法
で製造されるため、炭化物の＠折が生じゃすく、熱処理
条件も厳しくなる。また、■量が少ないため、摩耗性が
低下するという問題らある。

ガスアトマイズＨＩ　Ｐ法：つぎに、粉末冶金法による高速度鋼として、硬度、耐摩
耗性を向上させるために、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ。

Ｃ，Ｎ等の添加量を増加し高合金化した溶湯をアトマイ
ズして高速度鋼粉末を作成し、得られた粉末を熱間静水
圧処理（［（ＩＰ）法により固化したものら知られてい
る。

しかしながら、かかるガスアトマイズ法による高速度鋼
は、各成分添加ｍの調整に限界があり、その限界を越え
ると良好なアトマイズが行なえなくなる。例えば、該高
速度鋼にＴｉを添加する場合、添加ｍが、２％を越える
と、仮に真空溶解を行なったとしてらＣＯ反応によりバ
ブリングが生じて溶湯の粘性が低下し、アトマイズが不
可能となる。また、■については１５％以上添加すると
大気溶解の場合、■の酸化によりアトマイズが不可能に
なる。さらにまた、■を７．５％以上添加すると、アト
マイズは行なえても粉末中の炭化物が巨大となる。一方
、前記の不具合が生じない程度にＶｆｆｉを減少させれ
ば、充分な硬度、耐摩耗性は得られない。

酸化物を共還元した焼結ハイス。

酸化物粉（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、ＷＳＭｏＳＶの酸化物）
を混合した後、これをＨ，およびＣにより共還元し、得
られた還元塊状物を粉砕して粉末とし、炭化物、窒化物
粉を添加し、焼結ハイスを製造する。

この焼結高合金鋼は各成分の含有量の調整が比較的容易
に行えるという利点を有する。しかしながら、共還元法
による焼結高合金鋼では、酸化物粉末として添加したＭ
ＯｌＷ、Ｃｒ、Ｖ等が炭化した際に炭化物が凝集し、靭
性が低下するという問題がある。

問題点を解決するための手段本発明者らは、前記問題点を解決し、超合金に近い硬度
、耐摩耗性を有し、抗折力に優れた高耐摩耗焼結ハイス
を得るべく種々検討を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。

すなわち、本発明は、３５０メッシュ以下、かつ平均粒
子径２５μｍ以下の工具鋼アトマイズ粉に、平均粒子径
５μｍ以下の炭化物粉および窒化物粉の１種または２種
以上をＩ　０〜５０重量％を添加し、成形、焼結し、も
しくはさらに熱間塑性加工を施し、密度比９９％以上に
することを特徴とする焼結高合金鋼の製造方法を提供す
るものである。

本発明方法によれば、水アトマイズ法またはガスアトマ
イズ法により得られる微粉を使用するため、添加された
炭化物粉および窒化物粉が均一に分散される。また、添
加した炭化物粉および窒化物扮の平均自由行程が２５μ
ｍ以下となるため、耐摩耗性の不均一さが少なく、さら
にマトリックスが工具鋼となるため、マトリックス自体
でし耐摩耗性を何し、焼結高合金鋼は優れた耐摩耗性を
有する。さらに、添加した炭化物粉、窒化物粉の均一分
散粒径が５μｍ以下であるため、靭性が高く機械加工が
可能（超硬合金は不可）で、研削性ら良好であるところ
に特徴を有する。

つぎに、本発明方法についてより詳しく述べる。

本発明の焼結高合金鋼の製造方法に用いられる工具鋼と
しては、３５０メツシユ以下、かつ平均粒子径が２５μ
ｍ以下の工具鋼アトマイズ粉が用いられる。水アトマイ
ズまたはガスアトマイズによる微粉を用いることにより
、これと混合される炭化物粉および窒化物扮との分散が
均一となる。

かかるアトマイズ粉の粒度が３５０メゾシユ以下の条件
を満たさない場合、あるいは平均粒子径が２５μｍを超
えろ場合は、第３図（比較例りに示すごとく工具鋼の粉
末粒界に炭化物あるいは窒化物が凝集し、これらが均一
に分散されず、耐摩耗性の弱い工具銅粉末粒子部分が多
くなり、抗折力の向上も小さい。

さらに、前記工具鋼には平均粒子径が５μｍ以下の炭化
物粉および窒化物粉の１種または２種以上が添加される
。添加される炭化物としては、チタン、バナジウム、ジ
ルコニウム、ニオブ、タンタルなど周期表の＋ｖｂ族（
■族遷移元素）、ｖｂ族（■族遷移元素）金属の炭化物
が好ましい。また、窒化物としては、同様にチタン、バ
ナジウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタルなどｌＶａ
族、Ｖａ族の窒化物が好ましい。また、これらの平均粒
子径は５μｍ以下であることが必要であり、５μｍを超
えると抗折力が著しく低下する（第５図参照）。

さらに、これら炭化物、窒化物の添加量は合金鋼の全重
量に対して１．０〜５０重量％の範囲である。炭化物、
窒化物の添加量がこれより少ないと、比摩耗量が著しく
低下するとともに、抗折力改善の効果が少なく、一方、
５０％以上添加しても比摩耗量の向上は少なく、抗折力
が著しく低下する（第６図および第７図参照）。

工具鋼粉末と、炭化物粉および窒化物粉との混合は湿式
又は乾式法にて行なう（１−１２時間）。

得られた混合粉末は、ついで常法により成形および焼結
が行われるが、代表的には成形はＣＩＰ成形にて５００
０ａｔｍ、焼結は真空焼結にて１２００℃×２時間行わ
れる。ついで、得られた焼結鋼をＨＩＰ処理に付す。該
処理は代表的には１１５０℃、８０００ａｔｍにて２時
間行われる。ついで、焼結鋼を焼なまし、機械加工に付
し、密度比９９％以上の工具素材とする。

なお、本発明方法において用いられる工具鋼の成分組成
は、代表的にはＣ００５〜３％、Ｃｒ　２〜３０％、Ｗ
　０．１〜３０％、ＭｏＯ，１〜２０％、Ｖ　Ｏ，５〜
２０％、Ｃｏ０．１〜２０％、残部鉄および不可避的不
純物からなる。

火星性つぎに、実施例および比較例により本発明をさらに詳し
く説明する。

実施例１第１表に示す化学酸物組成（％）を有する原料粉（ガス
アトマイズハイス粉：ＫＨＡ　３０）に対し、第２表に
示す炭化物および窒化物を添加して焼結合金鋼を製造し
た。原料粉末と、炭化物粉および窒化物粉との混合はア
トライターを用い、メタノール中、湿式法にて５時間混
合する。つぎに、得られた混合粉末をＣＩＰ成形（５０
００ａｔｍ）Ｌ、、さらに真空成形（１２００℃×２時
間）する。さらに、得られた焼結鋼にＨＩＰ処理（１１
５０℃、８０００ａｔｍにて２時間）を行なう。ついで
、該焼結鋼を焼なまし、機械加工に付し、密度比９９％
以上の工具素材とした。第１図に得られた焼結合金鋼の
金属組織を示す顕微鏡写真を示し、第２表に該合金鋼の
物性を示した。該合金鋼は、炭化物が均一に分散してい
るので、抗折力に優れ、耐摩耗性が高く、エンドミル切
削試験結果も良好であった。

比較例１第１表に示す原料粉および第２表に示す炭化物、窒化物
を用い、実施例１と同様にして合金鋼を製造した。第３
図に得られた焼結合金鋼の金属組織を示す顕微鏡写真を
示し、第２表に該合金鋼の物性を示した。該合金鋼は、
粉末粒界に炭化物が凝集しているので、抗折力が低く、
耐摩耗性も悪い。

このためエンドミル切削性能か劣る。

実施例２第１表に示す組成を有する原料粉（水アトマイズハイス
粉：５ＫＨ５７）および第２表に示す炭化物、窒化物を
用い、実施例１と同様にして合金鋼を製造した。第２図
に得られた焼結合金鋼の金属組織を示す顕微鏡写真を示
し、第２表に該合金鋼の物性を示した。該合金鋼は、炭
化物が均一に分散しており、実施例１と同様にすぐれた
靭性、耐摩耗性、エンドミル切削性能を示した。

比較例２第１表に示す組成を有する原料粉（酸化物還元粉：５Ｋ
Ｈ５？）および第２表に示す炭化物、窒化物を用い、実
施例１と同様にして合金鋼を製造した。

第４図に得られた焼結合金鋼の金属組織を示す顕微鏡写
真を示し、第２表に該合金銅の物性を示した。該合金鋼
は、炭化物が凝集し、抗折力が低く、エンドミル切削性
能も本発明の実施例より劣る。

実施例３第１表に示す組成を有する原料粉（ガスアトマイズ扮：
ＫＨＡ　　７Ｎ＋−０および第２表に示す窒化物を用い
、実施例１と同様にして合金鋼を製造した。第２表に該
合金鋼の物性を示す。該合金鋼は、実施例１と同様にす
ぐれた靭性、耐摩耗性、エン１’　ミル切削性能を示し
た。

実施例４実施例３にて用いた原料粉（ガスアトマイズ粉。

Ｋ　ＨＡ　　７　Ｎ　１−ｔ）および第２表に示す変化
物を用い、実施例１と同様に合金鋼を製造した。第２表
に該合金鋼の物性を示す。合金鋼は実施例１と同様にす
ぐれた物性、耐摩耗性、エンドミル切削性能を示した。

発明の効果本発明方法では、特定粒度のアトマイズ微粉を出発原料
とし、これに対して所定の炭化物、窒化物を混合するた
め、得られた焼結高合金鋼は炭化物、窒化物が均一に分
散し、靭性に優れ、高速度鋼成分のマトリックスが得ら
れ、耐摩耗性に優れ

【図面の簡単な説明】第１図および第２図は本発明方法にて得られた焼結高合
金鋼の金属組織を示す顕微鏡（ｘ４００）による図面代
用写真、第３図および第４図は比較例にて得られた鋼の
金属組織を示す顕微鏡（×４００）による図面代用写真
、第５図は窒化物の平均粒径と抗折力の関係を示すグラ
フ、第６図および第７図は各々窒化物の添加量と得られ
た合金鋼の比摩耗量および抵抗力との関係を示すグラフ
である。特許出願人　株式会社　神戸製鋼折代　理　人　弁理士　青白　葆　外２名、ｌ′７１ノ゛
、：；之、プ′ｌル′ζ１　・　　　　　　　　　　　　゛パ
メシｉ、　（＋Ａ／　　メ第　　３　　図、；１・！、、・丸く′、つ：２）第５図ＴｉＮの￥−灼ａそ（ｐｍ）第６図ＴＩＮも１量（ａ／、）ＴｉＮ碌重量（％）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３５０メッシュ以下、かつ平均粒子径２５μｍ以
下の工具鋼アトマイズ粉に、平均粒子径５μｍ以下の炭
化物粉および窒化物粉の１種または２種以上を１．０〜
５０重量％を添加し、成形、焼結し、もしくはさらに熱
間塑性加工を施し、密度比９９％以上にすることを特徴
とする焼結高合金鋼の製造方法。
（２）炭化物粉および窒化物粉が、周期表のIVａ族、Ｖ
ａ族から選ばれた金属の炭化物および窒化物の粉末であ
る前記第（１）項記載の製造方法。