JPS62146237A - 高耐熱性超硬合金 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、たとえば温間・熱間鍛造用工具などに用い
られる高耐熱性超硬合金に関づる。

［従来の技術］ 従来から、熱間鍛造用に使用される金型やパンチの材料
として、主にダイスｆＪ１（ＳＫＤ６１）が使われてい
た。ダイス鋼は、表面に熱亀裂変形が発生しやすい。そ
のため、現状では、ダイス鋼からなる金型やパンチの寿
命が短く、製品の司法精度も悪い。したがって、熱間鍛
造侵の部品は、研削加工が必要とされている。

しかし、最近のａ向として、鍛造（Ｕの後加工を省略す
るために、精密な温間鍛造や精密な熱間鍛造が要でされ
ている。

し発明が解決しようとする問題点］ しかし、以下のような問題点がある。温間鍛造や熱間Ｉ
Ｒ造では、被加工物の温度が高い。しかも、鍛造材料の
変形によって発熱も生じる。そのため、金型表面の温度
が急上昇する。一方、金型からワークを取出した侵は、
［１材、冷却水、冷却油などを金型表面に吹付けるので
、金型は急冷される。

このような急激な湿度変化による熱衝撃によって、金型
表面には１員傷が生ずる。なお、ここでいう温間とは約
２００〜８００℃であり、熱間とは約８００〜１１００
℃の範囲を示すものである。

そのため、従来から用いられているダイス鋼では、朋荒
れ、変形、熱亀裂が著しく、また鋼の熱膨張が大きいた
め高精度を出すことができない。

高温での硬度が大きい５ＫＨ−５１でも、熱膨張、熱亀
裂、クラックなどの問題があり、高寿命を望めない。上
述材料と比較して、高温での熱膨張が清の１／２である
超硬合金が望ましい。しかし、現在市場で用いられてい
る超硬合金は、耐熱衝撃性や靭性が低いので、熱間鍛造
のような厳しい使用条件下では使用に耐えない。

それゆえに、この発明の目的は、急激な熱サイクル、工
具表面温度の上昇などの厳しい使用条件下でも、十分に
使用に耐え得る高耐熱性超硬合金を提供することである
。

なお、熱間で使用される超硬合金として、鋼線材圧延に
用いられる圧延ロールが知られている。

しかし、この圧延ロールは、圧延時には、均等荷重下で
用いられる。つまり、圧延ロールには、前述したような
強い熱衝撃は加わっていない。このことからも、前述し
た使用条件がいかに厳しいかが推定され１ｑる。

［問題点を解決するだめの手段、作用および発明の効果
］ この発明による高耐熱性超硬合金は、硬質相と結合金属
相とからなる。そして、結合金属相に硬質分散ウィスカ
を均一微細に分散さびていることを特徴とする。

超硬合金の靭性および熱亀裂性を改善するには、結合金
属相の量を屑せばよい。しかし、そのようにづれば、合
金の硬度が下がり、鍛造金型としての条件を満足しなく
なる。そこで、この発明の狙いとするところは、常温に
おける硬度はもちろんのこと、温間あるいは熱間鍛造条
件下の高湿（２００〜１１００℃）での硬度を高く維持
することのできる合金組成およびｆｆ１ｌｉを得ること
にある。

これを実現するために、結合金属相に硬質分散ウィスカ
が均一微細に分散される。硬質分散ウィスカは、その径
がたとえば０．０１μｍ以上３μＴｉ１ｌｘ下とされる
。そして、径が０．０３μｍ以上１μｍ以下であるなら
ば、分散効果はざらに高められる。また、長さは、たと
えば０．０５μｍ以上１５μｍ以下とされる。特にウィ
スカのアスペクト比（長さ／径）は、３〜５０で分散効
果があり、良好である。ｌｉ！！質分散ウィスカを結合
金属相に分散させる方法として、色々なしのがある。た
とえば、従来の粉末冶金法を用いて分散させてもにい。

また、真空雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、窒素ガス雰
囲気下、あるいは種々の酸素分圧の雰囲気下において、
アトライタやボールミルを用いて分散ウィスカを結合金
属粉末中に混合前や混合時に分散させると、より大きな
効果が得られる。

但し、ウィスカの形状を損うことなく分散させることが
虫型である。

硬質分散ウィスカは、好ましくは、Ａｕ２０．、Ｚｒ０
ｚ、ＹｚＯａ、５ｉＯｚ、Ｔｈ０ｚ、△見４Ｃａ　、Ｗ
Ｃ，Ｓｉ　Ｃ，Ｓｉ　、Ｎ４　、△旦Ｎ、ＹＮ、ｖ；　
Ｂ□、ＺＩ″Ｂ２からなる群から選択された１種または
２種以上の物質である。これらの物質を硬質分散ウィス
カとして用いれば、超１ｌｌＩＴ合金は高い耐熱性を呈
するようになる。また、硬質相は、たとえば炭化タング
ステンからなる。ざらに、結合金属相は、たとえば、Ｎ
；、ｃｏ、Ｆｅ、ｃｒ、ＭＯｌＷかうなる群から選択さ
れた１種または２種以上の物質からなる。

好ましくは、結合金属相の量は、全体の５単１％以上３
５重量％以下の範囲内にあり、ｖ？質分散ウィスカの量
は、結合金属相の１体積％以上４０体積％以下の範囲内
にあるようにされる。結合金属相の量が５重ハ１９６未
満ならば、靭性が不足する。

一方、この結合金属相のけが３５巾爵％を越えるならば
、硬度が不足し、そのため鍛造用金型としての使用に耐
えなくなる。硬質分散ウィスカの量が結合金属相の１体
積％以上４０体積％以下の範囲内にあれば、分散効果が
高く、高温強度、硬度がＩ陥くなり、高耐熱性を発揮す
る。この硬質分散つＣスカの量が１体積％未満ならば結
合金属相内に分散する硬質分散ウィスカの黴が不足し、
そのため所望の効果がほとんど得られない。一方、硬質
分散ウィスカの量が結合金属相の４０休槓％を越えるな
らば、結合金属相内の靭性が低下し、かえって逆効果ど
なる。

第１図は、各種合金の高温硬度の変化を示す図である。

図中、１が本発明に従った高耐熱性超硬合金である。そ
して、２は通常のＷＣ−Ｃｏ、３が５ＫＨ９，４がＳ　
Ｋ　Ｄ　６１である。この図から明らかなように、本発
明に従った超硬合金は、特に高温における硬度を高く維
持することができる。

この発明に従って１１られた超硬合金は、たとえば熱間
または温間！１２造用塑性加工工貝として、グイ、パン
チ、ノックアウト、エジェクタピン、シャー刃、ロール
等に有利に利用され１ｑる。また、結合金属の少ないも
のは切削工具としても利用され得る。しかし、必ずしも
工具全体がこの発明に従った超硬合金から作られていな
くてもよい。たとえば、工具のうちワークと接触する部
分にのみこの発明に従っ１＝超硬合金を用い、その他の
部分には鋼を用いてもよい。この場合、超硬合金の部分
と鋼の部分とはたとえば、電子ビーム溶接やレーザビー
ム溶接などの溶接によって互いに接合される。さらに、
この発明に従った超硬合金の表面に、Ｔｉ　Ｃ，Ｔｉ　
ＣＮ、Ｔｉ　Ｃｏ、Ｔｉ　ＣＮ○、△立２０３．Ａ１１
Ｎ、Ｓｉ３Ｎ４．ＳｉＣ，ＢＮ、Ｃなどの１層以上の層
を被覆してもよい。

［実施例］ Ｉ１１工 結合金属相の原料と硬質分散ウィスカの原料との混合割
合を変え、さらに硬質分散ウィスカの種類を変えて、以
下の試験を行なった。

まず、１〜２μｍの結合金属相の原料と、径が０．０５
＝０．　１ｕｍ　Ｔ−艮ざが０．３〜１．ｃｚｍの硬質
分散ウィスカの原料と、３〜５μｍの炭化タングステン
粉末とを容器に装入し、アルコールを容器上部まで入れ
、湿式でかつ回転数２００　ｒｐｍで１０時間ボールミ
ルで混合した。得られた混合粉末を所望の寸法に成形し
た後、真空下で焼結し、その後１−ＬＩＰ処理を行なっ
た。こうして得られた焼結体を研磨し、高温強度、硬度
を測定した。その結果を、以下の第１表にまとめた。

比較例として、結合金属相の量が全体の５重量？６未満
の試料、結合金属相の号が全体の３５重旦％を越える試
料およびｒＩＪ！質分散ウィスカを装入しない試料を作
り、その高温強度、硬度を測定した。

第１表から明らかなように、この発明に従って１７られ
た超硬合金は、特に高温にｄ３ける硬度および抗折力に
優れた１ンＩ性を示している。

（以下余白） 火ｍ 実施例１で得られた合金を用いて、熱間ａ造用パンチン
グダイを作った。このパンチングダイは、直径３５ｍｍ
の棒鋼を１１５０℃に加熱し、明所することによつＣ傳
られたワークを、パンチングするのに使用される。こう
してｉｑられたバンチングダイの性能を、以下の第２表
にまとめた。

第２表から明らかなように、結合金属相を有し、かつそ
の結合金属相内に硬質分散ウィスカを分散させた超硬合
金からなるパンチングダイは、その性能が良好であるこ
とが認められる。

なお、本実施例では、ＨＩｐＨ！ｌ理を行なった場合を
例に挙げたが、ＨＩＰ処理を行なわない場合にも同様の
効果が得られる。

（以下余白） 第２表 工」」しＬ 実施例１の試料番号３の形を色々と変えて、実施例１と
同一方法で合金を作り、実ｊＭＶＡ２と同一の評価を進
めた。得られた結果を第３表にまとめた。

第３表から明らかなように、径が０．０１μｌ〜３μｍ
以下で長さが０．０５μｍ以上で１５μｍ以下の硬質分
散ウィスカのものの性能が良好であることが認められる
。特に、アスペクト比（長さ７・径）　７Ｊ＜　３以上
で５０以下のものが効果が大きい。

（以下余白） 第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の合金および本発明に従った合金の高温
硬度変化を示す図である。 図においで、１は本発明に従った合金、２は従来のＷＣ
−Ｃｏ合金、３は工具鋼５ＫＨ９，４は工具鋼Ｓ　Ｋ　
Ｄ　６１である。 Ｌ＋Ｉへゆ （ばか２名） 第１図 ５＆斥（’ｃ）−−÷

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬質相と結合金属相とからなり、前記結合金属相
   に硬質分散ウィスカを均一微細に分散させていることを
   特徴とする、高耐熱性超硬合金。
2. （２）前記硬質分散ウィスカは、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｚｒ
   Ｏ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＴｈＯ＿２、Ａｌ
   ＿４Ｃ＿３、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＡｌＮ、
   ＹＮ、ＴｉＢ＿２、ＺｒＢ＿２からなる群から選択され
   た１種または２種以上の物質である、特許請求の範囲第
   １項に記載の高耐熱性超硬合金。
3. （３）前記硬質相は、炭化タングステンからなる、特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の高耐熱性超硬合
   金。
4. （４）前記結合金属相は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍ
   ｏ、Ｗからなる群から選択された１種または２種以上の
   物質からなる、特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の高耐熱性超硬合金。
5. （５）前記結合金属相の量は、全体の５重量％以上３５
   重量％以下の範囲内にあり、前記硬質分散ウィスカの量
   は、前記結合金属相の１体積％以上４０体積％以下の範
   囲内にある、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載の高耐熱性超硬合金。