JPS6311631A - 超硬合金の製造方法 - 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〕 本発明は、耐チッピング性、靭性を大巾に改善した超硬
合金の製造方法に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕超硬
合金の耐チッピング性を改善する方法としては一般に、
炭化物を微粒化することが知られている。しかし炭化物
を微粒化すると硬さが増し、靭性的に劣化するため結合
和金属を増やさざるを得なく、耐熱性、耐摩耗性が悪く
なる結果となる。

靭性を改善する方法としては、合金のカーボン量を増し
、結合相であるコバルト（以下ＣＯと称す）の純度を高
める（日本金属学会誌、第２８巻第２号、Ｐ５５日本金
属学会発行）ことも報告されている。ある程度の範囲内
でしか靭性は向上し得ていない。その他、超硬合金の靭
性、耐チッピング性の向上に関して炭化物粒度、合金組
成、添加元素、カーボン量の原点から幾つかの論文が報
告されているが、いずれも靭性、耐チッピング性の飛」
的な向上が得られていない。

一方、製造方法からみると、最近ある程度の急冷による
性能向上に関する報告も見られるが、これらは冷却速度
も本発明に比べると遅く、また炭化物の微粒化及び結合
相の耐熱化という観点からしか捕らえておらず、十分な
効果が認められない。

従って、本発明の目的は耐チッピング性に優れた超硬合
金を製造する方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、前述のような炭化物粒度、合金組成及びカ
ーボン址等の検討においては、超硬合金の靭性、耐チッ
ピング性の向上には限界があると考え、超硬合金の靭性
、耐チッピング性に与える上記以外の要因について種々
検討を加えた結果、次のような驚くべき事実を見出した
。それは、超硬合金の靭性、耐チッピング性は炭化物の
接触率に非常に大きな影響を受けることである。

〔作用〕

本発明はこのような発見に基づく。すなわち本発明の超
硬合金の製造方法は１分散相形成酸分として重量比で炭
化タングステン５０〜９５％、残部が結合相として鉄族
金属の１種または２種以上からなる超硬合金の製造方法
において、焼結後の冷却工程において、該焼結温度より
１００℃／分以上の冷却速度でもって超急冷することを
特徴とする。

超硬合金の一般的組成写真を第七図に示すが、炭化タン
グステン（以下ＷＣと称す）粒子同志が接触している部
分がたくさん見られる。この接触部の全面精の全粒子表
面積に対する比率を接触率と呼び、組織写真より定量的
に求めることが可能である。本発明者は、この粒子同志
の接触部について研修を重ね次の３つの結果を得た。

ｉ）外部応力が加わった時に接触部が切れマイクロクラ
ックなりチッピングが生じ易くなる。

ｉｉ）炭化物、窒化物の表面エネルギーは、炭化物。

コバルトの表面エネルギーより小さいため、クラックの
伝播経路となり易く、破壊靭性の劣化の原因となる。

ｎｉ）接触部の角がノツチ効果となりクラックが生じ易
く、靭性劣化、チッピング発生の原因となる。

上述のように炭化物同志の接触は超硬合金のｒｔ＝ｔチ
ッピング性、靭性の面において極めて好ましくないもの
である６そこで本発明者はこの接触率を重要視し、これ
を低下すべく研究を重ねた結果、１００℃／分以上の冷
却速度で焼結速度から急冷却する超急冷法により、接触
率の著しい低減が可能であることと見出した。以下にそ
の理由を記述する。

第１図（ａ）は、焼結温度での組織を模式的に示したも
のである。焼結中には、Ｃｏバインダー中にタングステ
ン（以下Ｗと称す）とカーボン（以下Ｃと称す）が固溶
している・このＷの固溶量は焼結温度ではＣＯに対する
重量比で２０〜２５％である。ところが通常の工程で製
品された超硬合金において、室温でＣｏ中に固溶するＷ
の量を分析すると、せいぜい５％程度である。従って。

この焼結中の（Ｗの固溶量）と焼結後の（室温）におけ
るＷの固溶量の差分１５〜２０％は焼結後焼結温度から
の冷却中に既存のＷＣの表面にＷ十Ｃ−＋ＷＣなる反応
により析出する。これを模式的に示したのが第１図（ｂ
）である。第１図（ｂ）中斜線で示した部分が析出ＷＣ
であり、この図から明白なるように祈出ＷＣが炭化物同
志を接触させる唯一の原因となる。従って、本発明者は
この析出ＷＣの量を少なくすれば接触率を低減できると
の観点よりその手法を検討した。１００℃／分以上の冷
却速度でもって超急冷を行なうことにより、冷却中のＷ
Ｃの析出が抑制され、その結果ＷＣ接触率が低い超硬合
金得ることができることを見出した。

次に数値限定した理由を述べる。ＷＣを５０〜９５％と
したのは５０％未満では所望の耐摩耗性が得られなく、
また９５％を超えると靭性に欠くため５０〜９５％とし
た。焼結後の冷却速度は１００℃／分未満ではｗ＋ｃ−
＋ｗｃの析出が抑制しきれないため１００℃／分以上と
した。

以下実施例にもとづき本発明合金の特性を記述する。

〔実施例〕

重版のＷＣ（平均粒径３．０μ、ただし比較合金３の平
均粒径は１．５μ）とＣｏ粉末を９０重量％ＷＣ−１０
重量％Ｃｏとなるよう秤量し、湿式ボールミルで９６時
間混合した後、パラフィンワックスを２％添加し乾燥を
行なった。次に１ｔ／ａｄでプレスを行ない、１４００
℃　１時間の焼結を行なった後１種々の冷却速度にて冷
却を行ない試料を作成した。冷却速度２０℃／分以下は
、通常の真空焼結炉を用い、冷却速度５０″Ｃ／分以上
は真空焼入炉を使用した。真空焼入炉は５気圧までのＮ
２ガス導入が可能な仕様のものを用い、冷却速度は封入
Ｎ２ガス量を調整することにより変化させた。第１表に
本発明による合金の物性を比較合金のものとともに示す
。第１表から明らかなように本発明による合金において
は、ＷＣ接触率が著しく低減可能である。比較合金３は
ＷＣ平均粒径１．５μを用い、他合金に比べ微粒化を行
ない、本発明による合金に硬さのレベルを合わせた合金
であるが、クラック抵抗は著しく低下することが認めら
れる。本発明合金は超急冷を行なったため、ＷＣの析出
が抑制され比較合金１，２に比べ同一出発原料を用いた
にも拘らず微粒化し、硬さレベルが向上しているが１通
常の冷却をした同−硬さレベルの比較合金３に比べると
格段にクラック抵抗が高いことが認められる。

以上述べたごとく本発明による合金においては、通常硬
さが向上すれば、靭性（クラック抵抗）は小さくなるの
が常であるが、硬さの向上に伴いクラック抵抗も大きく
なる効果が得られる。

〔実施例２〕 市販のＷＣ（平均粒径０．８μ）とＣｏ粉末を所定量秤
量し、実施例１に従い合金を試作し、次いでこれをエン
ドミルに加工し、第２表の条件にて切削テストを行なっ
た。第３表に合金物性と切削性能を示す。第３表から明
らかなように、本発明合金は接触率の低下により切刃の
チッピング率が著しく改善されることがゎがる。特に本
発明合金１０は超急冷により本発明合金９で明らがなよ
うにＷＣが微細化され硬さが向上する分、Ｃｏを増し比
較合金と同−硬さレベルにしたものであるが、殆どチッ
ピングを生じないことが認められる。

又、耐摩耗性の点でも炭化物粒子が脱落しにくく比較合
金に比べ２倍以上の向上が認められる。

〔発明の効果〕

本発明は焼結後の冷却工程を１００℃／分以上の冷却速
度でもって超急冷することにより、冷却中のＷＣ析出を
抑制し１ｗｃ接触率を著しく低下させることができるの
で、従来不可能であった硬さと靭性の同時向上が可能で
あるばかりでなく、ＷＣ接触率の低減により耐チッピン
グ性、靭性に優れた超硬合金を製造する方法を提供する
ことができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は焼結中の、第１図（ｂ）は冷却後のそれ
ぞれの組織を示す模式図であり、第２図は従来のＷＣ−
Ｃｏ超硬合金のＭ織の顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分散相形成成分として重量比で炭化タングステン５０〜
   ９５％、残部が結合相として鉄族金属の１種または２種
   以上からなる超硬合金の製造方法において、焼結後の冷
   却工程において、該焼結温度より１００℃／分以上の冷
   却速度でもって超急冷することを特徴とする超硬合金の
   製造方法。