TW205573B - - Google Patents

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1ί 1； 中 央 螵 準Μ, Ά % 205573 A6 B6 五、發明説明（i ) 本發明像期於一種高揚氏傺數材料，適合利用作為具 有高硬度、离«性、耐磨損性優良，且可施行高精度之加 工，而適用於使用條件待別苛酷之冷加工的加工用工具， 或要求高剛性之機械構迪用零件的素材。又，本發明亦關 於在表面形成有楊氏偽数24000 Kgf/mm2以上之硬質被覆層的 表面被覆工具零件。 以往，精密下料用衝頭或鍛模等要求高精度之硪網用 工具，像使用高楊氏偽數之超硬材料。 另一方面，由縳錠材料構成之磺鋼用工具，則使用高 合金高速度工具銷。 又，除了前述工具外，於要求高剛性之機械構造用零 件，偽使用機械構造用鋼材施以淬火回火之熱處理，或施 以滲硪、滲硪氮化、氡化等之表面改良處理而成者。 又，在冷下料衝頭♦衝模，或冷锻用術頭•鍛模等中 ，為了改良壽命，而利用PVD、CVD^方式形成TiN、TiC等之被 覆層。 於如此在表面形成硬質之被覆層例如TiN之被覆層之場 合，由於此TiN舆鏑材之親和性小且堅硬，故可防止加工時 發生熔執。且可利用TiH«越之耐磨損性而顒利。良好地施 行加工，並可延長工具之壽命。 但是，在使用超硬材料於硪鋼用工具之場合，其韌性 較雄条之工具材料為差，且在對工具加工時無法作切削加 工，而且研磨加工亦困難，為其問題點。 又，离合金高速度工具銷，在楊氏傜數較髙之場合亦 -3 - (請先閲讀背面之注意事項再f本頁) —裝· 訂.

J 本紙張尺度適用中《國家標準（CNS)甲4 *格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 5 Ϊ 濟部中央標準局典工消费合作杜印轚 205573 A6 B6 五、發明説明（2 ) 為25000 Kgf/··2以下，在将其更進一步高合金化之場合，會 有巨大硪化物析出而降低勒性，同時熱加工性及對工具加 工時之切削性及研磨性等亦降低，此亦為其問題點ο 另外，機械構造用鋼，在揚氏偽數較高之場合亦為 21明0 Kgf/··2以下，於特別須要醑性之場合其惕氏偽數不足 ，為彌補此點而令零件之厚度等增大，故無法達到零件之 輕量化，此亦為其問題點。 此外，在使用表面形成有被覆層之工具以施行下料等 加工之場合，於加工之際基材受到變形。由於此基材之變 形，被覆層發生應變，因為此應變被覆層乃自基材表面剝 離或於被覆層發生龜裂，以此龜裂為起點而造成基材之破 壞，凡此皆其問題。 因此，玆存在之一項課題乃為冀望能開發出可減小或 消除此等問題點的高欏氏傺數材料及表面被覆工具零件。 鑑於前述既存之課題，本發明之目的在提供一種高檨 氏傜數材料，其榻氏係數較一般鏑鐵条材料為高，其»性 較超硬偽材料為優，在對工具施行加工之際可採用切削及 研磨加工；並且較機械構造用鋼之楊氏偽數為大，在剛性 為同一程度時，可減小零件厚度等而可逹到更加輕量化。 另外，本發明之另一目的，偽提供一種表面被覆工具 零件，於基材受到變形時，亦可防止在硬質被覆層發生龜 裂，或被覆層由基材剝離之情形。 依本發明之高榻氏傜數材料之特戡為在硪鏑或合金鏑 中含有5〜70醱積百分比之揚氏僳數在24明0 Kgf/M2以上之 (請先閲讀背面之注意事項再瑱寫本頁) .丨裝- 訂· 本紙張尺度適用中鼸家«準（CNS)甲4規格（210 X 297 «釐） 82.3. 40,000 20挪3 五、發明説明（3 ) 硬質粒子，採用此一高楊氏偽數材料相開之發明之構成以 作為用以解決前述既存課題之手段。 5 A6 B6 {請先閲tWe面之注項再填寫本頁) 在本發明之离楊氏傜數材料實施樣態中，磺鋼或合金 銷為由縳錠材料形成者，且在以縳造或熔化液鍛造形成之 硪鏑或合金銷中可使其至少一部分含有5〜70體積百分比 之揭氏偽數在2400Θ Kgf/··2以上之硬質粒子的高楊氏偽數、 高勒性及可切削加工與研磨加工之部分。 在依本發明之离惕氏偽數材料之另一實施樣態中，硪 鏑或合金銷為由粉末材料構成者，藉由將以粉末構成之磺 銷或合金銷與楊氏像數為24册0 Kgf/«m2以上之硬質粒子以粉 末冶金方式予以成形後，再予燒結的方法，乃可形成在由 粉末材料構成之硪鋼或合金鋼中之至少一部分，具有包含 5〜70體積百分比之榻氏係數在24明0 Kgf/B丨2以上之硬質粒 子的高揚氏像數、离韌性且可施行切削加工與研磨加工的 部分。 部中兴螵準渴霣工消費合作社印製 在依本發明之离楊氏偽數材料之又另一實施樣態中， 你採用在硪_或合金銅中含有楊氏偽數在24000 Kgf/m2以上 之硬質粒子的粉末而構成者。其成形方式可採取：僅使用 在該磺網或合金銷中包含楊氏僳數為24000 Kgf/BB2以上之硬 霣粒子的粉末，而以粉末冶金之方式成形；或者.將該粉 末分散在碩銷或合金銷之熔化液中，然後以鑄造或熔化液 緞造之手法使其凝固；或者，將該粉末與硪鏑或合金钢之 粉末混合，以粉末冶金之手法予以成形後，藉由燒結方式 ，而使硪鋼或合金鋼中含有5〜70體積百分比之惕氏偽數 82.3. 40,000 本紙張AA適用中國家«準（CNS)甲4规格（210 X 297 «釐〉 1ί 中 央 镖 準 Λ 作 社 印 205573 Α6 Β6 五、發明説明（4 ) 為24000 Kgf/··2以上之硬質粒子之構成。 在本發明之較佳實施樣態中，亦可令以楊氏偽數/密 度表示之比彈性為28 X 108m以上，而實現加工工具尤其是 機械構造用零件的更加軽置化。 在依本發明之高楊氏僳數材料中，磺鋼或合金鏑可使 用機械構造用硪鋼（例如JIS S-C材，S-CK材等）、鎳絡銷 (例如JIS SNC材等）、鎳絡鉬期（例如JIS SO材等）、鉻 鏑（例如，JIS SCr材等）、鉻鉬鋼（例如，JIS SCM材等） 、錳鏑（例如，JIS SMn材等）、錳絡鏑（例如，JIS SMnC材 等）、硪鏑工具銷（例如，JIS SK材等）、高速度鏑工具鏑 (例如，JIS SKH材等）、合金工具鏑（例如，JIS SKS、SKD 、SKT材等）、高磺鉻軸承銷（例如，JIS SUJ等）等，可使 用於JIS規定之化學成分中適當添加其他合金成分，或適當 變更成分组成者。 在依本發明之高揚氏係數材料中，由於使用前述可作 熱處理之硪鋼或合金鏑，故可利用熱處理而適當變更強度 、韌性、硬度等。於此場合，例如在必須對高楊氏偽數材 料施行切削加工時，可拜由施行退火而使基地軟化，在必 須提高強度及簕性時，可藉由施行淬火回火而使基地強化 又，包含於硪銷或合金鋼中之楊氏傺數在24000 Kgf/M2 以上之硬質粒子可使用遇期表第4A族（Ti、Zr、Hf)之磺 化物、氮化物等，或第6A族（Co、Mo、W )之硝化物、氮 化物等，另外可使用硼化物、矽化物、硫化物、氣化物等 -6 - 衣纸張尺度適用中圈蘭家«準（CNS>甲4规格（210 X 297公*〉 82.3. 40,〇〇〇 (請先S讀背面之注$項再場窝本頁) 」 —裝. 訂· 5 部中央摞準雇Λ工消费含作杜印髮 2055*73 A6 B6 五、發明説明（5 > ，缠當選擇其中之1種或2種以上予以採用。 此等硬質粒子，可為分散於硪銅或合金鏑之鑄錠材料 中者；或者，可為與硪鏑或合金鋼之粉末一齊成形者；或 者，使用分散有該硬質粒子之碩鋼或合金鋼之縳錠材料， 或者利用粉末材料，藉由粉末冶金之手法予以成形後再予 燒结或藉由鑄造或熔化液鍛造之手法使其分散於磺鋼或合 金銅之熔化液中，或與磺鎸或合金銷之粉末相混合並藉粉 末冶金之手法而成形，如此而得到在硪銷或合金鋼中含有 5〜70體積％之楊氏换數為24000 Kgf/i»2以上的硬質粒子之 高楊氏偽數材料。 於此場合，若硬質粒子為低楊氏偽數者，則有時無法 形成楊氏俗數在22Θ00 Kgf/BB2以上或較佳為23000 Kgf/M2以上 之高楊氏偽數材料。故使用硬質粒子之楊氏偽數在24000 Kgf 以上者。 又，若硬質粒子之含有量遇少，則無法得到至低22000 Kgf/»2以上，而較佳為23Θ00 Kgf/ro2以上之离惕氏俗數，例 如，無法以碩鏑用工具施行高精度之加工，或達成機械構 造用零件之輕*化，故硬質粒子之含有量須在5髏積％以 上。 另一方面，若硬質粒子之含有置遇多，則無法得到對 於硪鋼或合金鋼之熱處理效果，無法藉由將材料退火使硬 度降低而施行切削加工或研磨加工，或_由將材料淬火回 火而使強度及《性改善，故硬質粒子含有量須在70體積％ 以下。 -7 - (請先κιϊκρ面之注意事項再f本頁) —裝. 訂. 本紙張尺度適用中a國家樣毕（CNS)甲4规格（210 X 297 β釐〉 82.3. 40,000 10 15 m. 部 中 央 襟 準 局 Ά 工 消 % 2055^3 A6 B6 五、發明説明（6 ) 如此，藉由採用可熱處理之磺銷或合金鏑作為硬質粒 子之基地的方式，乃可彌補在習用之超硬材料中之粘結部 之缺點。 本發明之表面被覆工具零件為具有形成於基材及其表 面之揚氏傜數為240册Kgf/BID2以上之硬質被覆層，該基材為 於磺銷或合金銷中含有5〜70體積％之楊氏偽數在24明0 Kgf /騰·2以上的硬質粒子。 在設有TiN、TiC^硬質被覆層的表面被覆工具零件中， 關於對被覆層之剝離♦龜裂的對策，被覆層厚度之適當化 及於覆上被覆層前之基材表面之粗度之適當化等乃可加以 考慮者，本發明則箸眼於基材之惕氏俗數，欲藉由将基材 之楊氏像數提高以解決問題。 亦即，在以往，硬質之被覆層所以會發生剝離*龜裂 ,乃因在加工時基材大幅變形且基材與被覆層間之楊氏偽 數相差較大而造成。因此，在本發明欲提高基材之楊氏像 數，其手段是令與被覆層具有同等以上之揚氏偽數的硬質 粒子以既定量分散•包含於基材中。 本發明之發明人等確認了如下之事實，亦即：在以硪 鏑或合金鏑為基材之工具之領域中，使硬質粒子分散在此 等碩銷或合金第之基地中，則基材之楊氏係數即增大，又 随著硬質粒子之含有量之增大，基材之揚氏俗數會增大； 又，藉提高基材之楊氏像數可抑制加工時之基材之變形， 而可抑制因基材之變形而造成被覆層之剝離•龜裂，改善 工具之壽命。 -8 - (請先«讀背面之注$项再填寫本頁) ./ 裝. 訂· 本紙ft尺度遶用中《國家揉準（CNS)甲4規格（210 X 297 X釐） 82.3. 40,000

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IE 部 中 央 螵 準 局 典 05^3 A6 B6 五、發明説明（7 ) 又，於本發明中，將被覆層之楊氏偽數限定在24000 Kgf /2 ,傣因在覆以此一高楊氏偽數之被覆層的工具中，待 別易於産生前述問題。 於本發明中，工具基材可採縛錠材料，又亦可将硪網 或合金鋼先予粉末化，再将之燒結成為工具基材。 在前者之場合，於製造上受限，難以使硬質粒子逹於 高含有董。在後者之場合，則具有可容易地使基材中含有 高比率之硬質粒子的優點。 於本發明中，更可将預先含有硬質粒子之粉末予以燒 结，而構成工具基材。 使用上述工具基材，於其表面覆以楊氏偽數為240明Kgf /2以上之被覆層而成之表面被覆工具零件，不但射久性 佳、於加工時很少發生熔執，並且耐磨損性優良，易於施 行离精度之加工，而可適合於應用作為使用條件苛酷之硝 銷工具•切削工具。 由於本發明之高楊氏僳數材料，僳在硪銷或合金銷中 含有5〜70體積％之楊氏偽數為240明Kgf/··2以上的硬質粒 子，故其楊氏像數較習用之銷鐵条材料為离，例如，可成 為在硪銷時之加工精度高。且，可藉由施行熱處理而改變 硬度、強度及韌性，故例如藉由在切削加工時施行退火之 熱處理使硬度降低而可施行切削加工；使用作為工具時， 拜由施行淬火回火之熱處理而可改善在使用條件苛酷之硪 銷之際之耐磨損性或韌性等，或藉由構造用零件之剛性之 改善，而可達到零件之輕量化。 -9 - (請先面之注意事项再埃寫本頁) 丨裝· 訂. 本紙張尺度適用中國B家樣準（CNS)甲4规格（210 X 297 «釐） 82.3. 40,000

I 15 央 標 準 局 Ά X 消 作 杜 印 製 A6 B6 五、發明説明（8 ) 又因藉由以高惕氏偽數材料作為表面被覆工具零件之 基材之方式，而抑制在加工時之基材之變形，故因基材之 變形所造成之被覆層之剝離•龜裂乃受到抑制，而成為工 具壽命改善之表面被覆工具零件〇 〔實施例〕 (寅施例1 ) 於此實施例1中，使用表1之A〜G所示化學成分之 合金銷，製作表2之Ho.l〜7所示本發明例與比較例之材 料，而對其各自之特性予以評僙，並且以表2之No. 8〜10 之超硬材料為比較材枓而評價其特性。 在此等材料中，表2之No. 1之材料為由習用之機械構 造用鋼材的銷種A之鉻辆之鑄錠材料所構成者，不含有硬 質粒子。 又，Ho.2、3 之材料為使自 TiN、TiC、WC、TaC、M〇2C 遘 取之2種以上之硬質粒子，依表2所示體積比率，使其分 散在由表1之銷種B、C之成分構成之熔融金靨中，以鑲 造方式成形者。 又，No.4、5之材料，偽將前述硬質粒子以表2所示 髏稹比率，舆由表1之鏑種D、E所構成之高速度工具鋼 粉末及少董之燒结劑相混合，再於成形後加以燒結而成形 者。 又，No.6、7之材料，傜将前述硬質粒子，依圖2所 示之體積比率，和由表1之F、G所構成之离速度工具銷 粉末相混合，在充缜於雄内後，施行熱間等方整壓缩（HIP) -10- (請先«18^面之注$項再$本頁) i ·—裝· 訂- 本纸張A度遑用中國國家襟率（CNS)甲4规格（210 X 297 «釐〉 82.3. 40,000 1( 1! m 部 中 央 標 準 局 Ά 作 社 印 製 五、發明説明（9 ) ，然後施以锻造而成形者。 上述No. 1〜10之材料之密度、揚 如表2所示，在不含硬質粒子或含量 氏偽數較低。於硬質粒子之含有量在 〜7 .楊氏偽數為22000 Kgf/··2以上。 又，在為本發明材料之Ho.3〜7 大，於作為工具使用之場合不但具有 如圈3所示，其抗彎力亦呈現良好之 另外，如表3所示，在作為比較 為本發明材料之No.3〜7 ,由於可籍 度，故可_切削加工而對加工用工具 ，在No. 8〜10之超硬材料，卽使施以 降低，使切削加工無法或難以施行。 依本發明之高楊氏傜數材料，由 含有5〜70體積％之揚氏偽數為24000 子，故其楊氏偽數較一般之鏑鐵条材 硬性材料為優，在對工具施以加工時 可施行切削加工及研磨加工。此外， 造用銅為大，在同程度之剛性時，可 更進一步之輕量化。凡此，均為本發 所能産生之極優良之效果。 (實施例2 ) 對具有表4所示各種化學成分， 之硬質粒子的基材，予以表面處理而 -11- 本紙張尺度適用中國國家樣率（CNS>甲4规格（210 X 297 ·Κ釐〉 A6 B6 氏像數、比揮性同樣 較少之No. 1、2 ,楊 5體積％以上之No. 3 ，熱處理後之硬度較 優良之耐磨損性，且 值而具優良之韌性。 材料之No. 1、2與作 退火以大幅降低其硬 施以加工。與此相較 退火其硬度亦幾乎不 於在硝鏑或合金銷中 Kgf/B·2以上的硬質粒 料為高，其靱性較超 ，藉由軟化其基地卽 其楊氏傜數較機械構 減小零件厚度，賁現 明之高惕氏偽數材料 且含有表5所示比率 形成ΤίΝ之被覆靥，製 82.3. 40,000 ----------------J ------裝------# (請先鬩面之注項再f本頁)

H A6 B6 五、發明説明（10 ) 造出冷緞之衝頭。將使用此冷鍛衝頭以施行螺栓頭部之壓 造加工時之工具赛命與基材特性特一同顯示於表5中。 又，在此等表中，Ho. 11、No. 12為硬質粒子之量未滿5 %者。No.18、No.19為使用VC粉末之燒結體作為基材者（超 硬工具）。 由此结果可知，在以含有5〜70 %範圃而楊氏偽數24000 Kgf/··2以上之硬質粒子者為基材之工具零件之場合，工具 赛命可大幅改善。 又，作為超硬工具之No.18、No.19 ,其工具壽命當然良 好，但其工具硬度為50以上，無法施通常之塑性加工、切 削加工等。 以上，雖就本發明之實施例予以詳述，但此僅為一例 示，本發明在不超出其主旨之範圍内，依據本技術圈人士 之知識，仍可能在形態•樣態上作各種變更而予以實施。 (請先S讀背面之注意»項再塡寫本頁) —裝. 訂· 1! P 部 中 喪 標 準 * 員 消 t 12- 本紙張尺度適用中國钃家镖準（CNS>甲4規格（210 X 297公釐〉 82.3. 40,000

Claims (1)

1. 5 10 15 20經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

   A7 B7 C7 D7 第81103151號專利申請案申請専利範圍修正本 82.04.02. 1. —種高揚氏係數辆鐵合金（後合）材料，其特擻為 在磺銷或合金鏑中含有10〜55體稹％之楊氏偽數為24090 Kgf/m2以上的硬質粒子。 2. 如申謫專利範圔第1項所述之高楊氏偽數鋼鐵合金 (複合）材料，其中，硪銷或合金網為由鏵錠材料構成。 3. 如申謫專利範圍第1項所述之高楊氏偽數銷鐵合金 (複合）材料，其中，磺鋼或合金銷為由粉末材料檐成。 4. 如申請専利範圏第1項所述之高楊氏偽數鏑鐵合金 (複合 > 材料，其偽使用在碩鏑或合金鋼中含有揚氏偽數 在2400Θ Kgf/··2以上之硬質粒子的粉末而構成。 5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之高揚氏 偽數鋼鐵合金（複合）材料，其中，可以楊氏傜數/密度 表示之比彈性為28 X 108以上。 6. —種使用高楊氏係數銷鐵合金（複合）材料作為表 面被覆基材之工具零件，具有形成於基材及其表面之楊氏 偽數為24000 Kgf/·»2以上之硬質被覆層，該基材為於硪鏑或 合金網中含有10〜55體積％之揚氏係數在240明Kgf/ μ2以上 的硬質粒子。 7. 如申謫専利範圍第6項所述之使用高揚氏偽數銷鐵 合金（複合）材料作為表面被覆基材之工具零件，其中， 該基材之硪銷或合金銷傲由縳錠材料構成。 8. 如申謫専利範圍第6項所述之使用高楊氏係數鏑鐵 合金（複合 > 材料作為表面被覆基材之工具零件，其中， (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) .裝. 訂_ 本紙張尺度遑用中B國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） A7 B7 C7 D7 六、申請專利範团 該基材之磺鏑或合金鋼係由粉末材料構成。 9.如申請專利範圍第6項所述之使用高揚氏偽數1銷鐵 合金（複合）材料作為表面被覆&材之工具零件，其中， 基材偽由在硪辆或合金鋼中含有揚氏僳數為24000 Kgf/niB2以 上之硬質粒子的粉末之燒結體所構成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1ί 1ί 經 濟 央 標 準 為 Ά 工 消 費 合 作 社 印 製 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）