JP2813005B2 - Wc基硬質合金 - Google Patents

Wc基硬質合金

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JP2813005B2 JP1253378A JP25337889A JP2813005B2 JP 2813005 B2 JP2813005 B2 JP 2813005B2 JP 1253378 A JP1253378 A JP 1253378A JP 25337889 A JP25337889 A JP 25337889A JP 2813005 B2 JP2813005 B2 JP 2813005B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、従来WC−Co系やWC−Ni系の超硬質合金が利
用されて来た耐摩耗性を必要とする分野で用いる合金に
関し、更に詳しくはCoやNi等の金属結合相を含まず微細
な硬質物粒子のみで構成され、優れた耐食性,耐酸化性
を有し、平滑で面粗度の良い鏡面を提供し得るWC基硬質
合金に関するものである。
<従来の技術> 従来からWCを硬質相とし、CoやNi等の金属を結合相と
する超硬合金は、高硬度,高強度ゆえに切削工具,耐摩
耗工具材料として広く用いられて来た。
又近年では腐食環境下で用いられる機械部材への適用
も広がり、優れた耐食性,耐酸化性が求められ、この様
な分野に於いては、CoやNi等の金属結合相を含まない超
硬合金として、平均粒子径が1.0〜1.5μmのWC粉末を用
いたWC−TiC−TaC系バインダーレス合金が用いられる。
<発明が解決しようとする課題> 上記CoやNi等の金属結合相を含む超硬合金は、平滑な
鏡面を得る際に問題がある。即ち、平滑な鏡面を得るた
めには、研削加工後ダイヤモンドパヴダー等でラップ仕
上加工を行うが、この際WC硬質相とCoやNiの結合相との
硬度差により凹凸を生じ平滑な面が得難いのである。
この問題を解決する為に、WC粒子を微細化しWC粒子の
平均自由行程(結合相相厚)を小さくする事によりラッ
プ時の凹凸を極力防止し、面粗度を向上させる方法が採
られいるが、更に平滑な鏡面が望まれている。なおこの
平滑な鏡面な高温域でも保持される事が望ましいが、結
合金属相であるCoやNiの酸化温度が低く、耐酸化性に劣
り使用に制限を受けるのである。
一方上記WC−TiC−TaC系バインダーレス合金は、結合
相が無いので、緻密な焼結体を得る為には焼結温度が17
00℃以上と非常に高温を必要とし、その為にWC粒子が粒
成長し易く、エネルギー的にも問題がある。更には曲げ
強度も結合相を含有していない為に80〜120kg/mm2程度
と、WC−Co系超硬合金に比べて低く、強度の向上が望ま
れている。
本発明は、上記従来の超硬合金の欠点を解消し、耐食
性、耐酸化性に富み、平滑で面粗度の良い鏡面を得るこ
とが出来る硬質合金を提供することを目的とするもので
ある。
<課題を解決する為の手段> 本発明のWC基硬質合金は、焼結助剤としての炭化タン
タル0.1〜5重量%、炭化チタン0.1〜5重量%、窒化チ
タン0.1〜5重量%の中の少なくとも1種を含有し、残
部が炭化タングステン及び不可避不純物からなる原料粉
末を使用したWC基硬質合金であって、前記炭化タングス
テンの平均粒径が0.7μm以下であり、平滑で表面粗度
のよい鏡面を得ることができることを特徴とする。
また、このWC基硬質合金の原料粉末には、粒成長抑制
剤としての炭化クロム0.1〜2重量%、炭化バナジウム
0.1〜2重量%の中の少なくとも1種を含有せしめるこ
ともできる。
なお上記WC基硬質合金中、炭化タンタル,炭化チタ
ン,窒化チタンは、共に焼結を促進する焼結助剤として
働くものであり、その量が0.1重量%未満では焼結促進
効果が見られず、逆に5重量%を越えると、炭化タンタ
ルの場合にはその融点が高い為に焼結が困難となり有孔
度が悪くなるし、炭化チタン,窒化チタンの場合では粗
大なβ相と呼ばれる相が析出し著しく強度が低下する。
又炭化クロム,炭化バナジウムは、単体又は複合添加
により焼結時の粒成長抑制剤として働くものであるが、
その量が0.1重量%未満では粒成長抑制効果はなく、一
方2重量%を越えると焼結時に粗大に析出し、合金自体
の靭性低下をもたらす。
次にWC粒子径を0.7μm以下とするのは、後述する実
施例でも明らかな如く、1600℃程度の温度でも十分に焼
結され高強度の合金を得んが為である。
<作用> 本発明合金は、使用するWC粒子の平均粒子径を0.7μ
mとなし、適当な炭化物,窒化物の添加物を選択する事
により、1600℃位の低温でも十分に緻密化する。この現
象は、焼結体の粒子が微細化する程粒子比表面積が大き
くなり、粒子表面に存在する表面エネルギーが大きくな
る。この表面エネルギーが焼結時の焼結駆動力となり、
低温での焼結が可能となる為である。
従って、本発明合金にあっては、低い焼結温度で十分
な焼結が出来る為に、WC粒子を粒成長させず均一で微細
な焼結体を得ることが出来る。
<実施例> 以下本発明の実施例を比較例と共に示す。
実施例1 原料粉末として、平均粒子径0.6μmのWC粉末,同1.5
μmのWC粉末,同1〜1.5μmのTiC,TiN,TaC,Cr3C2,VC
粉末を用い、それらの原料粉末をそれぞれ第1表に示す
組成に配合し、アルコール中湿式ボールミル3日間混合
後減圧乾燥した。得られた混合粉末を1ton/cm2の圧力で
圧粉体にプレス成形し、該プレス成形体を10-2Torr.の
真空中で1600〜1750℃の温度で焼結し、本発明合金No.1
〜10,比較合金No.11〜18を得た。
これらの合金の相対密度,硬度及び抗折力を第1表に
示す。
第1表に示される結果より、本発明合金No.1〜10は、
いずれも1600〜1650℃の温度で相対密度99.5%以上に緻
密化しており、十分焼結している事が判る。
一方比較合金は、1720〜1750℃の高温では相対密度が
99.5%以上に達しているが、1600〜1650℃の焼結では、
94〜96%と低く、焼結が不十分である事が判る。又本発
明合金は、いずれも硬度HRA94以上,抗折力150kg/mm2
上となっているのに対し、比較合金では十分に緻密化し
た合金でもHRA93.0〜93.7,抗折力100〜120kg/mm2と劣っ
ている事が判る。
実施例2 試料として、上記実施例1の本発明合金No.1,比較合
金No.11,一般的なWC−Co超微粒超硬合金を用い、2000番
のダイヤモンドホイールにて研削加工後、約1μmのダ
イヤモンドパウダーを用いてラップ鏡面仕上加工を行
い、それぞれ鏡面加工材を得た。
これらの3個の試料につき、それぞれ面粗さ(Rmax:
μm)を測定し、その後450℃大気中に保持し、3時間
後及び6時間後のそれぞれの面粗さを測定し、その結果
を第1図に示す。
第1図に示す結果より、鏡面仕上後の面粗度は、本発
明合金No.1が最も優れ、次にWC−Co超微粒合金、比較合
金No.11の順である事が判る。又酸化テスト後の結果で
はWC−Co超微粒合金は時間の経過と共に著しく面粗度が
悪くなっており、これはCoの酸化開始温度が約300℃と
低温であり、Coが酸化した為だと考えられる。
これに対し本発明合金No.1は、高温でも優れた面粗度
が維持されている事が判る。
実施例3 試料として、上記実施例1の本発明合金No.1,比較合
金No.11,市販のJISK20相当合金(WC−6重量%Co)を用
い、200番のダイヤモンドホイールにて研削加工仕上
し、腐食試験片とした。腐食試験は、HCl,H2SO4,HNO3
それぞれ10%溶液に、液温50℃の下で24時間浸漬した
後、腐食減量を測定し、単位時間当たりの腐食量を求
め、腐食速度(g/m2・day)とし、その結果を第2表に
示した。
上記第2表の結果より、いずれの溶液に於いても腐食
速度は、WC−6重量%Co,比較合金No.11,本発明合金No.
1の順となり、金属結合相Coを含有するWC−6重量%Co
合金は、Co溶出により耐食性に劣り、金属結合相を有し
ない本発明合金No.1と比較合金No.11の方が数段優れて
いる事が判る。又本発明合金No.1は、微細な炭化物粒子
のみで構成されている為、粒界腐食現象が防止出来、比
較合金No.11よりも更に耐食性に富む事が判る。
なお上記本発明合金No.1,比較合金No.11及び市販のJI
SK20相当合金(WC−6重量%Co)の顕微鏡組織写真(倍
率1000倍)をそれぞれ第2図〜第4図に示す。これらの
写真よりWC−6重量%Co合金は、硬質相(WC相)と結合
相(Co相)の2相より構成されている事、比較合金No.1
1は結合相は含有していないが、炭化物(WC粒子)が粗
大化しており、高温での焼結により粒成長したものであ
る事が判る。
一方本発明合金No.1は、微細で均一な炭化物粒子のみ
で構成されている事が観察される。
<発明の効果> 以上述べて来た如く、本発明の硬質合金は、金属結合
相を含まず微細な粒子のみから構成されている為に、低
温で十分に緻密な焼結体が得られ、高硬度,高強度で耐
食性にも優れ、かつ平滑で面粗度の良い鏡面を現出出来
るものであり、従来の超硬合金に比し幅広い用途に活用
出来るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例2に於ける酸化テストの結果を示
すグラフ、第2図〜第4図はそれぞれ本発明合金No.1,
比較合金No.11及びWC−6重量%Co合金の顕微鏡組織写
真で倍率は共に1000倍である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−90513(JP,A) 特開 昭57−13142(JP,A) 特開 昭57−19353(JP,A) 特開 昭57−19354(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/56

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焼結助剤としての炭化タンタル0.1〜5重
    量%、炭化チタン0.1〜5重量%、窒化チタン0.1〜5重
    量%の中の少なくとも1種を含有し、残部が炭化タング
    ステン及び不可避不純物からなる原料粉末を使用したWC
    基硬質合金であって、 前記炭化タングステンの平均粒径が0.7μm以下であ
    り、平滑で表面粗度のよい鏡面を得ることができること
    を特徴とするWC基硬質合金。
  2. 【請求項2】原料粉末に粒成長抑制剤としての炭化クロ
    ム0.1〜2重量%、炭化バナジウム0.1〜2重量%の中の
    少なくとも1種を含有せしめてなることを特徴とする請
    求項1に記載のWC基硬質合金。
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